Chemical Thinking and Cognitive Skills of Students in an Experimental Classroom
DOI:
https://doi.org/10.22600/1518-8795.ienci2024v29n3p324Keywords:
Experimentation, Scientific learning, Progress variablesAbstract
The inclusion of experimentation in Chemistry classes represents a pedagogical tool to improve the understanding of concepts, enabling students to establish connections between content and scientific practices. Through experimentation, it is possible to enrich the learning experience by stimulating the development of students' chemical thinking and cognitive skills. In this study, we analyzed the different levels of cognitive skills demonstrated by students in a Chemistry course when answering questions provided during an experimental activity. We also investigated whether these levels are related to the variables of progress in chemical thinking. Data were collected in a course taught for the final year of an undergraduate Chemistry course at a university in the southern region of Brazil. Data analysis was conducted according to the principles of content analysis. Data collection included several documents, such as the pre- and post-experiment questions present in the class outline, as well as the written answers of the undergraduates to these questions. The questions and the students' answers were categorized into different levels of cognitive skills. In addition, the students' answers were categorized according to the variables of progress in chemical thinking. We found that the activity allowed students to move through different variables and demonstrate levels of higher-order cognitive skills. We identified connections between the levels of cognitive skills in the students' responses and the levels of the questions. Finally, we propose a model that integrates different levels of chemical knowledge, distinct cognitive skills, and the variables of progress in chemical thinking, allowing teaching and learning in Chemistry to transcend the mere assimilation of information, encompassing an in-depth understanding of the nature of chemistry.References
Almeida, F. G., Arrigo, V., & Broietti, F. C. D. (2020). Relatos de pós-graduandos em Ensino de Ciências e Educação Matemática a respeito de aspectos da formação em tempos de pandemia. Revista Docência do Ensino Superior, 10, 1–21. https://doi.org/10.35699/2237-5864.2020.24732
Almeida, F. G., & Broietti, F. C. D. (2023a). Explorando o pensamento químico de licenciandos em aulas experimentais remotas. Química nova na escola,16(2), 285-312. Recuperado de http://dx.doi.org/10.21577/0104-8899.20160296
Almeida, F. G., & Broietti, F. C. D. (2023b). Evidências do pensamento químico manifestadas por licenciandos em uma atividade experimental. Alexandria: Revista de Educação em Ciência e Tecnologia, 45(1), 69-84. Recuperado de https://doi.org/10.5007/1982-5153.2023.e91762
Araújo, M. S. T., & Abib, M. L. V. S. (2003). Atividades Experimentais no Ensino de Física: Diferentes Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, 25(2), 176-194. Recuperado de https://www.scielo.br/j/rbef/a/PLkjm3N5KjnXKgDsXw5Dy4R/?format=pdf&lang=pt
Azevedo, M. C. P. S. (2004). Ensino por Investigação: problematizando as atividades em sala de aula. In: Carvalho, A. M. P. (Org.). O Ensino de Ciências: unindo a pesquisa e a prática. São Paulo: Pioneira Thomson Learning.
Azevedo, C. E. F., Oliveira, L. G. L., Gonzalez, R. K., & Abdalla, M. M. (2013). A estratégia de triangulação: objetivos, possibilidades, limitações e proximidades com o pragmatismo. VI Encontro de Ensino e Pesquisa em Administração e Contabilidade, Brasília-DF. Recuperado de http://www.anpad.org.br/admin/pdf/EnEPQ5.pdf
Banks, G., Clinchot, M., Cullipher, S., Huie, R.; Lambertz, J., Lewis, R., Ngai, C., Sevian, H., Szteinberg, G., Talanquer, V., & Weinrich, M. (2015). Uncovering Chemical Thinking in Students’ Decision Making: A Fuel-Choice Scenario. Journal of Chemical Education, 92(10), 1610–1618. Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.5b00119
Bardin, L. (2011). Análise de conteúdo. São Paulo: Edições 70.
Barbosa, F. T., & Aires, J. A. (2017). A abordagem HFC por meio de estudos de casos históricos: propostas didáticas para o Ensino de Química. Educação Química en Punto de Vista, 1(2), p. 97-120. Recuperado de https://doi.org/10.30705/eqpv.v1i2.906
Bernardo, R. A., Suart, R. C., & Souza, J. A. (2023). Contribuição de uma sequência de aulas investigativas para a promoção da argumentação em química. Revista Debates em Ensino de Química, 9(1), 294-315. Recuperado de https://doi.org/10.53003/redequim.v9i1.5797
Broietti, F. C. D., Ferracin T. P., & Arrigo, V. (2018). Explorando o conceito “densidade” com estudantes do ensino fundamental. Góndola, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, 13(2), p. 201-217. Recuperado de https://doi.org/10.14483/23464712.11572
Chamizo, J. A. (2013). Technochemistry: one of the chemists’ ways of knowing. Foundations of Chemistry, 15(2), p.157-170. Recuperado de https://doi.org/10.1007/s10698-013-9179-z
Chemical thinking. (2020). Chemical Education Xchange. Recuperado de https://www.chemedx.org/article/chemical-thinking
Cullipher, S., Sevian, H., & Talanquer, V. (2015). Reasoning about benefits, costs, and risks of chemical substances: mapping different levels of sophistication. Chemistry Education Research and Practice, 16(2), 377–392. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/rp/c5rp00025d
Francisco Junior, W. E., Ferreira, L. H., & Hartwig, D. R. (2009). Um Modelo para o Estudo do Fenômeno de Deposição Metálica e Conceitos Afins. Química nova na escola, 31(2), 82-87. Recuperado de http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_2/04-EA-4208.pdf
Gabel, D., Samuel, K., & Hunn, D. (1987). Understanding the particulate nature of matter. Journal of Chemical Education, 64(8), 695–697. Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ed064p695
Gabel, D. (1993). Use of the particulate nature of matter in developing conceptual understanding. Journal of Chemical Education, 70(3), 193-194, Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed070p193
Gabel, D. (1999). Improving Teaching and Learning through Chemistry Education Research: A Look to the Future. Journal of Chemical Education, 76(4), 548-554, Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed076p548
Galvão, I. C. M., & Assis, A. (2019). Atividade experimental investigativa no ensino de física e o desenvolvimento de habilidades. Ensino de Ciências e Matemática, 10(1),14-26. Recuperado de https://revistapos.cruzeirodosul.edu.br/index.php/rencima/article/view/1570
Gonçalves, R. P. N., & Goi, M. E. J. (2018). A experimentação investigativa no ensino de ciências na educação básica. Revista Debates Em Ensino De Química, 4(2), 207–221. Recuperado de https://www.journals.ufrpe.br/index.php/REDEQUIM/article/view/1840
Gomes, A. L., Bilessimo, S. M., & Silva, J. B. (2020). Aplicação de sequência didática investigativa com uso de laboratórios online no ensino de química em turmas do ensino médio em escola pública: uma pesquisa-ação. Experiências em Ensino de Ciências. 15(1), 499-519. Recuperado de: https://fisica.ufmt.br/eenciojs/index.php/eenci/article/view/575
Johnstone, A. H. (1982). Macro and Microchemistry. The School Science Review, 64(227), 377-379.
Johnstone, A. H. (1991). Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem. Journal of Computer Assisted Learning, 7(2), 75–83. Recuperado de https://doi.org/10.1111/j.1365-2729.1991.tb00230.x
Johnstone, A.H. (1993). The Development of Chemistry Teaching. The Forum, 70(9), 701-705. Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ed070p701
Johnstone, A. (2000). Teaching of chemistry-logical or psychological. Chemistry Education: Research and Practice in Europe, 1(1), 9-15. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2000/rp/a9rp90001b
Lambach, M., & Marques, C. A. (2014). Lavoisier e a influência nos estilos de Pensamento Químico: contribuições ao ensino de química contextualizado sócio-historicamente. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Química, 14(1), 9-30. Recuperado de https://periodicos.ufmg.br/index.php/rbpec/article/view/4280
Leal, R. R., Schetinger, M. R. C., & Pedroso, G. B. (2019). Experimentação investigativa em Eletroquímica e argumentação no Ensino Médio em uma Escola Federal em Santa Maria/RS. Revista De Ensino De Ciências E Matemática, 10(6), 142–162. Recuperado de https://revistapos.cruzeirodosul.edu.br/rencima/article/view/2009
Moreira, M. A. (2014). Modelos científicos, modelos mentais, modelagem computacional e modelagem matemática: aspectos epistemológicos e implicações para o ensino. Revista Brasileira de Ensino de C&T, 7(2), 1-20. Recuperado de https://periodicos.utfpr.edu.br/rbect/article/view/2037/1267
National Research Council [NRC]. (2003). Beyond the molecular frontier: challenges for chemistry and chemical engineering. Washington: National Academy Press.
Melo, M. S., & Silva, R. R. (2019). Os três níveis do conhecimento químico: dificuldades dos alunos na transição entre o macro, o submicro e o representacional. Revista Exitus, 9(5), 301 – 330. Recuperado de http://educa.fcc.org.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2237-94602019000500301
Oliveira, N., Soares, M., & Herbert, F. B. (2010). As atividades de experimentação investigativa em ciência na sala de aula de escolas de ensino médio e suas interações com o lúdico. In Atas do XV Encontro Nacional de Ensino de Química – DF. BrasíliaI, DF.
Oliveira, F. V., Candito, V., & Braibante, M. E. F. (2021). ABP no contexto aromas: uma proposta de material paradidático para o ensino de funções orgânicas. Ciência E Natura, 43, e61. Recuperado de https://doi.org/10.5902/2179460X64635
Rezende, B. de P., & Silva, A. C. A. (2021). Análise dos roteiros de atividades experimentais nos livros didáticos de Química: um estudo das representações e dos níveis do pensamento químico. Educação em Ciências e Matemática, 17(39), 46-60. Recuperado de https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8240627
Rossi, A. V., Massarotto, A. M., Garcia, F. B. T., Anselmo, G. R. T., Marco, I. L. G., Curralero, I. C. B., Terra, J., & Zanini. S. M. C. (2008). Reflexões sobre o que se ensina e o que se aprende sobre densidade a partir da escolarização. Química nova na escola, 30, 55-50. Recuperado de https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3072454/mod_resource/content/1/artigo%20densidade.pdf
Santos, W. L. P. (2011). A química na formação para a cidadania. Educación Química, 22(4), p. 300-305. Recuperado de https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2011000400004
Santos, A. O., Silva, R. P., Andrade, D., & Lima, J. P. M. (2013). Dificuldades e motivações de aprendizagem em Química de alunos do ensino médio investigadas em ações do (PIBID/UFS/Química). Scientia Plena, 9(7(b). Recuperado de https://scientiaplena.org.br/sp/article/view/1517
Santos, C., Freitas, P. S., & Lopes, M. M. (2020). Ensino remoto e a utilização de laboratórios virtuais na área de ciências naturais. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, 12(1), p. 20. Recuperado de: https://ei.unipampa.edu.br/uploads/evt/arq_trabalhos/22601/etp2_resumo_expandido_22601.pdf.
Sevian, H., & Talanquer, V. (2014). Rethinking chemistry: a learning progression on chemical thinking (2014). Chemistry Education Research and Practice, 15(1), 10-23. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2014/rp/c3rp00111c
Silva, R. M. G. (2010). Conhecimentos Químicos no ensino de ciências das séries iniciais do ensino fundamental: uma forma de desenvolver o pensamento químico. Ensino em Re-Vista, 16(1), 91-103. Recuperado de https://seer.ufu.br/index.php/emrevista/article/view/7953/5060
Sjöström, J., & Talanquer, V. (2018). Eco-reflexive chemical thinking and action. Green and sustainable chemistry, 16(13), 16-20. Recuperado de https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2452223618300099
Sousa, L. G., & Valério, R. B. R. (2021). Química experimental no ensino remoto em tempos de Covid-19. Ensino Em Perspectivas, 2(4), 1-10. Recuperado de: https://revistas.uece.br/index.php/ensinoemperspectivas/article/view/6652
Stammees, H., Henze, I., Barendsen, E., & Vries M. J. (2021). Teachers Noticing Chemical Thinking While Students Plan and Draw Designs. In Design-Based Concept Learning in Science and Technology Education, 311-343.
Suart, R. de C., & Marcondes, M. E. R. (2009). As habilidades cognitivas manifestadas por alunos do ensino médio de química em uma atividade experimental investigativa. Educação em Ciências, 8(2), 1-22. Recuperado de https://periodicos.ufmg.br/index.php/rbpec/article/view/4022
Talanquer, V. (2011). Macro, submicro, and symbolic: the many faces of the chemistry ―triplet‖. International Journal of Science Education, 33(2), 179-195, 2011. Recuperado de https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09500690903386435
Talanquer, V. (2013). School chemistry: the need for transgression. Science & Education, 22(7), 1757–1773. Recuperado de https://doi.org/10.56117/resbenq.2021.v2.e022104
Talanquer, V. (2019). Some insights into assessing chemical systems thinking Journal of Chemical Education, 96(12), 2918-2925. Recuperado de https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jchemed.9b00218
Talanquer, V., & Pollard, J. (2010). Let’s teach how we think instead of what we know. Chemistry Education Research and Practice, 11(2), 74–83. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2010/rp/c005349j
Tenreiro-Vieira, C., & Vieira, R. M. (2019). Promover o pensamento crítico em ciências na escolaridade básica: Propostas e desafios. Revista Latinoamericana de Estudios Educativos, 15(15), 36-49. Recuperado de https://doi.org/10.17151/rlee.2019.15.1.3
Yan, F., & Talanquer, V. (2015). Students’ Ideas about How and Why Chemical Reactions Happen: Mapping the conceptual landscape. International Journal of Science Education, 37(8), 3066-3092. Recuperado de https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09500693.2015.1121414
Zappellini, M. B., & Feuerschutte, S. G. (2015). O uso da triangulação na pesquisa científica brasileira em administração. Administração: ensino e pesquisa. 16(2), 241–273. Recuperado de https://doi.org/10.13058/raep.2015.v16n2.238
Zoller, U., & Pushkin, D. (2007). Matching Higher-Order Cognitive Skills promotion goals with problem-based laboratory practice in a freshman organic chemistry course. Chemistry Education Research and Practice, 8(2), 153-171. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/rp/b6rp90028c
Zoller, U., Dori, Y., & Lubezky, A. (2002). Algorithmic and LOCS and. HOCS (Chemistry) Exam Questions: Performance and Attitudes of College Students. International Jounal Science Education, 24(2), 185-203. Recuperado de https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09500690110049060
Zompero, A. F., Garbim, T. H. S., Souza, C. H. B., & Barrichelo, D. (2018). Habilidades cognitivas apresentadas por alunos participantes de um projeto de iniciação científica no ensino médio. Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, 13(2), 325-337. Recuperado de http://doi.org/10.14483/23464712.12838
Weinrich, M. L., & Talanquer, V. (2015). Mapping students' conceptual modes when thinking about chemical reactions used to make a desired product. Chemistry Education Research and Practice journal, 2015, 16(3), 561-577. Recuperado de https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/rp/c5rp00024f
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