aplicação de um jogo digital e análise de conceitos da teoria cinética dos gases

321 Pages·2016·8.49 MB·Portuguese

by  Márcia Figueiredo

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EDUCAÇÃO PARA A CIÊNCIA

Márcia Camilo Figueiredo

APLICAÇÃO DE UM JOGO DIGITAL E ANÁLISE DE CONCEITOS
DA TEORIA CINÉTICA DOS GASES

Bauru - SP
2016
Márcia Camilo Figueiredo

APLICAÇÃO DE UM JOGO DIGITAL E ANÁLISE DE CONCEITOS
DA TEORIA CINÉTICA DOS GASES

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Educação para a Ciência, da área de concentração em
Ensino de Ciências, Faculdade de Ciências da
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita
Filho” / UNESP, Campus de Bauru, como requisito à
obtenção do título de Doutora em Educação para a
Ciência.

Orientador: Prof. Dr. Aguinaldo Robinson de Souza

Bauru - SP
2016
DIVISÃO TÉCNICA DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO
UNESP – BAURU

Figueiredo, Márcia Camilo.
Aplicação de um jogo digital e análise de
conceitos da teoria cinética dos gases / Márcia
Camilo Figueiredo, 2016.
321 f.: il.

Orientador: Aguinaldo Robinson de Souza

Tese (Doutorado) – Universidade Estadual
Paulista. Faculdade de Ciências, Bauru, 2016

1. Aleatoriedade. 2. Irreversibilidade. 3. Ensino
de química. 4. Trajetórias de partículas. I.
Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Ciências.
II. Título.

AGRADECIMENTOS

Ao professor Dr. Aguinaldo Robinson de Souza, por ter compartilhado e ensinado seus
conhecimentos para o desenvolvimento do doutorado; pela confiança, paciência e dedicação
em me orientar e fazer deste trabalho um crescimento pessoal e profissional para minha vida.

Aos professores doutores Marcelo Maia Cirino (UEL) e Wilson Massashiro Yonezawa
(UNESP), por terem contribuído significativamente na banca de qualificação com sugestões,
discussões e comentários importantes para a finalização da pesquisa.

Aos professores doutores, Wilson Massashiro Yonezawa, Marcelo Maia Cirino, Neide Maria
Michellan Kiouranis, Nelson Henrique Morgon, por aceitar o convite de membros da banca de
defesa de tese.

Ao colega Gustavo Martins Alves de Almeida, pela construção e disponibilização do jogo
cinética química utilizado no desenvolvimento da pesquisa.

Aos professores, técnicos e colegas do Programa de Pós-Graduação em Educação para a
Ciência, da Faculdade de Ciências, da Universidade Estadual Paulista, UNESP, campus de
Bauru, SP, pela convivência, ensinamentos e construção do conhecimento. Em especial, à
técnica Denise Barbosa Felipe, pela sua presteza.

À equipe da biblioteca central da UNESP, campus Bauru, em especial ao Breno e Sérgio, pela
atenção e acolhida nos momentos de verificações de normas para o trabalho.

Aos colegas do Departamento Acadêmico de Química - DAQUI da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná, câmpus Londrina, pelo afastamento de dois anos para finalização do trabalho
de tese.

Aos alunos do curso de licenciatura em Química, UTFPR, câmpus Londrina, pela participação
e contribuições para a conclusão dessa pesquisa.

À Fundação Araucária, pelo auxílio financeiro concedido no final de conclusão da pesquisa.

Aos familiares e amigos (as), que me apoiaram e torceram por mim: sogra, sogro, cunhadas,
cunhados, tias, tios, primas, primos, sobrinhos, avô e avó.

Ao meu esposo, José Ramos de Figueiredo Junior, por seu apoio incondicional e fundamental
para a concussão desse trabalho.

Aos meus filhos, Ramon e Maria Elena, por seus sinceros carinhos tão necessários para aliviar
essa caminhada; minhas inspirações...

Aos meus pais, Dorival e Lucy, pessoas fundamentais da minha vida, agradeço pelo apoio e
cuidados, por todo amor e carinho, por entender e apoiar cada nova decisão, por estarem sempre
presentes (vencendo a distância). Aos meus irmãos, Marcos, Magda e Marcelo.

Enfim, a todos os que, direta ou indiretamente, contribuíram para a conclusão desta pesquisa!
Ora, se a inteligência fosse inata... saberia agora, fazer qualquer coisa... inclusive as coisas
que ainda vai inventar!
Lauro de Oliveira Lima (1980)
RESUMO

Esta pesquisa objetivou investigar se licenciandos em química enunciam e compreendem os
conceitos de aleatoriedade e irreversibilidade, presentes na Teoria Cinética dos Gases, por meio
de etapas construídas para um jogo digital e da sua aplicação após finalizado. Participaram da
pesquisa vinte e um acadêmicos do curso de licenciatura em química de uma universidade
tecnológica federal no Paraná, separados em: grupo 01, 02 e 03. Para a coleta de dados, cada
grupo, em determinados momentos, respondeu questionários, elaborou desenhos e participou
de entrevistas semiestruturadas. O desenvolvimento da pesquisa foi orientado pela abordagem
qualitativa e por alguns estudos realizados por Piaget. Para tratar e analisar os dados, optamos
pelos princípios da análise de conteúdo. A partir do conteúdo dos desenhos construídos nas
etapas do jogo digital, foi possível constatar que, os participantes do grupo 01 e 02 buscaram
ilustrar em alguma etapa do jogo, uma aproximação de distribuição homogênea do sistema. Nos
desenhos dos níveis, verificamos que a maioria (quatorze) dos participantes levou em
consideração as experiências obtidas durante o jogo, porque mudaram a maneira de prever em
algum nível, as trajetórias de partículas no sistema; dentre os vinte e um sujeitos, apenas oito
ilustraram nos quatro níveis do jogo, as primeiras previsões de colisões do lado esquerdo,
alcançando o padrão de análise estabelecido. No conteúdo obtido nos discursos dos
participantes, referente ao conceito de irreversibilidade, foi possível verificar que este
conhecimento não está bem construído nas estruturas cognitivas dos participantes do grupo 01
e 02, porque cinco apresentaram discurso não elucidativo nas quatro etapas do jogo e dois não
souberam elucidar o conceito investigado em três etapas. Com relação ao conceito de
aleatoriedade, verificamos que os participantes utilizaram palavras diferentes em cada contexto
de aplicação das etapas e dos níveis do jogo digital, apresentando distintos discursos, como de
gênero científico, próximo do gênero científico, de senso comum, não elucidativo e elucidativo
ao jogo. Depreende-se que os recursos didáticos digitais utilizados podem proporcionar aos
estudantes compreenderem e apreenderem conteúdos de caráter microscópico e
submicroscópico. Portanto, as etapas e os níveis do jogo digital poderão contribuir para que os
sujeitos apreendam cientificamente os conceitos da teoria cinética dos gases, como também em
outras áreas do conhecimento.

Palavras-chave: Aleatoriedade, irreversibilidade, trajetórias de partículas, colisões de
partículas, simulação computacional, ensino de Química.
ABSTRACT

This research aimed to investigate whether licentiate in chemistry enunciate and understand the
concepts of randomness and irreversibility present in Kinetic Theory of Gases, through the
construction of steps of a digital game and its application after finalized. The participants were
twenty-one academics in chemistry degree course of a federal technological university in
Paraná, separated into: Group 01, 02 and 03. For the collection of data, each group, at certain
times, answered questionnaires, prepared drawings and participated in semi-structured
interviews. The development of the research was guided by a qualitative approach and some
studies conducted by trough the ideas of Piaget. To process and analyze the data, we chose the
principles of content analysis. From the content of the drawings built on the steps of digital
game, it was found that the participants of group 01 and 02 sought to illustrate in some stage of
the game, a homogeneous distribution approach of the system. In the drawings levels, we found
that the majority (fourteen) of the participants took into account the experiences gained during
the game because it changed the way to predict to some degree, the particle trajectories in the
system; among the twenty-one subjects, only eight illustrated in the four levels of the game, the
first predictions of collisions on the left side, reaching the established pattern analysis. The
content obtained in the speeches of the participants, referring to the concept of irreversibility,
it was found that this knowledge is not well built in cognitive structures of group members 01
and 02, because five had not been elucidated speech in the four stages of the game and two did
not know how to elucidate the concept investigated in the three steps. Regarding the concept of
randomness, we found that participants used different words in each application context of the
stages and the digital game levels, with different speeches, as scientific genre, close to the
scientific genus, common sense, not enlightening and instructive the game. It appears that
digital teaching resources used can provide students understand and grasp microscopic and
submicroscopic character content. Therefore, the steps and levels of the digital game can
contribute to the subject scientifically seize the concepts of kinetic theory of gases, as well as
in other areas of knowledge.

Keywords: Randomness, irreversibility, particle trajectories, particle collisions, computer
simulation, chemistry teaching.
LISTA DE FIGURAS

Figura 01: Distribuição de moléculas de um gás ideal num recipiente de volume V.................29
Figura 02: Caixa retangular com 8 esferas vermelhas e 8 brancas.............................................58
Figura 03: Caixa composta por um funil e divisórias................................................................59
Figura 04: Prancheta quadrada recoberta por um papel dividido em setores coloridos.............61
Figura 05: Telas das quatro simulações disponíveis no jogo em seus estados iniciais...............95
Figura 06: Folhas para desenhar os níveis 1, 2, 3, 4 e 5 do jogo digital......................................96
Figura 07: Tela do nível 1 do jogo digital..................................................................................97
Figura 08: Tela do nível 2 do jogo digital..................................................................................98
Figura 09: Tela do nível 3 do jogo digital..................................................................................98
Figura 10: Tela do nível 4 do jogo digital..................................................................................99
Figura 11: Tela do nível 5 do jogo digital.................................................................................99
Figura 12: Etapa 1A: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 10 e 60 segundos).112
Figura 13: Etapa 1A: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 120 e 420 segundos)
................................................................................................................................................ 113
Figura 14: Etapa 1A: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 480 e 780 segundos)
................................................................................................................................................ 114
Figura 15: Etapa 1B: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 10 e 60 segundos).116
Figura 16: Etapa 1B: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 120 e 420 segundos)
.................................................................................................................................................117
Figura 17: Etapa 1B: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 480 e 780 segundos)
.................................................................................................................................................118
Figura 18: Etapa 1B: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 10 e 60 segundos).120
Figura 19: Etapa 1C: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 120 e 420 segundos)
.................................................................................................................................................121
Figura 20: Etapa 1C: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 480 e 780 segundos)
.................................................................................................................................................122
Figura 21: Etapa 1D: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 10 e 60 segundos).124
Figura 22: Etapa 1D: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 120 e 420 segundos)
.................................................................................................................................................125
Figura 23: Etapa 1D: número de partículas nos quadrantes (tempo entre 480 e 780 segundos)
.................................................................................................................................................126
Figura 24: Colisões da partícula vermelha e azul....................................................................138
Figura 25: Diagrama de aprendizado em um jogo de tênis......................................................295
LISTA DE DESENHOS

Desenho 01: Previsões de trajetórias de partículas de L1G (etapas do jogo digital) ..............149
1
Desenho 02: Previsões de trajetórias de partículas de L2G (etapas do jogo digital) ..............151
1
Desenho 03: Previsões de trajetórias de partículas de L3G (etapas do jogo digital) ..............153
1
Desenho 04: Previsões de trajetórias de partículas de L4G (etapas do jogo digital) ..............155
1
Desenho 05: Previsões de trajetórias de partículas de L5G (etapas do jogo digital) ..............157
1
Desenho 06: Previsões de trajetórias de partículas de L6G (etapas do jogo digital) ..............159
1
Desenho 07: Previsões de trajetórias de partículas de L7G (etapas do jogo digital) ..............161
1
Desenho 08: Previsões de trajetórias de partículas de L8G (etapas do jogo digital) ..............164
2
Desenho 09: Previsões de trajetórias de partículas de L9G (etapas do jogo digital) ..............167
2
Desenho 10: Previsões de trajetórias de partículas de L10G (etapas do jogo digital) ............169
2
Desenho 11: Previsões de trajetórias de partículas de L11G (etapas do jogo digital) ............171
2
Desenho 12: Previsões de trajetórias de partículas de L12G (etapas do jogo digital) ............174
2
Desenho 13: Previsões de trajetórias de partículas de L13G (etapas do jogo digital) ............176
2
Desenho 14: Previsões de trajetórias de partículas de L1G ....................................................238
1
Desenho 15: Previsões de trajetórias de partículas de L2G ....................................................241
1
Desenho 16: Previsões de trajetórias de partículas de L3G ....................................................243
1
Desenho 17: Previsões de trajetórias de partículas de L4G ....................................................246
1
Desenho 18: Previsões de trajetórias de partículas de L5G ....................................................248
1
Desenho 19: Previsões de trajetórias de partículas de L6G ....................................................250
1
Desenho 20: Previsões de trajetórias de partículas de L7G ....................................................253
1
Desenho 21: Previsões de trajetórias de partículas de L8G ....................................................255
2
Desenho 22: Previsões de trajetórias de partículas de L9G ....................................................258
2
Desenho 23: Previsões de trajetórias de partículas de L10G ..................................................260
2
Desenho 24: Previsões de trajetórias de partículas de L11G ..................................................262
2
Desenho 25: Previsões de trajetórias de partículas de L12G ..................................................264
2
Desenho 26: Previsões de trajetórias de partículas de L13G ..................................................267
2
Desenho 27: Previsões de trajetórias de partículas de L14G ..................................................270
2
Desenho 28: Previsões de trajetórias de partículas de L15G ..................................................273
3
Desenho 29: Previsões de trajetórias de partículas de L16G ..................................................276
3
Desenho 30: Previsões de trajetórias de partículas de L17G ..................................................278
3
Desenho 31: Previsões de trajetórias de partículas de L18G ..................................................281
3
Desenho 32: Previsões de trajetórias de partículas de L19G ..................................................283
3
Desenho 33: Previsões de trajetórias de partículas de L20G ..................................................285
3
Desenho 34: Previsões de trajetórias de partículas de L21G ..................................................288
3