Plano de Aula | Metodologia Ativa | Eletroquímica: Pilhas

Premissas: Este Plano de Aula Ativo pressupõe: uma aula de 100 minutos de duração, estudo prévio dos alunos tanto com o Livro, quanto com o início do desenvolvimento do Projeto e que uma única atividade (dentre as três sugeridas) será escolhida para ser realizada durante a aula, já que cada atividade é pensada para tomar grande parte do tempo disponível.

Objetivos

Duração: (5 - 10 minutos)

A etapa de definição de objetivos é crucial para estabelecer um foco claro para a aula. Ao delinear objetivos específicos e mensuráveis, os alunos são orientados a direcionar seu estudo e atenção para os aspectos mais importantes do tema. Esta abordagem não só facilita o processo de aprendizagem, como também prepara os alunos para as atividades práticas que seguirão, permitindo maior engajamento e compreensão.

Objetivos principais:

1. Capacitar os alunos a compreender o funcionamento das pilhas eletroquímicas, identificando os componentes e o fluxo de elétrons.

2. Desenvolver a habilidade de calcular a diferença de potencial (ddp) de uma pilha em condições padrão, assim como determinar o sentido da corrente eletroquímica.

3. Habilitar os alunos a resolver problemas práticos e teóricos que envolvam o uso e a construção de pilhas eletroquímicas.

Introdução

Duração: (15 - 20 minutos)

A introdução serve para engajar os alunos com situações reais e contextualizadas que os façam perceber a aplicabilidade e a importância do estudo das pilhas eletroquímicas. Ao apresentar problemas práticos, os alunos são incentivados a pensar criticamente e a aplicar o conhecimento prévio de forma criativa. A contextualização histórica e prática reforça a relevância do tema, despertando o interesse e a curiosidade dos alunos, e prepara o terreno para um aprendizado mais profundo e significativo.

Situações Problema

1. Imagine que você está em um evento ao ar livre e a bateria do seu aparelho de som acaba. Você tem disponível apenas alguns reagentes químicos e fios. Como você poderia criar uma pilha improvisada para conseguir algumas horas extras de música?

2. Um cientista precisa enviar dados de um projeto de campo onde não há energia elétrica disponível. Ele tem um conjunto de materiais comuns e precisa criar uma pilha que seja capaz de gerar energia suficiente para enviar a última leva de dados. Quais fatores ele deve considerar na escolha dos materiais para a pilha?

Contextualização

As pilhas são dispositivos onipresentes em nossa sociedade, desde os pequenos relógios de pulso até os grandes sistemas de armazenamento de energia para veículos elétricos e armazenamento de energia renovável. Além disso, a história das pilhas eletroquímicas remonta a experimentos de cientistas notáveis, como Alessandro Volta e Michael Faraday, que lançaram as bases para a compreensão moderna da eletroquímica. Essa contextualização não apenas desperta o interesse dos alunos, mas também demonstra a relevância e a aplicabilidade do estudo das pilhas em diversas áreas, desde a tecnologia até a ciência básica.

Desenvolvimento

Duração: (70 - 80 minutos)

A etapa de desenvolvimento é projetada para consolidar e aplicar o conhecimento prévio dos alunos sobre pilhas eletroquímicas de maneira prática e envolvente. As atividades propostas visam não apenas reforçar a teoria estudada, mas também desenvolver habilidades práticas, trabalho em equipe e pensamento crítico. Ao resolverem problemas reais e desafios criativos, os alunos são incentivados a explorar a eletroquímica de forma mais profunda, o que facilita a retenção e aplicação do conteúdo aprendido.

Sugestões de Atividades

Recomenda-se que seja realizada apenas uma das atividades sugeridas

Atividade 1 - Missão: Pilha de Sobrevivência

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Aplicar conhecimentos de eletroquímica na construção de uma pilha funcional e entender o papel de cada componente na geração de energia.

- Descrição: Os alunos serão divididos em grupos de até 5 pessoas e desafiados a construir uma pilha eletroquímica que possa alimentar um pequeno LED. O cenário é de uma expedição na qual os equipamentos eletrônicos estão sem carga, mas eles têm à disposição materiais comuns como moedas, papel alumínio, sal, entre outros. Cada grupo deve listar os materiais disponíveis e, baseado no conhecimento de eletroquímica, decidir quais componentes usar e como montar a pilha para obter a maior ddp possível e manter a luz do LED acesa pelo máximo de tempo.

- Instruções:

• Forme grupos de até 5 alunos.

• Liste todos os materiais disponíveis.

• Escolha os materiais que, teoricamente, poderiam formar uma pilha eletroquímica.

• Construa a pilha de acordo com a configuração decidida.

• Conecte o LED à pilha e observe a intensidade da luz.

• Registre a combinação de materiais que forneceram a melhor luminosidade e a ddp estimada.

• Prepare uma apresentação para explicar a escolha dos componentes e o funcionamento da pilha criada.

Atividade 2 - Desafio do Faraday

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Desenvolver habilidades de análise crítica e experimentação para entender o funcionamento das pilhas e os fatores que influenciam a ddp.

- Descrição: Neste desafio, os alunos irão construir uma série de pilhas eletroquímicas com diferentes materiais para iluminar um LED o máximo de tempo possível. Cada grupo receberá uma lista de possíveis ingredientes para suas pilhas, com diferentes potenciais de eletrodo. O objetivo é escolher a combinação que maximize a ddp e, consequentemente, a duração da luminosidade do LED.

- Instruções:

• Divida a classe em grupos de até 5 alunos.

• Distribua as listas de materiais e seus potenciais de eletrodo.

• Peça para que cada grupo escolha os materiais que criarão a pilha com a maior ddp.

• Monte as pilhas e teste a luminosidade dos LEDs.

• Registre os materiais utilizados e as ddp's estimadas.

• Discuta em grupo as descobertas e o que influencia na ddp de uma pilha.

Atividade 3 - Pilha de Resgate

> Duração: (60 - 70 minutos)

- Objetivo: Entender a aplicabilidade prática dos conceitos de pilhas eletroquímicas e desenvolver habilidades de tomada de decisão em situações de pressão.

- Descrição: Os alunos, em grupos, assumirão o papel de engenheiros responsáveis por criar uma pilha de resgate para um dispositivo eletrônico essencial em uma situação de emergência. Eles terão que escolher entre diferentes combinações de materiais para criar uma pilha que seja capaz de alimentar o dispositivo pelo maior tempo possível.

- Instruções:

• Organize os alunos em grupos de até 5.

• Apresente o cenário de emergência e os tipos de dispositivos que precisam de energia.

• Forneça uma lista de materiais e suas propriedades e potenciais de eletrodo.

• Peça para que cada grupo escolha os materiais para a pilha.

• Construa a pilha e teste com o dispositivo.

• Registre os resultados e discuta as escolhas feitas.

• Elabore um relatório explicando as escolhas e o funcionamento da pilha.

Retorno

Duração: (10 - 20 minutos)

Esta seção de retorno é essencial para consolidar o aprendizado dos alunos, permitindo que compartilhem suas descobertas e desafios com os colegas. A discussão em grupo ajuda a reforçar o conhecimento adquirido, além de proporcionar uma oportunidade para a reflexão crítica e a aplicação do conteúdo teórico em contextos práticos. Essa troca de ideias e experiências promove um entendimento mais profundo e uma maior apreciação pelos princípios da eletroquímica.

Discussão em Grupo

Ao final das atividades, reúna todos os alunos para uma discussão em grupo. Comece a sessão com uma breve introdução, destacando a importância de compartilhar as experiências e aprendizados de cada equipe. Encoraje os alunos a refletirem sobre os desafios enfrentados, as soluções encontradas e os resultados obtidos. Utilize as seguintes perguntas para guiar a discussão: 'Quais foram os maiores desafios ao construir a pilha?', 'Como a escolha dos materiais influenciou no desempenho da pilha?', 'O que vocês aprenderam de novo sobre o funcionamento das pilhas eletroquímicas?'

Perguntas Chave

1. Quais são os componentes principais de uma pilha eletroquímica e como eles influenciam na geração de energia?

2. Como a escolha dos materiais afeta o potencial de eletrodo e, consequentemente, a diferença de potencial de uma pilha?

3. Qual a importância prática do estudo das pilhas eletroquímicas em nosso dia a dia?

Conclusão

Duração: (5 - 10 minutos)

A finalidade desta etapa de conclusão é garantir que os alunos tenham uma compreensão clara e consolidada dos tópicos discutidos durante a aula. Recapitular os pontos chave ajuda a reforçar o aprendizado e a assegurar que os alunos possam relacionar o conhecimento teórico com as práticas realizadas. Além disso, ao destacar a relevância prática e cotidiana das pilhas eletroquímicas, a conclusão motiva os alunos a continuarem explorando e aplicando esses conceitos em diferentes contextos.

Resumo

Nesta conclusão, o professor deve resumir os principais conceitos abordados sobre pilhas eletroquímicas, enfatizando a estrutura, o funcionamento e a aplicabilidade desses dispositivos. É crucial recapitular as definições de ânodo e cátodo, o fluxo de elétrons e a diferença de potencial (ddp), assim como as configurações em série e paralelo.

Conexão com a Teoria

A aula de hoje foi estruturada para conectar teoria e prática de forma integrada. Através de atividades práticas como a construção de pilhas improvisadas e a resolução de problemas, os alunos puderam aplicar diretamente o conhecimento teórico adquirido em casa. Essa abordagem não só reforça a compreensão dos conceitos eletroquímicos, mas também demonstra sua relevância e aplicabilidade em situações cotidianas e de emergência.

Fechamento

Por fim, é crucial destacar a importância das pilhas no cotidiano moderno, desde o uso em pequenos dispositivos eletrônicos até aplicações em tecnologias mais avançadas, como armazenamento de energia. Compreender o funcionamento das pilhas não é apenas acadêmico, mas essencial para uma apreciação prática e responsável de como usamos e geramos energia no dia a dia.