UTILIZAÇÃO DE SOFTWARES ABERTOS NO ENSINO/APRENDIZAGEM DE DESCRITORES MOLECULARES

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Ensino de Química

Autores

dos Santos, M.A.B. (UEPA/CAMPUS IX-ALTAMIRA) ; Lacerda, J.R.L. (UEPA/CAMPUS IX-ALTAMIRA)

Resumo

Neste trabalho investigamos a aprendizagem de propriedades moleculares de compostos orgânicos através de softwares abertos disponíveis na internet. O objetivo principal consiste em introduzir as tecnologias de informação e comunicação aplicados à educação para acadêmicos de Licenciatura em Ciências Naturais da UEPA. Os resultados evidenciam que a obtenção de descritores moleculares e a visualização tridimensional dos compostos facilitam a aprendizagem de conceitos microscópicos além motivar a apropriação do conhecimento dos futuros professores para o uso de recursos computacionais para melhoria do ensino de química.

Palavras chaves

Software Aberto; Formação de Professores; Descritor Molecular

Introdução

As tecnologias educacionais e os ambientes virtuais de aprendizagem têm provocado algumas mudanças não só na forma como as pessoas interagem e aprendem, mas também quanto aquilo que aprendem. Segundo Krasilchik (2004) a intensificação do uso dos computadores no ensino de ciências é devido a maior interação e participação do aluno na produção do conhecimento. Ziegler (2013) da Universidade de Waterloo, no Canadá, utilizou técnicas de química computacional para complementar o curso de físico-química orgânica através da determinação teórica da energia livre de Gibbs, energia total, comprimento de ligação, cargas de Mullikan e cálculo da constante de ionização do ácido benzoico e do fenol para obtenção do gráfico de Hammett. O grupo de Química Computacional no Ensino e Pesquisa de Ciências Naturais, da Universidade do Estado do Pará, Campus Altamira, investigou a atividade biológica de compostos nitrofuranos através de técnicas de modelagem molecular e mapa de potencial eletrostático molecular (SANTOS et al, 2014). Cálculos computacionais, em nível DFT, foram aplicados no estudo das propriedades eletrônicas e estruturais de carotenoides por meio da análise dos orbitais de fronteira, espectroscopia na região do violeta (UV) e mapas MEP, de forma que os resultados evidenciam que a pigmentação desses compostos estão relacionados às duplas ligações consecutivas e ao gap de energia entre os orbitais moleculares ocupados de maior energia, HOMO, e os orbitais moleculares desocupados de menor energia, LUMO. (SANTOS & GAMA, 2013). O objetivo deste trabalho consiste em utilizar softwares abertos para o ensino/aprendizagem de descritores moleculares de compostos orgânicos e instrumentalizar os futuros professores para o uso dos recursos computacionais no ensino e pesquisa de Química.

Material e métodos

A pesquisa foi realizada com 25 alunos do Curso de Licenciatura em Ciências Naturais com Habilitação em Química da Universidade do Estado do Pará, Campus Universitário de Altamira. Inicialmente foi ministrado um curso introdutório sobre os softwares de química aplicados o ensino de química orgânica. No primeiro momento realizou-se uma oficina com o objetivo de apresentar o software Chemsket e instrumentalizar os acadêmicos para obtenção das propriedades moleculares e visualização tridimensional da estrutura química dos compostos orgânicos. No segundo momento, no Laboratório de Informática (LabInf), uma atividade de aprendizagem orientada pelo professor foi aplicada a fim oportunizar a apropriação do conhecimento e aprimoramento no ensino de química. Neste momento, o software aberto foi obtido pela internet e instalado nos computadores. Finalmente, para a avaliação da aprendizagem aplicou-se um questionário sobre a utilização dos recursos computacionais. O software Chemsket 12.0 e Molekel 5.4 são definidos como softwares educativos, pois apresentam um conjunto de recursos informáticos projetados com a intenção de serem usados em contextos de ensino e aprendizagem, de modo que abrange finalidades muito diversas que podem ir da aquisição de conceitos até o desenvolvimento de habilidades básicas ou a resolução de problemas.

Resultado e discussão

No LabInf os acadêmicos construíram e visualizaram a estrutura química 2D da aspirina e paracetamol além de obterem a nomenclatura IUPAC. A estrutura 3D destes compostos foram visualizados no modelo bola-vareta e bastão (Figura 1a e 1b). Neste momento enfatizou-se o ensino da geometria molecular dos compostos orgânicos. A Figura 1 ilustra os compostos estudados. Com auxilio do software Molekel visualizou-se o Mapa de Potencial Eletrostático Molecular (MEP) e os orbitais HOMO e LUMO de um nitrofurano com atividade antichagásica (Figura 1C). Na ocasião exemplificou-se a aplicabilidade em química farmacêutica e medicinal através dos estudos da relação estrutura química e atividade biológica. As propriedades eletrônicas e estruturais de uma série de compostos orgânicos foram obtidos com o software e relacionados com os estudos de modelagem molecular. A tabela 1 contém a massa molecular, o coeficiente de partição octanol/água (LogP), comprimento de ligação e ângulo de ligação de alguns compostos orgânicos. O gráfico 1 mostra que 55% dos graduandos desconheciam a existência de softwares que podem ser utilizados no ensino de química orgânica. De modo geral, a maioria dos alunos não sentiram dificuldades na utilização do software Chemisket e Molekel, apesar dos programas apresentarem menu na língua inglesa. Os acadêmicos relataram que os programas fornecem informações importantes acerca dos compostos orgânicos e que facilita o aprendizado da geometria molecular. A visualização tridimensional permitiu o melhorar a compreensão sobre isomeria espacial, pois os alunos conseguiram sem dificuldade visualizar o carbono quiral do componente majoritário do óleo essencial da canfora.

(a) Estrutura 2D e 3D da Aspirina e (b) Paracetamol construída no Chemsket; (c) Mapa de MEP e Orbitais de fronteira do nitrofurano obtida no Molekel.


Tabela 1: propriedades eletrônicas e estruturais de uma série de compostos orgânicos; Gráfico 1: Avaliação da Aprendizagem da utilização de softwares

Conclusões

As atividades realizadas no Labinf com auxilio dos softwares possibilitaram a construção do conhecimento e a aprendizagem colaborativa, sendo importante o papel do professor como orientador e mediador no uso do software. A obtenção de descritores moleculares através de ambientes virtuais contribuiu para o melhor entendimento e compreensão de fenômenos microscópicos, pois ilustram situações abstratas permitindo aos alunos visualizar modelos necessários a aprendizagem em Química. A utilização dos softwares aplicados ao ensino de química pode ainda contribuir para que os laboratórios de informática presente nas escolas de educação básica comecem a serem usados para melhoria da qualidade do ensino pois estes espaços vêm sendo subutilizados por professores de Química, Física e Biologia, devido a pouca importância atribuída ao uso destas, ou por não saberem utilizar as tecnologias de informações e comunicações. Os resultados do questionário sobre a aprendizagem dos acadêmicos na utilização dos softwares evidenciam a boa aceitação e que estes sentiram-se motivados para implementarem uma nova cultura pedagógica que tenha compromisso com as autonomias do professor, do aluno e da própria estrutura e organização da educação em relação aos seus tempos, espaços e pressupostos teóricos. Uma logica que não leve em consideração a flexibilização dos processos e das relações de ensino e aprendizagem, a ruptura com a linearidade e a hierarquia prevista pela educação formal e que configura uma nova atuação de professores e alunos em ambientes virtuais.

Agradecimentos

Agradecemos ao Campus Universitário de Altamira que disponibilizou o Laboratório de Informática (LabInf) e aos acadêmicos de Licenciatura em Ciências Naturais com hab

Referências

FONSECA JR, Carlos A. C.; SILVA, José H. Estudo Computacional da Estrutura Eletrônica de Nitrocompostos com Potencial antichagásico. 2013. 54f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Licenciatura em Ciências Naturais). Universidade do Estado do Pará, Altamira, 2013.

SANTOS, Marcos A. B., et al. Modelagem Computacional da Atividade Antichagásica de Compostos Nitrofuranos através de Métodos Quimiométricos e Mapas de MEP. In: VII Escola de Modelagem Molecular em Sistemas Biológicos. Laboratório Nacional de Computação Científica, Petrópolis, 2014.

SANTOS, Gustavo B.; GAMA, Paulo A. F. Estudo Computacional das Propriedades Eletrônicas e Estruturais de Carotenoides. 2013. 67f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Licenciatura em Ciências Naturais). Universidade do Estado do Pará, Altamira, 2013.

ZIEGLER, Black E. Theoretical Hammett Plot for the Gas-Phase Ionization of Benzoic Acid versus Phenol: A Computational Chemistry Lab Exercise. Journal of Chemical Education. n. 90, p. 665-668, 2013.