TRABALHANDO O SISTEMA CIRCULATÓRIO ATRAVÉS DE MAQUETE E EXPERIMENTOS DE FÍSICA CONFECCIONADOS COM MATERIAIS DE BAIXO CUSTO

## TRABALHANDO O SISTEMA CIRCULATÓRIO ATRAVÉS DE MAQUETE E EXPERIMENTOS DE FÍSICA CONFECCIONADOS COM MATERIAIS DE BAIXO CUSTO

Luciano Gomes de Medeiros Junior 1 , Emilly Victória dos Santos 2

- 1 Universidade Federal Fluminense/Departamento de Ciências Exatas, Biológicas e da Terra/lucianomedeiros@id.uff.br

## Resumo

Trabalhamos multidisciplinarmente o 'sistema circulatório', utilizando experimentos de física confeccionados com materiais de baixo custo, a fim de abordar o assunto de maneira contextualizada, principalmente no que diz respeito à física por trás desse conceito. A biofísica aplicada ao sistema circulatório assume um papel fundamental na elucidação da fisiologia cardíaca, na identificação de patologias cardiovasculares e no avanço de tecnologias médicas de vanguarda e, por isso, é tão importante trabalhar adequadamente esse assunto no Ensino Médio. Uma abordagem qualificada desse conteúdo pode ter um papel crucial na conscientização do público jovem sobre a necessidade de adotar um estilo de vida saudável, que engloba uma alimentação equilibrada, mudança de hábitos como tabagismo e o consumo de bebidas alcoólicas, visando a redução do risco de doenças cardíacas. Os trabalhos foram desenvolvidos em duas turmas do 3º Ano do Ensino Médio no município de Itaocara, região do Noroeste Fluminense do Rio de Janeiro. Utilizamos como proposta didática a metodologia dos 'Três Momentos Pedagógicos' (3MP) na problematização inicial, na organização do conhecimento e na aplicação do conceito. Os resultados demonstraram que a metodologia utilizada foi bem aceita pelos alunos e geraram boas análises e discussões.

Palavras-chave : Experimentos de baixo custo, Ensino Médio, Biofísica do Sistema circulatório.

## Introdução

Atualmente, observa-se um aumento na ocorrência de doenças cardiovasculares em indivíduos mais jovens, algo que tradicionalmente era mais comum em idades avançadas. Esse fenômeno é resultado de hábitos alimentares e comportamentais prejudiciais à saúde do sistema circulatório. A falta de compreensão sobre o funcionamento desse sistema contribui para a amplificação do surgimento dessas enfermidades (SOCIEDADE BRASILEIRA DE CARDIOLOGIA, 2021).

Conforme informações do Ministério da Saúde, as doenças crônicas não transmissíveis (DCNT), que abrangem condições como doenças cardiovasculares, diabetes e crônicas enfermidades respiratórias, emergem como um dos principais desafios na área da saúde pública. O aumento contínuo de sua prevalência e a rápida ascensão para se tornarem as principais causas de mortalidade, tanto no Brasil quanto em escala global, ressaltam a significativa importância dessas doenças (BRASIL, 2023).

Esse trabalho não propõe apenas a compreensão teórica da fisiologia cardíaca, mas também enfatiza a relevância da abordagem multidisciplinar que une os campos

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da Biologia e da Física para desvendar as complexas interações no sistema circulatório. Para isso, desenvolvemos seis experimentos de Física e uma maquete que demonstra o bombeamento feito pelo coração e o sangue circulando pelo corpo, enfatizando a função do mesmo em fornecer oxigênio e nutrientes às células, além de remover resíduos metabólicos.

Os experimentos engajam os alunos de forma ativa, possibilitando que eles observem conceitos biológicos em ação, transformando a teoria em experiências concretas. Além disso, impulsionam a motivação dos estudantes para aprender Biologia. Isso facilita a conexão dos conceitos biológicos com situações do dia a dia, promovendo a contextualização e a compreensão das aplicações práticas da disciplina. Ademais, os experimentos incentivam os alunos a formularem hipóteses, conduzir testes, tirar conclusões e aprimorar seu pensamento crítico sobre o tema. Embora as aulas práticas por si só não sejam a solução definitiva para a melhoria do ensino de Biologia, os experimentos simples desempenham um papel importante nesse processo (MELO, 2010).

Ferreira (2020) relata que é essencial vencer obstáculos e enriquecer o conteúdo das aulas, tornando-as mais envolventes e com significado. Professores têm a capacidade de conduzir experimentos em sala de aula, aproveitando materiais acessíveis e de custo reduzido. A demonstração de pequenos experimentos de Física, feitos com materiais de sucatas ou de baixo custo, relaciona melhor a teoria aprendida em sala de aula com situações do cotidiano (BATISTA, 2009) e (SERAFIM, 2001). Para se compreender a teoria, de fato, não devemos decorá-la e sim vivenciá-la em situações que levem a reflexões (FREIRE, 1997).

- O presente trabalho relata como foi trabalhar o sistema circulatório em duas turmas do 3º Ano do Ensino Médio de uma escola estadual no município de Itaocara, região do Noroeste Fluminense do estado do Rio de Janeiro, utilizando como proposta a metodologia dos 'Três Momentos Pedagógicos' (3MP) que consiste basicamente em: 𝑖) a problematização inicial; 𝑖𝑖) a organização do conhecimento e 𝑖𝑖𝑖) a aplicação do conceito (DELIZOICOV et. al. , 2011). A metodologia dos 3MP foi criada e sistematizada pelo educador brasileiro Demetrio Delizoicov Neto no início da década de 1980 e é uma adaptação da concepção de educação de Paulo Freire no ambiente não-formal para o ambiente da educação formal, ou seja, a sala de aula (BONFIM et al., 2018, p 188).

Nossa intenção era fazer com que o assunto sistema circulatório fosse tratado de forma multidisciplinar, explicando toda a Física por trás da Biologia do sistema circulatório, tornando a aula mais interativa e diferenciada. A abordagem da Biofísica nesse contexto é fundamental para explicar a fisiologia cardíaca e identificar patologias, conscientizando jovens e adolescentes sobre doenças cardiovasculares.

Estima-se que abordar temas da realidade local, no ensino de Ciências, possa despertar novos olhares para o mundo, facilitar a compreensão de conceitos específicos e estimular o senso crítico e reflexivo dos estudantes. Os temas abordados no ensino de Ciências contribuem para a compressão de fatos e fenômenos do cotidiano, favorecendo o desenvolvimento científico e tecnológico para uma visão de mundo diferenciada, a partir de suas possibilidades, implicações e consequências vivenciadas pelo estudante (Rossi et al. 2022).

Metodologia

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## Os questionários

Na busca da problematização inicial, elaboramos um questionário pré-teste , uma lista de exercícios com questões de provas recentes de vestibulares e um questionário pós-teste .

## A maquete

A maquete do sistema circulatório foi planejada para ser simples, didática e fácil de ser transportada. Conforme podemos observar na Figura 1 (a), utilizamos um MDF como base para construção. O molde do coração ganhou forma com o E.V.A. e para simular o sangue venoso e arterial utilizamos tinta guache, glitter e corante alimentício nas cores azul e vermelho. Simulando as artérias e as veias, utilizamos uma mangueira transparente com 3 mm de diâmetro. O percurso do fluxo sanguíneo foi simulado através de setas e o bombeamento cardíaco através de bombas de plástico, que normalmente são usadas para retirar combustível dos tanques dos automóveis. Para ser o recipiente do sangue, utilizamos duas garrafas P.E.T.

## Os experimentos de Física

A Biofísica é um campo interdisciplinar que abrange uma variedade de tópicos, desde a estrutura molecular até a dinâmica de sistemas complexos, proporcionando uma abordagem quantitativa para explorar a vida em níveis diferentes de organização (DELATORRE, 2015). Há vários conceitos físicos que percorrem o sistema circulatório e facilitam a compreensão desse sistema, dentre eles estão: viscosidade, pressão, energia potencial gravitacional, eletricidade, velocidade e atrito.

Figura 01: (a) Maquete do sistema circulatório; (b) Experimento para a viscosidade; (c) Experimento para as energias; (d) Experimento para a pressão no sólido; (e) Experimento para a pressão no fluido; (f) Experimento para a corrente elétrica; (g) Experimento para a velocidade e (h) Experimento para o atrito.

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A viscosidade é uma medida da resistência de um fluido (líquido ou gás) ao fluxo. Em outras palavras, ela descreve a capacidade de um fluido escorrer livremente. Quanto mais viscoso um fluido, mais espesso ele é e mais lentamente ele flui. Essa fricção interna é evidente no fluxo de um fluido (HENEINE, 2008). A viscosidade do sangue refere-se à espessura ou resistência do sangue ao fluxo. É influenciada pela quantidade de células sanguíneas, como glóbulos vermelhos, e pelas proteínas no plasma sanguíneo (WEISSMÜLLER, 2010). Para estudar a viscosidade, utilizamos a água e o óleo para simular a consistência do fluxo sanguíneo em uma tubulação, Figura 1 (b), como ocorre com o sangue nas artérias e veias. Demonstramos que o

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óleo, por ter maior viscosidade, tem mais dificuldade de fluir pela tubulação em comparação com a água.

A energia potencial gravitacional auxilia no percurso do sangue arterial que foi bombeado pelo coração para o corpo. No entanto, a gravidade não auxilia na volta do sangue venoso, e por isso, há a necessidade da contração da musculatura da panturrilha que é considerada como o 'coração periférico' do corpo humano. Tal energia com o decorrer do percurso, irá se transformar em energia cinética . A velocidade do fluxo sanguíneo é maior nas artérias e diminui à medida que se aproxima dos capilares, isso favorece as trocas gasosas e a troca de nutrientes e hormônio (WEISSMÜLLER, 2010).

Explicamos as energias potencial gravitacional e cinética através do experimento chamado 'looping', Figura 1 (c), onde uma bola só consegue dar uma volta completa numa pista circular na vertical quando é abandonada de uma determinada altura, os alunos puderam entender a energia potencial gravitacional e como o sangue também adquire essa energia ao circular no corpo humano. Para a velocidade, relacionamos a energia cinética, que é a energia devido a velocidade de um corpo, com o sistema circulatório através de uma garrafa P.E.T. com 3 furos na vertical afastados por 10 𝑐𝑚 , aproximadamente, Figura 1 (g). Ao abrir a garrafa e deixar a água sair pelos furos, é observado que a mesma atinge diferentes alcances, demonstrando que a água que sai pelo furo mais baixo, vai mais longe, ou seja, sai com velocidade maior. O atrito foi demostrado por um experimento bem divertido, onde uma bexiga é presa a um CD, Figura 1 (h). Ao encher a bola e deixar o CD em cima da mesa, observamos que o mesmo desliza mais rapidamente e facilmente, pois o ar que sai pela parte de baixo evita que o CD entre em contato direto com a mesa. Assim puderam entender o atrito e os meios de amenizá-lo.

A Pressão sanguínea é a pressão que o sangue exerce contra as paredes das artérias enquanto é bombeado pelo coração e circula pelo corpo. Para explicar a pressão, utilizamos dois experimentos: O da Figura 1 (d), feito com vários palitos de dente em uma base de papelão e isopor, demonstrando que a pressão nos sólidos é inversamente proporcional a área de contato; e o da Figura 1 (e), feito com duas garrafas P.E.T., cada uma com um furo de diâmetros diferentes, simulando a pressão do sangue nos vasos sanguíneos de pequenos e grandes calibres. O aluno conseguiu compreender a diferença de pressão dos vasos sanguíneos e o porquê de a artéria ter uma camada mais espessa.

A eletricidade , no coração, está presente nos impulsos elétricos gerados e conduzidos pelo sistema de condução cardíaco, que é responsável por coordenar as contrações do músculo cardíaco. Os cardiomiócitos, presentes no coração, são células musculares estriadas que se contraem em resposta à despolarização da membrana causada por um impulso elétrico excitatório chamado potencial de ação (GOMES, 2018). Para explicar a eletricidade, utilizamos um experimento simples que demostra a corrente elétrica num circuito, Figura 1 (f). Nesse caso, nossa pretensão era fazer com que os alunos entendessem o impulso elétrico que o coração tem que receber para conseguir bombear e fazer com que o sangue seja expulso e percorra sua trajetória nutrindo tecidos e órgãos.

## A aula

Os trabalhos foram desenvolvidos em uma escola estadual do Rio de Janeiro, localizada no município de Itaocara na região do Noroeste Fluminense, ou seja,

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interior do estado, e sua escolha foi porque já há uma excelente relação entre a Direção da mesma e a Universidade com outros projetos desenvolvidos por outros professores. A aula foi aplicada em duas turmas do 3º Ano do Ensino Médio, uma Regular e a outra Integral, totalizando 23 alunos. Foram duas aulas de 40 minutos, onde os alunos puderam observar e manusear os experimentos, entendendo o seu funcionamento e o conceito físico por trás de cada um deles.

Empregamos a metodologia dos 'Três Momentos Pedagógicos', que consiste, de acordo com Urel (2022), em: 𝑖) a problematização inicial; 𝑖𝑖) a organização do conhecimento e 𝑖𝑖𝑖) a aplicação do conhecimento. Em nossa primeira abordagem utilizamos o questionário pré-teste, para a problematização inicial. No segundo momento, para a organização do conhecimento, foi apresentado aos alunos o conteúdo - foi nesse momento que utilizamos a maquete e os experimentos de física. Por fim, para o terceiro momento, trabalhamos uma lista de exercícios e passamos um questionário pós-teste . Tal metodologia também foi construída através da observação, onde a forneceu uma análise do desenvolvimento da aula.

## Resultados e discussões

Do questionário pré-teste (Figura 2), temos as seguintes respostas:

Na questão 1 ( O que você pretende fazer na Universidade? ) percebemos que a maioria dos alunos já sabe o que pretende cursar na Universidade. Eles ambicionam cursos na área das Ciências da Natureza, o que contribui para a compreensão do ambiente circundante.

Na questão 2 ( Para você, o que significa a palavra 'Ciência'? Cite alguns exemplos onde a Ciência se faz presente em nosso cotidiano? ) tínhamos como objetivo entender o que é a 'Ciência' no olhar crítico de cada um dos alunos. Dos 23 alunos, 14 conseguiram responder o que significa a palavra 'Ciência' de acordo com a perspectiva deles e nove não tinham um ponto de vista. Dos 14 alunos que responderam, oito relataram que a 'Ciência' estuda os seres vivos, dois pontuaram que a 'Ciência' é um conhecimento aprofundado como tecnologia de medicamentos e quatro relacionam a 'Ciência' com duas áreas do meio ambiente, dentre elas: a Botânica e a Ecologia.

Figura 02: Respostas do questionário pré-teste

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Na questão 3 ( Existe algum conteúdo de Biologia no qual você se interessa? Se sim, qual? ) observamos que 30,4% dos alunos possuem interesse no conteúdo de

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Anatomia Humana, 17,4% em Genética, 8,7% no conteúdo de Biologia Marinha, 8,7% na área de Biotecnologia, 8,7% na área de Botânica e 8,7% na área da Neurociência. Na área de Microbiologia, apenas 4,3% dos alunos demostraram interesse. No campo da Imunologia, também houve um interesse muito baixo de apenas 4,3%. Apenas um aluno relatou que não possuía interesse em nenhum conteúdo de Biologia. Esses dados ajudam a demostrar que precisamos esclarecer e trazer significado da Biologia para os alunos da Educação Básica e sociedade em geral.

Na questão 4 ( Já teve algum professor de Biologia que utilizou experimento durante a aula para explicar o conteúdo teórico? Se sim, qual foi o conteúdo abordado? Tal experimento ajudou para entender melhor o assunto? ), tivemos a feliz constatação de que 60,9% dos alunos tiveram professores de Biologia que já utilizaram experimentos para abordar algum conteúdo teórico da disciplina. Dos 14 alunos que tiveram essa experiência, 11 tiveram experimentos sobre Genética e 3 relataram experiências sobre análises de sangue no microscópio.

Na questão 5 ( Para você, a Biologia e a Física podem ser estudadas juntas para uma assimilação melhor do Sistema Circulatório? Se souber, cite pelo menos três conceitos físicos que estão presentes no Sistema Circulatório. ) apenas 34,8% dos alunos enxergavam que sim. Nessa mesma questão, perguntamos se eles sabiam algum conceito físico presente no sistema circulatório. Dentre as respostas positivas, apenas dois alunos souberam identificar no sistema circulatório alguns conceitos de Física. Um aluno respondeu: 'Energia Potencial Gravitacional' e quando foi questionado oralmente o motivo de ter dado essa resposta, ele relatou que já teve a curiosidade de saber o motivo do coração estar em cima e o sangue chegar no pé. Já o outro aluno respondeu: 'Pressão' e ele relatou que deu essa resposta porque correlacionou com a Hipertensão arterial que a mãe dele possui com o conceito físico.

Do questionário pós-teste (Figura 3), temos as seguintes respostas:

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Figura 03: Respostas do questionário pós-teste

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Na questão 1 ( O que você achou da aula com o experimento? ) todos os alunos qualificaram a aula com experimento positivamente, onde acharam a aula 'boa, interessante, divertida, muito boa e dinâmica' , segundo alguns relatos pessoais. Logo, podemos dizer que a experimentação no ensino da Biofísica é viável e potencializa o aprendizado, pois atrai de maneira participativa os alunos.

Na questão 2 ( Você gostaria de ter tido mais aulas de Biologia com experimentos? ) e na questão 3 ( Os conceitos de Física explicados lhe auxiliaram para um melhor entendimento do conteúdo do Sistema Circulatório?) todos os alunos expressaram o desejo de terem tido mais aulas de Biologia envolvendo experimentos. Eles também destacaram que os conceitos físicos abordados foram cruciais para entender o funcionamento do sistema circulatório.

Na questão 4 ( Os experimentos científicos de Física como material auxiliar para o ensino de Biologia foram fundamentais para a assimilação e a contextualização do

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conteúdo? Explique sua resposta. ) todos os alunos enfatizaram que os experimentos de Física desempenharam um papel fundamental. Essa foi a questão que mais tivemos resultados satisfatórios, pois de acordo com as respostas, conseguimos constatar através dessa questão, o que as DCNs (2001) pontuam, quando relatam que a apropriação de conhecimentos científicos se efetiva por meio de práticas experimentais e que com a contextualização o aluno terá um conhecimento significativo para sua realidade. Dentre algumas respostas tivemos: 'Sim, pois tive um melhor entendimento'; 'Sim, ajuda ao melhor entendimento do conteúdo'; 'Sim, pois podemos ter uma visão diferente'; 'Sim, porque consegui visualizar como funciona'; 'Sim, porque esclareceu as estruturas do coração'; 'Sim, consegui entender o motivo de praticar exercícios físicos'; 'Sim, ficou mais claro o funcionamento depois da aula'; 'Sim, visualizando ficou muito mais fácil e muito menos chato'; 'Sim, ficou divertido, então prestei atenção'; 'Sim, porque fiquei com medo e agora vejo que preciso cuidar da minha saúde' .

## Considerações finais

O enfoque na biofísica do sistema circulatório foi escolhido principalmente devido à sua relevância, tanto para a saúde individual quanto coletiva. Segundo o Ministério da Saúde essa abordagem é essencial para a compreensão das intrincadas dinâmicas físicas e biológicas que regem o funcionamento e, por consequência, previnem doenças desse sistema vital.

Nesta prática, destacamos o emprego de experimentos de baixo custo como um recurso educacional eficaz para potencializar o processo de aprendizagem, até mesmo facilitar na abordagem do professor, pois atrai a atenção dos alunos. Além disso, essa abordagem contribui para esclarecer os conceitos e facilita a contextualização do ensino de biofísica do sistema circulatório. Ao utilizarmos a experimentação no ensino da Biologia constatamos a eficácia de uma ferramenta didática, pois torna a disciplina mais atraente e significativa, ao invés de abstrata como foi relatada pelos alunos da própria escola onde foi aplicado a experimentação.

Atesta-se por meio deste trabalho, com base na análise de resultados obtidos, que é de grande relevância tornar a biofísica acessível, demonstrando a sua necessidade de maneira contextualizada com o cotidiano, para que haja uma conscientização e prevenção sobre patologias que são principalmente causadas ou agravadas por hábitos comportamentais e modificáveis.

Em última instância, esse trabalho foi relevante como recurso informativo sobre doenças cardiovasculares entre jovens e adolescentes do 3º ano do Ensino Médio. Para além disso, tal projeto no âmbito da experimentação, esclareceu a biofísica deste sistema, tornando-a menos abstrata e facilitando o processo de aprendizagem, além de favorecer a relação professor-aluno e substanciar um importante debate para redução de patologias cardíacas.

## Referências

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