Física no jardim de infância e escola primária Teach article

Author(s): Werner Stetzenbach, Gabriele Stetzenbach

Traduzido por Catarina Chagas. Werner e Gabriele Stetzenbach contam como crianças do jardim de infância e da escola primária descobrem o mundo da física junto com estudantes da escola secundária como seus tutores. Por que não tentar em sua escola?

Imagem cortesia de Werner
Stetzenbach

Nos últimos anos, surgiram vários projetos para fomentar a curiosidade das crianças do jardim de infância e da escola primária. Em 2001, iniciamos um projeto assimw1 em Winnweiler, e desde então ele tem sido expandido pela Alemanha com a ajuda de vários financiadores. Junto com os alunos secundários de Werner no Wilhelm Erb Gymnasiumw2 em Winnweiler, desenvolvemos atividades de ensino de física para crianças de quatro a dez anos. Com os alunos secundários como tutores, fomos aos jardins de infância e escolas primárias e, com sucesso, realizamos com as crianças experimentos em temas como ar, eletricidade, ímãs, luz, sombras, audição, flutuação e iluminação.

Uma coleção de atividades educativas, experiências e informações de apoio foi publicada num livro em alemão (THINK ING, 2007). A maior parte dos experimentos e uma introdução geral ao projeto também estão disponíveis em ingles para download em PDF no site Science on Stage Germanyw3. Abaixo, listamos instruções passo a passo para um conjunto de experimentos sobre audição, aplicáveis a crianças do jardim de infância e da escola primária. Os PDFs online também contêm mais experimentos deste tema.

Ataque nos tímpanos

O objetivo é que os alunos entendam a função e a importância dos ouvidos e abaixem o volume de seus tocadores de MP3 para prevenir danos em seus sistemas auditivos. Numa viagem desde uma fonte de ruído até o ouvido interno, são explicads a produção do som e a anatomia do ouvido.

Tour a pé pelo auditório

Leve os alunos para caminhar pelo espaço da escola ou jardim de infância, uma vez com tampões de ouvido e a outra, sem; para experimentar a perda de impressões do ambiente quando eles “desligam” parcialmente a audição. Eles também vão aprender sobre os perigos a que estão expostas as pessoas (parcialmente) surdas.

Você realmente ouve tudo?

O ouvido humano pode perceber sons com 20 a 20 mil oscilações por segundo. O número de oscilações por segundo é chamado frequência. Conforme envelhecemos, perdemos a capacidade de escutar frequências muito altas. Cachorros podem ouvir sons com até 35 mil oscilações por segundo (35 kHz) e morcegos escutam sons com frequências ainda maiores. Use um apito normal e um apito de cachorros para que as crianças comparem. Geralmente, os apitos de cachorro estão na faixa de 16 a 22 kHz, sendo que apenas as frequências abaixo de 20 kHz são audíveis para o ouvido humano (e, dependendo da situação particular de sua audição, você pode não conseguir escutar nem esses).

Ajuste o volume de um gerador de sinais com amplificador e alto-falante para um nível médio em uma frequência audível. Então, suba a frequência para 50 kHz e, devagar, volte a baixá-la. Peça à primeira criança que puder ouvir alguma coisa para descrever o som (um apito muito alto).

Seus ouvidos têm sons favoritos? Um diagrama auditivo individual

Testando nossa própria capacidade auditiva, podemos estimar o estado em que se encontra nossa audição. Conecte um gerador de sinais com osciloscópio e auto-falante, conforme indicado (veja a imagem).

Clique na imagem para
ampliar
Imagem cortesia de Nicola Graf

Usando o gerador de sinais, coloque sons entre 250 e 16 000 Hz, de acordo com a Tabela 1. Para que os sons sejam comparáveis, certifique-se de que todos eles criam uma “linha de ondas” de mesma “altura” no osciloscópio.

Peça a cada criança que complete a tabela (que também pode ser baixada como roteiro de trabalho disponível no site de Science in Schoolw4), assinalando como eles percebem cada som – muito alto, alto, razoavelmente alto, baixo ou muito baixo. Isso pode ser um pouco complicado.

Para facilitar, comece com 16 000 Hz e faça comparações em pares com frequências próximas, por exemplo “Como vocês percebem o som de 16 000 Hz? Agora escutem o som de 8 000 Hz – como vocês o percebem agora, em comparação?”, e assim por diante. Geralmente, o ouvido humano é mais sensível às frequências em que geralmente falamos (cerca de 200 – 3 500 Hz).

Com a ajuda de um tutor da escola secundária (ou professor), cada criança deve traçar o volume percebido (por exemplo, alto = 8) sobre a frequência do som.

Tabela 1: diagrama auditivo individual
Como você percebe o som? Som 1 Som 2 Som 3 Som 4 Som 5 Som 6 Som 7
 
  16 000 Hz 8000 Hz 4000 Hz 2000 Hz 1000 Hz 500 Hz 250 Hz
Muito alto (10)              
Alto (8)              
Razoavelmente alto (5)              
Baixo (3)              
Muito baixo (1)              
Diagrama auditivo de uma
menina de oito anos. Clique
na imagem para ampliar

útil fazer as mesmas medidas com adultos também (por exemplo, professores ou pais), porque, conforme envelhecemos, não ouvimos tão bem os sons de frequência muito alta. Você pode notar isso quando a TV está ligada – crianças pequenas podem ouvir um apito agudo, enquanto adultos não podem.

Como os sons chegam ao ouvido? A vela balançante

Como os sons são transportados por variações na pressão do ar, o som move partículas de ar. O movimento da chama de uma vela é usado para ilustrar isso. Sons com baixa frequência podem até apagar a chama de uma vela.

Materiais

  • Um tocador de CD com woofer (alto-falante para sons graves) tocando música techno
  • Uma vela e fósforos
  • Um funil de papell
  • Um tambor de som grave com um buraco na parte de trás
  • Um gerador de sinais com amplificador
  • Um alto-falante ajustável a baixas frequências (cerca de 100 Hz ou menos)
  • Cabos
Imagem cortesia de Werner
Stetzenbach

Procedimentos

  1. Coloque uma vela acesa em frente ao woofer de um aparelho de som tocando música techno. A chama vai se mover no ritmo da música. Se o efeito não for muito visível, use um funil de papel entre o woofer e a vela para aumentá-lo.
  2. Coloque a vela acesa em frente ao buraco do tambor. Bata no tambor e veja a chama se mover ou mesmo apagar.
  3. Usando cabos, conecte o alto-falante ao gerador de sinais e ligue-o numa frequência baixa (100 Hz). A vela vai se apagar. Para aumentar o efeito, você pode usar um funil de papel entre o alto-falante e a vela.

O que acontece no ouvido?

Use um modelo de plástico ou papel (que pode ser feito em casa) do ouvido para ilustrar suas diferentes partes, que serão explicadas nos experimentos a seguir.

O ouvido externo: o canal auditivo e o tímpano

Imagem cortesia de Werner
Stetzenbach

A orelha e o canal auditivo coletam o som como um funil. Use um funil de papel na orelha para melhorar a audição: sussurre no funil e veja como ele amplia o som.

O ouvido externo atua como o tubo de um órgão, porém fechado num dos lados, de modo que o ar que passa por ele possa vibrar. Essa vibração é transmitida ao tímpano, uma membrana que se comporta como um tambor. Em seguida, passa por uma ligação mecânica para os três ossículos (pequenos ossos).

Materiais

  • Um woofer (alto-falante para sons graves)
  • Um gerador de sinais com amplificador ou um tocador de CD com amplificador
  • Cabos
  • Balas de gelatina

Procedimentos

Usando os cabos, conecte o woofer ao gerador de sinais ou tocador de CD. Coloque algumas balas sobre o woofer e veja como elas “dançam”. A membrana do woofer representa o tímpano.

O ouvido médio: os ossículos

Materiais

  • Dois tamborins
  • Uma baqueta
  • Uma bola de ping-pong ou isopor presa a uma corda
  • Um tabuleiro
  • Um martelo ou outro instrumento similar feito de madeira
  • Uma tigela
  • Papel alumínio ou filme plástico
  • Grãos de arroz ou açúcar

 

Clique na imagem para
ampliar
Imagem cortesia de Nicola
Graf

Procedimentos

  1. Coloque a bola de ping-pong ou isopor (representando os ossículos) sobre um dos tamborins (T2, na imagem abaixo). Com uma baqueta, bata no outro tamborim (T1, a fonte do som) e veja a bola se mover conforme as ondas sonoras alcançam T2.
  2. Cubra a tigela com o papel alumínio ou o filme plástico e coloque por cima os grãos de arroz ou açúcar. Segure o tabuleiro próximo à tigela, bata nele com o martelo e veja o arroz ou açúcar (representando os ossículos) pularem.

O ouvido interno: a cóclea

Clique na imagem para
ampliar
Imagem cortesia de Nicola Graf

Existem nervos auditivos nas células ciliadas da cóclea. O som (ou seja, mudanças na pressão do ar) fazem com que elas se movam, o que dispara informações para serem transmitidas ao cérebro. Quanto mais alto o som, mais os cílios se movem. Sons muito altos podem até danificar as células ciliadas.

Um tubo de vidro é usado como modelo para uma cóclea sem curvas. O pó de cortiça ou talco dentro do tubo representa as células ciliadas.

Clique na imagem para
ampliar
Imagem cortesia de Werner
Stetzenbach

Materiais

  • Tubo de vidro
  • Pó de cortiça ou talco
  • Dois apoios para o tubo de vidro (ver imagem)
  • Um gerador de sinais
  • Um alto-falante
  • Cabos

Procedimentos

  1. Encha o fundo do tubo de vidro com pó de cortiça ou talco e coloque-o horizontalmente sobre os apoios.
  2. Usando os cabos, conecte o alto-falante ao gerador de sinais e posicione-o em frente a uma das aberturas do tubo de vidro.
  3. Ajuste a frequência do som (dependendo do comprimento do tubo) até que o tubo ressone (para qualquer comprimento, haverá várias frequências em que isso acontece), fazendo com que seja visível a vibração do pó. Isso representa o movimento das células ciliadas.

 

Montando um projeto similar com seus estudantes

Estudantes da escola secundária têm uma perspectiva diferente de professores e educadores, o que pode ser muito útil quando se lida com crianças pequenas, já que eles podem ser facilmente aceitados como irmãos ou irmãs mais velhos. Os alunos de escola secundária envolvidos em nosso projeto se beneficiaram muito da experiência: eles aprenderam a fazer apresentações, tornaram-se mais confiantes e melhoraram sua capacidade de organização – tudo isso sem a pressão de uma sala de aula normal. Além disso, eles conheceram de perto o trabalho de professores, educadores, cientistas e engenheiros.

A equipe deve ser constituída por quatro ou cinco alunos da escola secundária e um professor supervisor. Numa sessão inicial de “chuva de ideias”, deixe que os estudantes tragam suas próprias ideias; isso irá motivá-los a serem muito criativos. Eles podem achar útil consultar livros e sites de atividades educativas. Se você colocar cada aluno para trabalhar num tópico diferente, estudantes com diferentes habilidades podem se envolver. O professor deve moderar os encontros, fornecer o material para os experimentos e ajudar a montá-los.

Para inspirar diversão e curiosidade, os experimentos devem ser fáceis de montar e, de preferência, envolver vários sentidos de uma vez. Quando as crianças pequenas são capazes de experimentar por elas mesmas, elas frequentemente expressam e testam suas próprias ideias.

É importante contactar parceiros potenciais para o projeto (jardins de infância ou escolas primárias) logo no início. Enquanto jardins de infância tendem a ser abertos a muitos temas da ciência, os experimentos para escolas primárias podem precisar se encaixar nos tópicos abordados em seu currículo para as aulas de ciência, se aplicável.

Peça aos alunos de escola secundária que apresentem seus projetos uns para os outros, de modo que recebam sugestões de melhoria de toda a equipe. Lembre de testar os experimentos com crianças numa etapa preliminar, para estimar o tempo que cada atividade requer. Faça isso com um grupo de até sete crianças. Em nossa experiência, cada atividade leva de 25 a 60 minutos, embora não tenhamos definido um limite de tempo.

As atividades podem levar mais tempo que o esperado, já que, às vezes, as crianças pedem para repetir uma parte de que elas gostaram especialmente. Tenha em mente que crianças pequenas gostam de poder realizar pequenos experimentos em casa ou de participar de pequenas competições em que elas podem ganhar prêmios como balas de gelatina num balão de encher.
Especialmente quando estão realizando experimentos por conta própria, crianças da escola primária não têm problemas para se concentrar por até duas horas sem intervalo. Antes de reorganizar os grupos ou começar um novo experimento, distribua guloseimas ou bebidas para marcar o intervalo.

E, não se esqueça, se esta for uma experiência nova para todos os envolvidos, pode haver reservas de ambos os lados (o jardim de infância ou escola primária e a equipe da escola secundária). No entanto, se você discutir potenciais problemas durante a fase preparatória, eles ficarão fáceis de enfrentar.

 

References

  • THINK ING (2007) Physik in Kindergarten und Grundschule II. Köln, Germany: Deutscher Institutsverlag. ISBN: 9783602147816

Web References

  • w1 – Para aprender mais sobre o projeto alemão Physik in Kindergarten und Grundschule, acesse: www.think-ing.de/index.php?node=1218
  • w2 – Para mais informações sobre o Wilhelm-Erb-Gymnasium Winnweiler, acesse: www.weg-winnweiler.de
  • w3 – Para baixar os materiais em inglês, acesse: www.science-on-stage.de/index.php?p=3_15&l=en
  • w4 – A Tabela 1 pode ser baixada como um documento Wordt aqui.
  • w5 – Science on Stage reúne professores de ciências da Europa para compartilharem práticas de ensino de ciências. Originado em 2000 como Physics on Stage, o projeto foi ampliado em 2003 para cobrir todas as ciências. Science on Stage Germany organiza muitas atividades para professores dentro e fora da Alemanha e abriga o escritório de Science on Stage Europe. Para mais informações, acesse: www.science-on-stage.de

Resources

  • ‘Promenade ‘round the Cochlea’ é um site regularmente atualizado que oferece informações e sugestões de como ensinar sobre o sistema auditivo. Acesse: www.cochlea.org
  • A Universidade de Skidmore, Nova Iorque, Estados Unidos, oferece uma útil coleção de links para ensinar sobre ouvido e sistema auditivo: www.skidmore.edu/~hfoley/Perc9.htm#teach
  • Você pode ver uma animação legal sobre o fluxo das ondas sonoras pelo ouvido aqui: www.sensory-systems.ethz.ch/Lectures/Auditory/Auditory_Animations_1.htm
  • O site do Instituto Médico Howard Hughes oferece um relatório de pesquisas recentes sobre os nossos sentidos, incluindo os feixes trêmulos que nos permitem escutar e como localizar um rato pelo barulho. Acesse: www.hhmi.org/senses
  • O site Neuroscience for Kids (Neurociência para crianças) explica como funciona o sentido da audição e inclui alguns experimentos e materiais educativos: http://faculty.washington.edu/chudler/bigear.html
  • A seção ‘How the Body Works’ (Como o corpo funciona) do site About Kids Health (Trusted Answers from the Hospital for Sick Children) tem uma explicação sobre o ouvido, incluindo um diagrama interativo do sistema auditivo. Acesse: www.aboutkidshealth.ca ou use o link direto http://tinyurl.com/yzzt5bv
  • A página da organização de pesquisa em educação norte-americana SEDL oferece planos de aula on-line sobre os cinco sentidos. Acesse: www.sedl.org/scimath/pasopartners

Author(s)

Werner Stetzenbach é graduado em física e, nos últimos 33 anos, tem ensinado física em escolas secundárias. No Wilhelm Erb Gymnasium, ele é diretor de estudos e especialista em questões didáticas. Ele é integrante do grupo de trabalho ‘Physics in kindergarten and primary school’ (Física no jardim de infância e escola primária) de Science on Stage Germanyw5 e já organizou mais de 25 cursos de treinamento para educadores e professores de escola primária. Ele também organizou mais de 50 workshops e cursos de treinamento para professores de física da escola secundária sobre o tema ‘Física na vida cotidiana: experimentos interativos de baixo custo e alta tecnologia’.

Gabriele Stetzenbach é médica assistente. Sua função no projeto foi assegurar que os experimentos eram apropriados para o público-alvo e ajudar os alunos de escola secundária em suas atividades práticas. Ela também coordenou o levantamento de feedback do projeto e foi fundamental para que o projeto se expandisse por todo o país.

Review

Esta é uma maneira inovadora e estimulante de introduzir a ciência para crianças pequenas. Os experimentos são simples, porém eficazes o suficiente para explicar como o ouvido funciona. Num tempo em que o uso de fones de ouvido está crescendo, é possível usar o projeto para destacar como o ouvido pode ser facilmente danificado e o que acontece nesses casos.

O artigo pode ser usado para dois públicos distintos: o primeiro são os professores de jardim de infância e escolas primárias. Eles podem usar os experimentos detalhados neste artigo e as atividades adicionais desenvolvidas pelo projeto (disponíveis on-line) em suas salas de aula. Alguns professores podem achar difícil fazer isso porque não tem a formação em ciências necessária; esse problema pode ser resolvido com uma preparação prévia, a ajuda de um especialista em ciências ou a assistência de alunos de escola secundária preparados para isso, como no projeto descrito pelo artigo. Há também sugestões de leitura na seção ‘Recursos’.

Para professores de escolas secundárias, o artigo oferece detalhes de como montar um projeto similar com seus alunos. Se os alunos secundários forem envolvidos, um projeto deste tipo pode ser muito motivador para eles e ajudá-los a se tornarem adultos mais responsáveis.

Os experimentos são ideais para a ciência do jardim de infância e escola primária, mas podem também ser usados em projetos de ciência integrada/coordenada. Eles são úteis para aulas de biologia, pois ensinam sobre o ouvido e a audição, e para aulas de física, pois ensinam sobre a transmissão do som, mostrando o ouvido como uma aplicação real da transmissão do som ou falando sobre a limpeza com ultrassom (que varrem partículas de sujeira em vez de balas de gelatina).

Paul Xuereb, Malta

License

CC-BY-NC-SA