CreativeLab_Sismos e construções humanas

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Sismos e construções humanas | Ciências Naturais | 7.º ano

Bento Cavadas | Escola Superior de Educação de Santarém bento.cavadas@ese.ipsantarem.pt Nelson Mestrinho | Escola Superior de Educação de Santarém nelson.mestrinho@ese.ipsantarem.pt Luís Vidigal | Escola Superior de Educação de Santarém luis.vidigal@ese.ipsantarem.pt

Ciências Naturais | 7.º ano | Bento Cavadas, Nelson Mestrinho e Luís Vidigal

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Índice

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

2. Enquadramento da atividade...............................................................................................3 2.1 Enquadramento curricular..................................................................................................3 2.2

Enquadramento didático................................................................................................4

3. Sugestões para a exploração da atividade.........................................................................5 4. Recursos de apoio ao trabalho...........................................................................................8 6. Referências bibliográficas....................................................................................................9 Ficha técnica.......................................................................................................................... 10

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Introdução

Com esta atividade pretende-se que os alunos investiguem, através de uma simulação, os efeitos dos sismos sobre diferentes construções humanas. Foi concebida tendo em conta as orientações curriculares da disciplina de Ciências Naturais do 7.º ano, numa lógica interdisciplinar com a Matemática e a História. Para além deste documento, disponibiliza-se ao professor um guião da investigação para utilização em sala de aula designado: CreativeLab_Sci&Math: Sismos e construções humanas _ Aluno O guião inclui três tarefas que exploram os efeitos do sismo de 1755 no território português e que visam a realização de investigações sobre os efeitos dos sismos nas construções humanas, usando uma tina com gelatina como superfície simuladora de sismos. As tarefas são as seguintes:  Tarefa 1: O sismo de 1755.  Tarefa 2: Sistema de “gaiola”.  Tarefa 3: Investigação sobre sismos e a Escala Macrossísmica Europeia. Apresentam-se, para o professor, sugestões para a exploração das tarefas propostas nesta atividade. Os documentos são disponibilizados em formato Word ®, para que os possa alterar e/ou adaptar à realidade das suas turmas.

2. Enquadramento da atividade 2.1 Enquadramento curricular As tarefas podem ser exploradas tendo em conta o seguinte enquadramento curricular: Conteúdos Ciências Naturais , 7.º ano

Aprendizagens essenciais

Tema: Terra em Transformação Subtema: Consequências da dinâmica interna da Terra

Distinguir a Escala de Richter da Escala Macrossísmica Europeia.

Discutir medidas de proteção de bens e de pessoas, antes, durante e após um sismo, bem como a importância da ciência e da tecnologia na previsão sísmica (ME-DGE, 2018, p. 10).

A atividade proposta permite desenvolver nos alunos as seguintes áreas de competências, definidas para os alunos à saída da escolaridade obrigatória (ME-DGE, 2017):  Pensamento crítico e pensamento criativo.  Saber científico, técnico e tecnológico.  Relacionamento interpessoal.  Desenvolvimento e autonomia pessoal.  Raciocínio e resolução de problemas.

2.2 Enquadramento didático A capacidade de os professores orientarem os alunos na aprendizagem das explicações científicas é considerada por alguns especialistas como uma das maiores artes do processo de ensino e como parte

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essencial do perfil do professor de ciências (Figueiroa, 2017). Nesse sentido, os professores devem dar destaque ao processo de construção de ciência, em vez da mera apresentação do conteúdo da ciência, porque os alunos conseguem construir conhecimentos científicos com maior autonomia quando percebem esse processo, em detrimento da simples memorização de conceitos científicos (Dias, 2004). Por essa razão, uma forma de melhorar a formação científica dos alunos é através da dinamização, pelo professor, de pequenas investigações, desde os primeiros anos de escolaridade, devido à multiplicidade de atitudes investigativas que contemplam (Figueiroa, 2017). 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 de toda a aprendizagem, na medida em que a aprendizagem parte da identificação de uma área desconhecida e procura o conhecimento em falta, novas ideias ou hipóteses (Hutchings, 2007). É um processo de aprendizagem centrado no estudante, promotor do pensamento crítico, reflexão e autoavaliação, trabalho em grupo, autonomia e da literacia científica (Hutchings, 2007), que concebe a aprendizagem através do questionamento. Quanto ao potencial didático das atividades investigativas para o desenvolvimento dos alunos, Vasconcelos e Almeida (2012) consideram que consistem 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” (p. 123). A valorização das atividades práticas também está presente nas aprendizagens essenciais para as Ciências Naturais, 7.º ano. Nesse documento é salientado que “as atividades práticas devem ser valorizadas e consideradas como parte integrante e fundamental dos processos de ensino e de aprendizagem em todas as temáticas.” (ME-DGE, 2018a, p. 3). Nesse sentido, propõe-se a exploração da atividade prática proposta neste documento. A articulação com as metas curriculares e aprendizagens essenciais de outras disciplinas pode ser explorada nas tarefas apresentados no próximo quadro. Numa perspetiva de flexibilidade curricular, sugere-se que, em História, seja explorada a integração do projeto urbanístico de Lisboa, após o terramoto de 1755, no contexto da governação pombalina. Tarefas

Tarefas 1e2

Tarefas 1, 2 e 3

Articulação História (8.º ano) Portugal no contexto europeu dos séculos XVII e XVIII O antigo regime no século XVIII Referir elementos de mudanças políticas, sociais e económicas no projeto pombalino. (ME/DGE, 2018b, p.8). A cultura em Portugal no contexto europeu Destacar a afirmação do poder absoluto no urbanismo pombalino. (ME-DGE, 2018b, p.9). Matemática (7.º ano) Tema: Geometria e Medida Aprendizagens essenciais (ME-DGE, 2018c): 

Analisar polígonos, identificando propriedades relativas a essas figuras, e

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classificá-los de acordo com essas propriedades.

3.

Desenvolver interesse pela Matemática e valorizar o seu papel no desenvolvimento das outras ciências e domínios da atividade humana e social.

Desenvolver confiança nas suas capacidades e conhecimentos matemáticos, e a capacidade de analisar o próprio trabalho e regular a sua aprendizagem.

Desenvolver persistência, autonomia e à-vontade em lidar com situações que envolvam a Matemática no seu percurso escolar e na vida em sociedade.

Sugestões para a exploração da atividade

Duração: 90 minutos. Materiais por grupo: 

Smartphone para captura de fotografias e vídeo;

Computador para apresentação da investigação com um recurso digital;

Uma tina com gelatina para simular uma mesa sísmica. Observação: As tinas com gelatina devem ser preparadas previamente à realização da atividade;

Gomas ou outro material flexível;

Palitos de diferentes dimensões;

Materiais diversificados para elaborar os diferentes elementos das construções;

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Organização dos grupos de trabalho: 

Sugere-se que os grupos sejam constituídos por 4 alunos;

Em cada tarefa, um dos alunos deve ficar responsável por registar os procedimentos realizados em fotografia e vídeo.

Sugestões didáticas: 

O docente deve transmitir ao aluno a ideia de que as atividades práticas que irão realizar são modelos de sismos que pretendem simular a realidade e que não a traduzem fielmente.

Tarefa 1. O sismo de 1755

Nos Arquivos Nacionais da Torre do Tombo podem-se consultar online as respostas manuscritas dos padres de todo o país sobre as consequências do sismo na sua freguesia, datadas de 1758. As respostas estão organizadas por ordem alfabética do nome da freguesia: http://digitarq.arquivos.pt/details?id=4238720

Tarefa 2. Sistema de “Gaiola”. 

Nesta tarefa os alunos, em primeiro lugar, devem elaborar uma estrutura cúbica simples e uma estrutura cúbica que simule o sistema de “gaiola”.

Depois devem agitar os dois cubos na superfície sísmica. Sugere-se que os agitem ao mesmo tempo para que possam observar as alterações estruturais na sua forma causadas pela simulação dos sismos. Pretende-se que os alunos constatem que a estrutura cúbica simples tende a deformar-se, enquanto a estrutura cúbica com sistema de “gaiola” tende a manter a sua forma. Esta evidência pode ser explorada matematicamente da seguinte forma: O triângulo é o único polígono em que cada um dos vértices se une a cada um dos restantes pelos seus lados (Figura 1A), o que não acontece em polígonos com um número maior de lados. No caso do quadrilátero, cada vértice apenas se une a dois dos restantes três vértices (Figura 1B). No sistema de “gaiola”, a forma quadrangular é estruturalmente reforçada acrescentando-lhe as suas diagonais (escoras – ver Correia & Carlos, 2015, p.27), passando esta estrutura a partilhar com uma estrutura triangular a característica topológica atrás referida – cada vértice passa a unir-se a cada um dos restantes (Figura 1C).

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Figura 1. Representação de um triângulo (A), um quadrilátero (B) e um quadrilátero com as respetivas diagonais (C). A título demonstrativo destas propriedades pode-se utilizar modelos de triângulo e quadrilátero elaborados, por exemplo, com palhinhas de plástico. O triângulo é a única figura geométrica que não se pode deformar sem variar o comprimento dos lados (Lopes, 2012). Na figura seguinte pode-se observar que ao exercer pressão sobre os vértices de uma estrutura triangular não ocorre alteração da forma.

Figura 2. Aplicação de força sobre os vértices de uma estrutura triangular. Na próxima figura observa-se que o mesmo efeito não acontece numa estrutura poligonal com mais do que três vértices. Ao se exercer pressão sobre qualquer um dos vértices, a estrutura tende a deformar-se.

Figura 3. Estrutura quadrangular antes (figura da esquerda) e após a aplicação de forças sobre os seus vértices (figura da direita). No entanto, o reforço estrutural de uma forma quadrangular pode ser conseguido apenas com uma diagonal, em vez de duas, observando-se a decomposição do quadrilátero em dois triângulos. Porém, como o objetivo desta atividade é simular a estrutura de uma gaiola pombalina, optou-se por considerar duas diagonais, preferindo-se sublinhar a propriedade topológica referida anteriormente.

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Tarefa 3. Investigação sobre sismos e a Escala Macrossísmica Europeia.

Nesta tarefa os alunos devem, de forma criativa, idealizar e elaborar diferentes tipos de construções (casas, prédios, etc.). Nessas construções devem estar representados os elementos construtivos ou objetos indicados na Escala Macrossísmica Europeia de 1998 (IPMA, 2018). A versão original da escala pode ser consultada aqui. Neste momento é importante que o professor conceda liberdade criativa aos alunos para elaborarem as suas estruturas, mas que esteja atento e sugira alterações de forma a serem o mais realistas possível. No entanto, acrescentam-se duas observações que poderão ser úteis para o desenrolar das atividades: 1) o efeito deve ser mais visível para edifícios com mais do que um andar; 2) o efeito deve ser mais visível colocando um peso no topo do edifício.

Sugere-se que os alunos, depois da simulação de um sismo, avaliem os seus efeitos nas construções e objetos e os comparem com os descritos na Escala Macrossísmica Europeia de modo a identificarem a intensidade desse sismo. Alerta-se o docente que a avaliação da intensidade de um sismo através da EMS98 é realizada através de questionários, como o elaborado pelo geofísico Paulo Alves.

4.

No momento da discussão, o professor deve estar atento a avaliações da mesma intensidade, mas extrapoladas a partir de efeitos distintos nas construções, de modo a provocar o debate na turma sobre a razão de existirem essas diferenças e de eventuais erros na avaliação da intensidade. Note-se que, para o mesmo sismo, observa-se grande destruição nos modelos sem reforço e pouca destruição nos modelos com reforço. Os danos são muito diferentes, mas a intensidade macrossísmica (EMS98) é a mesma. A escala EMS98 foi concebida para lidar com os diferentes tipos de construção, uma modificação importante relativamente à escala MM.

Sugere-se que o professor alerte os alunos que o efeito dos sismos sobre as construções depende não apenas das próprias construções, mas também da natureza geológica do subsolo.

Recursos de apoio ao trabalho

Este trabalho poderá ser complementado com a exploração dos seguintes recursos disponíveis na Casa das Ciências®: CreativeLab_Sci&Math | O sismo em Arraiolos VirtualQuake O sismo de 1755 também poderá ser explorado através deste artigo da National Geographic Portugal: Pereira, G., & Burch, J. (2005). Lisboa. O dia em que tudo ruiu. National Geographic Portugal, 56, 82107.

Sugere-se, ainda, uma visita ao Museu de Lisboa para observação das representações do terramoto de 1755.

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6. Referências bibliográficas Afonso, M. M. (2008). A educação científica no 1.º ciclo do Ensino Básico. Das teorias às práticas. Porto: Porto Editora. Alves, P. F. M. (s.d.). Proposta de questionário para a escala macrossísmica europeia de 1998. Notas de utilização e exemplos. Retirado de http://www.hms.civil.uminho.pt/events/sismica2004/329-338%20c51%20Paulo%20Alves %20_10p_.pdf Dias, P. J. de C. G. C. (2004). Elementos sobre eficácia pedagógica do professor. O caso particular das ciências. Balti: Novas Edições Académicas. Conseil de L’Europe (1998). European Macroseismic Scale 1998. Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie. Retirado de http://media.gfzpotsdam.de/gfz/sec26/resources/documents/PDF/EMS-98_Original_englisch.pdf Figueiroa, A. (2017). Trabalho experimental em contexto de Prática de Ensino Supervisionada. Da conceção à implementação de atividades experimentais por futuros professores de ciências. Balti: Novas Edições Académicas. Hutchings, W. (2007). Enquiry-Based Learning: Definitions and rationale. Manchester: The University of Manchester. Instituto Português do Mar e da Atmosfera (2018). Escala Macrossísmica Europeia (1998). Retirado de http://www.ipma.pt/pt/enciclopedia/geofisica/escalas.macro/index.html?page=ems.xml Lopes, M. (2012). Estrutura sismo-resistente da gaiola pombalina: passado e futuro. In Conferência Internacional sobre Reabilitação de Estruturas Antigas de Alvenaria (pp. 93-109). Retirado de www.hms.civil.uminho.pt/events/cirea2012/95_111.pdf Ministério da Educação - Direção-Geral da Educação (2017). Perfil dos alunos à saída da escolaridade obrigatória. Lisboa: Ministério da Educação/Direção-Geral da Educação. Retirado de http://www.dge.mec.pt/sites/default/files/Curriculo/Projeto_Autonomia_e_Flexibilidade/perfil_do s_alunos.pdf Ministério da Educação - Direção-Geral da Educação (2018a). Aprendizagens essenciais. Articulação com o perfil dos alunos. 7.º ano. 3.º Ciclo do Ensino Básico. Ciências Naturais. Lisboa: Ministério da Educação/Direção-Geral da Educação. Retirado de http://www.dge.mec.pt/sites/default/files/Curriculo/Aprendizagens_Essenciais/3_ciclo/ciencias _naturais_3c_7a_ff.pdf Ministério da Educação - Direção-Geral da Educação (2018b). Aprendizagens essenciais. Articulação com o perfil dos alunos. 8.º ano. 3.º Ciclo do Ensino Básico. História. Lisboa: Ministério da Educação/Direção-Geral da Educação. Retirado de http://www.dge.mec.pt/sites/default/files/Curriculo/Aprendizagens_Essenciais/3_ciclo/historia_ 3c_8a_ff.pdf Ministério da Educação - Direção-Geral da Educação (2018c). Aprendizagens essenciais. Articulação com o perfil dos alunos. 7.º ano. 3.º Ciclo do Ensino Básico. Matemática. Lisboa: Ministério da Educação/Direção-Geral da Educação. Retirado de http://www.dge.mec.pt/sites/default/files/Curriculo/Aprendizagens_Essenciais/3_ciclo/matemat ica_3c_7a_ff_18julho_rev.pdf Pereira, G., & Burch, J. (2005). Lisboa. O dia em que tudo ruiu. National Geographic Portugal, 56, 82107. 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: Porto Editora.

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Ficha técnica Título

CreativeLab_Sci&Math _ Tectónica de placas _ Ciências Naturais _ 7.º ano

Autores

Bento Cavadas | Nelson Mestrinho | Luís Vidigal

Imagens

Bento Cavadas, Nelson Mestrinho, Juliana Cunha, Maria Catarina Sousa, Rita Laranjinha, Ângela Machacaz, Diana Farinha, Diana Caetano, Mafalda D’Oliveira e Maria Carolina Coelho, Susana Colaço

Publicação:

Aceite para publicação em 30 de julho de 2019

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