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Representação e semiótica em Química Orgânica

Semiótica e representação estrutural na Química
by

Edson Wartha

on 23 August 2013

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Transcript of Representação e semiótica em Química Orgânica

Programa de Pós-graduação Interunidades em Ensino de Ciências
Universidade de São Paulo - USP
O objeto de estudo
Processos de representação no ensino e aprendizagem de Química Orgânica
Os objetivos do estudo
a) Aproximar as Ciencias Cognitivas da Semiótica Peirceana, na tentativa de compreender as dificuldades dos alunos na apropriação dos processos de representação nas disciplinas de Química Orgânica.

b) Identificar e analisar como ocorrem os processos de percepção, interpretação e construção de representações no ensino e aprendizagem de Química.
Química Orgânica: representação estrutural, visualização cientifica, habilidades visuo-espaciais... Linguagem Semiótica.
Representação do conhecimento Químico
Processos de ensino e aprendizagem de conceitos de Química Orgânica sob um olhar da Semiótica Peirceana
Edson José Wartha
Orientadora
Profa. Dra. Daisy de Brito Resende
Semiótica e a representação estrutural em Química
Percepção - primeiridade
Relação - qualidades
- secundidade
Conceituação - terceiridade
Nesse modelo é necessário destacar
o caráter mediador do signo na elaboração de conceitos
. As diferentes estratégias de comunicação (signos) permitem a percepção, a relação entre o signo e o objeto e, consequentemente a conceituação (interpretantes).
3) Coleta de informações por meio de questionário aplicado aos estudantes e aos professores (UFS, USP, UFES, UFBA, UESB e UESC).
A semiótica e o caso da visualização científica e habilidades visuo-espaciais
SEDDON, G.M.; ENIAIYUJU, P.A. The understanding of pictorial depth cues, and the ability to visualize the rotation of three-dimensional structures in diagrams. Research in Science and Technological Education, 4, n. 1, 1986. 29-37.
SEDDON, G.M.; SHUBBER, K.E. Learning the visualization of three-dimensional spatial relationships in diagrams at different ages in Bahrain. Research in Science and Technological Education, 3, n. 2, 1985. 97-108.
TUCKEY, H.; SELVARATNAM. Studies involving three-dimensional visualization skills in chemistry. Studies in Science Education. 21, 1993. 99-121..
RAUPP, D.; SERRANO, A.; MOREIRA, M.A. Desenvolvendo habilidades visuoespaciais: uso de software de Construção de modelos moleculares no ensino de isomeria Geométrica em química. Experiências em Ensino de Ciências, 4, n. 1, 2009. 65-78.


-Uso de ferramentas de visualização facilita a resolução de problemas que envolvem aspectos visuo-espaciais.
FERK, V.; BLEJEC, A.; GRIL, A. Students' understanding of molecular structure representations. International Journal of Science Education, 25, 2003. 1227–1245.
DORI, Y.J.; BARAK, M. Virtual and physical molecular modeling: fostering model perception and spatial understanding. Educational Technology & Society, 4, n. 1, 2001. 61-74.
SWELLER, J. Implications of cognitive load theory for multimedia learning. In: MAYER, R. E. Cambridge Handbook of Multimedia Learning. 2005. 19-30.

- Diminuição da carga cognitiva necessária ao processo de visualização.
Há consenso, nesses estudos de que o uso de ferramentas de visualização estão diretamente relacionados com a aprendizagem de conceitos químicos
e de que não há consenso, quanto a habilidade de visualização ser passível ou não de aprendizagem
.



1) Coleta de informações com professores das disciplinas de QCOI e QCOII - UFS.

Processo de Ensino
2) Coleta de informações na análise das avaliações realizadas pelos estudantes nas disciplinas de QCOI e QCOII - UFS.

Processo de Aprendizagem
ASPECTOS METODOLÓGICOS

Linguagem: processo de enculturação

Aprender ciências é
aprender a usar os seus códigos
intrínsecos, bem como aprender a compreender e a se expressar nessa linguagem.

Química Linguagem simbólica signos



Semiótica
Linguagem
Apresentação e análise sobre o ensino de Química
i) em relação ao detalhamento dos conteúdos abordados: os conteúdos foram abordados de acordo com a

ordem estabelecida no livro texto de referência
e no programa da disciplina;
Apresentação e análise sobre a aprendizagem
Triplete químico Tríade Semiótica

Representação do conhecimento químico e a semiótica peirceana
Semiótica
Na concepção de Peirce, um signo é aquilo que, representa algo para alguém, percebida sob algum de seus aspectos ocupando o lugar de alguma outra coisa, em lugar do entre em si, ou seja,
só se percebem aquilo que se esta capacitado a interpretar
(PEIRCE, 2005).
Em relação ao
Perceber:

a) Observa-se que os professores ao utilizarem diferentes estratégias de comunicação
não consideram os aspectos visuais e representacionais tão importantes quanto os aspectos conceituais
no ensino de Química Orgânica;

b) Verificou-se, na análise dos episódios,
poucas ou quase inexistentes atividades direcionadas exclusivamente à abordagem de conteúdos representacionais.
Em relação ao
Relacionar e

Conceituar:


a) identificou-se entre os estudantes, uma série de dificuldades para
estabelecer as devidas relações entre os signos (Perceber)
que são apresentados pelo professor na forma de diagramas, esquemas, textos, gráficos, por exemplo (estratégias de comunicação);

b) dificuldade dos estudantes na
compreensão do conteúdo conceitual contida nas diferentes representações simbólicas
(estudantes com baixas habilidades visuo-espaciais têm inconvenientes para transformar a informação verbal em representação visual).
v) dificuldades na compreensão do conteúdo conceitual contida nas diferentes representações simbólicas;
A1- “Minha grande dificuldade está em decorar
mecanismos
.”

A2- “Principalmente tive dificuldades no que se refere a
mecanismos
.”

A3- “Tive dificuldade na maior parte dos
mecanismos
, mais ainda na parte de oxidação de compostos.”

A4- “Eu tive grande dificuldades em visualizar estruturas tridimensionais”.

A5- “Dificuldades em reações de substituição e eliminação. Também em estereoquímica.”

A6- “Senti muitas dificuldades na parte relacionada com o desenvolvimento dos
mecanismos
. Aquele vai e vem de setas me enloquecia.”

A7- “Tive dificuldades em
mecanismos
. São vários e passados a esmo. Há muito conteúdo apresentado em comparação ao que é ensinado.”

A8- “O estudo de
mecanismos
somente por meio de slides dificultou muito o aprendizado.”

A9- “Tive muitas dificuldades. Entender o que o professor está falando, pois parece que os químicos orgânicos acham que sabemos do que estão falando. Ainda não somos químicos, estamos estudando para isso.”

A10- “Muitas vezes as dificuldades ocorrem devido à maneira como o professor ministra as aulas. Fazem somente uma cópia do Solomons ou de outro livro na lousa.”

A1- “Com certeza o uso dos objetos moleculares auxiliam no aprendizado. O uso desses objetos (bolas e varas) foi muito importante para a visualização dos estereoquimicos.”

A2- “O uso dos objetos moleculares melhora o entendimento das posições dos átomos e da geometria da molécula. Foram raras as vezes que o professor fez uso dessas ferramentas.”

A3- “Sim, estes artifícios nos ajudam a ter uma visão tridimensional das moléculas.”

A4- “A utilização desses materiais aumenta a compreensão das moléculas 3D. Mas o professor usou poucas vezes.”

A5- “O uso de objetos moleculares facilita o entendimento. Na maioria das vezes o professor não utiliza estas ferramentas.”

A6- “Os modelos moleculares contribuem positivamente no processo de aprendizagem, porém estas ferramentas foram pouco utilizadas quando cursei a disciplina.”

a) A compreensão do processo semiótico na elaboração de construtos científicos leva à
necessidade de valorização de aspectos relacionados à mediação
nas aulas de Química Orgânica;
b) Buscar
uma formação que considere de que o corpo teórico da Química é construído sobre uma linguagem própria
, criada para representar o universo das transformações químicas.
c) Não apenas a incorporação do uso de ferramentas virtuais, modelos físicos de estruturas que abordem questões de habilidades visuo-espaciais, mas acima de tudo, o
uso de diferentes estratégias de comunicação em processos de semiose (percepção, relação e conceituação), que permitam o desenvolvimento de multimodos de representação.
Obrigado a tod@s que de alguma forma contribuíram para tornar este trabalho
possível...
A semiótica peirceana, em relação aos níveis de representação do conhecimento químico, permite uma teorização mais adequada sobre as questões epistemológicas e ontológicas sobre a realidade dos entes químicos.


Representação do conhecimento químico

Distintas denominações
Níveis de pensamento (Johnstone 1991);
Componentes ou modos (Johnstone 1993);
Formas de materia (Johnstone 2000);
Níveis conceituais (Johnstone 2006);

Níveis de representação
(Gabel 1999)
(visão dominante: Gilbert e Treagust 2009).
O uso de ferramentas de visualização
permite um aumento da percepção sobre o objeto de estudo
;
O acesso aos entes químicos possui diferentes
aspectos que só podem ser percebidos em partes
(explicado pela relação entre objeto imediato e objeto dinâmico) -
permite distinguir ontologicamente a realidade
(objeto dinâmico), parcialmente acessível pelas percepções e relações que se estabelece com o objeto imediato (real dado) e os conceitos elaborados (que pressupõe uma realidadade produzida).
ii) em relação à natureza do evento: o evento que predominou quase que exclusivamente nas aulas dessa disciplina foi o EE (
evento explicativo
);
iii) para cada aula foi observada a abordagem de um tópico de conteúdo ou conceito diferente ou, em muitos casos,
a mesma abordagem aplicada a compostos químicos diferentes
;
iv) a cada aula, o professor apresentava uma situação ou um conceito procurando estabelecer relações causais entre eles:
eventos explicativos prevalecem em aulas no Ensino Superior
devido aos professores serem
pouco interativo
;

v) em relação aos tópicos: o tópico predominante foi o TR (técnica de representação), no qual o professor fez uso em todas as aulas de técnicas de representação. Também foi possível observar o uso de EA (estrutura e atividade).
Identificaram-se poucas (ou quase inexistentes) atividades relacionadas ao uso de HE
(habilidade espacial);
vi) em relação às ferramentas: por serem de caráter mediador, ou seja, de caráter simbólico, foi possível identificar o uso quase que
exclusivamente da ferramenta GR (gráfica), representação gráfica de estruturas moleculares
na lousa, transparências ou diapositivos. Em relação às ferramentas computacionais, o professor apenas citava e/ou demonstrava modelos virtuais em 3D de moléculas (
os alunos não manipulavam e nem eram estimulados a usar tais programas).
WARTHA, E.J.; REZENDE, D.B. Os níveis de representação no ensino de química e as categorias da semiótica de Peirce.
Investigações em Ensino de Ciências – V16(2), pp. 275-290, 2011.
JORGE, A.M.G.; REZENDE, D.B.; WARTHA, E.J.
Visualização, semiótica e Teoria da Percepção.
Tríade: comunicação, cultura e mídia. v.1, n.1,
2013
.
Na resolução de questões que envolvem aspectos relacionados a construção e conversão de estrutruras moleculares identificaram-se:

i) dificuldades em
perceber
determinadas características nos compostos;

ii) dificuldades na
construção de outro código
ou modo representacional não conseguem fazer as devidas
relações
e, deste modo, não conseguem
conceitar
;
iii) estudantes que apresentam incapacidade de visualizar mentalmente determinadas operações espaciais com estruturas moleculares, buscam alternativas para resolver problemas que exigem reconhecimento visuo-espacial de entes químicos (
algoritmos ao invés de pensamento imagético
);
iv) estudantes com altas HBV tem facilidades em resolverem determinadas questões;
Figura 4.26a (p.139): Desenho das estruturas de Lewis.
c) A utilização e a
compreensão dessas representações são condições necessárias para a compreensão dos conceitos químicos envolvidos
;

d) Os alunos podem apresentar dificuldades em aprender Química devido ao não
estabelecimento de relações entre os componentes conceituais e visuais
.
Figura 4.28 (p.143):
Desenhar os confôrmeros
na projeção de Newmam.
Figura 4.29 (p.144): Desenho
de confôrmeros
Figura 4.33 (p.150):Desenho da
configuração cis e/ou trans.
Figura 4.32 (p.147): Desenho
na configuração de Fisher
Figura 4.36 (p.155): Desenho
da estereoquímica da reação
Figura 4.35
a) A criação da simbologia de Berzelius para os elementos possibilitou a criação da escrita dos compostos, portanto,
há uma linguagem própria para a Química -
NaCl
(cloreto de sódio);
CO
(monóxido de carbono);
Fe
(ferro);
Pb
(chumbo).



b) Couper introduz elementos representacionais que refletem o conceito de ligação, devido às suas experiências com situações-problema em que múltiplas valências poderiam ocorrer para o carbono, ou seja, os
diferentes modos representacionais incorporam novas informações e novos conceitos
;



Johnstone (1982; 1993,
2000, 2010)
Treagust et al., (2003;
2007; 2009)
Rappoport; Ashkenazi (2008)
Níveis de complexidade
Kermen; Meheut (2009)
Talamquer (2011)
Labarca (2005)
Labarca; Lombardi (2011)
Semiótica de Peirce
- Teoria Geral dos Signos;
- Teoria geral das representações;
- Na Semiótica Peirceana, representação é vista como um conteúdo apreendido pelos:
sentidos, memória, imaginação e pensamento
.
Semiose = ação do signo é a ação de determinar um interpretante, uma idéia ou um conceito.

Para Peirce,
representação é mediação
Wartha, E.J.; Rezende, D.B.
Os níveis de representação no ensino de química e as categorias da semiótica de Peirce
.
Investigações em Ensino de Ciências 16 (2), 2011.
Aponta alguns equívocos filosóficos associados aos níveis de representação propostos por Johnstone (1982, 1993).
Argumenta que diferentes planos de argumentação não podem ser representados como vértices em um mesmo triângulo.
Distinção entre itens relacionados ao
sujeito
e ao
objeto:
Sujeito:
itens linguisticos ou conceituais (conceitos, leis, teorrias);
Objeto:
itens ontológicos (entes químicos, propriedades)
Dificuldades de aprendizagem em Química Orgânica na visão dos professores
Considerações
Triade Semiótica de Peirce
concreto
abstrato
Objeto
Sujeito
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