JBCS

INTRODUÇÃO

A aprendizagem significativa é um dos pilares centrais no estudo dos processos cognitivos e educacionais, sendo amplamente discutida no campo da psicologia da educação. Desenvolvida por David Ausubel, essa teoria enfatiza a importância da interação entre novos conhecimentos e conceitos previamente assimilados pelo aprendiz. Diferente da aprendizagem mecânica, que se baseia na memorização sem conexões substanciais, a aprendizagem significativa ocorre quando novas informações são ancoradas em estruturas cognitivas já existentes, promovendo uma compreensão mais profunda e duradoura.¹

Para Ausubel,¹ a aprendizagem significativa caracteriza-se como um processo ativo e integrador, no qual novas informações são associadas, de forma não arbitrária e substancial, a conceitos já presentes na estrutura cognitiva do aprendiz. Essa estrutura é compreendida como um sistema dinâmico e organizado, resultante dos processos cognitivos envolvidos na aquisição e elaboração do conhecimento.^1,2

Com base nesses pressupostos, Ausubel¹ desenvolveu a Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS), que postula que o aprendizado ocorre de maneira mais eficaz quando novas informações são ancoradas em conceitos previamente assimilados. Esse processo exige que o aprendiz relacione ativamente o novo conteúdo ao conhecimento pré-existente, além de demandar clareza e organização da nova informação a ser aprendida.^1,3

Dois fatores fundamentais definem a aprendizagem significativa: a natureza do conceito, isto é, nível de abstração necessário, de aprendizagem e a estrutura cognitiva prévia do aprendiz. O material utilizado em sala de aula pelo professor deve ser potencialmente significativo, apresentando-se de forma lógica e organizada para facilitar sua compreensão. Paralelamente, o aprendiz deve dispor de conhecimentos prévios pertinentes, que servirão como base para a integração de novos significados e a construção de saberes duradouros.^4-6

Nesse contexto, a aquisição e o armazenamento eficaz de novos conceitos dependem da presença de conceitos relevantes e inclusivos na estrutura cognitiva do aprendiz. Esses conhecimentos preexistentes, denominados por Ausubel como subsunçores, atuam como pontos de apoio para a assimilação de novas ideias, favorecendo a consolidação do conhecimento.² Moreira³ descreve os subsunçores como estruturas cognitivas que facilitam a ancoragem de novos conteúdos de maneira substancial e não arbitrária.

A estrutura cognitiva tende a se organizar hierarquicamente em termos de abstração, generalidade e inclusão de ideias. Assim, a emergência de novos significados ocorre quando a nova informação se relaciona subordinadamente a conceitos mais amplos já presentes na estrutura cognitiva. Esse processo promove a reconfiguração hierárquica do conhecimento, permitindo que ideias inicialmente subordinadas possam, com o tempo, transformar-se em subsunçores. Dessa forma, conhecimentos previamente ancorados tornam-se a base para a assimilação de novos conteúdos.^1,3-5

Os subsunçores desempenham um papel essencial na aprendizagem significativa, pois contribuem diretamente para a aquisição de novos conhecimentos. Além de oferecerem um caráter explicativo que transforma detalhes arbitrários em elementos potencialmente significativos, sua estabilidade garante uma base sólida para a ancoragem de novos significados. Ao integrar novos elementos ao conhecimento prévio, esses subsunçores organizam fatos relacionados em torno de um tema comum.¹

Quando a aprendizagem ocorre por meio de subsunçores, os novos conhecimentos adquirem significado para o aprendiz, ao mesmo tempo em que os conhecimentos prévios são enriquecidos ou estabilizados cognitivamente. No entanto, se um conhecimento prévio não for utilizado para ancorar novos conteúdos, ele não passará por processos espontâneos de elaboração e diferenciação cognitiva, limitando seu papel no aprendizado.³

Adicionalmente, um subsunçor pode perder clareza e diferenciação de significados ao longo do tempo caso não seja frequentemente utilizado. Esse fenômeno, denominado obliteração, resulta na perda de distinção entre significados, levando ao esquecimento natural. Entretanto, a aprendizagem significativa permite a reaprendizagem de maneira relativamente mais fácil, pois os significados anteriormente construídos podem ser recuperados e ampliados.^3,5

A aprendizagem significativa difere da aprendizagem mecânica, na qual o aprendiz se limita à memorização de informações, recuperáveis apenas a curto prazo e aplicáveis de maneira automática em situações familiares. Nesse processo, a interação entre as novas informações e as informações previamente estabelecidas na estrutura cognitiva é, por vezes, desprovida de significado.^3,5 A aprendizagem mecânica é muito útil para aprender códigos matemáticos básicos, como as quatro operações. Mesmo que não tenham um significado imediato para o estudante, elas poderão ser úteis para a aprendizagem de conhecimentos mais complexos.

Ao contrário do que se pode supor, a aprendizagem significativa é um processo intrinsecamente ativo. Mesmo em contextos de ensino expositivo, o aprendiz precisa envolver-se cognitivamente, estabelecendo relações entre os novos conhecimentos e sua estrutura cognitiva pré-existente. Esse envolvimento inclui a identificação de ideias relevantes, a reconciliação de discrepâncias entre conceitos antigos e novos e a reorganização da compreensão sobre o tema. Dessa forma, a aprendizagem significativa não se resume à simples recepção passiva de informações, mas exige análise, interpretação e elaboração por parte do aprendiz.^7,8

Nesse sentido, Ausubel¹ introduz os conceitos de diferenciação progressiva e reconciliação integradora, fundamentais para a assimilação significativa de informações e para a organização de materiais e experiências educacionais. O princípio da diferenciação progressiva ressalta a importância da hierarquização do conhecimento, segundo a qual as informações devem ser inicialmente apresentadas por meio de conceitos gerais e inclusivos, que são posteriormente complementados por elementos mais específicos e detalhados. Essa abordagem respeita a organização natural da estrutura cognitiva, promovendo uma aprendizagem mais sólida e duradoura.

Por outro lado, a reconciliação integradora enfatiza a necessidade de explicitar semelhanças e diferenças entre novos conhecimentos e aqueles já existentes na estrutura cognitiva do aprendiz. Esse processo facilita a resolução de contradições aparentes e promove a integração das novas informações em uma rede conceitual coerente e interconectada.¹

A aplicação conjunta desses dois princípios favorece uma aprendizagem mais significativa e duradoura, pois respeita a forma como o cérebro humano processa, organiza e relaciona informações. Assim, estratégias de ensino-aprendizagem fundamentadas nesses princípios são essenciais para a promoção da aprendizagem significativa. Essa aprendizagem pode ocorrer de três maneiras principais: subordinada, superordenada e combinatória. Segundo Moreira,³ na subordinação, o subsunçor já existente na estrutura cognitiva do aprendiz pode ser aprimorado ao longo do tempo. Na aprendizagem subordinada, uma nova informação, mais específica, é ancorada a um subsunçor e esse processo é denominado "assimilação". Esse processo enriquece e modifica o subsunçor original, tornando-o mais abrangente e diferenciado. Na aprendizagem superordenada, o processo é indutivo: a partir da análise de diferentes exemplos específicos, o aprendiz formula um novo conceito, mais geral e mais inclusivo, que os integra. Dessa maneira, em vez de modificar um subsunçor, um novo é criado. Por fim, na aprendizagem combinatória, o significado é adquirido por meio da interação com um conhecimento mais amplo, denominado base subsunçora. Assim, a nova informação não se subordina nem é superordenado a um conceito específico, mas se relaciona de maneira não hierárquica.

Diante do exposto, o presente estudo investiga o desenvolvimento de subsunçores em estudantes a partir de conteúdos de Cinética Química com a condução de uma intervenção pedagógica envolvendo os parâmetros operacionais e cinéticos da pirólise de biomassa.

 

METODOLOGIA

Informações éticas e de responsabilidade social

A sequência didática foi desenvolvida com os estudantes no 2º semestre de 2023, no período entre setembro e dezembro. Para coleta de dados, foram utilizados recursos de captação de áudio e escrita dos estudantes. Os resultados foram posteriormente tratados em conformidade com as normas técnicas prezando pela privacidade e sigilo dos participantes. É fundamental ressaltar que a participação dos sujeitos na pesquisa requereu o consentimento expresso por meio de um Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE). Além disso, o projeto foi submetido à avaliação do Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal do Espírito Santo (CEP-UFES, Campus Goiabeiras) e aprovado com Certificado de Apresentação de Apreciação Ética (CAAE) No. 73865423.5.0000.5542.

Caracterização do público-alvo e objetos do conhecimento

Realizou-se uma consulta em relação às ementas das disciplinas de Química Geral II Experimental (QG2Exp), Química Ambiental (QA) e Pesquisa e Prática no Laboratório de Ensino de Química Orgânica (PPPLab). O projeto envolveu cinco professores e trinta e quatro estudantes do curso de Química (licenciatura e bacharelado) da UFES Campus Vitória. Após a seleção do público-alvo, foram definidas três áreas de enfoque para as intervenções didáticas, alinhadas com as ementas das disciplinas: Cinética Química, desenvolvimento sustentável e formação de professores.

Na disciplina de QG2Exp, a ênfase recaiu sobre a compreensão dos princípios básicos da cinética química, a partir de um tópico de relevância tecnológica-científica, reconhecendo a importância desse conteúdo como base para etapas posteriores. Para QA, o destaque foi o desenvolvimento sustentável, dada a natureza das discussões já presentes no contexto da disciplina. Isso proporcionou um ambiente ideal para aprofundar esse aspecto da temática. Por fim, na turma de PPPLab, optou-se por concentrar-se na formação de professores focando em discussões relacionadas à Cinética Química atrelada à Química Orgânica. Esta escolha foi motivada pela relevância atual desse tema e pela consonância com os objetivos centrais da disciplina.

A sequência didática foi estruturada a partir dos princípios da Atividade Experimental Problematizada (AEP) e o percurso metodológico da intervenção foi relatado integralmente por Welsing et al.^9,10 Foram propostos três objetivos experimentais: (1) simular a análise termogravimétrica e desenvolver um perfil térmico para a biomassa; (2) investigar os parâmetros de operação e cinéticos envolvidos e; (3) produzir, coletar e quantificar os produtos da pirólise (biocarvão e bio-óleo). Os objetivos foram atendidos a partir da realização de duas práticas:

• Prática I - simulação de análise termogravimétrica utilizando resíduo da cultura de pimenta-do-reino (atende ao objetivo 1): realização de um teste experimental em forno mufla e a construção de gráfico de perda de massa da biomassa utilizada em função do tempo ou da temperatura.

• Prática II - teste de pirólise utilizando resíduo da cultura de pimenta-do-reino (atende aos objetivos 2 e 3): realização de uma reação de pirólise com parâmetros de operação selecionados pelos estudantes, além da coleta e quantificação de rendimento de produtos da pirólise (biocarvão e bio-óleo).

Além das práticas experimentais, a sequência envolveu um momento para discussão inicial da temática, bem como de investigação dos conhecimentos prévios dos estudantes, discussão intra e intergrupo e, por fim, a determinação de parâmetros cinéticos por meio da Equação de Arrhenius. Ao final da sequência, os estudantes elaboraram produtos consistentes com a temática trabalhada: propostas de projeto de extensão ou ensino e cartilha de divulgação científica.

Perfil dos participantes da pesquisa

O perfil dos participantes da pesquisa foi determinado por meio da aplicação de um formulário em conjunto com o TCLE. Esse formulário incluiu perguntas para caracterização dos participantes, abordando gênero, idade, localidade de moradia, tipo de instituição onde cursaram o ensino médio, período de faculdade e seus níveis de contato e compreensão de Cinética Química. Essa diferenciação foi crucial, considerando a possibilidade de alunos que já cursaram disciplinas que abordavam a área, mas não tenham apresentado familiaridade devido à falta de aprofundamento no conhecimento ou por outros motivos.

Aspectos da TAS na intervenção

A intervenção foi estruturada com base na estratégia Atividade Experimental Problematizada (AEP), fundamentada na Teoria de Aprendizagem Significativa (TAS) de David Ausubel. O conteúdo foi organizado de forma progressiva, partindo de conceitos básicos de Cinética Química e evoluindo para discussões sobre a produção de bio-óleo. Atividades como discussões com fichas experimentais e elaboração de materiais de divulgação cientifica foram utilizadas para favorecem a reorganização do conhecimento e integrar os conteúdos químicos ao tema de sustentabilidade, conectando teoria e prática. A análise dos resultados dessa abordagem, focada nos tipos de aprendizagem e nos subsunçores, foi realizada por meio dos materiais produzidos pelos estudantes, como as respostas às questões abertas, os projetos e as transcrições de áudio de suas discussões.

1. Aprendizagem Subordinada: novas informações enriquecem conceitos existentes, como ordem de reação e constante de velocidade, baseados em conhecimentos prévios.

2. Aprendizagem Superordenada: o tema bio-óleo organiza e integra conteúdos diversos, consolidando-os sob a perspectiva do desenvolvimento sustentável.

3. Aprendizagem Combinatória: novos conceitos, como TGA, são associados lateralmente a conhecimentos existentes, enriquecendo a compreensão dos processos de produção de bio-óleo.

Para favorecer a aprendizagem, os materiais didáticos foram estruturados para serem potencialmente significativos, partindo da investigação do conhecimento prévio dos estudantes e do uso de organizadores prévios. Inicialmente, aplicou-se um questionário para identificar os subsunçores existentes na estrutura cognitiva dos alunos. A discussão introdutória sobre a pirólise de biomassa foi utilizada como um organizador prévio, estabelecendo um contexto geral e relevante para os conceitos específicos de Cinética Química que seriam abordados. A sequência de conteúdos seguiu o princípio da diferenciação progressiva, partindo de noções mais amplas e qualitativas (como os fatores que alteram a velocidade das reações) e avançando para conceitos mais específicos e quantitativos, como a equação de velocidade e o cálculo da energia de ativação. Por fim, a reconciliação integradora foi promovida por meio de discussões em grupo mediadas por fichas experimentais, nas quais os estudantes puderam confrontar suas concepções com os conceitos científicos formais, resolvendo inconsistências. A elaboração de produtos de divulgação científica, foi útil para consolidar a integração de novas informações.

Análise de identificação de subsunçores em Cinética Química

Para a análise de novas informações relacionadas à Cinética Química, aplicou-se o questionário descrito no Quadro 1. A avaliação foi conduzida com base nos critérios propostos por Vinholi Júnior,¹¹ adaptando-se a classificação dos subsunçores presentes nas respostas dos estudantes em três categorias: "identificados", "parcialmente identificados" ou "não identificados". Essa abordagem justifica-se pela consideração de que o tempo de intervenção não é suficiente para confirmar a existência ou ausência definitiva de subsunçores, permitindo apenas a identificação destes no momento da coleta das respostas.

 

 

O questionário foi elaborado e aplicado por meio do Google Formulários, sendo utilizado no início e ao final da intervenção, ambos em ambiente de sala de aula. Não houve resolução prévia das questões, garantindo que os estudantes não fossem submetidos a um processo de memorização das respostas. Ademais, o preenchimento dos formulários ocorreu com um intervalo de três meses entre as aplicações.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Análise de perfil de participantes acerca da compreensão em Cinética Química

Na Figura 1, encontra-se um diagrama que ilustra o perfil dos participantes das quatro turmas envolvidas no estudo.

 

 

O diagrama demonstra que o grupo de participantes da pesquisa é majoritariamente feminino. Em relação à idade, a maior concentração está entre 19 e 24 anos. Adicionalmente, a maioria dos estudantes estava no segundo período do curso.

Um detalhe interessante é a equiparação na quantidade de alunos iniciantes e concluintes do curso de Química. Isso se deve ao público-alvo composto por dezoito alunos cursando QG2Exp, do segundo período, e dezesseis de turmas mais avançadas, QA e PPPLab. Aproximadamente 85% desses trinta e quatro alunos eram do curso de bacharelado. Essa distribuição ocorre devido a mudanças na Proposta Pedagógica Curricular (PPC) do curso de licenciatura, que restringe a presença de estudantes, exceto no caso exclusivo de PPPLab para licenciatura.

Ademais, a análise do diagrama evidencia uma distribuição equitativa entre diferentes tipos de instituições de ensino médio, com uma discreta predominância de estudantes provenientes da rede pública estadual. Como mencionado anteriormente, os conhecimentos em cinética química dos participantes foram questionados, e os resultados dessa análise estão apresentados na Figura 2.

 

 

No que diz respeito ao contato com Cinética Química, a Figura 2 demonstra que apenas 6% dos estudantes têm um contato expressivo, enquanto 64,7% têm pouco contato, 17,6% têm um contato mediano e 11,7% não têm nenhum contato. Dos participantes, 53% estão no segundo período, e 47% cursaram a disciplina de Físico-Química. Era de se esperar que aqueles com nenhum contato (4 estudantes de 34 totais - 11,7%) ou pouco contato (22 estudantes de 34 totais - 64,7%) fossem menos numerosos, mas eles somam cerca de 76,4% das respostas. Isso fortalece a ideia de que a Cinética Química é abordada de forma bastante superficial e discreta, o que pode prejudicar a aquisição de conhecimento pelos estudantes. Essa observação destaca-se em estudos previamente abordados na literatura que investiga a Cinética Química no ensino superior. Por exemplo, Monteiro et al.¹² ressaltam que os estudantes manifestam várias lacunas em relação ao estudo da velocidade das reações químicas, decorrentes de uma preparação insuficiente.

Outras confusões conceituais são também recorrentes. A energia de ativação, por exemplo, é por vezes erroneamente associada à energia cinética das moléculas, o que pode levar a interpretações equivocadas sobre o efeito da temperatura. Adicionalmente, observa-se uma generalização indevida sobre o papel da concentração: muitos estudantes acreditam que o aumento na concentração de qualquer reagente invariavelmente acelera a reação, uma noção que desconsidera a influência da ordem de reação (como em reagentes de ordem zero). Outra dificuldade evidenciada é a incapacidade dos estudantes em esboçar e interpretar gráficos, os quais desempenham um papel crucial nas discussões sobre Cinética Química.¹²

Quanto à familiaridade, ou compreensão, da Cinética Química, constatou-se que 61,7% dos estudantes afirmaram possuir uma familiaridade limitada, enquanto 20,6% indicaram um nível mediano de conhecimento. Apenas 5,8% demonstraram uma familiaridade considerável, e 11,7% admitiram não possuir qualquer familiaridade ou contato com esta área específica. A distinção entre contato e nível de familiaridade revelou-se crucial para identificar alunos que, embora tenham sido expostos à Cinética Química durante a graduação, não conseguiram assimilar o conhecimento, permanecendo desprovidos da compreensão necessária.

A análise dos dados em relação aos períodos dos estudantes evidenciou uma situação preocupante: 53% dos alunos no 6º período ou superior demonstraram uma familiaridade limitada com a Cinética Química, mesmo já cursado as disciplinas de Química Geral II, Química Geral Experimental II e Físico-Química, que apresentam o tema em sua ementa. Isso sugere que estudantes com um ano ou menos para a conclusão do curso não possuem o domínio básico essencial dessa área de estudo. Essa lacuna pode gerar dificuldades futuras e afetar seu desempenho profissional devido à falta de domínio nessa área específica. Essa lacuna, originada no ciclo básico da graduação, é particularmente preocupante para os futuros professores de Química que atuarão em sala de aula. Tal preocupação é reforçada pela análise de Celestino sobre os docentes da educação básica, na qual se observa que os profissionais já enfrentam desafios na elaboração de materiais didáticos contextualizados e eficazes.¹³

Identificação de subsunçores em estudantes a partir de conteúdos de Cinética Química

O Quadro 2 expõe a classificação mencionada em relação aos conceitos do tópico de Cinética Química, destacando se foram identificados ou não subsunçores nas respostas de cada estudante. Importante retomar que, a sequência didática contou com a participação de quatro turmas distintas, a saber: duas turmas de QG2Exp, denominadas T1 (Turma A) e T3 (Turma B); PPPLab, denominada de T2 e; QA, denominada de T4.

 

 

A classificação apresentada (subsunçores identificados/parcialmente identificados ou não identificados) demonstra que subsunçores que não fazem parte, diretamente, do estudo de Cinética Química impactam a compreensão do estudante em conceitos mais abstratos, como: subsunçores S2 e S7. Além disso, também pode-se inferir à defasagem em aprendizagem de Cinética Química, ao considerar que a maior parte dos subsunçores ausentes decorrem de uma abstração matemática. Dado que a Cinética Química constitui um tema abordado desde o ensino médio, todos eles exibiram um ou mais subsunçores. No entanto, foi constatada uma lacuna no domínio científico do tema, evidenciada por respostas frequentemente simplistas e superficiais, quando não ausentes. No Quadro 3 estão ilustrados alguns trechos de respostas dos estudantes e seus respectivos subsunçores.

 

 

A análise dos questionários evidenciou uma assimilação parcial de conceitos fundamentais de Cinética Química, particularmente no que tange aos parâmetros cinéticos, como energia de ativação e o fator pré-exponencial. Além disso, a dificuldade geral dos estudantes em distinguir os domínios da termoquímica, equilíbrio e cinética química resulta em erros conceituais recorrentes. Notavelmente, a energia de ativação (parâmetro cinético) é frequentemente confundida com a entalpia de reação (grandeza termoquímica). Adicionalmente, a composição final dos produtos é erroneamente interpretada como um reflexo do equilíbrio, ignorando que, na prática, ela é majoritariamente governada pela cinética de reações concorrentes.

Essa confusão parece estar relacionada a dois fatores principais: a falta de uma base teórica sólida, devido à abordagem superficial desses temas durante o ensino médio e superior, e deficiências na formação matemática básica, que dificultam tanto a realização de cálculos químicos quanto a compreensão dos significados cinéticos.^14,15 Além disso, a apresentação dos conteúdos pelos professores, frequentemente pouco atrativa e excessivamente complexa, contribui para a dificuldade dos estudantes em compreender esses conceitos.

Ao analisar respostas específicas, constatou-se que a expressão dos conhecimentos, quando existente, apresenta fragilidades importantes. O trecho E7-T1, correspondente à fala do estudante 7 da T1, demonstra um conhecimento vago sobre interação química e contato entre espécies químicas. Contudo, devido à falta de domínio do conhecimento químico ou da linguagem científica adequada, o estudante não foi capaz de expressar corretamente sua hipótese. De forma semelhante, o trecho E4-T2 reflete um entendimento fragilizado do conceito de reação química, apresentando uma compreensão superficial em que os produtos são erroneamente indicados como responsáveis pela realização de uma reação química. Já o trecho E2-T2 apresenta uma definição parcialmente correta, pois associa a Cinética Química a um escopo mais abrangente do que realmente é. Essas respostas foram classificadas como subsunçores parcialmente identificados.

Por outro lado, o trecho E4-T1 evidencia uma ausência de subsunçores relevantes para o estudo de Cinética e Química em geral. O estudante limita o conceito de energia e atribui o "contato" como suficiente para iniciar uma reação química, ignorando a necessidade de energia de ativação. O trecho E2-T1, por sua vez, apresenta um entendimento qualitativo da equação de velocidade, associando-a ao estudo da velocidade de uma reação química sem, contudo, relacioná-la diretamente à equação formal. Isso pode ser explicado pela abordagem do ensino médio, que geralmente apresenta a velocidade média como o único parâmetro explorado, restringindo o pensamento à razão de velocidade média. Essas respostas foram classificadas como subsunçores não identificados.¹⁶

De acordo com Ausubel,¹ a aprendizagem significativa exige que o novo conhecimento se relacione de forma não arbitrária com ideias prévias presentes na estrutura cognitiva dos alunos. No entanto, a ausência de subsunçores bem definidos, evidenciada em grande parte das respostas analisadas, reflete a falta de um ancoramento eficaz entre os conhecimentos prévios e os novos conceitos apresentados.

Além de identificar os subsunçores, foi realizada uma comparação quanto à aquisição ou ao aprimoramento da linguagem científica e à incorporação de informações químicas por meio de uma nova aplicação do questionário ao final da intervenção. Os resultados dessa análise estão apresentados na Figura 3.

 

 

A análise da Figura 3 pode indicar a formação de novos significados químicos e subsunçores pelos estudantes. Na questão Q1, observou-se um aumento de 33,33 para 50% na assertividade total. Em relação à Q2, o crescimento foi de 12,5 para 48%, indicando progressos relevantes. Na Q3, houve uma variação significativa, considerando que, inicialmente, não foram identificados subsunçores relacionados à questão; após a intervenção, registrou-se 65,45% de assertividade total, demonstrando maior familiaridade dos estudantes com o tema, mesmo que o avanço tenha ocorrido de forma moderada. Por fim, a Q4 apresentou um incremento, passando de 50 para 90% na assertividade total.

É importante ressaltar que os valores indicam respostas completamente corretas. Entretanto, em questões como Q1 e Q4, também foram identificadas respostas parcialmente corretas, o que reflete um processo de construção progressiva do conhecimento e consolidação de conceitos por parte dos estudantes.

A relevância desse tema, ao abordar aspectos socioambientais, como a produção de biocombustíveis, mostrou-se eficaz para estimular o interesse dos estudantes, indo ao encontro da afirmação de Moreira¹⁷ de que a falta de significado atribuído aos conceitos químicos pode contribuir para a evasão e a desmotivação nos estudos. Ao promover a integração de conhecimentos prévios e novos significados, de acordo com os princípios da aprendizagem significativa descritos por Ausubel,¹ o estudo priorizou a participação ativa dos estudantes, resultando em maior engajamento e compreensão.

A análise específica das questões indicou que a Q2, relacionada aos fatores que influenciam a velocidade de uma reação química, foi a que apresentou o menor percentual de subsunçores não identificados no início da intervenção. Esse resultado pode ser atribuído ao fato de que, conforme exemplificado pelo currículo estadual do Espírito Santo, essa é a parte de Cinética Química mais abordada durante o processo de ensino-aprendizagem, por demandar um menor nível de abstração. Em contrapartida, a Q3, referente à equação de velocidade, apresentou o maior número de subsunçores não identificados, evidenciando a dificuldade dos estudantes em lidar com aspectos quantitativos da Cinética Química. Esse cenário é particularmente relevante, pois demonstra que mesmo estudantes em períodos avançados da graduação, que já concluíram disciplinas específicas em Físico-Química, apresentam lacunas em conhecimentos básicos de Cinética Química.

Esse resultado pode ser relacionado às grades curriculares ainda vigentes para os cursos investigados. No curso de bacharelado, baseado na versão de 2006, verifica-se que o currículo atual dá menor ênfase à Cinética Química, relegando-a a um papel secundário e, assim, causando um desequilíbrio na formação em Físico-Química dos estudantes. Por outro lado, no curso de licenciatura, estruturado pela versão de 2018, há um esforço para abordar essa área. Além das disciplinas específicas de Físico-Química, a grade curricular do curso de licenciatura inclui uma disciplina dedicada à introdução à Cinética Química, o que pode favorecer um aprendizado mais completo e integrado nessa área.^18,19

A teoria da memória enativa²⁰ implica que o conhecimento está intrinsecamente ligado à interação do organismo com o ambiente. Essa premissa tem implicações diretas para a interpretação dos nossos dados. A resposta a um formulário, sendo uma ação mais restrita, foi entendida como uma das facetas do conhecimento discente. Para uma análise coerente com nosso referencial, foi imprescindível examinar também a relação circular entre ação e percepção.²¹ Assim, os dados dos formulários foram discutidos em conjunto com as transcrições de áudios e observações, permitindo uma compreensão mais robusta de como os subsunçores eram mobilizados e desenvolvidos durante a prática.

Durante a realização de atividades práticas, os estudantes demonstraram compreensão de conceitos como reações químicas, oxirredução, influência da concentração na velocidade de reação e evidências de ocorrência de reações químicas. No entanto, nas turmas iniciantes, eles não conseguiram discutir a atuação de um catalisador. Já nas turmas avançadas, apesar de reconhecerem a substância que atuava como catalisador, apresentaram dificuldade em aprofundar-se nas características deste. Ao final do processo, no entanto, observou-se progresso: os estudantes passaram a discutir de forma mais aprofundada sobre catalisadores e a elaborar questões básicas e moderadas sobre parâmetros cinéticos. Essas observações foram corroboradas pelos dados apresentados nos formulários e pelas transcrições de áudio, que evidenciaram discussões mais densas sobre Cinética Química, integrando aspectos do processo de pirólise em um contexto mais amplo.

Esse avanço também foi analisado sob a ótica de três tipos de aprendizagem conceitual: subordinada, superordenada e combinatória. Segundo Ausubel,¹ a aprendizagem subordinada ocorre quando o estudante incorpora novas informações a conceitos amplos previamente existentes na estrutura cognitiva. Nesse sentido, o objetivo era conectar conhecimentos específicos sobre o processo de pirólise e manipulação de parâmetros cinéticos aos princípios básicos de cinética química, tanto em seus aspectos qualitativos quanto quantitativos.

Observou-se que, nas turmas de QA e PPPLab, essa aprendizagem foi parcialmente alcançada, devido à limitação de revisitar frequentemente os conceitos, conforme as ementas das disciplinas. Já nas turmas iniciantes de QGExpII, a aprendizagem subordinada foi mais evidente. Os estudantes foram capazes de associar princípios básicos de cinética química a aspectos do processo, como a relação entre velocidade e parâmetros operacionais, incluindo cálculos tradicionais de velocidade média e fatores como temperatura de degradação, granulometria da biomassa e fluxo de gás. Além disso, conseguiram determinar os parâmetros necessários para calcular a energia de ativação utilizando a Equação de Arrhenius e ampliaram esses conhecimentos para aplicações reais, conforme demonstrado pelos segmentos apresentados no Quadro 4.

 

 

Quanto à aprendizagem superordenada, esperava-se que os estudantes reorganizassem ou integrassem conceitos pré-existentes ao serem apresentados a novos conceitos, tornando-os mais abrangentes.¹ Esse objetivo foi alcançado, como evidenciado em transcrições de áudio nas quais os estudantes questionavam adequações conceituais. Um exemplo marcante foi a compreensão do conceito de biomassa. Inicialmente, os estudantes não conseguiam definir o termo com precisão; alguns mencionavam "fonte de energia", mas sem aprofundamento. Ao longo da intervenção, foi possível observar uma associação mais elaborada, relacionando biomassa a madeiras, resíduos agrícolas e orgânicos, conforme demonstrado pelo Quadro 5.

 

 

Por fim, na aprendizagem combinatória, em que novos conhecimentos são assimilados por associações entre conceitos preexistentes, sem relação hierárquica direta, o desempenho dos estudantes superou as expectativas.¹ Eles se empenharam em estabelecer conexões entre conceitos aparentemente não subordinados, como o uso de catalisadores no processo de pirólise e a economia de energia, além de questionarem o uso de biogás no próprio processo como estratégia sustentável. Essas reflexões demonstraram interseções entre conceitos que não são diretamente relacionados. O Quadro 6 apresenta alguns segmentos que demonstram as relações estabelecidas pelos estudantes.

 

 

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A análise inicial dos conhecimentos dos estudantes indicou uma estrutura de subsunçores limitada e, em alguns casos, pouco desenvolvida para os conceitos de Cinética Química. Verificou-se que os conhecimentos prévios eram, por vezes, superficiais e com subsunçores pouco diferenciados, o que restringia a ancoragem de novos conhecimentos.

A intervenção pedagógica implementada promoveu avanços na reestruturação cognitiva dos participantes. Por meio da contextualização da teoria com um processo prático - a pirólise de biomassa - a estratégia favoreceu a formação e o fortalecimento de subsunçores. O aumento na assertividade das respostas no questionário final sugere a construção/desenvolvimento de novos significados. As observações de aprendizagem subordinada, superordenada e combinatória indicaram que os estudantes conectaram as novas informações e podem, a partir de um processo duradouro e progressivo, modificá-los e reorganizarem em suas estruturas cognitivas.

Os resultados deste estudo são consistentes com os princípios da Teoria da Aprendizagem Significativa, que postula que a aprendizagem depende da existência e ativação de subsunçores adequados. A dificuldade inicial dos estudantes pode ser atribuída à ausência de uma base conceitual para dar significado às novas informações. Sugere-se, assim, que as práticas de ensino se concentrem em identificar, ativar e desenvolver os subsunçores essenciais. O trabalho aponta para a necessidade de uma abordagem curricular cíclica, que retome e aprofunde os conceitos, de modo a garantir que os subsunçores se mantenham estáveis e funcionais para futuras aprendizagens.

 

DECLARAÇÃO DE DISPONIBILIDADE DE DADOS

Os conjuntos de dados gerados e analisados durante o presente estudo estão incluídos neste artigo. Os dados brutos de transcrição não foram disponibilizados publicamente para proteger a privacidade e a confidencialidade dos participantes.

 

REFERÊNCIAS

1. Ausubel, D. P.; Aquisição e Retenção de Conhecimentos: Uma Perspectiva Cognitiva, 1^a ed.; Paralelo Editora: Lisboa, 2003.

2. Moreira, M. A.; Masini, E. F. S.; Aprendizagem Significativa: a Teoria de David Ausubel,1^a ed.; Editora Moraes: São Paulo, 1982.

3. Moreira, M. A.; O que é afinal Aprendizagem Significativa?, http://moreira.if.ufrgs.br/oqueeafinal.pdf, acessado em agosto 2025.

4. Moreira, M. A.; Série-Estudos 2006, 21, 15. [Link] acessado em agosto 2025

5. Facchinello, C. S.; Moreira, M. A.; Uma Alternativa para o Ensino da Dinâmica no Ensino Médio a partir da Resolução Qualitativa de Problemas, https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/634/000558423.pdf?sequence=1, acessado em agosto 2025.

6. Ausubel, D. P.; Analyses of Concept Learning; Klausmeier, H. J.; Harris, C. W., eds.; Academic Press: New York and London, 1966, ch. 10. [Crossref]

7. Ausubel, D. P.; Journal of Educational Psychology 1960, 51, 267. [Crossref]

8. Ausubel, D. P.; Fitzgerald, D.; Journal of Educational Psychology 1962, 53, 243. [Crossref]

9. Welsing, G. L.; Damm, B. M.; Lelis, M. F. F.; Machado, M. A.; Moura, P. R. G.; Quim. Nova 2024, 47, e-20240050. [Crossref]

10. Welsing, G. L.; Damm, B. M.; de Oliveira, L. E. S. A.; Feu, A. M. A.; de Arantes, H. T. L.; de Lima, L. C.; da Silva, A. L. S.; de Souza, M. L.; Machado, M. A.; de Moura, P. R. G.; J. Chem. Educ. 2024, 101, 4745. [Crossref]

11. Vinholi Júnior, A. J.; Acta Scientiarum. Education 2011, 33, 281. [Crossref]

12. Monteiro, L. G.; Guerra, A. C. O.; Silva, J. F. M.; Quim. Nova 2021, 44, 366. [Crossref]

13. Celestino, J. M. L.: Análise de Aspectos da Contextualização, do NívelMacroscópico, Submicroscópico e Simbólico em Textos sobre "Cinética Química" de Livros de Química Geral do Ensino Superior;Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil, 2021. [Link] acessado em agosto 2025

14. Albano, W. M.; Delou, C. M. C.; Debates em Educação 2024, 16, e16890. [Crossref]

15. Almeida, C. S.; Bentes, V. L. I.; Yamaguchi, K. K. L.; Revista Profissão Docente 2023, 23, 1. [Crossref]

16. Secretaria de Estado da Educação (SEDU-ES). Orientações Curriculares 2024 - Química - Ensino Médio - 2º Trimestre, https://curriculo.sedu.es.gov.br/curriculo/wp-content/uploads/2024/01/Quimica-2o-trimestre-Orientacoes-curriculares-EM-FGB-com-capa.pdf, acessado em agosto 2025.

17. Moreira, M. A.; Ensino de Ciências e Tecnologia em Revista 2021, 11, 25. [Crossref]

18. Universidade Federal do Espírito Santo, Grade Curricular, https://quimica.vitoria.ufes.br/pt-br/grade-curricular, acessado em agosto 2025.

19. Universidade Federal do Espírito Santo, Projeto Pedagógico de Curso, Química - Licenciatura, https://prograd.ufes.br/sites/prograd.ufes.br/files/field/anexo/ppc_quimica_-_licenciatura_1.pdf, acessado em agosto 2025.

20. Bryce, T. G. K.; Blown, E. J.; Current Psychology 2024, 43, 4579. [Crossref]

21. Renault, L.; Soares, J. G. N.; Passages de Paris 2019, 17, 86. [Link] acessado em agosto 2025

 

Editor Associado responsável pelo artigo: Nyuara A. S. Mesquita