Como fazer uma maquete da cadeia alimentar

Na natureza tudo é muito dinâmico…

A todo momento os seres vivos estão se relacionando. Se tivermos a oportunidade de observar, mesmo que seja por pouco tempo, os seres vivos que estão em um jardim ou em uma praça, teremos mais clareza do que ocorre: um gafanhoto pousa em uma folha em busca de alimento, mas a qualquer momento pode chegar um pássaro que também verá no gafanhoto uma opção para seu almoço… Daqui a pouco aparece um gato, que, como você sabe, pode transformar o pássaro em sua refeição e assim se dá o ciclo da vida…

Todos os seres vivos precisam se alimentar…

Uma das principais características dos seres vivos é a necessidade de alimento e a fonte de alimentação da grande maioria dos seres vivos é outro ser vivo. Somente as plantas conseguem fugir dessa regra, pois elas conseguem produzir seu próprio alimento utilizando os nutrientes do solo e a energia da luz do sol. Este processo que a planta realiza chama-se fotossíntese.

Veja como é o processo da fotossíntese.

Preferências alimentares…

Da mesma forma que nós, seres humanos temos nosso prato predileto, os outros seres vivos também têm. Como já vimos, as plantas são as únicas que conseguem produzir seu próprio alimento, por isso são chamadas de produtoras. Existem animais que só gostam de se alimentar de plantas e este grupo recebe o nome de consumidores primários. Como exemplo de consumidores primários temos o rato e o coelho. Existem aqueles animais que se alimentam dos consumidores primários, estes são os consumidores secundários e os exemplos são pássaros e cobras. Outros animais de grande porte têm como prato predileto os consumidores secundários e este grupo é chamado de consumidor terciário , o leão é um representante desse grupo e assim por diante…
Mas… todos esses seres vivos um dia morrem e acabam entrando em decomposição. Aí entra em ação um outro grupo de seres vivos, os decompositores , que fecham o ciclo de uma cadeia alimentar. Os decompositores são os fungos e as bactérias.

Construindo a cadeia alimentar…

Essa rede de relações alimentares entre os seres vivos é chamada de cadeia alimentar e o equilíbrio do meio ambiente depende muito dela.

Curiosidade: Quanta fome!!!

Um único leão é capaz de comer até 30 quilos de carne de uma só vez. Por dia um macho precisa de 7 quilos de carne, e uma fêmea, de 5 quilos. (O Guia os Curiosos, Marcelo Duarte, 2005)

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133 vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o MODELOS E MODELIZAÇÕES NO ENSINO: UM ESTUDO DA CADEIA ALIMENTAR Models and modelizations in education: a study of the alimentary chain Alfredo Müllen da Paz1 Ilse Abegg2 José de Pinho Alves Filho3 Vera Lúcia Bahl de Oliveira4 RESUMO: Este trabalho aborda o processo de modelização no Ensino de Ciências Naturais, mais especificamente no ensino de Biologia. Primeiramente, abordam-se conceitualmente modelos e modelizações no ensino de ciências. Após esse procedimento é apresentado o exemplo de modelização da cadeia alimentar e, por fim, descreve-se uma situação transcorrida em sala de aula na qual é analisado o processo de ensino aprendizagem, mediado pelos modelos. Para tanto, utilizou-se uma situação didática desenvolvida na 4ª série do ensino fundamental sobre o tema “cadeia alimentar”. Foram utilizados nesse processo de ensino, os modelos e representações apresentadas em livros didáticos de diferentes séries, inclusive dos níveis médio e superior. Como conclusões, apontamos que os modelos devem ser utilizados como recursos aproximativos e não como realidades; como instrumentos de explicação e previsão produzidos com a intenção de uma melhor compreensão dos problemas educativos enfrentados. Nesse processo, é fundamental o papel do professor na implementação das situações de interação e aprendizagem necessárias. Palavras-chave: Modelos e modelizações, ensino de ciências, Cadeia Alimentar. ABSTRACT: This work approaches the process of modelization in the Natural Science Teaching, more specifically in the teaching of Biology. First, models and modelizations in the teaching of sciences are approached conceptually. After, the example of modelization of the alimentary chain is presented and finally, describes a situation occured in classroom in which the process of teaching learning, mediated for the models is analyzed. For in such a way, a didactic situation developed in 4ª was used series of basic education on the subject “alimentary chain”. They had been used in this process of teaching, the models and representations presented in didactic books of different series, also of the average and superior level. As conclusions we point that the models must be used as aproximativos resources and not as realities. As instruments of explanation and forecast produced with the intention of one better understanding of the faced educative problems. In this process, the paper of the professor is basic, in the implementation of the situations of necessary interaction and learning. Keywords: Models and modelization; teaching of sciences; Alimentary Chain 1 Professor do Colégio de Aplicação da Universidade Federal de Santa Catarina (CA/UFSC) e doutorando do Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, UFSC, Santa Catarina, Brasil (e-mail: ). 2 Mestre em Educação Científica e Tecnológica pela Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil (e-mail: ). 3 Professor adjunto do Departamento de Física da Universidade Federal de Santa Catarina e do Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, UFSC, Santa Catarina, Brasil (e-mail: ). 4 Professora assistente do Departamento de Biologia Geral da Universidade Estadual de Londrina, Paraná, e doutoranda do Programa de Pós- Graduação em Educação Científica e Tecnológica, UFSC, Santa Catarina, Brasil (e-mail: ). vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o 134 INTRODUÇÃO Os estudos de modelos e modelizações5 de diversos autores, Bunge (1974), Astolfi (2001), Bassanesi (1994), Martinand (1986), Pietrocola (1999), Pinheiro (1996, 2001), mostrou-nos a aplicabilidade dessas teorias na área das ciências exatas, e mais especificamente na matemática. Enveredar por um estudo, envolvendo modelos e modelização de um conteúdo das ciências biológicas, mostrou-se uma tarefa extremamente ousada. Primeiramente, porque são poucas as publicações que discutem essa relação e ainda, porque os autores são de formação diversificada (dois ligados ao ensino de física, um ligado ao ensino de biologia e o quarto ligado ao ensino de ciências nas séries iniciais), configurando-se assim, um estudo multidisciplinar. Utilizando-se das conceituações teóricas de modelos, enfrentamos o desafio de estudar uma seqüência programática envolvendo a modelização de uma cadeia alimentar, implementada em uma 4ª série do ensino fundamental de uma escola pública. A primeira constatação é que uma seqüência, como por exemplo: capim ? caramujo ? passarinho ? gato (cadeia alimentar) é um modelo. Assumindo essa premissa, cadeia alimentar é uma representação conceitual esquemática de uma situação real, na qual há uma seqüência de seres vivos relacionados unidirecionalmente pelo fluxo de energia. Assim sendo, abordamos teoricamente modelos e modelizações no Ensino de Ciências Naturais e suas Tecnologias — CN&T, descrevemos uma situação transcorrida em sala de aula e analisamos o processo de ensino aprendizagem, mediados pelos modelos. MODELOS E MODELIZAÇÃO NO ENSINO DE CIÊNCIAS NATURAIS E SUAS TECNOLOGIAS Em nossa discussão, iremos nos referenciar basicamente nas idéias de Mario Bunge (1974), em particular sobre a sua maneira de conceber as relações entre as teorias e a realidade, ou seja, como os modelos podem oferecer uma forma de conceber o realismo científico sem no entanto identificá-lo com as formas mais ingênuas que acabam por propor as teorias científicas como imagens refletidas da realidade. As discussões do trabalho de Bunge (1974) sobre modelos e modelização iniciam- se pela análise da função dos modelos na constituição do conhecimento teórico das ciências. Segundo o autor, a Ciência desenvolvida pelas sociedades modernas tem a capacidade de produzir conhecimento teórico diferente das sociedades pré-industriais, onde a crença, opinião e conhecimento pré-teórico eram suficientes. A ciência contemporânea não é somente experiência, é sim, teoria mais experiência planificada, executada e entendida à luz de teorias. No campo educacional, a utilização de modelos mais simples é aceitável na medida que seus objetivos sejam facilitar a compreensão, ou seja, que esses não se tornem modelos em que se sujeitem à fundamentação teórica não relevante. Para Fourez (1997), a simplificação do modelo não é considerada como um inconveniente, mas uma necessidade. Deter-se na complexidade dos modelos é essencial para a gestão científica. Para Bunge, segundo Pietrocola (1999), “os modelos são abordados na medida em que se procura relações entre as teorias e os dados empíricos. Estes são os intermediários entre duas instâncias limítrofes do fazer científico: conceito e medidas.” 5 O termo “Modelização” advém da escola francesa, “modélisation”, no livro de Astolfi (2001), remete a Bernard Walliser, Systèmes et modeles, Seuil, 1977 e também a Jean-louis Lê Moigne, La Théorie du système general.Théorie de la modélisation, Paris, PUF, 2ªed, 1984. Para os autores “Modelagem” é o termo usado na pesquisa matemática, já “Modelização”, que advem da escola francesa é usada na pesquisa de ensino de física, generalizando para o ensino de Ciências Naturais. 135 vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o Ainda, este autor ressalta que “os dados empíricos apesar de bem próximos da realidade, não podem ser inseridos em sistemas lógicos e gerar conhecimento. Desta aparente dicotomia entre teórico e empírico, a modelização pode se constituir em uma instância mediadora” (In.: Pietrocola, 1999:10). Para chegar ao conceito da realidade, segundo Bunge (1974), parte-se das idealizações, na forma da identificação das suas características gerais. Assim, para o autor, instala-se um objeto-modelo ou modelo conceitual de uma coisa ou de um fato e se designa ao mesmo, propriedades possíveis de serem sustentadas por teorias. Os objetos modelos, “apesar do alto grau de realidade, não permitem nenhuma operacionalização que vá além do estabelecimento de semelhanças.” (Pietrocola, 1999:10). Já a construção de uma teoria do objeto-modelo requer um modelo teórico. Ressalta-se que todo modelo teórico “é parcial e aproximativo” (Bunge, 1974:30), pois somente os elementos do trabalho científico, como a observação, a intuição e a razão não permitem o conhecimento do real, mas o processo de modelização e sua comprovação apresenta um bom resultado no conhecimento da realidade. “De maneira geral, podemos dizer que um modelo é resultado de uma reflexão sobre uma parte da realidade e da tentativa de entender e ou agir sobre ela” (Bassanezi, In.: Pinheiro, 1996:75). Os modelos e a modelização vem sendo estudados nos últimos anos no escopo da Didática das Ciências. Algumas considerações são levantadas por Astolfi (2001), que afirma que a presença da modelização em sala de aula advém “da necessidade de explicação que não satisfaz o simples estabelecimento de uma relação casual” (Astolfi, 2001:104) e os modelos científicos são apresentados para os alunos “como a realidade diretamente interpretada muito mais do que representações construtivas, conscientemente reduzidas e calculáveis” (Astolfi, 2001: 105, grifos nossos). Para Martinand em Astolfi (2001), os modelos permitem a apreensão da realidade em virtude de dois motivos: 1º) facilitar a representação do “escondido”, pois “substituindo as primeiras representações por variáveis, parâmetros e relações entre variáveis, fazem com que se passe a representações mais relacionais e hipotéticas”. (Martinand, In.: Astolfi, 2001:103). 2º) auxiliar a pensar o “complexo”, porque “identificando e manipulando bons sistemas, permitem descrever as variáveis de estado e de interação, as relações internas entre essas variáveis, os valores de imposições exteriores”. (Martinand, In.: Astolfi, 2001:103). A modelização na Didática das Ciências, para Astolfi (2001), possibilita que o aluno perceba e conceba o caráter arbitrário do modelo. O aluno como modelizador pode distinguir dois aspectos complementares do modelo que, necessariamente, se encontram presentes no processo de modelização: o modelo teórico e o modelo empírico. O modelo teórico está relacionado ao caráter hipotético. O modelo empírico é resultado de um tratamento de dados, tendo por base o modelo teórico. Construir atividades de modelização, estruturando propriedades no modelo e comparando as atividades experimentais, pode facilitar aos alunos, reconhecer a diferença entre a referência empírica e os modelos, pois, “o trabalho didático sobre a modelização não se opõe ao trabalho experimental, mas sim o complementa.” (Astolfi, 2001:107). O autor, deixa claro que nem todos os modelos científicos se equivalem, e cada um deles faz com que atuem especificamente três elementos que interagem entre si: a) Uma representação com elementos visuais, como maquetes, modelos de estrutura, etc.; vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o 136 b) Uma construção teórica que possa substituir a relação dos dados empíricos e c) O estabelecimento de símbolos sujeitos a regras operatórias bem definidas que possam substituir os conceitos e as relações dos sistemas. Em razão do estabelecimento desses elementos, podemos afirmar que os modelos estão atrelados a natureza das disciplinas, pois “um modelo em biologia nunca atingirá a formalização de um modelo em física” (Bunge, In.: Astolfi, 2001:107). Devemos destacar a distância entre os modelos reduzidos, construídos para descrever uma função ou organização biológica, e os modelos formalizados em forma de equações, conforme destaca Canguilhem (In.: Astolfi, 2001:107): “distância que separa a analogia do homotético e da homologia”. Visualizando dessa forma, a natureza dos modelos é que indica o estado de avanço de uma ciência ou de uma teoria: vem um momento, como diz Bunge (In.: Astolfi, 2001:107), “em que não se recorre mais aos “como se”, mas em que se produzem apenas explicações literais”. Entretanto, “ela está igualmente ligada à natureza das disciplinas, e um modelo em biologia nunca atingirá a formalização de um modelo em física”. Bunge ressalta ainda, que se deve estar constantemente atento quanto as tentativas reducionistas do tipo físico-química, pois as mesmas podem levar a um quadro mecanicista das propriedades específicas do ser vivo. Os modelos são a essência das teorias e podemos classificá-los em três categorias: modelo representacional, conhecido como maquete, sendo que é uma representação física tridimensional (ex. terrário, aquário, estufa, etc.); modelo imaginário, é um conjunto de pressupostos apresentados para descrever como um objeto ou sistema seria (ex. DNA, ligações químicas, etc.) e o modelo teórico, que é um conjunto de pressupostos explicitados de um objeto ou sistema (ex. sistema solar, ciclo da chuva, ciclo do carbono, etc.). Alguns modelos teóricos são expressos matematicamente. Observadas essas condições, podemos dizer que cada vez mais se faz necessário o uso de modelos no ensino de CN&T, seja na área de ensino de Física como na Química e Biologia, para não falar na Matemática. Para Martinand (1986), o uso de modelos possibilita ao aluno uma apreensão dos aspectos maiores da realidade seja ela natural, técnica, econômica ou social. Ainda, diz que há um duplo caráter, hipotético e sistemático que é constitutivo dos modelos que constroem as ciências e que os alunos devem, pois se apropriar. A modelização no ensino de ciências naturais surge da necessidade de explicação que não satisfaz o simples estabelecimento de uma relação causal. Dessa forma, o professor passa a fazer uso de maquetes, esquemas, gráficos, para fortalecer suas explicações de um determinado conceito, proporcionando assim uma maior compreensão da realidade por parte dos alunos. Portanto, se para Bunge (1974) os modelos são a essência do próprio trabalho científico: Da mesma forma acreditamos que eles devam também o ser para o ensino de ciências, pois ao construirmos modelos exercita-se a capacidade criativa com objetivos que transcendem o próprio universo escolar. A busca de construir não apenas modelos, mas modelos que incrementem nossas formas de construir a realidade, acrescenta uma mudança de “qualidade” ao conhecimento científico escolar (Pietrocola, 1999:12, grifos nossos). O que o professor busca ao fazer uso de modelos ao trabalhar modelização com seus alunos é a melhoria da qualidade do ensino de ciências. Ou seja, melhorar a “qualidade do conhecimento científico escolar” ensinado, assegurando, assim, uma melhor relação com o mundo em que vivemos. Os quatro pontos abaixo mostram, resumidamente, a importância dos modelos e o processo de modelização, já que os mesmos podem ser um meio de transformação dos conteúdos de ensino, pois: a) se modeliza visando apreender o real; 137 vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o REPRESENTAÇÃO LINEAR REPRESENTAÇÃO EM PIRÂMIDE capim PRODUTOR CONSUMIDOR PRIM ÁRIO CONSUMIDOR SECUNDÁRIO CONSUMIDOR TERCIÁRIO caramujo passarinho gato b) todo modelo científico se traduz como um incremento à compreensão da realidade do mundo; c) assim como na ciência, a construção de modelos é resultado de um processo criativo mediado pelos/e entre os homens pela ação da razão e; d) a sala de aula deveria conter atividades de onde se passasse de um real imediato (forjado pelo senso comum) a um real idealizado pela ciência.” (Pietrocola 1999:13). Portanto, a modelização no ensino de CN&T mostra-se além de útil, necessária. Mas, para isso a formação inicial dos professores precisa contemplar em seus currículos, disciplinas que propiciem aos futuros professores leituras dessas teorias para potencializar mudanças significativas no ensino de CN&T. CADEIA ALIMENTAR COMO UM MODELO Um dos elementos fundamentais para a manutenção da vida é o alimento. Ele fornece aos organismos os componentes que participam de todos os processos bioquímicos responsáveis pela existência e pela continuidade da matéria viva. Segundo Lopes (1999), na natureza, as plantas e outros seres clorofilados produzem, por fotossíntese, os alimentos de que necessitam e os degradam por meio da respiração para a execução das funções celulares, esses organismos são denominados autótrofos. Já os organismos que não conseguem produzir seus próprios alimentos, precisam se alimentar dos produtores (autótrofos) ou de outros consumidores (heterótrofos)6 . Esse elo alimentar entre os seres vivos pode ser facilmente observável na natureza: as plantas são consumidas pelos animais herbívoros, que são consumidos pelos carnívoros7 . Essa seqüência no qual ‘um ser vivo serve de alimento para outro’, pode ser representada em forma de modelo no que se denomina de cadeia alimentar. Portanto, este modelo descreve também como ocorre a transferência de matéria e de energia entre os seres vivos numa cadeia alimentar. Dessa maneira, dos conteúdos abordados em Ecologia, a Cadeia Alimentar representa “uma seqüência de organismos onde um serve de alimento para o outro, a partir do produtor”. Uma forma de representar as cadeias alimentares é ligar os nomes dos organismos com setas ou colocar cada ser vivo num nível da pirâmide de energia (figura 1). Figura 1: Duas possíveis representações de uma cadeia alimentar (figuras sem proporção de tamanho entre si) 6 Os seres vivos de um ecossistema podem ser divididos em outótrofos e heterótrofos. A maioria dos seres autótrofos (algas, plantas e certas bactérias) faz fotossíntese, captando energia luminosa do Sol e utilizando-a na fabricação de matéria orgânica. Existem, ainda, alguns poucos seres autótrofos que fazem quimiossíntese, como, por exemplo, certas bactérias, e obtêm energia para a vida através de reações químicas inorgânicas. Os animais, fungos, protozoários e a maioria das bactérias são heterótrofos, isto é, necessitam obter substâncias orgânicas (alimento) a partir de outros seres vivos ou de seus produtos. 7 Animais herbívoros alimentam-se de plantas enquanto que os carnívoros alimentam-se de outros animais. vol 8 • nº 2 • dez. 2006 s en i a o 138 Os modelos sugeridos para representação de uma Cadeia Alimentar e Pirâmide Alimentar, conforme os apresentados na figura 1, têm como propósito apresentar uma representação seqüencial linear, a partir de um vegetal, sugerindo que os animais menores são consumidos pelos maiores durante a sua alimentação para a sua sobrevivência (o que se constitui em um equívoco conceitual, pois nem sempre o consumidor é maior). Já na pirâmide, a representação dos níveis tróficos é uma representação de como a energia do alimento flui ao longo da cadeia alimentar. No início de uma cadeia alimentar como na pirâmide, é obrigatória a presença de planta clorofilada, única capaz de absorver diretamente a energia da luz e nutrientes do solo e/ou da água. Essa energia, no entanto, diminui à medida que passa pelos consumidores, visto que uma parte dela é utilizada para a realização dos processos vitais do próprio organismo (respiração, digestão, circulação, etc) e a outra parte é liberada na forma de calor. Portanto, os organismos que se situam em níveis mais elevados recebem menor quantidade de energia. Na transferência de energia, através de um fluxo unidirecional, não há reaproveitamento da energia liberada, contudo a matéria pode ser reciclada, ou seja, uma cadeia é também uma representação de um ciclo de matéria (figura 2). Figura 2: ambiente fechado com roseira, lagartas, pássaro, decompositores e gás carbônico marcado. (TELECURSO 2000, 2005) Na cadeia alimentar ou na pirâmide são representados os níveis tróficos8 . Cada nível é constituído por organismos que desempenham um papel diferente. Os organismos que constituem a base da cadeia alimentar, ou seja, o primeiro nível trófico é representado pelos autótrofos por serem produtores de alimentos, já o segundo nível trófico é representado pelos consumidores ou heterótrofos. Os organismos que se alimentam dos produtores são os consumidores primários, e os organismos que se alimentam desses, são os consumidores secundários; os que se alimentam dos secundários são os consumidores terciários e assim s...