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

Resumo: A Quimica e uma ciencia alicercada em um paradigma funcional-estruturalista que adota o principio fundamental de que as propriedades e transformacoes dos materiais podem ser satisfatoriamente explicadas pela teoria atomico-molecular. No estagio atual, a representacao de atomos, moleculas, adutos, agregados e outras particulas constituintes dos materiais sao fatores determinantes para a elaboracao do pensamento quimico e esta e uma das razoes para adotar a visualizacao de objetos moleculares como estrategia de ensino, especialmente quando ja e possivel leva-la a sala de aula por meio de computadores disponiveis em grande parte das escolas. De acordo com Gabel (1998), tres niveis de representacao em Quimica sao importantes: macroscopico, onde os processos quimicos sao observados; microscopico, onde os fenomenos sao explicados pelo arranjo e movimentacao de atomos, moleculas ou particulas subatomicas; simbolico, onde ocorre a representacao dos fenomenos atraves de simbolos, numeros, formulas, equacoes e estruturas. E sabido tambem que os estudantes de ensino medio tem dificuldade em entender as representacoes nos niveis microscopico e simbolico porque estes sao de natureza imaginada e abstrata, enquanto o pensamento desses estudantes geralmente se apoia em informacoes sensoriais. De acordo com Wu e col. (2001), alunos, que utilizam objetos moleculares fisicos e computacionais, obtem melhor pontuacao em testes de retencao de informacoes, em comparacao com estudantes que utilizam apenas representacoes bidimensionais ou tridimensionais. Anjos (2004) observou um aumento significativo da compreensao e interpretacao das relacoes ‘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 representacoes das particulas submicroscopicas, cujo meio de veiculacao pode variar desde o papel, conjuntos plasticos, isopor e madeira, tela do computador ou projecao holografica, podem contribuir decisivamente para a construcao de significados sobre fenomenos de transformacao da materia 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 e a ausencia de aplicativos integraveis a interface Web, especialmente quando se trata de versoes em portugues. Adicionalmente, as poucas versoes disponiveis nao permitem ao estudante produzir suas proprias representacoes, o que o impede de tratar os objetos moleculares como simulacoes computacionais. Por outro lado, desenvolver aplicativos para visualizacao de objetos moleculares e uma otima oportunidade para o aprimoramento das competencias de grupos de pesquisa de Educacao e Engenharia. Estas competencias dizem respeito tanto as pesquisas, quanto a formacao dos profissionais professores e engenheiros de software. Na medida em que o ensino e a pesquisa estejam articulados com vistas ao desenvolvimento dos aplicativos, tambem a extensao universitaria sera contemplada, pois os aplicativos terao como usuarios finais alunos e professores de escolas da educacao basica. Neste sentido, a parceria de grupos de pesquisa de areas como Educacao e Engenharia da Computacao afeta diretamente a formacao de estudantes e pesquisadores da universidade e indiretamente a formacao de alunos e professores da educacao basica. Sendo o motivo da parceria entre grupos de pesquisa desenvolver uma solucao para um problema tipico da sala de aula, o processo de producao de conhecimento na educacao e na engenharia torna-se condicionado pelas formas como universidade e escola interagem, o que permite instaurar um dialogo construtivo entre essas instituicoes, caso haja condicoes para que as demandas das escolas, no que diz respeito a infraestrutura computacional e de comunicacao em rede, sejam atendidas. Satisfeita esta exigencia e possivel prever que os aplicativos sejam criticamente utilizados por professores e alunos nas escolas e que essa utilizacao critica subsidie o proprio desenvolvimento dos aplicativos. Assim, uma outra consequencia direta da parceria entre grupos de pesquisa de Educacao e Engenharia e desenvolver um processo de producao de aplicativos computacionais que contribua para a melhoria das condicoes de ensino na sala de aula, aportando com solucoes referendadas pela propria escola. Por estas razoes, relatamos neste artigo um projeto em desenvolvimento sobre a producao de ferramentas computacionais que permitem construir representacoes de moleculas nos niveis microscopico e simbolico. Abstract: A Quimica e uma ciencia alicercada em um paradigma funcional-estruturalista que adota o principio fundamental de que as propriedades e transformacoes dos materiais podem ser satisfatoriamente explicadas pela teoria atomico-molecular. No estagio atual, a representacao de atomos, moleculas, adutos, agregados e outras particulas constituintes dos materiais sao fatores determinantes para a elaboracao do pensamento quimico e esta e uma das razoes para adotar a visualizacao de objetos moleculares como estrategia de ensino, especialmente quando ja e possivel leva-la a sala de aula por meio de computadores disponiveis em grande parte das escolas. De acordo com Gabel (1998), tres niveis de representacao em Quimica sao importantes: macroscopico, onde os processos quimicos sao observados; microscopico, onde os fenomenos sao explicados pelo arranjo e movimentacao de atomos, moleculas ou particulas subatomicas; simbolico, onde ocorre a representacao dos fenomenos atraves de simbolos, numeros, formulas, equacoes e estruturas. E sabido tambem que os estudantes de ensino medio tem dificuldade em entender as representacoes nos niveis microscopico e simbolico porque estes sao de natureza imaginada e abstrata, enquanto o pensamento desses estudantes geralmente se apoia em informacoes sensoriais. De acordo com Wu e col. (2001), alunos, que utilizam objetos moleculares fisicos e computacionais, obtem melhor pontuacao em testes de retencao de informacoes, em comparacao com estudantes que utilizam apenas representacoes bidimensionais ou tridimensionais. Anjos (2004) observou um aumento significativo da compreensao e interpretacao das relacoes ‘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 representacoes das particulas submicroscopicas, cujo meio de veiculacao pode variar desde o papel, conjuntos plasticos, isopor e madeira, tela do computador ou projecao holografica, podem contribuir decisivamente para a construcao de significados sobre fenomenos de transformacao da materia 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 e a ausencia de aplicativos integraveis a interface Web, especialmente quando se trata de versoes em portugues. Adicionalmente, as poucas versoes disponiveis nao permitem ao estudante produzir suas proprias representacoes, o que o impede de tratar os objetos moleculares como simulacoes computacionais. Por outro lado, desenvolver aplicativos para visualizacao de objetos moleculares e uma otima oportunidade para o aprimoramento das competencias de grupos de pesquisa de Educacao e Engenharia. Estas competencias dizem respeito tanto as pesquisas, quanto a formacao dos profissionais professores e engenheiros de software. Na medida em que o ensino e a pesquisa estejam articulados com vistas ao desenvolvimento dos aplicativos, tambem a extensao universitaria sera contemplada, pois os aplicativos terao como usuarios finais alunos e professores de escolas da educacao basica. Neste sentido, a parceria de grupos de pesquisa de areas como Educacao e Engenharia da Computacao afeta diretamente a formacao de estudantes e pesquisadores da universidade e indiretamente a formacao de alunos e professores da educacao basica. Sendo o motivo da parceria entre grupos de pesquisa desenvolver uma solucao para um problema tipico da sala de aula, o processo de producao de conhecimento na educacao e na engenharia torna-se condicionado pelas formas como universidade e escola interagem, o que permite instaurar um dialogo construtivo entre essas instituicoes, caso haja condicoes para que as demandas das escolas, no que diz respeito a infraestrutura computacional e de comunicacao em rede, sejam atendidas. Satisfeita esta exigencia e possivel prever que os aplicativos sejam criticamente utilizados por professores e alunos nas escolas e que essa utilizacao critica subsidie o proprio desenvolvimento dos aplicativos. Assim, uma outra consequencia direta da parceria entre grupos de pesquisa de Educacao e Engenharia e desenvolver um processo de producao de aplicativos computacionais que contribua para a melhoria das condicoes de ensino na sala de aula, aportando com solucoes referendadas pela propria escola. Por estas razoes, relatamos neste artigo um projeto em desenvolvimento sobre a producao de ferramentas computacionais que permitem construir representacoes de moleculas nos niveis microscopico e simbolico.