A contextualização e a experimentação cromatográfica em papel como auxílio na transmissão dos conceitos de misturas e métodos de separação

A ideia de utilizar o experimento cromatográfico em papel a partir de materiais alternativos como ferramenta didática para auxiliar no ensino e aprendizagem do conteúdo de separação de mistura surgiu por meio de uma pesquisa no livro didático do primeiro ano do ensino médio, para a realização de uma atividade extraclasse na disciplina Estágio Supervisionado IV.

O conteúdo de misturas e métodos de separação, na maioria das vezes, é trabalhado em sala de aula por alguns professores de forma resumida e  mecanicista, o que acaba por não contribuir na aprendizagem dos conceitos químicos apresentado em sala de aula.

Para Azzolin et al. (2003), a elaboração de aula sobre separação de mistura por meio de uma prática contextualizada é uma boa estratégia de ensino para o professor utilizar, pois contribui para facilitar a compreensão dos conceitos teóricos. Dessa forma, o presente trabalho teve como principal objetivo utilizar o experimento da cromatografia em papel como ferramenta didática para auxiliar no ensino e aprendizagem do conteúdo de separação de mistura a partir de uma abordagem de ensino contextualizada.

A contextualização e a experimentação no ensino de Química

Muitos professores, ao ensinar Química, não buscam correlacionar os conceitos científicos ensinado em sala de aula às vivências de seus aprendizes, o que acaba dificultando o processo de aprendizagem por parte dos estudantes (Fiori; Bertoldo, 2003).

O professor, sendo o mediador desse processo, deve oferecer subsídios que facilitem a compreensão, permitindo que os estudantes percebam que esses conhecimentos são partes integradoras do seu convívio diário.

Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino de Química (PCNEM), as técnicas de experimentação podem ser compreendidas como um dos recursos que devem ser disponibilizados ao aluno; sua implementação em sala de aula serve como meio de proporcionar ao estudante a promoção de discussões sobre o assunto abordado pelo professor (Brasil, 2000).

Indo ao encontro dos PCN, Guimarães (2009) afirma que a experimentação pode ser uma estratégia viável para o professor tratar problemas reais que permitam a contextualização e o estímulo de questionamentos investigativos.

As aulas experimentais não precisam ser feitas em laboratório, podem acontecer em qualquer ambiente: sala de aula, ao ar livre, entre outros espaços; podem ser realizadas com materiais de baixo custo e de fácil acesso, encontrados no cotidiano dos estudantes. Coutinho (2016) afirma que a experimentação, sendo utilizada em sala de aula de Química, pode ser realizada por diferentes meios; não necessariamente precisa de espaço próprio, como laboratório com equipamentos sofisticados e instrumentos específicos para realização dos experimentos. A contextualização é apresentada por Wartha, Silva e Bejarano (2013) como o estudo dos aspectos da vida cotidiana e pode ser um campo muito rico para ser explorado. Um estudo do cotidiano não é apenas ficar no campo da exemplificação de aspectos do dia a dia das pessoas, é possível ser usada como trunfo para motivar e transmitir os conteúdos científicos.

Esses pensamentos nos levam à conclusão de que é importante que o professor busque explicar os conteúdos de maneira simples, exemplificando com o que o estudante tem ao seu redor, trazendo sempre para sua vivência. Da mesma forma deve proceder com a experimentação, sempre que possível buscar maneiras de demonstrar experimentalmente o conteúdo apresentado de forma que relacione o conteúdo com a prática.

Misturas e separação de misturas

O conteúdo de misturas e métodos, apesar de ser um assunto simples, apresentado na matriz curricular do Ensino Médio, para alguns estudantes os conceitos químicos são pouco compreendidos pelo fato de serem muitas vezes abordado de forma mecanicista.

Segundo Atkins e Jones (2006), mistura se refere a uma porção de matérias que corresponde à adição de duas ou mais substâncias puras a um mesmo composto químico. Na natureza, a maioria das matérias que encontramos se constituem de misturas de diferentes substâncias; dependendo de suas características, podem ser classificadas como homogêneas ou heterogêneas.

Os autores definem mistura homogênea como a combinação de duas substâncias com as mesmas propriedades. A mistura heterogênea é a junção de duas substâncias diferentes.

Em vários momentos do cotidiano, podemos ver exemplos de misturas, como o ar, a água, ao prepararmos um café, entre outros. Dependendo da quantidade de fases presentes, essas misturas podem ser separadas por processos químicos ou físicos, com ou sem a intervenção do ser humano; algumas delas são: decantação, filtração, destilação e cromatografia.

Método da cromatografia

O termo cromatografia vem do grego chrom, que significa cor, e graphe, escrever. Segundo Atkins e Jones (2006), o método da cromatografia foi utilizado pela primeira vez pelo botânico russo Mikhail Tsvet no início do século XX ao extrair pigmentos de folhas e flores.
A cromatografia é um método físico-químico de separação de grande utilidade em vários campos da ciência, como Química, Biologia e Engenharia Alimentícia, devido à sua praticidade na separação de compostos químicos (Fraceto; Lima, 2003).

Segundo Fonseca e Gonçalves (2004), os métodos cromatográficos são utilizados na separação de misturas contendo duas ou mais substâncias, baseando-se na distribuição diferencial das substâncias entre duas fases – uma estacionária, e outra móvel.

O método cromatográfico pode ser utilizado, por exemplo, na identificação de componentes individuais de uma mistura de aminoácido de uma proteína e na detecção de veneno (Palochi; Zeni Riveiros,1998).

Existem vários tipos de experimentos de cromatografia, como em camada, delgada, em coluna e em papel. Para a realização do trabalho, escolheu-se o método cromatográfico em papel por apresentar uma técnica simples e de fácil manuseio para o professor em sala de aula.

Quanto à utilização desta técnica de separação de mistura para abordar conceitos químicos no Ensino Médio, é possível encontrar vários trabalhos publicados que mostram, a partir de seus resultados, que o experimento é de grande contribuição para a aprendizagem do estudante.

Em uma pesquisa publicada na XII Jornada de Ensino, Pesquisa e Extensão da UFRPE (2013) Tavares, Santana e Bandeira utilizaram a experimentação cromatográfica em papel para extrair pigmentos naturais no conteúdo de separação de misturas. Seus resultados mostram que a metodologia foi de grande auxilio na aprendizagem dos estudantes e contribuiu para relacionar os conceitos ministrados em sala de aula com sua vida cotidiana.

Ribeiro e Nunes (2008), em artigo publicado na revista Química Nova na Escola, empregaram a cromatografia em papel para separar pigmentos de pimentões verdes, amarelos e vermelhos para ensinar os conceitos de interação intermolecular e propriedades orgânicas. Segundo os seus resultados, a metodologia se apresentou satisfatória, além de abrir espaço para discussões sobre assuntos de interações intermoleculares, polaridade e funções orgânicas.

Observa-se, por esses autores, que a cromatografia como ferramenta didática para auxiliar nos conceitos químicos pode ser importante estratégia de ensino, além de despertar o interesse pela Química a partir da prática.

Metodologia

O presente trabalho foi realizado em uma escola estadual situada no município de Rorainópolis, com uma turma da 1ª série do Ensino Médio de 32 estudantes, com duração de seis aulas de 50 minutos cada, sendo uma aula para a apresentação do trabalho para a turma, quatro aulas dedicadas às apresentações do conteúdo teórico e uma para a realização do experimento e aplicação do teste final.

O método de abordagem é de pesquisa qualitativa, para compreender e interpretar o conhecimento a ser adquirido diante de uma questão problema via estudo de campo. Segundo Gil (2008), trata-se de uma pesquisa que pode ser definida como um processo formal e sistemático de desenvolvimento do método científico, de forma a se descobrirem respostas para problemas por meio do uso de procedimentos científicos.

É uma pesquisa descritiva, pois, de acordo com Calil (2011), as características e os passos das amostras são descritos para alcançar os objetivos. Para garantir a qualidade da pesquisa, foi necessário estudar, analisar e observar a sala de aula, pois é uma pesquisa que contribui para o ensino.

Trata-se de uma pesquisa participante, pois a pesquisadora envolveu-se ativamente em todas as atividades desenvolvidas, como pesquisas, experimentos, coletas de dados e resultado final (Thiollent, 2003). A pesquisadora atuou como observadora em cada etapa desenvolvida e buscou as informações necessárias para o cumprimento da pesquisa.

Para a coleta de dados utilizaram-se anotações em diário de campo, registro fotográfico, questionários com perguntas aberta e fechadas e comentários dos estudantes antes, durante e depois da sequência didática proposta. A amostragem analisada foi de dez estudantes, aqueles que participaram ativamente em todo o desenvolvimento da pesquisa.

A aplicação da proposta ocorreu mediante a elaboração e aplicação de uma sequência didática, que, para Zabala (1988), é um conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecido tanto pelos professores como pelos estudantes. Leal e Rôças (2013) afirmam que a sequência didática pode ser um material didático de apoio ao professor. Para que seu uso seja proveitoso para o ensino e aprendizagem, tornam-se necessárias etapas no planejamento. Pode-se dizer então que o planejamento é uma etapa que antecede a sequência didática; os dois estão praticamente interligados. Dentro do planejamento o professor procura montar diversas estratégias para ministrar suas aulas, e a sequência didática se dá mediante a execução do planejamento. Dessa forma, toda a sequência didática desenvolvida no conteúdo de misturas e métodos de separação foi previamente planejada, a fim de a metodologia contribuir para a aprendizagem do estudante.

Descrição das aulas

A primeira aula foi apenas para conhecer a turma e apresentar a proposta do projeto, para que os estudantes pudessem se interessar em participar.

Na segunda aula, em um primeiro momento aplicou-se um questionário com cinco perguntas sobre o conteúdo de misturas e métodos de separação para analisar os conhecimentos prévios dos estudantes. Logo em seguida, fez-se a introdução do tema de mistura e suas separações. Na terceira aula deu-se continuidade à explicação do conteúdo teórico e atividades. Na aula seguinte fez-se aplicação do segundo questionário, com as mesmas questões do primeiro teste de diagnóstico para analisar os conhecimentos adquiridos com as explicações.

A quinta aula foi marcada pela exposição do experimento do método da cromatografia em papel, onde foram colocados em prática dois procedimentos experimentais: o primeiro separando os pigmentos de vegetais e o segundo fazendo a extração de pigmentos de canetinhas hidrográficas e esferográficas.

Como atividade extraclasse, foi proposto que a turma formasse cinco grupos: três com cinco componentes e dois com sete integrantes. A atividade consistiu em que cada grupo realizasse o experimento em casa, com outras folhas e outras flores que chamassem sua atenção, e entregassem os resultados na próxima aula.

Na sexta e última aula aconteceu a entrega dos resultados da atividade extraclasse e aplicou-se o último questionário com cinco questões para avaliar a contribuição do experimento de cromatografia realizado na aula anterior.

Materiais utilizados nos experimentos

• Folhas da couve, folha da batata
• Flor vermelha
• Acetona
• Papel filtro ( coador de café)
• 6 copos de vidro
• Macerador
• Tesoura
• Canetinhas hidrográficas das cores preta, marrom, laranja
• Canetas esferográficas das cores azul, preta
• Régua
• Lápis

Roteiros dos experimentos

Procedimento 1: Separando pigmentos dos vegetais

Para a separação dos pigmentos da folha da couve, da batata e da flor vermelha por meio da técnica cromatográfica: primeiramente preparou-se o extrato de cada material vegetal. Em cada copo cortaram-se as folhas e a flor e logo em seguida adicionou-se um pouco da acetona. Em seguida macerou-se até obter um extrato. Logo após coou-se cada extrato em outros copos e colocou-se dentro de cada um uma tira de papel-filtro (Figura 1).

Procedimento 2: Separando pigmentos das cores de canetinhas hidrográfica.

No primeiro momento mediu-se a borda inferior do papel-filtro deixando 2cm de altura e fez-se um traço. Em seguida, com uma das canetinhas hidrográficas, foi desenhado um circulo e pintado. Em um copo, adicionou-se um pouco de acetona e logo após foram colocadas as tiras de papel em cada copo e aguardou-se por alguns instantes.

Resultados e discussões

Durante a aplicação do primeiro teste diagnóstico, alguns estudantes ressaltaram que não sabiam responder as questões propostas; uns diziam que ainda não tinham estudado o conteúdo e outras falavam: “a professora ainda nem explicou e já esta passando exercícios”.

A primeira questão perguntava: "Para você o que é uma mistura? Como podemos encontrá-la no nosso dia a dia? Cite exemplos". Dos 10 estudantes, 80% conseguiram expressar com suas palavras o que pensavam sobre o que era uma mistura e citaram exemplos de onde poderiam encontrar no seu dia a dia, porém não de forma correta.

A segunda questão era: “Para você, o que é uma mistura homogênea e uma mistura heterogênea?”. 20% dos alunos conseguiram expressar com suas palavras o que pensavam que era uma mistura homogênea e heterogênea; 80% não souberam responder.

A terceira questão perguntou: “Para você, o cafezinho que tomamos é um material homogêneo ou heterogêneo?”. 30% responderam de forma correta, que se tratava de uma mistura homogênea; 65% deixaram a questão em branco.

Em relação à quarta questão, “Por que a água e o óleo não se misturam?”, no momento que estavam respondendo o questionário, alguns ressaltavam: “Ah, professora, eu não sei por que não se mistura”, “eu nunca misturei água com o óleo, não”.

Na quinta e última questão, foi perguntado: “O que podemos observar quando misturamos água com álcool? Que tipo de mistura é essa?” 15% justificaram que ainda não tinham observado o que acontecia, apenas responderam o tipo de mistura; 20% apenas citaram o tipo de mistura e 65% deixaram em branco.

Depois das explicações do conteúdo, o segundo teste teve resultado diferente, levando em consideração o teste de diagnóstico. No segundo teste, foram passadas algumas das perguntas realizadas no primeiro, com a finalidade de analisar a evolução dos estudantes.

Na primeira questão, perguntou-se novamente: “O que é uma mistura? Como podemos encontra-las no nosso cotidiano? Cite exemplos”. 95% conseguiram apresentar conceitos didáticos e citar exemplos de forma mais cientifica. Na segunda questão, “Qual a diferença entre uma mistura homogênea e uma mistura heterogênea? Cite exemplos”, 80% conseguiram diferenciar e citar exemplos de forma correta; 20% deixaram a questão em branco.

Em relação à questão “Por que a água e o óleo não se misturam?”, 100% conseguiram responder que não se misturavam porque era uma mistura heterogênea. Na quarta questão, perguntou-se novamente: “O cafezinho que tomamos é uma mistura homogênea ou heterogênea?”. 100% responderam de forma correta que se tratava de uma mistura homogênea.

Fazendo uma analise entre o primeiro teste de diagnóstico com o segundo, percebe-se que os estudantes conseguiram apresentar conceitos mais específicos, demonstrando um conhecimento mais científico. Levando em consideração os comentários: “Ah, professora! Agora entendi por que a água e o óleo não se misturam”, “Ah! O café é uma mistura homogênea, né? Agora entendi!”, os resultados obtidos com as explicações foram satisfatórios. A partir daí, deu-se continuidade à sequência didática.

No dia da aplicação do experimento em sala de aula, percebeu-se que muitos estudantes se mostraram curiosos, principalmente pelo fato de verem alguns dos materiais que seriam utilizados, como as folhas e a flor.

Foi explicado aos estudantes o passo a passo de como fazer a preparação do experimento, como mostra a Figura 2.

No experimento realizado com as canetinhas preta, verde e marrom, os estudantes puderam visualizar alguns componentes utilizados na formação da tinta dessas cores. Nos vegetais, tanto a folha da couve como a folha da batata apresentaram as pigmentações parecidas, as cores tiveram aspecto amarelado e esverdeado. O tom esverdeado indica a clorofila presente nas folhas; o amarelo sugere a presença de carotenoide, uma classe de substâncias químicas tetra natural. No experimento com a flor, percebeu-se um tom amarelo indo ao encontro do alaranjado e a cor violeta mais forte.

Tendo percebido que alguns deles se sentiram animados ao ver os resultados dos experimentos, perguntou-se se gostariam de realizar o experimento da cromatografia. Nesse momento, alguns estudantes se dirigiram até a mesa e deram início a seus testes (Figura 3).

Nesse momento, muitas perguntas e dúvidas apareceram: “Professora, com outra caneta dá certo?”; “Com outras folhas dá certo?”; “Por que a senhora usou essas folhas?”. As respostas foram dadas conforme os experimentos iam sendo testados. Com relação às outras folhas, a ideia foi passar uma atividade extraclasse para que eles fizessem em casa com outros materiais; então, a turma foi dividida em cinco grupos, e os resultados deveriam ser entregues aula seguinte.

No ultimo dia da aplicação da sequência didática, quando os resultados foram entregues, percebeu-se a dedicação e a curiosidade dos estudantes em fazer os experimentos. Um dos resultados que chamou a atenção foi a cromatografia da folha da mangueira (amarela) no papel levado pelo grupo; deu pra perceber claramente a pigmentação amarela (Figura 4). Depois disso, o teste final foi aplicado.

Foi aplicado um teste final para analisar se a aula experimental contribuiu para a aprendizagem dos estudantes. A primeira pergunta era: “Você gostou dos experimentos realizados em sala de aula?”. 100% responderam que sim. Na segunda, perguntou-se: “A experimentação contribuiu para a sua aprendizagem?”. 100% dos estudantes responderam que sim; nas suas justificativas, uns disseram: “Foi um aprendizado!”; “Foi muito legal trazer o conteúdo pra prática”; outro comentou: “Foi muito legal trazer o experimento das canetinhas, me ajudou muito”.

A terceira questão foi: “O que foi de novidade para você?”. Uma das respostas foi: “ver na prática que a cor verde saiu de outras cores”, “os pigmentos diferentes da folha da batata; pensei que, por ser uma folha verde, não existia outro tipo de cor”.

Outra pergunta do questionário foi: “O que você observou no experimento de cromatografia da folha da couve, da folha de batata e a flor vermelha?” Uma das respostas foi: “O que me chamou a atenção foi a pigmentação roxa da cor vermelha, muito legal!”; outra resposta foi: “As cores das plantas ficaram visíveis no papel! Muito Bom!”.

Na quinta e última questão, pediu-se que os estudantes citassem alguns novos pontos de conhecimento em relação ao conteúdo de misturas. Uma das respostas foi: “eu aprendi que as tintas das canetinhas são misturas homogêneas, pois quando se mistura um monte de cor não dá pra ver as cores que foram misturadas”; “aprendi que quando fazemos uma salada de fruta e misturamos varias frutas é uma mistura heterogênea”.

Fazendo uma análise geral, foi visível a evolução dos estudantes durante a aplicação da pesquisa. A metodologia utilizada ajudou na explicação do conteúdo, estimulando os estudantes à prática da pesquisa devido à relação do conteúdo com o seu dia a dia.

Considerações finais

Pode-se perceber que a utilização de uma metodologia contextualizada, juntamente à experimentação da cromatografia em papel, a partir de materiais relacionados ao dia a dia dos estudantes, pode ser uma boa estratégia de ensino para o professor utilizar dentro de sala de aula.

A contextualização, juntamente com a experimentação, contribuiu para que a transmissão do conhecimento fosse facilitada e a assimilação dos conceitos ocorresse de forma satisfatória, demonstrando que relacionar essas duas metodologias traz benefícios tanto para o professor quanto para o estudante.

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