ESTUDOS DA APLICAÇÃO DE UM OBJETO VIRTUAL DE APRENDIZAGEM PARA A EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ensino de Química

Autores

Ruela, B.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Faustino, G.A.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Silva, A.K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Lima, T.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Barcelos Moreira, M. (CEPAE - CENTRO DE ENSINO E PESQUISA APLICADA À EDU) ; Benite, A.M.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Liao, L.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Benite, C.R.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS)

Resumo

Este trabalho tem como objetivo contribuir para a apropriação cultural de conceitos químicos por alunos da educação básica a partir da discussão dos princípios e fundamentos da técnica de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) baseada na detecção de formaldeído em alisantes capilares, utilizando como ferramenta da ação mediada um objeto virtual de aprendizagem. Assumidos esses pressupostos e com características de uma pesquisa qualitativa, nossos resultado apontam para uma abordagem dos aspectos sociais, econômicos e políticos do alisamento capilar aliados a ciência bem como apresentamos a técnica de RMN para discutir os aspectos científicos e tecnológicos. Portanto, neste trabalho tratamos da discussão de conceitos químicos e da divulgação cientifica a partir da técnica de RMN.

Palavras chaves

OVA; RMN; Ensino de Química

Introdução

Um dos aspectos determinantes do crescimento econômico de um país é a relação existente entre a Ciência e o processo produtivo que acontece por meio de inovações tecnológicas, inserção de novos produtos no mercado, muito deles direcionados ao consumidor final, e o incentivo aos investimentos em infraestruturas (ROSA, 2012). Segundo Lenoir (1997), para que aconteça a inovação em tecnologia de ponta é preciso se amparar na experimentação e aprendizagem levando em conta, também, as habilidades e conhecimentos locais fazendo parte de um ciclo de combinação e recombinação entre estes aspectos. A Física, por exemplo, “amparada pela Matemática desenvolveu sofisticadíssimos instrumentos para a pesquisa, fato que nos possibilita ver agora grandes resultados científico-tecnológicos” (LEONOIR, 1997, p.42). Um avanço nesse sentido foi à consolidação da Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear que “é a técnica mais importante para a elucidação estrutural de uma molécula e permite a detecção de muitos núcleos, tais como 1H, 13C, 15N, 29Si e 31P.” (MORAES e COLNAGO, 2014, p.1237). Como técnica sofisticada, conta com equipamentos de alto custo utilizando princípios da Química Quântica, Física Moderna e Cálculo Infinitesimal possuindo elevada agilidade e acurácia nos resultados obtidos. No Brasil, desde 1980 é usada para “análise qualitativa e quantitativa de produtos farmacêuticos, agrícolas, petróleo e derivados” (MORAES e COLNAGO, 2014, p.1410). Na Medicina, as imagens de Ressonância Magnética (IRM) possibilitam explorar aspectos funcionais e anatômicos de todo o corpo humano devido à ampla capacidade de distinguir tecidos. Para Mazzola (2009), a “Ressonância Magnética Funcional (RMf) se destaca como uma das técnicas de IRM que vem permitindo explorar funções cerebrais como a memória, linguagem e controle da motricidade” (p.117). Pautados no bem-estar e na melhoria da qualidade de vida, assumimos que os conhecimentos científicos e as aplicações tecnológicas produzidas, como os de RMN e suas implicações sociais, devem ser cada vez mais disseminados com o intuito de ensinar e capacitar indivíduos para participarem de forma crítica de uma sociedade em crescente sofisticação. Mas como promover a compreensão dos impactos do uso da Espectroscopia de RMN sobre a sociedade em uma dimensão voltada para o entendimento público da Ciência dentro da finalidade da educação básica de formação cidadã? (SANTOS e SCHNETZLER, 1997). Defendemos a necessidade do letramento científico e tecnológico na educação básica visando o desenvolvimento da capacidade funcional do aprendiz para agir como consumidor e cidadão, pois apesar de não ser cientista ou tecnólogo pode ser capaz de compreender como a Ciência e as Tecnologias influenciam a sua vida. Partindo desse pressuposto, torna-se essencial a criação de meios e formas de comunicação que contribuam com a mediação dos princípios e conceitos fundamentais referentes à Ciência e a Tecnologia, pois esse processo necessariamente deve ocorrer na escola e em particular nas aulas de química. Essencial para o letramento científico e tecnológico é a formação de professores, capacitando-os para lidar com uma geração que tem maior contato com as tecnologias atuais e mais acesso a novas fontes de conhecimento. Tais adequações implicam em mudanças profundas no paradigma educacional focando as tecnologias de informação e comunicação (TIC) como instrumentos da ação mediada. Dessa maneira, torna-se plausível o uso das TIC nas aulas de Química visando discussões entre as mais variadas áreas do conhecimento e suas aplicações na sociedade, propiciando a construção coletiva de ideias por meio da mediação docente com o auxílio tecnológico. Pautados nas ideias de Vigotski (2012) e Wertsch (1984) sobre a mediação pedagógica com o uso de instrumentos, essa investigação objetiva analisar os resultado obtidos numa intervenção pedagógica (IP) utilizando o Objeto Virtual de Aprendizagem (OVA) intitulado “alisamento capilar: sob o olhar microscópico” (OVA) (BENITE, BENITE e SILVA FILHO, 2011) como ferramenta da ação mediada a respeito das contribuições da técnica de Espectroscopia de RMN na sociedade atual visando a divulgação científica e a apropriação conceitual para a formação cidadã de alunos do 2° ano do ensino médio de uma escola pública de Goiânia.

Material e métodos

Esta investigação segue os moldes da pesquisa qualitativa em que, de acordo com Lüdke e André (1986), a realização da pesquisa deve apresentar um confronto entre os dados, evidências e informações coletadas sobre um assunto específico e o conhecimento teórico acumulado a respeito do mesmo. A realidade dos fenômenos sociais é complexa e para o entendimento delas, o pesquisador embasado no enfoque qualitativo consegue realizar seu estudo de forma mais profunda para responder a problemática da pesquisa. Para Triviños (2008), a pesquisa precisa ter como foco principal o processo e não o resultado e produto, uma vez que a mesma se atenta a atribuir significado às coisas, aos fenômenos, sem se preocupar demasiadamente com a quantificação. Essa investigação é caracterizada pela possibilidade de reflexão teórica conjunta (professor e aluno) de experiências humanas relacionadas ao tratamento capilar, da seguinte forma: - Ambiente natural como fonte direta de coleta de dados: o pesquisador é professor em formação e atua com alunas (os) da educação básica que realizam a prática de alisamento capilar com produtos cosméticos contendo em sua composição o formaldeído, uma substância que pode causar reações adversas, mas que é liberada pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) em baixa concentração para fins conservantes. - É descritiva: descrições da prática do alisamento capilar (fenômeno macroscópico) subsidiarão discussões conceituais e simbólicas no campo das Ciências teórica e Aplicada pautadas em dados da Espectroscopia de RMN obtidos de análises realizadas no Instituto de Química. Os resultados das análises serão apresentados em linguagem representacional (reações químicas, espectros e imagens) pelo OVA promovendo a reflexão dos relatos de experiência dos alunos nas aulas de Química. - Importância do processo e não simplesmente com os resultados e produtos: a investigação ocorrerá pelo estudo conjunto (professor formador (PQ) e professor em formação inicial (PFI)) das transcrições das aulas gravadas em áudio e vídeo do uso do OVA como ferramenta da ação mediada pelo professor para discussão envolvendo a técnica de RMN, a identificação e presença de formaldeído (FA) em produtos comercializados, objetivando a aprendizagem do conteúdo químico e a formação cidadã dos alunos. Desta forma, a investigação será composta das seguintes etapas: 1) Seleção dos produtos cosméticos a serem analisados pela técnica de Espectroscopia de RMN no Instituto de química além de outros métodos de identificação do formaldeído, como a Espectrofotometria e o uso do Reagente de Schiff para identificação de aldeídos; 2) Planejamento conjunto (PQ e PFI) dos conteúdos a serem discutidos no OVA; 3) Design e criação do OVA com os dados obtidos pelas técnicas citadas; 4) Intervenções pedagógicas gravadas em áudio e vídeo e transcritas PFI para posterior análise teórica da conversação (MARCUSCHI, 2003).

Resultado e discussão

A utilização do OVA como ferramenta da ação mediada permite estudar na educação básica conceitos e definições do conhecimento químico a partir da apresentação da técnica de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e seus princípios contextualizados nas discussões feitas sobre alisamento capilar realizadas anteriormente. No inicio da aula, foi perguntado aos alunos se já haviam escutado sobre a técnica, para analisar o conhecimento prévio dos alunos acerca do tema. Essas primeiras discussões são mostradas no extrato 1. Observando a discussão feita em sala de aula é importante salientar que a problematização de fatos do cotidiano dos alunos os levam a uma compreensão mais abrangente da ciência e suas implicações (ALLCHIN, 2011). Como apresentado no turno 77 por A1 (A1: Eu achava que não podia ter nenhum. Tinha que ser, né professor), acreditando que somente pelo fato do formaldeído ser prejudicial à saúde está substancia não seria encontrada nos produtos capilares. O mesmo reflete e percebe que a questão mercadológica ultrapassa a questão da saúde dos consumidores devido ao fato de estarmos inseridos em uma cultura na qual há um demérito as características fenotípicas das pessoas negras (cabelo crespo) e uma valorização do padrão de beleza branco e europeu (GOMES, 2002). Concordamos com Allchin (2011) que a correlação entre a ciência e a vida pratica do aluno proporcionam a eles uma ideia holística da natureza da ciência, levando-os então uma formação cidadã. Identificamos também que os conhecimentos prévios dos alunos a respeito da técnica de RMN advêm da sua aplicação da medicina. Nota-se que os alunos a conhecem como Ressonância Magnética, como mostrado no turno 79 (A8: Eu já fiz um exame que chamava ressonância magnética!). Esta terminologia “Ressonância Magnética” se justifica porque na área da saúde há uma convenção para se abandonar o uso da palavra “nuclear”, pois esta pode ser relacionada à radioatividade e, assim, amendrontar os pacientes. Sabe-se que esta técnica não faz uso de radiação ionizante e é inofensiva à saúde humana. Ela permite a visualização pelo médico de diversas estruturas no cérebro e mostra com maior clareza alterações morfológicas ocasionadas por doença (AMARO JÚNIOR e YAMASHITA, 2001). . Essa percepção dos alunos sobre a ressonância magnética nuclear justifica ainda mais nosso trabalho, uma vez que divulgamos a sua aplicabilidade fora da medicina e a apresentamos como técnica utilizada na detecção e quantificação de FA em produtos capilares. Segundo a ANVISA, o formol é permitido apenas como conservante, na concentração de até 0,2% (BRASIL, 2013). Ressaltamos que mesmo proibido para a prática de alisamento capilar, o uso do formol ainda prevalece. Segundo o Guia de Controle de Qualidade de Produtos Cosméticos (BRASIL, 2008), para determinar o doseamento de formaldeído, deve-se antes identificá-lo por meio de um ensaio com o Reagente de Schiff. Após isso, a determinação da quantidade de FA presente no produto cosmético é feita por colorimetria com AcetilAcetona. A colorimetria utiliza da técnica de espectrometria para determinar a absorbância a 410 nm do extrato de uma solução da amostra. Estes procedimentos exigem o preparo de 9 soluções e algumas com a utilização de banho maria e com um tempo limite de execução 25 minutos para que se diminua os riscos de erro no ensaio (BRASIL, 2008). Tal procedimento produz muito resido, além de exigir um rigor com o tempo do experimento, caso contrário pode ocasionar erros consideráveis. Em contrapartida, a técnica de RMN usa somente uma pequena amostra do alisante capilar na ordem de miligramas e microlitros de um solvente deuterado utilizado para auxiliar na identificação e quantificação do FA que podem ser realizadas simultaneamente. Além disso, esta técnica mostra não só os resultados obtidos para o FA e sim para todos os componentes ali presentes no produto cosmético. Isso é importante, pois apesar da ANVISA ainda não apresentar uma legislação especificas, há produtos que com aquecimento podem levar a formação do FA. Foi apresentado (figura 1) que o equipamento de RMN age aplicando um campo magnético na amostra, e logo em seguida uma radio frequência que promove uma excitação do núcleo. Ao voltar para o estado fundamental, este núcleo emite uma onda eletromagnética em um determinado tempo. Este processo é conhecido como relaxação e o equipamento possui sensores para detectar esta frequência e representá-los na forma de espectros depois um tratamento matemático (GIL e GERALDES, 2002). Após isso, apresentou-se o espectro do padrão químico de propilenoglicol (PG), substancia que quando aquecida leva a formação de FA (BOYER et al, 2013) e foi discutido como o equipamento de RMN faz a representação dos dados químicos por meio do software (Extrato 2). Na discussão do espectro de uma solução de PG padrão (figura 2), fica claro que os alunos encontram dificuldades para entender que a técnica de RMN identifica átomos de hidrogênio da molécula de PG com vizinhanças químicas diferentes e não as ligações químicas que eles fazem, como diz A7 no turno 251 (A7: Acho que não porque eles fazem ligações diferentes). Tal dificuldade já era esperada, uma vez que este assunto é confuso até mesmo nos cursos de graduação. Acreditamos que estas dificuldade podem ser superadas ao passo que mais pessoas conheçam sobre a técnica e suas aplicações que na maioria das vezes envolvem o cotidiano de todos os cidadãos. Portanto, o professor utiliza o OVA como ferramenta da ação mediada para mostrar que a linguagem especifica da RMN (“sinal”;” pico” e “quimicamente iguais”) é diferente da habitual utilizada pelo aluno. Segundo Vigotski (2012) o desenvolvimento da criança se dá a partir do estreitamento das zona de desenvolvimento real no qual a criança se encontra, reflexo de suas experiencias já vividas, em relação a zona de desenvolvimento potencial, que diz respeito as ações da criança pode realizar mas somente com a mediação de um adulto ou de uma pessoa mais experiente. Com isso, o professor explora a zona de desenvolvimento proximal dos mesmos e introduz um novo conceito que é o conjunto de átomos quimicamente semelhantes como mostram os turnos de 254 a 257 (PF: Por eles serem iguais, para a técnica de RMN eles produzem apenas um pico. Agora esses dois hidrogênios dessa outra parte dessa molécula, eles vão aparecer juntos como aqueles outros 3; A: Não.; PF: Por quê?; A1: Porque a região em volta deles é diferente.), os alunos conseguem diferenciar os picos que a molécula de PG geraria para os diferentes átomos de hidrogênio de sua estrutura (os grupos CH3 e CH2). Entender o conceito de hidrogênios com regiões quimicamente iguais pode ajudar os alunos, também, entender o conceito de equilíbrio químico (Extrato 3). Segundo Machado e Aragão (1996), os estudantes encontram dificuldades para conceber o conceito de equilíbrio químico, havendo uma grande dificuldade de os estudantes não entenderem que o equilíbrio químico não diz respeito a quantidade dos reagentes e produtos e sim para as proporções dos reagentes e produtos se mantém constantes. O mesmo acontece ao explicarmos o espectro da solução aquosa de FA padrão como mostrado na figura 1, há um equilíbrio químicos do FA e do MG, ou seja, nesta solução encontraríamos sobretudo MG e FA. No entanto, este equilíbrio químico as quantidades de FA são menores que as de MG, diferença está que se apresentaria diferente no tamanho do pico do espectro. No turno 310 o aluno questiona o porquê de os picos do espectro não serem de tamanhos iguais (A7: Acho que é tipo uma pegadinha, não está em equilíbrio? Os picos não tinham que ser iguais?). O PF, a seguir explica a diferença entre a ideia de quantidade e de constância (PF: É só pensar no equilíbrio como uma constância entre duas quantidades.) e corrobora com a imagem do espectro que confirma que mesmo em um equilíbrio é possível termos quantidades diferentes de reagentes e produtos (figura 3).

Imagens de Frames do OVA e extrato retirado da transcrição da Aula.


Imagem de Frame do OVA e extratos retirados da transcrição da Aula.

Conclusões

Nossos resultados apontam que a discussão da técnica de RMN com a utilização do OVA, nos permitiu fazer discussões a cerca da natureza da ciência, como a ciência afeta a vida do aluno e como este a percebe. Foi possível romper com a ideia de que a ressonância magnética nuclear é apenas um exame clinico assim como mostramos para o aluno os valores sociais e econômicos envolvidos na pratica de alisamento capilar e ressaltamos a importância das agencias reguladoras como a ANVISA e qual sua importância para a sociedade. Após tratar da lei, foi possível discutir os aspectos químicos que a perpassa, tratando da técnica de RMN que pode identificar a molécula de FA ou outras substancias que quando aquecidas se convertem em formaldeído como o PG nos produtos cosméticos. Com a apresentação dos espectros realizados de padrões de componentes que estavam presentes no alisamento capilar foi possível introduzir o aluno a uma nova linguagem da química especifica da técnica de RMN e também foi possível discutir os conceitos de ligação química, conformação da matéria e equilíbrio químico. Em virtude dos fatos mencionados, nossos resultados apontam que a partir da utilização do OVA como ferramenta da ação mediada foi possível realizar a discussão de conceitos químico a partir da apresentação dos princípios e fundamentos da técnica de RMN e seus resultados com os alunos da educação básica bem como contribui para a divulgação cientifica. Além disso, os dados apresentados a eles contribuem para uma formação crítica e cidadão dando-os também pressupostos teóricos para agirem como consumidores e bons cidadãos.

Agradecimentos

À UFG, AO CEPAE, AO LabRMN-IQ-UFG E AO CNPq

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