Usando a ciência de ponta no curriculo: controlando o peso corporal Teach article

Traduzido por Artur Melo. Friedlinde Krotscheck descreve como usou um artigo de ciência de ponta do Science in School como base para uma unidade de ensino sobre o corpo humano.

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Para os adolescentes, as aulas podem não ser muitos importantes. Muitos alunos estão mais interessados na sua aparência, nos seus companheiros e em passar um bom bocado fora da escola; são, também, bastante sensíveis às opiniões dos seus pares. Após ter feito a revisão de um artigo, para a Science in School, sobre uma potencial nova terapia hormonal para a obesidade (Wynne & Bloom, 2007), pensei se poderia usar o artigo e as preocupações dos adolescentes para conseguir que os meus alunos de 10º ano (15-16 anos de idade) se envolvessem mais nas aulas de biologia.

O primeiro semestre do 10º ano é dedicado ao ‘corpo humano’; é a primeira e única vez que os alunos abordam o assunto com profundidade. Durante três meses, dediquei todas as 24 aulas de biologia (45 minutos cada) ao sub-tópico ‘homeostasia e o corpo humano’, centralizadas no artigo da Science in School, complementado com pequenos vídeos de aulas da The Science of Fat (Evans & Friedman, 2004).

Comecei por questionar os meus alunos se gostariam de tentar uma abordagem diferente, baseada num dossier que tinha preparado com fichas de trabalho e tabelas. Os alunos iriam trabalhar sózinhos e em grupos para desenvolver os seus próprios portfólios de informação (registos, diagramas e ensaios), apresentar os seus resultados aos colegas e participar em debates na aula. Os alunos reagiram entusiasticamente à ideia.

Friedlinde Krotscheck
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Krotscheck

Durante os três meses seguintes, o entusiasmo dos alunos, tanto pelo assunto como pelo método de ensino, manteve-se. Estavam motivados para estudar os sistemas de órgãos, compreender o conceito de homeostasia e analisar criticamente os seus próprios estilos de vida. Fiquei impressionada como trabalharam afincadamente nos porfólios – mesmo fora das aulas – e com a ânsia de aprender mais sobre os aspectos científicos envolvidos, influenciar a orientação da unidade de ensino, ensinarem-se mutuamente e discutir os aspectos éticos envolvidos.

Como é evidente, ao apresentar o tema obesidade, deve haver a preocupação de lidar de forma sensível com os alunos com excesso de peso ou obesos da turma. Como a unidade de ensino foi iniciada com uma introdução bastante longa sobre homeostasia e metabolismo, os alunos estavam bastante calmos no momento em que foi discutido o índice de massa corporal – e é claro que os dados de cada aluno não foram tornados públicos.

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Após termos iniciado o debate da obesidade e do artigo de investigação, os meus dois alunos com excesso de peso ficaram entusiamados, percebendo que a sua situação não era necessariamente culpa deles – e começaram a relatar os seus hábitos alimentares de forma desinibida na aula. Outros alunos falaram abertamente sobre os seus problemas de peso, incluindo a anorexia e a bulimia.

Seguem-se orientações para utilizar a unidade de ensino. Usei-a para introduzir (com a concordância dos alunos) uma abordagem diferente a aulas de biologia, semelhante à forma como trabalham os cientistas. Também permitiu aos meus alunos perceber que o conhecimento factual básico é importante para compreender investigação de ponta.

Se não puder utilizar tanto tempo com este tópico, poderá limitar-se a pequenas partes do projecto, ou a fichas de trabalho individuais.

1) A vida diária de um aluno

O balanço energético. Clique
na imagem para ampliar

Imagem cortesia de Katie
Wynne

Comece a primeira aula com a questão simples “Como se encontram?”. A discussão das respostas dos alunos e agrupá-las em respostas delicadas e em reflexões honestas do seu estado emocional no momento (p.ex. triste, alegre, cansado, aborrecido), deve permitir chegar a factores que influenciaram as respostas, por exemplo:

  • Se gostam da escola
  • Se estão com fome ou com sede
  • Quanta comida, e de que tipo, ingeriram
  • Quanto tempo dormiram.

A partir daqui, oriente o debate para o metabolismo humano e um dos diagramas (o balanço energético, à esquerda) de Wynne & Bloom (2007). Como trabalho de casa, os alunos devem completar o Quadro 1, todos os dias durante uma semana, listando o que comem e que exercício físico fazem. Todos os quadros e fichas de trabalho necessários para a unidade pode ser descarregados do website da Science in Schoolw1.

Quadro 1: Ingestão de alimentos e gasto de energia. Diariamente registe o que come, a quantidade que come, que tipo de actividade física tem e durante quanto tempo.

  Ingestão de alimentos Gasto de energia
Dia Descrição dos alimentos ml ou g Actividade Tempo Distância
           
           

2) Os sistemas de órgãos

Para abordar o tema metabolismo, os alunos precisam compreender os sistemas de órgãos do corpo e como funcionam em conjunto para manter a homeostasia. Durante toda a unidade, os alunos devem coleccionar informações num portefólio sobre as várias funções dos sistemas de órgãos, trabalhando quer em grupos quer individualmente, na aula ou em casa. É importante que o professor participe apenas como fornecedor dos materiais (livros, websites, modelos, diagramas e outra informação sobre os vários sistemas de órgãos); os alunos devem recolher os factos sozinhos. Dei aos meus alunos poucas orientações sobre que factos recolher – dando apoio, principalmente, aos alunos mais fracos. Outros professores podem preferir fornecer apoio mais estruturado.

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Cada grupo de alunos pode concentrar-se num sistema de órgãos e fazer uma apresentação de 15 minutos, entregando aos outros grupos um questionário para completar.

Após terem recolhido informações sobre todos os sistemas de órgãos, os alunos devem usar a Ficha de Trabalho 1 para:

  1. Descrever as funções de cada sistema e denominar os órgãos que o constitui.
  2. Usar setas e legendas para descrever a influência que os sistemas de órgãos exercem uns sobre os outros.

Usei 12 aulas na primeira das duas partes da unidade de ensino, ficando os alunos, no final, com um conhecimento básico sobre os sistemas de órgãos, como dependem uns dos outros e o que é a homeostasia. A única aula que dei foi sobre o sistema nervoso central; todos os outros tópicos foram da responsabilidade dos alunos.

3) Uma avaliação da ingestão de alimentos e actividade física

Tendo em conta os registos no Quadro 1, os alunos devem enunciar uma hipótese sobre o seu próprio balanço energético (p.ex. perda de peso ou aumento de peso). Devem depois ter em conta como os seus resultados podem ser comparados quantitativamente com os dos seus colegas de turma – e chegar à ideia da utilização do índice de massa corporal (IMC).

BMI = massa corporal (kg)
              (altura (m))2

Usando a equação ou uma calculadora de IMC onlinew2, cada aluno deve calcular o seu próprio IMC. A primeira aula do curso de férias da The Science of Fat (‘Deconstructing obesity’ by Jeffrey M Friedman) pode ser utilizada para introduzir algumas das limitações do IMC, em especial que não se aplica com o mesmo rigor a toda as pessoas.

Em seguida, usando o Quadro 2 e os dados do Quadro 1, cada aluno deve calcular o seu balanço energético diário e médio semanal, para verificar em que direcção o seu balanço energético aponta. Para isso, os alunos irão precisar da orientação do professor para converter os dados do Quadro 1 em quilojoules. Existem também muitos websites que executam os cálculos ou fornecem a informação necessáriaw3.

Quadro 2: Balanço entre ingestão de alimentos e gasto de energia
Ingestão de alimentos menos gasto de energia
Dia + kJ (ingestão de alimentos) – kJ (gasto de energia) Balanço energético
       
       
Ficha de Trabalho 1:
Homeostasia corporal. O
corpo humano é um conjunto
de sistemas de órgãos; cada
sistema tem características
próprias, mas todos os
sistemas trabalham em
conjunto,trocando
constantemente informações
e ajustando entradas e saídas
para obedecer às
necessidades de cada
situação. Esta cooperação e
comunicação tem como
resultado a homeostasia.
Clique na imagem para
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Imagem cortesia de Friedlinde
Krotscheck

O balanço energético calculado irá variar de aluno para aluno – e pode ser diferente da hipótese proposta no início desta secção. No diagrama ‘balanço energético’ (ver acima), acrescente o balanço energético (em kJ) de cada aluno e discuta os resultados. Os alunos perceberão que o gasto de energia total pode ser separado em energia que o corpo gasta em processos metabólicos, quando em repouso (a nossa taxa metabólica basal), e energia usada durante a actividade diária. No entanto, o Quadro 2 apenas inclui o gasto de energia das actividades – e o metabolismo basal será diferente de aluno para aluno.

O nosso consumo energético metabólico pode ser estimado, com base na nossa altura, peso, sexo e idadew4, w5. Os alunos podem estimar a sua taxa metabólica basal e inclui-la no cálculo do seu balanço energético no Quadro 2. Como é que isto modifica a posição dos alunos no diagrama ‘balanço energético (ver acima)?

Ficha de Trabalho 2: a célula
como a mais pequena
unidade com vida. Clique na
imagem para ampliar

Imagem cortesia de Friedlinde
Krotscheck

Neste ponto, o metabolismo a nível celular pode ser introduzido através da Ficha de Trabalho 2. Os alunos devem usar o seu livro de estudo para responder às questões seguintes, estabelecendo a relação entre o nosso balanço energético e as actividades das células, tecidos e órgãos.

  1. Liste as estruturas celulares e organelos envolvidos em cada uma das funções do diagrama.
  2. Na Ficha de Trabalho 2, use setas para mostrar a interdependência destas funções.

  3. Compare o que sabe sobre as funções da célula com a homeostasia do corpo humano. Descreva as equivalências que encontrar.

Entre os meus alunos, isto originou um debate sobre o facto de o nosso fenótipo – por exemplo, se somos altos ou se somos gordos – ser afectado pela forma como as células dos nossos órgãos funcionam. Por vezes estas células estão presentes mas não funcionam correctamente. Os meus alunos concluiram que a homeostasia ocorre a todos os níveis – entre células e entre órgãos – e que a homeostasia (equilíbrio) é necessária para um corpo saudável.

4) Introduzindo o artigo da Science in School

Mesmo que a variação no consumo energético metabólico seja tida em conta, nem todos os alunos terão um balanço energético próximo de 0; pelo contrário, alguns deles consomem claramente mais (ou menos) energia do que gastam. Porquê? O debate deve levar ao conceito de saciedade: a sensação de ter comido o suficiente.

Oxintomodulina induz a
saciedade. Clique na imagem
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Imagem cortesia de Katie
Wynne

Introduza o segundo diagrama (à direita) de Wynne & Bloom (2007) – mas sem legendasw1. Descreva a investigação relatada no artigo e explique a sinalização envolvida no apetite, no acto de comer e na saciedade. Em especial, o papel das células L pode ser investigado e discutido, melhorando o conhecimento dos alunos sobre funções celulares no contexto dos nossos sistemas de órgãos.

Os alunos devem legendar o diagrama correctamente.

Como os alunos estão agora familiarizados com o conceito de IMC e a definição de obesidade, leve-os a discutir em pequenos grupos os problemas da obesidade e da necessidade de ajuda, tendo a Ficha de Trabalho 3w1 como suportew1.

Peça aos alunos para imaginarem que eram obesos e coloque as seguintes questões:

  1. Quais das desvantagens associadas à obesidade (ver Ficha de Trabalho 3) gostaria de tratar em primeiro lugar?
  2. Como o faria?
  3. Pediria ajuda? Se sim, de quem?
  4. Faça uma lista de pequenos passos para atingir o seu objectivo.
  5. Como se relacionam as desvantagens da obesidade entre si? A que poderiam conduzir estas desvantagens?
  6. Acha que a obesidade poderia acontecer-lhe a si? Explique a sua opinião.

A discussão deverá levar os alunos à conclusão que a obesidade é um sinal de perturbação da homeostasia, quando algumas pessoas não reconhecem a saciedade, porque as suas células L podem não estar a funcionar correctamente. O tratamento com oxintomodulina permite induzir a perda de peso através da correcção do balanço energético do corpo, permitindo que um peso saudável possa ser mantido.

Ficha de Trabalho 3: Uma
pessoa obesa. Clique na
imagem para ampliar

Imagem cortesia de Friedlinde
Krotscheck

5) Visão geral do tratamento

Antes que a oxintomodulina possa ser usada, em larga escala, no tratamento da obesidade, são necessários mais estudos. A partir de Wynne & Bloom (2007), utilize a caixa informativa sobre teste clínicos a medicamentos (abaixo), para mostrar que antes dos medicamentos serem licenciados, passam por várias fases de teste, para identificar e minimizar efeitos secundários.

As questões seguintes poderão surgir ou ser colocadas:

  1. Que efeito tem a oxintomodulina injectada nos receptores que se encontram no cérebro?
  2. Que efeito teve a oxintomodulina nos voluntários envolvidos no estudo, além de desencadear a saciedade?
  3. Poderia a hormona injectada perturbar a produção de oxintomodulina pelo organismo (inibição induzida pelo substrato)? Formule uma hipótese.

Concluindo o tópico

Peça aos alunos para redigir um pequeno texto – uma história criativa ou uma abordagem factual – sobre o impacte possível da utilização da oxintomodulina no tratamento da obesidade.

Finalmente, os alunos poderiam discutir se este tipo de investigação deve ser financiada. Porquê? Porque não? Com os meus alunos, ocorreu um debate animado, incluindo o ponto de que muito mais pessoas morrem de fome no mundo, do que com problemas relacionados com a obesidade.

No final da unidade, os alunos devem compreender que os nossos sistemas de órgãos dependem uns dos outros e se influenciam mutuamente, e que se um parâmetro for alterado, ocorrerá uma sequência de alterações algures no sistema. Isto é verdade para qualquer perturbação da homeostasia corporal, seja o excesso de comida, a fome ou mesmo o abuso de drogas.

 

Testes clínicos de medicamentos

Os novos medicamentos precisam de passar por uma série de testes, chamadas fases, para verificar se são eficazes e seguros.

FASE I: Teste inicial, normalmente num pequeno número de voluntários saudáveis, para determinar uma dose segura e detectar potenciais efeitos secundários.

FASE II: Maiores grupos experimentais de voluntários (até 100) que apresentam a doença, para determinar a eficácia a curto prazo e o nível de segurança. Ambos os estudos descritos neste artigo foram testes de Fase II.

FASE III: Grandes grupos de voluntários para teste do medicamento (até vários milhares), com a doença, durante um período de um ano ou mais, para comparar o tratamento com terapias já existentes ou um placebo.

FASE IV: Teste do medicamento normalmente realizado após o licenciamento do tratamento, para determinar a eficácia do tratamento quando é usado em larga escala e para investigar riscos e benefícios a longo prazo.

Este processo é essencial para garantir que o benefício do tratamento é superior a quaisquer eventuais efeitos secundários, mas implica que podem passar vários anos até que o medicamento chegue ao público.

Fase
Quadro 3: Potenciais medicamentos contra a obesidade à entrada de cada uma das fases de testes clínicos em 1994-2007. Apesar de muitos potenciais medicamentos serem investigados, poucos chegam ao mercado: apenas dois estão actualmente licenciados nos EUAA.
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Número 124 259 169 55

Nota do editor

Se já usou algum dos nosso artigos nas suas aulas, por favor conte-nos como. Contacto: editor@scienceinschool.org

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References

  • Evans RM, Friedman JM (2004) Howard Hughes Medical Institute holiday lectures: The Science of Fat.
    • Nestas aulas para o ensino secundário, cientistas de topo discutem como o corpo regula o peso, através do controle cuidadoso do armazenamento e consumo de gordura – e como um melhor conhecimento destes sistemas metabólicos complexos pode conduzir os investigadores a tratamentos que refreiam a obesidade e melhoram a saúde pública.
    • Lição 1: Deconstructing obesity, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Lição 2: Understanding fat: syndrome x and beyond, by Ronald M Evans, PhD
    • Lição 3: Balancing the fat equation, by Ronald M Evans, PhD
    • Lição 4: Exploring obesity: from the depths of the brain to the far Pacific, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Estas e todas as outras aulas dos cursos de férias do ‘Howard Hughes Medical Institute’ podem ser visualizadas online ou solicitadas gratuitamente em DVD. A transcrição das aulas está disponível para ‘download’. Ver www.hhmi.org/biointeractive/obesity
    • Para saber mais sobre os cursos de férias do ‘Howard Hughes Medical Institute’, ver os seguintes artigos:
    • Hadjimarcou M (2006) Review of Learning from Patients: the Science of Medicine. Science in School 2: 83. www.scienceinschool.org/2006/issue2/patients
    • Hadjimarcou M (2007) Review of Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time and Evolution: Constant Change and Common Threads. Science in School 7: 66-67. www.scienceinschool.org/2007/issue7/clockwork
    • Hadjimarcou M (2009) Review of Potent Biology: Stem Cells, Cloning, and Regeneration. Science in School 11: 92. www.scienceinschool.org/2009/issue11/potentbiology
  • Wynne K, Bloom S (2007) Oxyntomodulin: a new therapy for obesity? Science in School 6: 25-29. www.scienceinschool.org/2007/issue6/oxyntomodulin

Web References

Resources

Author(s)

Friedlinde Krotscheck deu aulas durante 25 anos. Após ter a qualificação para ensinar, deu aulas de biologia e de desporto em escolas secundárias, em Hamburgo e Heidelberg, Alemanha. Em 1988, mudou-se com a família para o Texas, EUA, onde ensinou ciência durante seis anos, e organizou o dia anual da ciência e da matemática na escola. Após cursos de verão sobre biotecnologia e tecnologia genética, tornou-se embaixadora da biotecnologia, ensinando estes assuntos a professores do ensino secundário dos EUA.

Regressando à sua antiga escola em Heidelberg (a Internationale Gesamtschule) em 1995, Friedlinde envolveu-se com as actividades de ensino no European Molecular Biology Laboratoryw6, fazendo visitas ao laboratório com os seus alunos e participando em cursos de formação de profesores. Estes realçaram a importância da ciência ‘real’ no ensino da ciência – planeando e executando experiencias e compreendendo o processo de descoberta científica.

Desde que se deslocou para a Áustria, após a sua aposentação em 2008, Friedlinde continuou a fazer a revisão de artigos e recursos para a Science in School, e a presidir à ‘Science on Stage Austria’w7.


Review

Quando os alunos são activamente envolvidos nas suas aulas, aprendem e gostam sempre mais. Este artigo mostra como isto pode ser conseguido, através de um artigo de ciência de ponta da Science in School, que pode ser utilizado para abranger um tema inteiro do curriculo.

O trabalho está relacionado, e irá desafiar muitos alunos, com matemática, biologia e debates sobre saúde e bem-estar. Os alunos devem sentir-se confortáveis na sala de aula antes de iniciarem o debate de ‘problemas de peso’ e talvez seja boa ideia referir que assuntos pessoais são confidenciais e não devem ser comentados fora da sala.

O tema dos medicamentos no controle do peso e promoção da perda de peso é um tópico interessante e podia ser alargado para incluir produtos naturais e produtos de venda livre. Os alunos podiam debater aspectos sociais, comerciais e éticos relacionados com os produtos para a perda de peso e sua promoção. Deve constituir uma forma interessante e divertida de estudar um tópico, tornando-o relevante para a vida pessoal dos alunos.


Shelley Goodman, Reino Unido



License

CC-BY-NC-SA