TEMA DO DESIGN: ESTUDOS DAS CÉLULAS, TECIDOS E O USO DO

A Biologia estuda os seres vivos, que são formados por células, unidades estruturais e funcionais de todos os seres vivos, assim como Matthias Schleiden e Theodor Schwann observaram no século XIX, através de observações de amostras de plantas e animais, de modo que perceberam que, onde houvesse vida, haveria células, passando a serem os criadores da Teoria Celular, ensinada até os dias de hoje no ensino de ciências (ALBERTS et al., 2006). Desta forma, o estudo da célula se tornou de fundamental importância, já que é necessário para a compreensão de processos vitais da biologia. Devido a importância do tema, utilizamos o estudo das células e dos tecidos para compor as atividades remotas desenvolvidas.

Os pioneiros em relação à descoberta da célula são Robert Hooke e Antonie van Leeuwenhoek. O segundo era comerciante de tecidos e se utilizava de muitas lentes para visualizar de maneira minuciosa cada parte dos tecidos que trabalhava, graças à essas lentes, o comerciante desenvolveu um microscópio, o mais complexo da época. Com o uso deste equipamento desenvolvido por ele mesmo, pôde observar uma gota de água, onde relatou que havia inúmeros animálculos (conhecidos atualmente como protozoários). Os registros de Leeuwenhoek sobre o que observara foram entregues ao membro da Royal Society, Robert Hooke (GEST, 2004).

Robert Hooke também desenvolveu um microscópio onde observou um pedaço de cortiça, de forma que originou o termo cell (célula, em português) pela primeira vez através destas observações. Ele descreveu como cell as unidades individuais que formavam a cortiça (HOOKE, R. Micrographia, p.563). O estudo da célula iniciou-se, então, a partir das contribuições de Robert Hooke (1635- 1703) ao construir um microscópio composto. Após ter acesso aos registros de Leeuwenhoek, Hooke colheu amostras de água do rio e confirmou o que o comerciante havia descrito em seus registros.

Nos dias de hoje, a Biologia Celular ainda está presente no cotidiano da sociedade, como por exemplo, na área da saúde, onde a importância da biologia celular se revela através de exames citológicos, detecção e tratamento de doenças como o câncer,

infecções, até mesmo na produção de novos medicamentos. Além disso, o estudo celular se faz presente nas análises alimentares e em investigações criminais. Segundo Teixeira (2008), o estudo celular possibilita a solução para muitos problemas enfrentados na sociedade, além do fato do estudo das células permitirem o conhecimento de nós mesmos. No entanto, como afirmam Palmero e Moreira (1999), mesmo se tratando de um conceito importante para conhecimento biológico, a célula é tida como uma estrutura complexa e abstrata na cabeça dos alunos. Isso pode ocorrer devido ao fato de se tratar de uma estrutura que não é visível a olho nu e, portanto, necessita de equipamentos que possibilitem seu estudo. Porém, a aquisição destes materiais de custo elevado é muito difícil para instituições de Ensino Básico.

O estudo da citologia no Ensino de Ciências deve ser contextualizado, para que o aluno perceba a célula como estrutura viva e não como uma estrutura isolada, fundamental para a constituição dos seres vivos. De acordo com os PCNs:

“Não tem significado para os estudantes do terceiro ciclo estudar funções e estruturas internas da célula, mas sim seu papel como componente fundamental dos tecidos de um modo geral. A observação direta dos tecidos e órgãos de outros animais poderá ajudar o estudante a imaginar órgãos e sistemas do corpo humano, auxiliado também por outros recursos de observação indireta. Antes que os estudantes possam sistematizar e dar significado à relação de inclusão entre sistemas, órgãos, tecidos e células, é necessário, em várias ocasiões, facilitar a comparação entre as dimensões dos sistemas, órgãos e tecidos visíveis a olho nu e porções de tecidos compostos por células só visíveis ao microscópio” (BRASIL, 1998, p. 75).

O que se denomina como tecido são grupos de células iguais que apresentam função semelhante e que constituem diversos órgãos dos seres vivos. Além de células, são constituídos por matriz extracelular, que contém macromoléculas importantes para o funcionamento do organismo (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 1999). O ramo da biologia que estuda os tecidos é denominado histologia e sua evolução contribuiu para que se

compreendessem as diferentes funções dos órgãos e esta evolução só foi possível graças ao desenvolvimento de instrumentos tecnológicos (LINHARES, 2010).

Ao ensinar células e tecidos se verifica a dificuldade dos alunos no seu entendimento e grande parte desta dificuldade ocorre porque estas estruturas não são visíveis à olho nu, sendo o livro didático e o power point as únicas formas de abordar o assunto com ao alunos. Segundo Buttow e Cancino (2007), o aprendizado de Histologia, no ensino fundamental, consiste em aulas teóricas abordadas, quase sempre de maneira superficial, sem ganhos cognitivos e sem interesse por parte dos estudantes. Mas então, como despertar o interesse do estudante do ensino fundamental para o ensino de Histologia? Como Buttow e Cancino (2007) ressaltam, o ideal seria um laboratório com microscópios e uma coleção de lâminas permanentes que ilustrem os tecidos fundamentais.

Para Junqueira e Carneiro (1999) o método mais comumente utilizados no estudo das células e tecidos compreende a obtenção de cortes histológicos para estudo em microscópio óptico. Os objetos a serem visualizados precisam ser reduzidos a cortes finos e suficientemente transparentes para serem visualizados. Porém, a realidade da maioria das escolas brasileiras não apresenta o microscópio como recurso didático disponível em aulas práticas. Desta forma, o ensino de histologia predomina-se em uma única forma de representação, através de imagens de livros didáticos, gerando a necessidade de desenvolver instrumentos que utilizem outras formas de representações, incentivando o aluno a pensar de forma reflexiva, como aponta Laburú (2013).

3.3 DESIGN

Nesta fase criamos o produto que seria implementado para posterior avaliação.

3.3.1 LABORATÓRIO REMOTO

O LTE-experiments é um laboratório on-line que permite a realização de experiências reais através de uma interface de controle remoto. O professor pode configurar um equipamento e iniciar uma experiência recebendo a resposta dos dados em tempo real. Desta maneira o aluno observa os experimentos pelo vídeo através de seu sistema de câmeras que

transmitem as imagens utilizando a tecnologia “streaming” (Figura 2) e tem acesso aos dados coletados pelos sensores acoplados ao experimento.

Figura 2: Arquitetura dos experimentos remotos utilizados.

Com esta tecnologia o aluno não tem contato direto com equipamento laboratorial, mas interage remotamente com o experimento, recebendo a resposta em forma de imagens, dados e/ou e execuções da atividade proposta.

3.3.2 ARQUITETURA DO EXPERIMENTO

O hardware escolhido foi o Arduino1, por se tratar de um “Open-Source-Hardware” e de fácil utilização. O modelo utilizado na implantação deste projeto foi o Arduino Uno (Revisão 3), apresentado na Figura 3.

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Arduíno: é uma plataforma de prototipagem em eletr nica, elaborado por Massimo Banzi e David Cuartielles em 2005 na Itália, e tem como objetivo facilitar o desenvolvimento de projetos.

Figura 3: microcontrolador utilizado para ligar e desligar as lâmpadas.

O Arduino é composto de uma placa eletrônica (hardware) e de um ambiente de desenvolvimento (software/IDE) para criação dos projetos pelos usuários. No experimento desenvolvido foi necessário inserir comandos específicos para controle do modulo relé, consequentemente controle das lâmpadas.

O controle do módulo relé foi feito pelas portas digitais 6, 7 e 8 do Arduino, e a alimentação do módulo foi feita pelo pino 5V. No circuito da figura 4, utilizamos 3 lâmpadas ligadas à rede elétrica de 220V.

3.3.3 STREAMING DE IMAGENS

Nos experimentos foram utilizadas dois tipos de câmeras: webcam longitech2 e câmera digital para microscópio - celestron3, ambas com conexão USB, proporcionando assim facilidade na comunicação com a placa de aquisição e transmissão de video, a RaspberryPi 33, modelo B4 (figura 4).

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webcam longitech: câmera com resolução de 3 megapixel, com iluminação automatic e conectividade USB. 3

câmera celestron: câmera para microscópio, com resolução de 2 megapixel, e captura de video de 30fps, conectividade USB.

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RaspberryPi 3: o Raspberry Pi, modelo B é um computador baseado em um system on a chip (SoC), Broadcom BCM2837 que inclui um processador de quarto núcleos de 1,2GHz (ARMv8 64-bits), wireless LAN e Bluetooth e 4 portas USB. O RaspeberryPi foi desenvolvido no Reino Unido pela Fundação Raspberry Pi.

Figura 4: microcontrolador utilizado para acessar e transmitir as imagens das câmeras.

A placa da RaspberryPi é o responsável pelo gerenciamento e disponibilização do streaming no formato MJPEG (Motion JPEG). O MJPEG é um formato de compressão de vídeo na qual cada frame de vídeo é comprimido separadamente como uma imagem JPEG. O Motion5 foi utilizado como o servidor de streaming, por ser de código aberto e de configuração flexível.

3.3.4 MICROSCÓPIO REMOTO

Ao acessar o site do LTE experiments o aluno tem acesso ao microscópio remoto e a vídeos explicativos gravados e editados pela equipe de pesquisadores. Os vídeos em questão contém explicações de como irá funcionar as atividades um e dois, como por exemplo, os dias em que as lâminas ficarão disponíveis e os horários de acesso.

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Figura 5: Vídeo explicativo sobre a atividade 1

Figura 7: imagens do site mostrando o microscópio óptico e a imagem da lâmina, bem como os botões para acender e apagar a lâmpada.

Também foram disponibilizados aos alunos, em outra página do site, diferente da página dos experimentos, outros dois vídeos explicativos de como ocorre a preparação de lâminas com materiais histológicos, tanto de origem vegetal como animal, utilizando-se diferentes técnicas.

Figura 8: vídeos informativos disponibilizados no site

Na página do experimento, abaixo do questionário disponibilizado, colocamos algumas imagens de um corte vegetal em aumentos diferentes, para que servisse como referência aos alunos durante as observações.

3.4 IMPLEMENTAÇÃO

3.4.1 CONTEXTO DA PESQUISA

O projeto foi desenhado para atender e estimular professores da rede pública ou privada de ensino, para que estes utilizem experimentos remotos com seus alunos, aprimorando cada vez mais o ensino de ciências. As atividades foram disponibilizadas através de um site previamente idealizado e foram direcionadas para alunos do Ensino Fundamental II. A própria pesquisadora divulgou e disponibilizou o link para outros professores. No site, era possível acessar textos de apoio e curiosidades, bem como as atividades propostas. Ao montarmos esta pesquisa online, desenvolvemos atividades de microscopia que ficavam disponíveis 24h por dia, através do microscópio remoto, de modo que após a visualização das lâminas, os usuários tinham acesso a um questionário do Google forms com perguntas relacionadas às imagens vistas. Estes usuários não eram identificados. Aplicamos as atividades do microscópio remoto em quatro escolas diferentes e os professores de cada uma delas contribuíram respondendo dois questionários, onde puderam apresentar os pontos positivos da ferramenta. O projeto foi submetido ao Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) da Unicamp antes mesmo da coleta de dados e foi aprovado com número de CAAE: 53697216.3.0000.5404. Ao CEP, foi pedida a permissão para a coleta de dados a partir do site online, através de questionários onde os participantes não são identificados. A seguir a imagem representando o formato do questionário disponibilizado.

3.5 AVALIAÇÃO

A avaliação das respostas se deu através da Análise de Conteúdo, segundo Bardin.

3.5.1 ANÁLISE DE CONTEÚDO

A análise dos dados se deu através de uma análise de conteúdo, segundo Bardin. As categorias foram determinadas a priori. Bardin (2011) sugere que a utilização da análise de conteúdo apresente três fases fundamentais, a pré-análise, a exploração do material e o tratamento dos resultados - a interpretação. Na fase de pré-análise ocorre organização do material, envolvendo uma leitura flutuante, ou seja, um primeiro contato com os documentos coletados e a seleção dos materiais que serão submetidos à análise. Nesta fase, não se deve omitir nenhum dado e todos eles devem fazer referência ao mesmo tema.

Além disso, o conteúdo deve estar adequado aos objetivos da pesquisa. Também não poderá haver dados classificados em mais de uma categoria. Na segunda fase as unidades de registro deverão ser escolhidas e os dados posteriormente categorizados. As categorias foram definidas a priori obedecendo aos conceitos de experimentação do referencial teórico, que conceitua que toda experimentação deve ter a etapa de observação e posteriormente de formulação de hipóteses.

Fazendo um recorte nos conceitos gerais de experimentação, criamos duas categorias: Observação e Interpretação, de forma que a primeira se refere a todas aquelas respostas onde o aluno observou a imagem e descreveu com detalhes, trazendo a maior parte dos elementos visíveis em sua descrição. Já a segunda, será utilizada para respostas onde os indivíduos trazem conclusões e definições sobre a imagem disponibilizada. As unidades de registro correspondentes a cada uma das categorias são:

Observação: quando o aluno apresenta uma descrição detalhada sobre a imagem disponibilizada, trazendo elementos como o formato, a coloração, a espessura e o tamanho do exemplar.

Interpretação: quando o aluno define através de conhecimentos prévios sobre o que refere a imagem, trazendo afirmações e sentenças verbais de que é um ser vivo ou não, de que