Construção e aplicação de um protótipo de reator utilizando plataforma arduino para discutir conceitos relacionados à estequiometria
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA - REDE NACIONAL |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52395 |
Resumo: | In the process of teaching and learning Chemistry, several difficulties of understanding on the part of students related to the content of stoichiometry are observed, among them, the lack of understanding regarding the representation of the three levels of chemical knowledge as presented by Johnstone in 1982. To express it symbolically the occurrence of a chemical reaction, as well as the proportionality relations between reactants and products, students are required to have a high level of abstraction of the content to understand a reactional system or phenomenon. In effect, to facilitate the observation of phenomena such as, for example, the reactivity of aluminum metal in an acid medium in a closed system, with a view to favoring the understanding of the concepts underlying stoichiometry, a low-cost equipment called a hermetic reactor prototype was developed. with the Arduino platform (PRHA) subdivided into two stages: hardware construction, software and device testing (E1); and application in the classroom (E2), segmented into six moments in five meetings: initial meeting, identification of previous ideas about chemical reactions; second meeting, instructional class and use of ball-stick models based on Dalton's atomic model to work on chemical proportions; third meeting, instructional class and reuse of ball-stick models focusing on limiting and excess reagent concepts; fourth meeting, application of the PRHA and discussion about the concepts of proportion, product, reagent, chemical expression; fifth meeting, second application of the PRHA and discussion of the limiting and excess reagent concepts, chemical expression and chemical reaction, ending with a question about the application of the PRHA and the learning possibilities that the students could develop. The proposal was applied to twenty (20) students of the 2nd year of high school at the Ceará Institute of Education, in the city of Fortaleza-CE. The results of E1 are related to the tests carried out with the PRHA, they are: need to follow the information in the sensor data sheet, decrease in reaction time due to the increase in the contact surface, unstable variation of the gas concentration detected in the PRHA, and possibility of external mass exchange to the system. In the application stage, students had difficulties to conceptualize chemical reaction, use chemical symbology as well as understand the mathematical proportion relationship of the reaction. In general, it was possible to perceive that misconceptions previously described in the literature, such as the idea of active and passive reagent and dissolution process as a synonym for chemical reaction, remain present in the teaching and learning process of this content of the participants of this research. The management and application of the PRHA by the students was configured as an important moment of discussion about the phenomenon under study, but even so, given the short time in which the PRHA was used, the students let the macroscopic level prevail to the detriment of the other levels of representation of the chemical knowledge proposed by Johnstone (1982) even after experiencing the activity with the use of stick-ball models. |
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Construção e aplicação de um protótipo de reator utilizando plataforma arduino para discutir conceitos relacionados à estequiometriaEstequiometriaReação químicaReator com a Plataforma ArduinoQuímicaCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAIn the process of teaching and learning Chemistry, several difficulties of understanding on the part of students related to the content of stoichiometry are observed, among them, the lack of understanding regarding the representation of the three levels of chemical knowledge as presented by Johnstone in 1982. To express it symbolically the occurrence of a chemical reaction, as well as the proportionality relations between reactants and products, students are required to have a high level of abstraction of the content to understand a reactional system or phenomenon. In effect, to facilitate the observation of phenomena such as, for example, the reactivity of aluminum metal in an acid medium in a closed system, with a view to favoring the understanding of the concepts underlying stoichiometry, a low-cost equipment called a hermetic reactor prototype was developed. with the Arduino platform (PRHA) subdivided into two stages: hardware construction, software and device testing (E1); and application in the classroom (E2), segmented into six moments in five meetings: initial meeting, identification of previous ideas about chemical reactions; second meeting, instructional class and use of ball-stick models based on Dalton's atomic model to work on chemical proportions; third meeting, instructional class and reuse of ball-stick models focusing on limiting and excess reagent concepts; fourth meeting, application of the PRHA and discussion about the concepts of proportion, product, reagent, chemical expression; fifth meeting, second application of the PRHA and discussion of the limiting and excess reagent concepts, chemical expression and chemical reaction, ending with a question about the application of the PRHA and the learning possibilities that the students could develop. The proposal was applied to twenty (20) students of the 2nd year of high school at the Ceará Institute of Education, in the city of Fortaleza-CE. The results of E1 are related to the tests carried out with the PRHA, they are: need to follow the information in the sensor data sheet, decrease in reaction time due to the increase in the contact surface, unstable variation of the gas concentration detected in the PRHA, and possibility of external mass exchange to the system. In the application stage, students had difficulties to conceptualize chemical reaction, use chemical symbology as well as understand the mathematical proportion relationship of the reaction. In general, it was possible to perceive that misconceptions previously described in the literature, such as the idea of active and passive reagent and dissolution process as a synonym for chemical reaction, remain present in the teaching and learning process of this content of the participants of this research. The management and application of the PRHA by the students was configured as an important moment of discussion about the phenomenon under study, but even so, given the short time in which the PRHA was used, the students let the macroscopic level prevail to the detriment of the other levels of representation of the chemical knowledge proposed by Johnstone (1982) even after experiencing the activity with the use of stick-ball models.No processo de ensino e aprendizagem da Química são observadas várias dificuldades de entendimento por parte dos estudantes relacionadas ao conteúdo de estequiometria, dentre elas, a falta de compreensão quanto à representação dos três níveis de conhecimento químico como apresentado por Johnstone em 1982. Para expressar simbolicamente a ocorrência de uma reação química, bem como as relações de proporcionalidade entre reagentes e produtos é exigido dos estudantes elevado nível de abstração do conteúdo para entendimento de um sistema reacional ou fenômeno. Com efeito, propiciar a observação de fenômenos como por exemplo, a reatividade do metal alumínio em meio ácido em um sistema fechado, com vistas a favorecer o entendimento dos conceitos subjacentes à estequiometria, desenvolveuse um equipamento de baixo custo denominado protótipo de reator hermético com a plataforma Arduino (PRHA) subdividido em duas etapas: construção de hardware, software e testes do dispositivo (E1); e aplicação em sala de aula (E2), segmentada em seis momentos em cinco encontros: encontro inicial, identificação de ideias prévias sobre as reações químicas; segundo encontro, aula instrucional e utilização de modelos bola-bastão a partir do modelo atômico de Dalton para trabalhar a proporção química; terceiro encontro, aula instrucional e reutilização dos modelos bola-bastão com enfoque nos conceitos de reagente limitante e em excesso; quarto encontro, aplicação do PRHA e discussão acerca dos conceitos proporção, produto, reagente, expressão química; quinto encontro, segunda aplicação do PRHA e discussão dos conceitos reagente limitante e em excesso, expressão química e reação química, finalizando com uma pergunta sobre a aplicação do PRHA e as possibilidades de aprendizagem que os estudantes puderam desenvolver. A proposta foi aplicada para vinte (20) estudantes do 2º ano do ensino médio do Instituto de Educação do Ceará, na cidade de Fortaleza-CE. Os resultados da E1 estão relacionados aos testes feitos com o PRHA, são eles: necessidade de seguir as informações da folha de dados do sensor, diminuição do tempo de reação devido ao aumento da superfície de contato, variação instável da concentração de gás detectada no PRHA, e possibilidade de troca de massa externa ao sistema. Na etapa de aplicação, os estudantes apresentaram dificuldades para conceituar reação química, utilizar a simbologia química bem como compreender a relação de proporção matemática da reação. De forma geral, foi possível perceber que concepções alternativas descritas anteriormente na literatura, como a ideia de reagente ativo e passivo e processo de dissolução como sinônimo de reação química, permanecem presentes no processo de ensino e aprendizagem desse conteúdo dos participantes desta pesquisa. O manejo e aplicação do PRHA pelos estudantes se configurou como um importante momento de discussão sobre o fenômeno em estudo, mas ainda assim, diante do pequeno tempo em que o PRH foi utilizado, os estudantes deixaram prevalecer o nível macroscópico em detrimento aos demais níveis de representação do conhecimento químico proposto por Johnstone (1982) mesmo após vivência da atividade com a utilização dos modelos do tipo bola bastão.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA - REDE NACIONALSilva Júnior, Carlos Neco dahttp://lattes.cnpq.br/1557491652240645https://orcid.org/0000-0001-9015-1934http://lattes.cnpq.br/0917006004895117Pontes, Ana Cristina Facundo de Britohttps://orcid.org/0000-0003-3895-1808http://lattes.cnpq.br/0435570420479356Viana, Anderson DiasHussein, Fabiana Roberta Gonçalves e SilvaFeitoza, Abraão de Matos2023-05-15T19:11:39Z2023-05-15T19:11:39Z2023-01-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFEITOZA, Abraão de Matos. Construção e aplicação de um protótipo de reator utilizando plataforma arduino para discutir conceitos relacionados à estequiometria. Orientador: Carlos Neco da Silva Júnior. 2023. 125f. Dissertação (Mestrado Profissional em Química - Profqui) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/52395info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-05-15T19:12:21Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/52395Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-05-15T19:12:21Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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In the process of teaching and learning Chemistry, several difficulties of understanding on the part of students related to the content of stoichiometry are observed, among them, the lack of understanding regarding the representation of the three levels of chemical knowledge as presented by Johnstone in 1982. To express it symbolically the occurrence of a chemical reaction, as well as the proportionality relations between reactants and products, students are required to have a high level of abstraction of the content to understand a reactional system or phenomenon. In effect, to facilitate the observation of phenomena such as, for example, the reactivity of aluminum metal in an acid medium in a closed system, with a view to favoring the understanding of the concepts underlying stoichiometry, a low-cost equipment called a hermetic reactor prototype was developed. with the Arduino platform (PRHA) subdivided into two stages: hardware construction, software and device testing (E1); and application in the classroom (E2), segmented into six moments in five meetings: initial meeting, identification of previous ideas about chemical reactions; second meeting, instructional class and use of ball-stick models based on Dalton's atomic model to work on chemical proportions; third meeting, instructional class and reuse of ball-stick models focusing on limiting and excess reagent concepts; fourth meeting, application of the PRHA and discussion about the concepts of proportion, product, reagent, chemical expression; fifth meeting, second application of the PRHA and discussion of the limiting and excess reagent concepts, chemical expression and chemical reaction, ending with a question about the application of the PRHA and the learning possibilities that the students could develop. The proposal was applied to twenty (20) students of the 2nd year of high school at the Ceará Institute of Education, in the city of Fortaleza-CE. The results of E1 are related to the tests carried out with the PRHA, they are: need to follow the information in the sensor data sheet, decrease in reaction time due to the increase in the contact surface, unstable variation of the gas concentration detected in the PRHA, and possibility of external mass exchange to the system. In the application stage, students had difficulties to conceptualize chemical reaction, use chemical symbology as well as understand the mathematical proportion relationship of the reaction. In general, it was possible to perceive that misconceptions previously described in the literature, such as the idea of active and passive reagent and dissolution process as a synonym for chemical reaction, remain present in the teaching and learning process of this content of the participants of this research. The management and application of the PRHA by the students was configured as an important moment of discussion about the phenomenon under study, but even so, given the short time in which the PRHA was used, the students let the macroscopic level prevail to the detriment of the other levels of representation of the chemical knowledge proposed by Johnstone (1982) even after experiencing the activity with the use of stick-ball models. |
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