Divisão de Ensino de Química da Sociedade Brasileira de Química (ED/SBQ) Departamento de Química da Universidade Federal de Ouro Preto (DEQUI/UFOP)
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Proposta de atividade experimental associada à elaboração de modelos para trabalhar o tema de diluição de soluções Diele Aparecida Gouveia Araújo¹* (IC), Mirielle Cristina Silva Santos¹ (IC), José Gonçalves Teixeira Júnior¹ (PQ).
[email protected]. 1. Faculdade de Ciências Integradas do Pontal – Universidade Federal de Uberlândia (FACIP-UFU). Palavras-Chave: experimentação, modelos, representação, soluções.
RESUMO: O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito do PIBID (Projeto Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência), com o apoio da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). Tendo como objetivo apresentar uma proposta experimental sobre o tema diluição de soluções, considerando aspectos macro e microscópicos, através de representações por meio de modelos, e relatar os resultados obtidos a partir da aplicação da mesma em uma escola de rede pública parceira do programa. A proposta experimental mostrou-se uma ferramenta significativa para aprendizagem do conceito de diluição sem a ênfase aos aspectos quantitativos, centradas na simples realização de cálculos de unidades de concentração, valorizando assim a interpretação química dos fenômenos.
INTRODUÇÃO Este trabalho foi desenvolvido no âmbito do PIBID (Projeto Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência), com o apoio da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), em uma escola de Educação Básica parceira do programa, tendo como objetivo abordar o conteúdo de diluição de soluções, de forma diferenciada. Essa atividade foi realizada em quatro turmas da segunda série do Ensino Médio, a partir de uma atividade experimental seguida da utilização de modelos representacionais para os aspectos microscópicos. Em nossa vivência no PIBID, verificou-se que o conteúdo de diluição de soluções é normalmente trabalhado na segunda série do Ensino Médio e, na maioria das vezes, a partir da resolução de exercícios matemáticos, pela simples substituição dos valores dos volumes e das concentrações numa expressão matemática. Nas aulas acompanhadas, poucas vezes eram analisados os aspectos relacionados ao cotidiano, como a aplicação da diluição em situações práticas, no preparo de um alimento ou de um produto de limpeza. Além disso, percebemos que não havia interações entre os aspectos observáveis e sua interpretação e representações, o que dificultava o entendimento dos alunos do que ocorre no nível atômico-molecular. Nessa perspectiva, foi elaborado um experimento sobre o tema diluição, relacionando os níveis macro e microscópicos. Por isso, o tema proposto para elaboração de uma aula prática sobre a diluição de soluções, que é um assunto diretamente relacionado ao cotidiano dos alunos, por exemplo, em bebidas, medicamentos, produtos de limpeza, dentre tantos outros (CARMO; MARCONDES; MARTORANO, 2010). Acreditamos que é relevante que haja uma relação com as ideias prévias que os alunos possuem com o que se pretende ensinar. Mesmo que tais ideias não apresentam uma estruturação bem definida. Contudo estas devem ser consideradas, pois as mesmas são conhecimentos adquiridos a partir da observação de cada individuo, acerca de um mundo que os rodeia (CARMO; MARCONDES; MARTORANO, 2010). Segundo Carmo (2008) as atividades que são desenvolvidas a partir de XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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situações do cotidiano devem ser avaliadas, pois essas permitem uma transição do nível de menor complexidade para níveis de complexidade maior. É a partir dessas situações que o conceito teórico pode ser ilustrado, bem como representado. Sabemos que a atividade experimental é um instrumento que desperta um maior interesse nos estudantes, aumentando a “capacidade de aprendizado, pois funciona como meio de envolver o aluno nos temas em pauta” (GIORDAN, 1999, p. 43). Além disso, a experimentação é considerada como um recurso poderoso para aquisição e também para verificação dos conhecimentos, mas não é suficiente para fornecer conhecimentos teóricos. Por isso, segundo Benite e Benite (2009, p. 2), “um dos maiores e mais danosos mitos da aprendizagem é a não interdependência experimento/teoria”. Desse modo, é essencial pensar nas atividades experimentais valorizando a sua “organização, discussão e análise, que possibilitam interpretar os fenômenos químicos e a troca de informações entre o grupo que participa da aula” (SALVADEGO; LABURÚ, 2009, p. 216, 217). Por isso, na proposição da atividade experimental buscou-se discutir os aspectos macro e microscópicos, na perspectiva proposta por Mortimer, Machado e Romanelli (2000) quando afirmam que a interpretação dos fenômenos passa a fazer sentido para o estudante quando o aspecto representacional é utilizado para fornecer as ferramentas simbólicas que representam a compreensão resultante da tensão entre a teoria e o experimento. Para eles é necessário e fundamental a inter-relação constante entre os vértices do triangulo apresentado na Figura 1, sendo útil diferenciar os três aspectos do conhecimento.
Figura 1: Aspectos do conhecimento químico (baseado em MORTIMER; MACHADO; ROMANELLI, 2000, p. 277).
Dessa forma, quando analisamos o conteúdo de diluição das soluções, o aspecto fenomenológico diz respeito ao fenômeno da diluição, ou seja, na possibilidade dos estudantes perceberem através da visão, a mudança na coloração da solução, tornando-a mais clara, quando acrescentamos água, ou mais escura, quando aquecemos e reduzimos seu volume. Além disso, falar do fenômeno é dar significado é materializar as atividades cotidianas dos alunos, exemplificando o preparo de um suco ou na diluição de um produto de limpeza. O aspecto teórico diz respeito às informações de natureza atômico-molecular, os modelos abstratos relacionados à interação entre as moléculas do soluto e do solvente, durante o processo de diluição. Já o aspecto XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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representacional relaciona-se à natureza simbólica dos conteúdos químicos, compreendendo as informações específicas da linguagem química, da fórmula ( ) ( ) e das representações dos modelos, no caso aqui proposto, com canudinhos coloridos e desenhos elaborados pelos estudantes. Assim, o triângulo apresentado na Figura 1, representa as inter-relações entre esses aspectos do conhecimento químico (MORTIMER; MACHADO; ROMANELLI, 2000). Nessa perspectiva, Carmo e Marcondes (2008) afirmam que a compreensão das soluções em nível microscópico é de fundamental importância, pois facilita o entendimento de outros assuntos como: eletroquímica, transformações químicas e equilíbrio químico. Verifica-se também a necessidade de articulação entre a linguagem química formal e cientificamente aceita por meio de explicações mais adequadas à realidade dos alunos, tornando possível assim, a participação ativa destes na construção do conhecimento. Dessa forma, objetivo deste trabalho é apresentar a proposta experimental, desenvolvida por bolsistas PIBID, sobre o tema diluição de soluções, relatando como foi desenvolvimento da mesma, além de refletir sobre os resultados obtidos com este estudo. METODOLOGIA A prática experimental foi realizada com quatro turmas de segunda série do ensino médio, envolvendo 110 alunos. É importante destacar que para a realização da atividade foram gastos cerca de 50 minutos em cada turma. Cada sala foi dividida em grupos de 3 a 4 alunos, facilitando assim o manuseio dos materiais no experimento, bem como a participação efetiva dos estudantes durante a aula experimental. A atividade foi elaborada a partir da adaptação de um experimento proposto no livro didático de Mortimer e Machado (2010, p. 30-31), com o objetivo de fazer diluições a partir de uma solução referência. Para a realização do experimento utilizou-se de materiais de fácil aquisição como suco em pó, seringa e velas. Como o laboratório da escola possuía algumas vidrarias, materiais como béquer, tubo de ensaio suporte para tubos provetas, também foram usados, contudo, cabe ressaltar que estes podem ser substituídos facilmente por materiais alternativos. O experimento foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, os alunos deveriam dissolver uma pequena quantidade suco em pó (aproximadamente 5 g) em 150 mL de água. Posteriormente foi solicitado que transferissem uma pequena alíquota da solução preparada para outros dois recipientes, sendo que o primeiro seria aquecido, e no segundo recipiente deveriam adicionar cerca de 50 mL água. Os recipientes foram identificados como A, B e C, respectivamente. Para melhor visualização foi pedido aos alunos que transferissem cerca de 5 mL de cada solução para três tubos de ensaio, e identificassem os tubos, como anteriormente; sendo A, a solução inicial; B, a solução que foi aquecida e, C, a que foi acrescentada água. A segunda etapa do experimento consistia na representação das soluções preparadas em nível microscópico. Para isso utilizou-se de canudinhos de duas cores diferentes cortados em pequenos tamanhos, para representação do soluto e solvente. Cabe destacar que inicialmente a atividade havia sido planejada para que os alunos fizessem as representações em seus grupos. Entretanto, em função do pouco tempo disponibilizado pela professora regente para execução da atividade, essa parte da aula foi realizada somente pela bolsista. Para isso, contou com a ajuda dos alunos que discutiam entre os grupos o que deveria ser feito com os canudinhos, baseando-se nas observações realizadas durante o experimento. Para auxiliar nessa representação foi XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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solicitado que os alunos desenhassem as três soluções preparadas, indicando qual era o soluto e solvente, apresentado no desenho. Ainda foram elaboradas algumas questões que permitissem uma reflexão sobre os aspectos trabalhados durante a aula experimental. É importante destacar que, antes de iniciar a atividade foi realizada uma discussão sobre o conteúdo de soluções, discutindo aspectos como: quais são os constituintes de uma solução, diferença de misturas homogêneas e heterogêneas, soluções saturadas e insaturadas. Nesse momento, observou-se que alguns conceitos ainda não haviam sido claramente entendidos pelos alunos. Por isso, essa etapa foi realizada com intuito de esclarecer alguns termos importantes que seriam discutidos durante o experimento. Cabe ressaltar que a aula experimental foi aplicada no momento de introdução do conteúdo de diluição de soluções, logo após as explicações sobre unidades de concentração, realizadas pela professora regente. Foi solicitado que os estudantes não se identificassem nos roteiros, a fim de garantir o anonimato de todos. Após a atividade, os roteiros foram recolhidos e numerados de 1 a 35, a fim de organizar a análise. Estes foram lidos no seu todo e as repostas foram agrupadas por afinidades para cada questão, construindo as categorias de classificação das respostas, com intuito de verificar as concepções dos alunos a cerca do conteúdo de diluição de soluções, e a representação do mesmo em nível microscópico. RESULTADOS E DISCUSSÃO Durante a primeira etapa do experimento os alunos não tiveram dúvidas, pois o manuseio da parte experimental era simples. Após terem concluído essa etapa houve uma pequena discussão sobre as soluções preparadas. Quando se tratava da comparação das soluções quanto a sua concentração, os estudantes tiveram um bom desempenho, pois associaram a cor da solução com o fato de ser mais ou menos concentrado (Figura 2 – esquerda). Carmo e Marcondes (2008, p. 41) consideram “que os estudantes fornecem explicações macroscópicas aos conceitos relacionados às soluções, influenciados pelos aspectos observáveis e pelas experiências que vivenciam em seu cotidiano”. Por isso, percebeu-se que poucos usaram o termo diluição para explicar o que ocorreu em uma das soluções preparadas. Na segunda etapa da atividade, iniciamos definindo com os estudantes qual cor dos canudinhos estaria representando o soluto e qual seria o solvente. Em seguida, discutiu-se com os grupos sobre a quantidade de cada canudinho deveria ser colocada no recipiente, para representar a solução A. Os alunos chegaram à conclusão de que deveria ter uma maior quantidade de canudinhos-solvente e uma pequena quantidade de canudinhos-soluto, uma vez que esta era a proporção destes na solução preparada no laboratório. Aproveitou-se esse momento para discutir com os grupos sobre a organização dos dois tipos de canudinho no recipiente. Perguntou-se se os canudinhos-soluto deveriam estar todos organizados no fundo ou na superfície do recipiente ou se deveriam estar distribuídos de forma mais ou menos uniforme, misturados aos canudinhos-solvente. Os grupos debatiam durante a proposição e chegaram à conclusão de que os canudinhos deveriam estar bem misturados. Na figura 2, encontra-se, do lado direito, uma imagem feita por uma das turmas que representaram as três soluções utilizando canudinhos azuis para representar o soluto e brancos para representar o solvente.
XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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Figura 2: Soluções (esquerda) e representações (direita) preparadas durante a aula experimental.
Quando representamos a solução B, que foi aquecida até que seu volume fosse reduzido, no começo os alunos se saíram bem, dizendo que tínhamos que pegar um pouco da primeira representação (solução A). E quando questionados sobre o que acontecia quando aquecemos a solução, os alunos responderam que água evaporava, porém muitos ficaram em dúvida se o soluto evaporava junto. Nesse momento outras questões surgiram, como por exemplo, a amostra continuará com aspecto de solução mesmo se os canudinhos-soluto estivessem em maior quantidade? E se retirarmos todos os canudinhos-solvente, como ficaria nossa amostra? Com isso os alunos perceberam que os canudinhos-solvente deveriam ficar sempre em maior quantidade, pois se fosse o contrário, perderíamos o aspecto de solução, tornando assim uma mistura heterogênea. Para a representação da solução C, a qual foi acrescentada mais água, os alunos também não tiveram muitas dúvidas, dizendo que tínhamos que pegar um pouco da primeira representação e acrescentar mais canudinhos-solvente. Porém, quando foram indagados sobre a quantidade de solutos nas soluções, a maioria dos alunos respondeu que a solução diluída tinha a menor quantidade de soluto. Verificouse nesse momento que a falta da compreensão do conceito de diluição causa dificuldades aos alunos na associação que, ao diluir uma solução, o volume aumentará e a concentração diminuirá, uma vez que a simples memorização de conteúdos sem o entendimento destes leva a uma aquisição e reprodução de conceitos incorretos. Assim, concordamos com Carmo, Marcondes e Martorano (2010, p. 41), quando afirmam que “pode existir uma barreira para a transposição das ideias macroscópicas para um nível interpretativo mais complexo, o que exigiria um ensino que investisse em concepções microscópicas e fornecesse subsídios para que o aluno ampliasse seus esquemas”. Então, após a discussão e comparação entre as soluções os alunos compreenderam que a quantidade de soluto era a mesma, e o que tinha sido alterado era a quantidade do solvente. Terminada esta etapa, passamos para a análise das respostas dos grupos nos roteiros. O primeiro critério de análise das representações foi verificar os desenhos onde o grupo tomou o cuidado de representar a quantidade constante do soluto nas três soluções. Este critério teve como objetivo, compreender se os alunos entenderam o conceito geral do tema de Diluição de Soluções. Ao analisar os desenhos realizados pelos alunos, notou-se que 77% consideraram que a quantidade de soluto permanece a mesma em uma diluição ou mesmo em uma concentração por evaporação de XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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solvente, conforme apresentado na Figura 3. Com isso foi possível perceber que os mesmo entenderam que foi alterada apenas a quantidade de solvente.
Figura 3: Representações de três soluções, elaboradas por um grupo de estudantes que consideraram constante a quantidade de soluto durante a diluição.
Ao observar a Figura 3, percebemos que os alunos diferenciaram a interação do soluto em meio à solução. É notória no desenho a diferença entre as representações, na solução mais concentrada (B) o soluto fica mais próximo uns dos outros, e na solução mais diluída (C) existe uma dispersão entre os solutos. Contudo 23% dos estudantes não consideraram a quantidade de soluto a mesma, ou seja, variou de forma significante a quantidade de soluto nas soluções, como podemos verificar observando, por exemplo, a Figura 4.
Figura 4 Representações de três soluções, elaboradas por um grupo de estudantes que não consideraram constante a quantidade de soluto durante a diluição.
Observando o desenho apresentado na Figura 4, percebemos que os alunos apresentam uma grande dificuldade de interpretação quando referimos ao nível microscópico. Estes compreendem que na solução mais concentrada o número de partículas do soluto é maior. Acreditamos que isso acontece, porque os alunos, quando vão representar o sistema em forma de desenho, comparam apenas a coloração da solução, que ficou mais forte, sem perceber que na realidade o volume é que foi reduzido. Carmo, Marcondes e Martorano (2010, p. 41) destacam que, modelos explicativos estabelecidos pelos alunos sofrem uma grande influência dos aspectos
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que vivenciam, com isso apresentam uma grande dificuldade de ultrapassarem a barreira do observável. Dos 77% dos alunos que entenderam o conceito geral do tema de Diluição, alguns não consideraram o comportamento e a interação do soluto com o solvente, em meio à solução. Muitos ilustraram que na solução B, que foi aquecida, as partículas do soluto ficavam próximas umas das outras, como pode ser observado na Figura 5, não se espalhando de forma homogênea pela solução. Com base no desenho podemos ainda perceber que há possibilidade de surgir uma concepção errônea, pois se todas as partículas do soluto estão agrupadas, podemos retirar alíquotas com diferentes concentrações em alguns pontos da solução. Ou ainda que é possível retirar uma alíquota apenas com partículas do soluto ou do solvente. Isso não seria possível, uma vez que a solução é homogênea e, por isso, tem suas partículas de soluto distribuídas de forma uniforme por todo o sistema.
Figura 5: Representações de três soluções, elaboradas por um grupo de estudantes que não consideraram a interação entre soluto e solvente nas soluções.·.
Percebeu-se ainda que alguns destes alunos não diferenciaram a solução preparada inicialmente com a solução que foi diluída, como pode-se verificar na Figura 6. Estes representaram ambas de forma bem parecida, com o mesmo número de “bolinhas” representando o soluto e aproximadamente o mesmo volume de solvente. Entretanto, como a solução C foi diluída a partir da solução A, esta deveria apresentar um volume maior quando comparado com a solução inicial.
Figura 6: Representações de três soluções, elaboradas por um grupo de estudantes que não diferenciaram as soluções A (concentrada) e C (diluída).
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Quando analisamos as questões nas quais os alunos deveriam explicar o que acontece em uma solução ao acrescentarmos mais solvente; e o que acontece ao acrescentarmos mais soluto, percebeu-se que todos os responderam corretamente, que ao acrescentar mais solvente a solução fica com uma concentração menor. Alguns ainda justificaram que isso acontece, pois aumenta o volume da solução; “A concentração diminui, e o volume aumenta”; “Quando acrescentamos mais solvente em uma solução à concentração diminui”; “Quando acrescentamos mais o solvente a concentração diminui, e o soluto fica mais distante”. Na segunda questão os alunos conseguiram responder com êxito que ao adicionar mais soluto, a concentração aumenta, “Aumenta a concentração, porém o solvente continua o mesmo, uma solução nunca pode haver mais soluto que solvente.”. Quando questionados sobre qual das soluções deveria ser a mais concentrada e a mais diluída, 92% dos alunos acertaram dizendo que a mais concentrada era a solução B, e a mais diluída a C; “A mais diluída é a C, porque adicionamos mais solvente. E a mais concentrada é a B, porque aquecemos e assim o solvente evaporou um pouco, mais a sua quantidade ainda permaneceu maior”. Contudo podemos perceber que alguns alunos apresentam dificuldade em entender a solução como uma mistura. Isso pode ser notado ao analisar a fala dos alunos “A solução B, pois aquecemos a água”, e com isso fazemos relação com a Figura 5, a qual os alunos deixam o soluto “agrupado” quando representam a solução mais concentrada. Outros alunos (8%) responderam ao contrário o que acontece com cada solução, “a solução B é a mais diluída, a solução A é mais concentrada”; “A solução C é mais concentrada e a B mais diluída”. Consideramos que esse fato foi ocorrido devido à falta de atenção dos estudantes ao responder as questões, pois estes grupos representaram nos desenhos a forma correta. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com a realização da prática foi possível perceber que os estudantes se mostraram interessados e curiosos, percebendo as variações na coloração das soluções ao longo do experimento. Entretanto, esse que é um conteúdo considerado de fácil entendimento para os alunos, quando solicitados a representar os aspectos microscópicos, apresentam muita dificuldade em utilizar um modelo atômico-molecular para explicar o processo. Acreditamos que há pouca preocupação por parte dos professores na identificação das dificuldades e na forma de interpretação dos alunos sobre os aspectos qualitativos das soluções. Quando um professor realiza uma atividade experimental, é primordial que o fenômeno observado seja interpretado, mantendo uma tensão entre a teoria estudada em sala, o experimento e as ideias que os estudantes elaboraram para explicar o fenômeno, percorrendo constantemente o caminho de ida e volta entre esses aspectos. (MACHADO; MORTIMER; ROMANELLI, 2000). Entretanto, é importante que faça parte desse percurso os aspectos representacionais, que podem fornecer ferramentas simbólicas importantes para a compreensão do fenômeno e também da teoria a ele relacionada. Na atividade aqui relatada, quando solicitados para escrever o que entenderam os estudantes conseguiram explicar corretamente o fenômeno observado, mesmo usando palavras do senso comum. Porém, percebemos que os mesmos apresentam dificuldades em representar utilizando modelos os fenômenos observáveis, relacionando aos níveis microscópicos. XVII Encontro Nacional de Ensino de Química (XVII ENEQ) Ouro Preto, MG, Brasil – 19 a 22 de agosto de 2014.
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Assim, acreditamos que a utilização de práticas semelhantes a esta, em turmas do Ensino Médio, são importantes, pois mostram aos professores os problemas existentes no processo de ensino-aprendizagem dos conceitos, principalmente em nível microscópico. É necessário que o professor busque novas formas de ensino e avaliação, para que o processo ensino-aprendizagem seja mais significativo. Além disso, a aula pode ser desenvolvida de forma dinâmica e participativa, sem a ênfase aos aspectos quantitativos, normalmente focados na simples realização de cálculos de unidades de concentrações, desassociados das interpretações químicas dos fenômenos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENITE, A. M. C.; BENITE, C. R. M. O laboratório didático no ensino de Química: uma experiência no ensino público brasileiro. Revista Iberoamericana de Educación, 48 (2), p. 1-10. 2009. CARMO, M. P.; MARCONDES, M. E. R. Abordando soluções em sala de aula-uma Experiência de Ensino a partir das Ideias dos Alunos. Química Nova na Escola, 28, p. 37-41, 2008. CARMO, M. P.; MARCONDES, M. E. R.; MARTORANO, S. A. A. Uma interpretação da evolução conceitual dos estudantes sobre o conceito de solução e processo de dissolução. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias, 9 (1), p.35-52, 2010. GIORDAN, M. O papel da experimentação no ensino de ciências. Química Nova na Escola, n° 10, p. 43-49, 1999. MORTIMER, E. F.; MACHADO, A. H. Química: Ensino Médio. 1ª ed. São Paulo: Scipione, 2010, v. 2. p. 30-31. MORTIMER, E. F.; MACHADO, A. H.; ROMANELLI, L. I. A proposta curricular de Química do Estado de Minas Gerais: fundamentos e pressupostos. Química Nova, 23 (2), p. 273-283, 2000. SALVADEGO, W. N. C.; LABURÚ, C. E. Uma Análise das Relações do Saber Profissional do Professor do Ensino Médio com a Atividade Experimental no Ensino de Química. Química Nova na Escola, 31(3), p. 216-223, 2009.
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