João Batista Teixeira Rocha Departmento de Bioquímica e Biologia Molecular - CCNE

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1 João Batista Teixeira Rocha Departmento de Bioquímica e Biologia Molecular - CCNE

2 Materiais e metodologias alternativas para o ensino de ciências: como avaliar cientificamente seu uso?

3 Interação entre Cientistas e Educadores da Área de Ciências como Alternativa para Promover a Melhoria do Ensino de Ciências

4 HISTÓRICO DO GRUPO Interação com o Grupo de Educação do Instituto de Bioquímica Médica da UFRJ Prof. Leopoldo de Meis

5 cursos para professores (e estudantes) PRO-CIÊNCIAS/CAPES-FAPERGS para melhoria do ensino de ciências

6 Razões para criação do PRÓ-CIÊNCIAS: - aparente falta de conhecimentos (conteúdo) dos professores do ensino médio - aparente falta de conhecimento dos alunos da graduação provenientes do ensino médio

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8 3.3 Biologia (ENEM) Moléculas, células e tecidos - Estrutura e fisiologia celular: membrana, citoplasma e núcleo. Divisão celular. Aspectos bioquímicos das estruturas celulares. Aspectos gerais do metabolismo celular. Metabolismo energético: fotossíntese e respiração. Codificação da informação genética. Síntese protéica. Diferenciação celular. Principais tecidos animais e vegetais. Origem e evolução das células. Noções sobre células-tronco, clonagem e tecnologia do DNA recombinante. Aplicações de biotecnologia na produção de alimentos, fármacos e componentes biológicos. Aplicações de tecnologias relacionadas ao DNA a investigações científicas, determinação da paternidade, investigação criminal e identificação de indivíduos. Aspectos éticos relacionados ao desenvolvimento biotecnológico. Biotecnologia e sustentabilidade. Hereditariedade e diversidade da vida - Princípios básicos que regem a transmissão de características hereditárias. Concepções pré-mendelianas sobre a hereditariedade. Aspectos genéticos do funcionamento do corpo humano. Antígenos e anticorpos. Grupos sanguíneos, transplantes e doenças auto-imunes. Neoplasias e a influência de fatores ambientais. Mutações gênicas e cromossômicas. Aconselhamento genético. Fundamentos genéticos da evolução. Aspectos genéticos da formação e manutenção da diversidade biológica. Hereditariedade e diversidade da vida - Princípios básicos que regem a transmissão de características hereditárias. Concepções pré-mendelianas sobre a hereditariedade. Aspectos genéticos do funcionamento do corpo humano. Antígenos e anticorpos. Grupos sanguíneos, transplantes e doenças auto-imunes. Neoplasias e a influência de fatores ambientais. Mutações gênicas e cromossômicas. Aconselhamento genético. Fundamentos genéticos da evolução. Aspectos genéticos da formação e manutenção da diversidade biológica.

9 Identidade dos seres vivos - Níveis de organização dos seres vivos. Vírus, procariontes e eucariontes. Autótrofos e heterótrofos. Seres unicelulares e pluricelulares. Sistemática e as grandes linhas da evolução dos seres vivos. Tipos de ciclo de vida. Evolução e padrões anatômicos e fisiológicos observados nos seres vivos. Funções vitais dos seres vivos e sua relação com a adaptação desses organismos a diferentes ambientes. Embriologia, anatomia e fisiologia humana. Evolução humana. Biotecnologia e sistemática. Ecologia e ciências ambientais - Ecossistemas. Fatores bióticos e abióticos. Habitat e nicho ecológico. A comunidade biológica: teia alimentar, sucessão e comunidade clímax. Dinâmica de populações. Interações entre os seres vivos. Ciclos biogeoquímicos. Fluxo de energia no ecossistema. Biogeografia. Biomas brasileiros. Exploração e uso de recursos naturais. Problemas ambientais: mudanças climáticas, efeito estufa; desmatamento; erosão; poluição da água, do solo e do ar. Conservação e recuperação de ecossistemas Conservação da biodiversidade. Tecnologias ambientais. Noções de saneamento básico. Noções de legislação ambiental: água, florestas, unidades de conservação; biodiversidade. Origem e evolução da vida - A biologia como ciência: história, métodos, técnicas e experimentação. Hipóteses sobre a origem do Universo, da Terra e dos seres vivos. Teorias de evolução. Explicações pré-darwinistas para a modificação das espécies. A teoria evolutiva de Charles Darwin. Teoria sintética da evolução. Seleção artificial e seu impacto sobre ambientes naturais e sobre populações humanas. Qualidade de vida das populações humanas - Aspectos biológicos da pobreza e do desenvolvimento humano. Indicadores sociais, ambientais e econômicos. Índice de desenvolvimento humano. Principais doenças que afetam a população brasileira: caracterização, prevenção e profilaxia. Noções de primeiros socorros. Doenças sexualmente transmissíveis. Aspectos sociais da biologia: uso indevido de drogas; gravidez na adolescência; obesidade. Violência e segurança pública. Exercícios físicos e vida saudável. Aspectos biológicos do desenvolvimento sustentável. Legislação e cidadania.

10 3.2 Química (ENEM) Transformações Químicas - Evidências de transformações químicas. Interpretando transformações químicas. Sistemas Gasosos: Lei dos gases. Equação geral dos gases ideais, Princípio de Avogadro, conceito de molécula; massa molar, volume molar dos gases. Teoria cinética dos gases. Misturas gasosas. Modelo corpuscular da matéria. Modelo atômico de Dalton. Natureza elétrica da matéria: Modelo Atômico de Thomson, Rutherford, Rutherford-Bohr. Átomos e sua estrutura. Número atômico, número de massa, isótopos, massa atômica. Elementos químicos e Tabela Periódica. Reações químicas. Representação das transformações químicas - Fórmulas químicas. Balanceamento de equações químicas. Aspectos quantitativos das transformações químicas. Leis ponderais das reações químicas. Determinação de fórmulas químicas. Grandezas Químicas: massa, volume, mol, massa molar, constante de Avogadro. Cálculos estequiométricos. Materiais, suas propriedades e usos - Propriedades de materiais. Estados físicos de materiais. Mudanças de estado. Misturas: tipos e métodos de separação. Substâncias químicas: classificação e características gerais. Metais e Ligas metálicas. Ferro, cobre e alumínio. Ligações metálicas. Substâncias iônicas: características e propriedades. Substâncias iônicas do grupo: cloreto, carbonato, nitrato e sulfato. Ligação iônica. Substâncias moleculares: características e propriedades. Substâncias moleculares: H2, O2, N2, Cl2, NH3, H2O, HCl, CH4. Ligação Covalente. Polaridade de moléculas. Forças inter-moleculares. Relação entre estruturas, propriedade e aplicação das substâncias. Água - Ocorrência e importância na vida animal e vegetal. Ligação, estrutura e propriedades. Sistemas em Solução Aquosa: Soluções verdadeiras, soluções coloidais e suspensões. Solubilidade. Concentração das soluções. Aspectos qualitativos das propriedades coligativas das soluções. Ácidos, Bases, Sais e Óxidos: definição, classificação, propriedades, formulação e nomenclatura. Conceitos de ácidos e base. Principais propriedades dos ácidos e bases: indicadores, condutibilidade elétrica, reação com metais, reação de neutralização.

11 Transformações Químicas e Energia - Transformações químicas e energia calorífica. Calor de reação. Entalpia. Equações termoquímicas. Lei de Hess. Transformações químicas e energia elétrica. Reação de oxirredução. Potenciais padrão de redução. Pilha. Eletrólise. Leis de Faraday. Transformações nucleares. Conceitos fundamentais da radioatividade. Reações de fissão e fusão nuclear. Desintegração radioativa e radioisótopos. Dinâmica das Transformações Químicas - Transformações Químicas e velocidade. Velocidade de reação. Energia de ativação. Fatores que alteram a velocidade de reação: concentração, pressão, temperatura e catalisador. Transformação Química e Equilíbrio - Caracterização do sistema em equilíbrio. Constante de equilíbrio. Produto iônico da água, equilíbrio ácido-base e ph. Solubilidade dos sais e hidrólise. Fatores que alteram o sistema em equilíbrio. Aplicação da velocidade e do equilíbrio químico no cotidiano. Compostos de Carbono - Características gerais dos compostos orgânicos. Principais funções orgânicas. Estrutura e propriedades de Hidrocarbonetos. Estrutura e propriedades de compostos orgânicos oxigenados. Fermentação. Estrutura e propriedades de compostos orgânicos nitrogenados. Macromoléculas naturais e sintéticas. Noções básicas sobre polímeros. Amido, glicogênio e celulose. Borracha natural e sintética. Polietileno, poliestireno, PVC, Teflon, náilon. Óleos e gorduras, sabões e detergentes sintéticos. Proteínas e enzimas. Relações da Química com as Tecnologias, a Sociedade e o Meio Ambiente - Química no cotidiano. Química na agricultura e na saúde. Química nos alimentos. Química e ambiente. Aspectos científico-tecnológicos, socioeconômicos e ambientais associados à obtenção ou produção de substâncias químicas. Indústria Química: obtenção e utilização do cloro, hidróxido de sódio, ácido sulfúrico, amônia e ácido nítrico. Mineração e Metalurgia. Poluição e tratamento de água. Poluição atmosférica. Contaminação e proteção do ambiente.

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13 1) Como Avaliar Cientificamente este Axioma Pessoal?

14 Financiamentos das Atividades junto à Educação Básica CAPES-FAPERGS-PROCIENCIAS 2001 A Fundação VITAE e CNPq 2005 A 2006 CAPES 2007 A CAPES

15 Financiamentos das Atividades junto à Educação Básica 2010 A CAPES Novos Talentos/ FINEP (Rede Nacional de Educação em Ciências) 2013 até o momento CAPES Novos Talentos/ FINEP (Rede Nacional de Educação em Ciências) 2014 até o momento - Instituto Ayrton Senna (CpE)

16 CURSO DE FÉRIAS PARA PROFESSORES E ESTUDANTES Segundo o Modelo do Prof Leopoldo de Meis UFRJ

17 Objetivos Gerais dos Cursos de Férias -Permitir aos professores e estudantes aprender ciência com quem faz ciência -Estimular o raciocínio/criatividade pela reconstrução de fatos científicos... experimentalmente

18 Estrutura Dos Cursos para Estudantes e Professores 1. Uma semana de Curso Experimental resolução de problemas (30-40 hrs)

19 2. Estágios em Laboratórios de Pesquisas Professores na Bancada? Ana Forgiarini e Sandra Fioravanteestagiárias Fundação VITAE IC junior Josimar Vargas- IC junior Fundação VITAE Matheus dos Santos- IC junior Fundação VITAE e CNPq

20 3. Cursos para Professores e Preparação de Mini Cursos

21 Avaliação dos Cursos de Férias: Entendimento sobre a Natureza do Conhecimento Científico Folmer et al. (2009) Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias 8, )

22 ( ) 01-Scientific laws, theories, and concepts do not express creativity. (NEGATIVE ITEM) ( ) 20-Scientific laws, theories, and concepts express creativity. (POSITIVE ITEM). POSITIVE NEGATIVE (A) Strongly Agree (+2) (-2) (B) Agree (+1) (-1) (C) Neutral (0) (0) (D) Disagree (-1) (+1) (E) Strongly Disagree (-2) (+2) Rubba and Andersen (1978). Science Education, 62(4):

23 Influence of Vacation Courses Based in Ill-Structured Activities about the Understanding of Nature of Scientific Knowledge Scale by High-School Students (n=281) Sub- scales Pre-test Post-test AMORAL 0.8± ±0.01 CREATIVE 2.9± ±0.03* DEVELOPMENTAL 4.0± ±0.02 PARCIMONIOUS -0.2± ±0.02 TESTABLE 4.6± ±0.03* UNIFIED 5.5± ±0.02* Total 17.6± ±0.08* Rubba and Andersen (1978). Science Education, 62(4):

24 Developmental Scale (16) We accept scientific knowledge even though it may contain errors. (37) Scientific knowledge is subject to review and change.

25 Parcimonious Scale (2) Scientific knowledge is stated as simply as possible. (29) There is an effort in science to keep the number of laws, theories, and concepts at a minimum. (14) Scientific laws, theories, and concepts are not stated as simply as possible. (15) There is an effort in science to build as great a number of laws, theories, and concepts as possible.

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27 2a) Como Avaliar Cientificamente a Razão de não Admitirmos o Erro? 2b) Qual a Relação com a visão que as Ciências Naturais não são Parcimoniosas e com currículos complexos e abstratos?

28 Consequências das Atividades Experimentais junto ao Ensino Médio

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30 Materiais ou Atividades Alternativas

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32 Poluição Tabágica Ambiental (PTA) Fumo Passivo

33 O porquê da escolha do tema... Fumo Passivo - 3ª maior causa de morte evitável e removível.

34 Brasil: 15 milhões crianças fumantes passivas!

35 Nesse contexto... Qual deveria ser o papel da escola?

36 A Escola como espaço para a promoção da saúde

37 Qual o papel da Educação em Ciências? Articular o conhecimento científico com sua aplicabilidade social.

38 O Problema da pesquisa: Seria possível utilizar uma ferramenta pedagógica abordando o fumo passivo no ensino fundamental?

39 Dia 1 estudantes 9-13 anos de idade 6º. ano» FUMO PASSIVO (escrito no quadro)» escrevam três palavras ou frases» e» façam um desenho livre sobre o tema

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42 O Epitélio Respiratório

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50 Dia após leitura do gibi. Respostas sem o gibi presente.» FUMO PASSIVO (quadro)» escrevam três palavras ou frases» e» façam um desenho livre sobre o tema

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54 Categorias de Respostas dadas por Estudantes do 6º ano sobre Fumo Passivo Antes do Gibi 15 dias depois

55 Material alternativo criado por Ana Fogiarini, professora da rede municipal (mestre em 2010 pelo PPG em Educação em Ciências (UFRGS-FURG-UFSM)

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57 4) Como demonstrar cientificamente que atividades simples e lúdicas são mais atrativas que atividades tradicionais?

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60 Experimental activities have an impact in education efficacy. However, activities of the type "cake recipe" are questionable. This type of activity leaves few room for interpretation and it weakens the power of observation. Figueira & Rocha (2014) Biochem Mol Biol Education 42 (1), ) Como demonstrar cientificamente que os estudantes tem medo ou não sabem formular suas próprias respostas?

61 Sepel et al. (2009) CBE Life Sci Educ. 8: ) Como demonstrar cientificamente que o estudo de aspectos históricos/experimentais são mais eficazes que atividades tradicionais?

62 Materials observed in the Leeuwenhoek replica microscope

63 O Pão Nosso de Cada Dia ou estudando a fermentação

64 ENSINO FUNDAMENTAL

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66 P R O F E S S O R E S

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72 DIVULGAÇÃO

73 Atividades Experimentais nas Séries Inicias:

74 » Curso: O Pão Nosso de Cada Dia: Princípios de Fermentação.» Local: Escola Municipal de Ensino Fundamental Diácono João Luiz Pozzobom. Vila Maringá, Santa Maria, RS» Público alvo: estudantes do ensino fundamental (1 e 2º Ano)

75 Entrevistas gravadas: PRÉ-TESTE 1. Você sabe fazer pão? 2. Você sabe quais os ingredientes que usamos para colocar no pão? 3. O que você acha que faz o pão crescer? 4. O que é fermento?

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89 PÓS-TESTE 1. Você sabe fazer pão? 2. Você sabe quais os ingredientes que usamos para colocar no pão? 3. O que você acha que faz o pão crescer? 4. O que é fermento? 5. Você sabe explicar o que aconteceu na experiência da garrafinha? 6. O fermento cresce com açúcar mais água morna ou com açúcar mais água quente?

90 Q3- O que você acha que faz o pão crescer? 7a) Podemos interpretar estes resultados como aprendizado (memória)?

91 Q5- Você sabe explicar o que aconteceu na experiência da garrafinha?

92 Q6- O fermento cresceu com açúcar mais água morna ou com a açúcar mais água quente? 7b) Estes aprendizados facilitariam o entendimento químico e biológico da fermentação? 7c) Atividades experimentais facilitariam a aquisição da linguaguem escrita?

93 Escola Municipal de Ensino Fundamental Diácono João Luiz Pozzobom. Vila Maringá, Santa Maria, RS

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95 As escolas/universidades precisam participar na melhoria do ensino (de ciências)

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97 OBRIGADO de Meis

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