Um estudo de caso sobre a compreensão de conceitos químicos mediante visualização de representações computacionais 3D utilizando o referencial de Campos Conceituais.

Resumo

A Química é considerada a mais visual das ciências por fazer uso de uma grande
variedade de representações como forma de expressar conceitos. No século XIX a descoberta
da isomeria revelou a relação entre a estrutura espacial das moléculas e a conectividade com
as propriedades das substâncias. Conseqüentemente, a fórmula química que antes apenas
ilustrava de forma qualitativa e quantitativa os elementos combinados, passou a ser
representada espacialmente. Isso fez com que as representações evoluíssem naturalmente de
simples desenhos no espaço 2D do papel à modelos 3D construídos em ambientes
computacionais. Apesar do uso extensivo de modelos 2D e projeções (como a de Fischer ou
Newman) no ensino, tantos estudantes iniciantes como avançados apresentam grande
dificuldades em compreender e fazer uso da estrutura 3D da molécula. Assim sendo,
representações moleculares 3D podem ser de grande auxílio na resolução de problemas em
estereoisomeria. A compreensão dessas representações está relacionada com a capacidade de
visualização e com uma habilidade cognitiva em especial: a habilidade visuoespacial, que
consiste na manipulação de problemas visuais complexos, geralmente representados por
símbolos. A importância da representação simbólica na cognição humana pode ser abordada
pela ótica de um teórico cognitivista - Gerard Vergnaud - que considera a representação como
mediadora da comunicação e do pensamento. Sua Teoria dos Campos Conceituais considera
que as representações podem ajudar o estudante a resolver problemas que eles não
conseguiriam resolver sem este tipo de suporte e que alguns tipos de representações podem
ser “mais poderosos” que outros no processo de conceitualização. Essa dissertação tem como
objetivo realizar um estudo de caso interpretativo sobre a evolução do conceito de isomeria
geométrica de dois grupos de estudantes de Química (um do Ensino Médio e outro do Ensino
Superior) após a manipulação de representações computacionais moleculares 3D. Os
resultados centram-se num primeiro experimento na análise da evolução representacional dos
estudantes de Ensino Médio. Em um segundo experimento, a análise é sobre os relatos dos
estudantes de Ensino Superior (obtidos através de entrevistas baseadas na técnica Think
Aloud) sobre como a visualização e manipulação dessas representações auxiliaram no
desenvolvimento das tarefas relativas à isomeria geométrica. De maneira geral, há uma
evolução no conceito de estrutura molecular dos estudantes, e conseqüentemente, na sua
capacidade de resolver problemas de estereoisomeria. Essa evolução, conforme discutimos
nos resultados apresenta-se centrada na evolução sistêmica e dialógica do tripleto
representação, situação e invariantes operatórios, o que indica, segundo Vergnaud, uma
evolução do conceito como um todo.