Visualização de Objetos Moleculares: interfaces de ensino, pesquisa e extensão entre a Educação em Química e a Engenharia de Software

Resumo

Resumo: A Química é uma ciência alicerçada em um paradigma funcional-estruturalista que adota o princípio fundamental de que as propriedades e transformações dos materiais podem ser satisfatoriamente explicadas pela teoria atômico-molecular. No estágio atual, a representação de átomos, moléculas, adutos, agregados e outras partículas constituintes dos materiais são fatores determinantes para a elaboração do pensamento químico e esta é uma das razões para adotar a visualização de objetos moleculares como estratégia de ensino, especialmente quando já é possível levá-la à sala de aula por meio de computadores disponíveis em grande parte das escolas. De acordo com Gabel (1998), três níveis de representação em Química são importantes: macroscópico, onde os processos químicos são observados; microscópico, onde os fenômenos são explicados pelo arranjo e movimentação de átomos, moléculas ou partículas subatômicas; simbólico, onde ocorre a representação dos fenômenos através de símbolos, números, fórmulas, equações e estruturas. É sabido também que os estudantes de ensino médio têm dificuldade em entender as representações nos níveis microscópico e simbólico porque estes são de natureza imaginada e abstrata, enquanto o pensamento desses estudantes geralmente se apóia em informações sensoriais. De acordo com Wu e col. (2001), alunos, que utilizam objetos moleculares físicos e computacionais, obtêm melhor pontuação em testes de retenção de informações, em comparação com estudantes que utilizam apenas representações bidimensionais ou tridimensionais. Anjos (2004) observou um aumento significativo da compreensão e interpretação das relações ‘nomenclatura-propriedade-estrutura’ de substancias orgânicas, quando os alunos utilizaram objetos moleculares para construir modelos e resolver problemas em sala de aula. Portanto, os objetos moleculares, enquanto representações das partículas submicroscópicas, cujo meio de veiculação pode variar desde o papel, conjuntos plásticos, isopor e madeira, tela do computador ou projeção holográfica, podem contribuir decisivamente para a construção de significados sobre fenômenos de transformação da matéria e para elaborar modelos explicativos acerca das propriedades e estrutura dos materiais. Um dos fatores limitantes para o uso educacional de objetos moleculares no ambiente computacional é a ausência de aplicativos integráveis à interface Web, especialmente quando se trata de versões em português. Adicionalmente, as poucas versões disponíveis não permitem ao estudante produzir suas próprias representações, o que o impede de tratar os objetos moleculares como simulações computacionais. Por outro lado, desenvolver aplicativos para visualização de objetos moleculares é uma ótima oportunidade para o aprimoramento das competências de grupos de pesquisa de Educação e Engenharia. Estas competências dizem respeito tanto às pesquisas, quanto à formação dos profissionais professores e engenheiros de software. Na medida em que o ensino e a pesquisa estejam articulados com vistas ao desenvolvimento dos aplicativos, também a extensão universitária será contemplada, pois os aplicativos terão como usuários finais alunos e professores de escolas da educação básica. Neste sentido, a parceria de grupos de pesquisa de áreas como Educação e Engenharia da Computação afeta diretamente a formação de estudantes e pesquisadores da universidade e indiretamente a formação de alunos e professores da educação básica. Sendo o motivo da parceria entre grupos de pesquisa desenvolver uma solução para um problema típico da sala de aula, o processo de produção de conhecimento na educação e na engenharia torna-se condicionado pelas formas como universidade e escola interagem, o que permite instaurar um diálogo construtivo entre essas instituições, caso haja condições para que as demandas das escolas, no que diz respeito à infraestrutura computacional e de comunicação em rede, sejam atendidas. Satisfeita esta exigência é possível prever que os aplicativos sejam criticamente utilizados por professores e alunos nas escolas e que essa utilização crítica subsidie o próprio desenvolvimento dos aplicativos. Assim, uma outra conseqüência direta da parceria entre grupos de pesquisa de Educação e Engenharia é desenvolver um processo de produção de aplicativos computacionais que contribua para a melhoria das condições de ensino na sala de aula, aportando com soluções referendadas pela própria escola. Por estas razões, relatamos neste artigo um projeto em desenvolvimento sobre a produção de ferramentas computacionais que permitem construir representações de moléculas nos níveis microscópico e simbólico.

Abstract: A Química é uma ciência alicerçada em um paradigma funcional-estruturalista que adota o princípio fundamental de que as propriedades e transformações dos materiais podem ser satisfatoriamente explicadas pela teoria atômico-molecular. No estágio atual, a representação de átomos, moléculas, adutos, agregados e outras partículas constituintes dos materiais são fatores determinantes para a elaboração do pensamento químico e esta é uma das razões para adotar a visualização de objetos moleculares como estratégia de ensino, especialmente quando já é possível levá-la à sala de aula por meio de computadores disponíveis em grande parte das escolas. De acordo com Gabel (1998), três níveis de representação em Química são importantes: macroscópico, onde os processos químicos são observados; microscópico, onde os fenômenos são explicados pelo arranjo e movimentação de átomos, moléculas ou partículas subatômicas; simbólico, onde ocorre a representação dos fenômenos através de símbolos, números, fórmulas, equações e estruturas. É sabido também que os estudantes de ensino médio têm dificuldade em entender as representações nos níveis microscópico e simbólico porque estes são de natureza imaginada e abstrata, enquanto o pensamento desses estudantes geralmente se apóia em informações sensoriais. De acordo com Wu e col. (2001), alunos, que utilizam objetos moleculares físicos e computacionais, obtêm melhor pontuação em testes de retenção de informações, em comparação com estudantes que utilizam apenas representações bidimensionais ou tridimensionais. Anjos (2004) observou um aumento significativo da compreensão e interpretação das relações ‘nomenclatura-propriedade-estrutura’ de substancias orgânicas, quando os alunos utilizaram objetos moleculares para construir modelos e resolver problemas em sala de aula. Portanto, os objetos moleculares, enquanto representações das partículas submicroscópicas, cujo meio de veiculação pode variar desde o papel, conjuntos plásticos, isopor e madeira, tela do computador ou projeção holográfica, podem contribuir decisivamente para a construção de significados sobre fenômenos de transformação da matéria e para elaborar modelos explicativos acerca das propriedades e estrutura dos materiais. Um dos fatores limitantes para o uso educacional de objetos moleculares no ambiente computacional é a ausência de aplicativos integráveis à interface Web, especialmente quando se trata de versões em português. Adicionalmente, as poucas versões disponíveis não permitem ao estudante produzir suas próprias representações, o que o impede de tratar os objetos moleculares como simulações computacionais. Por outro lado, desenvolver aplicativos para visualização de objetos moleculares é uma ótima oportunidade para o aprimoramento das competências de grupos de pesquisa de Educação e Engenharia. Estas competências dizem respeito tanto às pesquisas, quanto à formação dos profissionais professores e engenheiros de software. Na medida em que o ensino e a pesquisa estejam articulados com vistas ao desenvolvimento dos aplicativos, também a extensão universitária será contemplada, pois os aplicativos terão como usuários finais alunos e professores de escolas da educação básica. Neste sentido, a parceria de grupos de pesquisa de áreas como Educação e Engenharia da Computação afeta diretamente a formação de estudantes e pesquisadores da universidade e indiretamente a formação de alunos e professores da educação básica. Sendo o motivo da parceria entre grupos de pesquisa desenvolver uma solução para um problema típico da sala de aula, o processo de produção de conhecimento na educação e na engenharia torna-se condicionado pelas formas como universidade e escola interagem, o que permite instaurar um diálogo construtivo entre essas instituições, caso haja condições para que as demandas das escolas, no que diz respeito à infraestrutura computacional e de comunicação em rede, sejam atendidas. Satisfeita esta exigência é possível prever que os aplicativos sejam criticamente utilizados por professores e alunos nas escolas e que essa utilização crítica subsidie o próprio desenvolvimento dos aplicativos. Assim, uma outra conseqüência direta da parceria entre grupos de pesquisa de Educação e Engenharia é desenvolver um processo de produção de aplicativos computacionais que contribua para a melhoria das condições de ensino na sala de aula, aportando com soluções referendadas pela própria escola. Por estas razões, relatamos neste artigo um projeto em desenvolvimento sobre a produção de ferramentas computacionais que permitem construir representações de moléculas nos níveis microscópico e simbólico.