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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44846
ORCID: | ![]() |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Uso de simulações computacionais para o ensino de Química em disciplinas do ensino superior |
Alternate title (s): | Use of computer simulations for teaching Chemistry in higher education disciplines |
Author: | Mendes, Carla Cristina Alves |
First Advisor: | Oliveira, Guedmiller Souza de |
First member of the Committee: | Rezende, Gláucia Aparecida Andrade |
Second member of the Committee: | Derossi, Ingrid Nunes |
Third member of the Committee: | Mesquita, Nyuara Araújo da Silva |
Fourth member of the Committee: | Vaz, Wesley Fernandes |
Summary: | Conceitos abstratos na disciplina de Química podem ser de difícil entendimento para os estudantes, pois não é possível percebê-los visualmente a partir de algo comumente vivenciado. Nesse sentido, o uso da simulação computacional no ensino auxilia na compreensão desses conceitos, porque propicia ao aluno a visualização do que não pode ser observado macroscopicamente. O presente estudo realizou o uso de simulações por meio de softwares específicos da Química Computacional com os discentes realizando todas as etapas da simulação até gerar as representações visuais. Foi utilizado o aplicativo do software WebMO com método quântico semiempírico para realização dos cálculos e o software AutoDock para realizar ancoramento com metodologia da mecânica molecular. Um total de 14 alunos de Engenharia Civil do primeiro período e 157 alunos de Agronomia do primeiro e segundo períodos dos semestres 2021/1, 2021/2 e 2023/1 realizaram as simulações computacionais. O aplicativo e o software atuaram como um recurso didático para apropriação de conhecimentos sobre ligações químicas, geometria molecular, orbitais moleculares de fronteira e interações intermoleculares. Inicialmente, os conteúdos foram explicados e, em seguida, foram propostas duas atividades a serem desenvolvidas no software WebMO e dois ancoramentos moleculares no AutoDock4 entre a enzima ACCase e os herbicidas clefoxidim e glifosato para, na sequência, a realização de uma atividade sobre o ancoramento molecular. No final do semestre, um questionário foi respondido pelos alunos sobre o uso do WebMO. O aplicativo WebMO e o software AutoDock permitiram interação dos alunos com o conteúdo, ao passo que eles mesmos realizaram a simulação, contudo a dificuldade encontrada nesse processo é o fato de que a maioria dos softwares específicos de Química Computacional são em inglês. Geralmente, os softwares da Química Computacional são utilizados para descobrir novos compostos, novos fármacos, novas etodologias de análises de detecção, de funcionamento de biomoléculas, descobertas de novos tipos de ligações e interações moleculares. Por meio deles, são desenvolvidos trabalhos inéditos que são realizados por pesquisadores do mundo todo e, de modo geral, a maioria desses softwares são em inglês para que haja uma universalização do idioma desses programas, e foi justamente o idioma a maior dificuldade encontrada pelos alunos para realizarem as simulações. Tanto no WebMO quanto no AutoDock4, a visualização de conceitos químicos auxiliou no entendimento dos conceitos de química. Quanto ao ancoramento molecular, os alunos puderam entender a teoria química relacionada à prática que veem no campo quando da aplicação de erbicida para combater plantas daninhas. O presente estudo mostrou que os alunos também podem realizar simulações computacionais e conhecer as equações que as regem, eles possuem capacidade de aprender e facilidade de realizar as simulações, sem contar o interesse e motivação deles mesmos desenharem e participarem de todo o processo. Para os professores, os softwares de Química Computacional podem atuar como um recurso didático digital para ensinar conceitos abstratos de Química. |
Abstract: | Abstract concepts in the subject of chemistry can be difficult for students to understand, as they cannot be visually perceived from something that is commonly experienced. Thus, the use of computer simulations in teaching can contribute for the understanding of these concepts, because it allows students to visualize what cannot be observed macroscopically. This study used molecular modeling simulations specifically computational chemistry software with students in order to generate visual representations of molecules. The use of WebMO software with semi-empirical quantum methodology was used to carry out the calculations and the AutoDock software to carry out with molecular docking mechanics methodology. A total of 14 Civil Engineering students from the first period and 157 Agronomy students from the first and second period of the 2021/1, 2021/2 and 2023/1 semesters carried out the computer simulations. The software served as a didactic resource to appropriate knowledge about chemical bonds, molecular geometry, frontier molecular orbitals and intermolecular interactions. Initially, the content was explained and then two activities were proposed to be developed in the WebMO software and two molecular docking in AutoDock4 between the enzyme ACCase and the herbicides clefoxidim and glyphosate. At the end of the semester, students answered a questionnaire about their use of WebMO. The WebMO mobile app and AutoDock4 software allowed the students to interact with the content as they carried out the simulation themselves. However, the difficulty encountered in this process is the fact that most of the specific software for computational chemistry is in English. Generally, specific software for computational chemistry is used to discover new compounds, new drugs, new methodologies for analyzing detection, the functioning of biomolecules, discoveries of new types of bonds and molecular interactions. They are used to develop groundbreaking work carried out by researchers from all over the world, and generally, most of this software is in English so that the language of these programs can be universalized, and it was precisely the language that was the greatest difficulty the students encountered in carrying out the simulations done by the Brazilian students. In both WebMO and AutoDock4 softwares, the visualization of chemical concepts helped the understanding of chemistry concepts. On the order hand, for the molecular docking, the students were able to understand the theory of chemistry in relation to the practice when they study ou practice the use of herbicide to combat weeds in the planting field. This study showed that students can use computer simulations and learn about the equations that govern them and learn with more easily chemical informations, and it created more interest and motivation in this chemical field. For teachers, computational chemistry software can act as a digital teaching resource to teach abstract chemistry concepts. |
Keywords: | Recurso didático Software de química computacional Visualização Química quântica Ancoramento molecular Química didactic resource computational chemistry software visualization quantum chemistry molecular docking |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Subject: | Química |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Química |
Quote: | MENDES, Carla Cristina Alves. Uso de simulações computacionais para o ensino de Química em disciplinas do ensino superior. 2025. 177 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.52. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.52 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44846 |
Date of defense: | 8-Jan-2025 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 4. Educação de qualidade - Assegurar a educação inclusiva, e equitativa e de qualidade, e promover oportunidades de aprendizagem ao longo da vida para todos. |
Appears in Collections: | TESE - Química |
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