RECURSOS DIGITAIS PARA O ENSINO SOBRE SOLUBILIDADE

FACULDADE DE CIÊNCIAS DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Departamento de Química

RECURSOS DIGITAIS PARA O ENSINO

SOBRE SOLUBILIDADE

Carina Isabel Ferreira Moreira

AGRADECIMENTOS

Gostaria de expressar os meus profundos agradecimentos a todos que, de uma forma ou de outra, contribuíram para a realização e conclusão deste trabalho.

Agradeço em particular:

Ao Doutor João Paiva, orientador desta tese, por todo o apoio concedido, pelo estímulo e compreensão em todos os momentos e pelas sugestões, comentários e correcções que permitiram melhorar este trabalho.

Ao Doutor Luís Miguel Ribeiro, co-orientador desta tese, pela sua disponibilidade, pela ajuda prestada na leitura e revisão do texto e nas sugestões apresentadas.

A todos os professores que leccionaram a parte curricular deste mestrado, cujos ensinamentos me permitiram conduzir este trabalho.

Ao Engenheiro Ilídio Martins pela sua disponibilidade e criatividade na programação do recurso digital.

Ao Rijo Madeira pela sua disponibilidade e pela sua arte na elaboração de vídeos digitais.

Ao portal mocho, e em particular ao programa POS - CONHECIMENTO da Comunidade Europeia, por financiar este projecto.

À minha família por todo o apoio e incentivo prestado durante a realização deste trabalho.

Aos meus colegas de mestrado e a todas as pessoas que directa ou indirectamente participaram na concretização deste projecto.

A todos, muito obrigada.

RESUMO

Professores e alunos vivem actualmente uma época de mudança, porque já não se ensina (ou não se deveria ensinar!) como sempre se fez... Apesar de boas práticas a importar do ensino da Química tradicional, aprender implica adquirir múltiplas e novas competências, da parte de professores e alunos. Os métodos e as tecnologias que hoje existem à disposição dos docentes são muitas e é necessário que o professor saiba retirar delas o maior proveito. São várias as razões: para motivar os alunos, para despertar o seu interesse pela disciplina, para conduzir a uma aprendizagem efectiva.

A página de Internet “Solubilidade” pretende estimular o uso das novas Tecnologias de Informação e Comunicação no processo de ensino e aprendizagem da Química. Trata-se de um conjunto de vídeos de construção profissional, envolvendo experiências de química sobre solubilidade, disponibilizados em versão digital na Internet. Além dos vídeos, estão disponíveis informações complementares a uma vintena de experiências simples.

Esta investigação tem por objectivo averiguar se a página “Solubilidade” será uma boa ferramenta para os professores abordarem o conceito da solubilidade com os alunos do 3º ciclo do ensino básico. Para a concretizar, construiu-se o recurso multimédia referido. O objectivo é desenvolver as possibilidades da sua utilização, enquanto factor de motivação para os alunos e de criação de condições propícias à abordagem do tema por parte dos professores.

A revisão bibliográfica compreendeu o aprofundamento do conceito de solubilidade, uma pesquisa acerca de tecnologias de informação e comunicação no ensino e as dificuldades mais comuns em alunos no que diz respeito à solubilidade de uma substância noutra.

A investigação foi essencialmente qualitativa, baseada em entrevistas realizadas a professores sobre a aplicabilidade deste recurso, após a exploração da página. Extraíram-se algumas conclusões, destacando-se o bom acolhimento dos docentes aos recursos, um conjunto de sugestões de melhoria dos materiais digitais e, também, a constatação de alguns constrangimentos na aplicação destes elementos multimédia no terreno escolar.

A etapa final do trabalho centrou-se numa análise auto-crítica do recurso pedagógico produzido e da metodologia de investigação utilizada, estabelecendo-se pistas para a melhoria e continuidade do trabalho, sempre com a consciência de que estes vídeos não devem nunca substituir a prática laboratorial mas antes potenciá-la.

ABSTRACT

Teachers and students live nowadays in a changing era, as we do not teach (or shouldn’t teach) as it used to be. In spite of the good practices imported from the traditional Chemistry teaching, learning involves to acquire multiple and new competences, from teachers and students. The methods and technologies that exist today available to teachers are many and it is necessary that the teacher know how to use the most of them. There are several reasons: to motivate students, to highlight their interest for the subject and to lead to an effective learning.

The web site “Solubility” intends to stimulate the use of the ICT in the Chemistry teaching/learning process. It is a set of videos of professional making, involving chemistry experiments on solubility available in the Internet in digital version. Beyond the videos further information on about twenty simple experiments are also available.

This investigation has the aim of examining if the web site “Solubility” will be a good tool for teachers to approach this concept with students of the 3rd cycle. To reach it we have built the multimedia referred. The aim is to develop its usage possibilities, as a motivation factor for students and the creation of suitable conditions to approach the topic by teachers.

The bibliographic revision of this thesis work has included the solubility concept, some research on ICT in teaching and the common difficulties among students concerning the solubility of a neuter substance.

Research was mainly qualitative, based in interviews performed by teachers on the applicability of this resource, after the web page searching. We have extracted some conclusions, pointing out the nice approval of these resources from teachers, a set of suggestion for improving the digital materials as well as the observation of some constraints in the application of these multimedia elements in schools.

The final stage of this work has been centred in an auto critical analysis of the produced pedagogical resource and of the research methodology used, establishing clues for the improving and continuing of the work, always aware that these videos should never substitute the laboratorial practice but should enhance it.

ÍNDICE

1

INTRODUÇÃO ... 11

2

“ESTADO DA ARTE”... 13

2.1

SOLUÇÕES: PRINCÍPIOS DA SOLUBILIDADE

...13

2.1.1 Noções básicas sobre soluções e solubilidade ...13

2.1.2 Concentração de soluções ...16

2.1.3 Solubilidade ...17

2.1.4 Equilíbrios de solubilidade ...26

2.1.5 Formação de precipitados ...29

2.1.6 Alguns factores que influenciam a solubilidade ...29

2.2

ENQUADRAMENTO DO ENSINO DA SOLUBILIDADE NOS CURRICULA

...35

2.2.1 Curricula ...35

2.3

CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS

...39

2.3.1 Ensino por mudança conceptual ...39

2.3.2 Principais concepções alternativas em solubilidade...42

2.4

RECURSOS DIGITAIS NO ENSINO – APRENDIZAGEM DAS CIÊNCIAS...46

2.4.1 TIC e educação ...46

2.4.2 TIC e o caso particular da solubilidade ...54

2.5

IMPORTÂNCIA DO TRABALHO EXPERIMENTAL...65

3

RECURSO DIGITAL SOBRE SOLUBILIDADE PRODUZIDO NO

CONTEXTO DESTE TRABALHO ... 67

4

ESTUDO DE IMPACTO... 74

4.1

METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃO

...74

4.1.1 Descrição do estudo ...74

4.1.2 Características da entrevista...75

4.1.3 Características da amostra...78

4.2

ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

...79

5

CONCLUSÕES E PROPOSTAS FUTURAS... 87

6

BIBLIOGRAFIA ... 90

7

ANEXOS ... 95

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1 – Classificação da matéria...13

Figura 2-2 – Efeito de Tyndall ...14

Figura 2-3 – Representação ilustrada dos factores que contribuem para a entalpia de uma dissolução ...21

Figura 2-4 – Dissolução de um cristal de sal na água (esquerda), hidratação de iões (direita). ...23

Figura 2-5 – Processo de dissolução endotérmico ...24

Figura 2-6 – Formação de ligações de hidrogénio entre as moléculas de etanol e água ...25

Figura 2-7 – Variação da solubilidade com a temperatura...31

Figura 2-8 – Macro e micro solubilidade de um sólido cristalino...32

Figura 2-9 – Ilustração da organização da Unidade 2 – “Da Atmosfera ao Oceano: Soluções na Terra e para a Terra”, do programa de Física e Química A do 11º Ano do Ensino Secundário (ME 10-11, 2003) ...37

Figura 2-10 – Simulação computacional da dissolução de sais: dissolução do cloreto de sódio em água...55

Figura 2-11 – Imagem da simulação computacional da solubilidade de sais que permite a comparação da dissolução do MgCO3 e do MgSO4...56

Figura 2-12 – Imagem da simulação computacional on-line do processo de dissolução do iodo...56

Figura 2-13 – Imagem da simulação computacional on-line do processo de dissolução com reacção do cloreto de hidrogénio numa solução aquosa de hidróxido de sódio...57

Figura 2-14 – Imagem parada de um vídeo de dissolução do cloreto de cálcio observada através de uma lente polarizada de um microscópio digital...57

Figura 2-15 – Imagem da aplicação informática que permite o cálculo da solubilidade de compostos para diferentes valores de pH...58

Figura 2-16 – Imagem da simulação “Solubility and Temperature Gizmo” que permite explorar o modo como a solubilidade do cloreto de sódio ou do nitrato de potássio na água é afectada pela temperatura ...59

Figura 2-17 – Imagem do software educativo para download ...60

Figura 2-18 – Imagem da simulação computacional da dissolução de um pedaço de açúcar, em forma de rato, em águas com diferentes temperaturas ...61

Figura 2-19 – Imagem da animação “Pontes de hidrogénio e solubilidade” ...61

Figura 2-20 – Imagem da simulação computacional do teste de solubilidade de um composto orgânico (p – metil anilina) em água ...62

Figura 2-21 – Imagem do laboratório virtual que permite identificar os aniões presentes em

certas amostras sólidas...63

Figura 2-22 – Imagem da simulação computacional da dissolução do cloreto de sódio em água ...63

Figura 2-23 – Imagem da simulação computacional da dissolução do cloreto de sódio em água (direita); esquema da dissolução a nível microscópico (direita)...64

Figura 3-1 – Imagem da secção 4.2 – Divulgação Científica do Portal Mocho...67

Figura 3-2 – Imagem do Portal Mocho...68

Figura 3-3 – Página inicial...68

Figura 3-4 – Imagem do processo de dissolução do sulfato de cobre (II) ...69

Figura 3-5 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do alúmen de crómio na água ...70

Figura 3-6 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do iodo na água ...71

Figura 3-7 – Imagem do vídeo da reacção do iodeto de estanho ao ser adicionada à água 72 Figura 3-8 – Imagem do processo de dissolução do iodeto de estanho em tetracloreto de carbono ...72

Figura 3-9 – Imagem do início do vídeo do processo de dissolução do iodeto de estanho em tetracloreto de carbono ...73

Figura 5-1 – Imagem da simulação da dissolução do cloreto de sódio na água ...88

Figura 7-1– Página inicial...97

Figura 7-2 – Imagem do processo de dissolução do sulfato de cobre (II) ...98

Figura 7-3 – Imagem do vídeo da dissolução do cloreto de sódio na água...102

Figura 7-4 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do sulfato de cobre (II) em água ...102

Figura 7-5 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do permanganato de potássio na água ...103

Figura 7-6 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do cloreto de níquel na água ...103

Figura 7-7 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do dicromato de potássio na água ...104

Figura 7-8 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do alúmen de crómio na água .104 Figura 7-9 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do açúcar...105

Figura 7-10 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do iodo molecular em água ...105

Figura 7-11 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do iodo no etanol ...106

Figura 7-12 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do ácido N-fenilantranilico na água ...106

Figura 7-13 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do ácido N-fenilantranilico no etanol...107

Figura 7-14 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do iodeto de estanho na água ...107 Figura 7-15 – Imagem do vídeo do processo de dissolução do iodeto de estanho no tetracloreto de carbono ...108

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela I – Regras de solubilidade para compostos iónicos em água a 298 K...19

Tabela II – Inserção do conceito de solubilidade no Programa de Ciências Físico – Químicas do 3º ciclo do Ensino Básico ...36

Tabela III – Ideias dos alunos sobre “dissolução” e “precipitação” ...45

Tabela IV – Algumas aplicações das TIC e respectivas actividades a desenvolver com os alunos (Paiva, 2002) ...48

Tabela V – Alguns contextos educativos do uso das aplicações TIC na escola (Paiva, 2002) ...49

Tabela VI – Vantagens e desvantagens da entrevista semi-estruturada...76

Tabela VII – Utilização das TIC pelos professores na sala de aula ...79

Tabela VIII – Exemplos de TIC, utilizadas na sala de aula ...80

Tabela IX – Alguns constrangimentos associados às TIC ...81

Tabela X – Pontos fortes e pontos fracos do recurso digital...82

Tabela XI – Alterações e melhorias ao recurso digital ...82

Tabela XII– Contextos propícios à utilização do recurso digital...83

Tabela XIII – Relação entre o recurso digital e a realização de actividades laboratoriais ...83

Tabela XIV – Contextos de utilização do programa por anos de serviço...84

Tabela XV – Relação do programa com as actividades laboratoriais por anos de serviço ...84

Tabela XVI – Resumo das CA’s focadas no trabalho ...85

Tabela XVII – Resumo das dificuldades/constrangimentos no uso das TIC confirmadas neste trabalho ...86

Tabela XVIII – Sugestões de melhorias do recurso multimédia a introduzir no futuro...88

Tabela XIX – Classificação dos aspectos abordados pelos professores relativamente aos pontos fortes e fracos do software ...131