O professor de química
e o método científico
Prof. Jorge Machado
Especialista em ensino de ciências
Professor do Centro de Educação da UFPa
Parece haver consenso de que um professor competente deve ser aquele que:
a) Possui suficiente formação teórica, metodológica e epistemológica.
b) Está preparado para ousar a inovação metodológica.
c) Recorre à história da ciência como eixo disciplinar.
d) Associa ensino e pesquisa.
Este último item é objeto destas nossas reflexões neste trabalho.
Tradicionalmente pensava-se que a construção e reprodução do conhecimento científico poderia dar-se em dois momentos e sob a ação de dois sujeitos diferentes. Num primeiro momento, o pesquisador construiria o conhecimento a partir da investigação da realidade concreta, sistematizava esse conhecimento e o transferia para o outro sujeito, o professor, encarregado de reproduzir e disseminar esse conhecimento. Papéis discretos e bem definidos para dois indivíduos com formação e objetivos definidos e mutuamente exclusivos. Felizmente parece haver um consenso, hoje, de que essa divisão não deve ser mantida.
De fato, o educador que associa ensino e pesquisa goza de nítidas vantagens sobre o docente que somente pratica o ensino. Vantagens de ordem técnica, como aquela que o habilita a diagnosticar o resultado de iniciativas inovadoras. Vantagens de ordem cognitiva, na medida em que exercita com os alunos a prática do método científico, que só é devidamente conhecido a partir do momento em que se é confrontado com os problemas decorrentes de sua prática.
Não nos cabe, aqui, apresentar os fundamento do método científico. Para isso, a bibliografia indicada e comentada ao final apresenta suporte adequado. Pretendemos, neste momento, ir direto às vantagens de se utilizar o método científico como suporte para aulas de química.
Com relação à experimentação (quase um senso comum no que respeite à proposta para ensino de química universalmente aceita), vale lembrarmos do estudo mencionado por Hodson, que destaca a importância de uma metodologia adequada a aulas experimentais. O autor estabelece que estudos em escolas inglesas revelaram que entre os resultados de aulas expositivas, aulas práticas com demonstração e aulas práticas com realização de experimentos pelos alunos não haveria diferença alguma se não houvesse situações de investigação propostas nas aulas experimentais. Isso significa que, mais do que opção por aulas práticas, mais do que a existência ou não de laboratórios de ensino, o problema central está na metodologia empregada nas aulas práticas.
Dentre as alternativas que se apresentam para a implementação de aulas práticas para o ensino de química, devemos lembrar do método da descoberta como principal alternativa metodológica viável.
O método da descoberta favorece a construção do conhecimento científico mediante o exercício de atividades mais ou menos direcionadas que estimulam o fazer e o pensar, isto é, proporcionam o envolvimento dos alunos em atividades de manipulação de materiais e, além disso, promovem a ocorrência de momentos para reflexão, tomada de decisões e chegada a conclusões. Ensinar química através da descoberta é desenvolver habilidades e atitudes científicas. A descoberta, seja ela feita através do método científico, de uma maneira formal ou não, implica especialmente na utilização constante de habilidades como observar, medir, comparar, formular hipóteses, construir gráficos, analisar e interpretar dados, definir operacionalmente, concluir, dentre outras. A função do professor é ajudar para que esta descoberta possa ocorrer, é criar condições que facilitem essa descoberta. Nessa sua função de auxiliar da descoberta, o professor pode assumir diferentes graus de diretividade. De um lado ele pode preparar todo o cenário da descoberta, orientando o aluno a executar atividades determinadas previamente com o máximo de precisão. São as descobertas dirigidas. Do outro lado, o professor pode deixar o aluno determinar inteiramente as condições da sua descoberta. O aluno escolhe um problema ou assunto para investigar e executa as atividades que ele mesmo determina. É uma descoberta inteiramente sem previsão e preparo prévio do professor, que passa a funcionar como um orientador propriamente dito.
Dentro desse método, três técnicas vem sendo utilizadas com mais freqüência: a técnica da redescoberta, a técnica de projetos e a técnica da solução de problemas.
A redescoberta é um recurso didático através do qual o professor propõe aos alunos atividades práticas e, por meio do desenvolvimento experimental, os conduz a observarem e interpretarem os resultados, capacitando-os a concluírem por si mesmos. Nessa técnica os alunos trabalham sem saber os objetivos finais a serem atingidos. Somente perceberão os objetivos ao alcançarem determinada fase do trabalho, ou quando chegarem a sua finalização, redescobrindo.
Há duas modalidades de técnica da redescoberta.
Na primeira o trabalho experimental é realizado pelo professor. Os alunos acompanham atentamente os trabalhos e, de acordo com suas observações, elaboram suas conclusões. Nessa modalidade, conforme a oportunidade e a conveniência, os alunos podem interferir diretamente na atividade experimental. Essa modalidade é sempre utilizada quando há pouco material disponível ou trata-se de material de difícil manuseio. Aqui o professor apresenta as explicações iniciais, executa a experimentação e procura fazer com que os alunos acompanhem o trabalho e elaborem suas conclusões.
Na segunda modalidade o trabalho é realizado diretamente pelos alunos, a quem caberá a efetiva realização do experimento. Aqui o professor indica o material e o procedimento adequado à realização da atividade. Pode auxiliar os alunos na montagem dos experimentos e induzi-los a observarem corretamente e atingirem suas próprias conclusões.
Em qualquer modalidade de redescoberta cabe ao professor identificar um tema objetivo que justifique o trabalho a ser iniciado e o tempo a ser utilizado, verificar a viabilidade, exequibilidade e adequação da execução da atividade, fazer um levantamento do material experimental e bibliográfico a ser utilizado, extabelecer o modo operacional de acordo com as possibilidades (material disponível, local, etc.).
Para que se atinja mais rapidamente os objetivos é conveniente que o professor dê, por escrito, o roteiro de atividades aos alunos.
O desenvolvimento do trabalho pode requerer um conhecimento prévio pois os alunos podem não ter esse conhecimento. É sempre importante rememorar algum fato que possa servir de suporte para a redescoberta, lembrando sempre que a redescoberta se dá em situações de investigação, onde parte-se dos fatos experimentais para as conclusões e generalizações. Isso vai contra os "experimentos" presentes em certos livros didáticos, que vem para confirmar a "verdade" que os livros proclamam. O procedimento correto é partir da realidade experimental para a generalização, pois é assim que a ciência funciona.
Como principais vantagens da redescoberta temos que:
a) As atividades propostas provocam o aluno a realizar, observar, pensar e concluir com um mínimo de intervenção por parte do professor.
b) OP envolvimento direto do aluno nos trabalhos elimina a simples memorização das aulas expositivas.
c) O trabalho em que o aluno participa diretamente, reconstituindo fatos ou fenômenos, proporciona a descoberta de um princípio ou de uma regra, possibilitando que ele adquira por si mesmo o conhecimento.
d) Há oportunidade de adaptação de materiais e a realização de atividades complementares, idealizadas pelo próprio aluno.
Na técnica da solução de problemas são apresentados problemas que os alunos deverão resolver utilizando um procedimento científico. Um problema é uma situação de dúvida, um estado de tensão psicológica capaz de estimular a curiosidade, o pensamento reflexivo e provocar a ação em busca de uma solução ou atividade de trabalho. Um problema não é uma simples "tarefa" a ser cumprida.
Exemplo de alguns problemas relevantes para o estudante de química:
- Como separar o sal da água do mar?
- Para onde vai o sólido quando se dissolve em um líquido?
- A dissolução de um comprimido efervescente é mais rápida em água gelada ou em água quente?
- Por que o açaí muda de cor conforme esteja em presença de suco de limão ou de solução aquosa de sabão?
Portanto, ao ser confrontado com um problema, o aluno deve colocar-se em situação de resolvê-lo.
São quatro as etapas principais para a resolução de um problema:
1. Compreender o problema.
2. Elaborar um plano.
3. Executar o plano.
4. Fazer um retrospecto ou verificação.
Essas etapas não são rígidas, fixas e infalíveis. O processo deresolução de problemas é algo mais complexo e rico, que não se limita a seguir instruções que levarão passo a passo à solução, como se fosse um algoritmo. Entretanto, de um modo geral elas ajudam a se orientar durante o processo. Vejamos cada uma dessas etapas.
b) Quais os dados e as condições do problema?
c) É possível fazer uma figura, esquema ou diagrama?
a) Que estratégia você irá desenvolver?
b) Procure organizar os dados em tabelas ou gráficos.
c) Você se lembra de um problema semelhante que poderá ajudá-lo a resolver este?
d) Procure resolver o problema por partes.
a) Execute o plano elaborado, verificando-o passo a passo.
b) Efetue os cálculos indicados no plano.
c) Execute a estratégia traçada ou outras pensadas, obtendo várias maneiras de resolver o mesmo problema.
Fazer um retrospecto ou verificação
a) Examine se a solução obtida está correta.
b) Existe outra maneira de resolver o problema?
c) É possível usar o método empregado para resolver outros problemas semelhantes?
A técnica de projetos é uma técnica muita ativa que tem por fim fazer o aluno agir e realizar algo de prático, com grande atividade mental. Este processo educativo propõe uma atividade planejada e orientada por diretrizes previamente estabelecidas.
Projeto é o ato de planejar uma seqüência organizada de tarefas relativas a uma situação concreta, em busca de um fim prático.
O homem normal está sempre projetando, isto é, planejando suas futuras realizações no que diz respeito a todos os setores de sua atividade: trabalho, negócios, descanso... Pode-se dizer mesmo que todas as ações humanas conscientes são, em última análise, a realização de projetos.
Projeto, portanto, é um ciclo de atividades que vai do cérebro às mãos. e, portanto, capaz de promover educação funcional. Assim, o projeto transforma a atividade do aluno de ser passivo a ativo que concebe, prepara e executa o seu próprio trabalho.
Em educação científica são usados principalmente quatro tipos de projetos:
a) Projeto construtivo - realização prática capaz de promover melhor entendimento de uma situação e desenvolver a criatividade. Exemplo: construção de um destilador para separação de misturas homogêneas de sólido e líquido.
b) Projeto problemático - atividade que visa a solução de um problema no plano teórico, prático ou teórico-prático. Exemplo: como separar o sal da água do mar?
c) Projeto experimental (investigação) - organização de uma sequência experimental com o fim de atingir determinado objetivo ou comprovar um ou mais fatos conhecidos. Nesse tipo de projeto o investigador, através da realização do experimento, obtém os dados experimentais, interpreta-os e conclui operacionalmente.
d) Projeto de levantamento (Survey) - coleta, ordenação e manipulação de dados já conhecidos com o objetivo de constatar e divulgar um fato. Nesse tipo de projeto não existe a interveniência do investigador sobre a amostra do objeto da investigação.
As etapas da técnica de projetos são as seguintes:
1. Identificar uma situação (construção, problema, experimentação, levantamento) capaz de sensibilizar os alunos, conduzindo-os à ação; que seja objetiva, capaz de justificar o trabalho a ser realizado.
2. Definir claramente o projeto tendo em vista os objetivos a serem alcançados.
3. Formular o projeto, verificando suas possibilidades de execução e quais as dificuldades de realização. A formulação de um projeto é discutida a seguir.
4. Planejar o trabalho a ser realizado.
5. Coletar os dados necessários à execução da tarefa.
6. Estabelecer uma linha lógica e progressiva de atividades (modo operacional).
7. Executar o projeto usando todos os meios e capacidades para que os objetivos sejam atingidos.
8. Anotar as principais fases do projeto em andamento bem como os dados a eles referentes.
9. Analisar os resultados do trabalho executado, apreciar o êxito ou as deficiências na realização.
Na técnica de projetos o papel do professor é de orientador do trabalho. Sua principal preocupação será a de orientar a escolha do projeto para que a atividade realizada pelo aluno seja exeqüível e conduza a objetivos válidos, isto é, seja realmente útil.
Originalmente, a técnica de projetos era usada apenas nas séries iniciais do ensino fundamental. Hoje, sua utilização é ampla também no ensino médio. Esta técnica tem o mérito de ser, antes de tudo, um dos meios didáticos de que o professor dispõe para combater o ensino verbalista e memorizado. A execução de um projeto sério deve proporcionar aos alunos, mais do que lhes conferir conhecimento, a oportunidade de desenvolver suas capacidades, hábitos e atitudes. Nesse sentido, as vantagens dos projetos podem ser assim resumidas:
Despertam ao interesse dos alunos, conduzem à ação, as atividades são práticas, atendem às diferenças individuais, despertam interesses vocacionais e desenvolvem a personalidade.
Além dessas vantagens gerais, a técnica dos projetos contribui especificamente no desenvolvimento das capacidades de observação, raciocínio, método de trabalho, iniciativa, autodireção, criatividade, cooperação, responsabilidade e auto-expressão.
A utilização da técnica de projetos em aula, como resultado didático, tem o mérito de familiarizar o aluno com um modo de trabalho que ele freqüentemente vai encontrar no plano prático e corrente, na resolução de problemas pessoais e comunitários.
Finalizando, recomenda-se que a técnica de projetos seja executada com precauções como as que se seguem:
- É aconselhável que os projetos não exijam muito tempo no caso de serem desenvolvidos por alunos do ensino fundamental.
- A complexidade do projeto não deve ultrapassar a capacidade de resolução dos alunos, pois podem ocorrer dificuldades de planejamento e execução que conduzirão a resultados insatisfatórios.
- O professor deverá atuar para que o projeto seja viável.
PROJETOS E RELATÓRIOS DE PESQUISA
O método da descoberta envolve a realização de atividades que necessitarão, sempre, do devido projeto de investigação e dos relatórios ao final do processo. Quando um professor ou um grupo de professores decide desenvolver uma atividade fora da rotina de sala de aula, surgem diversos problemas de ordem técnica e logística que precisam ser resolvidos. Para que esses problemas sejam resolvidos, inclusive os de ordem financeira, é conveniente apresentar de maneira clara e organizada o projeto da atividade. Sugere-se a seguir um dos inúmeros roteiros possíveis para a apresentação de um projeto.
É importante que se deixe bem claro que não há apenas um modo de organizar um projeto. O que apresentamos a seguir são os elementos básicos essenciais de um bom roteiro. Muitas vezes as agências financiadoras fornecem seus roteiros próprios.
Pode-se organizar um bom roteiro a partir das questões-chave que devem ser pensadas e respondidas para definir o que se pretende realizar.
1. O que se pretende fazer ou investigar. O título do projeto e o problema.
2. Por que? A resposta a esta pergunta é a justificativa.
3. Para que? Esclarece os objetivos a serem atingidos, que devem ser redigidos de forma clara e jamais devem ser perdidos de vista, para que se estabeleça a metodologia correta, os procedimentos, etc.
4. Como? Trata-se da metodologia, dos procedimentos, das etapas.
5. Com quem? Recursos humanos (pessoas, número e função).
6. Com o que? Recursos materiais a serem utilizados. Em projetos que buscarão financiamento, este item serve de base para a elaboração do orçamento.
7. A quem? É a clientela a que se destina o projeto, ou grupo de indivíduos ou objetos que serão investigados. Pode ser atingida por amostragem escolhida estatísticamente.
8. Quando? É o cronograma do projeto, previsão do tempo necessário para a realização de cada etapa. Por exemplo:
Discussão do planejamento
Reformulação do planejamento
O relatório de um projeto de pesquisa deve ser um texto onde se responde às questões levantadas para investigação. Com estudantes de nível fundamental e médio, deve ser um amplo exercício de redação onde os estudantes se perceberão relatando tudo o que investigaram, os dados que coletaram, as questões respondidas e as conclusões finais. Deve ser um texto algo livre de padrões muito rígidos, para que o prazer da descoberta possa ser desfrutado naturalmente.
Aulas práticas, por sua vez, precisam ser planejadas de acordo com um padrão ligeiramente diferente, que valorize a situação de investigação mas que permita a redescoberta de acordo com maior grau de diretividade por parte do professor. Assim, pode-se estabelecer um modelo de roteiro de atividade experimental de acordo com o esquema abaixo:
3. Você vai precisar de...
4. Faça assim.
5. Observe e anote.
6. Questões.
7. Suas conclusões.
8. Para saber mais.
9. Para ler.
Vale ressaltar que cada atividade deverá ter implícita uma situação de investigação e valorizar o inesperado, surpreendendo o aluno.
A seguir, veja alguns roteiros de atividades de investigação experimental para redescoberta elaborados de acordo com esse modelo.
1. Título: Dissolução de sólidos em líquidos.
2. Problema: O que acontece com os materiais sólidos quando são dissolvidos em um líquido.
3. Você vai precisar de:
Uma proveta de 100 ml
Um erlenmyer de 125 ml
Uma pisseta com água
sal de cozinha (sólido)
permanganato de potássio (sólido)
4. Faça assim:
Meça exatamente 100 ml de água na proveta.
Transfira os 100 ml de água para o erlenmyer e vá adicionando sal de cozinha, agitando continuamente.
Quando o sal começar a não mais dissolver, retorne a água para a proveta e anote o volume no item abaixo.
Limpe todo o material que você usou.
Coloque novamente 100 ml de água na proveta.
Adicione um cristalzinho de permanganato e observe o que acontece com ele na água. Se necessário, use uma lupa.
Acrescente outro cristal e observe novamente.
Acrescente um terceiro cristal e observe.
Finalmente, adicione uma pitada de permanganato na porta da espátula e observe os cristais.
5. Observe a anote:
1. Qual o volume de água após a adição de sal?
Resposta: Volume = _________ ml.
6. Questões:
1. Como você explica o que aconteceu com o volume da água ao adicionar sal?
2. O que acontece com a coloração da solução à medida que você adiciona permanganato? Por que isso acontece?
3. Na sua opinião, para onde vai o permanganato que você adiciona à água?
4. Se você pudesse encolher até ficar do tamanho de um cristalzinho de permanganato e mergulhar com ele na água da proveta, o que você acha que veria? Descreva esse novo mundo que você estaria observando.
7. Suas conclusões:
1. A partir do que você experimentou, crie um modelo para explicar o que acontece com os materiais quando eles são dissolvidos em água.
2. Na sua opinião, os materiais podem ser divididos em porções bem pequenas? Explique o seu ponto de vista.
3.Caso seja possível tal divisão, como você imagina que seriam essas porções pequenas?
8. Para saber mais
1. Pesquise o significado das palavras:
a) Solução
b) Concentração de soluções
c) Soluções saturadas e soluções diluídas.
2. Procure num dicionário ou enciclopédia o significado da palavra átomo.
9. Para ler
Ambrogi, Angelica, et alii. Unidade modulares de química.São Paulo, Hamburg / CECISP, 1987.
Maldaner, Otávio Aloísio. Química 1: construção de conceitos fundamentais. Ijuí, Editora UNIJUÍ, 1992.
Romanelli, Lilavate I. e Justi, Rosária S. Aprendendo química. Ijuí, Editora UNIJUÍ, 1997.
1. Título: Medindo massas e volumes
2. Problema: Existe alguma relação entre a massa e o volume de uma amostra de um metal? Essa relação depende to tamanho da amostra?
Três amostras de alumínio de tamanhos diferentes
Três amostras de ferro de tamanhos diferentes
Uma balança que meça até décimos de grama.
Uma proveta de 50 ou 100 ml.
régua, lápis e borracha
Você deverá medir os volumes de todas as amostras de metal e registrar os valores na tabela do item 5. Para medir esses volumes, coloque água na proveta, determinando com precisão seu nível, mergulhe a amostra de metal na proveta e em seguida leia o novo nível. A diferença entre o volume inicial de água e o volume final será o volume da amostra que você mergulhou.
Usando a balança, determine as massas de cada uma das amostras de metal. Anote os valores na tabela do item 5.
5. Observe e anote:
Na tabela abaixo, registre os dados que você coletou durante a realização do experimento.
TABELA 1: MASSAS E VOLUMES DAS AMOSTRAS
MASSAS (gramas)
VOLUMES (cm3)
1. Construa dois gráficos em papel milimetrado, um para o alumínio e outro para o ferro. Em cada gráfico, lance no eixo x as massas e no eixo y os volumes. Observe o tipo de gráfico. Calcule a tangente para cada reta fazendo:
Tg = (x1-x2)/(y1-y2)
Faça esse cálculo para vários intervalos de valores e faça uma média.
O que você pode concluir?
2. Compare as inclinações das retas dos gráficos com os valores obtidos. Você pode concluir alguma coisa?
3. Procure, em uma tabela periódica, os valores de densidade para o alumínio e para o ferro e compare com os valores das tangentes que você obteve. O que você pode concluir?
Anote abaixo tudo o que você descobriu com esta atividade.
8. Para saber mais:
1. Leia sobre densidade dos materiais.
2. Faça uma tabela com valores de densidades para sólidos, líquidos e gases.
3. A densidade de uma substância é um valor fixo ou é variável?
4. E a densidade de uma mistura?
5. Pode-se determinar o percentual dos componentes de uma mistura medindo sua densidade?
6. Nos postos de gasolina, como se determina a qualidade do álcool combustível que é vendido?
7. Crie um método para medir o volume do seu corpo. Faça uma demonstração desse método usando um boneco de plástico.
1. Título: Velocidade de uma reação química
2. Problema: Um comprimido efervescente dissolve mais rápido em água quente ou em água gelada?
3 comprimidos efervescentes (Sonrisal)
Um copo ou becker de 250 ml.
Um termômetro para laboratório (-10 a + 110 ºC)
Relógio com ponteiros de segundos ou cronômetro
Água gelada, água à temperatura ambiente e água quente
Caneta, lápis, régua e borracha
Coloque uma quantidade definida de água gelada (por exemplo 100 ml) no copo. Meça a temperatura com o termômetro e anote na tabela do item 5. Coloque um comprimido efervescente e comece a contar o tempo. Pare de contar quando o comprimido dissolver totalmente e ficarem apenas bolhas de gás. Anote esse tempo (em segundos) na tabela do item 5.
Repita esse procedimento para a água à temperatura ambiente e a água quente, lembrando de:
1. Colocar sempre o mesmo volume de água.
2. Usar o mesmo referencial para encerrar a contagem do tempo.
3. Medir a temperatura sempre da mesma forma.
Depois de coletados os dados, trace um gráfico tempo x temperatura em papel milimetrado e responda as questões do item 6:
DADOS COLETADOS PARA TEMPERATURA E TEMPO
TEMPO (SEG.)
1 - Água gelada
2 - Água à temp. ambiente
3 - Água quente
1. E então? A que temperatura o comprimido dissolve mais rápido?
2. Rigorosamente, de um ponto de vista químico, é correto dizer que o comprimido dissolve? Explique sua resposta.
3. O que são reações químicas? Uma dissolução é uma reação química?
4. A uma temperatura diferente daquelas que você mediu, que tempo você esperaria para a ocorrência do fenômeno? Use o gráfico para fazer a previsão.
5. Qual a utilidade de gráficos e tabelas para a ciência?
Anote abaixo tudo aquilo que você aprendeu realizando esta atividade.
Pesquise o que são animais homeotermos e animais pecilotermos.
Qual a vantagem que alguns animais tem de manterem a temperatura corporal constante?
Pesquise sobre reações químicas e fenômenos químicos.
Quais os outros fatores que interferem na velocidade de uma reação química?
Maldaner, Otávio Aloísio e Zambiazi, Rui. Química 2: consolidação de conceitos fundamentais. Ijuí, Editora Unijuí, 1993.