07 março 2014

Da coluna para a sala de aula

O sucesso da coluna ‘Do laboratório para a fábrica’ entre editores de livros didáticos e professores de diversas áreas em diferentes níveis de ensino levou seu autor, o físico Carlos Alberto dos Santos, a criar um método para orientar o uso dos textos na escola.

Quadro-negro usado por Einstein em conferência em Oxford em 1931. Em sala, o professor pode usar o método criado pelo autor desta coluna para discutir a ciência por trás de inovações tecnológicas (foto: Wikimedia Commons/ decltype – CC BY-SA 3.0)

Desde que comecei a publicar esta coluna, em abril de 2007, tenho sido informado de sua utilização em disciplinas de cursos de engenharia e de formação de professores de ciências. Recentemente, algumas editoras têm requisitado textos nela publicados para inserção em livros didáticos do ensino fundamental e médio.

Esse tipo de aproveitamento da coluna é facilitado pela natureza de seu foco temático, ou seja, a discussão da ciência por trás de inovações tecnológicas, e por seu caráter hipertextual

Tais fatos me motivaram a desenvolver uma metodologia para orientar o uso dos textos em sala de aula. A estrutura básica resultante da metodologia aplica-se a qualquer nível de ensino, desde que se leve em conta a adequação pedagógica.

Esse tipo de aproveitamento da coluna é facilitado pela natureza de seu foco temático, ou seja, a discussão da ciência que está por trás de inovações tecnológicas, e por seu caráter hipertextual. Na verdade, a coluna é uma coleção de diferentes hipertextos relacionados com determinados temas.

Mapas conceituais

A metodologia consiste essencialmente em uma decodificação textual da coluna selecionada, por meio de mapas conceituais para apresentação esquemática do conteúdo a ser abordado em sala de aula. Apresentarei um ‘passo a passo’ para o caso da coluna Conectômica: o cérebro sob investigação.

Por decodificação textual entende-se simplesmente a extração e o tratamento formal de conceitos científicos e tecnológicos presentes nos textos. O procedimento resultará em uma coleção de palavras-chaves, que poderão ser estruturalmente organizadas em mapas conceituais. A figura 2 ilustra a etapa inicial, com as palavras-chaves exibidas na ordem em que aparecem no texto tomado como exemplo.

Diagrama com palavras-chaves
Palavras-chaves extraídas da coluna Conectômica: o cérebro sob investigação, de autoria do físico Carlos Alberto dos Santos. Clique na imagem para ampliá-la. (esquema: C.A. Santos)

A organização estrutural refere-se ao processo segundo o qual essas palavras-chaves serão reagrupadas conforme a lógica científica ou pedagógica do tema em pauta. No mapa conceitual abaixo (figura 3), as palavras-chaves da figura 2, agora consideradas como conceitos pertinentes à conectômica, foram organizadas em quatro níveis estruturais, diferenciados pelas cores dos retângulos, como mostra a figura 3.

O primeiro e o último níveis se prestam a abordagens típicas de divulgação científica; já os dois níveis intermediários são adequados para tratamento formal dos conceitos selecionados. No primeiro nível são abordadas as grandes áreas do conhecimento relacionadas com a conectômica.

A neurociência como área central, a produção de imagens cerebrais e a investigação de estruturas cerebrais microscópicas como produtos, e a comparação epistemológica com a microeletrônica são temas que permitem discussões em salas de aula de diferentes níveis, do ensino médio ao universitário.

Para subsidiar tais discussões, a coluna apresenta os seguintes textos: Músculos de Hércules e cérebro de Einstein, Física e neurociência: uma parceria virtuosa e Engenharia neuromórfica. Eles também podem ser usados para discutir os principais projetos científicos da conectômica na atualidade e mencionam alguns dos mais importantes pesquisadores nessa área de conhecimento (indicados no quarto nível).

Mapa conceitual sobre conectômica
Mapa conceitual referente à coluna Conectômica: o cérebro sob investigação feito com base nas palavras-chaves relacionadas na figura 1. Clique na imagem para ampliá-la. (esquema: C.A. Santos)

Nos níveis 2 e 3 estão agrupados vários conceitos e técnicas, alguns dos quais só podem ser tratados em determinados níveis de ensino. Cada um deles ou alguns grupos de conceitos podem originar programas de ensino específicos.

Ressonância magnética nuclear

Pela extensão temática, não é possível ilustrar aqui todas as alternativas didáticas. Farei isso para o caso do tema ‘ressonância magnética nuclear’. O respectivo mapa conceitual é apresentado na figura 4, com uma estrutura compatível com o conteúdo abordado no ensino médio.

Mapa conceitual sobre ressonância magnética nuclear
Mapa conceitual para o tema ‘ressonância magnética nuclear’ feito com base nas palavras-chaves contidas na coluna Conectômica: o cérebro sob investigação. Clique na imagem para ampliá-la. (esquema: C.A. Santos)

O mapa apresenta três níveis. Como no caso anterior, o primeiro presta-se a uma abordagem de divulgação científica ou como introdução a níveis mais formais. Um tratamento de divulgação científica sobre esse tema pode se beneficiar de três textos aqui publicados: Nanopartículas que salvam vidas, Magnetismo, farmacologia e medicina e Histerese magnética: perdas e ganhos.

No terceiro nível, ao tratar dos materiais que apresentam ressonância magnética nuclear, o professor pode fazer uma incursão pela tabela periódica, tema fundamental para biologia, física e química abordado no ensino fundamental e médio.

Ainda nesse nível do mapa, destacam-se os conceitos de ‘coeficiente de difusão’, ‘campo magnético’ e ‘gradiente de campo’. Desses, só o segundo está explicitamente contido nos programas do ensino médio. Os outros dois são tratados em cursos universitários, mas, dada sua importância em várias áreas das ciências da natureza e da atividade humana, seria interessante que fossem introduzidos qualitativamente no ensino médio.

Difusão e gradiente

O fenômeno da difusão está presente em qualquer estado da matéria e é essencial para o corpo humano. Por exemplo, a permeabilidade de membranas é difusiva, e o metabolismo bacteriano é ajustado pela difusão.

A partir da coluna sobre conectômica é possível tratar alguns conceitos de física no ensino médio e praticamente todo o conteúdo referente ao sistema nervoso

O conceito de gradiente, por envolver cálculo diferencial, parece muito complexo. Mas é possível discutir a noção de gradiente a partir de uma ladeira, de preferências em pesquisas de opiniões, da evolução inflacionária etc.

O último nível é constituído de conceitos da biologia, e todos podem ser discutidos no ensino médio, com a abordagem formal apropriada.

Portanto, a partir da coluna sobre conectômica é possível tratar alguns conceitos de física no ensino médio e praticamente todo o conteúdo referente ao sistema nervoso.

Agora basta usar o exemplo dado acima e aplicar a mesma metodologia a qualquer um dos textos publicados nesta coluna. Boa aula!

Carlos Alberto dos Santos
Professor-visitante sênior da Universidade Federal da Integração Latino-americana

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