CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

O PITCHUKO CHARMOSO Ciências Naturais | 9.º ano Guião do professor

Autores Bento Cavadas1,2 Xana Sá Pinto3,4 Nelson Mestrinho1 Sara Aboim3 José Luís Coelho da Silva5 Nuno Ribeiro6 Artista gráfico André Gomes 1

Instituto Politécnico de Santarém | Escola Superior de Educação |Departamento de Ciências Matemáticas e Naturais 2

Centro de Estudos Interdisciplinares em Educação e Desenvolvimento da Universidade Lusófona 3

4

5 6

Politécnico do Porto: Escola Superior de Educação

Centro de Investigação em Didática e Tecnologia na Formação de Formadores, Universidade de Aveiro.

Universidade do Minho | Instituto de Educação | Centro de Investigação em Educação

Instituto de Investigação e Inovação em Saúde da Universidade do Porto

1

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Índice 1

Introdução...........................................................................................................................................3

2

Enquadramento científico....................................................................................................................4

3

Enquadramento didático....................................................................................................................12

3.1 Objetivos de aprendizagem...............................................................................................................12 3.2 O que é o Pitchuko?...........................................................................................................................13 3.3 Observações para o professor............................................................................................................15 4

Proposta de soluções.........................................................................................................................16

4.1 Tarefa 1. Aprendendo sobre genética................................................................................................16 Tarefa 1.1. Representação das características (fenótipo) do pai e da mãe do Pitchuko.............................16 Tarefa 1.2. Genética mendeliana em ação: A criação da 1.ª geração (F1)..................................................17 Tarefa 1.3. Caracteres heterossómicos no Pitchuko...................................................................................21 4.2 Tarefa 2. Aprendendo sobre evolução e genética..............................................................................22 Tarefa 2.1. Seleção sexual: O Pitchuko charmoso......................................................................................22 4.3 Tarefa 3. Os caracteres poligénicos....................................................................................................23 5

Referências bibliográficas...................................................................................................................24

Anexo 1. Caracteres, localização cromossómica dos genes, alelos, características dominantes e recessivas, genótipos e fenótipos possíveis do Pitchuko...........................................................................28 Anexo 2. Genótipo da família A.................................................................................................................29 Anexo 3. Papéis de aprendizagem cooperativa..........................................................................................30 Anexo 4. Níveis de desenvolvimento do relacionamento interpessoal......................................................31 Ficha Técnica..............................................................................................................................................33

2

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

1 Introdução A capacidade de os professores orientarem os alunos na aprendizagem das explicações científicas é considerada como uma das maiores competências do processo de ensino e como parte essencial do perfil do professor de ciências (Figueiroa, 2016). Neste sentido, os professores devem dar destaque ao processo de construção de ciência em vez da mera apresentação de conteúdos científicos porque considera-se que os alunos conseguem construir conhecimentos científicos com maior autonomia quando percebem esse processo, em detrimento da simples memorização (Dias, 2004). Por essa razão, uma forma de melhorar a formação científica dos alunos é através da dinamização de pequenas investigações desde os primeiros anos de escolaridade, devido à multiplicidade de atitudes investigativas que contemplam (Figueiroa, 2012). Esta perspetiva é reforçada por Afonso (2008) quando refere que “as experiências de aprendizagem deverão permitir aos alunos compreender a natureza da ciência em si, do inquérito científico e do seu papel central na ciência e saber como usar as capacidades e processos de inquérito científico” (p. 28).

O inquiry (atividades investigativas) está na base da aprendizagem, na medida em que a aprendizagem parte da identificação de uma área desconhecida e visa a procura do conhecimento em falta, novas ideias ou hipóteses (Hutchings, 2007). É um processo centrado no aluno, promotor do pensamento crítico, reflexão, autoavaliação, cooperação, autonomia e da literacia científica (Hutchings, 2007), que concebe a aprendizagem através do questionamento. O potencial educativo das atividades investigativas assenta numa “metodologia vantajosa e impulsionadora do desenvolvimento nos alunos de um raciocínio científico e de pensamento crítico através do recurso a investigações simples que os auxiliarão a saber, a planear e a compreender a natureza da ciência” (Vasconcelos & Almeida, 2012, p. 123).

Por outro lado, a importância da articulação disciplinar é reforçada quando se assume que as experiências de aprendizagem proporcionadas pelos professores devem incluir proposta de trabalho interdisciplinares. Nesse enquadramento, propomos-lhe a realização de uma atividade investigativa que visa a articulação interdisciplinar entre as Ciências Naturais e a Matemática do 3.º ciclo e que promove o desenvolvimento de competências nas seguintes áreas de competências do Perfil do Aluno à Saída da Escolaridade Obrigatória (Martins, 2017): ● Linguagens e textos, através do uso de vocabulário próprio das ciências e da matemática, pelos alunos; ● Informação e comunicação, porque irão pesquisar, selecionar e partilhar informação; ● Raciocínio e resolução de problemas, na medida em que irão interpretar informação, planear e conduzir pesquisas e desenvolver processos conducentes à resolução de problemas e à construção de conhecimento usando recursos diversificados; ● Pensamento crítico e pensamento criativo, porque terão oportunidade de, partindo da observação de fenómenos relativos à hereditariedade e da mobilização de conhecimentos de diversos tipos, conduzir experiências, analisar e criticar a informação obtida. Os alunos irão criar modelos para solucionar problemas que lhes são colocados relativos à hereditariedade e no contexto do processo evolutivo; ● Relacionamento interpessoal, porque vão trabalhar em grupo e cooperar no sentido de resolver as situações problemas que lhe são colocados. ● Saber científico, técnico e tecnológico, no sentido em que vão compreender processos e fenómenos científicos e ter a oportunidade de manipular e manusear materiais e instrumentos diversificados.

3

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Durante a concretização das tarefas propostas neste documento, os alunos deverão trabalhar frequentemente de forma cooperativa. Um grupo é funcional quando conclui atempadamente as tarefas, trabalha de forma ativa para promover a construção e manutenção do grupo enquanto um todo, e contribui para o desenvolvimento pessoal/profissional de cada um dos seus elementos (revisto em Salazar et al., 2011 e Fernandes & Coelho da Silva, 2016). A nível individual, exige o desenvolvimento de diferentes competências sociais que Hesse et al. (2015) identificam e avaliam. Implica também que os alunos conheçam e apliquem estratégias que lhes permitam operacionalizar o funcionamento dos grupos, nomeadamente, através do reconhecimento e desempenho de papéis diferenciados, identificados como essenciais para o sucesso de um grupo (revisto em Salazar et al., 2011).

A exploração das competências de trabalho cooperativo implica a planificação de tarefas explicitamente orientadas para a cooperação entre os alunos, fornecendo-lhes informação sobre os objetivos de aprendizagem relativos às competências a desenvolver, como o fazer e instrumentos que lhes permitam avaliar o desenvolvimento das mesmas (revisto em Johnson & Jonhson, s.d.). Durante a aula, o docente deverá monitorizar o desenvolvimento dos trabalhos, ajudando os alunos a identificar e ultrapassar os problemas que afetam a performance do grupo (revisto em Johnson & Jonhson, s.d.). Sugere-se, ainda, que sejam reservados espaços de tempo de aula para que os alunos possam fazer a sua avaliação, discutir a forma de funcionamento do grupo e planificar atividades para melhorar o seu desempenho individual e coletivo.

Durante as tarefas propostas no guião do aluno, procurámos criar situações que permitam desenvolver este trabalho em pequeno grupo ou grande grupo. Para tal sugerimos que os alunos conheçam, reflitam, discutam e avaliem as suas competências de trabalho cooperativo, usando a tabela, adaptada de Hesse et al. (2015) e incluída no anexo 4. Com base nestas avaliações, os alunos poderão identificar as competências que têm mais desenvolvidas e aquelas que necessitam de ser mais trabalhadas, sendolhes fornecidas pistas sobre o que deverão fazer. Para algumas tarefas propomos ainda que, dentro de cada grupo, os alunos desempenhem papéis diferenciados (Salazar et al., 2011) e discutam sobre o desempenho do grupo e a forma de melhorar a sua prestação.

Para a consecução destas tarefas, sugere-se a presença simultânea de um docente de Ciências Naturais e de um docente de Matemática na sala de aula. Na eventualidade desta forma de gestão não ser possível, propõe-se que os docentes de Ciências Naturais e de Matemática partilhem nas suas aulas a gestão das diferentes tarefas a realizar pelos estudantes.

2 Enquadramento científico Gregor Mendel (1822–1884) lançou as bases científicas da genética, estudando a transmissão de caracteres hereditários em plantas. Para tal, selecionou espécies para servirem de modelo nas suas experiências, as quais seriam plantas com as seguintes características: ● ● ● ●

facilmente cultiváveis; variedades com caracteres facilmente diferenciáveis e constantes (como por exemplo: a cor da corola ou a forma da semente); híbridos1 férteis; polinização cruzada difícil.

1 Uma planta híbrida resulta do cruzamento entre plantas progenitoras de linhagens puras (homozigóticas) e geneticamente diferentes entre si. Esse cruzamento origina plantas híbridas fenotipicamente homogéneas.

4

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Com base nestes critérios, a escolha recaiu sobre as ervilheiras do género Pisum e os feijoeiros do género Phaseolus. Nestas espécies, Mendel (1866) analisou diversos caracteres polimórficos, ou seja, caracteres que apresentavam características diferentes (Figura 1).

Caracter

Características

Caracter

Característica

Figura 1. Caracteres polimórficos das ervilheiras (Fonte: Bear et al., 2016).

Mendel (1866) debruçou-se sobre a transmissão hereditária de cada um dos caracteres variáveis cruzando indivíduos pertencentes a diferentes linhas puras (cruzamento parental – P, na figura 2). As linhas puras resultam de plantas autopolinizadas cujos cruzamentos sucessivos originam uma descendência que expressa sempre a mesma característica para um determinado caracter. Destes cruzamentos Mendel observou as características apresentadas pelos: ● híbridos da primeira geração (F1) resultantes do cruzamento parental (P) entre plantas de corola vermelha e plantas de corola branca; ● indivíduos da segunda geração (F2) resultantes da autopolinização dos híbridos da 1.ª geração.

De acordo com Mendel (1866), os híbridos de primeira geração apresentavam características intermédias entre as duas características parentais, para caracteres como, por exemplo, o tamanho e a forma das folhas.

No entanto, para os caracteres descritos na Figura 1, os híbridos da primeira geração eram todos iguais exibindo a característica apresentada por apenas um dos progenitores, designada dominante, não se observando descendentes com a característica da outra linhagem parental, designada recessiva.

Independentemente de ser proveniente da planta dadora de pólen ou da planta dadora de óvulos, a variedade dominante era a mesma, manifestando-se sempre nos híbridos.

No entanto, Mendel observou que da autopolinização destes híbridos de primeira geração surgiam descendentes que exibiam quer a variedade dominante, quer a recessiva, numa proporção de

5

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

aproximadamente 3:1 - três indivíduos com a característica dominante para um indivíduo com a característica recessiva. Na figura seguinte pode-se observar os resultados obtidos por Mendel para um dos caracteres que analisou nas ervilheiras: a cor da flor.

Figura 2. Experiências mendelianas de hibridismo (Bear et al., 2016).

A partir da observação destes resultados Mendel propôs que (Mendel, 1866; Feijó et al., 2009, p. 81): ● Cada indivíduo possui dois fatores para cada caraterística. Por exemplo, na experiência representada na figura 2, como na geração parental as plantas eram de linhas puras, uma das plantas possuía dois fatores iguais para a cor violeta (VV) e a outra dois fatores iguais para a cor branca (vv). ● Em cada indivíduo, aquando da formação dos gâmetas, os fatores separam-se. Cada gâmeta fica apenas com um fator de cada par – princípio da segregação fatorial. Voltando à experiência da cor da flor, como na geração parental cada planta tinha dois fatores iguais, as de corola violeta apenas originaram gâmetas com o fator para essa cor (V) e as de corola branca apenas originaram gâmetas com o fator para a cor branca (v). ● Cada indivíduo resulta da união de dois gâmetas, cada um transportando um fator para cada caracter. As combinações possíveis do cruzamento dos gâmetas de dois progenitores podem ser representadas num xadrez mendeliano como o representado no quadro seguinte.

6

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Quadro 1. Xadrez mendeliano da geração F1, com os resultados do cruzamento da geração parental para o caracter cor da planta. ♂

Gâmetas

v

v

V

Vv

Vv

V

Vv

Vv

♀

No caso das ervilheiras da geração F1 da figura 2, como cada uma das plantas progenitoras era homozigótica para a cor da corola, cada indivíduo da geração F1 resultou da fusão de um gâmeta feminino (♀) que transportava o fator para corola violeta (V) e de um gâmeta masculino (♂) que transportava o fator para a corola branca (v). Esta fecundação originou descendentes com fatores diferentes (Vv). Como os descendentes possuíam a mesma informação (Vv), todos expressavam a cor violeta - uniformidade dos híbridos de 1ª geração. ● Em indivíduos que possuem dois fatores diferentes para o mesmo caracter o fator que se expressa designa-se dominante e o que não se expressa designa-se recessivo. No exemplo da figura 1, a corola violeta era o fator dominante e a corola branca o fator recessivo porque os indivíduos da geração F1 expressavam todos a corola violeta. As características recessivas apenas se manifestam quando os indivíduos possuem dois fatores recessivos iguais. ● No entanto, cruzando os indivíduos da geração F1 entre si, a característica recessiva volta a manifestar-se nos descendentes (F2) (Quadro 2).

Quadro 2. Xadrez mendeliano da geração F2, com os resultados do cruzamento dos híbridos da geração F1. ♂

Gâmetas

V

v

V

VV

Vv

v

vV

vv

♀

O reaparecimento de indivíduos com características recessivas na geração F2 explica-se com base nos princípios enunciados. Quando os indivíduos da geração F1 (todos Vv) originaram gâmetas, metade transporta o fator dominante (V) e metade transporta o fator recessivo (v). Durante a fecundação, resultante de um processo de autopolinização, estes gâmetas unem-se de forma aleatória, esperando-se que na geração F2 (Quadro 2): ▪ 25% dos descendentes sejam VV, tendo por isso corola violeta; ▪ 50% dos descendentes sejam Vv, tendo por isso corola violeta; ▪ 25% dos descendentes sejam vv, tendo por isso corola branca; Os resultados anteriores explicam a razão de 3:1 observada por Mendel na geração F2, para os diversos caracteres que analisou.

Mendel (1866) realizou ainda experiências em que cruzou duas linhagens puras que diferiam em dois dos caracteres que estudou (por exemplo na cor e na forma das sementes). Com base nos resultados destas experiências, propôs que a segregação dos fatores para um carácter ocorria de forma independente da segregação dos fatores para outro carácter.

7

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

A descoberta dos cromossomas e dos genes conduziu a que os resultados anteriores fossem reinterpretados à luz do que se passou a designar Teoria Cromossómica da Hereditariedade (Boveri, 1902; Sutton, 1903). Essa teoria organiza-se nas seguintes ideias (Douarin, 2005; Pierce, 2012): ● Cada organismo possui um número variável de cromossomas; ● Os cromossomas são as estruturas responsáveis pela transmissão dos caracteres hereditários; ● Cada cromossoma é constituído, no início do ciclo celular, por uma molécula de DNA; ● No decurso do ciclo celular, o DNA sofre duplicação, formando-se duas moléculas filhas de DNA idênticas a partir da molécula de DNA mãe. Após este processo, o cromossoma passa a ser constituído por dois cromatídeos, cada um deles correspondendo a uma das moléculas filhas de DNA; ● Cada molécula de DNA é constituída por diferentes genes; ● Os genes são as unidades físicas e funcionais da hereditariedade e correspondem aos fatores de Mendel. Cada gene consiste num segmento de DNA composto por uma região transcrita e por sequências reguladoras; ● Os genes podem apresentar formas alternativas, que se designam alelos, responsáveis por variedades diferentes, por exemplo, corola vermelha e corola branca, ou o alelo que codifica a sensibilidade à Feniltiocarbamida (PTC) e o alelo que não codifica a sensibilidade à PTC (ver Figura 3).

Figura 3. Um organismo diploide, isto é, cujos cromossomas se organizam em pares de homólogos, possui dois alelos localizados nos cromossomas homólogos. No caso deste exemplo, o cromossoma possui um gene que codifica uma proteína recetora do sabor amargo. Este gene possui dois alelos bastante frequentes: um codifica uma variante do recetor que é sensível à Feniltiocarbamida (PTC) e outro codifica uma variante não sensível a este composto. Assim, dependendo do genoma do provador, este composto pode parecer muito amargo ou praticamente sem sabor. ● Os gâmetas formam-se por um processo de divisão celular designado meiose. Na meiose, os cromossomas organizam-se aos pares (ver Figura 4). Cada par de cromossomas é constituído por um cromossoma paterno e um cromossoma materno que possuem genes para os mesmos caracteres (cromossomas homólogos);

8

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Cromossomas homólogos

Disjunção dos cromossomas homólogos Segregação de alelos

Figura 4. Meiose (Original image from NCBI; original vector version by Jakov - File: MajorEventsInMeiosis variant.svg, which is a derivative work of an image found on NCBI; tradução: Patrícia R.). ● Na parte final da meiose I ocorre a disjunção dos cromossomas homólogos, ou seja, as célulasfilhas resultantes recebem apenas um dos cromossomas homólogos de cada par; ● Este fenómeno é aleatório. Cada gâmeta pode conter qualquer combinação de genes de origem paterna e materna porque a disjunção de um par de cromossomas homólogos é independente da disjunção dos outros pares. Salienta-se, no entanto, que cada gâmeta possui genes que expressam todos os caracteres do progenitor. Os alelos desses genes é que podem diferir entre si; ● Finalmente, na meiose II ocorre a separação de cromatídeos irmãos, isto é, cada gâmeta recebe os alelos que pertencem a um dos cromatídeos do cromossoma; ● Durante a fecundação os gâmetas unem-se de forma aleatória. Do processo de fecundação obtêm-se ovos, cada um com genéticas únicas; ● Da aleatoriedade dos processos de disjunção dos homólogos e da fecundação, surge uma enorme possibilidade de combinações de alelos que se traduzem na variabilidade que se observa dentro de uma espécie.

Mendel (1866), nas suas experiências, observou que, ao contrário do que acontecia nas ervilheiras onde a cor da flor só podia ser branca ou violeta, nos feijoeiros resultantes do cruzamento de plantas de flores brancas com plantas de flores violeta, os híbridos exibiam flores com uma gradação de cores que iam do violeta ao violeta claro, havendo apenas uma planta a exibir flores de cor branca. Mendel propôs que essa variação de cores poderia ser explicada se a cor do feijoeiro fosse o resultado da mistura de diversas cores, cada uma codificada por um par de fatores independente.

De facto, atualmente sabe-se que nas diversas espécies de seres vivos há caracteres que resultam da interação de diferentes genes que muitas vezes segregam de forma independente. Esses caracteres designam-se poligénicos. Muitos dos caracteres observáveis no ser humano são deste tipo, resultando

9

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

da interação de dezenas de genes, como por exemplo, a cor da pele ou dos olhos (Beleza et al., 2013a, 2013b). A maioria destas apresentam grande variabilidade e padrões hereditários mais complexos.

A frequência d genéticas das populações depende de processos evolutivos como a seleção natural, sexual e artificial ou a deriva genética. Esses que, num dado ambiente, permitem aos indivíduos deixar mais descendentes, tornam-se cada vez mais frequentes ao longo das gerações, ao passo que, as que diminuem a capacidade reprodutiva dos indivíduos vão desaparecendo. Este processo, descrito por Darwin e Wallace em 1858, pode ser devido a: ● ●

diferenças na capacidade de sobrevivência e reprodução dos indivíduos em ambientes naturais seleção natural (Darwin, 1858; Wallace, 1858); diferenças na capacidade de reprodução dos indivíduos por terem maior facilidade de acesso a parceiros de sexo oposto - seleção sexual (Darwin 1858 e 1859).

A seleção sexual pode escolher que tornem os indivíduos mais capazes de encontrar, atrair e lutar por indivíduos do sexo oposto, ou que lhes confiram maior capacidade de produzir gâmetas ou estarem sexualmente ativos por mais tempo (revisto em Sá-Pinto, Cardia e Campos, 2017. 2 Darwin (1859) introduziu ainda o conceito de seleção artificial que consiste na alteração da frequência de populações de espécies domésticas por intervenção de criadores e produtores que selecionam os indivíduos reprodutores com base em caracteres que lhes interessam do ponto de vista da produção ou utilização dessas espécies. As diferentes raças de cão são um excelente exemplo deste processo.

Para complementar a informação sobre as temáticas anteriores, sugere-se a consulta dos seguintes documentos da Casa das Ciências®: Conceitos

Referência online

Alelo

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Alelo

Ácido nucleico

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/%C3%81cido_Nucleico

Cariótipo

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cari%C3%B3tipo

Cromossoma

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cromossoma

Cromossomas homólogos

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cromossomas_Hom %C3%B3logos

Darwin

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Darwin

DNA

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/ADN

Evolucionismo

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Evolucionismo

Fenótipo

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Fen%C3%B3tipo

Gene

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Gene

Genótipo

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Gen%C3%B3tipo

Heterozigótico

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Heterozig%C3%B3tico

Homozigótico

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Homozig%C3%B3tico

Meiose

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Meiose

2 Para exemplos de caracteres sob seleção sexual, pode consultar o recurso didático traduzido de SáPinto, Cardia e Campos 2017 disponível em https://drive.google.com/open?id=1Jq1xqGxpKojENnkGwWn6_cbcu4ZSs4M. Para saber mais sobre as causas e consequências deste processo sugere-se que consulte a recente revisão de Sá-Pinto, Cardia e Campos (2017).

10

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Mendel

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Mendel

Mitose

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Mitose

Morgan

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Morgan

Teoria cromossómica da hereditariedade

http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Teoria_Cromoss %C3%B3mica_da_Hereditariedade

Sugere-se, ainda, a consulta dos seguintes recursos sobre evolução disponíveis na Casa das Ciências®: Os Factos da Evolução – Capítulo 1 Os Factos da Evolução – Capítulo 2 Os Factos da Evolução – Capítulo 3 Os Factos da Evolução – Capítulo 4 Os Factos da Evolução – Capítulo 5 Os Factos da Evolução – Capítulo 6 Campos, R. (Ed.) et al. (2013). Um livro sobre evolução. CIBIO, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos. Porto, Portugal. https://www.casadasciencias.org/recurso/8141

11

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

3 Enquadramento didático O Pitchuko charmoso é um recurso didático interdisciplinar (Ciências Naturais e Matemática), constituído por um conjunto de tarefas nas quais o aluno é convidado a aplicar as leis de transmissão dos caracteres hereditários a um modelo de um organismo, o Pitchuko, e a usar este modelo para simular os processos de transmissão hereditária, seleção sexual e artificial, com cálculo de probabilidades.

3.1 Objetivos de aprendizagem Ciências Naturais | 9.º ano ●

Explicar a relação entre os fatores hereditários, a informação genética e o modo como a reprodução sexuada condiciona a diversidade intraespecífica e a evolução das populações (ME, 2018, p. 13).

Matemática ●

Identificar uma «experiência» como um processo que conduz a um resultado pertencente a um conjunto previamente fixado designado por «universo dos resultados» ou «espaço amostral», não se dispondo de informação que permita excluir a possibilidade de ocorrência de qualquer desses resultados, designar os elementos do espaço amostral por «casos possíveis» e a experiência por «determinista» quando existe um único caso possível e «aleatória» em caso contrário.

●

Designar por «acontecimento» qualquer subconjunto do universo dos resultados de uma experiência aleatória e os elementos de um acontecimento por «casos favoráveis» a esse acontecimento e utilizar a expressão «o acontecimento A ocorre» para significar que o resultado da experiência aleatória pertence ao conjunto A.

●

Designar, dada uma experiência aleatória, o conjunto vazio por acontecimento «impossível», o universo dos resultados por acontecimento «certo», um acontecimento por «elementar» se existir apenas um caso que lhe seja favorável e por «composto» se existir mais do que um caso que lhe seja favorável.

●

Descrever experiências aleatórias que possam ser repetidas mantendo um mesmo universo de resultados e construídas de modo que se espere, num número significativo de repetições, que cada um dos casos possíveis ocorra aproximadamente com a mesma frequência e designar os acontecimentos elementares dessas experiências por «equiprováveis».

●

Designar, dada uma experiência aleatória cujos casos possíveis sejam em número finito e equiprováveis, a «probabilidade» de um acontecimento como o quociente entre o número de casos favoráveis a esse acontecimento e o número de casos possíveis e utilizar corretamente os termos «mais provável», «igualmente provável», «possível», «impossível» e «certo» aplicados, neste contexto, a acontecimentos.

●

Reconhecer que a probabilidade de um acontecimento, de entre os que estão associados a uma experiência aleatória cujos casos possíveis sejam em número finito e equiprováveis, é um número entre 0 e 1 e, nesse contexto, que é igual a 1 a soma das probabilidades de acontecimentos complementares.

●

Identificar e dar exemplos de acontecimentos possíveis, impossíveis, elementares, compostos, complementares, incompatíveis e associados a uma dada experiência aleatória.

12

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

●

Utilizar tabelas de dupla entrada e diagramas em árvore na resolução de problemas envolvendo a noção de probabilidade e a comparação das probabilidades de diferentes acontecimentos compostos.

●

Realizar experiências envolvendo a comparação das frequências relativas com as respetivas probabilidades de acontecimentos em experiências repetíveis (aleatórias), em casos em que se presume equiprobabilidade dos casos possíveis.

3.2 O que é o Pitchuko?

O Pitchuko é um modelo de um animal que possui caracteres com transmissão hereditária mendeliana.

O Pitchuko é um desenho original, mas inspirado em bonecos de jogos associados à faixa etária dos alunos aos quais este recurso se destina. Consideramos que essa característica pode promover o envolvimento dos alunos nas tarefas já que vai ao encontro de personagens do seu imaginário.

Optamos, didaticamente, por usar um modelo de um animal em detrimento de uma espécie, por exemplo, da fauna portuguesa, devido à dificuldade em encontrar uma espécie com caracteres comprovadamente mendelianas e facilmente observáveis na quantidade e diversidade pretendidas para a sua exploração didática. Por outro lado, o facto de ser uma espécie imaginária permite ao professor uma total flexibilidade na alteração dos caracteres que deseja explorar com os estudantes. Assim, o professor pode retirar caracteres ou acrescentar outros, adaptando a sua abordagem didática ao contexto das suas turmas.

Este recurso possui associada uma aplicação que permite gerar diferentes fenótipos a partir da introdução do genótipo do Pitchuko. Os alunos podem realizar as tarefas em papel ou através dessa aplicação (Figura 5): http://ribatejo.com/pitchuko/

Figura 5. Aplicação “O Pitchuko Charmoso”.

O cariótipo do Pitchuko está representado na figura seguinte.

13

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Figura 6. O cariótipo do Pitchuko é constituído por 26 pares de cromossomas (Fonte dos cromossomas: Servier Medical Art).

No anexo 1 apresentam-se as características dominantes e recessivas no Pitchuko, os genótipos e fenótipos possíveis e a localização cromossomática dos alelos que as codificam. Sugere-se que esse documento seja impresso em A3.

No anexo 2 apresenta-se o genótipo da família A de Pitchukos.

14

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

3.3 Observações para o professor Esta proposta de trabalho visa que os alunos do ensino básico (9.º ano) contactem com uma abordagem introdutória a alguns aspetos da genética e da evolução.

Contudo, alerta-se que a proposta de trabalho tem algumas limitações, condicionadas quer pelo próprio currículo do ensino básico, quer pelo próprio modelo usado.

Uma das limitações, neste caso condicionada pelo currículo, é não serem explorados aspetos relevantes sobre a evolução, como, por exemplo, os mecanismos evolutivos da seleção natural e deriva genética.

Também não são explorados aspetos que aumentam a diversidade, como a recombinação, mutações, polimorfismo populacional, etc. A interação ambiental com os caracteres do modelo também não foi considerada. Esses aspetos apenas são abordados com profundidade apenas ao nível do ensino secundário.

O modelo explora aspetos muito circunscritos das leis mendelianas, promovendo a ideia de uma certa regularidade que, ainda que não seja falsa, é relativa, devido, por exemplo, a situações relacionadas com co-dominância ou alelos múltiplos.

Face ao exposto, sugere-se que o professor deverá estar atento ao desenvolvimento de eventuais conceções erradas sobre evolução nos alunos. A esse respeito, sugere-se a leitura da secção “Conceções erradas sobre evolução” deste recurso.

O guião do aluno integra um conjunto de três tarefas que incluem: ● ● ● ● ● ●

objetivos de aprendizagem; tempo de execução previsto; materiais; os conhecimentos prévios que os alunos devem saber; a descrição das tarefas a realizar; propostas de discussão e partilha de resultados.

Sugere-se que os alunos resolvam as tarefas em grupos pequenos (2 a 4 elementos). De acordo com a aprendizagem cooperativa é importante que haja rotatividade de papéis de modo a todos os alunos desenvolverem as competências que cada papel envolve. No anexo 3 apresenta-se um quadro com exemplos do modo de execução dos papéis de aprendizagem cooperativa.

No final das tarefas 1, 2 e 3 propõe-se a promoção de um momento de reflexão sobre o trabalho de grupo: 1. Solicite a cada aluno que, individualmente, faça a avaliação do desempenho usando a tabela apresentada no Anexo 4.

2. De seguida, sugere-se que solicite aos alunos para, em grupo, compararem e discutirem as autoavaliações e, com base nesta discussão, identificarem as competências de trabalho em grupo que cada um deverá melhorar em próximas sessões.

3. Solicite também aos alunos que reflitam sobre os pontos fortes e fracos do grupo como um todo e como poderão melhorar o seu funcionamento.

De seguida apresenta-se a designação das tarefas propostas e algumas sugestões para apoiar a sua exploração. No guião do aluno são apresentadas mais sugestões para a implementação das tarefas.

Tarefa 1. Aprendendo sobre genética Tarefa 1.1. Representação dos caracteres (fenótipo) do pai e da mãe do Pitchuko a partir do seu genótipo.

Tarefa 1.2. Genética em ação: A criação da 1.ª geração (F1).

15

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Sugestões: Nesta tarefa tenha em atenção que, em determinados casos, o lançamento da moeda torna-se irrelevante, nomeadamente nos caracteres em que pai ou mãe são homozigóticos. Nestas situações, a aleatoriedade desaparece porque o resultado da experiência é conhecido antes da sua realização.

Tarefa 2. Aprendendo sobre evolução e genética Tarefa 2.1. Seleção sexual: O Pitchuko charmoso.

Sugestões: Esta tarefa possui um grau de liberdade elevado na medida em que é sugerido a cada grupo de alunos que escolham um caracter do Pitchuko para realizarem a tarefa da seleção sexual. No entanto, caso o professor assim o entenda, esta tarefa também pode ser realizada com um grau de liberdade menor, sendo o professor a determinar o caracter que será analisado, como por exemplo, a cauda do Pitchuko. Para apoio a esta tarefa sugerimos a consulta de Sá-Pinto, Cardia & Campos, 2017.

Tarefa 2.2. Seleção artificial 1.

Tarefa 2.3. Seleção artificial 2.

Tarefa 3. Os caracteres poligénicos No final desta tarefa é importante que o aluno compreenda que a maioria dos caracteres do ser humano e de outros animais resultam da expressão de múltiplos genes e não de apenas um único gene.

16

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

4 Proposta de soluções Este guião inclui uma proposta de soluções para algumas das tarefas sobre a cor do Pitchuko.

4.1 Tarefa 1. Aprendendo sobre genética Tarefa 1.1. Representação das características (fenótipo) do pai e da mãe do Pitchuko.

Explorem – registo do fenótipo do pai e da mãe do Pitchuko Família A Fenótipo do pai do Pitchuko

Fenótipo da mãe do Pitchuko

Tarefa 1.2. Genética mendeliana em ação: A criação da 1.ª geração (F1).

Discutam e partilhem 2. a) Braços: Alelos da mãe para o par de cromossomas dois (braços)

Alelos do pai para o par de cromossomas dois (braços)

B

b

b

bB

bb

b

bB

bb

b) Cauda Alelos da mãe para o par de cromossomas seis (cauda) C

c

17

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Alelos do pai para o par de cromossomas seis (cauda)

c

cC

cc

c

cC

cc

c) Mancha no corpo Alelos da mãe para o par de cromossomas sete (mancha no corpo)

Alelos do pai para o par de cromossomas sete (mancha no corpo)

M

m

m

mM

mm

M

MM

Mm

d) Dentes Alelos da mãe para o par de cromossomas nove (dentes)

Alelos do pai para o par de cromossomas nove (dentes)

D

d

d

dD

dd

d

dD

dd

e) Língua Alelos da mãe para o par de cromossomas treze (língua) L

l

Alelos do pai para o par de cromossomas treze

L

LL

Ll

(língua)

l

lL

ll

f)

Orelhas Alelos da mãe para o par de cromossomas catorze (orelhas) o

O

18

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Alelos do pai para o par de cromossomas catorze

o

oo

oO

(orelhas)

o

oo

oO

g) Sobrancelhas Alelos da mãe para o par de cromossomas dezanove (sobrancelhas)

Alelos do pai para o par de cromossomas Dezanove

S

S

S

SS

SS

s

Ss

Ss

(sobrancelhas) 3. a) A probabilidade de apresentar o caracter dominante bandas nos braços (Bb) é de 0,5 (50%). b) A probabilidade de apresentar o caracter recessivo cauda sem banda (cc) é de 0,5 (50%). c) A probabilidade de apresentar o caracter dominante mancha no corpo (mM ou MM ou Mm) é de 0,75 (75%). d) A probabilidade de apresentar o caracter dominante quatro dentes (dD) é de 0,5 (50%). e) A probabilidade de apresentar o caracter recessivo língua com fenda (ll) é de 0,25 (25%). f)

A probabilidade de apresentar o caracter dominante orelhas redondas (oO) é de 0,5 (50%).

g) A probabilidade de apresentar o caracter dominante sobrancelhas grandes (SS ou Ss) é de 1 (100%).

4. Resposta de carácter livre 5.

5.1. a. Geração de um 1.º Pitchuko filho pelo casal da família B e registo do par de alelos que determinam o caracter da cauda.

Alelos da mãe para o par de cromossomas seis (cauda)

Alelos do pai para o par de cromossomas dois (cauda)

c

c

C

Cc

Cc

C

Cc

Cc

19

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

U ={Cc}. b. Geração de um 2.º Pitchuko filho pelo casal da família B e registo do par de alelos que determinam o caracter dos dentes.

Alelos da mãe para o par de cromossomas nove (dentes)

Alelos do pai para o par de cromossomas nove(dentes)

D

d

D

DD

Dd

D

DD

Dd

U = {Dd, dd}. c. Geração de um 3.º Pitchuko filho pelo casal da família B e registo do par de alelos que determinam o caracter das orelhas.

Alelos da mãe para o par de cromossomas catorze (orelhas) O

o

Alelos do pai para o par de cromossomas catorze

O

OO

Oo

(orelhas)

o

oO

oo

U = {OO, Oo, oO, oo}.

5.2.

5.2.1. Experiências deterministas: a) 5.2.2. Experiências aleatórias: b) e c) 5.3.

P (A) = 0 P (B) = 0,5 P (C) = 0,75, logo C é o acontecimento mais provável de entre os três.

20

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

6.

6.1. Os Pitchukos C e D não podem ser filhos deste casal. O Pitchuko C possuiu sobrancelhas grandes (dominante) possuindo ambos os progenitores sobrancelhas pequenas (recessivo). O Pitchuko D possui língua sem fenda (caracter dominante) possuindo ambos os progenitores língua com fenda (caracter recessivo).

6.2. Não conhecendo o genótipo dos progenitores, mas apenas os fenótipos, será necessário considerar as diferentes possibilidades de combinação de alelos nos caracteres dominantes. Assumindo aquelas que tornam tanto Pitchuko A como Pitchuko B possíveis descendentes deste casal, chega-se facilmente à conclusão de que o descendente mais provável é o Pitchuko A. Ambos os progenitores possuem orelhas redondas, braços com banda (caracteres presentes em A) e mancha no corpo (caracter presente em B).

Esta situação dá vantagem a A. Nos restantes caracteres (não comuns a ambos os progenitores) A e B encontram-se numa situação que não dá vantagem a nenhum deles.

O cálculo de probabilidades associado a este problema envolve probabilidades compostas e independência, conceitos exteriores ao programa de Matemática do ensino básico. Pretende-se assim que os alunos discutam a natureza dos diferentes caracteres, formulem hipóteses e raciocinem com base nessas mesmas hipóteses, validando-as ou refutando-as, privilegiando mais aspetos mais intuitivos.

21

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Tarefa 1.3. Caracteres heterossómicos no Pitchuko.

Explorem 5.

Frequência esperada para os machos: ● ●

sem mascarilha (H): 50%. com mascarilha (h): 50%.

Alelos da mãe para o par de cromossomas sexuais (mascarilha) H

H

Frequência esperada para as fêmeas: ● ●

sem mascarilha (Hh): 50%. com mascarilha (hh): 50%.

Alelos da mãe para o par de cromossomas sexuais (mascarilha)

Alelo do pai para o par de cromossomas sexuais (mascarilha)

h

H

h

Hh

hh

6.

Não. Pode-se esperar encontrar mais machos com mascarilha do que fêmeas. Nas fêmeas a probabilidade de não terem mascarilha é de 75% (HH, Hh ou hH) e 25% de terem mascarilha (hh).

Genótipos e fenótipos possíveis nas fêmeas dos Pitchukos para o caracter mascarilha.

N.º do par de cromossomas

Vinte e seis (Mascarilha)

Fenótipo

Alelo

Alelo

herdado do pai

herdado da mãe

H

H

Liso (sem mascarilha)

H

H

Liso (sem mascarilha)

h

H

Liso (sem mascarilha)

22

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

h

H

Com mascarilha

Nos machos a probabilidade de não terem mascarilha é de 50% (H) e de 50% de terem mascarilha (h).

Genótipos e fenótipos possíveis nos machos dos Pitchukos para o caracter mascarilha.

N.º do par de cromossomas

Alelo

Fenótipo

herdado da mãe H

Liso (sem mascarilha)

h

Com mascarilha

Vinte e seis (Mascarilha)

4.2 Tarefa 2. Aprendendo sobre evolução e genética Tarefa 2.1. Seleção sexual: O Pitchuko charmoso.

Discutam e partilhem 7.

7.1. Sugere-se que esta questão seja resolvida no enquadramento da definição de evolução das populações, a qual entende a evolução como a alteração da frequência dos das populações. Nesse sentido, é possível observar-se evolução apenas numa geração.

7.2.

Observação: Neste exercício, os alunos são questionados se a alteração da frequência dos alelos se deve à seleção sexual ou ao acaso (deriva genética). Esta é uma discussão que terá de ser gerida de modo aos alunos refletirem nos resultados que esperariam encontrar, tendo em conta cada uma das hipóteses, e nas evidências que já têm e precisam de gerar.

Sugestão de resposta: ● Durante a tarefa os alunos recolhem a informação das preferências de todos os alunos da turma para um determinado caracter. No caso de a alteração da frequência dos alelos ser devida à seleção sexual, espera-se que aumente a frequência do caracter preferida e não o contrário. ● Contudo, este resultado pode também ocorrer por deriva genética. Um caracter pode aumentar a sua frequência simplesmente por estar num indivíduo que, por acaso, tem o caracter que está a condicionar realmente a preferência dos alunos. Por exemplo, se o caracter que está a condicionar a preferência for cauda com bandas e os Pitchukos com esse caracter também tiverem orelhas redondas, na geração seguinte provavelmente irão estar representados mais indivíduos com cauda com bandas e orelhas redondas. ● Assim, seria necessário recolher mais evidências. Uma forma de o fazer seria gerar uma nova geração F2, repetir a escolha e verificar se a evolução ocorrida muda em relação aos resultados obtidos anteriormente, o que suporta a hipótese do acaso (deriva genética), ou, pelo contrário, se é semelhante à obtida anteriormente, o que suporta a hipótese da seleção sexual.

23

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

4.3 Tarefa 3. Os caracteres poligénicos.

Observação para o professor: O texto dos caracteres poligénicos foi elaborado a partir das seguintes fontes: Pensem na variedade de caracteres do ser humano, como a altura, a cor da pele, a cor dos olhos, a cor ou a textura dos cabelos. A sua variação é quase contínua. Isso acontece porque estes caracteres são poligénicas, ou seja, a sua expressão resulta de inúmeros genes cujos produtos interagem entre si, resultando no fenótipo final (Pavan & Sturm, 2019; McEvoy & Visscher, 2019). Para além disso, esses caracteres são também influenciados pela interação com o meio. Por exemplo, a diversidade da cor da pele ou do cabelo, embora seja determinada geneticamente (Pavan & Sturm, 2019; Del Bino, Duval & Bernerd, 2018) é também influenciadas pela exposição à radiação UV (Del Bino, Duval & Bernerd, 2018).

A altura, embora tenha uma forte componente genética, é determinada também pela dieta (McEvoy & Visscher, 2019). Na verdade, a maioria das caracteres humanas e das outras espécies são resultados da expressão de múltiplos genes e da sua interação com o meio.

No entanto, há alguns caracteres que são determinadas por apenas um gene ou uma combinação reduzida de genes (Stratchan & Read, 2011). Muitas dessas caraterísticas são doenças (M-N IGM, 2020), como um dos tipos de hemofilia. A hemofilia causa transtornos na coagulação do sangue. Para além de algumas doenças, um caracter do ser humano que resulta de um único gene é o tipo de cerúmen (vulgarmente designado por cera) que se produz nos ouvidos (Yoshiura et al. 2006). O tipo de cerúmen é determinado pelo gene ABCC11 que possui dois alelos (Yoshiura et al. 2006). O cerúmen húmido é produzido por pessoas que têm dois alelos dominantes – homozigóticos dominantes ou apenas um – heterozigótico. O cerúmen seco é produzido apenas pelas pessoas que têm dois alelos recessivos – homozigóticos recessivos. O alelo recessivo que expressa o cerúmen seco é mais frequente em populações asiáticas e de nativos americanos. Por seu lado, o alelo dominante que expressa o cerúmen húmido é frequente em populações africanas e europeias.

Discutam e partilhem O caracter cor resulta da interação entre dois genes, um presente no cromossoma onze e outro presente no cromossoma 22. Para cada um dos genes existem dois alelos possíveis, pelo que este caracter apresenta maior diversidade do que os restantes.

Combinações possíveis de alelos nos oócitos da mãe para o caracter cor do pelo

Combinações possíveis de alelos nos espermatozoides do pai para o caracter cor do pelo

VA

Va

vA

va

VA

VVAA

VVAa

VvAA

VvAa

Va

VVaA

VVaa

VvaA

Vvaa

vA

vVAA

vVAa

vvAA

vvAa

va

vVaA

vVaa

vvaA

vvaa

24

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Do cruzamento entre estes progenitores esperar-se-ia que: ● 9 em 16 (56%) Pitchukos filhos apresentassem a cor laranja; ● 3 em 16 (19%) Pitchukos filhos apresentassem a cor rosa; ● 3 em 16 (19%) Pitchukos filhos apresentassem a cor verde; ● 1 em 16 (19%) Pitchukos filhos apresentassem a cor azul; Contudo, sendo a distribuição dos alelos aquando da formação de gâmetas e a fecundação dois processos aleatórios, espera-se, também, aleatoriedade nos resultados finais da cor do pelo dos Pitchukos filhos. Assim, quanto mais pequeno for o número de Pitchukos filhos, maiores diferenças face aos resultados esperados poderão existir.

5 Referências bibliográficas Afonso, M. M. (2008). A educação científica no 1.º ciclo do Ensino Básico. Das teorias às práticas . Porto Editora.

Bear, R., Rintoul, D., Snyder, B., Smith-Caldas, M., Herren, C. R., & Horne, E. (2016). Principles of Biology.

Open Access Textbooks. 1. http://newprairiepress.org/textbooks/1 Beleza, S., Johnson, N. A., Candille, S. I., Absher, D. M., Coram, M. A, … Tang, Hua (2013a). Genetic Architecture of Skin and Eye Color in an African-European Admixed Population. PLoS Genet 9(3): e1003372. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003372 Beleza, S., Santos, A. M., McEvoy, B., Alves, I., Martinho, C., Cameron, E., … Rocha, J. (2013b). The Timing of Pigmentation Lightening in Europeans. Molecular Biology and Evolution, 30(1), 24–35. http://doi.org/10.1093/molbev/mss207 Boveri, Th. (1902). Über mehrpolige Mitosen als Mittel zur Analyse des Zellkerns. Verh. Phys.-med. Ges., 35, 67-90.

Campos, R. (Ed.) et al. (2013). Um livro sobre evolução. CIBIO, Centro de Investigação em Biodiversidade e Recursos Genéticos. https://www.casadasciencias.org/recurso/8141 Darwin, C. (1858). On the Variation of Organic Beings in a state of Nature; on the Natural Means of Selection; on the Comparison of Domestic Races and true Species. Journal of the Proceedings of the Linnean Society of London. Zoology, 3, 46-50.

Darwin, C. (1859). On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life (1st ed.). John Murray.

Del Bino, S., Duval, C., & Bernerd, F. (2018). Clinical and biological characterization of skin pigmentation diversity and its consequences on UV impact. International Journal of Molecular Sciences, 19(9), 2668. doi:10.3390/ijms19092668

25

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Dias, P. J. de C. G. C. (2004). Elementos sobre eficácia pedagógica do professor. O caso particular das ciências. Novas Edições Académicas.

Douarin, N. Le (2005). Quimeras, clones e genes. Fundação Calouste Gulbenkian.

Ernest, P. (1991). The philosophy of mathematics education. Falmer Press.

Feijó, J. A. (Coord.), Vala, F., Carvalho, T., Gago, A. do M., & Mota, A. C. (2009). A evolução de Darwin.

Fundação Calouste Gulbenkian.

Fernandes, T., & Coelho da Silva, J. L. (2016). Aprender a cooperar na aprendizagem das ciências: um estudo de caso em Estudo do Meio do 2º ano do 1º Ciclo do Ensino Básico. Indagatio Didactica, 8(5), 109-127.

Figueiroa, A. (2012). Trabalho experimental em contexto de Prática de Ensino Supervisionada. Da conceção à implementação de atividades experimentais por futuros professores de ciências. Novas Edições Académicas.

Figueiroa, A. (2016). Explicar a explicação científica nas aulas de ciências. Teoria, contextos e prática.

Edições Piaget.

Hesse, F., Care, E., Buder, J., Sassenberg, K., & Griffin, P. (2015). A framework for teachable collaborative problem solving skills. In P. Griffin & E. Care (Eds.), Assessment and teaching of 21st century skills: Methods and approach. Educational Assessment in an Information Age (pp. 37-56). Springer.

Hutchings, W. (2007). Enquiry-Based Learning: Definitions and rationale. The University of Manchester.

Johnson, D. W., Johnson, R. T (s.d.). An overview of cooperative learning. http://www.cooperation.org/what-is-cooperative-learning/ Lopes, J., & Silva, H. (2009). A aprendizagem cooperativa na sala de aula. Um guia prático para o professor. Lidel.

McEvoy, B. P., & Visscher, P. M. (2009). Genetics of human height. Economics & Human Biology, 7(3), 294-306. doi:10.1016/j.ehb.2009.09.005 McKusick-Nathans Institute of Genetic Medicine (M-N IGM)(2020). OMIM. Online Mendelian Inheritance in Man. Johns Hopkins Medicine. McKusick-Nathans Department of Genetic Medicine. https://omim.org/ Mendel, G. (1866). Experiments in plant hybridization. Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn, Bd. IV für das Jahr 1865, Abhandlungen, 3–47. http://www.esp.org/books/bateson/mendel/facsimile/contents/bateson-mendel-3-peas.pdf Ministério da Educação (2018). Aprendizagens essenciais. Articulação com o perfil dos alunos. 9.º ano.

3.º Ciclo do Ensino Básico. Ciências Naturais. Ministério da Educação.

Moreira,

C. (2010). Ácido nucleico.

WikiCiências, 1(9):0137.

Retirado http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/%C3%81cido_Nucleico

de

Moreira,

C. (2010).

Cariótipo.

WikiCiências, 1(9):0096. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cariótipo

de

Moreira,

C. (2010).

Cromossoma.

WikiCiências, 1(9):0104. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cromossoma

Retirado Retirado

de

26

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Moreira,

C. (2010). Cromossomas homólogos. WikiCiências, 1(9):0105.

Retirado de http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Cromossomas_Hom%C3%B3logos

Moreira,

C. (2010).

Evolucionismo.

WikiCiências, 1(09):0149. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Evolucionismo

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Fenótipo.

WikiCiências, 1(9):0090. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Fen%C3%B3tipo

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Gene.

WikiCiências, 1(9):0111. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Gene

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Genótipo.

WikiCiências, 1(9):0077. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Gen%C3%B3tipo

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Meiose.

WikiCiências, 1(9):0116. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Meiose

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Mendel.

WikiCiências, 1(11):0188. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Mendel

Retirado

de

Moreira,

C. (2010).

Mitose.

WikiCiências, 1(9):0505. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Mitose

Retirado

de

Moreira,

C. (2012).

Alelo.

WikiCiências, 3(02):0538. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Alelo

Retirado

de

Moreira,

C. (2012).

Darwin.

WikiCiências, 3(02):0521. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Darwin

Retirado

de

Moreira,

C. (2012).

DNA. WikiCiências, 3(02):0519. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/DNA_(Biologia)

Retirado

de

Moreira,

C. (2012).

Heterozigótico.

WikiCiências, 3(02):0536.

Retirado http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Heterozig%C3%B3tico

de

Moreira,

C. (2012).

Homozigótico.

WikiCiências, 3(02):0537.

Retirado http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Homozig%C3%B3tico

de

Moreira,

C. (2012).

Morgan.

WikiCiências, 3(01):0375. http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Morgan

de

Retirado

Moreira, C. (2012). Teoria cromossómica da hereditariedade. WikiCiências, 3(01):0374. Retirado de http://wikiciencias.casadasciencias.org/wiki/index.php/Teoria_Cromoss %C3%B3mica_da_Hereditariedade NAS (1998). Teaching About Evolution and the Nature of Science. The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/5787 Martins, G. (Coord.) (2017). Perfil dos Alunos à Saída da Escolaridade Obrigatória. Ministério da Educação/Direção-Geral da Educação.

Pavan, W.J., & Sturm, R.A. (2019). The genetics of human skin and hair pigmentation. Annual Review of Genomics and Human Genetics, 20, 41-72. doi:10.1146/annurev-genom-083118-015230 Pierce (2012). Genetics: A conceptual approach (4th ed.). W. H. Freeman and Company.

27

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Salazar, J., & Coelho da Silva, J.L., Poças, M.E. (2011). A aprendizagem cooperativa na educação em ciências: um estudo de caso em Biologia Humana do Ensino Secundário Português. XXIV Congreso ENCIGA. Sá-Pinto, X., Cardia, P., & Campos, R. (2017). Sexual selection: a short review on its causes and outcomes and activities to teach evolution and the nature of science. American Biology Teacher, 79(2), 135-143. https://doi.org/10.1525/abt.2017.79.2.135 Strachan, T., & Read, A. P. (2011). Human molecular genetics. Garland Science/Taylor & Francis Group.

Sutton, W. S. (1903). The chromosomes in heredity. Biol. Bull. 4: 231-251. Partial reproduction in J.A. Peters (Ed.), Classic Papers in Genetics (1959) (pp. 27-41). Prentice-Hall.

Torrego García, J. C., & Negro Moncayo, A. (Coords.) (2012). Aprendizaje cooperativo en las aulas.

Fundamentos y recursos para su implantación. Alianza Editorial.

Vasconcelos, C., & Almeida, A. (2012). Aprendizagem baseada na resolução de problemas no ensino das ciências. Propostas de trabalho para Ciências Naturais, Biologia e Geologia. Porto Editora.

Wallace, A.R. (1858). On the tendency of varieties to depart indefinitely from the original type. Journal of the Proceedings of the Linnean Society of London. Zoology, 3, 46-50.

Yoshiura, K., Kinoshita, A., Ishida, T. et al. (2006). A SNP in the ABCC11 gene is the determinant of human earwax type. Nature Genetics, 38, 324–330. https://doi.org/10.1038/ng1733

28

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Anexo 1. Caracteres, localização cromossómica dos genes, alelos, características dominantes e recessivas, genótipos e fenótipos possíveis do Pitchuko.

29

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Caracteres

Característica dominante (genótipos possíveis)

Genótipo do pai do Pitchuko (Família A) N.º do par de cromossomas Dois (Braços) Listagem nos Braços Seis (Cauda)

(gene no cromossoma 2, Sete (Mancha no corpo) alelos B e b)

Fenótipo

Alelo herdado do pai ♂ B

Alelo herdado da mãe ♀ b

c

c

m

M

Nove (Dentes)

d

Treze (Língua)

L

Catorze (Orelhas)

o

o

Dezanove (Sobrancelhas)

S

s

Com bandas (BB ou Bb)

Listagem nade Cauda N.º do par

Cromossoma sexual cromossomas herdado do pai ♂ (geneVinte no cromossoma 6, e seis Y alelos Csexuais) e c) (Cromossomas

d

Sem bandas (bb)

l

Cromossoma sexual herdado da mãe♀ X

Com bandas (CC ou Cc) Genótipo da mãe do Pitchuko (Família A) N.º do par de cromossomas Dois (Braços) Mancha no corpo Seis (Cauda) Sete (Mancha no corpo) 7, (gene no cromossoma alelos M e m) Nove (Dentes)

Alelo herdado da mãe ♀ b

C

c

M

m

D

d

L

Catorze (Orelhas)

o

Dezanove (Sobrancelhas)

S

Com mancha (MM ou Mm)

Fenótipo

Sem bandas Fenótipo (cc)

Alelo herdado do pai ♂ b

Treze (Língua)

Anexo 2. Genótipo da família A

Característica recessiva (genótipos possíveis)

l O

Sem mancha (mm)

S

Número de Dentes N.ºnodocromossoma par de Cromossoma sexual (gene 9, Cromossoma sexual Quatro dentes cromossomas herdado do pai ♂ herdado da mãe♀ alelos D e d) (DD ou Dd) Vinte e seis X X (Cromossomas sexuais)

Fenótipo

Dois dentes (dd)

Fenda na Língua (gene no cromossoma 13, alelos L ou l)

Língua sem fenda (LL ou Ll)

Língua com fenda (ll)

Formato das Orelhas (gene no cromossoma 14, Alelos O e o)

Redondas (OO ou Oo)

Bicudas (oo)

Formato das Sobrancelhas (gene no cromossoma 19, Alelos S ou s)

Mascarilha (gene no cromossoma sexual X, alelos H e h)

Grandes (SS ou Ss)

Pequenas (ss)

Sem mascarilha (X X ou XHXh ou XHY)

Com mascarilha (XhXh ou XhY)

H H

30

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Anexo 3. Papéis de aprendizagem cooperativa (Adaptado de Lopes & Silva, 2009; Torrego García & Negro Moncayo, 2012).

PAPÉIS DE APRENDIZAGEM COOPERATIVA

EXEMPLOS DO MODO DE EXECUÇÃO DOS PAPÉIS - Nós temos que dividir o trabalho assim …

- Todos sabem qual é o vosso papel? Então, vamos começar!

- Estão prontos? Vou ler agora as instruções.

- Ana, como o Manuel está a faltar, realizas a tarefa dele.

Gestor e organizador do grupo

- Quero que ouçam as observações que recolhi…

- Vi a Dalila esperar pela sua vez antes de falar.

- Ouvi o Maurício felicitar a Sara por ter desempenhado bem o seu papel de guardião do tempo.

- Já só nos restam 5 minutos.

- Acabaram-se os nossos 15 minutos. Continuamos com a discussão ou passamos à segunda parte?

- Temos que terminar às 10 horas.

- Agora é a tua vez de…

- Vicente, é a tua vez, toma a folha.

Promotor da formação do grupo

Problematizador/ Estimulador de ideias Organizador/Articulador de informação Monitor dos materiais e recursos Intermediário

- João, ainda não falaste.

- Desculpa Gabriel, mas a Mariana tem qualquer coisa a acrescentar e ainda não falou.

Importas-te de aguardar um pouco e falares depois? Obrigado.

- Por favor, falemos mais baixo.

- Têm de falar mais baixo.

- Tu estás a falar demasiado alto.

- Não podes falar tão alto porque perturbas outros colegas.

- Que implicações tem esta ideia?

- O que pensas disto?

- Vejamos, agora, outras perspetivas, outras propostas…

- Todos compreenderam?

- Dá-me um exemplo de…

- Explica-me…

- Em resumo, as conclusões são…

- Recolhe e restitui os materiais.

- Assegura-se que todos os elementos do grupo deixam a zona de trabalho limpa e organizada.

- Proponho que se peça ao professor para explicar… porque ninguém parece compreender a pergunta. Estão de acordo?

- E se perguntássemos ao grupo da Maria o significado de…?

31

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Anexo 4. Níveis de desenvolvimento do relacionamento interpessoal.

Tabela para avaliação dos níveis de desenvolvimento do relacionamento interpessoal para as tarefas sobre o Pitchuko, adaptada a partir da proposta de Hesse et al. (2015)

Nível de desenvolvimento da competência Competência

O meu desempenho foi …

Baixo

Médio

Alto

Interação

Não respondi aos meus colegas nem lhes pedi informações durante a realização das tarefas.

Apenas respondi aos meus colegas, mas não lhes pedi informações durante a realização das tarefas.

Respondi aos pedidos dos meus colegas e pedi-lhes informações durante a realização das tarefas.

Finalização de tarefas/

Não realizei as tarefas.

Tentei realizar as tarefas, mas desisti.

Realizei todas tarefas.

Alterei algumas vezes as minhas posições, propostas ou trabalho para incluir as contribuições ou solicitações de outros colegas ou do professor.

Alterei sempre as minhas posições, propostas ou trabalho para incluir as contribuições ou solicitações de outros colegas ou do professor.

Adaptei autonomamente o meu comportamento de modo a contribuir melhor para a realização do trabalho.

Participação

perseverança

Capacidade de compreender a perspetiva de outros

Regulação social

Capacidade de Raramente alterei as responder de forma minhas posições, adaptada propostas e trabalho para integrar as contribuições ou solicitações de outros colegas ou do professor.

Capacidade de compreender os outros

Não alterei o meu comportamento para me adequar aos restantes colegas.

Depois dos meus colegas me terem alertado, alterei o meu comportamento e contribuições para nos entendermos melhor ou facilitar o trabalho.

Negociação

Apenas me limitei a comentar as diferentes posições e propostas dos meus colegas durante a realização das tarefas.

Tentei chegar a um Resolvi diferendos que entendimento comum ocorreram durante a durante a realização realização das tarefas. das tarefas.

Autoavaliação

Não identifiquei as minhas dificuldades nem as potencialidades durante a realização das tarefas.

Identifiquei as minhas dificuldades e potencialidades durante a realização das tarefas.

Identifiquei as minhas dificuldades e potencialidades durante a realização das tarefas e propus medidas para superar as dificuldades.

Heteroavaliação

Não identifiquei as dificuldades nem as potencialidades dos meus colegas durante a realização das tarefas.

Identifiquei as dificuldades e potencialidades dos meus colegas durante a realização das tarefas.

Identifiquei as dificuldades e potencialidades dos meus colegas durante a realização das tarefas e propus medidas para eles ultrapassarem as dificuldades.

Responsabilidade e iniciativa

Realizei as minhas tarefas sem me interessar se os meus colegas estavam a realizar as tarefas que lhes foram atribuídas.

Realizei as minhas tarefas e apoiei os meus colegas na realização das tarefas que lhes foram atribuídas sempre que me pediram.

Realizei as minhas tarefas e tomei a iniciativa de verificar se os meus colegas estavam a conseguir realizar as que lhes foram atribuídas e apoiei todos os necessitaram de ajuda.

32

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso

Ficha Técnica Título Autores

CreativeLab_Sci&Math | O Pitchuko charmoso | Ciências Naturais _ 9.º ano Bento Cavadas | Xana Sá Pinto | Nelson Mestrinho | Sara Aboim | José Luís Coelho da Silva | Nuno Ribeiro Pitchuko | Artista gráfico: André Gomes Figura 1. Fonte: Bear et al., 2016.

Figura 2. Fonte: Bear et al., 2016.

Imagens

Figura 3. Fonte: Autores.

Figura 4. Original image from NCBI; original vector version by Jakov - File: MajorEventsInMeiosis variant.svg, which is a derivative work of an image found on NCBI; tradução: Patrícia R).

Figura 5. Fonte: Autores.

Figura 6. Fonte dos cromossomas: Servier Medical Art.

Publicação:

Aceite para publicação em de 21 junho de 2021.

33