Usando a ciência de ponta no curriculo: controlando o peso corporal Teach article

Traduzido por Artur Melo. Friedlinde Krotscheck descreve como usou um artigo de ciência de ponta do Science in School como base para uma unidade de ensino sobre o corpo humano.

Para os adolescentes, as aulas podem não ser muitos importantes. Muitos alunos estão mais interessados na sua aparência, nos seus companheiros e em passar um bom bocado fora da escola; são, também, bastante sensíveis às opiniões dos seus pares. Após ter feito a revisão de um artigo, para a Science in School, sobre uma potencial nova terapia hormonal para a obesidade (Wynne & Bloom, 2007), pensei se poderia usar o artigo e as preocupações dos adolescentes para conseguir que os meus alunos de 10º ano (15-16 anos de idade) se envolvessem mais nas aulas de biologia.

O primeiro semestre do 10º ano é dedicado ao ‘corpo humano’; é a primeira e única vez que os alunos abordam o assunto com profundidade. Durante três meses, dediquei todas as 24 aulas de biologia (45 minutos cada) ao sub-tópico ‘homeostasia e o corpo humano’, centralizadas no artigo da Science in School, complementado com pequenos vídeos de aulas da The Science of Fat (Evans & Friedman, 2004).

Comecei por questionar os meus alunos se gostariam de tentar uma abordagem diferente, baseada num dossier que tinha preparado com fichas de trabalho e tabelas. Os alunos iriam trabalhar sózinhos e em grupos para desenvolver os seus próprios portfólios de informação (registos, diagramas e ensaios), apresentar os seus resultados aos colegas e participar em debates na aula. Os alunos reagiram entusiasticamente à ideia.

Durante os três meses seguintes, o entusiasmo dos alunos, tanto pelo assunto como pelo método de ensino, manteve-se. Estavam motivados para estudar os sistemas de órgãos, compreender o conceito de homeostasia e analisar criticamente os seus próprios estilos de vida. Fiquei impressionada como trabalharam afincadamente nos porfólios – mesmo fora das aulas – e com a ânsia de aprender mais sobre os aspectos científicos envolvidos, influenciar a orientação da unidade de ensino, ensinarem-se mutuamente e discutir os aspectos éticos envolvidos.

Como é evidente, ao apresentar o tema obesidade, deve haver a preocupação de lidar de forma sensível com os alunos com excesso de peso ou obesos da turma. Como a unidade de ensino foi iniciada com uma introdução bastante longa sobre homeostasia e metabolismo, os alunos estavam bastante calmos no momento em que foi discutido o índice de massa corporal – e é claro que os dados de cada aluno não foram tornados públicos.

Após termos iniciado o debate da obesidade e do artigo de investigação, os meus dois alunos com excesso de peso ficaram entusiamados, percebendo que a sua situação não era necessariamente culpa deles – e começaram a relatar os seus hábitos alimentares de forma desinibida na aula. Outros alunos falaram abertamente sobre os seus problemas de peso, incluindo a anorexia e a bulimia.

Seguem-se orientações para utilizar a unidade de ensino. Usei-a para introduzir (com a concordância dos alunos) uma abordagem diferente a aulas de biologia, semelhante à forma como trabalham os cientistas. Também permitiu aos meus alunos perceber que o conhecimento factual básico é importante para compreender investigação de ponta.

Se não puder utilizar tanto tempo com este tópico, poderá limitar-se a pequenas partes do projecto, ou a fichas de trabalho individuais.

1) A vida diária de um aluno

Comece a primeira aula com a questão simples “Como se encontram?”. A discussão das respostas dos alunos e agrupá-las em respostas delicadas e em reflexões honestas do seu estado emocional no momento (p.ex. triste, alegre, cansado, aborrecido), deve permitir chegar a factores que influenciaram as respostas, por exemplo:

• Se gostam da escola
• Se estão com fome ou com sede
• Quanta comida, e de que tipo, ingeriram
• Quanto tempo dormiram.

A partir daqui, oriente o debate para o metabolismo humano e um dos diagramas (o balanço energético, à esquerda) de Wynne & Bloom (2007). Como trabalho de casa, os alunos devem completar o Quadro 1, todos os dias durante uma semana, listando o que comem e que exercício físico fazem. Todos os quadros e fichas de trabalho necessários para a unidade pode ser descarregados do website da Science in School^w1.

Quadro 1: Ingestão de alimentos e gasto de energia. Diariamente registe o que come, a quantidade que come, que tipo de actividade física tem e durante quanto tempo.

	Ingestão de alimentos		Gasto de energia
Dia	Descrição dos alimentos	ml ou g	Actividade	Tempo	Distância

2) Os sistemas de órgãos

Para abordar o tema metabolismo, os alunos precisam compreender os sistemas de órgãos do corpo e como funcionam em conjunto para manter a homeostasia. Durante toda a unidade, os alunos devem coleccionar informações num portefólio sobre as várias funções dos sistemas de órgãos, trabalhando quer em grupos quer individualmente, na aula ou em casa. É importante que o professor participe apenas como fornecedor dos materiais (livros, websites, modelos, diagramas e outra informação sobre os vários sistemas de órgãos); os alunos devem recolher os factos sozinhos. Dei aos meus alunos poucas orientações sobre que factos recolher – dando apoio, principalmente, aos alunos mais fracos. Outros professores podem preferir fornecer apoio mais estruturado.

Cada grupo de alunos pode concentrar-se num sistema de órgãos e fazer uma apresentação de 15 minutos, entregando aos outros grupos um questionário para completar.

Após terem recolhido informações sobre todos os sistemas de órgãos, os alunos devem usar a Ficha de Trabalho 1 para:

1. Descrever as funções de cada sistema e denominar os órgãos que o constitui.
2. Usar setas e legendas para descrever a influência que os sistemas de órgãos exercem uns sobre os outros.

Usei 12 aulas na primeira das duas partes da unidade de ensino, ficando os alunos, no final, com um conhecimento básico sobre os sistemas de órgãos, como dependem uns dos outros e o que é a homeostasia. A única aula que dei foi sobre o sistema nervoso central; todos os outros tópicos foram da responsabilidade dos alunos.

3) Uma avaliação da ingestão de alimentos e actividade física

Tendo em conta os registos no Quadro 1, os alunos devem enunciar uma hipótese sobre o seu próprio balanço energético (p.ex. perda de peso ou aumento de peso). Devem depois ter em conta como os seus resultados podem ser comparados quantitativamente com os dos seus colegas de turma – e chegar à ideia da utilização do índice de massa corporal (IMC).

BMI = massa corporal (kg)
              (altura (m))²

Usando a equação ou uma calculadora de IMC online^w2, cada aluno deve calcular o seu próprio IMC. A primeira aula do curso de férias da The Science of Fat (‘Deconstructing obesity’ by Jeffrey M Friedman) pode ser utilizada para introduzir algumas das limitações do IMC, em especial que não se aplica com o mesmo rigor a toda as pessoas.

Em seguida, usando o Quadro 2 e os dados do Quadro 1, cada aluno deve calcular o seu balanço energético diário e médio semanal, para verificar em que direcção o seu balanço energético aponta. Para isso, os alunos irão precisar da orientação do professor para converter os dados do Quadro 1 em quilojoules. Existem também muitos websites que executam os cálculos ou fornecem a informação necessária^w3.

Quadro 2: Balanço entre ingestão de alimentos e gasto de energia

Ingestão de alimentos menos gasto de energia
Dia	+ kJ (ingestão de alimentos)	– kJ (gasto de energia)	Balanço energético

O balanço energético calculado irá variar de aluno para aluno – e pode ser diferente da hipótese proposta no início desta secção. No diagrama ‘balanço energético’ (ver acima), acrescente o balanço energético (em kJ) de cada aluno e discuta os resultados. Os alunos perceberão que o gasto de energia total pode ser separado em energia que o corpo gasta em processos metabólicos, quando em repouso (a nossa taxa metabólica basal), e energia usada durante a actividade diária. No entanto, o Quadro 2 apenas inclui o gasto de energia das actividades – e o metabolismo basal será diferente de aluno para aluno.

O nosso consumo energético metabólico pode ser estimado, com base na nossa altura, peso, sexo e idade^w4, ^w5. Os alunos podem estimar a sua taxa metabólica basal e inclui-la no cálculo do seu balanço energético no Quadro 2. Como é que isto modifica a posição dos alunos no diagrama ‘balanço energético (ver acima)?

Neste ponto, o metabolismo a nível celular pode ser introduzido através da Ficha de Trabalho 2. Os alunos devem usar o seu livro de estudo para responder às questões seguintes, estabelecendo a relação entre o nosso balanço energético e as actividades das células, tecidos e órgãos.

1. Liste as estruturas celulares e organelos envolvidos em cada uma das funções do diagrama.

2. Na Ficha de Trabalho 2, use setas para mostrar a interdependência destas funções.

3. Compare o que sabe sobre as funções da célula com a homeostasia do corpo humano. Descreva as equivalências que encontrar.

Entre os meus alunos, isto originou um debate sobre o facto de o nosso fenótipo – por exemplo, se somos altos ou se somos gordos – ser afectado pela forma como as células dos nossos órgãos funcionam. Por vezes estas células estão presentes mas não funcionam correctamente. Os meus alunos concluiram que a homeostasia ocorre a todos os níveis – entre células e entre órgãos – e que a homeostasia (equilíbrio) é necessária para um corpo saudável.

4) Introduzindo o artigo da Science in School

Mesmo que a variação no consumo energético metabólico seja tida em conta, nem todos os alunos terão um balanço energético próximo de 0; pelo contrário, alguns deles consomem claramente mais (ou menos) energia do que gastam. Porquê? O debate deve levar ao conceito de saciedade: a sensação de ter comido o suficiente.

Introduza o segundo diagrama (à direita) de Wynne & Bloom (2007) – mas sem legendas^w1. Descreva a investigação relatada no artigo e explique a sinalização envolvida no apetite, no acto de comer e na saciedade. Em especial, o papel das células L pode ser investigado e discutido, melhorando o conhecimento dos alunos sobre funções celulares no contexto dos nossos sistemas de órgãos.

Os alunos devem legendar o diagrama correctamente.

Como os alunos estão agora familiarizados com o conceito de IMC e a definição de obesidade, leve-os a discutir em pequenos grupos os problemas da obesidade e da necessidade de ajuda, tendo a Ficha de Trabalho 3w1 como suporte^w1.

Peça aos alunos para imaginarem que eram obesos e coloque as seguintes questões:

1. Quais das desvantagens associadas à obesidade (ver Ficha de Trabalho 3) gostaria de tratar em primeiro lugar?
2. Como o faria?
3. Pediria ajuda? Se sim, de quem?
4. Faça uma lista de pequenos passos para atingir o seu objectivo.
5. Como se relacionam as desvantagens da obesidade entre si? A que poderiam conduzir estas desvantagens?
6. Acha que a obesidade poderia acontecer-lhe a si? Explique a sua opinião.

A discussão deverá levar os alunos à conclusão que a obesidade é um sinal de perturbação da homeostasia, quando algumas pessoas não reconhecem a saciedade, porque as suas células L podem não estar a funcionar correctamente. O tratamento com oxintomodulina permite induzir a perda de peso através da correcção do balanço energético do corpo, permitindo que um peso saudável possa ser mantido.

5) Visão geral do tratamento

Antes que a oxintomodulina possa ser usada, em larga escala, no tratamento da obesidade, são necessários mais estudos. A partir de Wynne & Bloom (2007), utilize a caixa informativa sobre teste clínicos a medicamentos (abaixo), para mostrar que antes dos medicamentos serem licenciados, passam por várias fases de teste, para identificar e minimizar efeitos secundários.

As questões seguintes poderão surgir ou ser colocadas:

1. Que efeito tem a oxintomodulina injectada nos receptores que se encontram no cérebro?
2. Que efeito teve a oxintomodulina nos voluntários envolvidos no estudo, além de desencadear a saciedade?
3. Poderia a hormona injectada perturbar a produção de oxintomodulina pelo organismo (inibição induzida pelo substrato)? Formule uma hipótese.

Concluindo o tópico

Peça aos alunos para redigir um pequeno texto – uma história criativa ou uma abordagem factual – sobre o impacte possível da utilização da oxintomodulina no tratamento da obesidade.

Finalmente, os alunos poderiam discutir se este tipo de investigação deve ser financiada. Porquê? Porque não? Com os meus alunos, ocorreu um debate animado, incluindo o ponto de que muito mais pessoas morrem de fome no mundo, do que com problemas relacionados com a obesidade.

No final da unidade, os alunos devem compreender que os nossos sistemas de órgãos dependem uns dos outros e se influenciam mutuamente, e que se um parâmetro for alterado, ocorrerá uma sequência de alterações algures no sistema. Isto é verdade para qualquer perturbação da homeostasia corporal, seja o excesso de comida, a fome ou mesmo o abuso de drogas.

 

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References

• Evans RM, Friedman JM (2004) Howard Hughes Medical Institute holiday lectures: The Science of Fat.
  • Nestas aulas para o ensino secundário, cientistas de topo discutem como o corpo regula o peso, através do controle cuidadoso do armazenamento e consumo de gordura – e como um melhor conhecimento destes sistemas metabólicos complexos pode conduzir os investigadores a tratamentos que refreiam a obesidade e melhoram a saúde pública.
  • Lição 1: Deconstructing obesity, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
  • Lição 2: Understanding fat: syndrome x and beyond, by Ronald M Evans, PhD
  • Lição 3: Balancing the fat equation, by Ronald M Evans, PhD
  • Lição 4: Exploring obesity: from the depths of the brain to the far Pacific, by Jeffrey M Friedman, MD, PhD
  • Estas e todas as outras aulas dos cursos de férias do ‘Howard Hughes Medical Institute’ podem ser visualizadas online ou solicitadas gratuitamente em DVD. A transcrição das aulas está disponível para ‘download’. Ver www.hhmi.org/biointeractive/obesity
  • Para saber mais sobre os cursos de férias do ‘Howard Hughes Medical Institute’, ver os seguintes artigos:
  • Hadjimarcou M (2006) Review of Learning from Patients: the Science of Medicine. Science in School 2: 83. www.scienceinschool.org/2006/issue2/patients
  • Hadjimarcou M (2007) Review of Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time and Evolution: Constant Change and Common Threads. Science in School 7: 66-67. www.scienceinschool.org/2007/issue7/clockwork
  • Hadjimarcou M (2009) Review of Potent Biology: Stem Cells, Cloning, and Regeneration. Science in School 11: 92. www.scienceinschool.org/2009/issue11/potentbiology
• Wynne K, Bloom S (2007) Oxyntomodulin: a new therapy for obesity? Science in School 6: 25-29. www.scienceinschool.org/2007/issue6/oxyntomodulin

Web References

• w1 – Os quadros e fichas de trabalho necessárias para esta actividade podem ser descarregadas aqui:
  • Quadros 1 e 2, Fichas de trabalho 1, 2 e 3
  • Figura 1
  • Figura 2 (com legendas)
  • Figura 2 (sem legendas)
• w2 – O índice de massa corporal pode ser calculado usando ferramentas online tais como: www.nhlbisupport.com/bmi/bmi-m.htm and www.bmi-calculator.net (em medidas do sistema métrico ou do sistema ingles).
• w3 – Para calcular a entrada de energia em kJ, os alunos podem achar a função de pesquisa no website da ‘Nutrition Data’ útil. Ver: www.nutritiondata.com
• Para calcular o seu gasto de energia em kJ, podem usar a informação fornecida em ‘Answers.com’: www.answers.com/topic/average-energy-expenditure-of-various-activities-and-sports
• w4 –Para calcular as suas taxas metabólicas basais, os alunos podem usar o website seguinte: www.bmi-calculator.net
• w5 – Uma apresentação útil sobre taxas metabólicas basais está disponível aqui: www.slideshare.net/Meggib/energy-expenditure-presentation-703878
• w6 – Para saber mais sobre o ‘European Molecular Biology Laboratory (EMBL)’, ver: www.embl.org
  • Para mais informações sobre o ‘European Learning Laboratory for the Life Sciences’, as instalações de ensino do EMBL e o contacto dos professores do ensino secundário com o meio científico do EMBL, ver: www.embl.org/ells
• w7 – ‘Science on Stage’ é uma rede de eventos locais, nacionais e internacionais para professores. Os eventos da ‘National Science on Stage’ culminam num festival de ensino Europeu, de dois em dois anos, sendo o próximo em Copenhaga, Dinamarca, de 16 a 19 de Abril de 2011.
  • Para saber mais sobre ‘Science on Stage’ e encontrar o seu contacto nacional, ver o website do ‘Science on Stage Europe’: www.science-on-stage.eu
  • Para descobrir mais sobre ‘Science on Stage Austria’, ver: www.scienceonstage.at
  • Para ler sobre o evento nacional da ‘Science on Stage Austria’ em Fevereiro de 2010, ver:
  • Hayes E (2010) Science on Stage: gathering momentum. Science in School 15: 2-3. www.scienceinschool.org/2010/issue15/sons

Resources

• Para saber mais sobre testes clínicos, ver:Garner S, Thomas R (2010) Avaliando um tratamento médico. Science in School 16. www.scienceinschool.org/2010/issue16/clinical/portuguese

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