Carvalho, Nilmara B.

Justi, Rosária S.

Justi, Rosária

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOPAPEL DA ANALOGIA DO “MAR DE ELÉTRONS”NA COMPREENSÃO DO MODELO DE LIGAÇÃO METÁLICACARVALHO, NILMARA B. e JUSTI, ROSÁRIA S.Universidade Federal de Minas Gerais, Brasil.Palavras chave: Analogias; Ligação metálica; Aprendizagem.OBJETIVOSNo ensino de Química no nível médio, o único modelo apresentado para os alunos para explicar a forma-ção da ligação metálica é aquele fundamentado na analogia do “mar de elétrons”. Isso acontece tanto noBrasil – onde essa pesquisa aconteceu – quanto em outros países. Motivadas pela nossa experiência em salade aula e por relatos encontrados na literatura que apontam para uma grande dificuldade dos alunos ementender a formação da ligação metálica e aplicar essas idéias na explicação das propriedades dos metais,buscamos, nesta pesquisa: • avaliar como os alunos do ensino médio compreendem a analogia do “mar de elétrons”; • verificar quais aspectos da analogia os alunos identificam como úteis na compreensão da ligação metá-lica; • verificar quais limitações os alunos identificam com relação ao uso dessa analogia; • avaliar se e como os alunos utilizam essa analogia para explicar a condução de corrente elétrica pelosmetais.ASPECTOS TEÓRICOSEm Ciências, um modelo pode ser definido como uma representação de uma idéia, objeto, evento, pro-cesso ou sistema. Tal representação pode ser usada para fazer previsões, guiar pesquisas, sumariar dados,justificar resultados e facilitar a comunicação”. O ensino de Ciências (e, particularmente, o de Química) envolve, muitas vezes, conceitos abstratos e dedifícil compreensão. Na tentativa de facilitar o aprendizado, professores e autores de materiais instrucio-nais desenvolvem modelos de ensino: representações produzidas com o objetivo específico de ajudar os alu-nos a entenderem algum aspecto do conteúdo que se deseja ensinar. Entre os modelos de ensino, as ana-logias apresentam um papel muito importante, uma vez que elas propiciam a associação entre um aspectoque é desconhecido dos alunos (chamado de domínio alvo) e outro que lhes é familiar (chamado de domí-nio análogo) (Glynn, 1989).Embora o potencial das analogias para favorecer a aprendizagem dos alunos tenha sido reconhecido porinúmeros pesquisadores (por exemplo, Glynn, 1989), o seu uso por professores e autores de livros didáti-cos é reconhecido, por esses mesmos pesquisadores, como limitado. 2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESONo ensino de ligações metálicas, um modelo de ensino freqüentemente utilizado por professores e autoresde livros é a analogia do “mar de elétrons”. De acordo com ela, nos metais os elétrons se movimentamlivremente entre os íons metálicos (cátions) que os atraem como se fossem um mar no qual tais íons esta-riam submersos. Espera-se, com a utilização dessa analogia, que os alunos sejam capazes de compreendersignificativamente a deslocalização dos elétrons e a sua interação com vários núcleos atômicos. No entan-to, pesquisas têm constatado que existe uma grande dificuldade por parte deles em construir modelos men-tais baseados na analogia do “mar de elétrons” (Coll and Treagust, 2003; de Posada, 1999; Taber, 2003).Taber, por exemplo, destaca que “os estudantes parecem aceitar a metáfora do ‘mar’ sem críticas” e queparecem “desenvolver a idéia de cátions e/ou elétrons flutuando, nadando, etc. em um mar” (Taber, 2003,p. 751).Acreditando que a partir do entendimento de como os alunos realmente entendem a analogia do “mar deelétrons” podemos fundamentar propostas para o ensino do tema ligações metálicas que resultem emaprendizagem significativa dos alunos, conduzimos o estudo aqui relatado.DESENVOLVIMENTOA coleta de dados foi realizada através de um questionário escrito. Tal opção foi feita porque pretendía-mos conhecer as idéias de um número significativo de alunos e porque questionários podem ser aplicadospor qualquer professor em suas salas de aula. Nesse sentido, essa pesquisa pode ser um fator incentivadorpara que outros professores investiguem as idéias de seus alunos sobre esse tema. O questionário consistia de cinco questões: a primeira solicitava que os alunos expressassem suas própriasidéias (através de desenhos e verbalmente) sobre como os átomos de ferro se mantêm unidos; a segundasolicitava que eles explicassem o que entendiam pela expressão “mar de elétrons”; a terceira investigava sea idéia do “mar de elétrons” os ajuda ou não a entender como os metais são formados; na quarta questio-namos sobre o fato de existirem ou não problemas no uso da expressão “mar de elétrons” com relação àformação dos metais; e, finalmente, na quinta, solicitamos que os alunos explicassem o fato de os metaisconduzirem corrente elétrica.Após ser validado em um estudo piloto, esse questionário foi aplicado a uma amostra constituída de 102alunos (14-16 anos) de uma escola particular. Tais alunos haviam terminado o estudo de ligações químicasduas semanas antes de responderem o questionário.Considerando os objetivos das questões e as respostas dos alunos, foi desenvolvido um sistema de catego-rias para fundamentar a análise dos dados. Tal análise foi realizada, inicialmente, de forma independentepelas duas pesquisadoras. Em seguida, os resultados foram comparados e discutidos objetivando atingir umconsenso. Em seguida, a análise realizada foi submetida à apreciação de outra pesquisadora que não haviaparticipado da elaboração do sistema de categorias. Assim, uma triangulação de pesquisadores foi aplica-da buscando garantir a validade da análise dos dados. Os principais resultados obtidos na análise dos dadosforam os apresentados a seguir.Pouco mais de 10% dos alunos demonstraram entender a expressão “mar de elétrons”, associando-a a elé-trons em movimento entre cátions. 30% associaram-na apenas aos elétrons livres. Os demais alunosdemonstraram não entender seu significado ao relacionarem-na: apenas a muitos elétrons, a elétrons loca-lizados na estrutura interna do átomo, a elétrons ligados entre si, a elétrons mergulhados em um sistema,ou a outras idéias confusas.Ao serem questionados sobre se a idéia do “mar de elétrons” ajuda a entender a formação dos metais, amaioria dos alunos (65%) reconheceu que sim, principalmente por ela evidenciar algum aspecto da liga-ção. Porém, a maioria desses alunos não utilizou essa idéia para explicar a condutibilidade elétrica dos3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOmetais e muitos não foram capazes de justificar sua opinião. Quase um terço dos alunos admitiram que aanalogia não facilita a compreensão da estrutura dos metais. Suas justificativas indicam que eles: não per-cebem a relação existente entre os domínios análogo e alvo, entendem a analogia como fazendo parte daligação ou sendo uma característica dela, ou, ainda, negam a possibilidade do estabelecimento da analogia(por não conseguirem visualizar como seria um “mar de elétrons”, por não identificarem corretamente asrelações analógicas, ou por não entenderem o significado de uma analogia).Em relação às limitações da analogia, 92,5% dos alunos não as reconheceram ou, quando o fizeram, suasjustificativas não foram coerentes. Isso parece indicar que a grande maioria dos alunos aceita a analogiaapresentada no contexto escolar sem críticas, como uma verdade absoluta.Finalmente, quando solicitados a explicar a condução de corrente elétrica pelos metais, somente 29% dosalunos utilizaram a idéia do “mar de elétrons” de forma correta. Apesar disso, a maioria desses alunostinha sido incapaz de explicar, de forma coerente, como os átomos metálicos se mantêm unidos. Quase60% dos alunos explicou a condução de corrente elétrica de forma incorreta, sendo que a maioria delesnão usou a idéia do “mar de elétrons” em sua explicação.CONCLUSÕESOs resultados desse estudo corroboram a visão geral apresentada na literatura de que ligação metálica éum tópico de difícil compreensão por parte dos alunos (Coll and Treagust, 2003; de Posada, 1999; Taber,2002, 2003). A realização dessa pesquisa, assim como o conhecimento de como o tema ligação metálica éensinado evidenciaram que o modelo apresentado aos alunos não enfatiza:• a formação do arranjo tridimensional dos cátions;• a existência de forças atrativas entre cátions e elétrons como responsável pela união dos mesmos e esta-bilidade da estrutura. Ao contrário, a ênfase na liberdade dos elétrons parece fazer com que seja difícilpara os alunos conciliar essa idéia com a da existência de forças de atração;• a existência de forças de repulsão entre os cátions e entre os elétrons, assim como a importância das mes-mas para a definição e manutenção da estrutura tridimensional.Em outras palavras, o único aspecto enfatizado é a mobilidade dos elétrons – muitas vezes sem clarezasobre quais elétrons podem estar deslocalizados em um determinado metal. Isso não implica, entretanto,que a analogia do mar de elétrons não deva ser introduzida no ensino. O que defendemos é que, como nocaso de todas as outras analogias utilizadas como modelos de ensino, os professores promovam a discus-são:• das idéias prévias dos alunos importantes para o entendimento da mesma (como, por exemplo, o signifi-cado de naturezas elétricas diferentes e das forças possíveis de existir entre entidades de diferentes natu-rezas elétricas) quando ela for introduzida pela primeira vez;• das partes positivas da analogia, mas enfatizando que elas não esgotam a explicação da formação da liga-ção;• das partes negativas da analogia, a fim de que os alunos não as tomem como positivas e, a partir daí, sejamcapazes de propor explicações coerentes para as propriedades dos metais;• do papel da analogia na compreensão do modelo científico proposto para explicar a formação dos metais.Isso seria essencial para que os alunos não utilizassem a analogia como se ela fosse a própria ligaçãometálica.Além disso, considerando que o objetivo principal do estudo de ligações químicas é fundamentar o enten-dimento das propriedades e dos comportamentos dos materiais, acreditamos ser de extrema importânciaque os ensinos de eletricidade e ligação metálica (assim como, futuramente, o de eletroquímica) sejam mel-4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOhor articulados. Atualmente, os alunos são ensinados sobre ligações metálicas na disciplina Química, masnada é discutido, nessa disciplina, sobre a natureza da corrente elétrica. Além disso, o ensino de eletrici-dade (na disciplina Física) não ocorre no mesmo ano em que os alunos aprendem sobre ligação metálica.Nesse sentido, talvez estejamos exigindo demais ao esperar que os alunos dessa faixa etária consigam rela-cionar a idéia do “mar de elétrons” com a condução de corrente elétrica. As reflexões feitas durante a rea-lização dessa pesquisa – tanto a partir da analise dos dados quanto do contato com a literatura – suportamnossa convicção de que a busca por propostas e ações articuladas entre professores de Química e Física éessencial para que os alunos possam aprender significativamente como os metais são constituídos e porqueeles apresentam determinadas propriedades.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASCOLL, R.K. and TREAGUST, D.F. (2003). Learners’ mental models of chemical bonding. Science Education, Vol. 87(5), 685-707.DE POSADA, J.M. (1999). The presentation of metallic bonding in high school science textbooks during three deca-des: science educational reforms and substantive changes of tendencies. Science Education, Vol. 83 (4), 423-447.GLYNN, S.M. (1989). Explaining Science Concepts: A Teaching-with-Analogies Model. In S.W. Glynn, R.H. Yeanyand B.K. Britton (eds.) The Psychology of Learning Science. (pp. 219-240) Hilsdalle, New Jersey: LawrenceErlbaum.TABER, R. (2002). Chemical misconceptions – preventions, diagnosis and cure. Volume I: theoretical background.London: Royal Society of Chemistry.TABER, R. (2003). Mediating mental models of metals: acknowledging the priority of the learner’s prior learning.Science Education, Vol. 87 (5), 732-758.

Papel da analogia do "mar de elétrons" na compreensão do modelo de ligação metálica

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Papel da analogia do "mar de elétrons" na compreensão do modelo de ligação metálica

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