Desvendando as Transformações Térmicas

Desenvolvida por: Wagner (com assistência da tecnologia Profy)

Área do Conhecimento/Disciplinas: Física

Temática: Termologia

Esta atividade tem como propósito permitir que os alunos explorem e compreendam os conceitos de transformação térmica e o impacto das variáveis termodinâmicas em sistemas físicos. Durante duas aulas, os estudantes serão expostos a uma combinação de ensino teórico e prática experimental. Na primeira aula, o foco será em introduzir calor, temperatura e transferência de energia através de uma abordagem expositiva. Os alunos aprenderão sobre os princípios fundamentais que regem estes fenômenos e as suas aplicações no cotidiano, especialmente em contextos que priorizam a sustentabilidade e o uso consciente dos recursos naturais. Na segunda aula, os estudantes participarão de uma atividade prática, onde criarão protótipos simples de sistemas térmicos utilizando materiais comuns como garrafas PET e papel alumínio. Essa prática permitirá que eles investiguem as trocas de calor em diferentes situações experimentais. A atividade prática visa promover uma experiência de aprendizado ativa, permitindo aos alunos realizar experimentos, coletar dados e tirar conclusões sobre o comportamento dos sistemas térmicos, incentivando a aplicação do conhecimento teórico em cenários práticos.

Objetivos de Aprendizagem

Os principais objetivos de aprendizagem para esta atividade incluem desenvolver uma compreensão sólida sobre os conceitos de calor, temperatura e transferência de energia, além de capacitar os alunos a aplicarem esse conhecimento em contextos experimentais. Espera-se que os estudantes consigam analisar e representar adequadamente transformações em sistemas térmicos e prever o comportamento desses sistemas em diferentes condições, considerando as variáveis termodinâmicas. A atividade também busca fomentar o desenvolvimento de habilidades práticas, essenciais para a resolução de problemas e o planejamento de experimentos científicos, sempre com uma ênfase em práticas sustentáveis. Por fim, a atividade visa fortalecer o pensamento crítico dos alunos ao avaliar seus resultados experimentais e estimular sua capacidade de comunicação ao apresentar suas conclusões de forma clara e estruturada.

Compreender os conceitos de calor, temperatura e transferência de energia.
Aplicar o conhecimento teórico sobre termodinâmica em experimentos práticos.
Analisar e representar transformações térmicas em sistemas físicos.
Desenvolver habilidades práticas em experimentação científica.
Fortalecer o pensamento crítico e a capacidade de comunicação.

Habilidades Específicas BNCC

EM13CNT101: Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
EM13CNT102: Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
EM13CNT103: Utilizar o conhecimento sobre as radiações e suas origens para avaliar as potencialidades e os riscos de sua aplicação em equipamentos de uso cotidiano, na saúde, no ambiente, na indústria, na agricultura e na geração de energia elétrica.

Conteúdo Programático

O conteúdo programático desta atividade abrange a compreensão dos conceitos fundamentais de termologia, começando pelo estudo do calor como forma de energia e sua relação com a temperatura dos corpos. Os alunos serão introduzidos à noção de transferência de energia térmica, abrangendo condução, convecção e radiação. Além disso, a análise das variáveis termodinâmicas em sistemas fechados e abertos será parte essencial do conteúdo, destacando sua importância na previsão do comportamento dos sistemas. A atividade prática complementará o conteúdo teórico, permitindo a observação direta das trocas de calor e o efeito das variáveis termodinâmicas em sistemas construídos pelos alunos. O objetivo é criar uma conexão entre teoria e prática, incentivando o uso do pensamento crítico e da análise científica para compreender fenômenos naturais.

Calor como forma de energia e sua relação com a temperatura.
Transferência de energia térmica: condução, convecção e radiação.
Análise de variáveis termodinâmicas em sistemas.
Observação e análise experimental de trocas de calor.

Metodologia

A abordagem metodológica desta atividade integra o uso de diferentes estratégias de ensino para maximizar a aprendizagem dos alunos. Na primeira aula, será utilizada a metodologia expositiva, onde o professor apresentará os conceitos teóricos de termologia. Esse formato é eficaz para transmitir informações complexas e estabelecer uma base comum de conhecimento entre os alunos. Para a segunda aula, será adotada a metodologia 'mão-na-massa', incentivando os alunos a aprenderem na prática ao construírem protótipos de sistemas térmicos. Esta abordagem colaborativa e prática promove o aprendizado ativo, permitindo que os alunos apliquem o conhecimento teórico em contextos reais, desenvolvendo habilidades de resolução de problemas e experimentação científica. A integração dessas metodologias visa desenvolver um ambiente de aprendizagem dinâmico e envolvente, onde os estudantes se sintam encorajados a explorar, questionar e desenvolver suas próprias conclusões.

Metodologia expositiva para introduzir conceitos teóricos.
Abordagem 'mão-na-massa' para aprendizagem prática e colaborativa.
Incentivo ao aprendizado ativo e à experimentação científica.

Aulas e Sequências Didáticas

Para organizar a atividade, estruturar-se-á a agenda em duas aulas de 50 minutos cada, permitindo o desenvolvimento gradual e coerente dos conceitos e práticas previstos. A primeira aula será dedicada ao ensino teórico, com o objetivo de fundamentar o conhecimento prévio dos alunos. Esta aula expositiva fornecerá a introdução necessária aos conceitos de calor, temperatura e transferência de energia. Na segunda aula, os estudantes aplicarão o que aprenderam ao criar protótipos de sistemas térmicos. Esta aula prática permitirá que eles experimentem e observem diretamente os fenômenos estudados, registrando e analisando os resultados obtidos. Este cronograma facilita um aprendizado sequencial, indo da teoria à prática, permitindo que os alunos consolidem seu conhecimento com base em experiências práticas.

Aula 1: Introdução à termologia e conceitos fundamentais de calor e energia.

Momento 1: Apresentação inicial e motivação (Estimativa: 10 minutos)
Inicie a aula apresentando aos alunos o tema: termologia e os conceitos fundamentais de calor e energia. Faça isso de maneira breve e envolvente, contextualizando a importância do assunto no cotidiano e em aplicações atuais, especialmente relacionadas à sustentabilidade. Permita que os alunos compartilhem suas ideias e experiências prévias relacionadas ao tema para fomentar o interesse.

Momento 2: Conceitos fundamentais (Estimativa: 20 minutos)
Utilize a metodologia expositiva para ensinar os conceitos de calor como forma de energia e suas relações com temperatura. Explique como essa energia é transferida nos sistemas físicos por condução, convecção e radiação. Durante a exposição, utilize exemplos práticos e cotidianos para tornar a aprendizagem mais tangível. É importante que faça perguntas para verificar a compreensão dos alunos e instigue um pensamento crítico. Observe se algum aluno não está acompanhando e ofereça explicações adicionais quando necessário.

Momento 3: Discussão em grupos pequenos (Estimativa: 10 minutos)
Organize os alunos em pequenos grupos e proponha uma breve discussão sobre um exemplo de transferência térmica que eles acham interessante ou relevante. Isso proporciona uma oportunidade de socialização e troca de ideias, além de reforçar o conhecimento teórico de forma prática. Peça para que escolham um representante para compartilhar um resumo da discussão do grupo.

Momento 4: Encerramento e resumo (Estimativa: 10 minutos)
Recapitule os principais pontos abordados na aula, reforçando as conexões entre os conceitos teóricos e suas aplicações práticas. Permita que os alunos façam perguntas e tirem dúvidas. Conclua com uma rápida avaliação formativa por meio de questionário oral, medindo a compreensão geral sobre o tema. Oriente os alunos a registrarem algum conceito novo que aprenderam em seus cadernos.

Estratégias de inclusão e acessibilidade:
Para garantir que todos os alunos consigam acessar adequadamente o conteúdo, ajuste o ritmo da exposição se necessário, assegurando-se de que os conceitos estão claros para todos. Utilize linguagem clara e simples durante as explicações. Incentive a participação de todos durante as discussões em grupo, garantindo que todos os alunos tenham a oportunidade de expressar suas ideias. Mantenha um ambiente acolhedor, onde os alunos se sintam confortáveis em perguntar e compartilhar suas dificuldades sem julgamento. Caso identifique variados níveis de compreensão, ofereça explicações adicionais após a aula para aqueles que precisarem.

Aula 2: Atividade prática de construção de protótipos e observação de trocas de calor.

Momento 1: Introdução à Atividade Prática (Estimativa: 10 minutos)
Inicie a aula explicando o objetivo da atividade prática: construir protótipos para observar trocas de calor. Explique brevemente como o calor pode ser transferido e mencione os materiais que serão usados. Esclareça o funcionamento esperado durante as demonstrações práticas. Divida a turma em grupos pequenos e distribua os materiais (garrafas PET, papel alumínio, termômetros). É importante que os alunos entendam o objetivo da experiência antes de iniciar.

Momento 2: Construção dos Protótipos (Estimativa: 20 minutos)
Oriente os grupos a começar a construir os protótipos seguindo as orientações previamente dadas. Circule entre os grupos para oferecer suporte, esclarecer dúvidas e incentivar a colaboração entre os membros do grupo. Ofereça sugestões de melhorias quando necessário e reforce a importância de um registro detalhado de todas as etapas do processo. Destacar que a experimentação é parte crucial do aprendizado e que o erro faz parte do processo.

Momento 3: Observação e Registro de Dados (Estimativa: 15 minutos)
Instrua os alunos a observarem as trocas de calor nos protótipos usando os termômetros. Incentive-os a discutir entre si as observações feitas e anotar os dados coletados, fazendo previsões sobre o que deve acontecer e comparando com os resultados obtidos. Este é um momento para desenvolver o pensamento crítico e as habilidades de análise. Facilite a comunicação e garanta que todos possam expressar suas ideias sobre os resultados experimentados.

Momento 4: Apresentação e Discussão dos Resultados (Estimativa: 5 minutos)
Peça que um representante de cada grupo apresente suas observações e conclusões para o restante da turma. Promova uma discussão coletiva revisando o que cada grupo aprendeu e como cada experiência pode ser aplicada a situações reais. Faça perguntas direcionadas para reforçar conceitos importantes e incentive os alunos a refletirem sobre o que aprenderam e como isso se relaciona com o conhecimento teórico.

Estratégias de inclusão e acessibilidade:
Mantenha as instruções e explicações claras e diretas, garantindo que todos os alunos tenham acesso às informações necessárias. Considere adaptar os materiais ou fornecer orientações adicionais conforme necessário para atender todos os estilos de aprendizagem. Prossiga com uma atitude positiva, encorajando todos os alunos a participar e garantir que todos os membros do grupo tenham um papel ativo nas atividades planejadas. Se possível, ofereça assistência personalizada aos alunos que possam ter dificuldades em acompanhar o restante dos colegas. Permita que os alunos usem a criatividade e experimentem abordagens diferentes para a construção dos protótipos. Assegure-se de que o ambiente seja seguro e acolhedor, promovendo inclusividade efetiva e equitativa entre os alunos.

Avaliação

O processo avaliativo desta atividade incorporará métodos diversificados, que incluem tanto avaliações formativas quanto somativas, alinhadas aos objetivos de aprendizagem. O objetivo é avaliar a compreensão teórica dos conceitos de termologia, bem como a habilidade prática dos alunos na construção e análise de sistemas térmicos. Os critérios de avaliação considerarão o entendimento dos conceitos, a capacidade de aplicar a teoria na prática, e a habilidade de analisar resultados e apresentar conclusões. Como exemplo prático, ao final da atividade, os alunos deverão apresentar seus protótipos, explicando o funcionamento e os resultados obtidos, enquanto o professor faz uso de uma rubrica para avaliar a apresentação, considerando originalidade, clareza e precisão na explicação. Serão oferecidas oportunidades de feedback formativo para ajudar os alunos a melhorarem suas habilidades de comunicação e análise crítica. Além disso, essas práticas asseguram adaptações necessárias para garantir Inclusão e equidade, considerando as necessidades individuais dos alunos.

Avaliação formativa através de feedback durante a construção de protótipos.
Avaliação somativa baseada em apresentações e relatórios de experimentos.
Uso de rubricas para avaliar apresentações e comunicação de resultados.

Materiais e ferramentas:

Para a realização desta atividade, serão necessários recursos simples e acessíveis, que não dependem de tecnologias digitais. Os materiais principais incluirão garrafas PET, papel alumínio e termômetros, suficientes para permitir a construção de protótipos de sistemas térmicos. Além disso, serão necessários meios para coleta de dados, como cadernos de anotação para registrar temperaturas e observar fenômenos térmicos. Os materiais selecionados são intencionalmente básicos e acessíveis, para garantir que todos os alunos possam participar das atividades práticas sem limitações logísticas ou financeiras. O foco em recursos analógicos, sem o uso de dispositivos digitais, encoraja o uso criativo e colaborativo dos materiais disponíveis e promove o desenvolvimento de habilidades práticas fundamentais.

Garrafas PET e papel alumínio para construção de protótipos.
Termômetros para medição de temperatura.
Cadernos para registro de dados e observações experimentais.

Inclusão e acessibilidade

Sabemos que a carga de trabalho do professor pode ser grande, mas é importante considerar a inclusão e a acessibilidade em qualquer plano de aula. Para esta atividade, as estratégias de inclusão têm o intuito de ser práticas e acessíveis, garantindo a participação plena de todos os alunos. Recomenda-se dispor as carteiras de modo a facilitar a movimentação e interação dos estudantes durante as práticas. Além disso, garantir que as explicações sejam claras e detalhadas, utilizando exemplos visuais e táteis, pode ajudar na compreensão dos alunos com diferentes estilos de aprendizagem. Ao introduzir os conceitos teóricos, enfatizar o uso de linguagem simples e exemplificações práticas pode ser benéfico. Embora não haja necessidades especiais ou deficiências na turma, a diversidade cultural e social deve ser respeitada, incentivando discussões abertas e respeitosas sobre aplicações práticas ao redor do mundo. Continuidade no monitoramento do progresso dos alunos e ajustes nas estratégias também são recomendados para assegurar que todos estejam acompanhando o conteúdo com êxito.

Dispor carteiras de forma a facilitar a interação.
Utilizar exemplos visuais e táteis para ampliar a compreensão.
Empregar linguagem simples e exemplos práticos durante explicações.
Monitorar continuamente o progresso com feedback inclusivo.

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