Historical experiments in textbooks: implications for chemistry teaching

Authors

  • Beatriz Maia de Sousa Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo
  • João Paulo da Silva Souza Graduando em Licenciatura em Química, Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo
  • José Otavio Baldinato Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7941.2023.e93230

Keywords:

History of Science, Distortions, Daniell's Battery, Rutherford’s Experiment

Abstract

History of science acts as an important contributor to teaching towards a better understanding of scientific activity. However, misdescriptions of historical episodes are often found in science textbooks and might do the opposite, conveying distorted views about science and its social dynamics. In this paper we present a list of 24 historical experiments found in high school chemistry textbooks. Relying on current historiographical criteria and making use of primary and secondary sources, our aim was to compare these textbooks’ descriptions with the experiments’ historical originals. We have deepen the cases of Daniell's battery and of Rutherford's gold leaf and found significant differences in the description of these experiments, both in relation to the experimental apparatus and materials used by the scientists as in the execution of the experiments and their relationship with theoretical propositions. Splitting the battery into two semi-cells connected by a salt bridge represents a distortion of Daniell's battery’ historical original. It also deviates from everyday representations of electric batteries and compromises any practical application of the device. In Rutherford's case, we identified that the gold leaf experiment presented in textbooks represents a hybrid of at least four experiments carried out by Rutherford's research group. We also noticed that textbooks deal with the proposition of the atomic model as a result of such experiment, which leads to an inductivist biased distortion of the historical chronology, since Rutherford's theoretical model was proposed before, and some of these experiments were designed, precisely, as verification attempts of this model. We discuss implications of such distortions for the students' understanding and how historical fidelity may help teachers in classroom.

Author Biographies

Beatriz Maia de Sousa, Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo

Licenciada em Química (2022) pelo Instituto Federal de São Paulo e Mestranda no Programa de Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Federal de São Paulo. Integrou o Grupo Faraday de Pesquisa em Ensino e História da Ciência durante a graduação e conduz pesquisa junto ao Grupo de História das Ciências e Educação em Ciências.

João Paulo da Silva Souza, Graduando em Licenciatura em Química, Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo

Graduando em Licenciatura em Química pelo Instituto Federal de São Paulo e membro do Grupo Faraday de Pesquisa em Ensino e História da Ciência.

José Otavio Baldinato, Instituto Federal de São Paulo, Campus São Paulo

Bacharel e Licenciado em Química (2005), possui mestrado (2009) e doutorado (2016) em Ensino de Ciências pela Universidade de São Paulo. Desde 2010, é professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, atuando em cursos de Licenciatura, Ensino Médio e no Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática (ENCiMA).

References

ALFONSO-GOLDFARB A. M.; BELTRAN, M. H. R. (Ed.) Escrevendo a história da ciência: tendências, propostas e discussões historiográficas. São Paulo: Livraria da Física, EDUC, Fapesp, 2004

ALLCHIN, D. Pseudohistory and pseudoscience. Science & Education, v. 13, p. 179-195, 2004.

ALLCHIN, D. Evaluating knowledge of the nature of (whole) science. Science Education, v. 95, n. 3, p. 518-542, 2011.

BARBOSA, F. T.; AIRES, J. A. A abordagem HFC por meio de estudos de casos históricos: Propostas didáticas para o Ensino de Química. Educação Química en Punto de Vista, v. 1, n. 2, p. 97-120, 2017.

BENEDETTI FILHO. E.; MATSUMOTO, M. Y. Hantaro Nagaoka e o modelo saturniano. Química Nova na Escola, v. 44, n. 1, p. 9-16, 2022.

BOCCHI, N.; FERRACIN, L. C.; BIAGGIO, S. R. Pilhas e Baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental. Química Nova na Escola, v. 11, p. 3-9, 2000.

BRAGA, M. B. S. Ensino de eletroquímica no ensino médio em uma abordagem CTS. 2019. 55 f. Monografia (Licenciatura em Química) - Universidade de Brasília, UNB, Brasília, 2019.

BRASIL. Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (Inep). Censo Escolar da Educação Básica 2022: Resumo Técnico. Brasília, 2023.

CHALMERS, A. F. O que é ciência afinal? 2. ed. São Paulo: Brasiliense, 1993.

CHANG, H. How Historical Experiments Can Improve Scientific Knowledge and Science Education: The Cases of Boiling Water and Electrochemistry. Science & Education, v. 20, n. 3, p. 317-341, mar. 2011.

COSTA, M. C. da S. Uma convergência entre história da ciência e ensino de química: o caso da pilha de Daniell. 2021. 111 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências) - Universidade de São Paulo, USP, São Paulo, 2021.

COSTA, M. C. da S.; PORTO, P. A. A pilha de Daniell: um estudo de caso histórico. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 38, n. 3, p. 1650-1673, 2021.

DAGHER, Z. R.; ERDURAN, S. Reconceptualizing the Nature of Science for Science Education - Why does it matter? Science & Education, v. 25, p. 147-164, 2016.

DANIELL, J. F. An Introduction to the study of chemical philosophy: being a preparatory view which concur to produce chemical phenomena. 2. ed. London: Marrison & Company Printers, St. Martin’s Lane, 1843.

DANIELL, J. F. On voltaic combinations. Philosophical Transactions, v. 126, p. 107-124, 1836.

DIAS, L. C. Johannes Wilhelm Geiger (1882-1945). Disponível em: https://www3.unicentro.br/petfisica/2019/09/26/johannes-wilhelm-geiger-1882-1945/. Acesso em: 14 jul. 2023.

DISTLER, R. R. Contribuições de David Ausubel para a Intervenção Psicopedagógica. Revista Psicopedagogia, v. 32, n. 98, p. 191-199, 2015.

FIOLHAIS, M. F.; RUIVO, M. DA C. O modelo atômico saturniano de Nagaoka. Gazeta de física, v. 19, p. 6-10, 1996.

GEIGER, H. On the scattering of the α-particles by Matter. Proceedings of the Royal Society A, v. 81, n. 5, p. 174-177, 1908.

GEIGER, H.; MARSDEN, E. On a Diffuse Reflection of the α-particles. Proceedings of the Royal Society A, v. 5, n. I, p. 495-500, 1909.

GEIGER, H.; MARSDEN, E. The Laws of Deflexion of α Particles Through Large Angles. The London Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, series 6, v. 25, n. 148, p.604-623, 1913.

GEIGER, H. The Scattering of the α-particles by Matter. Proceedings of the Royal Society A, v. XXIII, n. 3, p. 492-504, 1910.

GIL-PÉREZ, D. et al. Para uma imagem não deformada do trabalho científico. Ciência & Educação, Bauru, v. 7, n. 2, p. 125-153, 2001.

HACKING, I. Experimentation and Scientific Realism. Philosophical Topics, v. 13, n. 1, p. 71-87, 1982.

HEERING, P. The role of historical experiments in science teacher training: experiences and perspectives. Actes d’història de la ciència i de la tècnica, v. 2, n. 1, p. 389-399, 2009.

HEERING, P. Getting Shocks: Teaching Secondary School Physics Through History. Science & Education, v. 9, p. 363-373, 2000.

HEERING, P.; WITTJE, R. An Historical Perspective on Instruments and Experiments in Science Education. Science and Education, v. 21, n. 2, p. 151-155, 2012.

HIDALGO, J. M; QUEIROZ, D. de M.; OLIVEIRA, M. C. J. de. A História da Ciência no PNLD 2018: O Princípio de Arquimedes como estudo de caso. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 38, n. 2, p. 1251-1281, 2021.

HODSON, D. Experiments in science and science teaching. Educational Philosophy and Theory, v. 20, n. 2, p. 53-66, 1988.

IRZIK, G.; NOLA, R. A Family Resemblance Approach to the Nature of Science for Science Education. Science & Education, v. 20, n. 7-8, p. 591-607, 2010.

JARDIM, W. T; GUERRA, A. Experimentos Históricos e o Ensino De Física: Agregando Reflexões a partir da Revisão Bibliográfica da Área e da História Cultural da Ciência. Investigações em Ensino de Ciências, v. 22, n. 3, p. 244-263, 2017.

KRAGH, H. An Introduction to the Historiography of Science. Cambridge: Cambridge University Press, 1989.

LEITE, Á. E.; GARCIA, N. M. D. A formação inicial de professores e o livro didático de Física: passos e descompassos. Ciência & Educação, Bauru, v. 24, n. 2, p. 411-430, 2018.

LISENKO, B. H. Ernest Marsden (1889-1970). Disponível em:

https://www3.unicentro.br/petfisica/2019/09/20/4406/. Acesso em: 14 jul. 2023.

LÔBO, S. F. O trabalho experimental no ensino de química. Quimica Nova, v. 35, n. 2, p. 430-434, 2012.

LOPES, A. R. C. Bachelard: o filósofo da desilusão. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 13, n. 3, p. 248-273, 1996.

MARCONDES, M. E. R.; SOUZA, F. L. DE; AKAHOSHI, L. H. Conteúdos de Eletroquímica e Focos de Ensino Evidenciados por Professores de Química do Ensino Médio. Enseñanza de las Ciencias, n. extra, p. 5673-5678, 2017.

MARQUES, D. M. As investigações de Ernest Rutherford sobre a estrutura da matéria: contribuições para o ensino de química. 2006. 181 f. Dissertação (Mestrado em Educação para a Ciência) - Faculdade de Ciências, UNESP, Bauru, 2006.

MARQUES, D. M.; CALUZI, J. J. Ensino de Química e História da Ciência: O Modelo Atômico de Rutherford. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, IV, 2003, Bauru. Anais... Bauru, 2003.

MARTINS, A. F. P. Natureza da Ciência no ensino de ciências: uma proposta baseada em “temas” e “questões.” Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 3, p. 703-737, 2015.

MARTINS, M. R.; BUFFON, A. D. A história da ciência no currículo de física do ensino médio. ACTIO: Docência em Ciências, v. 2, n. 1, p. 420-437, 2017.

MARTINS, R. A. Introdução: A história das ciências e seus usos na educação. In: SILVA, C. C. (Ed.). Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para aplicação no ensino. São Paulo: Livraria da Física, 2006. p. xxi-xxxiv.

MATTHEWS, M. R. História, filosofía y enseñanza de las ciências: La aproximacion actual. Enseñanza de las ciências, v. 12, n. 2, p. 255-277, 1994.

MELZER, E. E. M. Do Saber Sábio ao Saber a Ensinar: A Transposição Didática dos Modelos Atômicos nos Livros de Química (1931 - 2012). 2012. 554 f. Dissertação (Mestrado em Educação em Ciências e em Matemática) - Setor de Exatas, Universidade Federal do Paraná, UFPR, Curitiba, 2012.

MOURA, B. A. O que é natureza da Ciência e qual sua relação com a História e Filosofia da Ciência? Revista Brasileira de História da Ciência, v. 7, n. 1, p. 32-46, 2014.

MOURA, C. B. de; GUERRA, A. História Cultural da Ciência: Um Caminho Possível para a Discussão sobre as Práticas Científicas no Ensino de Ciências? Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 16, n. 3, p. 725-748, 2016.

PEDUZZI, L. O. Q. Sobre a utilização didática da história da ciência. In: PIETROCOLA, M. (Ed.). Ensino de física: conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. Florianópolis: Ed.UFSC, 2001. p. 151-170.

PORTO, P. A. História e Filosofia da Ciência no Ensino de Química: em busca dos objetivos educacionais da atualidade. In: O. A. Maldaner; W. L. P. Santos; P. F. L. Machado (Ed.). Ensino de Química em Foco. 2 ed. Ijuí: Editora Unijuí, 2019. p. 141-156.

ROCHA, T. A. S. Material de Apoio Didático para o Ensino de Eletroquímica: Uma elaboração baseada em concepções de um grupo de futuros professores. 2018. 246 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática) - Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Uberlândia, 2018.

RODRIGUES, A. M.; GIBIN, G. B. Modelos mentais dos alunos sobre a pilha de Daniell: investigação com o aplicativo stop motion. TICs & EaD em Foco, v. 191, n. 686, p. 28-32, 2020.

ROZENTALSKI, E. F. Indo além da Natureza da Ciência: o filosofar sobre a Química por meio da ética química. 2018. 432 f. Tese (Doutorado em Ensino de Química) - Universidade de São Paulo, USP, São Paulo, 2018.

RUTHERFORD, E. The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, v. 21, n. 125, p. 669-688, 1911.

SANTOS, W. L. P.; PORTO, P. A. A pesquisa em ensino de química como área estratégica para o desenvolvimento da química. Química Nova, v. 36, n. 10, p. 1570-1576, 2013.

SANTOS, S. de M. S; SÁ, M. B. Z. O Estudo de Conceitos Químicos por meio de uma Abordagem de Temas Cotidianos: Pilhas e Baterias em uma Perspectiva Ambiental. In: PARANÁ. Secretaria de Estado da Educação. Superintendência de Educação. Os Desafios da Escola Pública Paranaense na Perspectiva do Professor PDE, 2016. Curitiba: SEED/PR., 2018. V.1. (Cadernos PDE).

SILVA JUNIOR, A. C.; SILVA, L. L. da. A Transposição Didática do Fenômeno da Radioatividade em Manuais Escolares de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 39, n. 1, p. 259-287, 2022.

SILVA, V. C. da; VIDEIRA, A. A. P. Como as ciências morrem? Os ataques ao conhecimento na era da pós-verdade. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 37, n. 3, p. 1041-1073, 2020.

SOUZA, K. A. F. D. Estratégias de comunicação em química como índices epistemológicos: análise semiótica das ilustrações presentes em livros didáticos ao longo do século XX. 2012. 189 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade de São Paulo, USP, São Paulo, 2012.

TARGINO, A. R. L.; BALDINATO, J. O. Abordagem histórica da lei periódica nas coleções do PNLD 2012. Química Nova na Escola, v. 38, n. 4, p. 324-333, 2016.

TOLVANEN, Simo. et al. How to use historical approach to teach nature of Science in chemistry education? Science & Education, v. 23, p. 1605-1636, 2014.

TURIN, J.; AIRES, J. A. Programa Nacional do Livro Didático: um estudo sobre a escolha do livro didático de química por professores da rede pública de ensino de Curitiba. Série-Estudos - Periódico do Programa de Pós-Graduação em Educação da UCDB, v. 21, n. 41, p. 128-152, 2016.

VELLECA, R. F. et al. Investigando as Concepções Alternativas dos Estudantes Sobre Eletroquímica. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, V, 2005, Bauru. Atas [...]. Bauru: ABRAPEC, 2006. p871, p.1-11.

VIDAL, P. H. O.; CHELONI, F. O.; PORTO, P. A. O Lavoisier que Não Está Presente nos Livros Didáticos. Química Nova na Escola, n. 26, p. 29-32, 2007.

Published

2023-09-01

How to Cite

Maia de Sousa, B., da Silva Souza, J. P., & Baldinato, J. O. (2023). Historical experiments in textbooks: implications for chemistry teaching. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 40(2), 357–391. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2023.e93230

Issue

Section

História, Filosofia e Sociologia da Ciência e Ensino de Ciências/Física

Most read articles by the same author(s)