O que você verá neste post:
- Proposta da trilha de conhecimento
- Objetivo
- Para quem?
- Competências Gerais
- Componentes curriculares / Temas
- Integração de conteúdo
- Motivação
- Lista de materiais utilizados
- Teoria e Prática
- Considerações Finais
- Referências / Inspirações
Proposta da trilha de conhecimento
A proposta deste projeto é o de utilizar a metodologia STEM (Science, Technology, Engineering, e Mathematics), conceitos da Cultura Maker e a Interdisciplinaridade entre as Ciências da Naturezas e suas tecnologias com outras áreas do conhecimento (BNCC).
Objetivo
Esse trabalho se propõe a instigar, discutir e desenvolver uma solução para a reutilização de energia, especificamente falando sobre a utilização de uma bicicleta. Porém, caso seja possível, também seria interessante extrapolar a ideia e aplicá-la em outros contextos, como em nossas casas, por exemplo.
Para quem?
Segundo algumas referências do BNCC, este projeto pode ser aplicado:
- ao 8º ano (Fundamental II), e/ou
- do 1º ao 3º ano (Ensino Médio) – dependendo do ano em que se trabalhará os conceitos abordados.
Vale destacar que dependendo da idade / ano de aplicação do projeto pode-se aprofundar mais ou menos os assuntos abordados, bem como a qualidade das pesquisas realizadas pelos alunos.
Competências trabalhadas
Competências Gerais:
- Competência #01 – Valorizar e utilizar os conhecimentos historicamente construídos sobre o mundo físico, social, cultural e digital para entender e explicar a realidade, continuar aprendendo e colaborar para a construção de uma sociedade justa, democrática e inclusiva.
- Competência #02 – Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas e criar soluções (inclusive tecnológicas) com base nos conhecimentos das diferentes áreas.
- Competência #06 – Valorizar a diversidade de saberes e vivências culturais e apropriar-se de conhecimentos e experiências que lhe possibilitem entender as relações próprias do mundo do trabalho e fazer escolhas alinhadas ao exercício da cidadania e ao seu projeto de vida, com liberdade, autonomia, consciência crítica e responsabilidade.
- Competência #09 – Exercitar a empatia, o diálogo, a resolução de conflitos e a cooperação, fazendo-se respeitar e promovendo o respeito ao outro e aos direitos humanos, com acolhimento e valorização da diversidade de indivíduos e de grupos sociais, seus saberes, identidades, culturas e potencialidades, sem preconceitos de qualquer natureza.
- Competência #10 – Agir pessoal e coletivamente com autonomia, responsabilidade, flexibilidade, resiliência e determinação, tomando decisões com base em princípios éticos, democráticos, inclusivos, sustentáveis e solidários.
Caso queira saber mais sobre as Competências Gerais do BNCC, bem como algumas sugestões de atividades, leia: BNCC – Competências Gerais + Sugestões
Para o Ensino Fundamental II
Objetos de conhecimento e Habilidades de Ciências da Natureza e suas tecnologias:
- Fontes e tipos de energia:
(EF08CI01) Identificar e classificar diferentes fontes (renováveis e não renováveis) e tipos de energia utilizados em residências, comunidades ou cidades.
- Transformação de energia:
(EF08CI03) Classificar equipamentos elétricos residenciais (chuveiro, ferro, lâmpadas, TV, rádio, geladeira etc.) de acordo com o tipo de transformação de energia (da energia elétrica para a térmica, luminosa, sonora e mecânica, por exemplo).
- Circuitos elétricos:
(EF08CI02) Construir circuitos elétricos com pilha/bateria, fios e lâmpada ou outros dispositivos e compará-los a circuitos elétricos residenciais.
- Uso consciente da energia elétrica:
(EF08CI05) Propor ações coletivas para otimizar o uso de energia elétrica em sua escola e/ou comunidade, com base na seleção de equipamentos segundo critérios de sustentabilidade (consumo de energia e eficiência energética) e hábitos de consumo responsável.
(EF08CI06) Discutir e avaliar usinas de geração de energia elétrica (termelétricas, hidrelétricas, eólicas etc.), suas semelhanças e diferenças, seus impactos socioambientais, e como essa energia chega e é usada em sua cidade, comunidade, casa ou escola.
Para o Ensino Médio
Competências específicas de Ciências da natureza e suas tecnologias (EM)
- COMPETÊNCIA ESPECÍFICA #1
Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas interações e relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e global.
HABILIDADE A SER TRABALHADA
(EM13CNT106) Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
- COMPETÊNCIA ESPECÍFICA #2
Analisar e utilizar interpretações sobre a dinâmica da Vida, da Terra e do Cosmos para elaborar argumentos, realizar previsões sobre o funcionamento e a evolução dos seres vivos e do Universo, e fundamentar e defender decisões éticas e responsáveis.
HABILIDADE A SER TRABALHADA
(EM13CNT203) Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
- COMPETÊNCIA ESPECÍFICA #3
Investigar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico e tecnológico e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e linguagens próprios das Ciências da Natureza, para propor soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicar suas descobertas e conclusões a públicos variados, em diversos contextos e por meio de diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC).
HABILIDADES A SEREM TRABALHADAS
(EM13CNT308) Investigar e analisar o funcionamento de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos e sistemas de automação para compreender as tecnologias contemporâneas e avaliar seus impactos sociais, culturais e ambientais.
(EM13CNT309) Analisar questões socioambientais, políticas e econômicas relativas à dependência do mundo atual em relação aos recursos não renováveis e discutir a necessidade de introdução de alternativas e novas tecnologias energéticas e de materiais, comparando diferentes tipos de motores e processos de produção de novos materiais.
Componentes curriculares / Temas
As unidades temáticas trabalhada diretamente são:
- Física – Matéria e Energia
- Transformação e conservação de energia
- Noções básicas de eletricidade
- Biologia – Vida e Evolução
- Metabolismo energético
- Química – Matéria e Energia / Vida e Evolução
- Processos bioquímicos na digestão
Integração de conteúdo
Para além das unidades temáticas propostas anteriormente, o projeto é aberto para novas sugestões de integração com outros conteúdos, por exemplo:
- Consumo excessivo de energia
- Consumo consciente de energia
- Cálculo de consumo energético
- Geração de lixo
- Descarte de lixo
- Meio ambiente
- Ecossistemas brasileiros
- Hábitos saudáveis
- Linguagem não falada: Sinalização de segurança
- Entre outros…
Dica da boa I: Vale lembrar que os professores poderão continuar trabalhando seus conteúdos como sempre o fizeram, porém adicionando alguns dados que se relacionam com o restante do projeto. Essas relações devem ser pensadas e combinadas previamente entre os professores que participarão do projeto.
Dica da boa II: Todo o projeto aqui apresentado é apenas uma sugestão de aplicação, qualquer adaptação pode, e deve ser feita para se adequar ao contexto escolar em que se irá aplicá-lo.
Motivação
Sugestão 01: A motivação inicial pode-se dar por três meios, o primeiro utilizando-se o filme: O Menino que descobriu o vento, clique aqui para assistir no Netflix
Sugestão 02: O segundo modo pode ser utilizando o TED do William Kamkwamba, o mesmo menino que motivou o filme citado anteriormente, clique aqui para assistir no site do TED.
Sugestão 03: Por último, uma carta de apresentação do projeto, conforme segue:
NOME DA INSTITUIÇÃO DE ENSINO
Série
Projeto de Ciências da Natureza
Professores orientadores: NOME DOS RESPONSÁVEIS
Projeto: Pedalada Elétrica
Carta de Apresentação
Caros pesquisadores,
nossa sociedade está a beira de um colapso energético. A maior parte do nosso combustível é fóssil e muito poluente para nossa atmosfera. Há uma real necessidade de repensarmos as formas do como transformamos energia. Nossa demanda por energia elétrica é cada vez maior, o que torna seu preço cada vez mais elevado, o que faz com que outros preços aumentem em seguida.
Com a elevação dos preços há uma necessidade de mais trabalho, o que implica diretamente em uma redução na qualidade de vida da população, ou seja, acabamos por nos tornar mais sedentários, afinal temos menos tempo para nos dedicarmos à saúde e outras área afins.
A proposta do nosso projeto “Pedalada elétrica” visa entender e aplicar os conhecimentos científicos adquiridos através de pesquisas, no desenvolvimento de uma bicicleta ligada a um dínamo. Esse projeto pretende criar um dispositivo que ao mesmo tempo resolve uma questão de sedentarismo e uma questão de energia elétrica.
Para o sucesso do nosso projeto cada grupo irá realizar uma pesquisa sobre como ocorre a transformação da energia cinética (energia de movimento) em energia elétrica através do dínamo. Vocês, pesquisadores, deverão elaborar um projeto que levará em consideração tanto a parte técnica (o bom funcionamento do projeto em si), quanto o design do projeto. Essa primeira pesquisa deverá ser entregue via email aos professores orientadores até o dia (DATA PARA ENTREGA DA PRIMEIRA PESQUISA).
No dia (DATA PARA QUE OS GRUPOS TIREM DÚVIDAS), haverá uma socialização rápida dos pré projetos, na qual os professores orientadores e seus colegas poderão dar sugestões e críticas para melhorar sua ideia. Aproveitem esse momento: parte da avaliação de vocês levará em conta a capacidade da equipe de argumentar, de rever seus pontos e aperfeiçoar sua estratégia a partir disso.
Por fim, no dia (DATA FINAL PARA APRESENTAR O PROJETO PRONTO), os grupos deverão fazer uma apresentação final (em formato de pitch – 5 minutos) focados nos conceitos técnicos, nos conceitos de design e em como transformar esse projeto em algo rentável. Nesse dia também iremos testar o funcionamento de cada projeto, verificando qual terá o melhor rendimento.
A inovação nas transformações de energia para uma vida mais saudável começa agora, com vocês!
Equipe de professores orientadores.
Lista de materiais utilizados
Você precisará dos seguintes materiais para o projeto:
- Motor de corrente contínua de 5,0 V – Recomendo utilizar motores de baixa rotação, uma vez que o mesmo irá acoplado na roda da bicicleta, quanto mais rotações, mais rápido deve-se pedalar para chegar até a tensão desejada. Não compre motores com redutores, eles são mais difíceis de girar e podem atrapalhar o funcionamento do projeto.
- Tampinha de garrafa ou rodinha de brinquedo de plástico – Essa parte será responsável por conectar nosso carregador com a roda da bicicleta.
- Conectores / Jumpers – Fios que vão conectar o motor elétrico ao cabo USB para o carregamento.
- Cabo USB – Essa cabo será conectado à saída do motor elétrico e irá conectar o celular ao nosso carregador
- (OPCIONAL) Carregador de celular de carro – CASO o seu motor elétrico funcione com uma tensão maior do que 5,0 V, DEVE-SE utilizar o carregador como regulador de tensão. Nesse caso, iremos conectar a saída do motor elétrico na entrada do carregador de celular, e só depois iremos conectar o cabo USB.
- (OPCIONAL) Micro conversor de DC para USB com saída de 5,0 V – Caso você não queira pagar tanto por um carregador de carro, recomendo que compre um Micro conversor de DC para USB, esses conversores fazem a mesma função do carregador, porém são placas abertas para serem utilizadas em prototipação, exatamenteo que estamos fazendo com esse projeto.
Teoria e Prática
Motores elétricos são Geradores e Receptores elétricos, ou seja, dependendo do modo que são utilizados podem transformar Energia elétrica em Energia Cinética (Motor 01 da figura abaixo), ou podem transformar Energia Cinética em Energia Elétrica (Motor 02 da figura abaixo).
Portanto os motores elétricos são essenciais para o nosso projeto funcionar, e saber dimensioná-los está diretamente relacionado com o sucesso do mesmo!
Vamos aos Celulares, ou melhor, vamos falar de Baterias de celulares:
Nossos celular funcionam com baterias que variam sua tensão de 3,0 V até 3,7 V, isso significa que uma tensão de 5,0 V já será suficiente para carregar as nossas baterias, e é sobre esse valor que iremos dimensionar nosso carregador de celular por bicicleta.
Sobre o Cabo USB que iremos utilizar, segue abaixo o esquema:
Quando abrir o cabo USB e chegar nos fios interno, verá que o fio VERMELHO é o que deve ser conectado ao POSITIVO, e e o fio PRETO é o que deve ser conectado ao NEGATIVO! Não inverta essa ordem!
Pronto, já sabemos o bastante para fazermos o nosso carregador! 😀
Nosso carregador pronto:
A imagem acima mostra um carregador de celular para bicicleta acoplado ao carregador de carro como regulador de tensão (o motor utilizado acima é de 12,0 V)
Dois testes realizados para verificar o funcionamento dos carregadores:
Teste I:
Teste II:
No próximo vídeo podemos ver que a proposta inicial com o funcionamento de um motor dimensionado corretamente também funciona.
Considerações finais
Notei que no início do projeto os alunos ficaram um tanto quanto desconfortáveis com a ideia, pois não sabiam por onde começar, mas com o andamento das aulas os alunos pegaram rapidamente a ideia do funcionamento do carregador.
Nesse projetos trabalharemos habilidades que vão desde a comunicação e o planejamento em grupo, até a comunicação e exposição em público do trabalho final, passando por trocas de emails e construção de protótipo.
O projeto em si é barato e vai exigir um acompanhamento de perto por parte dos professores orientadores, o que na minha opinião aproximará os alunos dos professores.
Vale lembrar que para evitar que aparelhos sejam danificados, devemos seguir as instruções tal como foram sugeridas aqui. Não posso garantir o sucesso do projeto caso alguma alteração seja feita. Caso necessite de algum auxílio, sinta-se à vontade para vir falar comigo!!!
Referências / Inspirações
- Vídeo referência 01:
https://www.youtube.com/watch?v=stSuWOQMqmU
- Vídeo referência 02:
https://www.youtube.com/watch?v=kVAZIDFMRXY
- Vídeo referência 03:
https://www.youtube.com/watch?v=pqW9pS3SdzA
- Vídeo referência 04:
https://www.youtube.com/watch?v=zNQrntWhhA4
Espero que tenham gostado. Se conhecerem alguém que esteja pensando em um projeto que envolva Ciências da Natureza, indique esse projeto! Deixe um feedback nos comentários. Até mais!
Como referenciar este post: Pedalada Elétrica – Trilha de conhecimento STEM. Rodrigo R. Terra. Publicado em: 4/12/2019. Link da postagem: (http://www.makerzine.com.br/educacao/pedalada-eletrica-trilha-de-conhecimento-stem/).
