Conectando com o Sol

Resumo da Unidade

Esta unidade de ciências desafia  os estudantes a cozinharem utilizando energia solar. O estudo da turma começa vendo como a rotação da Terra durante o período do dia iluminado pelo Sol produz diferentes sombras. Os estudantes fazem várias pesquisas sobre a posição da Terra e as sombras utilizando a bússola, medindo temperaturas com o termômetro e fazendo observações. Eles pesquisam sobre os problemas causados pelo uso de combustíveis tradicionais e como a energia solar poderia resolver esses problemas. Os estudantes trabalham como engenheiros e sua tarefa é construir fogareiros solares para cozinhar um ovo. A partir do funcionamento dos fogareiros, podem explorar  o uso da energia solar como alternativa para os combustíveis tradicionais. Os estudantes mostram sua aprendizagem em apresentações de multimídia ou diários. 

Problematização da Unidade

• Questão Essencial
  O que faz as pessoas (cientistas) considerarem novas alternativas para resolver problemas?
• Questões da Unidade 
  Por que a energia solar deveria ser considerada uma alternativa para os combustíveis tradicionais?
  Como você pode desenhar um aparelho para transferir a energia do Sol para um propósito útil?
• Questões de Conteúdo
  Quais são os fatores que limitam a transferência do calor solar? 
  Qual efeito a energia solar produz em diferentes materiais, e como podemos usar esses efeitos?
  Como o calor é transferido? 
  Como a rotação da Terra e a posição do sol afetam o calor e a temperatura na Terra?

Procedimentos 
Antes desta unidade:  

• Revise os termos e conceitos gerais no documento de informação conhecida
• Tenha certeza de que os estudantes sabem como usar uma bússola e um termômetro
• Verifique que os estudantes sabem como pesquisar e documentar informação na Internet
• Selecione estudantes voluntários para as seções 7, 8 e 9 (como será descrito mais adiante neste plano da unidade)

Seção 1 
Comece fazendo aos estudantes a Questão Essencial: O que faz as pessoas (cientistas) considerarem novas alternativas para resolver problemas?   Os estudantes podem discutir em grupo e refletir sobre o que faz que os cientistas criem novas invenções e encontrem novas alternativas. Pergunte aos estudantes: O que aconteceria se sempre fizéssemos as coisas da maneira em que sempre foram feitas? Os estudantes refletirão sobre esta pergunta no final do projeto. 

Comece a introdução do projeto com apresentações de slides (ppt), e depois da apresentação a turma vai fazer uma discussão sobre as seguintes perguntas: 

• Como você pode desenhar um aparelho para transferir a energia do Sol para um propósito útil? 
• De que maneira um forno convencional cozinha a comida? (Teste e desenvolva a idéia de que  cozinhar no forno requer uma fonte de calor e que uma caixa com isolamento térmico mantém o calor. Um medidor de temperatura é um instrumento adicional de grande ajuda.)

Crie idéias de cozinha solar mais adiante fazendo as seguintes perguntas: 

• Alguns dizem que um ovo pode ser frito em uma calçada em um dia quente. É verdade?
• Alguém já tentou fazer isso?  
• Quão quente deve estar para cozinhar um ovo?

Como demonstração para a turma, cozinhe um ovo em um molde para pudim pequeno num forninho pré-aquecido a  cerca de 170oC. Ponha um termômetro para carne dentro do ovo para determinar a temperatura. Enquanto ele está cozinhando, discuta como o calor radiante (calor transferido através do espaço), calor por condução (calor transferido por contato direto com uma fonte de calor), ou calor por convecção (calor transferido através do movimento, ar quente) está cozinhando o ovo. Quando achar que o ovo está cozido leia o termômetro. (Nota: Um ovo está cozido quando sua temperatura interna atinge  70oC. Não meça a temperatura do ovo.) 

Introduza o seguinte desafio: Os estudantes trabalham como engenheiros e sua tarefa é construir um fogareiro solar que possa cozinhar um ovo. A partir do funcionamento dos fogareiros, podem explorar  o uso da energia solar como alternativa para os combustíveis tradicionais.. Diga aos estudantes que eles devem fazer uma análise racional sobre a energia solar baseada em pesquisa, e faça a pergunta: Porque a energia solar deveria ser considerada uma alternativa para os combustíveis tradicionais? 

Seções 2 e 3
Os estudantes se reúnem em grupos para determinar as características que eles acham que seus fogareiros solares vão necessitar para enfrentar o desafio. 

Reúnem-se novamente para estudar sobre reflexão e absorção dos raios do sol. Discuta as razões porque um ovo não pode ser cozido numa calçada e os alunos refletem sobre as características necessárias para os fogareiros solares. Discuta respostas para a pergunta: Qual efeito a energia solar produz em diferentes materiais, e como podemos usar esses efeitos? 

Depois, usando os critérios dos alunos e um conjunto de recursos eletrônicos e de impressão que você vai fornecer, ensine os estudantes a começar a avaliar uma variedade de desenhos de fogareiros solares. Ande pela sala enquanto os alunos trabalham e faça anotações. 

Durante os últimos 10 minutos  os estudantes deverão responder em seus diários de ciências as Perguntas 1 e 2 da ficha testando o entendimento. Revise os diários e dê mais instruções se for necessário.

Seção 4 
riente e ensine os grupos a escolher um desenho preliminar de fogareiro solar a partir da sua pesquisa de Internet. Diga-lhes que tem que estar preparados para defender suas escolhas. 

Usando a Pergunta 3 da ficha testando o entendimento, cada grupo descrevaecomo o desenho de seu forno se relaciona com sua função. Isto pode ser chamado de defesa do desenho que escolheram, comparado com um desenho que eles rejeitaram. 

Seção 5 
Os estudantes lêem suas anotações para a turma e  com as informações obtidas durante a discussão, fazem sua eleição final sobre o desenho. 

Antes de construir, devem fazer esboços de seus desenhos em seus diários, colocar um nome para cada parte e descrever sua função. 

Seção 6 
Desenvolver os conceitos de transferência de calor relacionados com calor radiante, convecção e condução do calor. Diga aos estudantes que usem esta informação quando escolherem o método de cozinhar que eles querem usar (cozinhar, assar, ferver, ou fritar; com a casca ou sem a casca). 

Eles designam tarefas dentro do grupo e começam a coletar os materiais. Faça a Pergunta 4 da ficha testando o entendimento. Revise outra vez os diários e modifique a instrução se for necessário.

Seções 7 até 9
Dê bastante tempo para que os estudantes construam seu fogareiro. 

Durante estes dias,  os estudantes pesquisam  a rotação da Terra em relação à  posição do Sol e os efeitos no calor e temperatura da Terra, completando a atividade encontrando e usando os procedimentos do plano de sombra. 

Os estudantes respondem a Pergunta 5 da ficha testando o entendimento.
 
Seção 10 
Passe um período da aula resolvendo os problemas dos fogareiros e medindo as temperaturas interiores. Os estudantes deverão fazer um quadro ou um gráfico de temperaturas e tempos correspondentes. As temperaturas podem ser comparadas com uma guia de temperatura para alimentos encontrada em suas pesquisas.

Usando a Pergunta 6 da ficha testando o entendimento peça aos estudantes para interpretar um gráfico de um fogareiro solar. Depois, suas informações poderão ser colocadas em um gráfico usando software de páginas de Excel. Esta atividade, junto com os procedimentos do plano de sombra ajuda os estudantes a afinar a função de seus fornos e escolher a hora e a posição para cozinhar.

Faça uma discussão com os estudantes para ajudar a responder quaisquer perguntas que eles tenham e para testar a compreensão dos conceitos que lhes pareceram difíceis.
 
Seção 11 (no próximo dia ensolarado)
Vamos cozinhar! Os estudantes usam seus fogareiros solares para cozinhar ovos. 

Tire várias fotos digitais e convencionais e imagens de vídeo! Precaução: Se comerem os ovos, tenha certeza de que foram cozidos a pelo menos  70oC e consumidos imediatamente depois de cozinhar. 

Seções 12 até 14 
Explique que eles vão colocar seu aprendizado em um projeto. 

Em grupos pequenos ou em duplas os estudantes devem fazer uma apresentação de slides, um folheto ou um diário. 

Distribua a ficha de avaliação do projeto para ajudar os estudantes a planejar e seguir seu progresso. Informe que todos os projetos devem incluir:  

• Análise racional para o desenho escolhido e razões pelas quais uma pessoa escolheria usar energia solar em vez de combustíveis tradicionais
• Uma ou mais fotos digitais do fogareiro, preferivelmente em etapas de construção
• Um gráfico mostrando a temperatura do forno e uma legenda interpretando o gráfico
• Discussão do processo e os resultados (incluindo introdução, processo, resolvendo problemas, resultados do desafio e conclusões finais)
• Citações do desenho do fogareiro e outra informação

Distribua a ficha de avaliação de energia solar e revise com os estudantes para ajudar a ter certeza de que entenderam os critérios de avaliação antes que comecem a trabalhar.

Seção 15
Faça uma discussão da turma voltando à Pergunta Principal: O que faz as pessoas (cientistas) considerarem novas alternativas para resolver problemas?  Os estudantes deverão ter mais entendimento sobre os fatores que levam os cientistas a explorarem novas soluções para os problemas. 

Peça aos estudantes para responder as Perguntas 7 até 9 da ficha testando o entendimento.

Habilidades Prévias Requeridas

• Familiaridade no uso da bússola para orientar os objetos na Terra
• Familiaridade no uso do termômetro para monitorar mudanças de temperatura em vários materiais
• Habilidades básicas com o teclado e navegação no computador (incluindo abrir e salvar  documentos, baixar programas, documentar pesquisas e encontrar informação na Internet)

Estratégias Diferenciadas 
Recursos para os Estudantes 

• Coloque o estudante com  leitores proficientes
• Permita ao estudante  testar as respostas oralmente antes de registrá-las 
• Permita ao estudante selecionar respostas de múltipla escolha ou responder oralmente em vez de responder ensaios 
• Peça assistência ao pessoal de apoio 
• Dê um horário diário de tarefas para ajudar a organização e finalização do trabalho

Estudantes Talentosos 

• Dê oportunidades de estender as atividades, como construir um fogareiro parabólico mais complexo, estudando a fusão atômica e como se relaciona com a energia do Sol ou estudando como as microondas agitam as moléculas para esquentar alimentos 
• Apresente o problema de armazenamento de energia solar  para o estudante pesquisar soluções

Estudantes que não falam inglês como primeira língua  

• Dê modelos visuais quando possível
• Peça ajuda com a tradução a estudantes bilíngües proficientes
• Peça apoio aos professores de Inglês para criar um glossário de termos de duas línguas para ajudar a desenvolver o vocabulário 
• Permita que o trabalho escrito seja feito na língua do estudante para posterior tradução