A experimentação no ensino de Ciências – reações químicas no Ensino Fundamental

Erisnaldo Francisco Reis

Mestre em Ensino de Ciências Exatas (Univates), professor de Ciências e Biologia em Rubim/MG

Carla Heloísa Schwarzer

Bolsista de Iniciação Científica (Univates)

Andreia Aparecida Guimarães Strohschoen

Licenciada em Biologia (Univates), especialista em Planejamento e Gestão Ambiental (Univates), mestre em Biologia Animal (UFRGS) e doutora em Ciências: Ecologia (UFRGS), professora dos Programas de Pós-graduação: Doutorado e Mestrado em Ensino e Doutorado e Mestrado Profissional em Ensino de Ciências Exatas (Univates)

As atividades experimentais nas aulas de Ciências apresentam como principal objetivo pedagógico aperfeiçoar os processos de ensino-aprendizagem, possibilitando que sejam interativos, em que os estudantes atuem como construtores do conhecimento e não meros ouvintes, conforme apresenta Alves Filho (2000). Algumas mudanças na forma de aprender e ensinar Ciências têm sido desenvolvidas nos últimos anos. Muitas propostas pedagógicas têm apresentado modificações, com renovação de conteúdos e objetivos buscando desenvolver habilidades e competências pelos alunos, implementação de metodologias ativas de ensino e de aprendizagem, além da inserção de atividades experimentais.

Considerando-se o ensino de Ciências, é importante que o professor tenha claro que ele não se resume apenas à apresentação de definições científicas, em geral fora do alcance da compreensão do estudante (Brasil, 1997). Apesar disso, parecem persistir, em algumas situações, velhas práticas em sala de aula (Porto et al., 2009). Nota-se que há necessidade de que o professor busque estratégias com possibilidade de trazer um aspecto inovador para a sala de aula, almejando uma prática docente que propicie ensino e aprendizagem de qualidade para os alunos.

Conforme Santos (2012), muitas vezes o que se verifica no ensino de Ciências é a ausência de qualquer tipo de atividade experimental. Corroborando o exposto, Gioppo et al. (1998) ressaltam que os experimentos raramente são empregados como estratégia de ensino nas salas de aula. Os autores enfatizam que, quando a experimentação é realizada no Ensino Fundamental, parece haver preferência por atividades demonstrativas, velhas conhecidas dos autores de livros-texto, que muitas vezes as repetem num ciclo vicioso de plágio.

Há necessidade de produzir ou planejar atividades experimentais com a possibilidade de permitir aos estudantes vivenciar e explorar fenômenos e que sejam, ao mesmo tempo, viáveis em sala de aula. Contudo, isso ainda se constitui em um dos grandes desafios do ensino de Ciências (Santos, 2012). De acordo com Szeuczuk e Santos (2014), na disciplina de Ciências os alunos apresentam muitas dificuldades para aprender as noções básicas de Química. Esses autores entendem que as atividades experimentais podem contribuir significativamente para o aprendizado do aluno em relação a esses conteúdos.

Nesse contexto, o objetivo do presente relato de experiência é descrever as atividades experimentais desenvolvidas com alunos do 9º ano do Ensino Fundamental de uma escola do município de Rubim/MG, em Ciências, envolvendo conteúdos relacionados às reações químicas e tipos de reações químicas.

Fundamentos teóricos da prática pedagógica

Sabe-se que uma atividade experimental é uma estratégia de ensino de Ciências que não precisa ser realizada em laboratório. Nesse sentido, Santos (2012) destaca que, apesar de ser mais uma entre várias possibilidades, muitos autores ressaltam a importância da experimentação como recurso didático.

Segundo Porto et al. (2009, p. 22),

as atividades de ensino empregadas nas aulas de Ciências, assim como nas demais disciplinas escolares, devem ser planejadas de modo que as ideias, as teorias e o conhecimento que os alunos trazem consigo possam ser aproveitados, completados e desenvolvidos.

No ensino de Ciências há possibilidade de esse aproveitamento e dessa complementação ocorrerem por meio dos experimentos. Para Guimarães (2009, p. 44),

pesquisas da área de Educação apontam para o fato de que as atividades experimentais devem permear as relações ensino-aprendizagem na área de Ciências Naturais, uma vez que elas estimulam o interesse dos alunos em sala de aula e ajudam a desenvolver habilidades relacionadas a essa área do saber.

No pensamento da autora, as atividades experimentais, por serem de interesse dos alunos, podem possibilitar a relação entre o processo de ensino e o processo de aprendizagem.  A autora ainda explica que a forma como a experimentação deve ocorrer em sala de aula vai variar conforme a faixa etária e o desenvolvimento cognitivo dos alunos, os conteúdos conceituais, os procedimentais e atitudinais planejados para o período didático no qual irá acontecer e os recursos disponíveis na escola e o tempo disponível para sua realização.

Uma atividade experimental pode ser ilustrativa, demonstrativa ou investigativa. No primeiro caso, pode ser empregada para tratar conceitos discutidos anteriormente; são majoritários nos livros didáticos. A experimentação investigativa pode ser empregada anteriormente à discussão conceitual e visa obter informações que subsidiem a discussão, a reflexão, as ponderações e as explicações, de modo que o aluno compreenda não só os conceitos, mas as diferentes formas de pensar e falar sobre o mundo por meio da Ciência. Entende-se que, seja qual for a forma escolhida para o trabalho experimental, o professor precisa elaborar cuidadosamente atividade. Essa elaboração deve consistir em: planejar a atividade, optar pelo trabalho individual ou em grupo, determinar o tempo que será dedicado à realização das atividades, escolher a forma de avaliação, elaborar um roteiro de trabalho, iniciar a atividade (Guimarães, 2009).

Em geral, o trabalho em laboratório é desenvolvido em grupos. Os componentes podem ser selecionados pelo professor ou agrupados livremente; é aconselhável que tenham entre três a cinco alunos. Porto et al.(2009, p. 36) trazem que “as atividades em grupo são muito usadas nas aulas de Ciências para a realização de experimentos, trabalhos de campo, observações, pesquisas e estudos dentre outros”. Ressaltam também que

esse tipo de trabalho estimula a participação, desenvolve a argumentação, facilita a circulação de informações e de sugestões, pois permite a troca de ideias e opiniões, possibilitando a prática da cooperação para consecução de um fim comum. Assim, o trabalho em grupo contribui de maneira especial para a socialização das pessoas (Porto et al., 2009, p. 36).

Conforme a exposição da autora, pode-se entender que o trabalho em grupo pode ser importante para a construção do conhecimento dos alunos. Ao trocar experiências com o grupo, o aluno organiza o pensamento para exprimir suas ideias de forma que se faça compreendido por todos (Porto, 2009).

Uma questão também importante nos experimentos é a segurança. Os riscos não podem ser erradicados, mas podem ser minimizados se forem cumpridas algumas regras básicas. “Saber conhecer as situações que podem desencadear um acidente é o primeiro passo para que ele seja evitado” (Guimarães, 2009, p. 45). Toda aula que envolve prática de laboratório deve ser precedida de recomendações claras sobre os detalhes do procedimento que será realizado. Segundo Ferraz e Feitoza (2004), o professor deve alertar para os perigos existentes na manipulação de produtos químicos.

Além disso, o professor precisa lembrar também que uma atividade de experimentação deve estar integrada ao seu projeto de ensino. Em conformidade com Gioppo et al. (1998, p. 44), a experimentação não deve ser entendida como solução mágica para o ensino de Ciências; em sua opinião, “atividades experimentais desvinculadas de um projeto de ensino não fazem sentido”. Nesse aspecto, Santos (2012, p. 46) explica que “o fato de realizar experimentos não constitui, em si, um ensino que atenda às necessidades educacionais dos estudantes”. Enfatizando, Santos (2012, p. 13) também salienta que “a atividade experimental deve estar integrada a uma proposta curricular consistente”. Ressalta que “as aulas demonstrativas, quando devidamente contextualizadas e elaboradas, certamente têm papel importante, a começar pelo aspecto motivacional, mas precisam estar integradas ao planejamento do professor, e não deve vir de mera ilustração” (Santos, 2012, p. 13). Considerando-se isso, pensa-se que a aula de Ciências pode possibilitar a interação entre a teoria e o experimento (Ucko, 1992). Assim, por meio do experimento, pode-se criar a possibilidade de o aluno ver as coisas de uma nova maneira e fazer conexões não pensadas (Ucko, 1992).  Segundo Rotsen et al. (2018), citando os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio (1999), uma das habilidades e competências que devem estar presentes no ensino de Ciências é a utilização da experimentação nas aulas de reações químicas. Esse tipo de atividade desenvolve a capacidade dos alunos de questionar processos naturais e tecnológicos, possibilitando a apresentação de interpretações e a prevenção de evoluções.

Quando colocada em foco a questão da experimentação em aula de Ciências, logo somos remetidos à Química. Segundo Ucko (1992), a Química Moderna começou há pouco mais de 200 anos, quando os cientistas começaram a fazer experimentos químicos. Para Rotsen et al. (2018, p. 5), “a Química é uma das disciplinas em que os alunos apresentam maior dificuldade de aprendizado, devido ao seu alto grau de abstracionismo”.

Em Química, há possibilidade de realizar experimentos para auxiliar no ensino e na aprendizagem. Para Ucko (1992, p. 3), “um experimento consiste de observações e medidas realizadas sob condições controladas. Um experimento consiste em testar uma ideia numa maneira que leva a uma conclusão”.

Como a atividade que aqui se descreve envolve conteúdo de Ciências relacionado à Química, mais especificamente às reações químicas e seus tipos, acredita-se ser válido apresentar conceitos que se referem a tais reações. Uma reação química é tida como processo de transformação química que é causado pela produção ou quebra de ligações químicas (átomos, moléculas ou íons) da matéria. Segundo Atkins e Jones (2012, p. 60), “as reações químicas são processos nos quais uma ou mais substâncias se convertem em outras substâncias”, ou seja, “uma substância responde à presença de outra, à variação de temperatura ou a alguma outra influência” (ATKINS; JONES, 2012, p. 352). Para Ucko (1992, p. 112), “as reações ocorrem quando átomos ou moléculas se chocam entre si na maneira certa e com suficiente energia para possibilitar as ligações químicas existentes de se quebrarem ou novas ligações de se formarem”. “Em uma reação química, as ligações existentes são quebradas e novas são formadas” (ATKINS; JONES, 2012, p. 380).

De acordo com Ucko (1992), durante uma reação química os átomos formam novas combinações; são citados o enferrujamento, a queima da madeira e a digestão de alimentos como processos que envolvem reações químicas. Ainda de acordo com o autor, reações químicas envolvem transformações de energia. Quando ligações se rompem e outras se formam nas reações químicas, os elétrons se rearranjam. Como resultado, energia pode ser liberada ou absorvida sob forma de luz, eletricidade ou calor. Nesse sentido, Atkins e Jones (2012) salientam que numa reação química não há criação ou destruição de átomos, eles apenas trocam de parceiros para produzir substâncias.

Alguns casos de reações químicas envolvem transferência de elétrons. Nesses casos, “a substância que perde elétrons é o agente redutor e a substância que ganha elétrons é o agente oxidante” (Ucko, 1992, p. 131). Ele afirma que “alguns agentes oxidantes são usados medicinalmente como antissépticos; eles incluem o peróxido de hidrogênio, H2O2; o permanganato de potássio, KMnO4; e o hipoclorito de sódio, NaOCl”.

Sabe-se que, quando as substâncias se juntam, ocorre formação de moléculas e elas recebem uma classificação de acordo com o modo como se dá essa formação. Por exemplo, moléculas com três grupos alcoólicos são chamadas trióis. O propano-1, 2, 3-triol – mais comumente glicerol ou glicerina – é um importante exemplo. O glicerol é líquido incolor, viscoso, não tóxico, higroscópico (absorve água) e “usado como base de sabonetes, como agente amaciante em loções para a pele, dentre outros” (Ucko, 1992, p. 309).

O glicerol e o permanganato de potássio reagem entre si e provocam uma reação química em que ocorre transformação de energia térmica. Para Ucko (1992), a maioria das reações químicas envolve transformações de energia térmica (a forma de energia relacionada com a temperatura). Essa energia é transferida sob a forma de calor. Se o calor é liberado durante a reação, ela é chamada de exotérmica; se o calor é absorvido, a reação é chamada de endotérmica. “As reações são geralmente exotérmicas quando os produtos contêm ligações mais fortes do que os reagentes” (Ucko, 1992, p. 132). Corroborando, Atkins e Jones (2012) ressaltam que em uma reação exotérmica há sempre liberação de calor. Considerando o glicerol e o permanganato de potássio, a reação é espontânea; nesse caso, fornece energia e parte dessa energia se manifesta em forma de efeito térmico.

Caminhos percorridos na prática pedagógica

O relato de experiência aqui descrito refere-se a uma atividade desenvolvida com alunos do 9º ano do Ensino Fundamental das escolas da educação básica do Município de Rubim/MG. Os alunos, juntamente com o professor, participaram de atividades experimentais e investigativas em sala de aula, durante as aulas de Ciências.

A atividade proposta para a turma obedeceu ao nível de ensino e buscou desenvolver a argumentação, a criticidade e o espírito científico dos alunos. A atividade experimental teve duração de 50 minutos. Foi desenvolvida em grupos organizados por um critério combinado com os alunos. Durante o tempo da atividade, os alunos foram questionados e instigados a manipular os materiais disponíveis para a realização da atividade. Foram apresentadas as normas básicas para o trabalho no laboratório. Os alunos foram lembrados de que a reação a ser provocada, uma reação exotérmica, se realizava por meio de produtos químicos. O professor explicou que os produtos não eram tóxicos, mas poderiam originar fogo, fumaça e barulho, mesmo que leve.

Anteriormente à realização das atividades, o professor solicitou que os alunos realizassem uma pesquisa bibliográfica em livros e sites confiáveis sobre as reações químicas exotérmicas e suas características. Após essa etapa, o professor discutiu com os alunos sobre quais materiais em conjunto reagiriam e produziriam uma reação exotérmica. Os alunos listaram materiais conhecidos por eles e outros que puderam conhecer durante a pesquisa realizada.

No laboratório de Ciências da escola, o professor apresentou os diferentes reagentes e materiais disponíveis, como glicerina (glicerol), permanganato de potássio, álcool etílico e lugol, entre outros. Os alunos observaram esses materiais e foram instigados pelo professor a selecionar reagentes que, quando misturados, poderiam produzir reações exotérmicas.

Após identificar os diferentes reagentes disponíveis, os alunos selecionaram a glicerina (glicerol) e o permanganato de potássio. Em seguida, dispuseram placas de Petry sobre uma bancada do laboratório. Colocaram sobre cada placa um pedaço de papel filtro. Sobre o papel foi colocada uma porção do permanganato de potássio (colher de chá rasa). O professor salientou que poderia ser utilizado o cabo de uma colher ou a ponta de uma espátula de laboratório.

Posteriormente, os alunos utilizaram um conta-gotas para pingar duas gotas de glicerol (glicerina) sobre o permanganato. Esperaram por alguns segundos até que ocorreu a reação exotérmica, ou seja, o calor excessivo produzido gerou uma pequena chama, com um barulho relativamente baixo. O professor enfatizou que, quando houver demora em ocorrer a reação entre a glicerina e o permanganato, pode-se colocar uma gota de água sobre as substâncias. Explicou que essa gota de água acelerará a reação. A água servirá como catalisador, que, segundo Atkins e Jones (2012), é uma substância que acelera a velocidade de uma reação sem ser consumida nela.

Durante a atividade, o professor incentivou a curiosidade e o espírito científico. Os alunos foram instigados a prestar atenção na formação de odor, som, luz, fumaça e barulho. Realizado o experimento, os grupos produziram um relatório escrito expondo suas percepções e conclusões a partir da atividade de experimentação desde a pesquisa bibliográfica, incluindo as atividades no laboratório. Uma vez recebido o relatório, uma discussão foi levantada para as possíveis interferências por parte do professor.

Discussão da prática pedagógica

Ao realizar o experimento, os alunos foram questionados se o que observaram estava de acordo com suas ideias prévias, aquelas anotadas antes da realização do experimento. Os grupos produziram relatórios escritos expondo suas percepções e conclusões a partir da atividade de experimentação. Para Szeuczuk e Santos (2014), as aulas práticas podem ser apontadas como uma forma de dinâmica e visam desenvolver o raciocínio, em que o aluno trabalha em equipe, observando a ousadia dos colegas, expondo a sua opinião, sendo aceita e discutida pelo grupo.

No relatório, os alunos descreveram o que é uma reação química, relataram o que aconteceu com as substâncias quando elas se transformaram e, com base nisso, apontaram se o processo foi uma reação endotérmica ou exotérmica, apresentando uma justificativa. Conseguiram mencionar qual era o agente oxidante, qual agente sofreu oxidação e qual a função do papel higiênico no experimento realizado. Além disso, puderam relacionar esses conteúdos a reações exotérmicas que observam em seu dia a dia, descrevendo-as e buscando explicá-las de acordo com o conhecimento científico obtido.

Após o recebimento dos relatórios, uma discussão foi levantada. Os argumentos dos alunos foram analisados e realizadas as interferências por parte do professor. Compreende-se que nas práticas experimentais o professor tem o papel de mediador das discussões, de modo a despertar a curiosidade e consequentemente auxiliar no aprendizado do aluno, pois, à medida que é estimulado, o aluno passa a ser sujeito ativo no processo de aprendizagem, sendo capaz de desenvolver suas próprias tentativas e erros (Júnior; Parreira, 2016).

Os alunos entenderam que o permanganato é um forte agente oxidante que provoca a oxidação da glicerina. Conseguiram identificar o padrão para representar uma reação química: Reagentes → Produtos. Essa aprendizagem não ocorreu de forma mecânica, mas com base nas discussões e argumentações surgidas durante as aulas.

Juntamente com o professor, foi organizado um quadro apresentando a equação da reação ocorrida no laboratório entre o permanganato de potássio e a glicerina.

Ao enfatizar que a energia envolvida nesse caso é a energia térmica, na forma de calor, o professor explicou que a Química é a ciência da matéria e das mudanças que ela sofre a partir das reações químicas. Os alunos puderam observar como ocorre uma reação química, pois visualizaram os efeitos subsequentes, como a liberação de energia na forma de calor em quantidade capaz de gerar chama, fumaça, odor e barulho. Pela visualização dos efeitos térmicos, os alunos classificaram seguramente a reação como sendo do tipo exotérmica. O experimento ofereceu aos alunos a possibilidade de reelaborar conceitos e conhecimentos relacionados a fenômenos físicos, químicos e biológicos, como é enfatizado em Guimarães (2009).

Ao realizar o experimento utilizando substâncias químicas, os alunos se sentiram próximos da construção do conhecimento científico, puderam perceber que a teoria desenvolvida em sala de aula pode ser relacionada com a prática vivenciada por eles. O experimento realizado possibilitou desenvolver o senso crítico e a curiosidade pela Ciência. De acordo com Szeuczuk e Santos (2014), um trabalho experimental nesse formato pode ser considerado cativante e contribuir para a investigação dos conceitos, fazendo o estudante se tornar curioso, vencendo novas pesquisas e a formação de compreensão. Assim, acredita-se que um experimento, mesmo simples, pode ser considerado uma estratégia que auxilia no ensino e na aprendizagem de Ciências no Ensino Fundamental, contribuindo significativamente para a construção do conhecimento pelos alunos.

Considerações finais

O ensino de Ciências requer uma relação entre a teoria e a prática, visando estabelecer a interação entre o conhecimento científico que se aborda em sala de aula e o senso comum estabelecido pelo próprio estudante; uma atividade experimental é uma via para o estabelecimento dessa relação.

Entretanto, as atividades experimentais devem estar relacionadas a objetivos que desenvolvam habilidades importantes no aluno, como criticidade, autonomia, desenvolvimento da argumentação e espírito científico. Notoriamente, quando o aluno participa de um experimento relacionado a um conteúdo estudado seu aprendizado pode ser potencializado.

As atividades experimentais têm relevância para o ensino e a aprendizagem dos conteúdos que focam a Química no Ensino Fundamental, em especial as reações químicas. Esse tipo de atividade pode se constituir como instrumento para a vida, pois pode levar o estudante a compreender as causas de determinadas situações, à compreensão do mundo. Os processos escolares devem favorecer possibilidade ao estudante de construção do seu próprio conhecimento.

A atividade em voga neste relato de experiência apontou resultado satisfatório, uma vez que proporcionou o envolvimento dos alunos, despertou a curiosidade e o desejo deles por uma aprendizagem contextualizada. Assim, um experimento pode ser uma importante ferramenta nos processos de ensino-aprendizagem, proporcionando a complementação entre a teoria e a prática.

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Publicado em 10 de março de 2020

Como citar este artigo (ABNT)

REIS, Erisnaldo Francisco; SCHWARZER, Carla Heloísa; STROHSCHOEN, Andreia Aparecida Guimarães. A experimentação no ensino de Ciências – reações químicas no Ensino Fundamental. Educação Pública, v. 20, nº 9, 10 de março de 2020. Disponível em: https://educacaopublica.cecierj.edu.br/artigos/20/9/a-experimentacao-no-ensino-de-ciencias-r-reacoes-quimicas-no-ensino-fundamental