Objetivos (5 - 7 minutos)

1. Compreender o conceito de Calorimetria: Lei de Fourier: Os alunos devem ser capazes de descrever o que é a Calorimetria e a Lei de Fourier, e como elas se relacionam com a transferência de calor. Eles devem entender que a Calorimetria é o estudo da transferência de calor entre diferentes corpos e que a Lei de Fourier descreve como o calor se propaga.

2. Aplicar a Lei de Fourier em situações práticas: Os alunos devem ser capazes de aplicar a Lei de Fourier para resolver problemas práticos envolvendo a transferência de calor. Eles devem entender como a taxa de transferência de calor é afetada por diferentes variáveis, como a área de superfície, a diferença de temperatura e a condutividade térmica.

3. Desenvolver habilidades de pensamento crítico e resolução de problemas: Através do estudo da Calorimetria e da Lei de Fourier, os alunos devem desenvolver suas habilidades de pensamento crítico e resolução de problemas. Eles devem ser capazes de analisar situações, identificar as variáveis relevantes, aplicar a fórmula correta e chegar a uma solução.

Objetivos secundários:

• Promover a discussão em grupo e a colaboração: O uso da metodologia de Aula Invertida promove a discussão em grupo e a colaboração entre os alunos. Eles devem ser incentivados a discutir os conceitos, compartilhar suas ideias e ajudar uns aos outros a entender melhor o tópico.
• Fomentar o interesse pela Física: O professor deve tentar despertar o interesse dos alunos pela Física, mostrando como os conceitos teóricos podem ser aplicados de forma prática e útil. Isso pode ser feito através de exemplos do mundo real e de experimentos simples.

Introdução (10 - 15 minutos)

1. Revisão de conceitos anteriores: O professor deve começar a aula revisando os conceitos de calor e temperatura, que são fundamentais para o entendimento da Calorimetria e da Lei de Fourier. Os alunos devem ser relembrados de que o calor é a energia térmica em trânsito de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura, e que a temperatura é uma medida da energia cinética média das partículas de um corpo. (3 - 5 minutos)

2. Situação-problema 1: O professor deve apresentar aos alunos uma situação-problema: "Imagine que você tem duas barras de metais de tamanhos diferentes, uma de cobre e outra de alumínio, ambas a uma temperatura inicial de 100 °C. Se você colocar as duas barras em contato uma com a outra, o que acontecerá? E se você fizer o mesmo, mas agora ambas as barras estiverem a uma temperatura inicial de 0 °C?" Essa pergunta tem o objetivo de instigar a curiosidade dos alunos e prepará-los para a Introdução do conceito de condutividade térmica, que será abordado na aula. (3 - 5 minutos)

3. Contextualização do tema: O professor deve então contextualizar a importância da Calorimetria e da Lei de Fourier, explicando que esses conceitos são essenciais para entendermos como o calor se propaga em diversos materiais e situações, como em um forno, em uma panela de água fervendo, ou até mesmo em nosso próprio corpo. Além disso, o professor pode destacar que a compreensão desses conceitos é fundamental em diversas áreas do conhecimento, como a engenharia, a medicina e a meteorologia. (3 - 5 minutos)

4. Introdução ao tópico: Finalmente, o professor deve introduzir o tópico da aula, apresentando a Calorimetria e a Lei de Fourier como ferramentas para a compreensão da transferência de calor. O professor pode chamar a atenção dos alunos para o fato de que, apesar de invisível, a transferência de calor é um fenômeno que está constantemente presente em nosso dia a dia e em diversos processos naturais e industriais. Para despertar o interesse dos alunos, o professor pode compartilhar algumas curiosidades ou aplicações práticas do tema, como a utilização da Calorimetria na determinação do valor calórico dos alimentos, ou a aplicação da Lei de Fourier na previsão do clima. (3 - 5 minutos)

Desenvolvimento (20 - 25 minutos)

1. Atividade de Modelagem - Propagação de Calor em Sólidos (10 - 12 minutos):

   • Preparação do cenário: O professor deve dividir a sala de aula em grupos de 4 a 5 alunos. Cada grupo receberá uma barra de metal (preferencialmente de cobre ou alumínio), uma vela, um isqueiro, um cronômetro e um termômetro. O professor deve orientar os alunos a medir a temperatura inicial da barra de metal.
   • Execução da atividade: Os alunos devem acender a vela e segurar a barra de metal acima da chama, mantendo-a no mesmo local. Eles devem medir a temperatura da barra de metal a cada minuto durante 5 minutos. O objetivo é observar como o calor se propaga pela barra de metal e como a temperatura varia ao longo do tempo.
   • Discussão e análise dos resultados: Após a atividade, os alunos devem discutir e analisar os resultados obtidos. Eles devem perceber que a temperatura da barra de metal aumenta gradualmente à medida que o tempo passa e a distância entre a vela e a extremidade da barra de metal diminui. Isso demonstra a propagação do calor por condução.
   • Relação com a teoria: O professor deve então relacionar a atividade com a teoria, explicando que a propagação do calor por condução é regida pela Lei de Fourier. Ele deve destacar que a taxa de transferência de calor por condução depende da área de superfície, da diferença de temperatura e da condutividade térmica.

2. Atividade de Discussão - Aplicações da Lei de Fourier (5 - 7 minutos):

   • Preparação do cenário: O professor deve apresentar aos alunos diferentes situações do cotidiano que envolvem a transferência de calor e pedir para eles identificarem como a Lei de Fourier se aplica em cada caso. As situações podem incluir: o funcionamento de um forno, a sensação de frescor ao tocar um metal em um dia frio, a razão pela qual o centro de um pedaço de carne leva mais tempo para cozinhar do que as bordas, etc.
   • Execução da atividade: Os alunos, em grupos, devem discutir as situações e tentar identificar as variáveis envolvidas e como a Lei de Fourier se aplica. Eles devem compartilhar suas conclusões com a classe.
   • Feedback e correção: O professor deve fornecer feedback e corrigir quaisquer equívocos. Ele deve reforçar a ideia de que a Lei de Fourier não é apenas uma fórmula matemática, mas um princípio fundamental que nos ajuda a entender e explicar uma ampla variedade de fenômenos relacionados ao calor.

3. Atividade Prática - Resolução de Problemas (5 - 6 minutos):

   • Preparação do cenário: O professor deve apresentar aos alunos uma série de problemas envolvendo a transferência de calor e a aplicação da Lei de Fourier. Os problemas podem incluir: calcular a taxa de transferência de calor através de uma parede, determinar a condutividade térmica de um material a partir de dados experimentais, etc.
   • Execução da atividade: Os alunos, ainda em grupos, devem trabalhar juntos para resolver os problemas. Eles devem aplicar a fórmula da Lei de Fourier e as habilidades de resolução de problemas que desenvolveram durante a aula. O professor deve circular pela sala, oferecendo suporte e esclarecendo dúvidas.
   • Feedback e correção: Após um tempo determinado, o professor deve corrigir os problemas em conjunto com a classe, explicando cada etapa e esclarecendo quaisquer dúvidas restantes.

Ao final do Desenvolvimento, os alunos devem ter uma compreensão sólida da Calorimetria e da Lei de Fourier, e devem ser capazes de aplicar esses conceitos para resolver problemas práticos.

Retorno (8 - 10 minutos)

1. Discussão em Grupo (3 - 4 minutos):

   • O professor deve reunir todos os alunos e promover uma discussão em grupo. Cada grupo terá no máximo 2 minutos para compartilhar as soluções ou conclusões que chegaram durante as atividades práticas.
   • Durante essa discussão, o professor deve incentivar que os alunos expliquem suas respostas, justifiquem suas conclusões e argumentem sobre suas escolhas. Isso não só permitirá que os alunos pratiquem suas habilidades de comunicação e argumentação, como também ajudará a identificar e corrigir possíveis equívocos ou mal-entendidos.

2. Verificação de Compreensão (2 - 3 minutos):

   • Após a discussão em grupo, o professor deve fazer uma verificação rápida para garantir que todos os alunos entenderam os conceitos-chave da aula. Ele pode fazer isso através de perguntas diretas, pedindo aos alunos para resumirem o que aprenderam, ou solicitando que apliquem os conceitos em novos contextos.
   • O professor deve estar atento a sinais de confusão ou falta de compreensão e, se necessário, deve revisitar os conceitos mais difíceis, esclarecendo dúvidas e oferecendo explicações adicionais.

3. Conexão com a Teoria e a Prática (2 - 3 minutos):

   • O professor deve então ajudar os alunos a fazer a conexão entre o que aprenderam na aula, as atividades práticas que realizaram e a teoria que foi apresentada. Ele pode fazer isso ressaltando como as atividades práticas ilustram os conceitos teóricos, ou como a teoria pode ser aplicada para resolver problemas práticos.
   • Além disso, o professor deve destacar a importância e a relevância dos conceitos aprendidos, explicando como eles são aplicados em diversas situações do cotidiano e em diferentes áreas do conhecimento.
   • O professor pode também sugerir atividades ou experimentos adicionais que os alunos podem realizar para aprofundar seu entendimento do tópico, ou desafios que eles podem tentar resolver usando os conceitos aprendidos. Isso ajudará a manter o interesse dos alunos no assunto e a promover a aprendizagem autônoma.

4. Feedback do Professor (1 minuto):

   • Por fim, o professor deve oferecer um feedback geral sobre a participação e o desempenho dos alunos na aula. Ele deve elogiar os esforços e o progresso dos alunos, e destacar as áreas em que eles demonstraram bom entendimento e habilidades. Ao mesmo tempo, o professor deve apontar os aspectos que precisam ser melhorados, e sugerir estratégias ou recursos que os alunos podem usar para aprimorar seu aprendizado.
   • O professor também deve encorajar os alunos a fazerem perguntas, expressarem suas dúvidas ou dificuldades, e a compartilharem suas opiniões e sugestões para aprimorar as aulas futuras.

Ao final do Retorno, os alunos devem ter uma compreensão clara e completa do tópico da aula, e devem se sentir confiantes em sua capacidade de aplicar os conceitos e resolver problemas relacionados. Além disso, eles devem estar motivados e interessados em continuar aprendendo sobre o assunto.

Conclusão (5 - 7 minutos)

1. Resumo dos Conteúdos (2 - 3 minutos):

   • O professor deve iniciar a Conclusão da aula fazendo um breve resumo dos principais conteúdos abordados. Ele deve relembrar os conceitos de Calorimetria e da Lei de Fourier, enfatizando a importância de cada um e como eles se relacionam com a transferência de calor.
   • Além disso, o professor deve recapitular as principais ideias e fórmulas discutidas durante a aula, e reforçar as habilidades de pensamento crítico e resolução de problemas que foram desenvolvidas.

2. Ligação entre Teoria, Prática e Aplicações (1 - 2 minutos):

   • Em seguida, o professor deve explicar como a aula conectou a teoria, a prática e as aplicações. Ele deve destacar como as atividades práticas ajudaram a reforçar os conceitos teóricos e a aplicação da Lei de Fourier em situações reais.
   • O professor deve também enfatizar a relevância do tópico da aula, explicando como a compreensão da Calorimetria e da Lei de Fourier é fundamental em diversas áreas do conhecimento e do dia a dia, tais como a engenharia, a medicina, a meteorologia, entre outras.

3. Materiais Extras (1 - 2 minutos):

   • O professor deve então sugerir materiais extras para os alunos que desejam aprofundar seu entendimento do tópico. Esses materiais podem incluir livros, sites, vídeos, experimentos adicionais, entre outros.
   • O professor pode compartilhar os nomes ou links dos materiais sugeridos, e explicar brevemente o que os alunos podem esperar de cada um. Ele deve encorajar os alunos a explorarem esses recursos em seu próprio ritmo e conforme seus interesses e necessidades.

4. Relevância do Assunto (1 minuto):

   • Por fim, o professor deve ressaltar a importância e a relevância do assunto aprendido para o dia a dia dos alunos. Ele deve explicar como a compreensão da Calorimetria e da Lei de Fourier pode ajudar os alunos a entenderem melhor e a lidarem de forma mais eficaz com diversos fenômenos e situações que envolvem a transferência de calor.
   • O professor pode dar exemplos de como esses conceitos são aplicados no cotidiano, no trabalho e em diferentes áreas do conhecimento. Ele deve reforçar que, ao aprenderem e aplicarem esses conceitos, os alunos estão desenvolvendo habilidades que serão úteis em muitos outros contextos e disciplinas.