Uma proposta interdisciplinar para o ensino de Física, Química e Biologia através do estudo de biomateriais
Palavras-chave:
Ensino de Ciências, Interdisciplinaridade, Biomateriais.Resumo
Atualmente, diversas práticas educacionais têm sido propostas com o objetivo de vencer a constante dificuldade de aprendizagem e desmotivação dos alunos em sala de aula, em especial nas disciplinas de Ciências (Física, Química e Biologia). Propostas como o uso de História da Ciência, CTSA, TICs, experimentação e modelagem têm sido investigadas, contudo estas práticas carecem de uma visão contextualizada e integrada do ensino. Nos últimos anos, têm crescido a proposta de integração entre as diferentes disciplinas, de forma a fornecer um ensino voltado para o real cotidiano do aluno. Dentre as recentes formas de integração, a interdisciplinaridade têm se destacado, por fornecer aspectos reais e não fragmentados dos conteúdos, como ocorrem naturalmente em nosso cotidiano. A partir deste panorama, este estudo propõe analisar possibilidades do ensino interdisciplinar nas aulas de Física, Química e Biologia, utilizando como tema biomateriais. Os biomateriais são uma categoria especial de materiais, desenvolvidos especificamente para utilização no corpo humano, requerendo um determinado conjunto de propriedades físicas, químicas e biológicas para uma correta aplicação. São utilizados basicamente como implantes ortopédicos, odontológicos e cardiovasculares, além de dispositivos de fixação e carregadores de fármacos (drug deliveries). A partir da análise das propriedades requeridas nestas variadas aplicações, foi possível obter possíveis pontos de conexão interdisciplinar nas áreas de Física-Química, Física-Biologia e Química-Biologia, evidenciando o potencial do tema para ser utilizado como fonte de estudos de práticas interdisciplinares em sala de aula.Referências
AI, J. et al. Nanotoxicology and nanoparticle safety in biomedical designs. International Journal of Nanomedicine, v. 6, p. 1117-1127, 2011.
ARAÚJO, M. S. T.; MORAES, J. U. P. O ensino de Física e o enfoque CTSA. São Paulo (SP): Livraria da Física, 2012. 168.
BANERJEE, D.; WILLIAMS, J. C. Perspectives on Titanium Science and Technology. Acta Materialia, v. 61, n. 3, p. 844-879, 2013.
BLACK, J. Biological Performance of Materials. 4th. Boca Raton: CRC Press, 2006. 520.
BRANDÃO, R. V.; ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. A modelagem científica de fenômenos físicos e o ensino de Física. Física na Escola, v. 9, n. 1, p. 10-14, 2008.
BRASIL. Lei n. 9394, 20 de dezembro de 1996 - Estabelece as diretrizes e bases da educação nacional 1996.
______. Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasília (DF): Ministério da Educação 1998.
______. PCN+ Ensino Médio: Orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília (DF): Ministério da Educação 2002.
______. Resolução CEB n. 4, de 13 de julho de 2010 - Define as Diretrizes Curriculares Nacionais Gerais para a Educação Básica. Brasília (DF): D.O.U. de 14/07/2010: 824-824 p. 2010.
______. Parecer CNE/CEB n. 2, de 30 de janeiro de 2012 - Define as Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Brasília (DF) 2012.
______. Lei n. 13005, de 25 de junho de 2014 - Aprova o Plano Nacional de Educação (PNE) e dá outras providências. Brasília (DF): D.O.U. de 26/06/2014: 1-1 p. 2014a.
______. Programa Ensino Médio Inovador: Documento orientador. BÁSICA, S. D. E.: Ministério da Educação 2014b.
CAI, K. et al. Surface functionalized titanium thin films: zeta-potential, protein adsorption and cell proliferation. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 50, n. 1, p. 1-8, Jun 1 2006.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 9ª. São Paulo (SP): LTC, 2016.
CHEN, Q.; THOUAS, G. A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering R, v. 87, p. 1-57, 2015.
CHEVALIER, J.; GREMILLARD, L. Ceramics for medical applications: a picture of the next 20 years. Journal European of Ceramic Society, v. 29, p. 1245-1255, 2008.
CHU, P. K. Surface engineering and modification of biomaterials. Thin Solid Films, v. 528, p. 93-105, 2013.
CORDEIRO, J. M.; BARÃO, V. A. R. Is there scientific evidence favoring the substitution of commercially pure titanium with titanium alloys for the manufacture of dental implants? Materials Science and Engineering: C, 2016.
FAZENDA, I. C. A. Interdisciplinaridade: um projeto em parceria. São Paulo: Loyola, 1991.
______. Integração e interdisciplinaridade no ensino brasileiro: efetividade ou ideologia? 5. São Paulo: Loyola, 2002.
______. Interdisciplinaridade: História, teoria e pesquisa. 11. São Paulo: Papirus, 2003.
______. O que é interdisciplinaridade? São Paulo: Cortez, 2008.
HANAWA, T. A comprehensive review of techniques for biofunctionalization of titanium. Journal of Periodontal & Implant Science, v. 41, p. 263-272, 2011.
HARTMANN, A. M. Desafios e possibilidades da interdisciplinaridade no Ensino Médio. 2007. 229 (Mestre em Educação). Faculdade de Educação, Universidade de Brasília, Brasília.
HERINGA, M. B. et al. Risk assessment of titanium dioxide nanoparticles via oral exposure, including toxicokinect considerations. Nanotoxicology, v. 10, n. 10, p. 1515-1525, 2016.
KIRMANIDOU, Y. et al. New Ti-Alloys and Surface Modifications to Improve the Mechanical Properties and the Biological Response to Orthopedic and Dental Implants: A Review. Biomedical Research International, v. 2016, p. 2908570, 2016.
LONG, M.; RACK, H. J. Titanium alloys in total joint replacement - a materials science perspective. Biomaterials, v. 19, p. 1621-1639, 1998.
MOZENA, E. R.; OSTERMANN, F. Uma revisão bibliográfica sobre a interdisciplinaridade no ensino das Ciências da natureza. Revista Ensaio, v. 16, n. 2, p. 185-206, 2014.
______. A interdisciplinaridade na legislação educacional, no discurso acadêmico e na prática escolar do Ensino Médio: panaceia ou falácia educacional? Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 33, n. 1, p. 92-110, 2016.
NAVARRO, M. et al. Biomaterials in orthopaedics. Journal of Research Society: Interface, v. 5, n. 27, p. 1137-58, Oct 6 2008.
NEVES, M. C. D. A história da ciência no ensino de Física. Ciência e Educação, v. 5, n. 1, p. 73-81, 1998.
NIINOMI, M. et al. Biomedical titanium alloys with Young’s moduli close to that of cortical bone. Regenerative Biomaterials, p. rbw016, 2016.
NIINOMI, M.; NAKAI, M.; HIEDA, J. Development of new metallic alloys for biomedical applications. Acta Biomaterialia, v. 8, n. 11, p. 3888-903, Nov 2012.
OHKUBO, C.; HANATANI, S.; HOSOI, T. Present status of titanium removable dentures--a review of the literature. Journal of Oral Rehabilitation, v. 35, n. 9, p. 706-14, Sep 2008.
PICONI, C.; MACCAURO, G. Zirconia as a ceramic biomaterial. Biomaterials, v. 20, n. 1, p. 1-25, 1999.
RANGEL, F. D. O.; SANTOS, L. S. F.; RIBEIRO, C. E. Ensino de Física mediado por tecnologias digitais de informação e comunicação e a literacia científica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 651-677, 2012.
RATNER, B. D. et al. Biomaterials Science: an introduction to materials in medicine. San Diego (CA), USA: Academic Press, 1996. 497.
ROACH, P. et al. Modern biomaterials: a review - bulk properties and implications of surface modifications. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, v. 18, n. 7, p. 1263-77, Jul 2007. I
SALERNITANO, E.; MIGLIARESI, C. Composite materials for biomedical applications: a review. Journal of Applied Biomaterials & Biomechanics, v. 1, n. 1, p. 3-18, 2003.
SOUSA, R. S. A Física no dia a dia: materialização da interdisciplinaridade no ensino médio. Compartilhando Saberes, n. Dez-Jul, p. 76-91, 2016.
SOUZA, J. C. M. et al. Wear and Corrosion Interactions on Titanium in Oral Environment: Literature Review. Journal of Bio- and Tribo-Corrosion, v. 1, n. 2, 2015.
TEO, A. J. T. et al. Polymeric biomaterials for medical implants and devices. ACS Biomaterials Science & Engineering, v. 2, n. 4, p. 454-472, 2016.
VARNIER, T.; ALMEIDA, F. Q.; GOMES, I. O papel da experimentação no ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 21, n. Especial, p. 31-43, 2004.
WILLIAMS, D. F. On the mechanisms of biocompatibility. Biomaterials, v. 29, n. 20, p. 2941-53, Jul 2008.
ARAÚJO, M. S. T.; MORAES, J. U. P. O ensino de Física e o enfoque CTSA. São Paulo (SP): Livraria da Física, 2012. 168.
BANERJEE, D.; WILLIAMS, J. C. Perspectives on Titanium Science and Technology. Acta Materialia, v. 61, n. 3, p. 844-879, 2013.
BLACK, J. Biological Performance of Materials. 4th. Boca Raton: CRC Press, 2006. 520.
BRANDÃO, R. V.; ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. A modelagem científica de fenômenos físicos e o ensino de Física. Física na Escola, v. 9, n. 1, p. 10-14, 2008.
BRASIL. Lei n. 9394, 20 de dezembro de 1996 - Estabelece as diretrizes e bases da educação nacional 1996.
______. Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasília (DF): Ministério da Educação 1998.
______. PCN+ Ensino Médio: Orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília (DF): Ministério da Educação 2002.
______. Resolução CEB n. 4, de 13 de julho de 2010 - Define as Diretrizes Curriculares Nacionais Gerais para a Educação Básica. Brasília (DF): D.O.U. de 14/07/2010: 824-824 p. 2010.
______. Parecer CNE/CEB n. 2, de 30 de janeiro de 2012 - Define as Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Brasília (DF) 2012.
______. Lei n. 13005, de 25 de junho de 2014 - Aprova o Plano Nacional de Educação (PNE) e dá outras providências. Brasília (DF): D.O.U. de 26/06/2014: 1-1 p. 2014a.
______. Programa Ensino Médio Inovador: Documento orientador. BÁSICA, S. D. E.: Ministério da Educação 2014b.
CAI, K. et al. Surface functionalized titanium thin films: zeta-potential, protein adsorption and cell proliferation. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 50, n. 1, p. 1-8, Jun 1 2006.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 9ª. São Paulo (SP): LTC, 2016.
CHEN, Q.; THOUAS, G. A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering R, v. 87, p. 1-57, 2015.
CHEVALIER, J.; GREMILLARD, L. Ceramics for medical applications: a picture of the next 20 years. Journal European of Ceramic Society, v. 29, p. 1245-1255, 2008.
CHU, P. K. Surface engineering and modification of biomaterials. Thin Solid Films, v. 528, p. 93-105, 2013.
CORDEIRO, J. M.; BARÃO, V. A. R. Is there scientific evidence favoring the substitution of commercially pure titanium with titanium alloys for the manufacture of dental implants? Materials Science and Engineering: C, 2016.
FAZENDA, I. C. A. Interdisciplinaridade: um projeto em parceria. São Paulo: Loyola, 1991.
______. Integração e interdisciplinaridade no ensino brasileiro: efetividade ou ideologia? 5. São Paulo: Loyola, 2002.
______. Interdisciplinaridade: História, teoria e pesquisa. 11. São Paulo: Papirus, 2003.
______. O que é interdisciplinaridade? São Paulo: Cortez, 2008.
HANAWA, T. A comprehensive review of techniques for biofunctionalization of titanium. Journal of Periodontal & Implant Science, v. 41, p. 263-272, 2011.
HARTMANN, A. M. Desafios e possibilidades da interdisciplinaridade no Ensino Médio. 2007. 229 (Mestre em Educação). Faculdade de Educação, Universidade de Brasília, Brasília.
HERINGA, M. B. et al. Risk assessment of titanium dioxide nanoparticles via oral exposure, including toxicokinect considerations. Nanotoxicology, v. 10, n. 10, p. 1515-1525, 2016.
KIRMANIDOU, Y. et al. New Ti-Alloys and Surface Modifications to Improve the Mechanical Properties and the Biological Response to Orthopedic and Dental Implants: A Review. Biomedical Research International, v. 2016, p. 2908570, 2016.
LONG, M.; RACK, H. J. Titanium alloys in total joint replacement - a materials science perspective. Biomaterials, v. 19, p. 1621-1639, 1998.
MOZENA, E. R.; OSTERMANN, F. Uma revisão bibliográfica sobre a interdisciplinaridade no ensino das Ciências da natureza. Revista Ensaio, v. 16, n. 2, p. 185-206, 2014.
______. A interdisciplinaridade na legislação educacional, no discurso acadêmico e na prática escolar do Ensino Médio: panaceia ou falácia educacional? Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 33, n. 1, p. 92-110, 2016.
NAVARRO, M. et al. Biomaterials in orthopaedics. Journal of Research Society: Interface, v. 5, n. 27, p. 1137-58, Oct 6 2008.
NEVES, M. C. D. A história da ciência no ensino de Física. Ciência e Educação, v. 5, n. 1, p. 73-81, 1998.
NIINOMI, M. et al. Biomedical titanium alloys with Young’s moduli close to that of cortical bone. Regenerative Biomaterials, p. rbw016, 2016.
NIINOMI, M.; NAKAI, M.; HIEDA, J. Development of new metallic alloys for biomedical applications. Acta Biomaterialia, v. 8, n. 11, p. 3888-903, Nov 2012.
OHKUBO, C.; HANATANI, S.; HOSOI, T. Present status of titanium removable dentures--a review of the literature. Journal of Oral Rehabilitation, v. 35, n. 9, p. 706-14, Sep 2008.
PICONI, C.; MACCAURO, G. Zirconia as a ceramic biomaterial. Biomaterials, v. 20, n. 1, p. 1-25, 1999.
RANGEL, F. D. O.; SANTOS, L. S. F.; RIBEIRO, C. E. Ensino de Física mediado por tecnologias digitais de informação e comunicação e a literacia científica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 651-677, 2012.
RATNER, B. D. et al. Biomaterials Science: an introduction to materials in medicine. San Diego (CA), USA: Academic Press, 1996. 497.
ROACH, P. et al. Modern biomaterials: a review - bulk properties and implications of surface modifications. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, v. 18, n. 7, p. 1263-77, Jul 2007. I
SALERNITANO, E.; MIGLIARESI, C. Composite materials for biomedical applications: a review. Journal of Applied Biomaterials & Biomechanics, v. 1, n. 1, p. 3-18, 2003.
SOUSA, R. S. A Física no dia a dia: materialização da interdisciplinaridade no ensino médio. Compartilhando Saberes, n. Dez-Jul, p. 76-91, 2016.
SOUZA, J. C. M. et al. Wear and Corrosion Interactions on Titanium in Oral Environment: Literature Review. Journal of Bio- and Tribo-Corrosion, v. 1, n. 2, 2015.
TEO, A. J. T. et al. Polymeric biomaterials for medical implants and devices. ACS Biomaterials Science & Engineering, v. 2, n. 4, p. 454-472, 2016.
VARNIER, T.; ALMEIDA, F. Q.; GOMES, I. O papel da experimentação no ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 21, n. Especial, p. 31-43, 2004.
WILLIAMS, D. F. On the mechanisms of biocompatibility. Biomaterials, v. 29, n. 20, p. 2941-53, Jul 2008.
