Stem prático:

A educação Stem (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática) é essencial para entender a ciência na sociedade moderna e preparar uma nova geração para preencher os papéis técnicos necessários e participar da tomada de decisões e do discurso sobre os avanços da ciência e seu impacto na sociedade.¹ A ciência complexa da covid-19 e a pandemia resultante destacou a necessidade de alfabetização científica básica e seu papel e função dentro da educação fundamental e de ensino médio.² Para os professores, preparar materiais para envolver e incentivar os alunos em Stem pode ser um desafio. Este artigo fornece recursos para ajudar a facilitar a preparação e o planejamento para educadores do ensino fundamental e médio.

Com as necessidades básicas de alfabetização científica, vem um objetivo secundário da educação Stem: a preparação de futuros professores de Stem, que, por sua vez, inspirarão alunos curiosos.³ Para que a educação adventista alcance esse objetivo, precisamos promover o desenvolvimento de mais docentes do sexo feminino nas áreas em que elas estão sub-representadas em nossas instituições.⁴ Isso começa no ensino médio porque Stem nesse nível é fundamental para aumentar o número de mulheres nas áreas de Stem. Para as mulheres jovens, a experiência prática nesses campos durante o ensino médio demonstrou aumentar a busca por carreiras em Stem por mulheres.⁵ Em geral, o uso de atividades de investigação, de atividades práticas destinadas a incentivar os alunos a explorar os conceitos ensinados estimula a curiosidade e o engajamento de todos os alunos.⁶ A combinação dessas atividades com o aprendizado ativo aumenta o desempenho e a retenção de alunos sub-representados em Stem.⁷

Nossa experiência

O Departamento de Química e Bioquímica da Universidade Andrews recentemente (julho de 2021) organizou um workshop para professores em atividades de química financiado pela Universidade Loma Linda, da Fundação Versacare.⁸ Conseguimos realizar o workshop remotamente depois de fornecer aos professores participantes um kit de material de laboratório numa caixa. Várias atividades de laboratório descritas abaixo fizeram parte do workshop, durante o qual os apresentadores realizaram os experimentos junto com os participantes enquanto destacavam maneiras de abordar a atividade com alunos em uma sala de aula.

Dos participantes que responderam à pesquisa pós-oficina, 80% indicaram (1) que foi útil ver e fazer as atividades ao vivo com o instrutor do workshop; e (2) foi útil ter uma oportunidade remota para a capacitação de professores no verão (80% indicaram que não poderiam participar de outra forma). Dos entrevistados, 80% sentiram que sua capacidade de compartilhar experimentos e atividades de ciência e química com seus alunos cresceu com a participação no workshop.

O corpo docente do Departamento de Química e Bioquímica da Universidade Andrews continua buscando mais oportunidades para oferecer essa experiência aos professores. Nós (e outros departamentos de Stem) estamos planejando outra sessão de workshop de verão enquanto procuramos novamente por financiamento. Incentivamos viagens ao nosso campus e visitamos outros campi com atividades práticas também.

Um ótimo lugar para começar a experimentação para educadores e alunos é com algo familiar: comida. Muitos professores já começaram a explorar essa área cultivando plantas conhecidas produtoras de alimentos com seus alunos. Experimentos podem ser projetados para explorar não apenas o processo biológico de crescimento das plantas, mas também, adicionando diferentes substâncias às plantas e mudando o ambiente, explorando os efeitos de muita ou pouca água, nutrientes fornecidos, condições de luz ou condições do ar. Outra parte do processo científico também ocorre quando os alunos registram notas e observações. Quando há vários “sujeitos” no mesmo grupo (como várias plantas ou vários alunos replicando as mesmas condições para seu experimento com biscoitos), há uma oportunidade real de ajudar os alunos a aplicar análises estatísticas aos resultados.

Outro exemplo de experimentação com alimentos é a análise de diferentes adoçantes. Uma sala de aula de alunos pode ser solicitada a provar adoçantes depois de prever os níveis de doçura (mascarar a identidade de qual adoçante um aluno prova permite uma análise imparcial). Essa atividade e outra relacionada sobre enzimas (por exemplo, cuspir em uma tigela de pudim para ver o que acontece com a consistência) foram modificadas (veja esta atividade: https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-education-resources/resource-links) com permissão de Cordelia Running at Purdue, que criou um maravilhoso conjunto de experimentos universitários de educação científica geral.⁹

Os entusiastas da gastronomia molecular estarão familiarizados com os polímeros de alginato de sódio e a maneira interessante como são usados para aplicações alimentícias. Isso pode levar a excelentes oportunidades de ensino de ciências. Uma publicação recente de Corcoran et al.¹⁰ documenta alguns experimentos que podem ser usados com alunos do ensino fundamental ao ensino médio e destaca práticas sustentáveis para agregar à discussão com os alunos. O experimento de vermes de alginato¹¹ da Royal Society é uma excelente e sucinta atividade em sala de aula.

Recursos

Abaixo está uma discussão de cada recurso com links. Este site  – https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-educational-resources/home?authuser=0 – fornece todos os links e tenta correlacionar o recurso aos capítulos do ByDesign: A Journey to Excellence por meio de livros didáticos de Ciências produzidos pela Divisão Norte-Americana para o ensino fundamental. Embora não seja necessário fazer um paralelo direto com o tópico do livro didático e as atividades sugeridas, muitas vezes é útil criar uma conexão entre o professor e os alunos. Os livros didáticos do ensino médio em uso são mais variáveis; ainda não há uma relação de conexões curriculares disponíveis para eles.

Os professores devem sentir-se equipados para fazer experimentações práticas baseadas na curiosidade. Os recursos listados abaixo são gratuitos ou estão disponíveis a um custo moderado. Há livros e outros materiais para compra, mas a informação disponível gratuitamente na Web oferece talvez mais atividades do que tempo disponível.

Química

O Inquiry in Action, do jardim ao 5º ano,¹² da American Chemical Society (ACS), é uma coleção de recursos alinhados aos Padrões Científicos da Próxima Geração (NGSS) (padrões de ciências do ensino fundamental e médio).¹³ Essas lições oferecem atividades que ajudam a conectar alunos e professores às coisas do dia a dia. Mas, mais do que isso, eles fornecem informações básicas sobre ciências para ajudar os professores que sentem que precisam de um pouco mais de informações, talvez uma atualização dos conceitos.

Uma atividade simples e favorita usa doces M&Ms para investigar as propriedades de dissolução e pode ser usada para muitos níveis de ensino diferentes. Essa atividade possibilita estimular os alunos a fazer suas perguntas sobre M&Ms e cores e até mesmo explorar essas questões. Mais ajuda para professores de ensino fundamental I está disponível no site Adventures in Chemistry, que apresenta atividades práticas, vídeos e jogos.¹⁴

Outro recurso alinhado com o NGSS do ACS é o Middle School Chemistry, Grades 6-8.¹⁵ Este recurso da Web contém muitas ferramentas para o professor, incluindo informações básicas, leituras dos alunos, perguntas de teste e atividades. Cada atividade inclui o layout de experimentação mais formal, com seções que incluem objetivos, avaliações e informações de segurança. Um maior alinhamento com o Common Core English Language Arts (CCELA) (padrões de letramento do ensino fundamental ao médio)¹⁶ torna esse recurso da Web particularmente útil.

Um exemplo que ilustra o Capítulo 5, Lição 6: “A temperatura afeta a dissolução?” permite a exploração dos efeitos da energia nas propriedades de dissolução dos M&Ms. Novamente, esta é uma ilustração do uso de materiais cotidianos para algo altamente relacionável com professores e alunos.

O ACS também fornece recursos para a próxima turma, de 8 a 12 anos, usando a revista ChemMatters.¹⁷ Embora a assinatura da revista não seja gratuita, muitos artigos podem ser acessados gratuitamente no site. Mais do que apenas artigos sobre alguns tópicos interessantes em química, o site da revista inclui guias do professor com planilhas e respostas, conexões com conceitos e padrões científicos, informações básicas para o professor e uma lista de fontes e informações adicionais. Esses artigos e os guias do professor que os acompanham são um recurso incrível para o professor do 7^o/8^o anos ou do ensino médio. Esta autora (L.A.) usou alguns desses artigos em seu curso de Química universitário de educação geral e para o 7^o/8^o anos. Outro recurso é um artigo na Edutopia listando sites para professores de ciências;¹⁸ especialmente, o nº 8 é um link para uma Tabela Periódica de Vídeos.¹⁹

Outros recursos disponíveis estão listados nas referências abaixo, e um dos autores (L.A.) está coletando todas essas informações neste site em construção: https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-educational-resources/home. Eles incluem links para sites de museus, outras sociedades de química e indivíduos que forneceram gratuitamente maneiras de ajudar as crianças a fazer ciência (geralmente com coisas que podem ser compradas).

Física

Existem muitas fontes de recursos agregados para o ensino de física. Daremos um resumo de alguns dos mais interessantes que encontramos e usamos atualmente.

O Compadre é o pacote de ferramentas educacionais da Associação Americana de Professores de Física (AAPT).²⁰ Esta biblioteca digital da AAPT possui muitas simulações e ferramentas gratuitas para o público. A American Physical Society (APS) coletou informações para professores de ensino fundamental e é um dos principais centros de pesquisa de física nos Estados Unidos.²¹ O CyberBee é um agregador independente com uma interface simples, mas de seleção limitada, embora seja curadoria de ex-professores.²² Por último, selecionamos o Science Buddies como um recurso para professores do ensino fundamental. Este site inclui demonstrações relativamente fáceis para os professores realizarem ou conduzirem discussões sobre os fenômenos físicos que estão sendo demonstrados.²³

Os outros recursos de física listados aqui são coleções de materiais produzidos pelo HyperPhysics. Desenvolvido por Rod Nave na Georgia State University, o HyperPhysics é um livro digital que fornece um resumo rápido da maioria dos tópicos da área. Ele fornece uma atualização rápida para professores que preparam uma palestra sobre um tópico sobre o qual se sentem enferrujados. Originalmente projetado para física, desde então foi expandido para incluir biologia, química e geologia, em parceria com outras instituições.²⁴

PhETs são simulações de situações físicas. Eles podem ser usados como demonstrações durante as aulas, como base de uma atividade de investigação em classe, um experimento virtual para coletar dados ou como um exemplo para consultar durante os trabalhos de casa. Essas animações versáteis foram desenvolvidas pela Universidade do Colorado, em Boulder. O ganhador do prêmio Nobel, Carl Wieman, começou esse projeto em 2002 como uma ferramenta de ensino, e ele se tornou um ótimo lugar para encontrar recursos para ajudar a manter as aulas interessantes.²⁵

Outras ciências

Como mencionado acima, o HyperPhysics se ramificou em química, biologia e geologia, criando um ótimo link de referência para professores acessarem tópicos atualizados.²⁶ A National Science Foundation fornece uma lista de links em alguns sites diferentes para vários níveis de ensino.²⁷ Embora muito do site da NSF seja dedicado à pesquisa, parte do material é escrito em um nível popularizado para tentar aumentar a apreciação pública da ciência. Share My Lesson é um site de compartilhamento de professores onde os professores podem fazer upload de suas aulas e compartilhá-las com outros.²⁸ Se for necessário um ponto de partida para planejar uma aula sobre um tópico difícil, o site Share My Lesson é um ótimo recurso para ver como outros professores resolveram a questão. Outro site com uma lista de links é o Common Sense Education,²⁹ fornecendo recursos de biologia, química e física.

Os recursos neste artigo foram revisados por pares.

Lisa A. Ahlberg

Lisa A. Ahlberg, PhD, é professora associada de Química na Andrews University (Berrien Springs, Michigan, Estados Unidos). Ela é bacharel em Bioquímica pela Andrews University, tem doutorado em Química Orgânica pela University of California, Davis, e foi pós-doutoranda estudando ligação de DNA-carcinógeno na University of California, San Francisco, Estados Unidos. A Dra. Ahlberg trabalhou em biotecnologia industrial em empresas como SRI International, em Menlo Park, Califórnia, e Hermes Biosciences, em San Francisco, Califórnia. Ela publicou em revistas científicas, como o Journal of the American Chemical Society, The Journal of Organic Chemistry, Tetrahedron e ACS Symposium Series: Engaging Students in Organic Chemistry. Ela também é apaixonada por orientar meninas do ensino fundamental e médio na área das ciências.

G. Brendan Cross

G. Brendan Cross, PhD, é professor assistente de Física e diretor de empresas de física na Universidade Andrews. O Dr. Cross obteve o título de bacharel em Ciências em Engenharia, com segunda especialização em matemática e física pela Andrews University. Ele obteve um mestrado em Engenharia Aeroespacial pela Universidade de Notre Dame, em South Bend, Indiana, Estados Unidos, com ênfase em aero-óptica. Completou seu doutorado em Física pela Georgia State University, em Atlanta, Geórgia, Estados Unidos.