Desenvolvimento de material pedagógico em química computacional para auxiliar o aprendizado de química orgânica e bioquímica

Abstract

O uso de ferramentas computacionais no ensino da química tem se tornado cada vez mais relevante, especialmente no contexto do planejamento e síntese de novos compostos com potencial farmacológico, assim como na compreensão dos fenômenos que ocorrem no mundo atômico e molecular. Nos últimos anos, pesquisadores têm proposto metodologias para implementar estratégias que integrem os estudos computacionais às disciplinas das ciências investigativas, desde os primeiros semestres da faculdade, visando formar cientistas e educadores capazes de visualizar tridimensionalmente as moléculas e utilizar diversos programas de química computacional. Considerando o rápido desenvolvimento tecnológico e as necessidades formativas de diferentes cursos de graduação, o presente trabalho tem como objetivo proporcionar aos alunos do Instituto de química da Unesp, em Araraquara, acesso a materiais complementares, como vídeos e tutoriais escritos, que podem ser visualizados em computadores ou dispositivos móveis. Esses materiais visam aprimorar a compreensão dos conceitos abordados nas disciplinas de química orgânica e bioquímica, por meio da manipulação de ferramentas computacionais de livre acesso. Isso contribuirá positivamente para a aprendizagem dos alunos no ambiente universitário e facilitará o avanço de suas pesquisas futuras. Para alcançar esses objetivos, foram utilizados programas computacionais de química, como o Discovery Studio Visualizer v 21.1.0.020298 v 21.1.0.020298 (DSV) e o Marvin Sketch (MS), no auxílio ao ensino dos seguintes tópicos: (1) construção da estrutura primária de uma proteína, (2) identificação da estrutura secundária e terciária de uma proteína, (3) identificação da estrutura quaternária de uma proteína, (4) estereoquímica, ou seja, a determinação da configuração absoluta de compostos com centros quirais e (5) estados de protonação. Para cada um desses tópicos, foram desenvolvidas três sequências de testes, utilizando a escala Likert, que foram aplicadas antes da visualização do material (pré-vídeo), após a visualização do vídeo (pós-vídeo) e após a realização dos passos do tutorial escrito (pós-tutorial). Espera-se que o material desenvolvido neste trabalho facilite a compreensão dos alunos em relação aos conteúdos explicados em sala de aula e os motive a utilizar ferramentas de química computacional para complementar os resultados obtidos em laboratório, impulsionando o desenvolvimento de suas carreiras universitárias. Além disso, o uso desse material digital complementar abre portas para o desenvolvimento de aulas na forma digital, que podem ser utilizadas em situações acadêmicas emergenciais, como a ocorrida durante o período da pandemia da COVID-19.

The use of computational tools in chemistry education, as a way to design and synthesize new compounds with pharmacological potential and to explain atomic and molecular phenomena, has been growing in recent years. In this regard, researchers have proposed methodological approaches to implement new strategies that integrate computational studies into investigative science disciplines,starting from the early semesters of college, in order to train scientists and educators capable of three-dimensional visualization of molecules and proficient in various computational chemistry softwares. Considering the rapid technological development and the formative needs of various undergraduate programs, this study aims to provide students at the Institute of chemistry, Unesp/Araraquara, with supplementary materials in the form of videos and written tutorials that can be accessed on computers or mobile devices, in order to enhance their understanding of concepts taught in the fields of organic chemistry and biochemistry through the manipulation of freely available computational tools. The intention is to positively contribute to their learning in the university setting and facilitate their future research endeavors. To this end, chemistry softwares such as Discovery Studio Visualizer v 21.1.0.020298 v 21.1.0.020298 (DSV) and Marvin Sketch (MS) were utilized to aid in teaching the following topics: (1) Construction of the primary structure of a protein, (2) Identification of the secondary and tertiary structure of a protein, (3) Identification of the quaternary structure of a protein, (4) Stereochemistry: Determination of the absolute configuration of compounds with chiral centers, and (5) Protonation states. Additionally, three sets of tests were developed for each topic using the Likert scale, to be applied before viewing the material (pre-video), after viewing the video (post-video), and after completing the steps of the written tutorial (post- tutorial). It is expected that the materials developed in this study will facilitate students' understanding of topics that have been explained by the professor in the classroom, and will motivate them to utilize computational chemistry tools to complement their laboratory results, thereby opening the door for the use of supplementary digital materials in college lectures that can be employed in emergency academic situations,such as the one experienced during the COVID - 19 pandemic.