PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSA DE
INICIAÇÃO À DOCÊNCIA – PIBID
SUBPROJETO QUÍMICA 2009
ESTUDO DOS MODELOS ATÔMICOS UTILIZANDO A ABORDAGEM HISTÓRIA
E FILOSOFIA DA CIÊNCIA
ALUNOS BOLSISTAS:
Geovane Arruda de Oliveira
Tainara Batista
PROFESSOR SUPERVISOR:
Prof. Wolney Pereira Junior
PROFESSORA ORIENTADORA:
Profa. Drª. Joanez Aires
Curitiba
2013
INTRODUÇÃO:
O ensino de ciências é considerado abstrato e muitos alunos
têm grande dificuldade para compreender corretamente os
assuntos abordados. Ao iniciar os estudos na áreas os novos
conceitos como átomos e ligações são estranhos. Assim, o uso
de analogias se faz necessário para o ensino de química. Neste
trabalho abordaremos os modelos atômicos e suas evoluções ao
longo da história, para auxiliar a assimilação e o entendimento do
assunto, serão elaboradas analogias ao longo das aulas.
Analogias são entendidas como comparações entre dois
domínios diferentes. O domínio análogo (refere-se ao conhecido
previamente) e o domínio alvo (objeto em estudo) compartilham
certas características (Curtis & Reigeluth, 1984; Duit, 1991;
Harrison & Treagust, 2006; Wilbers & Duit, 2006).
Pensando em uma abordagem construtivista, onde uma
maneira de construir conhecimento é usando concepções
conhecidas para aplica-las em eventos não familiars, as analogias
podem ser utilizadas como recurso didático devido a favorecer um
“trânsito” de ideias, levando o aluno a remodelar suas
informações. Ao mesmo tempo aumenta a motivação em relação
ao aprendizado de ciências, tendo em vista a possibilidade de
que os alunos produzam seus próprios modelos e os expressem
de variadas maneiras.
Porém ao mesmo tempo que as analogias apresentam
grandes
vantagens
como
facilitadora
da
estruturação
do
conhecimento, apresentam também desvantagens. De acordo
com Glynn (1989), o domínio análogo pode estar fora do contexto
sócio histórico dos alunos, levando a conclusões errôneas e
dificuldades na compreensão. No entanto se o uso de analogias
não for bem estruturado, podem surgir alguns entraves no
processo ensino-aprendizagem, pois o aluno pode não aceitar o
domínio que foi apresentado, ao mesmo tempo também a
analogia que se pretende construir não encontra domínio análogo
consolidado no estudante, o que pode gerar comparações
errôneas de forma que ressalte apenas aspectos negativos da
analogia. Portanto o professos deve levar em conta tais aspectos
para utilizar analogias em sala de aula.
Esse trabalho tem como objetivo minimizar as dificuldades
encontradas no uso de analogias e modelos no ensino de
ciências.
Passando
desde
Leucipo
e
Demócrito,
Dalton,
Thomson, Rutherfod até Bohr, a proposta visa fazer com que os
alunos percebam que cada modelo atômico sugerido por cada
cientista é apenas uma proposta que tenta responder os
questionamentos existentes em cada época, e entender que a
ciência é provisória, podendo mudar de acordo com problemas
enfrentados.
Outro objetivo importante é analisar cada analogia criada
durantes as aulas. Assim o professor pode perceber quais as
dificuldades em relação à compreensão de aspectos relevantes
sobre átomos que não haviam sido identificados anteriormente, e,
a partir daí, ter a capacidade de intervir no ensino, tentando
discutir aspectos centrais dessas dificuldades dos alunos.
Esse projeto será aplicado em uma turma da primeira série do
Ensino Médio do Colégio Estadual Professor Teobaldo Leonardo
Kletemberg, conveniado com PIBID. Serão utilizadas oito aulas
de 50 (cinquenta) minutos.
A PROPOSTA:
Apresentaremos a nossa proposta de ensino dos modelos
atômicos propostos por Leucipo e Demócrito, Dalton, Thomson,
Rutherfod e Bohr, esclarecendo aos alunos que a ciência sempre
está se reformulando, sendo assim, o modelo de Rutherford hoje
em dia já não é mais o utilizado.
Os planos de aulas serão compostos por várias fases, como
os questionários inicial e final, que têm por objetivo extrair dos
alunos suas concepções e entendimentos sobre átomos. Em
algumas aulas os alunos serão instigados a criar seus próprios
modelos a partir de informações que lhes serão fornecidos sobre
algum objeto, para assim perceberem a dificuldade que há em
propor um modelo, e que o modelo não representa o real.
Aula 1: QUESTIONÁRIO INICIAL
Objetivo:
Apresentação do projeto PIBID, seguido da aplicação de um
questionário inicial com o intuito de extrair dos alunos seus
conhecimentos prévios sobre átomos e modelos atômicos. As
concepções dos alunos servirão como base para a aplicação e
avaliação da unidade didática.
Metodologia:
Nesta primeira aula será distribuído aos alunos um questionário
composto por quatro perguntas que abrangem o conhecimento
sobre átomos que se deseja explorar nas próximas aulas. A aula
será realizada no laboratório para que os alunos saiam da sala de
aula e se familiarizem com o ambiente e os cuidados que se
devem ter no laboratório.
QUESTIONÁRIO INICIAL
1. O que é um átomo? Desenhe como você o imagina e
explique seu desenho.
2. Desenhe como você imagina ser um pudim de passas.
Explique seu desenho.
3. Se você fosse explicar para alguém que nunca viu uma
laranja como ela aparenta ser, com o que você a
compararia? Há algum erro em se fazer essa comparação?
4. Faz sentido para você utilizar duas ideias diferentes
(“bola de bilhar” “pudim de passas” e “sistema solar”) para
fazer comparações com o átomo? Por quê?
Recursos utilizados:
Folha sulfite, lápis e borracha.
Aula
2:
CRIAÇÃO
DE
UM
MODELO
CARACTERÍSTICAS DE UM OBJETO
A
PARTIR
DE
Objetivo:
Induzir os alunos a criar seus próprios modelos para ilustrar um
objeto que eles ainda não sabem qual é. O objetivo se concentra
em mostrar a dificuldade que há para criar tais modelos.
Metodologia:
Fornecer aos alunos características de um certo objeto, nesta
aula será utilizado uma esponja de louça. A partir das informações
dadas, auxiliar os alunos a criar um modelo que ilustre o objeto
descrito. O objetivo é que haja dificuldade em representar em um
desenho as diferentes características de cada lado da esponja
que será descrita.
Ao longo da aula explicar aos alunos o que é analogia e suas
limitações, esclarecendo que comparações não podem ser
generalizadas.
Após o término da criação dos modelos, comparar o que foi feito
por cada aluno e discutir os resultados, fazendo com que cada
aluno fale o que acha ter errado nos outros modelos e tentar
juntar todas as informações para propor um único modelo, e
então mostrar o objeto desconhecido.
Ao final da atividade questionar os alunos sobre o motivo pelo
qual houve divergências de ideias e sobre a dificuldade de criar
esses modelos. Questionar também a dificuldade de expressar o
que realmente pensa ser em um desenho para que um terceiro
compreenda suas ideias.
Recursos utilizados:
Folhas sulfites, lápis, borracha, lápis de cor, esponja.
Aula 3: IDENTIFICAR O CONTEÚDO DE VÁRIAS CAIXAS
UTILIZANDO PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS
Objetivo:
Propor aos alunos uma problema a ser resolvido: Como
sabermos o que há dentro de uma caixa antes de abri-la? O
objetivo desta problematização é mostrar aos alunos a dificuldade
de definirmos algo que não conseguimos ver, a necessidade de
sabermos como são as coisas para podermos manipulá-las de
uma maneira correta e como é mais fácil trabalhar em grupo, pois
assim conseguimos cruzar os pensamentos de cada um e ter
uma conclusão melhor.
Metodologia:
Os alunos serão divididos em três grupos e eles
receberão caixas de sapato com diferentes conteúdos nelas, uma
para cada grupo. Os alunos tentarão descobrir o que há dentro
utilizando
propriedades
organolépticas,
e
escrevam
suas
conclusões em um papel. A caixa terá um orifício com uma luva
colada para que eles possam pegar nos objetos que estão dentro.
As caixas vão ser passadas para outros grupos até que todos os
alunos tenham analisados todas as caixas.
Após a análise, pediremos aos alunos que mostrem seus
resultados e os discutam entre todos os grupos, para então abrir
cada caixa e descobrir o que realmente há dentro. Neste trabalho
os objetos utilizados foram um celular antigo, um apontador de
caixinha e Amoeba.
Recursos utilizados:
Caixas de sapatos, luvas, folhas sulfite, lápis, celular, apontador e
Amoeba.
Aula
4:
INTRODUÇÃO
DAS
IDEIAS
DE
LEUCIPO
E
DEMÓCRITO E MODELOS DE DALTON E THOMSON
Objetivo:
Introduzir aos alunos as primeiras ideias de átomos propostas por
Leucipo e Demócrito e mostrar o modelo de Dalton, “Bola de
Bilhar” e o modelo “Pudim de Passas” proposto por Thomson por
volta de 1897. Explorar o que é uma analogia, seus pontos
positivos e negativos.
Metodologia:
A introdução sobre Leucipo e Demócrito se dará a partir do texto
a seguir de uma citação das ideias de Leucipo:
“Naquele tempo (430 a.C.), caminhando pelas areias próximas
ao mar Egeu, o filósofo grego Leucipo disse a seu discípulo
Demócrito:
- Esta areia, vista de longe, parece ser um material
contínuo, mas de perto é formada de grãos, sendo um
material descontínuo. Assim ocorre com todos os
materiais do Universo.
-
Mas mestre –interrompeu Demócrito–, como posso
acreditar nisso se a água que vemos aqui aparenta
continuidade tanto de longe como de perto?
Respondeu-lhe Leucipo:
- Muitos veem e não enxergam; use os ‘olhos da mente’,
pois estes nunca o deixaram na escuridão do
conhecimento. Em verdade, em verdade lhe digo: todos os
materiais são feitos de partículas com espaços vazios ou
vácuo entre elas. Essas partículas são tão pequenas que
mesmo de perto não podem ser ‘vistas’ pelo homem. Ide e
ensinai a todos e aqueles que nela acreditarem
encontrarão respostas para as suas perguntas sobre o
Universo.”
Será discutido um pouco sobre os primeiros pensamentos sobre
átomos, como eles seriam indivisíveis, maciços, indestrutíveis e
invisíveis.
Após o primeiro contato com as questões que acercam os
motivos pelos quais houve interesse em saber do que o mundo
era formado, será introduzido o modelo de Dalton. Logo após o
modelo de Thomson.
Para estudar este modelo serão utilizadas as analogia mais
conhecidas e presentes nos livros didáticos, a “bola de bilhar” e o
“pudim de passas”. Ao mesmo tempo em que os modelos serão
apresentados, discutiremos sobre os possíveis erros no uso de tal
comparação, visando a dificuldade que os próprios alunos
enfrentaram nas aulas passadas para criar seus próprios
modelos.
Essa aula possui uma proposta de que os alunos questionem
cada modelo. Serão expostas as problematizações de cada
época, fazendo com que os alunos critiquem cada questão, e
juntos entendam o motivo de cada modelo atômico ser do jeito
que foi descrito por cada cientista.
Também serão expostos aos alunos um pouco da história de vida
de cada um.
Recursos utilizados:
Quadro negro, giz, papel sulfite, lápis
Aula 5: MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD
Objetivo:
Explicar o processo evolutivo dos modelos atômicos, mostrando
que os modelos antigos já não satisfaziam todas as perguntas
que já haviam, sendo necessário novos estudos e novas
propostas. Apresentar o modelo de Rutherford.
Metodologia:
Para iniciar a aula será mostrado um pouco da história de Ernest
Rutherford.
Logo
após,
sera
mostrado
alguns
problemas
enfrentados com o modelo atômico antigo, para que percebam a
necessidade da comunidade científica em formular novas
hipóteses de como seria o átomo.
Como auxílio na compreensão dos alunos acerca do experimento
realizado pelo Rutherford, será utilizado um vídeo que ilustra todo
o processo. Será iniciada uma discussão sobre qual seria a
conclusão a respeito do átomo visto as observações realizadas.
Os vídeos utilizados nessa aula são encontrados nesse link:
<http://visservices.sdsc.edu/projects/discovery/>
Recursos utilizados:
Quadro negro, giz, projetor multimídia.
Aula 6 e 7: MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR
Objetivo:
Apresentar o modelo atômico de Rutherford-Bohr, ao mesmo
tempo mostrar aos alunos informações que contam que Bohr e
Rutherford trabalharam juntos, desmistificando a ideia de que
cientistas são gênios que trabalham sozinhos para fazerem suas
próprias descobertas. Mas que na verdade os cientistas sempre
trabalharam juntos para cruzar suas informações e concluírem
com mais eficácia seus trabalhos. Mostrar aos alunos também
como é necessário uma opinião de outra pessoa para os estudos,
como foi necessário na aula 3, onde os alunos propuseram os
modelos em grupos.
Metodologia:
Esta
aula
será
realizada
no
laboratório
de
ciências.
Primeiramente será explicado o modelo atômico de RutherfordBohr. Serão explicados os conceitos de camadas, quantum e
fóton. Para ilustrar esse conceito será realizado testes de chama
com três sais: cloreto de estrôncio, cloreto de sódio e o sulfato de
cobre.
Será explicado também porque os fogos de artifício emitem cores
diferentes. Cada sal presente nos fogos de artifício possui um
cátion de elementos químicos diferentes. Quando são aquecidos,
os elétrons desses elementos saltam de nível de energia, mas
quando voltam para o nível original, eles emitem a energia que foi
absorvida na forma visível. Cada cor corresponde a uma
quantidade de energia característica. Por exemplo, se usarmos
um sal de cobre veremos a cor azul, já se usarmos um sal de
bário, a cor emitida será a verde e assim por diante.
Os testes que serão realizados de chama darão os resultados
vermelho,
amarelo
e
verde
respectivamente,
para
assim
demonstrar que os saltos energéticos são diferentes para cada
átomo.
Princípios fundamentais estabelecidos por Niels Bohr
• Os elétrons não se movem aleatoriamente ao redor do núcleo,
mas sim em órbitas circulares, sendo que cada órbita
apresenta uma energia bem definida e constante (nível de
energia) para cada elétron de um átomo. Quanto mais próximo
do núcleo, menor a energia do elétron, e vice-versa.
• Os níveis de energia são quantizados, ou seja, só são
permitidas certas quantidades de energia para o elétron cujos
valores são múltiplos inteiros do fóton (quantum de energia);
• Para passar de um nível de menor energia para um de maior
energia, o elétron precisa absorver uma quantidade apropriada
de energia. Quando isso ocorre, dizemos que o elétron
realizou um salto quântico e atingiu um estado excitado. Esse
estado é instável e quando o elétron volta para o seu nível de
energia original (estado fundamental), ele libera a energia que
havia absorvido na forma de onda eletromagnética.
Recursos utilizados:
Quadro negro, giz, bico de Bulsen, cloreto de estrôncio, cloreto de
sódio e sulfato de cobre.
Aula 8: QUESTIONÁRIO FINAL E AVALIAÇÃO
Objetivos:
Aplicar um questionário final para extrair dos alunos suas novas
concepções sobre átomos para confrontar com o questionário
inicial.
Metodologia:
Nesta última aula será distribuído aos alunos um questionário
composto por cinco perguntas que abrangem o conhecimento
sobre átomos para que seja confrontado com o questionário
inicial aplicado na primeira aula.
Recursos utilizados:
Papel sulfite, lápis, borracha.
QUESTIONÁRIO FINAL
1. Como você entende o fato de existirem várias
analogias (“bola de bilhar”, “pudim de passas” e
“sistema solar”) para ilustrar a mesma entidade, o
átomo?
2. Desenho o átomo que a analogia “bola de bilhar”
representa e explique seu desenho.
3. Desenhe o átomo que a analogia “pudim de
passas” representa e explique seu desenho.
4. Desenho o átomo que a analogia “sistema solar”
representa e explique seu desenho.
5. As analogias utilizadas como modelos para o
átomo representam como realmente é o átomo?
Explique sua resposta.
Referências Bibliográficas:
1. SOUZA, Vinícius Catão de Assis. Analogias utilizadas no
ensino dos modelos atômicos de Thomson e Bohr.
Investigações em Ensino de Ciências – V11(1), pp. 7-28,
2006;
2. ALVES, Líria. O átomo de Rutherford. Disponível em:
<http://www.brasilescola.com/quimica/o-atomorutherford.htm> Acesso em: 5 set. 2013.
3. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. Modelo atômico de
Rutherfod-Bohr. Disponível em:
<http://www.mundoeducacao.com/quimica/modelo-atomicorutherford-bohr.htm> Acesso em: 11 set. 2013.
4. André. Átomos – Química. Disponível em
<http://professorandreramos.blogspot.com.br/2008/04/tomo
s-e-estrutura-atmica.html> Acesso em: 11 set. 2013
5. JUSTI, Rosária; MENDONÇA, Paula Cristina Cardoso.
Usando analogias como uma função criativa: uma nova
estratégia para o ensino de química. Educació Química
EduQ n.1 (2008), p 24-29.
6. JUSTI, Rosária; MONTEIRO, Ivone Garcia. Analogias em
livros didáticos de química brasileiros destinados ao ensino
médio. Investigações em ensino de ciências. V5(2), pp 6791, 2000.