Menu
Pesquisa
Português
  • English
  • 简体中文
Visite-nosInscreva-se
  • English
  • 简体中文

Ciências integradas na Avenues — Part III: colocando nossos princípios em prática

Por Mike Maccarone, Global Academic Dean for Science na Avenues: The World School

Nas partes I e II desta série, descrevi como reformulamos a estrutura curricular de Ciências no Ensino Médio da Avenues de acordo com tendências gerais do pensamento científico no início do século 21. Nossa abordagem, que dilui as fronteiras tradicionais entre as disciplinas de Biologia, Química e Física, incentiva os estudantes a explorarem as grandes questões da ciência por meio de uma aprendizagem baseada em projetos abrangente e interativa. Nesta semana, falarei sobre os benefícios dessa abordagem ao descrever um projeto bemsucedido realizado pelos nossos alunos do 9th Grade como parte da investigação de ondas e da comunicação.

Em janeiro de 2015, os estudantes de Ciências do 9th Grade começaram o segundo semestre na unidade que aborda comunicação e ondas. A premissa dessa unidade é explorar os mecanismos internos e externos do dispositivo mais importante na vida de muitos estudantes: o celular. Começamos com o estudo das ondas e o movimento ondulatório ao usar como modelo uma caixa de som comum. Os estudantes reduziram a frequência das caixas de som o suficiente para que fosse possível observar o movimento físico (um ciclo oscilatório chamado movimento harmônico simples) e, em seguida, modelaram-no por conta própria usando um detector de movimento. Os alunos imitaram as propriedades das ondas sonoras, viajando em um movimento de vai e vem pelo corredor em várias velocidades, e usaram um programa chamado Graphical Analysis em iPads para demarcar a posição em que estavam de acordo com o tempo. O resultado, como esperado, foi o formato que geralmente imaginamos de uma onda (para ser mais preciso, uma onda sinusoidal).

A próxima etapa era a observação das ondas sonoras reais. Os alunos usaram o Audacity, um programa de edição de áudio gratuito, para gravar sons interessantes do ambiente escolar. Analisamos essas imagens com formato ondular de muitos sons, desde instrumentos musicais e vozes de estudantes até a mistura de ruídos provenientes dos corredores entre as salas de aula. Com uma imagem clara dessas ondas sonoras, os alunos puderam observar o que torna o som de um piano diferente do de uma guitarra, mesmo quando são tocados no mesmo tom. Essas ondas carregam informações complexas e compreensíveis, além de serem observáveis e visualmente surpreendentes. Os estudantes ficaram animados com as descobertas.

Img

Com o uso do Audacity, os alunos observaram imagens com formato ondular de muitos sons.

Mudando o foco de um ambiente físico para meios de comunicação mais modernos, os estudantes voltaram a atenção para a eletrônica. Eles construíram pequenos circuitos em placas de ensaio (e, nesse processo, aprenderam sobre alguns dos principais elementos e propriedades de um circuito) e adicionaram um microfone simples ao dispositivo. Ao conectar um amplificador Radio Shack simples a fones de ouvido, os estudantes conseguiram enviar sinais sonoros um para o outro por meio dos circuitos. Eles usaram aplicativos do iPad para observar a alteração da corrente no circuito conforme enviavam os sinais e compararam esses dados aos sinais de áudio do Audacity. Os resultados foram conclusivos: essas ondas tinham o mesmo formato, mas a corrente sempre parecia estar se movimentando para a frente. Conforme a observação dos estudantes, a onda é originada por essa taxa de fluxo, e não pelo movimento oscilatório da corrente.

Img

Os estudantes construíram pequenos circuitos em placas de ensaio e adicionaram um microfone simples ao dispositivo.

Como uma onda sonora se transforma em uma onda elétrica? O microfone e as propriedades misteriosas dele se tornaram nosso próximo alvo. Os alunos usaram solenoides (bobinas de fio de cobre) e ímãs simples para investigar o fenômeno da indução eletromagnética. Ao aplicar uma corrente direta e alternada às bobinas e testar a reação de ímãs e bússolas pequenos, os estudantes descobriram a singularidade da relação entre a corrente e o campo magnético. Eles construíram um alto-falante simples usando essas bobinas, um pequeno ímã e alguns pedaços de papel ou plástico. Descobriram que ímãs mais fortes posicionados ao redor e dentro das bobinas (o que altera o campo magnético) induziam uma corrente no fio de cobre. Os alunos criaram um modelo e avaliaram o comportamento dos altofalantes e microfones com equipamentos simples de laboratório. Em seguida, aplicaram esse conhecimento ao modelo sonoro. Nesse momento, puderam transmitir o som a distâncias maiores ao usar dois desses solenoides como transmissor e receptor. Isso nos conduziu a uma linha de raciocínio interessante no estudo do espectro eletromagnético.

Img

Com o conhecimento de que as ondas eletromagnéticas assumem várias formas (de rádio, infravermelha e luz visível para o propósito do nosso trabalho), os estudantes aceitaram um novo desafio. Como seria possível transmitir sinais de microfones a distâncias ainda maiores? Os alunos usaram fios em bobinas, lâmpadas de LED e fotorreceptores para construir transmissores de sinais. No entanto, eles se depararam com um problema comum no setor de comunicação. Esses dispositivos funcionavam apenas a distâncias bem curtas. Eles tiveram um resultado muito melhor ao enviar um sinal mais simples. Foi muito mais fácil identificar quando o sinal estava ligado ou desligado do que avaliar o formato da onda em si. O sistema de mensagens ligado/desligado tem vantagens. O sistema binário pelo qual todos os nossos dispositivos se comunicam tem como base propriedades semelhantes. Essa foi a última peça do quebra-cabeça.

Depois de um rápido estudo dos sinais digitais e da codificação binária, os estudantes conseguiram projetar um sistema para enviar e receber mensagens aos colegas do outro lado da sala. Eles conseguiram enviar mensagens de texto e até mesmo imagens ao codificar números, letras e pixels em padrões simples correspondentes a “ligado” e “desligado”. A última tarefa era enviar e receber uma mensagem de texto e explicar como o sinal era transmitido em cada etapa desse “celular” primitivo.

Nas seis semanas de estudo, os alunos passaram por uma jornada que abrangeu o som e as ondas de luz, os circuitos AC e DC, a indução eletromagnética e os sinais analógicos e digitais. Ficamos impressionados com a coragem, a determinação e a destreza no planejamento desenvolvido pelos estudantes. Estamos certos de que eles ficaram aliviados ao retornar aos próprios iPhones ao fim da unidade.

Esperamos que esse exercício tenha sido tão empolgante para nossos alunos do 9th Grade quanto foi para os professores. Algumas vezes, eles percorreram caminhos que ultrapassaram as expectativas e enfrentaram o desafio de frente. Todos os professores gostariam que os alunos levassem as lições aprendidas em sala de aula para toda a vida. Estamos convictos de que esses estudantes levarão consigo um apreço pela ciência envolvida nesses incríveis dispositivos de comunicação, e não ficarão apenas imaginando, como provavelmente muitos colegas o fazem, como essa maravilha da tecnologia funciona.

Esta é a terceira parte de uma série de três artigos sobre Ciências Integradas na Avenues. Volte para a primeira e a segunda partes.

SAIBA MAIS

Encontre seu futuro na Avenues: faça parte de uma equipe que está redefinindo a educação ao redor do mundo.

Explore as mais recentes descobertas sobre educação global nos nossos câmpus em três continentes.

Veja nosso diretório de contatos, incluindo o escritório central da Avenues e nossos câmpus globais.

Voltar ao topo

Escritório central

Saiba mais