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Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Abordagem histórica do desenvolvimento das máquinas simples Duração: 5 aulas Referência do Livro do Estudante: Unidade 3, Capítulo 7 Relevância para a aprendizagem Esta sequência didática tem o objetivo de promover a compreensão do funcionamento das máquinas simples e de seus princípios de funcionamento. Para isso, os estudantes deverão entender o conceito de trabalho, muito utilizado na Física. Por meio dos conceitos desenvolvidos, eles devem identificar diversos instrumentos baseados em máquinas simples que são utilizadas diariamente. Além disso, os estudantes deverão compreender o papel dos diferentes tipos de máquinas simples utilizados ao longo da história. Esses temas serão trabalhados por meio de discussões em sala de aula e de atividades práticas, como experimentos e pesquisa. Esta última deve resultar em apresentações com o suporte de cartazes ou materiais digitais. Estão também previstos o planejamento e a construção de um modelo de máquina simples. As atividades desenvolvidas nesta sequência proporcionam a compreensão do desenvolvimento tecnológico como um processo histórico, resultado da aplicação de princípios e conhecimentos desenvolvidos ao longo dos séculos. Objetivos de aprendizagem • Entender o conceito de trabalho. • Compreender o conceito de máquinas simples. • Identificar alguns tipos de máquinas simples e entender seu funcionamento. • Relacionar alguns objetos de uso cotidiano a máquinas simples. • Discutir exemplos da aplicação de máquinas simples ao longo da história. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Competências gerais e específicas (BNCC) Competências Gerais 1. Valorizar e utilizar os conhecimentos historicamente construídos sobre o mundo físico, social, cultural e digital para entender e explicar a realidade, continuar aprendendo e colaborar para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva. 2. Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas e criar soluções (inclusive tecnológicas) com base nos conhecimentos das diferentes áreas. 10. Agir pessoal e coletivamente com autonomia, responsabilidade, flexibilidade, resiliência e determinação, tomando decisões com base em princípios éticos, democráticos, inclusivos, sustentáveis e solidários. Específicas 1. Compreender as Ciências da Natureza como empreendimento humano, e o conhecimento científico como provisório, cultural e histórico. 3. Analisar, compreender e explicar características, fenômenos e processos relativos ao mundo natural, social e tecnológico (incluindo o digital), como também as relações que se estabelecem entre eles, exercitando a curiosidade para fazer perguntas, buscar respostas e criar soluções (inclusive tecnológicas) com base nos conhecimentos das Ciências da Natureza. 4. Avaliar aplicações e implicações políticas, socioambientais e culturais da ciência e de suas tecnologias para propor alternativas aos desafios do mundo contemporâneo, incluindo aqueles relativos ao mundo do trabalho. Objeto de conhecimento e habilidade (BNCC) Objeto de conhecimento Habilidade Máquinas simples. (EF07CI01) Discutir a aplicação, ao longo da história, das máquinas simples e propor soluções e invenções para a realização de tarefas mecânicas cotidianas. Desenvolvimento Aula 1 – Máquinas simples do dia a dia Duração: cerca de 45 minutos. Local: em sala de aula. Organização dos estudantes: em grupos de 4 membros. Recursos e/ou material necessário: quadro de giz, giz, lápis, borracha, caderno, tesouras sem ponta, pinça, martelo, pedaço de barbante. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Atividade 1: Introdução às máquinas simples (20 minutos) Uma forma de iniciar a aula pode ser perguntando aos estudantes: “O que é uma máquina?”, e pedindo a eles que citem exemplos de máquinas que utilizam no dia a dia. Anote em tópicos no quadro de giz as opiniões apresentadas pelos estudantes. Nesse momento, permita-lhes que citem quaisquer tipos de máquinas, sejam simples, compostas ou avançadas. Em seguida, pergunte: “Uma rampa é uma máquina?”. Explique aos estudantes que as máquinas são dispositivos criados para executar um certo tipo de trabalho. Compare essa definição com a fornecida por eles, verificando se a palavra “trabalho” apareceu nesse primeiro momento. Em seguida, pergunte aos estudantes: “O que é trabalho?”. Existe a possibilidade de eles citarem que o termo “trabalho” seja uma ocupação profissional que as pessoas exercem. Se isso ocorrer, explique que, neste contexto, estamos abordando o conceito de trabalho utilizado na Física. Esclareça que o termo trabalho, na Física, está associado diretamente à força e ao deslocamento. Se julgar conveniente, explique com um exemplo: se pegarmos qualquer objeto que esteja no chão e o colocarmos em cima de uma mesa, estamos aplicando uma força sobre ele, e essa força está produzindo um deslocamento do chão até a mesa. Então, retome a definição de máquina, esclarecendo que estas são dispositivos que, de alguma maneira, permitem a alteração de uma força ou do deslocamento, facilitando o trabalho realizado. Neste ponto, faça novamente a pergunta: “E agora, vocês consideram a rampa uma máquina?”. Continue a discussão: “Por que, ao colocar cargas pesadas em caminhões, normalmente se usam rampas?”; “O que é mais fácil: subir um degrau alto ou subir uma rampa que nos leve a mesma altura deste degrau?”. Usando as respostas dadas pela turma, tente conduzir os estudantes à ideia de que a rampa é um tipo de máquina simples, chamada plano inclinado, porque permite que a força necessária para realizar a tarefa de mover a carga seja menor, mas aumenta a distância percorrida. Mostre aos estudantes que, para subir um degrau alto, realiza-se o mesmo trabalho: a força necessária para mover a carga é maior, mas a distância percorrida é menor. Dessa forma, espera-se que os estudantes entendam que o trabalho é uma relação entre a força e o deslocamento – se a força for maior, o deslocamento será menor; mas se o deslocamento for maior, a força necessária para realizar o movimento será menor. Esclareça que usamos várias máquinas simples em nosso dia a dia e que, muitas vezes, não percebemos que se trata de máquinas. Em seguida, pergunte para a turma: “Como abrimos uma lata?”. Os estudantes devem citar o abridor de latas ou, então, mencionar que algumas latas dispõem de uma alça para abrir. Explique a eles que tanto o abridor de latas quanto a alça são exemplos de máquinas simples denominadas alavancas. As alavancas apresentam sempre um ponto de apoio (ou ponto fixo); um ponto em que é aplicada a força potente (P), que é a força capaz de produzir o movimento; e um outro ponto no qual se aplica a força de resistência ao movimento, chamada força resistente (R). Mostre aos estudantes outros exemplos de alavancas, identificando, para cada um dos exemplos apresentados, o ponto de apoio e os pontos de aplicação das forças potente e resistente. Pode ser interessante demonstrar alguns exemplos de alavancas, como o martelo e a pinça. Controle o manuseio do martelo, que é uma peça pesada, para evitar qualquer tipo de acidente em sala de aula. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Mencione a roldana, outro tipo de máquina simples muito utilizada em nosso cotidiano, que também é conhecida como polia. Ela é basicamente uma roda com um sulco que permite a passagem de uma corda, sendo utilizada na construção civil para içar baldes ou cargasdo solo para andares superiores. Comente com os estudantes que uma das principais funções das roldanas fixas é que elas alteram a direção da força a ser aplicada. Atividade 2: Atividade prática com máquina simples (15 minutos) Organize a sala em grupos de quatro estudantes. Em seguida, distribua para cada grupo um pedaço de barbante e uma tesoura sem ponta e disponibilize o roteiro a seguir: 1. Tentem cortar o pedaço de barbante utilizando apenas a mão, sem nenhum outro acessório. Como foi a experiência? 2. Agora tentem cortar o pedaço de barbante utilizando a tesoura, com cuidado. Comparem a experiência com a realização da mesma tarefa sem a tesoura. 3. Podemos dizer que a tesoura é uma máquina simples? Expliquem. Peça aos estudantes que façam um breve registro escrito com as respostas dessas questões em seus cadernos. Atividade 3: Discussão final (10 minutos) Depois da discussão nos grupos, promova o compartilhamento das observações feitas durante a atividade. Espera-se que os estudantes percebam que tiveram dificuldade para cortar o barbante apenas com as mãos e que com a utilização da tesoura essa ação foi facilitada. Verifique se os estudantes entendem que a tesoura é uma máquina simples, uma vez que ela é um dispositivo criado para executar um trabalho. Pergunte aos estudantes: “Dentre os tipos de máquinas simples estudadas, que tipo seria a tesoura?”. É possível que os estudantes consigam associar a tesoura às alavancas interfixas – com um ponto de apoio central. Caso não consigam, identifiquem em conjunto o ponto de apoio e o local em que são aplicadas a força potente e a força resistente. Na sequência, complemente explicando que as lâminas da tesoura também funcionam como outra máquina simples: a cunha. No caso da atividade realizada, a tesoura diminui a força necessária para cortar o barbante, ou seja, separar suas fibras, porque as lâminas da tesoura funcionam como planos inclinados, que mudam a direção da força aplicada. Mostre, no quadro de giz, a direção da força aplicada no barbante com as mãos e a força aplicada no barbante com o auxílio da tesoura. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Aula 2 – Máquinas no contexto histórico – parte 1 Duração: cerca de 45 minutos. Local: sala de aula ou laboratório de informática. Organização dos estudantes: divididos em 5 grupos. Recursos e/ou material necessário: quadro de giz, giz, lápis, borracha, caderno, computadores com acesso à internet e com programa de apresentação de slides, caso haja disponibilidade; ou materiais impressos sobre os temas de pesquisa propostos e materiais para a confecção de cartazes, como cartolinas, canetas coloridas, lápis de cor, entre outros. Primeiro, divida os estudantes em 5 grupos e informe-lhes que realizarão uma pesquisa sobre as máquinas simples utilizadas ao longo da história. Faça então um sorteio ou atribua um dos cinco temas sugeridos a seguir para cada grupo: 1. A sociedade e a tecnologia na pré-história e a construção de instrumentos 2. A sociedade e a tecnologia na Mesopotâmia e a construção de zigurates 3. A sociedade e a tecnologia no Egito Antigo e a construção das pirâmides 4. A sociedade e a tecnologia na Grécia Antiga e a construção da Acrópole de Atenas 5. A sociedade e a tecnologia da dinastia Ch’in na China e a construção da Grande Muralha Esclareça que a pesquisa será utilizada para o desenvolvimento de: 1. uma apresentação em formato de slides (caso haja recursos digitais disponíveis) ou um cartaz baseado nas informações solicitadas no roteiro de pesquisa; 2. uma máquina simples, usada pela civilização pesquisada, reproduzida em tamanho reduzido. Para nortear a pesquisa, disponibilize aos grupos o roteiro a seguir. Roteiro de pesquisa: a) Como os indivíduos da civilização pesquisada viviam? Cite brevemente algumas características. b) Cite algumas tecnologias criadas na época e de quais recursos essa civilização dispunha. c) Como as máquinas simples ajudaram os povos antigos nas atividades do cotidiano e na realização das construções? Se julgar interessante e for possível, recomenda-se que essa pesquisa e os resultados sejam trabalhados de forma interdisciplinar com o professor de História. Se a atividade for feita em um laboratório de informática, com o uso de ferramentas de busca on-line, oriente os grupos a consultar sites confiáveis, como páginas de institutos de ensino e pesquisa, museus, entre outros. Caso não haja computadores com acesso à internet disponíveis para a realização da pesquisa, selecione previamente materiais impressos (livros, reportagens, entre outros materiais) que abordem os temas e forneça-os aos estudantes. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Peça aos estudantes que anotem no caderno, em tópicos, os aspectos mais importantes das informações pesquisadas e as fontes em que foram coletadas. Caso haja recursos digitais disponíveis, peça-lhes que já iniciem a produção de slides com as informações principais e possíveis imagens ilustrativas para a apresentação. Oriente-os a elaborar o primeiro slide com o título da apresentação e o nome dos membros do grupo. Esclareça que os slides não devem conter textos extensos, pois isso torna a apresentação pouco atrativa, ou seja, devem exibir pouco texto, apresentando apenas os tópicos principais que serão abordados em relação ao tema. Caso tenham optado pela montagem do cartaz, os grupos devem planejar a disposição das informações na cartolina e iniciar sua produção. Esclareça que o cartaz deve apresentar um título centralizado e os nomes dos membros do grupo em tamanho reduzido, ou abaixo do título ou no canto inferior esquerdo. Oriente-os a não escrever textos muito extensos, de forma que o cartaz fique atraente à leitura. Para sistematizar o trabalho com cartazes, sugerimos a referência a seguir: MUNIZ, L. S. Construindo cartazes: vamos divulgar nossas ideias. Disponível em <http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=56103>. Acesso em 30 set. 2018 Se possível, realize esta atividade em uma aula dupla, já que a produção dos cartazes deve ser iniciada nesta aula e a apresentação será feita na aula seguinte. Como alternativa, peça aos estudantes que desenvolvam o cartaz em casa, com mais tempo, e tragam-no para a apresentação em uma aula posterior. Aula 3 – Máquinas no contexto histórico – parte 2 Duração: cerca de 45 minutos. Local: sala de aula ou laboratório de informática. Organização dos estudantes: divididos em 5 grupos. Recursos e/ou material necessário: quadro de giz, giz, lápis, borracha, caderno, computadores com acesso à internet e com programa de elaboração de apresentação de slides, caso haja disponibilidade; ou materiais impressos sobre os temas de pesquisa propostos, cartolinas, canetas coloridas, lápis de cor e outros materiais para a confecção de cartazes. Atividade 1: Finalização da apresentação (20 minutos) Reúna os estudantes nos mesmos grupos da aula anterior. No início da aula, proponha que as apresentações sejam realizadas em formato de slides ou de cartazes. Circule pelos grupos, esclarecendo dúvidas, mediando conflitos e, caso necessário, fazendo intervenções pontuais para auxiliá-los a deixar a apresentação mais adequada. É importante que eles consigam reconhecer a necessidade do uso de diferentes linguagens para se expressar e partilhar informações para que haja entendimento mútuo. Peça aos grupos que se organizem com relação a quem apresentará a pesquisa. Deixe-os livres para decidir se apenas um ou todos os participantes apresentarão o trabalho, mas reforce a http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=56103 Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 importância da participação ativa de todos osintegrantes. Esclareça que a apresentação só ocorrerá daqui a duas aulas, depois da finalização da réplica da máquina simples, proposta na atividade a seguir. Atividade 2: Planejamento de construção de máquina simples (25 minutos) Solicite aos grupos que, a partir dos resultados de suas pesquisas, escolham uma máquina simples utilizada pela sociedade pesquisada para ser representada por um modelo construído em sala. Proposta de construção da máquina simples Nesta aula, ajude os estudantes a planejar a construção da réplica da máquina escolhida e a listar os materiais necessários. Oriente-os para que escolham materiais seguros e que estejam disponíveis na escola, ou que sejam fáceis de se conseguir em casa: garrafas de água, latinhas de refrigerante, potes plásticos, caixas de leite, barbante, arame, cabide, pedaço de cabo de vassoura, espeto de madeira (como os de churrasco), pequenos pregos e/ou parafusos, tampinhas de garrafa de plástico, papelão, cola, rodinha ou rodinha com eixo de brinquedo, palitos de sorvete, caixinha de fósforos vazia, caixinha de papelão etc. Para o acabamento, pode ser utilizada tinta guache, tinta plástica, papel colorido etc. Sugira aos estudantes que façam desenhos esquemáticos, representando o passo a passo necessário para a construção da réplica escolhida. É interessante que o desenho seja o mais detalhado possível e que contenha legendas e pequenos textos explicativos. Ao final da atividade, os estudantes deverão apresentar para a sala o projeto da máquina simples construída e explicar o seu funcionamento. Indique aos estudantes que, na explicação, utilizem os conceitos de trabalho da Física. No caso de alavancas, identificar o ponto de apoio, o local de atuação da força potente e da força resistente. Avalie com os grupos a viabilidade dos projetos apresentados, sugerindo adequações se necessário. Faça uma lista com os materiais levantados pelos grupos e converse com os estudantes sobre como providenciá-los para a próxima aula. Verifique que materiais dessa lista são seguros e se estão disponíveis na escola. No caso de sucatas, peça aos estudantes que coletem os itens recicláveis necessários. Certos artefatos são mais fáceis de moldar em argila, massa de modelar ou papel machê, como uma lança ou um machado da época da pedra lascada. O objetivo é desenvolver a criatividade e a capacidade de resolver problemas dos estudantes, permitindo o desenvolvimento de competências e habilidades. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Aula 4 – Construção de máquinas simples Duração: cerca de 45 minutos. Local: sala de aula. Organização dos estudantes: em 5 grupos. Recursos e/ou material necessários: desenhos esquemáticos e planejamento da construção da máquina simples realizados na aula anterior; material para a construção de réplica de máquina simples , conforme lista realizada na aula anterior. Ajude os estudantes com os materiais necessários para a confecção das máquinas simples escolhidas caso haja alguma dificuldade na realização dessa atividade. Circule pela sala analisando como os estudantes se comportam na resolução de imprevistos e conflitos com os colegas. Intervenha sempre que necessário, no sentido de auxiliá-los a encontrar o melhor caminho para a busca de soluções, sem fornecer soluções prontas. Aula 5 – Apresentação oral Duração: cerca de 45 minutos. Local: em sala de aula, laboratório de informática ou sala multimídia. Organização dos estudantes: divididos em 5 grupos. Recursos e/ou material necessário: computador, projetor, caso haja disponibilidade, apresentações de slides ou cartazes sobre máquinas simples, equipamento que permita a gravação de vídeo ou o registro de fotos, se disponível. Organize os grupos para a realização das apresentações orais e das máquinas simples construídas. Ao fim de cada apresentação, reserve um tempo para perguntas, de modo a promover a interação entre os estudantes. Caso haja necessidade, chame a atenção para informações importantes e curiosas sobre como as máquinas simples foram construídas, mostrando suas aplicações no contexto histórico apresentado pelos grupos. Caso seja viável, os trabalhos desenvolvidos também podem ser apresentados em uma feira de Ciências na escola ou podem ser registrados em fotos ou vídeos e disponibilizados para a comunidade escolar por algum meio de divulgação digital. Aferição do objetivo de aprendizagem A aferição da aprendizagem deve ser feita de modo processual ao longo do desenvolvimento das atividades propostas na sequência didática. Devem ser avaliados tanto o aprendizado individual dos assuntos quanto as competências relativas ao desenvolvimento emocional dos estudantes e ao trabalho coletivo. Em um primeiro momento, espera-se que os estudantes consigam compreender os conceitos de máquinas simples e do termo “trabalho” utilizado na Física. Além disso, os estudantes devem identificar alguns tipos de máquinas simples e reconhecer que alguns objetos do cotidiano são máquinas simples. Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Isso pode ser percebido, na Aula 1, por meio da participação oral dos estudantes, do acompanhamento e do registro escrito da atividade 2, que é realizada em grupos, da participação oral na discussão realizada na atividade 3 e da correção da atividade proposta como tarefa ao final da aula. Em um segundo momento, os estudantes devem identificar e entender algumas máquinas simples utilizadas pela humanidade no passado, além de compreender o papel dessas tecnologias no cotidiano dessas civilizações e suas construções. Avalie esse aprendizado por meio do acompanhamento da pesquisa e da montagem da apresentação dos slides ou dos cartazes, bem como pelo produto final e pela apresentação oral da atividade. É importante verificar se os itens propostos no roteiro de pesquisa foram contemplados pelo grupo. Os estudantes devem entender como as máquinas simples foram utilizadas pela civilização pesquisada e o seu funcionamento, relacionando-o com o conceito de trabalho, segundo a Física. Isso pode ser verificado por meio do acompanhamento do planejamento da confecção da máquina simples, bem como por todo o processo de construção e da apresentação oral do objeto construído na última aula. Na apresentação, avalie se os estudantes contemplaram os itens da proposta de construção da réplica apresentada na atividade 2 da Aula 3. Avalie também as competências relativas ao trabalho coletivo. O estudante participou ativamente das propostas realizadas em grupo? Ele foi respeitoso durante a interação com os colegas? Ele se posicionou de maneira adequada quando apresentava opiniões divergentes das dos colegas? Caso haja a realização de uma feira de Ciências, é possível que esta seja uma oportunidade de complementar a avaliação dos estudantes, verificando como os grupos se portam na interação com o público. Eles se mostram dispostos a explicar a atividade e os produtos realizados? A fala dos estudantes demonstra apropriação dos conceitos trabalhados? Eles interagem de maneira respeitosa com os visitantes da feira e com seus colegas de grupo? Questões de autoavaliação • Qual foi a maior dificuldade encontrada no decorrer dessas últimas cinco aulas? • Comente sobre alguma atitude pessoal, durante a realização do trabalho em grupo, que você acha que não foi produtiva e outra que foi produtiva. A partir disso, é possível identificar as maiores dificuldades dos estudantes e refletir com eles sobre as atitudes que podem ser evitadas ou contornadas durante os trabalhos coletivos, evitando assim problemas futuros em outras atividades. Permita a eles que reflitam sobre seus erros e acertos, buscando não só aprimorar os novos conceitos mas também em desenvolver o caráter individual.Material Digital do Professor Ciências – 7º ano 3º bimestre – Sequência didática 1 Questões para auxiliar na aferição Além das atividades propostas nesta sequência didática, outras questões podem ser utilizadas para verificar a aprendizagem dos estudantes em relação aos objetivos aqui explorados. Por exemplo: 1. Leia o texto e responda. Hoje em dia, a água é retirada dos lençóis freáticos com o uso de bombas hidráulicas. No passado, a forma mais comum era a construção de poços de pedra, em que a água era retirada com o uso de um equipamento chamado sarilho. Esse equipamento consiste em um cilindro que pode ser movimentado por uma manivela fixa ao eixo do cilindro. Nesse cilindro, amarra-se uma corda extensa. Na outra extremidade dessa corda, prende-se um balde. O balde desce pelo poço por causa da rotação da manivela, que enrola ou desenrola a corda no cilindro. Nessa construção, a força que deve ser aplicada para girar a manivela é menor do que o peso do balde. O sarrilho pode ser considerado uma máquina simples? Justifique. 2. No Antigo Egito não existiam guindastes para erguer as pedras gigantescas usadas na construção das pirâmides. Assim, é provável que naquela época os egípcios já dominassem a utilização de algumas máquinas simples. Dentre as máquinas simples conhecidas, qual seria a mais indicada para facilitar esse tipo de serviço? a) Roldanas fixas, que alteram apenas a direção da força. b) Planos inclinados, que apesar de aumentarem o deslocamento, diminuem a força para a realização do trabalho. c) Cordas, uma vez que elas são máquinas simples que seguram objetos. d) Alavancas, uma vez que aumentam a força necessária para a elevação de objetos. Gabarito das questões 1. Sim. As máquinas são quaisquer equipamentos que alteram a força ou o deslocamento, facilitando o trabalho. Com o uso do sarilho, a força necessária para girar a manivela é menor do que o peso do balde, ou seja, sem esse equipamento, a força necessária para a realização desse trabalho seria maior. 2. Alternativa b. Há resquícios da utilização de rampas pelos egípcios na construção das pirâmides. Como as pedras eram muito pesadas, os estudantes devem buscar pela alternativa que apresente uma máquina simple que diminua a força necessária para o trabalho, como o plano inclinado.