Laboratório de Engenharia Biológica: Criando Próteses

Desenvolvida por: Apollo… (com assistência da tecnologia Profy)
Área do Conhecimento/Disciplinas: Biologia
Temática: Torque e Alavancas

Esta atividade criativa convida os alunos a aplicar conceitos de torque e alavancas no desenvolvimento de próteses básicas. Na primeira aula, eles aprenderão sobre biomecânica e como o corpo utiliza essas forças. Na segunda aula, trabalharão em grupos para projetar e construir um protótipo de prótese funcional. Na aula final, os alunos testarão e avaliarão as próteses desenvolvidas, discutindo melhorias e a aplicabilidade dessas ideias no mundo real, promovendo a interdisciplinaridade entre biologia e engenharia.

Objetivos de Aprendizagem

Os objetivos de aprendizagem desta atividade envolvem a compreensão e aplicação de conceitos de física, como torque e alavancas, no contexto da biologia, especificamente na criação de próteses básicas. Os alunos deverão desenvolver habilidades práticas em engenharia, aplicando conhecimentos interdisciplinares de forma criativa e efetiva. Além disso, espera-se que os alunos sejam capazes de trabalhar colaborativamente para resolver desafios práticos, aprimorando suas habilidades de comunicação, liderança e pensamento crítico.

  • Compreender os conceitos de torque e alavancas aplicados à biomecânica.
  • Aplicar conhecimentos interdisciplinares na construção de próteses.
  • Desenvolver habilidades práticas de engenharia e design.
  • Trabalhar colaborativamente para resolver problemas práticos.
  • Discutir a aplicabilidade das soluções propostas no contexto real.

Habilidades Específicas BNCC

  • EM13MAT301: Apropriar-se de conceitos e procedimentos da geometria e da trigonometria para interpretar fenômenos naturais e projetar soluções de problemas em contextos variados.
  • EM13CNT301: Compreender os princípios básicos de biomecânica para explicar o funcionamento do corpo humano e suas aplicações na tecnologia assistiva.

Conteúdo Programático

O conteúdo programático da atividade abordará os princípios de torque e alavancas, com uma introdução à biomecânica do corpo humano e suas aplicações práticas em tecnologias assistivas, como próteses. Este conteúdo será exposto através de aulas teóricas e práticas, permitindo a conexão entre teoria e prática. A atividade proporcionará um espaço para a pesquisa e desenvolvimento de soluções criativas, integrando conhecimentos de física, biologia e engenharia.

  • Introdução ao torque e alavancas.
  • Biomecânica do corpo humano.
  • Princípios de design de próteses.
  • Interdisciplinaridade entre biologia e engenharia.
  • Aplicações práticas de tecnologia assistiva.

Metodologia

A metodologia da atividade envolve instruções teóricas seguidas de práticas colaborativas, nas quais os alunos atuam ativamente para aplicar os conceitos aprendidos. A abordagem prática permitirá que os alunos construam conhecimento através da experimentação e do trabalho em equipe, promovendo a aprendizagem significativa e o engajamento profundo com o conteúdo. Tarefas de projeto incentivam a criatividade e a inovação, integrando diferentes áreas disciplinares de forma coesa.

  • Aulas expositivas sobre torque e biomecânica.
  • Discussão em grupo sobre aplicações práticas.
  • Desenvolvimento de protótipos em equipes.
  • Testes e avaliação dos modelos de prótese.
  • Reflexão sobre as melhorias e aplicabilidades.

Aulas e Sequências Didáticas

O cronograma da atividade está dividido em três aulas de 60 minutos cada, planejadas para conduzir os alunos desde a compreensão teórica até a aplicação prática e avaliação das soluções propostas. A primeira aula focará em conceitos fundamentais e discussão teórica. A segunda aula será destinada ao desenvolvimento prático em grupo. A terceira aula envolverá a apresentação, teste e reflexão crítica das próteses desenvolvidas. Estes passos sequenciais facilitarão o entendimento e consolidação dos conhecimentos adquiridos.

  • Aula 1: Introdução a torque, alavancas e biomecânica.
  • Momento 1: Introdução ao Conceito de Torque (Estimativa: 15 minutos)
    Inicie a aula com uma breve palestra sobre o conceito de torque, explicando sua definição e como ele altera a rotação de objetos. Use exemplos do dia a dia, como o uso de uma chave de fenda ou uma porta girando em suas dobradiças. Mostre um vídeo curto ilustrando como o torque se aplica na biomecânica. É importante que os alunos compreendam a relação entre força e distância do ponto de rotação. Peça para os alunos compartilharem objetos familiares que utilizam torque e discutam em pares.

    Momento 2: Explorando Alavancas (Estimativa: 20 minutos)
    Explique rapidamente os tipos de alavancas (primeira, segunda e terceira classes) usando diagramas e exemplos práticos. Em grupos, peça que os alunos identifiquem e classifiquem objetos ou situações diárias que funcionem como alavancas. Esta atividade visa maximizar a interação e colaboração entre os alunos. Durante a atividade, circule entre os grupos, guiando discussões e esclarecendo dúvidas. Proponha desafios como: Como vocês poderiam usar alavancas para levantar um objeto pesado?

    Momento 3: Introduzindo a Biomecânica (Estimativa: 15 minutos)
    Apresente os princípios básicos da biomecânica e como o corpo humano utiliza torque e alavancas para realizar movimentos. Mostre imagens ou vídeos de esportes ou atividades físicas, identificando pontos de aplicação de força e tipos de alavancas. Enfatize a relevância dos conceitos de torque e alavancas na compreensão de movimentos biológicos. Permita que os alunos levantem indagações sobre como o corpo aplica esses princípios no dia a dia.

    Momento 4: Discussão e Revisão (Estimativa: 10 minutos)
    Finalize a aula com uma discussão em grupo, revisando os principais pontos abordados. Pergunte quais novos aprendizados eles conseguiram identificar e como percebem a aplicação dos conceitos no dia a dia. Incentive os alunos a relacionar o conteúdo teórico com suas experiências práticas. Avalie a participação e contribuição dos alunos nesta discussão final, oferecendo feedback imediato sobre uma possível aplicação dos conceitos aprendidos.

  • Aula 2: Desenvolvimento prático de protótipos de prótese.
  • Momento 1: Organização das Equipes e Introdução à Atividade (Estimativa: 10 minutos)
    Comece a aula dividindo os alunos em grupos de 4 a 5 participantes. Explique que o objetivo é desenvolver um protótipo funcional de uma prótese utilizando os conceitos de torque e alavancas abordados anteriormente. Descreva rapidamente o que é esperado de cada equipe na tarefa. Reforce a importância da colaboração e divisão de tarefas dentro dos grupos. Permita que os alunos façam perguntas e clarifiquem dúvidas antes de iniciar.

    Momento 2: Planejamento do Protótipo (Estimativa: 15 minutos)
    Instrua os alunos a iniciarem o planejamento do protótipo. Eles devem discutir e rascunhar ideias sobre possíveis designs e mecanismos, considerando os materiais disponíveis. Circule pela sala, estimulando a criatividade e oferecendo sugestões práticas para os grupos que parecerem ter dificuldades para começar. É importante que todos os integrantes do grupo participem ativamente da discussão e do planejamento.

    Momento 3: Construção do Protótipo (Estimativa: 25 minutos)
    Oriente os alunos a iniciarem a construção do protótipo com os materiais recicláveis e ferramentas disponíveis. Este momento deve ser altamente interativo e colaborativo. Permita que os alunos experimentem diferentes técnicas e abordagens, levando em consideração os conceitos estabelecidos. Ofereça seu apoio para questões técnicas ou dúvidas que surgirem durante a construção. Avalie a participação e engajamento dos alunos, observando como trabalham em equipe e aplicam os conceitos discutidos.

    Momento 4: Reflexão e Ajustes Finais (Estimativa: 10 minutos)
    Conduza uma breve sessão de reflexão onde cada grupo deve compartilhar seus progressos até o momento e desafios enfrentados. Incentive-os a pensar em ajustes e melhorias em seus protótipos, discutindo em grupo como superar obstáculos técnicos. Finalize este momento destacando a importância da exploração e do aprendizado com erros e acertos como parte do processo de design.

  • Aula 3: Apresentação, teste e avaliação dos protótipos.
  • Momento 1: Preparação para a Apresentação (Estimativa: 10 minutos)
    Inicie a aula explicando aos alunos que este é o momento de compartilhar o que desenvolveram nos seus protótipos. Peça que cada grupo organize seu espaço para a apresentação, garantindo que todos os membros saibam suas funções e pontos a abordar. Um bom planejamento é essencial para uma apresentação eficiente.

    Momento 2: Apresentação dos Protótipos (Estimativa: 25 minutos)
    Permita que cada grupo apresente seu protótipo para a turma. Oriente-os a explicar as ideias por trás de seu design, os conceitos de torque e alavancas aplicados, e a relevância prática de suas soluções. Incentive a turma a fazer perguntas e a dar feedback construtivo. Avalie a clareza, a criatividade e a integração de conceitos em cada apresentação com uma rubrica pré-definida.

    Momento 3: Teste e Avaliação (Estimativa: 15 minutos)
    Peça que cada grupo demonstrar a funcionalidade de seu protótipo através de uma série de testes controlados. Oriente os alunos a registrarem observações sobre o desempenho de seus protótipos e os desafios enfrentados. Incentive uma discussão focada em soluções para melhorar o trabalho final. Avalie o funcionamento e a aplicabilidade prática com base nos critérios definidos anteriormente.

    Momento 4: Reflexão e Feedback Coletivo (Estimativa: 10 minutos)
    Conduza um momento de reflexão coletiva, onde cada grupo compartilhe suas experiências e aprenda com os outros. Promova uma discussão sobre o que foi mais desafiador e quais lições foram aprendidas. Facilite um feedback positivo e construtivo entre os alunos, focando no aprendizado e na evolução ao longo do projeto.

Avaliação

A avaliação da atividade será diversificada, assegurando que os diferentes aspectos do aprendizado sejam mensurados. A metodologia envolverá a utilização de rubricas para avaliar os projetos de próteses quanto à funcionalidade, criatividade e aplicabilidade dos conceitos. Os alunos também serão avaliados na dinâmica de trabalho em grupo e em suas apresentações orais, garantindo o desenvolvimento de habilidades de comunicação. Um componente de autoavaliação permitirá que os alunos reflitam sobre seu próprio processo de aprendizagem, enquanto o feedback formativo ao longo do processo encorajará o aperfeiçoamento contínuo.

  • Avaliação de funcionalidade e aplicabilidade do protótipo.
  • Rubrica de avaliação para criatividade e uso de conceito.
  • Observação da dinâmica e colaboração em grupo.
  • Apresentação oral sobre o processo e reflexões.
  • Autoavaliação e feedback formativo individual.

Materiais e ferramentas:

Os recursos utilizados na atividade serão diversos, incluindo materiais de baixo custo para a construção dos protótipos, como papelão, elásticos, e outros materiais recicláveis para estimular a criatividade e sustentabilidade. Ferramentas básicas de corte e montagem serão dispostas de forma segura. Recursos audiovisuais, como vídeos explicativos e imagens anatômicas, complementarão o aprendizado teórico e prático. Além disso, o espaço da sala de aula será organizado para facilitar o trabalho em equipe e a troca de ideias entre os alunos.

  • Materiais recicláveis e de baixo custo para protótipos.
  • Ferramentas básicas de corte e montagem.
  • Recursos audiovisuais como vídeos e imagens.
  • Manual de segurança para uso de ferramentas.
  • Espaço organizado para trabalho colaborativo.

Inclusão e acessibilidade

Entendemos que a sobrecarga de trabalho pode ser um desafio, porém, é fundamental garantir que todas as atividades sejam inclusivas e acessíveis. Para isso, sugerimos práticas que sejam eficazes, de baixo custo e não demandem tempo excessivo. Recursos visuais e textuais estarão disponíveis em diferentes formatos para facilitar o entendimento. Além disso, encorajaremos o uso de uma linguagem clara e objetiva nas instruções e discussões para maximizar a acessibilidade. A flexibilidade nas formas de participação e registro de atividades permitirá que todos os alunos se sintam acolhidos e engajados.

  • Uso de linguagem clara e objetiva.
  • Materiais didáticos em diferentes formatos.
  • Flexibilidade nos registros de atividades.
  • Encorajamento de expressões diversas de entendimento.
  • Ambiente acolhedor para discussões abertas.

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