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IMPLANTAÇÃO DA DISCIPLINA TECNOLOGIA QUÍMICA APLICADA AOS CURSOS DE ENGENHARIA

Fernando B. Mainier1, Maria Helena Campos Soares de Mello2 Universidade Federal Fluminense1 Departamento de Engenharia Química GESET - Grupo de Estudos Sobre Ensino Tecnológico Rua Passo da Pátria 156 - S. Domingos – Niterói, Rio de Janeiro, CEP 24210-240 - [email protected]

Universidade Federal Fluminense2 Departamento de Engenharia de Produção GESET - Grupo de Estudos Sobre Ensino Tecnológico Rua Passo da Pátria 156 - S. Domingos – Niterói, Rio de Janeiro,CEP 24210-240 - [email protected]

Resumo. Este trabalho é parte de um projeto educacional que objetiva entender e vencer o desafio da falta de motivação e de aproveitamento dos alunos que cursam algumas disciplinas do Curso Básico de Engenharia. Com base nesta visão a disciplina obrigatória Química foi escolhida para balizar as premissas, o desenvolvimento, as avaliações e todas as considerações e inter-relações pertinentes a este projeto. Quando se trata do ensino de Química nos segmentos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio, é comum identificar uma certa antipatia generalizada à Química por parte destes alunos, geralmente incutida por professores não habilitados, procedentes de cursos de biologia, farmácia, medicina, etc. Provavelmente, as sistematizações do conhecimento básico de Química como são feitas, tradicionalmente, acabam por afastar o aluno da vivência diária e, logicamente ele não associa o que está acontecendo, achando que a Química é abstrata e desconectada com seu entorno, deixando desta forma de entender os fenômenos que, na maioria das vezes, são simples. O conhecimento da Ciência Química se processa numa velocidade assombrosa e se entrelaça cada vez mais com outros segmentos gerando novas idéias e novos rumos. Daí a necessidade de repensar soluções próprias para a disciplina Química ensinada nos diversos Cursos de Engenharia, de tal forma que não venha na contramão do conhecimento pedagógico, das novas ondas do mercado e que esteja vetorizada à visão ambiental. Deseja-se, em síntese, que o aluno, por meio das aulas teóricas, experimentos e pesquisas de conhecimento, estabeleça as conexões entre o conhecimento de Química e o Curso de Engenharia definido pelo aluno. Palavras-chave: ensino de química, aulas práticas.

CBE - 1

1.

INTRODUÇÃO

Este trabalho é parte de um projeto educacional que objetiva entender e vencer o desafio da falta de motivação e de aproveitamento dos alunos que cursam algumas disciplinas do Curso Básico de Engenharia. Com base nesta visão a disciplina obrigatória Química foi escolhida para balizar as premissas, o desenvolvimento, as avaliações e todas as considerações e inter-relações pertinentes a este projeto. Segundo Castilho et al.[1], a maioria dos alunos que ingressam nas Universidades, geralmente, são deficientes nos conhecimentos básicos da matéria química, tendo em vista que tais alunos concluíram o curso médio em escolas em condições inadequadas para um bom ensino de química, como por exemplo, a falta de aulas experimentais de laboratório, bibliotecas deficientes em literaturas químicas, etc. Quando se trata do ensino de Química nos segmentos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio é comum identificar uma certa antipatia generalizada à Química por parte destes alunos, geralmente, incutida por professores não habilitados, na maioria das vezes, formados em cursos de biologia, farmácia, medicina, etc. Na outra ponta do processo é preciso conhecer, analisar e clarificar o imaginário dos alunos dos cursos fundamental e médio que não sentem prazer em adquirir conhecimentos de Química. Desta forma, vale acrescentar a frustração, o desânimo e o desinteresse dos alunos da disciplina de Química, segundo os fragmentos de depoimentos informais obtidos de alunos do Curso Médio:

‘’Infelizmente o que aprendemos na sala-de-aula não tem relação com as aulas de laboratório, vemos muita coisa teórica. Eu não consigo me motivar. As aulas de Biologia têm mais relação com que é dado em aula do que a Química“. “As aulas de Química são muito chatas. É muita coisa para decorar. É difícil de entender o que o professor quer ensinar”. “Eu acho que as aulas de Química precisam de uma parte prática. É muita teoria. Fica difícil entender. Eu acho que falta a prática para entender o que o professor fala”. “Nas aulas de Biologia se discutiu bastante os problemas de meio ambiente. Parece que nada aconteceu no mundo para ser discutido nas aulas de Química”.

Segundo Giordan & Vecchi [2], as pesquisas realizadas no Brasil e no exterior relatam que há um descontentamento crescente que vem atingindo vários professores no ensino da Química quando efetuam medidas mais precisas de avaliação de conceitos básicos que os alunos deveriam conhecer perfeitamente . Tais pesquisas foram realizadas com base em questionários elaborados por equipe de professores de diversos anos. Os problemas que mais se destacaram dizem respeito às estruturas espaciais das moléculas orgânicas, a composição do ar atmosférico, a normalidade das soluções ácidas, o cálculo do número de oxidação das substâncias e as propriedades dos íons metálicos. Certas noções de normalidade e mol eram mal compreendidas, enquanto as fórmulas de vários compostos eram feitas erradamente. Cerca de 40 % dos estudantes desconheciam que o oxigênio (O2) e o nitrogênio (N2) são os principais gases da composição do ar atmosférico. Certos estudantes indicaram o hidrogênio (H2) e o dióxido de carbono (CO2), enquanto poucos sugerem o oxigênio. Somente, cerca de 25 % dos estudantes indicaram a percentagem aproximada dos gases constituintes do ar atmosférico. A insatisfação de estudar Química no Curso Fundamental aliada à falta de conhecimentos e conceitos básicos acaba gerando, direta e indiretamente, barreiras e obstáculos nos alunos que chegam ao Curso Superior refletindo certas “amarguras” com o ensino da Química. Este fato acaba provocando sucessivos abismos nas relações do conhecimento de Química com as outras disciplinas, principalmente nas relações com o Meio Ambiente e as aplicações da Química em outros segmentos. Tais fatos estão gerando um problema sério, pois, a Química é uma Ciência caracterizada por um modo próprio de pensar e de fazer. O modo de pensar significa: interpretar, raciocinar, imaginar, “sentir” os fatos, sejam eles naturais ou artificiais, quando se pesquisam os mecanismos atomísticos ou quando se processam as reações entre substâncias. O modo de fazer é particular pois o químico manuseia ou modifica a matéria através de processos físico-químicos onde a cor, o odor e outras propriedades afloram, provenientes das reações que envolvem as propriedades intrínsecas das substâncias. Provavelmente, as sistematizações do conhecimento básico de Química como são feitas, tradicionalmente, acabam por afastar o aluno da vivência diária e, logicamente, ele não associa o que está acontecendo, achando que a química é abstrata e desconectada com seu entorno, deixando desta forma de entender os fenômenos que, na maioria das vezes, são simples. O conhecimento da Ciência Química se processa numa velocidade assombrosa e se entrelaça cada vez com outros segmentos, por exemplo, com a eletricidade, a informática, a medicina, gerando novas idéias e novos rumos. Pode-se concluir, que atualmente a Química se coloca como uma ciência central desempenhando um papel intrínseco, multi e interdisciplinar permitindo o entendimento de outras ciências e do mundo ao nosso redor [3]. CBE - 2

O mundo de hoje está diante de notáveis avanços científicos e tecnológicos que, de uma maneira ou de outra, acabam impactando a vida diária do homem comum, com conhecimentos que não podem ficar enclausurados e segregados na escuridão do desconhecido, conhecimentos que devem ser desvelados e expostos, de maneira simples, nos primeiros degraus do ensino. O conhecimento científico é feito por pessoas para pessoas. O leigo aceita o que o cientista lhe diz com o espírito de credulidade, pois sabe que aprender a “pensar cientificamente” é um processo longo e complexo. Além disto, é preciso estar plenamente familiarizado com os fundamentos conceituais da pesquisa do momento, e aprender os paradigmas contemporâneos que envolvem o conhecimento de uma disciplina. Daí a necessidade de repensar soluções próprias para a disciplina Química ensinada nos diversos Cursos de Engenharia de tal forma que não venha na contramão do conhecimento pedagógico, das novas ondas do mercado e que esteja vetorizada à visão ambiental. Deseja-se, em síntese, que o aluno por meio das aulas teóricas, experimentos e pesquisas de conhecimento estabeleça as conexões específicas entre um dado evento, os sistemas de valores, os registros, as considerações e as interpretações dos resultados, de tal forma que possa “sentir” o desenvolvimento do processo de aprendizagem e dentro do possível estabelecer uma conexão direta ou indireta com os seus segmentos já definidos a priori. Desde os anos 80, a alta tecnologia e/ou os serviços de inúmeras empresas mundiais vem passando por evoluções substanciais, por estratégias centradas num único produto e/ou em alguns produtos para políticas de conjuntos diversificados e freqüentemente renovados, daí nascendo a necessidade contínua de inovar. Ainda que no passado bastasse inventar de vez em quando, ao sabor das oportunidades mercadológicas, nesta nova ordem, com a galopante evolução tecnológica acompanhada das transformações voluptuosas dos meios de comunicação, não se permite mais que os processos, os equipamentos e os materiais fiquem entre o impasse do uso imediato e da obsolescência técnica acelerada. Estes fatos, conseqüentemente, levam o sistema empresarial à tomada de decisão, uma vez premida pelo envelhecimento precoce do seu produto, obrigando-o a lançar o novo, rapidamente, no mercado consumidor. Desta forma é importante a necessidade de repensar soluções próprias para a disciplina de Química, com novas perspectivas, viabilizando, de modo que não fique na contramão do conhecimento pedagógico e das novas expectativas do mercado. Não é intenção deste trabalho comparar sistemas educacionais com o desenvolvimento de produtos e nem de tecnologias, objetiva-se, na realidade, gerar novas idéias e buscar novos rumos. Daí a importância de “deletar” idéias passadas e recriar novas configurações, onde a globalização emergente em todos os sentidos obriga novos rearranjos nas fronteiras reais e virtuais, num mundo marcado pela ação interativa entre a técnica e a cultura. No desenvolvimento desta nova disciplina deseja-se propiciar aos alunos o desenvolvimento de habilidades essenciais para um bom desenvolvimento profissional de sua área já definida ou na intenção de defini-la.

2.

DIRETRIZES CURRICULARES DOS CURSOS DE ENGENHARIA

As Diretrizes Curriculares para os cursos de Engenharia propostas pela Comissão de Especialistas de Ensino de Engenharia, do Ministério de Educação orientam que os currículos deverão dar condições a seus egressos para adquirir um perfil profissional compreendendo uma sólida formação técnica-científica-profissional geral que o capacite a absorver e desenvolver novas tecnologias, estimulando a sua atuação crítica e criativa na identificação e na resolução de problemas, considerando seus aspectos políticos, econômicos, sociais, ambientais e culturais, com visão ética e humanística em atendimento às demandas da sociedade [3]. É obrigatório que todos os Cursos de Engenharia, independente de sua modalidade, tenham no seu currículo um núcleo de conteúdos básicos, de no mínimo 35% da carga horária mínima, versando sobre os tópicos que são apresentados a seguir. Entretanto, é fundamental que os conteúdos de Física, Química e Informática sejam suportados em atividades laboratoriais.

3.

PROPOSTA DE IMPLANTAÇÃO DA DISCIPLINA TECNOLOGIA QUÍMICA APLICADA NOS CURSOS DE ENGENHARIA

3.1

Ementa: As leis ponderais e as leis dos gases. Princípios básicos da estrutura atômica e molecular. A Tabela Periódica e suas relações com as propriedades dos metais, não metais, gases nobres e metais de transição. Fórmulas e reações químicas. Principais funções da química inorgânica. Equilíbrio químico. Soluções, pH e solubilidade. Velocidade das reações. Noções de termodinâmica, combustão e combustíveis. Eletroquímica: pilhas, baterias e corrosão. Radioatividade e suas interações. Principais funções da química orgânica. Os Processos Industriais centrados nos princípios da química e suas relações com o Meio Ambiente. A importância da química na Engenharia.

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3.2

Objetivos: • • • •

3.3

Identificar e caracterizar cada um dos métodos científicos utilizados em química e reconhecer a significação de uma lei científica; possibilitar o entendimento das características físico-químicas das substâncias, das reações envolvidas e das propriedades dos produtos químicos formados, bem como a interação direta ou indireta nos diversos segmentos, seja no cotidiano ou nas indústrias; reconhecer e estabelecer as relações críticas entre o conhecimento dos processos químicos e o meio ambiente; mostrar a importância dos conhecimentos da química e suas inter-relações diretas e indiretas com as tecnologias aplicadas aos diversos campos da engenharia.

Carga horária:

A carga horária desta disciplina constará de 45 horas-atividades (aulas teóricas) e 30 horas de aulas de laboratório totalizando 75 horas-atividade. 3.4

Programa: UNIDADE 1 – LEIS PONDERAIS E LEIS DOS GASES 1.1 –Leis da conservação de massa, 1.2 –Lei da composição constante e das proporções múltiplas; 1.3 –Leis dos gases ideais e misturas de gases. UNIDADE 2 – ESTRUTURA DO ÁTOMO E LIGAÇÕES QUÍMICAS 2.1–Constituição elementar da matéria; 2.2-Átomos, elementos químicos e íons; 2.3–Tabela Periódica e suas principais relações; 2.3–Distribuição eletrônica; 2.4–Valência, eletronegatividade, orbitais moleculares. 2.5-Ligações Iônicas, ligações covalentes e ligações metálicas. UNIDADE 3 – SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS E REAÇÕES QUÍMICAS 3.1 –Classificação das substâncias; Mudanças de fases; 3.3 –Alotropia; 3.4 –Fenômenos químicos e reações químicas; 3.5 –Principais funções da química inorgânica; óxidos, ácidos, sais e hidróxidos. UNIDADE 4 – EQUILÍBRIO QUÍMICO E IÔNICO 4.1 –Lei do Equilíbrio Químico, Princípios de Le Chatelier; 4.2 –Conceitos de soluções e unidades de concentração; 4.3 –Acidez, Basicidade e pH; 4.4 –Solubilidade. UNIDADE 5 – CINÉTICA QUÍMICA 5.1 –Significado da velocidade de reação e mecanismos; 5.2 –Velocidade de reação em função da concentração e temperatura; 5.3 –Catalisadores. UNIDADE 6 – TERMOQUÍMICA 6.1 –A Primeira Lei da Termodinâmica; 6.2 –Calor, Entalpia e Calorimetria; 6.3 –Equações Termoquímicas.Combustíveis e Combustão. UNIDADE 7 – ELETROQUÍMICA 7.1 –Células galvânicas, Pilhas; 7.2 –Potenciais de Eletrodo; 7.3 –Células Eletrolíticas, Baterias; 7.4 –Eletroquímica Industrial; 7.5 –Eletrometalurgia; 7.6 –Corrosão e Técnicas Anticorrosivas com base na Eletroquímica.

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UNIDADE 8 – RADIOATIVIDADE 8.1 –Radioatividade; 8.2 –Velocidade de decaimento radioativo; 8.3 –Fissão e fusão nuclear. UNIDADE 9 –A QUÍMICA ORGÂNICA 9.1 –A química do carbono; 9.2 –Principais funções da Química Orgânica; 9.3–Hidrocarbonetos; 9.4 –Petróleo e gás natural; 9.5 –Polímeros. UNIDADE 10 – OS PROCESSOS INDUSTRIAIS E O MEIO AMBIENTE. 10.1–Origem, histórico, importância econômica-social dos processos químicos e suas interações com os diversos segmentos industriais; 10.2 –Matérias Primas; 10.3 –Tecnologias Orgânicas, Inorgânicas e Eletroquímicas; 10.4 –Contaminações Industriais e o Meio Ambiente; 10.5 –Uma visão dos Tratamentos de Efluentes. UNIDADE 11 – AULAS PRÁTICAS

3.5

Bibliografia Utilizada: Livros Textos: §

MASTERTON, W. L.; SLOWINSKI, E. J.; STANNITSKI, C. L. Princípios de Química, Rio de Janeiro; Ed. Guanabara Dois, 1998.

§

KOTZ, John C. & PURCELL, Keith F. Chemistry & Chemical Reactivity, Philadelphia: Saunders College Publishing, 1995.

Livros Recomendados: § § § § 3.6

ATKINS, P.W. Físico-Química, Vol I, II e III, LTC Editora, 1997 MAHAN, B.H., Um Curso Universitário - São Paulo: Ed. Edgar Blücher, 1994. RUSSEL, J. B. Química Geral ; São Paulo; Ed. McGraw-Hill Ltda., 1994. SHEREVE, S.E & BRINK,. J.A. Indústria de Processos Químicos, São Paulo:Ed. Guanabara Dois, 1996.

Aulas Experimentais: Os educandos deverão escolher 5 (cinco) aulas práticas pertencentes ao elenco de unidades: UNIDADE I – LABORATÓRIO DE QUÍMICA • Apresentação dos materiais e produtos químicos utilizados no laboratório; • Discussão das normas de segurança dos laboratórios químicos. UNIDADE II – PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS • Avaliação das propriedades físicas das substâncias. UNIDADE III – GASES • Avaliação prática das leis de Boyle e Charles; • Determinação do volume de mol de oxigênio. UNIDADE IV – SÓLIDOS • Determinação de ponto de fusão; • Determinação de solubilidade de produtos químicos. UNIDADE V – REAÇÕES QUÍMICAS • Reações de ácidos com diversos metais; • Reações de hidróxido de sódio com alumínio e zinco;

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• Reações de neutralização de hidróxido de sódio e ácido clorídrico; • Reações para evidenciar precipitações.

UNIDADE VI – LÍQUIDOS E SOLUÇÕES • Determinação de ponto de ebulição; • Determinação de acidez em diversos tipos de vinagres; • Determinação de cloro em água sanitária; • Condutividade de soluções. UNIDADE VII – IDENTIFICAÇÂO DE CÁTIONS E ANIONS • Identificação de cátions em soluções; • Identificação de anions em soluções. UNIDADE VIII – ELETROQUÍMICA • Reações de oxi-redução; • Pilhas; • Eletrólise; • Corrosão e proteção anticorrosiva. UNIDADE IX – VELOCIDADE DE REAÇÃO • Efeito da concentração e temperatura na velocidade de reação; • Catálise. UNIDADE X - ANÁLISES DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS • Análise e avaliação de alguns tipos de plásticos.

3.7

Seminário:

Objetiva-se, ainda, neste seminário, que os alunos sejam capazes de desenvolver suas habilidades essenciais no aperfeiçoamento profissional com base nos seguintes pontos: • • • • • • • 3.8

trabalho em equipe; análise e avaliação de informações a partir de observações; tomada de decisões a partir de quantidade restrita de informações; consulta de bibliografia técnica; confecção de relatório técnico; preparação de apresentação explorando técnicas audiovisuais, incluindo a utilização de “softwares”; apresentação oral.

Sistema de Avaliação:

Os alunos serão avaliados com base em duas provas teóricas, nos relatórios referentes às aulas práticas e numa avaliação do seminário.

4.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A disciplina em questão foi implantada neste primeiro semestre de 2001 para atender prioritariamente aos Cursos de Engenharia Mecânica, Civil, Elétrica e Produção com um módulo de 40 alunos. Após o término de dois semestres será realizada uma avaliação crítica do desenvolvimento da disciplina e os resultados obtidos serão discutidos visando a aumentar a oferta aos alunos do Curso Básico de Engenharia. 5.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]

D.L.Castilho, K.P. Silveira, A. H. Machado, As aulas de química como espaço de investigação e reflexão. Revista Química Nova na Escola, vol. 9, maio 1999, p. 14 -17

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[2]

André Giordan & Gérard Vecchi, Les origines du savoir des conceptions des apprenants aux concepts scientifiques. Paris; Delachaux et Niestlé, 1994, 212p.

[3] MEC - MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Diretrizes Curriculares para os Cursos de Engenharia, MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Secretaria de Ensino Superior, Departamento de Políticas de Ensino Superior, Coordenação das Comissões de Especialistas, Comissão de Especialistas de Ensino de Engenharia, maio, 1999, 9p.

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