BIOLOGÍA
4° Año
La Biología y su enseñanza en el Ciclo Superior de la Escuela Secundaria
En la escuela secundaria la materia Biología se enmarca en los propósitos generales de la Educación Secundaria y en el más específico de “Alfabetización Científica” (A.C.) de las Ciencias Naturales, cuyos principios fundamentales están ampliamente desarrollados en los Diseños Curriculares de Ciencias Naturales del Ciclo Básico. A continuación, se sintetizan brevemente estos principios.
En primer lugar, la A.C. es una metáfora de la alfabetización tradicional, de la cual “toma prestados” dos conceptos centrales: la educación básica y la educación para todos. Estas premisas, que están en consonancia con lo planteado en el Marco General del Diseño Curricular,1 nos obligan a diseñar estrategias didácticas específicas para lograr que las desigualdades no impidan la realización del derecho de todos los adolescentes y jóvenes a acceder a este aspecto de la cultura que es la ciencia, en particular la Biología.
En segundo lugar, la AC es un modo de designar una finalidad educativa, la de introducir a los alumnos en una cultura científica. “En un mundo repleto de productos de la indagación científica, la alfabetización científica se ha convertido en una necesidad para todos: todos necesitamos utilizar la información científica para realizar opciones que se plantean cada día; todos necesitamos ser capaces de implicarnos en discusiones públicas acerca de asuntos importantes que se relacionan con la ciencia y la tecnología; y todos merecemos compartir la emoción y la realización personal que puede producir la comprensión del mundo natural”.2 De este modo, la enseñanza de la Biología en el marco de la Alfabetización Científica se orienta a superar la habitual transmisión “aséptica” de conocimientos científicos, incluyendo una aproximación a la naturaleza de la ciencia y a la práctica científica y, sobre todo, pone énfasis en las relaciones ciencia-tecnología-sociedad, con vistas a favorecer la participación ciudadana en la toma de decisiones fundamentadas.
En la idea de Alfabetización Científica subyace también una cierta concepción de ciencia diferente de las que forman parte del imaginario social. Un ciudadano científicamente alfabetizado debe poder desmitificar a la ciencia concebida como una producción que se dice objetiva, en virtud de poseer un método científico infalible que garantiza el acceso a la verdad.
La enseñanza de la Biología desde el punto de vista de la AC considera a la ciencia como una actividad humana caracterizada por sus modos particulares de generar conocimiento, a partir de la construcción de modelos explicativos e interpretativos, sujetos a debate,disensos y consensos; inserta en un contexto histórico y social particular y atravesada por sus contradicciones. En tanto construcciones humanas, se le reconocen tanto sus alcances como sus limitaciones.
La Biología es una ciencia que ha tenido un desarrollo vertiginoso en los últimos años, pero sus bases teóricas fundamentales tienen una larga historia. Dicha historia ha producido diferentes modos de abordar el estudio de los seres vivos, cada uno de ellos partícipe de una revolución en el pensamiento biológico de su tiempo.
La Teoría de la Evolución se ha erigido como referencia obligada del conocimiento biológico y supone el soporte conceptual, desde hace 150 años, de cualquiera de los abordajes que implican entender la vida en la Tierra.
El pensamiento fisiológico, surgido durante el Renacimiento, se fue construyendo desde la descripción estructural y funcional de órganos y tejidos hacia la explicación celular y molecular de las principales funciones vitales.
La biología celular y molecular y su confluencia con la genética mendeliana proveyeron enlos años 50 un nuevo giro revolucionario para pensar la vida cuyas implicancias teóricas y prácticas nos son cada vez más evidentes y cotidianas. A su vez, la ecología considerada en un principio, tímidamente como una rama menor de la biología, se independizó a partir de la posguerra como una ciencia autónoma que, con herramientas conceptuales y metodológicas particulares, proponen una mirada holística y sistémica sobre la vida y sus complejas interacciones con los subsistemas terrestres.
Este breve recorrido sobre los cambios producidos en teorías y métodos de estudio que confluyeron en configurar la Biología contemporánea, da cuenta del profundo cambio operado en este campo de conocimiento desde la antigua pretensión de los naturalistas de describir y catalogar el mundo vivo hacia el convencimiento de los biólogos actuales acerca de las posibilidades de explicarlo e incluso transformarlo.
Con el propósito de transmitir a los alumnos un panorama sustantivo del conocimiento
biológico, de los modelos y las metodologías que confluyen en conformar su estado actual, y del impacto que este conocimiento tiene sobre la manera de ver el mundo vivo y sobre los desarrollos tecnológicos que impactan directamente sobre la vida de las personas, la materia Biología está estructurada según tres dimensiones.
Desde la dimensión conceptual, la materia se estructura sobre la base de unas pocas
“grandes teorías” que le aportan significado a cada nuevo descubrimiento, aplicación o interrogante dentro de este campo. Esta dimensión se funda en los tres pilares en que se basa la Biología para el estudio de los seres vivos. Los hemos llamado “modos de pensamiento” para dar cuenta de que se trata de un cuerpo de conocimientos que no solo incluye conceptos sino también unas maneras particulares de pensar e investigar los fenómenos biológicos. Estos son: un modo de pensamiento sistémico y ecológico, un modo de pensamiento evolutivo, y un modo de pensamiento fisiológico. Estos atraviesan la enseñanza de la Biología a lo largo de toda la secundaria.La materia Biología se concibe como una unidad pedagógica y didáctica desde primero a cuarto año. En el ciclo básico, los estudiantes han tenido oportunidad de aprender los conceptos básicos relacionados con los tres pilares conceptuales definidos para la enseñanza de la Biología. En cada uno de los tres primeros años, los contenidos han sido seleccionados y organizados poniendo énfasis en alguno de dichos modos de pensamiento.En primer año abordaron el estudio de los seres vivos desde una perspectiva sistémica aproximándose - desde este modo de pensamiento - a las funciones básicas de los seres vivos, los ecosistemas y el organismo humano. En segundo año, con énfasis en la perspectiva evolutiva, estudiaron el origen y la evolución de la vida centrándose en la idea
de ancestro común y el mecanismo de selección natural. Asimismo abordaron, desde esta perspectiva, la función de reproducción en los seres vivos, en particular en el organismo humano, y los mecanismos de la herencia. En tercer año, desde una mirada más centrada en lo fisiológico, estudiaron los mecanismos de intercambio de información, regulación y control en los seres vivos, incluyendo una introducción a las bases moleculares de la información genética.
La enseñanza de los contenidos de Biología de cuarto año se sustenta fuertemente en los aprendizajes logrados en el ciclo básico, no solo en esta materia sino también en fisicoquímica, en particular aquellos relacionados con los procesos que implican
transformaciones e intercambios de materia y energía que se retoman para utilizarlos en el análisis de los fenómenos biológicos.
Así, Biología de cuarto año está centrada en los procesos que involucran las
transformaciones de la materia y la energía en los distintos niveles de organización, desde el celular, pasando por los sistemas de órganos (con énfasis en el organismo humano) hasta los ecosistemas. En este sentido se retoma con mayor profundidad el enfoque sistémico como modelo que permite interpretar estos fenómenos en cualquiera de los sistemas que se analicen. Por ello, sea cual sea el sistema que se esté analizando, el docente hará hincapié en las siguientes nociones: Las interacciones entre subsistemas de un sistema mayor. Las interacciones entre los sistemas y su entorno. Propiedades emergentes de los sistemas en los distintos niveles de organización. La relación estructura/función. La complejidad de los sistemas en función tanto de la variedad de elementos que los componen como de las interacciones que se establecen entre ellos. La definición de los límites de un sistema en función del objeto de estudio. El equilibro y la regulación de los sistemas biológicos
Desde este punto de vista, los modos de pensamiento que se privilegian son el sistémico y el fisiológico. Sin embargo, se aborda también el modo de pensamiento evolutivo al analizar la unidad de los seres vivos en relación con la función de nutrición como función universal y la diversidad de estructuras y comportamientos relacionados con ella que se han desarrollado a lo largo de la evolución.
Por otra parte, en cuarto año se continúa con otra de las dimensiones fundamentales que estructuran la enseñanza de la Biología y que reúne contenidos vinculados con las implicancias éticas, culturales y sociales de la producción de conocimiento biológico. En particular, al estudiar al organismo humano en relación con la función de nutrición, por un lado se quiere enfatizar en el estudio del hombre como fenómeno biológico ya que comparte sus funciones universales con el resto de los seres vivos, y a la vez formando parte de un fenómeno cultural y social que es propio de nuestra especie y que por lo tanto nos caracteriza. En este sentido, es fundamental no perder de vista los aspectos culturales y las creencias asociadas a este tema, así como los intereses de instituciones relacionadas con la investigación y producción de alimentos y el papel que juegan los medios de comunicación en la incitación al consumo desmedido y en relación con la generación de subjetividades respecto de la imagen corporal.
Del mismo modo, al estudiar la dinámica de los ecosistemas será necesario, junto con los aspectos conceptuales científicos, promover instancias de reflexión y debate relacionadas con el impacto del hombre sobre el ambiente. Estas deberán estar acompañadas de investigación y consulta en diferentes medios de comunicación, a fin de poner en evidencia la complejidad del tema, la multiplicidad de factores intervinientes y los distintos puntos de vista en relación con las responsabilidades y las soluciones que se proponen.
Finalmente, en esta materia se incluyen aquellos contenidos que hacen a los procedimientos escolares. Esta dimensión hace referencia a los modos de conocer (lectura y escritura en Biología; formulación de problemas, preguntas e hipótesis; debate e intercambio de conocimientos y puntos de vista; etc.) relacionados con la ciencia y con la Biología que deberán ser enseñados de manera articulada con las otras dos dimensiones, y planificadas expresamente por el docente.
La enseñanza de la Biología en la escuela secundaria implica, entonces, la necesidad de planificar situaciones de enseñanza que articulen la enseñanza de conceptos, de modos de acercarse al conocimiento (modos de conocer) con las habilidades que incluyan la reflexión, la argumentación, el debate en torno al impacto de la ciencia en la vida de las personas y a las implicancias éticas, culturales y sociales del conocimiento científico.
Las situaciones de enseñanza en Biología
Por todo lo dicho anteriormente, la enseñanza de la Biología consiste no sólo en la
transmisión de ciertos conceptos propios de la disciplina, sino también implica la enseñanza de unas maneras particulares de acercarse a este objeto de conocimiento, también llamadas modos de conocer, que, al ser saberes que no se adquieren espontáneamente, deben ser aprendidos en la escuela y, por lo tanto, son contenidos de enseñanza.
Entendemos por situaciones de enseñanza los distintos dispositivos que el docente
despliega en una clase para que los alumnos aprendan determinados contenidos. Estos
dispositivos se refieren tanto a la manera en que se organiza al grupo (total, pequeños grupos, trabajo individual) como a los materiales que se utilizarán, el tipo de tarea a la que estarán abocados los alumnos (lectura, experimentación, intercambio de conocimientos) y el tipo de actividad que desarrollará el docente (recorrer los grupos, explicar, presentar un material, organizar un debate).
Desarrollaremos brevemente las siguientes situaciones de enseñanza: situaciones de
lectura y escritura en Biología; situaciones de formulación de problemas, preguntas e hipótesis; situaciones de observación y experimentación; situaciones de trabajo con teorías; situaciones de debate e intercambio de conocimientos y puntos de vista.
Al finalizar el desarrollo de cada una de ellas, se explicitan las prácticas tanto de los alumnos como de los docentes que habrán de desarrollarse para lograr los aprendizajes esperados.
Situaciones de lectura y escritura en Biología
Los alumnos de la escuela secundaria son sujetos lectores y escritores, sin embargo, es necesario atender a la especificidad que esta tarea cobra en la clase de Biología. Esta especificidad no sólo está dada por la terminología del área, sino también por las maneras particulares en que se presenta la información (textos explicativos, divulgativos, gráficos e imágenes) y por el sentido que cobra dicha información en relación con el propósito de la lectura. Un mismo texto puede ser leído con diferentes propósitos, y la lectura -en cada caso- cobrará un carácter diferente. No es lo mismo leer un texto para buscar un dato preciso, que para encontrar argumentos para un debate o para comprender un concepto. Al cambiar el propósito de la lectura, también cambia la actitud del lector frente al texto. Por ejemplo, en Biología suele ocurrir que los alumnos/as tengan que buscar algunos datos puntuales dentro de un texto explicativo. En ese caso, deberán aprender a no detenerse en cada frase o intentar comprender cada palabra, sino por el contrario encontrar eficazmente el dato que se busca. Estos diferentes propósitos de lectura serán significativos para los alumnos/as si se dan en un contexto más amplio de la actividad del aula, es decir, en relación con otras actividades que se realizan en torno de un tema de Biología (un experimento, la resolución de un problema, la participación en un debate) que dan sentido a la lectura.
También los saberes previos del lector condicionan la lectura y la interpretación de un texto. Las situaciones de lectura se enriquecen cuando los alumnos/as pueden intercambiar puntos de vista diferentes respecto de lo que leen, incluyendo los suyos propios, y tomar así el texto como referencia para argumentar una u otra postura. Por otra parte, la relectura de un texto en momentos diferentes del proceso de aprendizaje permite que los alumnos/as encuentren en él conceptos, ideas y relaciones que no encontraron antes.
La lectura no es un aprendizaje que se adquiere de una vez y para siempre. Por el contrario, se enriquece en la medida en que los alumnos/as se enfrenten, una y otra vez, a textos de diferente complejidad y que abordan temáticas diversas. El docente deberá prever estas y otras circunstancias que tienen que ver con aprender a leer en Biología para organizar la clase y anticipar sus posibles intervenciones.
Las situaciones de lectura son también propicias para trabajar sobre la especificidad del lenguaje científico. Los alumnos/as necesitan conocer la terminología de la biología para poder comunicarse y entenderse en este campo. Sin embargo, no basta con que conozcan la definición de las palabras. Es indispensable que comprendan los conceptos asociados a esa terminología y la red conceptual en que dichos términos están inmersos y a partir de la cual cobran sentido.
Además del léxico específico, los textos científicos se caracterizan por unas maneras particulares de decir que, a veces, pueden llevar a confusiones. En particular el modo impersonal que caracteriza la escritura de los textos científicos, en el que no se distingue quién es el que realiza la acción, pone en un mismo plano tanto la descripción de hechos que ocurren en la naturaleza independiente de la voluntad humana, y la descripción de
herramientas o instrumentos que los científicos crean para estudiarlos. En este sentido suelen producirse grandes confusiones entre el objeto que se describe y las herramientas que se utilizan para hacerlo. Los alumnos/as deberán aprender a manejarse con estos modos de comunicar el conocimiento. Por ejemplo, en el texto: “’Los organismos ocupan diferentes niveles tróficos según la manera en que adquieren energía’". Los distintos organismos se agrupan en los distintos niveles tróficos según su modo de nutrición y las relaciones alimentarias que se establecen entre ellos. El primer nivel trófico es el de los productores y lo ocupan los organismos fotoautótrofos […]”, los alumnos deberán poder leer que los niveles tróficos no son lugares físicos que existen en la naturaleza y que son
ocupados físicamente, sino que son construcciones teóricas que hacen los investigadores para clasificar a los organismos desde el punto de vista de las relaciones alimentarias que
establecen entre sí. La clave para comprender esto está, posiblemente, en la frase “los distintos organismos se agrupan…” que deberá ser analizada como “son agrupados por los ecólogos…”. Para ello será fundamental que el docente se detenga en estos fragmentos del texto, ponga en evidencia el problema mediante preguntas que cuestionen lo que allí se dice, y dé lugar a que surjan las distintas interpretaciones en el aula para, en conjunto, construir la más adecuada.
Otro aspecto de la interpretación de un texto científico que los alumnos tendrán que
aprender, es detectar y preguntarse por aquello que el texto no dice, porque lo da por supuesto. Por ejemplo, en el texto: “El gas más abundante en la tropósfera es el nitrógeno.A pesar de que es una de las sustancias indispensables para la vida, el nitrógeno en estado gaseoso no puede ser incorporado a las reacciones químicas que se producen en el organismo. Por este motivo, la proporción de nitrógeno molecular del aire inhalado es igual a la del aire exhalado”. En casos como este, el alumno deberá poder interpretar que el nitrógeno puede estar en otro estado que no sea el gaseoso y que los organismos pueden incorporarlo cuando está formando parte de otros compuestos no gaseosos.
Por otra parte, en los textos de biología los alumnos/as se encuentran con explicaciones,
descripciones, argumentaciones, puntos de vista del autor, referencias históricas y datos precisos. En cada caso se deberá ayudarlos a identificar qué es lo que se quiere comunicar y a diferenciar unas funciones de otras. Asimismo, muchas descripciones y explicaciones de conceptos de esta materia suelen apoyarse en diagramas, esquemas, gráficos que forman parte del lenguaje específico de esta disciplina, y que los alumnos deben aprender a interpretar correctamente.
Finalmente, en la clase de Biología son muchas las instancias en las que los alumnos/as deben elaborar producciones escritas: escriben para comunicar a otros lo que aprendieron,para describir un procedimiento, para realizar informes de observación o experimentación, para plantear un punto de vista propio y sostenerlo con argumentos o para explicar hechos y observaciones utilizando los modelos estudiados. En cada caso, la escritura adopta formas diferentes según qué es lo que se quiere comunicar. Los textos que los alumnos/as leen actúan como referencia y podrán recurrir a ellos cuando escriben como forma de controlar la escritura. Por eso es importante que el docente ofrezca a los alumnos/as textos con propósitos diferentes y los analice con ellos de manera de modelizar lo que se espera que ellos produzcan.
En las situaciones de lectura y escritura los alumnos/as tendrán oportunidades de:
apropiarse del propósito de la lectura y aprender a actuar frente a un texto de manera competente según diferentes propósitos de lectura;
leer y consultar diversas fuentes de información y cotejar distintos textos, comparando sus definiciones, enunciados y explicaciones alternativas;
intercambiar interpretaciones diversas de un mismo texto y fundamentar su postura
utilizando ese texto u otros;
producir textos relacionados con temas biológicos con diferentes propósitos
comunicativos (justificar, argumentar, explicar, describir) y para diferentes públicos;Para que estas actividades puedan llevarse a cabo es necesario que el docente:
incorpore la lectura de los textos en el marco de propuestas de enseñanza en las que el sentido de la lectura esté claro para el alumno;
lea textos frente a los estudiantes, en diversas ocasiones y con distintos motivos,especialmente cuando los mismos presentan dificultades o posibiliten la aparición de controversias o contradicciones que deben ser aclaradas, debatidas o argumentadas ;
anticipe las dificultades que puedan ofrecer los textos para elaborar estrategias de intervención que ayuden a los alumnos/as a superarlas;
dé explicaciones antes de la lectura de un texto para favorecer su comprensión en
relación con las dificultades específicas que el texto plantea (terminología científica, uso de analogías, etc.);
favorezca la problematización del sentido de ciertas formulaciones que parecen obvias
pero que encierran complejidades que no son evidentes para los alumnos/as;
señale las diferencias existentes entre las distintas funciones de un texto, como describir,explicar, definir, argumentar y justificar, al trabajar con textos tanto orales como escritos;
precise los formatos posibles o requeridos para la presentación de informes de
laboratorio, ensayos, monografías, actividades de campo, registros de datos o visitas guiadas;
seleccione y ofrezca una variedad de textos como artículos de divulgación, libros de texto, noticias periodísticas y otras fuentes de información;
organice tiempo y espacios específicos para la lectura y escritura de textos científicos.
Situaciones de formulación de preguntas, problemas e hipótesis
La formulación de preguntas y problemas es uno de los motores principales de la indagación científica, puesto que es a través de ellos que se pone de manifiesto cuál es el motivo de la indagación. Muchos conceptos y explicaciones cobran sentido cuando se conoce a qué preguntas responden o qué problemas intentan resolver.
No todas las preguntas son fructíferas en la clase de Biología. Existen preguntas que son una demanda a una respuesta inmediata o puntual (¿qué órganos participan del proceso de respiración?), otras que no pueden abordarse sólo desde la ciencia (¿qué comidas deben ingerirse a lo largo del día?), y otras que abren una puerta para iniciar un camino de indagaciones en busca de respuestas y explicaciones (si la energía de un organismo pluricelular se produce en cada una de sus células, ¿cómo llega el alimento y el oxígeno a cada una de ellas?; o si en el ecosistema X formado por tales y cuales poblaciones, se introduce la especie Y ¿cuáles serían las consecuencias para dicho ecosistema?)
Estas son las preguntas sobre las cuales se pone el foco en este apartado: aquellas que promueven el desarrollo de investigaciones escolares y que se denominarán preguntas investigativas. Al hablar de investigaciones escolares nos referimos a la combinación de una variedad de estrategias de búsqueda, organización y comunicación de información: en la bibliografía, a través de las explicaciones del docente o de expertos, por medio de la experimentación o de la observación sistemática.
La formulación de preguntas investigativas no es una habilidad espontánea y, por lo tanto,debe enseñarse. En el trabajo en ciencia escolar es importante, sobre todo, que los alumnos/as comprendan que existen preguntas investigativas y preguntas que no lo son y que puedan distinguir entre ambas. Por otra parte, cuando un alumno ha podido formular una pregunta investigativa, o ha podido hacer propia una pregunta investigativa propuesta por sus pares o por el docente, estará en mejores condiciones para diseñar y llevar adelante con autonomía las investigaciones.
En muchas ocasiones, mientras trabajan sobre alguna actividad o buscan información, los alumnos/as suelen hacer comentarios que encierran preguntas interesantes, que plantean desafíos para investigar. Es tarea del docente estar atento a estas oportunidades para retomarlos y transformarlos en preguntas investigativas, promoviendo el análisis colectivo de las mismas con vistas a mejorarlas y a hacerlas más pertinentes a los problemas que se están estudiando.
La formulación de problemas en Biología es una cuestión aún más compleja ya que requiere de marcos teóricos más consolidados. Los problemas muchas veces incluyen preguntas investigativas pero van más allá de ellas, presentando una situación que los alumnos/as deben explicar o dirimir poniendo en juego lo que saben. En la clase, es más probable que sea el docente quien plantee los problemas, o que proponga analizar algunos problemas actuales o históricos concordantes con el tema que se está estudiando. Es frecuente que los alumnos/as, una vez que han aprendido un concepto, lo tomen como universal o no reparen en nuevos desafíos que ese concepto plantea. Por ejemplo, una vez que los alumnos han aprendido la diferencia entre organismos autótrofos y heterótrofos, asumen a las plantas como autótrofas. Sin embargo, difícilmente se cuestionen acerca de la forma de nutrición de las células o partes de las plantas que no realizan fotosíntesis, o del embrión cuando aún está dentro de la semilla. Casos como estos son situaciones propicias para que el docente intervenga problematizando los conocimientos, y así contribuya a una mejor conceptualización, en este caso, de las formas de nutrición.
Si la elaboración de preguntas y problemas es un motor fundamental de las indagaciones científicas, la formulación de hipótesis es una herramienta central en el proceso de encontrar respuestas a dichas preguntas y problemas. Las hipótesis son las que orientan el tipo de investigación que se llevará adelante, las premisas y los caminos a recorrer y las fuentes de información más adecuadas. La misma formulación de una hipótesis lleva implícita, por lo tanto, el modo de ponerla a prueba y los posibles resultados que serían esperables en caso de que dicha hipótesis fuera confirmada o, por el contrario, refutada.
En las situaciones de formulación de preguntas, problemas e hipótesis los alumnos/as
tendrán oportunidades de:
cuestionar lo que ven y lo que aprenden, y no aceptar las primeras evidencias como obvias;
formular preguntas investigativas acerca del tema que se está estudiando y distinguirlas de aquellas que no lo son;
analizar la problemática planteada para comprender de qué se trata el problema y a qué conceptos remite, evaluando qué conocen y qué necesitan conocer sobre el tema;
plantear hipótesis en respuesta a las preguntas y los problemas propuestos y anticipar posibles formas de ponerlas a prueba y resultados esperados en caso de que se confirmen o refuten.
Para que estas actividades puedan llevarse adelante es necesario que el docente:
estimule en sus alumnos el hábito y la capacidad de hacerse preguntas y de evaluar si son investigativas o no;
intervenga en clase problematizando los conocimientos, ayudando a los alumnos/as a formular nuevos problemas;
dé oportunidades para que los alumnos/as formulen hipótesis y los invite a proponer de qué manera podrían ser contrastadas (por ejemplo, a través de la observación y la experimentación, la búsqueda bibliográfica, la entrevista a especialistas o el trabajo de campo);
analice con los alumnos/as los cursos de acción que se propongan para poner a prueba las hipótesis, cuidando que sean coherentes con las conjeturas formuladas y con lo que se quiere averiguar;
promueva un clima de respeto y confianza en la clase que favorezca la formulación de preguntas, problemas e hipótesis sin prejuicios;
modelice las actitudes mencionadas anteriormente proponiendo sus propias preguntas,problemas e hipótesis, planteadas no como afirmaciones definitivas provenientes de la autoridad del docente sino como parte abierta del proceso de indagación.
Situaciones de observación y experimentación
La observación y la experimentación son procedimientos centrales en la construcción del conocimiento científico. Por ello, el docente deberá ofrecer a los alumnos/as diversas oportunidades para trabajar estos contenidos a lo largo del año, tanto realizando experiencias como analizando experimentos hechos por otros, actuales o históricos. Dada una pregunta investigativa propuesta por los alumnos/as o el docente y sus hipótesis posibles, se deberá trabajar con los alumnos/as el modo de poner estas hipótesis a prueba. En paralelo, dado un experimento actual o histórico, el docente podrá plantear la cuestión de cuál sería la pregunta que el investigador trataba de contestar con esa experiencia.
Tanto en el diseño como en el análisis de experiencias, el docente deberá poner énfasis en la necesidad de identificar la variable a medir y de elegir una manera de medirla, dando oportunidades a los alumnos/as de evaluar las ventajas y las desventajas de diferentes métodos. También deberá hacer hincapié en la necesidad de mantener las condiciones experimentales constantes, con excepción de la condición que se desea investigar. En la realización de experiencias y observaciones es importante que el docente guíe a los alumnos/as a registrar sus resultados de manera ordenada y entendible por ellos y por otros.
Parte del trabajo previo a una experiencia u observación será, entonces, acordar cómo registrar la información obtenida a fin de poder cotejar los datos después.
El diseño de experiencias es una buena oportunidad para el intercambio tanto de puntos de vista como de argumentaciones. Tanto la elección de los materiales y los métodos, y la selección de variables a controlar como las anticipaciones de resultados y sus interpretaciones pueden ser oportunidades de debate entre los alumnos/as en las que deberán fundamentar sus puntos de vista frente a los otros.
También será fundamental que el docente tenga en cuenta que lo que se interpreta de lo observado depende - en buena medida - de lo que el observador espera encontrar. En este sentido, un mismo fenómeno, el desarrollo o los resultados de un mismo experimento pueden ser interpretados de maneras diferentes por distintos alumnos. Este aspecto debe ser atendido particularmente cuando se observa a través del microscopio. Muchas veces se espera que los alumnos/as “vean” lo que se sabe que está sobre el portaobjetos. Sin embargo, identificar los objetos que se visualizan bajo el microscopio no es una tarea sencilla ni evidente.
El trabajo de esquematización de lo que se observa es un instrumento poderoso para el aprendizaje. En primer lugar, porque permite a los alumnos apropiarse de una herramienta propia del conocimiento biológico. En segundo lugar porque, comparar las producciones de distintos alumnos luego de la observación de un mismo objeto, permite poner en evidencia la relatividad y subjetividad de la observación, y la necesidad de realizar interpretaciones ajustadas de las mismas. En relación con este último aspecto, es fundamental que puedan comparar sus propios esquemas con otros que se muestran en diferentes libros de texto, y a la vez con microfotografías para establecer correlaciones entre las estructuras que se observan en unos y otras.
Del mismo modo durante las observaciones o durante el análisis del desarrollo o de los resultados de los experimentos, los alumnos/as tienden a reemplazar las explicaciones por descripciones o a enunciar los resultados como si fueran las conclusiones. Es necesario trabajar con ellos la idea de que se trata de operaciones diferentes en tanto las explicaciones y las conclusiones son elaboraciones más complejas que resultan de poner en relación los datos observables o los resultados experimentales entre sí, y a estos con las teorías o con las hipótesis que guiaron la investigación.
Muchas veces, además, los alumnos/as niegan los resultados que obtuvieron de una
experiencia porque no se ajusta a lo que suponían que iba a suceder o lo que sabían que el docente esperaba como resultado. Por ello será importante como parte del trabajo comparar los resultados obtenidos por diferentes grupos en relación con una misma experiencia y analizar las razones que pueden explicar sus diferencias, tomándolas como un insumo para la discusión y el aprendizaje. Estas son oportunidades para volver atrás, tanto a las hipótesis iniciales como a los pasos que se siguieron en el experimento, con el objetivo de encontrar esas explicaciones.
En las situaciones de observación y experimentación los alumnos/as tendrá oportunidades de:
observar y describir sistemáticamente fenómenos que conocen de antemano o que |se
les presentan en clase, con y sin mediación de instrumentos;
diseñar y realizar experimentos controlados para contrastar hipótesis;
discutir sus resultados con sus pares y contrastarlos o complementarlos con otras
fuentes de información ;
distinguir las observaciones de las inferencias, las descripciones de las explicaciones y los resultados de las conclusiones;
Para que estas actividades puedan llevarse adelante es necesario que el docente:
promueva el diseño y la implementación de experiencias que permitan contrastar las
hipótesis planteadas por los alumnos/as o presentadas por el docente en relación a una pregunta contestable;
estimule el intercambio entre los alumnos/as de sus anticipaciones acerca de los
resultados esperados de una observación o de un experimento y las comparen con los
datos que obtuvieron;
favorezca la contrastación entre los resultados de distintos grupos para una misma experiencia y entre las diferentes interpretaciones de los resultados, ofreciendo herramientas para discernir los más adecuados.
Situaciones de trabajo con teorías
En la clase de Biología los alumnos/as tendrán que utilizar en diferentes momentos algunas de las teorías estudiadas en años anteriores (como las teorías de la evolución, la celular y la cromosómica de la herencia). Las teorías son las formas mediante las cuales los científicos construyen las interpretaciones de los fenómenos. Por ser construcciones humanas con fines explicativos y predictivos, las teorías no son un “espejo de la realidad” sino una manera de interpretarla. En toda teoría conviven componentes que son observables (por ejemplo, que unos organismos se alimentan de otros) con otros no observables, de carácter abstracto o teórico (la existencia de un ciclo de materia y un flujo de energía a través de los distintos niveles tróficos). Estas “ideas teóricas” no se desprenden exclusivamente de la observación o la experimentación sino que son, también, producto de la imaginación. Sin embargo, no se trata de invenciones arbitrarias sino de ideas que se construyen para dar cuenta de los fenómenos que se desean explicar.
Para un ciudadano alfabetizado científicamente, el conocimiento de las teorías científicas es incompleto si no se conoce y entiende la manera en que han sido construidas, en un diálogo permanente entre las observaciones y las ideas teóricas. Sin embargo, las relaciones entre los componentes observables y teóricos, dentro de una teoría, son complejas y casi nunca evidentes. La tarea del docente será ofrecer múltiples oportunidades para que estas relaciones se pongan en evidencia.
Para poder apreciar el proceso de construcción de teorías un docente puede dar ejemplos históricos de la manera en que distintas teorías fueron formuladas por diferentes científicos o grupos de científicos y cómo estas ideas daban cuenta de diferentes datos de los que se disponía en el momento. También será importante discutir cómo estas teorías evolucionaron con el tiempo a la luz de nuevos descubrimientos o nuevas ideas. El docente podrá,además, invitar a los alumnos/as a utilizar teorías aprendidas para explicar o predecir observaciones nuevas. En cualquier caso será importante que haga explícita la naturaleza abstracta de las ideas teóricas, diferenciando entre ellas y los observables, permitiendo a los alumnos/as ir de la idea teórica al fenómeno y viceversa.
Por último, los alumnos/as tienen sus propias ideas teóricas acerca de los fenómenos que no siempre coinciden con las ideas teóricas que se enseñan. Es tarea del docente tender un puente entre las teorías de los alumnos/as y las que se quieren enseñar. dando oportunidades de contrastar unas con otras y de analizar su correspondencia con los fenómenos, al seleccionar ejemplos de observables que cuestionen las teorías de los alumnos/as de manera de generar la necesidad de reformularlas.
En las situaciones de trabajo con teorías los alumnos/as tendrán oportunidades de:
reflexionar sobre los alcances y limitaciones de las ideas teóricas;
apreciar cómo las ideas teóricas dan cuenta de fenómenos observables pero, al mismo tiempo, son producto de la imaginación;
advertir cómo las ideas teóricas logran dar sentido a amplios conjuntos de observaciones frecuentemente no relacionadas y ofrecen mecanismos que explican cómo el funcionamiento de ciertos procesos;
comprender que las ideas teóricas pueden cambiar con el tiempo, al acomodar nuevas observaciones o nuevas ideas;
advertir cómo las ideas teóricas conducen a predicciones que pueden ser puestas a
prueba empíricamente;
utilizar ideas o modelos teóricos aprendidos para interpretar o predecir fenómenos no estudiados en clase.
Para que estas actividades puedan llevarse adelante es necesario que el docente:
presente a las teorías fundamentales de la biología como construcciones que buscan dar sentido a conjuntos de observaciones, estudiando, cuando sea posible, primero las observaciones para luego adentrarse en las ideas teóricas;
advierta, cuando corresponda, sobre la existencia de esquemas explicativos alternativos;
centre la atención sobre la naturaleza no-observacional e imaginativa de las ideas teóricas y, al mismo tiempo, enfatice su relación con los datos observables de los que pretende dar cuenta;
observe un lenguaje consistente con la naturaleza tentativa y abstracta de las ideas teóricas; por ejemplo, que los datos no “prueban” una idea sino que “son consistentes con” o “dan apoyo a”, o “cobran sentido a la luz de” una cierta teoría;
plantee problemas u ofrezca información que pueda ser interpretada a través de las teorías aprendidas;
comunique a los alumnos/as, siempre que sea posible, el contexto en que se elaboraron las ideas teóricas modelos que se enseñan, cuáles son los problemas o preguntas que se busca responder a través de las mismos y con qué otras teorías alternativas,históricas o actuales, están en discusión.
Situaciones de debate e intercambio de conocimientos y puntos de vista
La comunicación y el intercambio oral de conocimientos, resultados y puntos de vista es una actividad central para la construcción del conocimiento científico, tanto en el ámbito académico como en el aprendizaje escolar. Sin embargo, la posibilidad de explicitar ideas y, en particular, de dar argumentos para sostenerlas, son habilidades que los alumnos/as deben aprender y ejercitar con la guía de sus docentes. De allí la importancia de que los
docentes generen múltiples situaciones en las que este tipo de intercambio tenga lugar en clase en el marco de los temas que se están enseñando.
Cuando los alumnos/as deben organizarse para comunicar conocimientos los unos a los
otros, cobra mayor sentido el debate de ideas en torno a qué es importante comunicar, cómo se lo va a hacer según el interlocutor, cómo se va a organizar la exposición, etc. Esto, a su vez, favorece que los alumnos/as clarifiquen y repiensen sus propias ideas. El diálogo permite descubrir huecos lógicos en el propio discurso y en el ajeno.
Las instancias en las que es posible plantear este tipo de intercambios orales son variadas.El planteo de un problema o de una pregunta formulada por el docente al inicio de un tema, por ejemplo, es una oportunidad rica en la cual se ponen en juego las representaciones de los alumnos/as, que aportan sus propios puntos de vista. De este modo, el problema planteado inicialmente por el docente se amplía y enriquece con los aportes de los alumnos/as y comienza a ser propiedad del conjunto de la clase.
Otras instancias de este tipo aparecen en el momento de analizar colectivamente preguntas e hipótesis formuladas por distintos grupos. Los alumnos/as también deberán sostener sus posiciones con argumentos o aceptar los argumentos de sus compañeros y revisar sus posturas al examinar o proponer diseños de indagación (bibliográfica o experimental) para poner a prueba las hipótesis. El análisis de los resultados de observaciones o experimentos también es una oportunidad que sirve para que los alumnos/as confronten sus interpretaciones acerca de ellos y las enriquezcan a partir de las interpretaciones de otros grupos.
Muchas temáticas en Biología son susceptibles de ser abordadas mediante la búsqueda de información en diferentes fuentes. Si los alumnos/as han trabajado en grupos será esta una valiosa oportunidad para que organicen la información y la expongan luego oralmente teniendo en cuenta que sus receptores no conocen sobre el tema y deben comprender lo que se expone.
Finalmente, las informaciones que circulan en los medios de comunicación relacionadas con hallazgos científicos relacionados con la biología suelen plantear controversias que involucran no sólo al conocimiento científico sino también a posturas éticas y concepciones personales. El trabajo con estas informaciones es una instancia fecunda para promover que los alumnos/as intercambien sus pareceres procurando dar y recibir argumentos válidos.
En las situaciones de debate e intercambio de conocimientos y puntos de vista los
alumnos/as tendrán oportunidades de:
confrontar sus ideas con sus pares y con el docente;
aceptar objeciones y revisar sus puntos de vista a partir de ellas;
dar argumentos válidos para justificar sus afirmaciones y reclamarlos a los otros;
organizar sus ideas y conocimientos para comunicarlos a otros verbalmente;
valorar la diversidad de puntos de vista sobre un mismo tema;
Para que estas actividades puedan llevarse adelante es necesario que el docente:
construya una cultura de aula en la que el debate y el disenso fundamentado resulte habitual y valorado;
resguarde que los intercambios se produzcan en un clima de respeto por las ideas de los otros basado en la formulación de argumentos válidos;
organice situaciones diversas en las que se produzcan intercambios orales que tengan sentido para los alumnos/as.
Carga horaria
La materia Biología correspondiente al 4° año de la escuela secundaria se encuentra en todas las orientaciones del Ciclo Superior.
Su carga horaria total es de 72 horas anuales, siendo su frecuencia de 2 horas semanales si su duración se implementa como anual.
Objetivos de enseñanza de Biología
considerar como parte de la complejidad de la enseñanza de los conceptos biológicos,las representaciones y marcos conceptuales con los que los alumnos/as se aproximan a los nuevos conocimientos, y tomarlos como puntos de partida para el aprendizaje de conceptos más cercanos al conocimiento científico;
favorecer el encuentro entre las experiencias y conocimientos de los alumnos, a
propósito del estudio de fenómenos biológicos, y las teorías científicas que dan cuenta de dichos fenómenos;
diseñar una propuesta para la enseñanza de la Biología escolar que genere espacios de trabajo colaborativo entre pares para favorecer la expresión de ideas sobre los fenómenos en estudio, así como su confrontación y argumentación;
modelizar, desde su propia actuación, los modos particulares de pensar y hacer que son propios de las ciencias naturales, y de la biología en particular;
planificar y desarrollar secuencias de enseñanza que incluyan actividades relacionadas entre sí a propósito de los contenidos que deberán aprender los alumnos;
generar instancias de planificación de tareas con los alumnos que requieran cierta organización (actividades experimentales , las salidas de campo), promoviendo
compartir el sentido de las mismas y la asunción de responsabilidades;
explicitar los motivos de las actividades propuestas, así como los criterios de concreción y las demandas específicas que se plantean a los alumnos/as para la realización de sus tareas de aprendizaje en Biología;
incluir en las clases instancias específicas de problematización de los contenidos enseñados que promuevan reflexiones, debates y consensos en torno a las implicancias éticas, culturales y sociales de las producciones científicas relacionadas con dichos contenidos;
incluir en las clases instancias específicas de problematización de los contenidos enseñados que promuevan reflexiones, debates y consensos en torno a la manera en que “funciona” la ciencia, sus modos de producir conocimiento, sus alcances y limitaciones.
Objetivos de aprendizaje de Biología
Recorrer un trayecto que vaya:
de describir y explicar fenómenos simples utilizando teorías y observaciones personales a explicar fenómenos más complejos utilizando los conceptos y modelos escolares estudiados en clase de Biología ;
de identificar a la ciencia y a la Biología como una actividad que “devela” verdades a fuerza de observación, y que posee autoridad para definir qué está bien y qué no; a comprenderla como actividad humana, sujeta a las controversias y conflictos que atraviesan la sociedad en la que se desarrolla;
de aproximarse a la comprensión de los fenómenos del mundo natural de manera
intuitiva y no sistemática, al análisis sistemático de los objetos de estudio, pudiendo formular conjeturas y ponerlas a prueba a través de la contrastación con fuentes ya sean experimentales, bibliográficas u otras;
de desarrollar investigaciones escolares simples a llevar a cabo otras que involucren procedimientos más complejos que requieran una planificación y evaluación de los resultados más sofisticada;
de aceptar modelos y teorías acríticamente, a buscar las evidencias que los sustentan, y reconocer que nuevas evidencias y propuestas pueden requerir que se hagan modificaciones en las teorías científicas;
de utilizar un lenguaje científico simple para presentar información científica, a manejar un vocabulario técnico más amplio que incluya términos más precisos, símbología apropiada, gráficos y otros recursos típicos del lenguaje científico;
de leer textos de manera literal, a interpretarlos teniendo en cuenta el propósito de la lectura, los modelos científicos que les dan sustento, las relaciones con otros textos leídos o discutidos en clase, y el contexto en que fue escrito;
de percibir las actividades escolares como tareas a cumplir en clase, a concebirlas como parte de un proceso de indagación escolar, cuyos propósitos comparte y con cuyas finalidades está comprometido.
Contenidos
Organización de los contenidos
Los contenidos están organizados en tres unidades.
Unidad 1: La función de nutrición – La nutrición en humanos
Unidad 2: El metabolismo celular: las células como sistemas abiertos
Unidad 3: Energía y materia en los ecosistemas
El orden en que se presentan las unidades ha privilegiado criterios didácticos antes que los que dictaría la lógica disciplinar. Según estos criterios, se propone abordar en una primera instancia aspectos ya estudiados en 1º año en relación con la nutrición como función básica de los seres vivos, la diversidad de estructuras y comportamientos desarrollados a lo largo de la evolución, en relación con esta función. Dentro de dicha diversidad, se abordará en profundidad la función de nutrición en el organismo humano. La primera unidad es propicia para profundizar en la noción de sistema como un modelo adecuado para el estudio de los intercambios y transformaciones de materia y energía. Este modelo podrá ser retomado para el análisis de los sistemas que se estudiarán en las siguientes unidades.
Una vez establecida la unidad y diversidad de los seres vivos en relación con la función de nutrición, la segunda unidad se focaliza en los procesos metabólicos celulares que son comunes a grandes grupos de seres vivos y que dan cuenta de la nutrición como una función universal. En esta unidad es esencial recuperar saberes de fisicoquímica aprendidos en años anteriores y resignificarlos en el marco del estudio de las transformaciones de la materia y la energía en los sistemas vivos.
Finalmente, en la tercera unidad se utiliza la noción de sistema para analizar las
transformaciones de la materia y la energía en sistemas supraorganísmicos como los
ecosistemas.
En todas las unidades, además, se destacan en bastardilla contenidos relacionados con el impacto del conocimiento que se está estudiando en los aspectos sociales y culturales de nuestra vida actual.
Los objetivos de aprendizaje y la evaluación
Al finalizar cada unidad se presentan los “Objetivos de aprendizaje por unidad” que
especifican los expresados anteriormente de manera general.
Los Objetivos de aprendizaje por unidad, están expresados en términos de desempeños
(justificar, ejemplificar, explicar, relacionar, interpretar o realizar esquemas o gráficos) ya que es lo que se espera que los alumnos puedan realizar a medida que avanzan en el aprendizaje de los contenidos dentro de la unidad. En este sentido, sirven de orientadores tanto para la enseñanza como para la evaluación de los aprendizajes.
En relación con la enseñanza, para que los alumnos avancen en el sentido deseado es
necesario que a lo largo de las clases hayan tenido la oportunidad de pasar por diferentes
instancias a partir de las cuales hayan aprendido a analizar ejemplos, describir, justificar,explicar, graficar e interpretar gráficos, etc. en relación con los temas de la unidad.
La enseñanza de la Biología requiere, además, ofrecer a los alumnos variedad de ideas(actuales o históricas), casos, ejemplos, teorías, datos empíricos, debates, etc. para que puedan trabajar con ellos en diferentes contextos, establecer relaciones y elaborar generalizaciones. En este sentido, los conocimientos que circulan en clase tienen diferente jerarquía y por ende no todos deberán tener igual tratamiento en la evaluación. La formulación de los objetivos de aprendizaje por unidad apunta a que la evaluación ponga más el acento en las generalizaciones y síntesis que los alumnos/as puedan alcanzar que en la memorización de los casos y ejemplos estudiados. Por ejemplo, para que los alumnos entiendan los mecanismos de producción de energía en los seres vivos, el docente deberá explicar las reacciones químicas implicadas en la respiración y en la fermentación. Sin embargo, el interés del estudio de estos procesos en el marco de este diseño curricular es que puedan comprender las diferencias entre ambos mecanismos tanto en cuanto a la eficiencia energética como en relación con los productos finales de uno y otro proceso. Por lo tanto, la evaluación deberá hacer hincapié en este último aspecto que constituye el nivel de conceptualización esperado y no en detalles de cada uno de los pasos de las reacciones químicas involucradas. Para establecer estas distinciones, el docente podrá recurrir tanto a los alcances especificados en las orientaciones como a los objetivos de aprendizaje formulados en cada unidad.
Unidad 1: La función de nutrición – la nutrición en humanos
Unidad de funciones y diversidad de estructuras nutricionales en los organismos
pluricelulares.
Los seres vivos como sistemas abiertos. Las funciones básicas de la nutrición: captación de nutrientes, degradación, transporte y eliminación de desechos.
Principales estructuras que la cumplen en diferentes grupos de organismos.
El organismo humano como sistema abierto, complejo y coordinado. Concepto de
homeostasis o equilibrio interno. Las funciones de nutrición humana y las estructuras asociadas: sistemas digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor.
Salud humana, alimentación y cultura. Los distintos requerimientos nutricionales en
función de la edad y la actividad. Concepto de dieta saludable.
Orientaciones para la enseñanza
Esta primera unidad retoma con mayor profundidad conceptos que han sido trabajados en años anteriores. Particularmente en primer año los alumnos tuvieron la oportunidad de interiorizarse sobre la clasificación de los seres vivos en autótrofos y heterótrofos y las principales estructuras implicadas en la nutrición tanto en unicelulares como en pluricelulares. Se trata aquí de retomar aquellos aprendizajes, para analizarlos desde la perspectiva que aporta un enfoque sistémico. Se presentará la noción de sistema como un modelo que permite analizar procesos de intercambio y transformación de materia y energía, aplicable a una gran variedad de fenómenos. Se podrá introducir la noción de sistema analizando objetos y procesos que aparentemente no guardan relación entre sí (como puede ser un motor, una fábrica de pastas o una plancha) para dar cuenta que todos ellos pueden ser analizados desde esta perspectiva y mostrar la potencia del modelo. Esta es una oportunidad para introducir las formas de representación básica que se utilizan en la teoría de sistemas, y que dan cuenta de las interacciones entre los subsistemas de un sistema y de este con su entorno. A partir de la introducción del modelo, se lo podrá utilizar para analizar los procesos de entrada, transformación y salida de materia y energía en cualquier sistema vivo.
Así, sobre la base de este esquema básico, se abordarán las diversas estructuras que, a lo largo de la evolución, los seres vivos han ido desarrollando en relación con esta función.
En esta primera unidad se hará hincapié en la función principal de los diferentes sistemas de órganos que participan de la nutrición, que es la de asegurar que los nutrientes lleguen a cada una de las células y que los desechos de las mismas puedan ser eliminados. Por el momento, la célula será analizada como caja negra. Es decir, será tratada como un subsistema que intercambia, y transforma materia y energía, pero sin profundizar en los
mecanismos por los cuales este proceso se lleva a cabo. Este será un problema a resolver mediante el estudio de los contenidos de la segunda unidad.
Apelando a la analogía con los métodos de producción humanos, ampliamente utilizada
como modelo explicativo de estos procesos, se insistirá en que la diversidad de tejidos, órganos y sistemas de órganos garantizan el flujo constante de “materias primas”,“productos” y “desechos” desde y hacia el entorno. Será importante mostrar que más allá de la especificidad de funciones de cada subsistema, estos actúan en forma altamente integrada definiendo al organismo como un sistema único, complejo y coordinado. La elección de grupos representativos de organismos multicelulares (por ejemplo poríferos,celenterados, artrópodos, peces, anfibios y mamíferos) que actúen como modelo de las diversas formas que adopta la coordinación entre tejidos órganos y sistema de órganos,permitirá entender que, más allá de la diversidad de estructuras existentes, se resuelven un conjunto de funciones universales que permiten mantener la vida sobre la base del
intercambio y las transformaciones permanentes de materia y energía hacia el interior del propio organismo y con el entorno.
Se compararán algunas de dichas estructuras en los diferentes grupos, identificando la forma en que resuelven las principales funciones: captación o producción de alimentos y nutrientes, conducción, eliminación de los desechos producidos. En esta comparación se hará hincapié en la relación estructura-función, en particular tomando como referencia ciertos parámetros como la relación superficie/volumen para analizar una diversidad de estructuras relacionadas con la absorción y el transporte, o la necesidad de la existencia de un medio líquido para la difusión de los gases de la respiración.
En la segunda parte de esta unidad, se estudiarán las estructuras que hacen posible las funciones que se vienen tratando, específicamente en el cuerpo humano. Será interesante incorporar una visión histórica sobre el conocimiento del cuerpo humano, fundante de la ciencia y la medicina moderna y los debates, conflictos e, incluso, aspectos represivos que signaron ese periodo. Por ejemplo la condena a morir en la hoguera impuesta a quienes, como Miguel de Servet, se atrevieron a investigar el funcionamiento del cuerpo humano enfrentando la prohibición de la Inquisición al respecto, mostrarán hasta qué punto estos conocimientos resultaron un giro copernicano en el conocimiento anatómico y fisiológico abriendo paso al surgimiento de la biología moderna.
En este mismo sentido, los textos y esquemas aportados por pensadores como Descartes, Harvey y Leonardo Da Vinci servirán para ir acercándose desde las ideas del pasado al fino conocimiento actual alcanzado sobre el propio cuerpo.
Es importante atender a que la enseñanza sobre la anatomía y fisiología humana, centrada en los tejidos, órganos y sistemas de órganos implicados en la nutrición no pierda de vista - en ningún momento - la perspectiva de integración entre estos sistemas y su importancia para mantener constante el medio interno (homeostasis). Las disfunciones de algunos órganos, como los riñones, mostrarán hasta qué punto este delicado equilibrio depende del funcionamiento coordinado y eficiente de cada parte.
Se puede aprovechar este momento para recuperar conocimientos adquiridos cuando se
estudió el sistema endocrino y los ejemplos que allí se trataron sobre la acción de la insulina y el glucagon en la regulación del ingreso de glucosa en las células y su papel en el mantenimiento de la homeostasis.
En la última parte de esta unidad, se centrará la atención en las problemáticas de salud ligadas a las necesidades nutricionales de los individuos. Se estudiarán los requerimientos nutricionales en diferentes etapas de la vida y tipo de actividad de los individuos y los alimentos que cubren dichas necesidades. Se hará hincapié en la idea de que existen dietas saludables y otras que a medio y largo plazo pueden provocar profundas disfunciones en el organismo, afectando a los diferentes sistemas de órganos (por ejemplo la colesterolemia y su acción sobre el sistema circulatorio; las dietas ricas en grasas y su potencialidad oncogénica, etc.). Se prestará atención especial a algunas enfermedades nutricionales con mayor prevalencia en la franja etaria de los alumnos, tales como la bulimia y la anorexia y su vinculación con pautas culturales, especialmente en la etapa de la adolescencia.
Superando esta visión necesaria, pero centrada en los comportamientos nutricionales
sociales e individuales de aquellos sectores que tienen la posibilidad de optar por diferentes esquemas alimentarios, será importante destacar que grandes sectores de la población nacional y mundial viven en condiciones de extrema pobreza teniendo muy limitadas sus posibilidades de cubrir los requerimientos mínimos.
El hambre como uno de los problemas mundiales más acuciantes en una época donde se
logró la máxima productividad agropecuaria de la mano de nuevas tecnologías y su relación con la profunda brecha existente en la distribución de los recursos, así como las posibilidades de cambiar esta situación derivada de un modelo económico basado en la injusticia, se incorporará como una reflexión ineludible. Ejemplos de grandes hambrunas históricas y actuales en diversos países, así como el análisis crítico del tipo y calidad de alimentos que consumen los sectores empobrecidos y sus consecuencias para la salud,servirán para alertar sobre la responsabilidad individual y colectiva de bregar por un cambio.
Objetivos de aprendizaje por unidad
Al finalizar esta unidad se espera que los estudiantes sean capaces de:
Utilizar la noción de sistema para analizar procesos de intercambios y transformaciones de materia y energía en una variedad de fenómenos naturales y artificiales,reconociendo la potencia del modelo.
Analizar los principales procesos de entrada, transformación y salida de materia y energía en los sistemas vivos utilizando el modelo sistémico.
Justificar que la nutrición es una función universal de los seres vivos recurriendo a ejemplos de la diversidad de estructuras y comportamientos que cumplen dicha función.
Dar ejemplos de la relación estructura – función presente en las estructuras que
participan en la nutrición en una diversidad de organismos.
Interpretar la diversidad de tejidos, órganos y sistemas de órganos del organismo
humano como subsistemas en interacción que integran un sistema mayor, complejo y
coordinado que garantiza el flujo constante de “materias primas”, “productos” y
“desechos” desde y hacia el entorno.
Debatir acerca de las diversas disfunciones en la salud humana ligadas a los aspectos nutricionales, apoyándose en argumentos que muestran las diferencias entre aquellos que dependen de los comportamientos de los individuos de los que están ligados a la inequidad en el acceso a los alimentos impuesta por el modelo económico dominante.
Unidad 2: Metabolismo celular: las células como sistemas abiertos
Transformaciones de materia y energía en los sistemas vivos.
Las uniones químicas como forma de almacenamiento y entrega de energía. Concepto de alimento y nutriente.
Papel de las enzimas en los procesos metabólicos. Las enzimas como catalizadores
biológicos. Modelos de acción enzimática.
Principales procesos de obtención y aprovechamiento de la energía química:
Alimentación, fotosíntesis y respiración. Estructuras celulares implicadas. Procesos
alternativos del metabolismo energético: quimiosíntesis y fermentación.
Biotecnologías aplicadas:
Biotecnología tradicional y modificación genética microbiana.
Aprovechamiento del conocimiento de las vías metabólicas bacterianas y de las técnicas de bioingeniería aplicado en la elaboración de alimentos, fármacos, enzimas, combustibles y en la biorremediación ambiental. Concepto de biodegradación y su vinculación con el metabolismo microbiano.
Orientaciones para la enseñanza
En esta unidad se propone “abrir” la caja negra que en la unidad anterior había quedado pendiente: la célula y los procesos de intercambio de materia y energía que en ella se producen. Para ello se retoman con mayor profundidad conceptos que los alumnos han estudiado en años anteriores. En primer año los alumnos tuvieron la oportunidad de interiorizarse sobre la existencia de organismos unicelulares autótrofos y heterótrofos e hicieron un primer acercamiento a las principales estructuras celulares implicadas en la nutrición, mientras que en segundo año avanzaron hacia el conocimiento de las estructuras y funciones de la nutrición celular desde un punto de vista más fenomenológico y descriptivo que explicativo. Aquí se incorpora una perspectiva que no ha sido trabajada en la Biología de los años anteriores: los fundamentos fisicoquímicos que explican los procesos implicados en la nutrición de los sistemas vivos.
Resulta fundamental para ello que recuperen conocimientos adquiridos en la materia
Fisicoquímica de segundo y tercer año, que les permitirán comprender el papel de las
uniones químicas en estos procesos. Será necesario retomar la noción de enlace químico y de la energía contenida en los mismos, así como también que no todos los enlaces tienen la misma cantidad de energía. También se recuperará la idea de reacción química como ruptura y reordenamiento de átomos con conservación de la masa, y se la relacionará con la absorción o liberación de energía según los casos.3
Sobre la base de estos conocimientos básicos que pueden ejemplificarse con modelos más conocidos como el de la combustión, se podrán abordar las particularidades con que se producen estos mecanismos en los seres vivos. Será indispensable recurrir al concepto de velocidad de reacción y destacar el papel de las enzimas en su regulación así como en el aprovechamiento de la energía liberada en los procesos degradativos para la síntesis de nuevos compuestos mediante series de reacciones acopladas.
Resultará adecuado recurrir al modelo de llave y cerradura ya estudiado en tercer año que permitirá entender mejor la complejidad del proceso y la importancia de los plegamientos terciarios que definen los sitios activos para la actividad enzimática. Se podrá aquí retomar la idea de cómo las mutaciones pueden afectar la estructura enzimatica volviendo estas proteínas inactivas o subactivas respecto de las funciones que cumplen, alterando de esta forma el metabolismo basal.
Se podrán abordar entonces los procesos principales que rigen la incorporación y las
transformaciones de materia y energía en los seres vivos: la descripción de las etapas fundamentales de la fotosíntesis y la respiración, las ecuaciones básicas de estos procesos y las diferentes especies moleculares orgánicas e inorgánicas implicadas que involucran la incorporación y la transformación de materia y energía. Al estudiar las ecuaciones básicas de la fotosíntesis y la respiración, resultará indispensable apoyar estas explicaciones con la utilización de modelos analógicos (bolitas, ganchitos, etc.) que representen a los átomos que constituyen las moléculas, de manera que los alumnos puedan relacionar la estructura de
las mismas y el reordenamiento de átomos que se produce en cada una de las reacciones,con los símbolos que se utilizan en las ecuaciones que las representan.
Será necesario retomar para profundizar los conocimientos sobre las características de las membranas biológicas que permiten el ingreso y egreso selectivo de materiales necesarios para que estas funciones se lleven a cabo, tales como incorporación de nutrientes y la difusión de gases.
En este punto se enseñarán los principales procesos y etapas involucrados en la fotosíntesis y la respiración y sus particularidades en células procariotas y eucariotas desde el punto de vista de las estructuras involucradas en cada caso.
Se deberá prestar atención a que los alumnos generalmente consideran a la fotosíntesis y la respiración como procesos “inversos” dado que suele hacerse hincapié en el carácter anabólico de uno y catabólico del otro. En este sentido deberá quedar claro que ambos procesos están relacionados con la nutrición y solo puede considerárselos inversos desde la perspectiva de las reacciones químicas involucradas pero que, desde el punto de vista de su función biológica, son procesos independientes. En todo caso, valdrá la pena señalar que la fotosíntesis cumple en los organismos autótrofos el mismo papel que la alimentación en los heterótrofos, es decir, la obtención de materia, mientras que obtienen la energía contenida en ella a partir de la respiración o la fermentación, al igual que la gran mayor parte de los organismos heterótrofos.
Se estudiarán y compararán otros procesos de producción de materia orgánica como la
quimiosíntesis, y de aprovechamiento energético como la fermentación. En este último la comparación con la respiración se focalizará en las diferencias en cuanto a la eficiencia energética y en los sustratos y productos de ambos procesos. Será posible vincular estos procesos “alternativos” con el origen y la evolución de los sistemas de nutrición a lo largo de la historia de la vida en la tierra, recuperando la información al respecto que los alumnos tuvieron oportunidad de aprender durante el segundo año de la Escuela Secundaria.
Finalmente resultará interesante mostrar cómo el conocimiento detallado de las vías
metabólicas de los microorganismos, en muchos casos combinadas con técnicas de
ingeniería genética, está siendo ampliamente utilizado para diferentes usos comerciales.
Entre ellos la producción de diversos fármacos, la eliminación del ambiente de diferente tipo de contaminantes tales como hidrocarburos y compuestos organoclorados o el tratamiento de aguas negras, la producción de enzimas digestotas de almidón, grasas o proteínas y diversos complementarios alimentarios tales como aminoácidos y proteínas.
Objetivos de aprendizaje por unidad
Interpretar las reacciones involucradas en los procesos de nutrición en términos de un reordenamiento de átomos que involucra procesos de transferencia de la energía
acumulada en las uniones químicas.
Relacionar las reacciones de síntesis con procesos que requieren energía y las de
descomposición como procesos que la liberan.
Representar las transformaciones que ocurren durante la fotosíntesis y la respiración, mediante esquemas y modelos analógicos; e interpretar modelos dados.
Relacionar la necesidad de la nutrición con la de incorporación de fuentes de materia y energía indispensables para mantener la estructura y las funciones de los seres vivos en tanto son sistemas abiertos.
Establecer relaciones entre las funciones de nutrición en el nivel celular y las de las distintas estructuras a nivel de tejidos, órganos y sistemas de órganos que contribuyen a ella en los organismos pluricelulares.
Interpretar gráficos que representan la evolución de un proceso metabólico (reacciones catalizadas y no catalizadas, variación de la intensidad de la fotosíntesis en función de la cantidad de luz; etc.) y apelar a ellos para realizar explicaciones sobre dichos procesos.
Explicar a partir de modelos sencillos de la acción enzimática, el rol y funcionamiento de catalizadores biológicos y reguladores de la velocidad y dirección de las principales reacciones que participan en el metabolismo.
Analizar y describir los principales procesos vinculados a la nutrición desde el punto de vista del balance de materia y energía involucrados.
Comparar los procesos de fotosíntesis y respiración con los de quimiosíntesis y
fermentación respecto de las materias primas, los productos y el rendimiento energéticototal.
Explicar en base a ejemplos el valor del conocimiento de las vías metabólicas de
algunos microorganismos para su utilización en procesos productivos.
Unidad 3: Energía y materia en los ecosistemas
Los ecosistemas como sistemas abiertos.
Concepto de homeostasis aplicado a los
ecosistemas. Ciclos de la materia y flujos de energía en los ecosistemas.
Eficiencia energética de los ecosistemas.
Producción primaria y biomasa. Concepto de
productividad. La productividad en diferentes biomas.
Dinámica de los ecosistemas:
cambios en los ecosistemas desde el punto de vista energético. Etapas serales y climax en diferentes biomas.
Agroecosistemas:
características de los parámetros que miden la eficiencia energética y
consecuencias de su maximización para fines productivos. Impacto ambientales derivados.
Orientaciones para la enseñanza
En el primer año de estudios, los alumnos han abordado varios aspectos centrales de las relaciones tróficas entre las poblaciones de un ecosistema así como la consideración de estos como sistemas abiertos cuya estabilidad relativa depende de los intercambios permanentes de materia y energía. Esos conocimientos básicos sumados a otros que los alumnos han ido aprendiendo en sus clases de Fisicoquímica, tales como los principios de conservación de la masa y la energía y las leyes que rigen las transformaciones energéticas, permitirán en este año encarar el estudio de los ecosistemas desde un punto de vista termodinámico.
La denominada “economía de los ecosistemas” o “ecología de los ecosistemas” basada en el análisis de los flujos de energía y los ciclos de materia resultan fundamentales para describir la estructura y funciones de los ecosistemas considerados como un todo y en cierto grado predecir la evolución de los mismos o su comportamiento frente a posibles cambios. A partir del modelo sistémico, que analiza a los ecosistemas como enormes máquinas termodinámicas autosustentables y dinámicamente equilibradas, los alumnos podrán entender que la estructura y funcionamiento de un determinado ecosistema dependerá de un conjunto de variables relacionadas con el ciclo de la materia y el flujo de la energía dentro del mismo.
Se introducirán así los parámetros fundamentales que utilizan los ecólogos para caracterizar los ecosistemas. Para que el estudio de los mismos resulte significativo, será necesario contextualizarlo presentando casos reales o ficticios de ecosistemas a los que se propone analizar, explicando en cada caso cómo se mide cada parámetro, qué datos aporta cada uno y cómo se lo utiliza para interpretar el funcionamiento y la estructura del ecosistema en cuestión. Asimismo las explicaciones deberán incluir los diferentes tipos de representaciones que se utilizan en estos casos: gráficos de producción o de biomasa,
diagramas de flujo de energía, pirámides de energía o de biomasa. Es necesario que el docente haga explícitas las relaciones entre los parámetros que se están analizando, las formas de representarlos y los resultados o conclusiones que se pueden extraer del análisis de los mismos.
Así, se trabajará sobre la descripción de los ecosistemas donde las relaciones alimentarias son representadas como diagramas de flujo de cada nivel trófico interconectados unos con otros. Esto permitirá visualizar cómo la energía fluye de un nivel a otro a través de la cadena de alimentación produciéndose en cada traspaso una “pérdida” para el ecosistema debido a su disipación como calor y la desviación de materia orgánica hacia la cadena de detritos.
Esta imposibilidad de que toda la energía pase de un nivel al siguiente permitirá comprender la relativamente corta extensión de las cadenas tróficas existentes y la necesidad de que la biomasa total de cada nivel superior debe ser menor que la del nivel trófico inferior.
Al analizar las relaciones tróficas desde el punto de vista energético, se retomarán los conocimientos de los alumnos sobre las redes tróficas y sus representaciones a través de “flechas” que indican transferencia de materia de un eslabón a otro, haciéndose explícita la diferencia entre estas representaciones y las que se utilizan en los modelos termodinámicos en los cuales las “flechas” adquieren significados diferentes.
Al presentar los parámetros utilizados por los ecólogos con el fin de cuantificar la energía implicada en los ecosistemas tales como productividad primaria bruta (energía total asimilada por fotosíntesis) y productividad primaria neta (energía acumulada en las plantas y disponible para el siguiente nivel trófico) será necesario mostrar la relación entre los mismos y el rendimiento energético que emana de la ecuación global de la fotosíntesis. Será central advertir el hecho de que la diferencia entre estos dos tipos de producción primaria está dado por la cantidad total de biomasa que se oxida durante la respiración que brinda la energía necesaria para la autosustentabilidad de los productores. En esta oportunidad será indispensable volver a revisar junto con los alumnos las ecuaciones que representan ambos tipos de procesos, y utilizarlas para interpretar estos nuevos conceptos.
Se podrá recurrir a tablas y gráficos disponibles que muestren las diferencias en la
producción primaria y otros parámetros en diferentes ecosistemas terrestres y acuáticos acercándose a la idea de eficiencia fotosintética (cantidad de energía lumínica convertida en producción primaria neta) y eficiencia ecológica (cantidad de energía que se transfiere de un nivel trófico al siguiente).
Ejemplos de la circulación de diferentes nutrientes (por ejemplo ciclos del agua, del carbono y del nitrógeno) en el ecosistema facilitarán la enseñanza de una idea central en este tipo de estudios: que los ciclos de materia que se establecen permiten el equilibrio dinámico de los materiales en los ecosistemas mientras que la imposibilidad termodinámica del establecimiento de ciclos de energía hacen necesario un aporte permanente desde el exterior del sistema en forma de energía lumínica proveniente del sol. El docente destacará el papel de los microorganismos quimioautótrofos estudiados en la unidad anterior, que utilizan sustratos inorgánicos como fuente de energía permitiendo el reciclado de materiales
en el ecosistema, y brindará ejemplos sobre la participación de algunos de estos
microorganismos en ciclos tales como los del nitrógeno o el azufre.
Una vez que los alumnos han aprendido que los ciclos de materiales y flujos de energía proveen una estabilidad relativa a los ecosistemas, el docente problematizará esta idea mediante la presentación de casos que permitan relativizarla para introducir otro concepto central en ecología:los ecosistemas cambian con el paso del tiempo. Los conceptos centrales aquí serán los de sucesión y regresión ecológica. A través del análisis de ejemplos y casos, los alumnos podrán acercarse a la idea de que la dinámica de los ecosistemas en el tiempo implica la sustitución de poblaciones y comunidades ecológicas en forma gradual o abrupta, dependiendo de las condiciones generales del ambiente. En este aspecto, se trabajará sobre la idea de que las sucesiones ecológicas son procesos naturales seriados donde pueden ser caracterizadas diferentes etapas (etapas serales) hasta una etapa donde el ecosistema establecido es más estable en el tiempo y adquiere su máxima complejidad (etapa climax). El docente hará hincapié en la relación que existe entre la máxima complejidad alcanzada de los ecosistemas en su etapa climax y las condiciones generales de la zona de la biosfera de esos ecosistemas. De esta forma se trata de que los alumnos comprendan que un desierto, con limitada complejidad desde el punto de vista de la biodiversidad y la estructura del ecosistema corresponde a la etapa climax de ciertas zonas del planeta que por sus características edáficas, climáticas, etc. ven limitada su expansión.
A la vez, en otras zonas del planeta esas mismas características pero con valores
diferentes, determinan que la etapa climax se corresponda con el establecimiento de
ecosistemas con complejas redes tróficas y miles de poblaciones diferentes; por ejemplo en las selvas tropicales.
Será interesante tomar como ejemplo del dramatismo de estos cambios en el pasado
remoto del planeta y advertir los grandes cambios globales que se produjeron en los
ecosistemas a partir, por ejemplo, de los periodos glaciares donde hubo profundas
sustituciones ecológicas. Resultará interesante destacar el hecho de que al periodo de finalización de la ultima de las grandes glaciaciones se le asigne importancia en la denominada “transición Neolítica”, que derivó en que los humanos modernos modificaran sus comportamientos pasando de pequeñas bandas nómades de cazadores-recolectores a poblaciones estables de agricultores. Este inicio de la revolución agrícola y pastoril hace unos 12000 años se fue constituyendo en la causa principal de la modificación a gran escala de los ecosistemas de todo el mundo por la acción productiva de los humanos.
En este momento resultará interesante analizar los ecosistemas artificiales, principalmente los llamados agroecosistemas, y analizarlos con las herramientas que provee el modelo termodinámico. El docente destacará el hecho de que el hombre requiere de su producción agrícola para maximizar la productividad primaria neta y coartar la posibilidad de que la biomasa producida se incorpore a las cadenas tróficas naturales, produce inmensos impactos ambientales. El primero y principal de ellos es la pérdida de la biodiversidad por dos vías. En primer lugar por la modificación del ecosistema natural establecido en la región original y su sustitución por la plantación (que supone entre otras acciones la tala, el enriquecimiento del suelo con abonos, el establecimiento de sistemas de riego artificial, de invernaderos, etc.). En segundo lugar por el esfuerzo destinado a evitar la competencia por el alimento o los recursos con otras especies (parásitos, animales herbívoros, “malas hierbas”, descomponedores, etc.) sobre la base de la implementación de tecnologías cada vez más sofisticadas, incluyendo la modificación genética de los organismos.
El docente propondrá el análisis de casos en los que la agricultura introduce factores que inciden en la modificación de los ecosistemas. Por ejemplo la contaminación asociada a la utilización de diversos agroquímicos y su incorporación en los cursos de agua cuyos efectos pueden manifestarse, incluso, lejos de la zona donde se establecen los cultivos, impactando de diversos modos sobre los organismos que los habitan.
Objetivos de aprendizaje por unidad
Analizar el nivel de ecosistema utilizando los atributos aplicados a los sistemas vivos:conceptos de homeostasis, flujo de energía, transformaciones de la materia y energía,ciclos de los materiales.
Interpretar diagramas de flujo de energía en un ecosistema y utilizarlos para apoyar explicaciones sobre el mismo. Utilizar dichos gráficos para predecir la evolución de un ecosistema tomado como caso de análisis.
Analizar y describir en base a tablas y gráficos la productividad en diferentes
ecosistemas relacionándola con los principales parámetros que la mensuran.
Establecer relaciones entre la diversidad de ecosistemas presentes en la biosfera y las condiciones generales imperantes (climáticas, edáficas, etc.) que actúan limitando o potenciando los principales parámetros que miden la complejidad de los ecosistemas:biodiversidad, producción y biomasa.
Describir en base a ejemplos los procesos de sucesión y regresión ecológicas y las
principales diferencias entre estos procesos de la dinámica ecológica.
Comparar las características de los ecosistemas naturales en determinados biomas con la de los agroecosistemas que se establecen en los mismos.
Debatir acerca del impacto antrópico sobre los principales biomas del planeta a partir del modelo productivo dominante y dar argumentos sobre la necesidad de preservar del mismo, zonas que actúan como importantes reguladores de la dinámica planetaria:selvas, humedales, glaciares, etc.
Bibliografía
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Suárez, Hilda; Espinoza, Ana María, El organismo humano: funciones de nutrición, relación y control, Buenos Aires, Longseller, 2002
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Rosnay, Joël. ¿Qué es La Vida?, Barcelona, Biblioteca Científica Salvat 8.1993
ROSNAY, Jöel de; El Macroscopio, hacia una visión global, Madrid, AC, 1993
Páginas en internet
Correo de la UNESCO: http://www.unesco.org/courier
Actividades respiración celular: http://www.encuentro.gov.ar/nota-2590-La-respiracioncelular. html
Actividad enzimas: http://aprenderencasa.educ.ar/aprender-en-casa/natu-poli-7.pdf
Manual Educación Alimentaria:
http://www.educaciencias.gov.ar/img/recursos/EAN_Ed_alimentaria/docente3.pdf
Microscopio digitalizado: es.geocities.com/ucmbd/arch/si/libros/macroscopio.
Introducción a la Física
La Introducción a la Física y su enseñanza en el ciclo superior
“Para que un país esté en condiciones de atender a las necesidades
fundamentales de su población, la enseñanza de las ciencias y la tecnología es un imperativo estratégico (…). Hoy más que nunca, es necesario fomentar y difundir la alfabetización científica en todas las culturas y en todos los sectores de la sociedad”
En el ciclo superior de la educación secundaria la materia Introducción a la Física es la que presenta los contenidos de la física escolar que completarán la formación en este campo de conocimientos para la mayoría de las orientaciones del ciclo superior. Los contenidos de esta materia están concebidos en una continuidad de enfoque con la formación anterior que se desarrolló a lo largo de los tres primeros años de la educación secundaria a través de Ciencias Naturales (1° año) y Fisicoquímica (2° y 3°).
La materia que se presenta en este documento está diseñada de modo tal que cubra
aquellos contenidos necesarios para una formación en física acorde a los fines de la
alfabetización científica para esta etapa de la escolaridad, brindando a los estudiantes un panorama de la Física actual, sus aplicaciones a campos diversos, y algunas de sus vinculaciones con la tecnología cotidiana.
La materia se articula con los propósitos establecidos para la educación secundaria en relación con la formación para la ciudadanía, para el mundo del trabajo y para la
continuidad en los estudios.
En este sentido, resulta fundamental establecer que estos propósitos para la
educación secundaria, común y obligatoria, implican cambios en la perspectiva
curricular de la educación en ciencias en general y de física, en particular. Cambios que no se dan de manera arbitraria, sino que resultan requisitos para el logro de los propósitos mencionados. Una educación científica entendida en función de estos logros, implica una transformación profunda respecto de la formación en ciencias que se produjo hasta el momento.
La ciencia en la escuela secundaria, tuvo tradicionalmente la finalidad casi exclusiva de preparar para los estudios posteriores y un enfoque centrado en la presentación académica de unos pocos contenidos. Esta finalidad y enfoque, encontraban su fundamento en la función misma de la escuela secundaria: una secundaria para un número reducido de estudiantes que continuarían sus estudios en la educación superior, en particular en la universidad. Este vínculo entre la escuela secundaria y la universidad, encontraba su correlato natural en una concepción de escuela secundaria no obligatoria y reservada solo a una minoría de la población con intenciones de ascenso social a través de su formación y calificación laboral como profesionales. Para esa concepción, resultaba natural que las materias de la escuela secundaria fueran los antecedentes de las respectivas asignaturas en la universidad y por lo tanto, la educación en ciencias no hacía más que reflejar la situación, tratando los contenidos de las disciplinas científicas, solo como pre-requisito para la esos estudios superiores.
La ciencia en la escuela se definía a través de la enseñanza de unos pocos conceptos,principios y leyes de las disciplinas científicas. Esta orientación de la enseñanza, sin embargo, resulta insuficiente incluso como preparación para los futuros científicos,fundamentalmente porque trasmite una idea deformada y empobrecida de la actividad científica, al presentarla como algo ajeno e inaccesible al conjunto de la población
De este modo, el enfoque tradicional, que se presenta defendiendo la función
propedéutica, y la excelencia académica, logra, paradójicamente, los resultados
inversos: desinterés de los jóvenes por los contenidos y por las prácticas científicas,escasa formación en ciencias, así como imposibilidad de relacionar o transferir los conocimientos científicos a la comprensión del mundo natural o tecnológico que los rodea.
En particular, la enseñanza de la Física desde esta visión implica una especie de ritual de iniciación. Los estudiantes, son introducidos, sin mayores explicaciones, a un mundo de definiciones, formulas y ecuaciones, con un fuerte peso de la operatoria matemática, que son aprendidos de manera más o menos mecánica y que además,tienen escasa vinculación con lo tecnológico o lo cotidiano que, en general, son de interés para los estudiantes
Esta opción, resulta insuficiente en las actuales condiciones, porque a partir de la ley nacional de educación, la escuela secundaria resulta obligatoria para todos los estudiantes del país. Esto implica un cambio importante respecto de la educación en ciencias, implica una educación científica que forme, desde las ciencias, para el ejercicio de la ciudadanía. Es decir, una educación científica que sirva a la formación de todos los estudiantes, para su participación como miembros activos de la sociedad,sea que se incorporen al mundo del trabajo o que continúen estudios superiores.
Una educación científica así entendida, requiere ser pensada desde la concepción de
la alfabetización científica tecnológica. La alfabetización científica constituye una metáfora de la alfabetización tradicional, entendida como una estrategia orientada a lograr que la población adquiera cierto nivel de conocimientos de ciencia y de saberes acerca de la ciencia que le permitan participar y fundamentar sus decisiones con respecto a temas científico-tecnológicos que afecten a la sociedad en su conjunto.
La alfabetización científica está íntimamente ligada a una educación de y para la
ciudadanía. Es decir, que la población sea capaz de comprender, interpretar y actuar
sobre la sociedad, de participar activa y responsablemente sobre los problemas del
mundo, con la conciencia de que es posible cambiar la propia sociedad, y que no todo
está determinado desde un punto de vista biológico, económico o tecnológico.
En palabras de Marco “Formar ciudadanos científicamente (…) no significa hoy
dotarles sólo de un lenguaje, el científico –en sí ya bastante complejo- sino enseñarles a desmitificar y decodificar las creencias adheridas a la ciencia y a los científicos,prescindir de su aparente neutralidad, entrar en las cuestiones epistemológicas y en las terribles desigualdades ocasionadas por el mal uso de la ciencia y sus condicionantes socio-políticos.”
Desde esta visión las clases de Física deben, estar pensadas en función de crear
ambientes propicios para el logro de estos propósitos; ambientes que reclaman
docentes y estudiantes/as como sujetos activos, construyendo conocimiento en la
comprensión de los fenómenos naturales y tecnológicos en toda su riqueza y
complejidad.
Acceder a los conceptos, procederes y explicaciones propias de las ciencias naturales es no sólo una necesidad para los estudiantes/as durante su escolarización -por lo que implica respecto de su formación presente y futura-, sino también un derecho. La escuela debe garantizar que este campo de conocimientos que la humanidad ha construido a lo largo de la historia, se ponga en circulación dentro de las aulas, secomparta, se recree y se distribuya democráticamente.
Estos conocimientos constituyen herramientas para comprender, interpretar y actuar
sobre los problemas que afectan a la sociedad y participar activa y responsablemente
en ella, valorando estos conocimientos pero a la vez reconociendo sus limitaciones, en tanto el conocimiento científico no aporta soluciones para todos los problemas, ni todos los conflictos pueden resolverse sólo desde esta óptica.
La alfabetización científica consiste, no sólo en conocer conceptos y teorías de las
diferentes disciplinas, sino también en entender a la ciencia como actividad
humana en la que las personas se involucran, dudan y desconfían de lo que parece
obvio, formulan conjeturas, confrontan ideas y buscan consensos, elaboran modelos
explicativos que contrastan empíricamente, avanzan, pero también vuelven sobre sus
pasos, revisan críticamente sus convicciones. En este sentido, una persona
científicamente alfabetizada, podrá interiorizarse sobre estos modos particulares en
que se construyen los conocimientos que producen los científicos, que circulan en la
sociedad, y que difieren de otras formas de conocimiento. También, habrá de poder
ubicar las producciones científicas y tecnológicas en el contexto histórico y cultural en que se producen, a partir de tomar conciencia de que la ciencia no es neutra niaséptica y que, como institución, está atravesada por el mismo tipo de intereses y conflictos que vive la sociedad en que está inmersa.
El acceso a los conceptos, procederes y explicaciones propias de las ciencias, no es
sólo una necesidad para los estudiantes/as durante su escolarización -por lo que
implica respecto de su formación presente y futura-, sino también un derecho. Por ello un nuevo enfoque de la función de la educación secundaria debe necesariamente
replantearse los objetivos y las formas de enseñar ciencias, más orientadas a la
comprensión.
Toda la investigación desarrollada por las didácticas específicas de las ciencias, ha demostrado dentro de las aulas, que la comprensión solo se logra superando el
reduccionismo conceptual a partir de propuestas de enseñanza de las ciencias
más cercanas a las prácticas científicas, que integren los aspectos conceptuales,
procedimentales y axiológicos. En palabras de Hodson3, “los estudiantes desarrollan
mejor su comprensión conceptual y aprenden más acerca de la naturaleza de la
ciencia cuando participan en investigaciones, con tal que haya suficientes
oportunidades y apoyos para la reflexión”.
El enfoque que se explicita en este diseño, basado en la idea de alfabetización
científica y tecnológica para la educación en ciencias, propone una labor de
enseñanza fundamentalmente diferente, que atienda a las dificultades y necesidades
de aprendizaje del conjunto de los jóvenes que transitan la educación secundaria. La
impronta que la educación científica deje en ellos, debe facilitar su comprensión y su desempeño en relación con los fenómenos científico-tecnológicos. “La mejor formación científica inicial que puede recibir un futuro científico coincide con la orientación que se dé a la alfabetización científica del conjunto de la ciudadanía. (…)[ya que] dicha alfabetización exige, precisamente, la inmersión de los estudiantes en una cultura
científica”
¿Qué es la cultura científica? ¿Cómo se la puede enseñar en las aulas? Es necesario
considerar como dimensiones de la cultura científica, entre otras:
en primer lugar, la capacidad de interpretar fenómenos naturales o
tecnológicos;
en segundo, la de comprender mensajes, informaciones, textos de contenido
científico y, en su caso, de producirlos,
y, en tercero, la de evaluar enunciados o conclusiones de acuerdo con los
datos o justificaciones que los apoyan.
El aprendizaje de la cultura científica incluye, además de comprender y usar modelos y conceptos, desarrollar las destrezas de comunicación en relación con mensajes de contenido científico, la capacidad de comprender y emitir mensajes científicos. Hay que tener en cuenta que estos mensajes utilizan distintos lenguajes, además de textos escritos (u orales), lenguajes específicos de las ciencias, sistemas de símbolos comolas curvas de nivel que representan el relieve en los mapas. Por eso se considera que en el aprendizaje, tiene tanta importancia distinguir entre el uso que se hace de un término en el lenguaje científico y en el lenguaje cotidiano como aprender términos nuevos. Es importante prestar atención a los aspectos relacionados con la comunicación y el lenguaje en la clase de ciencias, sin ellos no podría hablarse de una cultura científica.
Las actividades vinculadas con el uso del lenguaje se deben ofrecer en todos y cada
uno de los núcleos de contenidos, así como en toda tarea escolar en el ámbito de la
Física. Al resolver problemas, es necesario trabajar sobre el significado de los datos y consignas. Al encarar investigaciones -tanto bibliográficas como experimentales- se hará necesario enfrentar los usos del lenguaje en los textos que sean abordados y en la redacción de informes de las experiencias. Del mismo modo al dar una definición,formular una hipótesis o argumentar se dan oportunidades claras de ejercitar las prácticas de lenguaje y su uso en el ámbito de la Física.
Debe quedar claro que no se trata de dejar de lado el uso de cálculos u operaciones
propias de la Física, sino de entender que la enseñanza centrada solo en estas
habilidades provoca aprendizajes que dan una visión empobrecida de la ciencia, y que
la desvinculan del su carácter cultural y de sus aplicaciones cotidianas. Los cálculos y las formalizaciones deben integrarse junto con el lenguaje coloquial para crear una comunidad de habla dentro las clases de física. Estas herramientas lingüísticas y matemáticas tendrán significado en la medida en que se permitan discutir acerca de aplicaciones y efectos, sirvan para dar explicaciones o para corroborar hipótesis, y no como se transformen en una finalidad en sí misma.
Estas últimas consideraciones deben ser tenidas en cuenta durante el desarrollo de
cada uno de los ejes temáticos propuestos y, además, proporcionan criterios
pertinentes para la evaluación de las actividades vinculadas con el lenguaje en el
ámbito específico de esta disciplina.
Mapa curricular de Introducción a la Física.
Carga horaria
La materia Introducción a la Física se encuentra en el 4° año de la escuela
secundaria en todas las orientaciones del Ciclo Superior.
Su carga es de 72 horas anuales, siendo su frecuencia de 2 horas semanales si su
duración se implementa como anual.
Objetivos de enseñanza
En función del enfoque de enseñanza planteado para esta materia y en continuidad
con lo expresado en los DC de los años precedentes en las correspondientes materias
de ciencias naturales, se espera que los docentes, puedan, progresivamente, en sus
propuestas de enseñanza:
Generar en el aula de física, espacios de colaboración entre pares para
favorecer el diálogo sobre los fenómenos naturales y tecnológicos que se
trabajen en este año y los procesos de expresión científica de los mismos;
Favorecer el encuentro entre la experiencia concreta de los estudiantes/as, a
propósito del estudio de ciertos fenómenos naturales o tecnológicos , y las
teorías científicas que dan cuenta de los mismos;
INTRODUCCION A LA FÍSICA
CONCEPTOS ORGANIZADORES
Conceptualización, Transformación, Conservación y Degradación
La energía en el mundo cotidiano
Diferentes formas de energía
Formas utilizables de la energía
La energía en el mundo físico
Generación natural de energía
Energías macroscópicas y su aprovechamiento
La energía eléctrica
Generación y distribución
Potencia y rendimiento de usinas
La energía térmica
Intercambios de energía
La energía en los seres vivos
EJES Y NUCLEOS DE CONTENIDOS
La energía y la termodinámica
El primer principio
Degradación de la energía y recursos energéticos
Poner en circulación, en el ámbito escolar, el “saber ciencias”, el “saber hacer
sobre ciencias” y “saber sobre las actividades de las ciencias” en sus
implicancias éticas, sociales y políticas;
Modelizar, desde su actuación, los modos particulares de pensar y hacer que
son propios de la química como actividad científica. En este sentido, el
pensamiento en voz alta en el que se refleje, por ejemplo, la formulación de
preguntas y el análisis de variables ante un cierto problema permite a los
estudiantes/as visualizar cómo un adulto competente en estas cuestiones,
piensa y resuelve los problema específicos que se le presentan;
Considerar, como parte de la complejidad de la enseñanza de conceptos
científicos, las representaciones y marcos conceptuales con los que los
estudiantes/as se aproximan a los nuevos conocimientos, para acompañarlos
en el camino hacia construcciones más cercanas al conocimiento científico;
Plantear problemas apropiados, a partir de situaciones cotidianas y/o
hipotéticas, que permitan iniciar y transitar el camino desde las concepciones
previas personales hacia los modelos y conocimientos científicos escolares que
se busca enseñar;
Planificar actividades que impliquen investigaciones escolares, que combinen
situaciones como: búsquedas bibliográficas, trabajos de laboratorio o salidas
de campo, en los que se pongan en juego los contenidos que deberán
aprender los estudiantes/as;
Diseñar actividades experimentales y salidas de campo con una planificación
previa que permita entender y compartir el sentido de las mismas dentro del
proceso de aprendizaje;
Explicitar los motivos de las actividades propuestas, así como los criterios de
concreción de las mismas y las demandas específicas que se plantean a los
estudiantes/as para la realización de sus tareas de aprendizaje en química;
Trabajar con los errores de los estudiantes/as como fuente de información de
los procesos intelectuales que están realizando y como parte de un proceso de
construcción de significados.
Evaluar las actividades con criterios explícitos concordantes con las tareas
propuestas y los objetivos de aprendizaje que se esperan alcanzar.
Objetivos de aprendizaje
En función del enfoque de enseñanza planteado para esta materia y en continuidad
con lo expresado en los DC de los años precedentes en las correspondientes
materias de ciencias naturales, se espera que los estudiantes, puedan
progresivamente:
Incorporar al lenguaje cotidiano términos provenientes de la Física que
permitan dar cuenta de fenómenos naturales y tecnológicos.
Utilizar conceptos y procedimientos físicos durante las clases, para dar
argumentaciones y explicaciones de fenómenos naturales o artificiales
• Leer textos de divulgación científica o escolares relacionados con los
contenidos de física y comunicar, en diversos formatos y géneros discursivos,
la interpretación alcanzada.
• Producir textos de ciencia escolar adecuados a diferentes propósitos
comunicativos (justificar, argumentar, explicar, describir).
• Comunicar a diversos públicos (al grupo, a estudiantes más pequeños, a pares,
a padres, a la comunidad, etc.) una misma información científica como forma
de romper con el uso exclusivo del texto escolar.
Elaborar hipótesis pertinentes y contrastables sobre el comportamiento de
sistemas físico para indagar las relaciones entre las variables involucradas.
Utilizar conceptos, modelos y procedimientos de la Física en la resolución de
problemas cualitativos y cuantitativos relacionados con los ejes temáticos
trabajados.
Evaluar los impactos medioambientales y sociales de los usos tecnológicos de
la energía y reflexionar críticamente sobre el uso que debe hacerse de los
recursos naturales.
Identificar el conjunto de variables relevantes para el comportamiento de
diferentes sistemas físicos.
Establecer relaciones de pertinencia entre los datos experimentales y los
modelos teóricos.
Diseñar y realizar trabajos experimentales de física escolar utilizando
instrumentos y dispositivos adecuados que permitan contrastar las hipótesis
formuladas acerca de los fenómenos químicos vinculados a los contenidos
específicos.
Discriminar la calidad de la información pública disponible sobre asuntos
vinculados con la física, valorando la información desde los marcos teóricos
construidos.
Escribir textos sobre los temas de física que sean trabajados, para comunicar
sus ideas, en las diferentes actividades propuestas: investigaciones
bibliográficas, informes de laboratorio, ensayos, entre otros.
Contenidos Dado que esta es, para la mayoría de las orientaciones de la escuela secundaria, la única materia que trate exclusivamente contenidos de Física, se propone hacer un recorrido por los distintos ámbitos de incumbencia de la Física como disciplina, a partir de uno de sus conceptos actualmente más difundido y además más abarcativos y unificadores: la energía No parece necesario resaltar la importancia del concepto de energía, uno de los más
potentes, fructíferos y unificadores de la física clásica. La energía es un concepto ampliamente usado en la Física, y de hecho se ha erigido como uno de los pilares de la Física moderna. Además su inclusión, dentro del lenguaje cotidiano y los problemas que se derivan de su extenso uso, la constituyen en un contenido relevante y prioritario en cualquier nivel de escolaridad con las adecuaciones y discursos del caso. Su papel en otras ciencias, en la vida diaria y en la industria fundamentan la decisión de definirla como tema central para la materia Física de la formación común/general, es decir para que sea contenido de todas las escuelas en todas las orientaciones; ya que se ajusta perfectamente bien a los tres criterios rectores para la selección de contenidos:
relevancia (científica y social), pertinencia (en relación con los propósitos y el
enfoque para la enseñanza), adecuación (en vista a una alfabetización científica) y
relación de continuidad y progresiva complejización (respecto de los temas
trabajados los años anteriores)
La energía es, además, un excelente contenido para presentar cuestiones vinculadas
tanto a la construcción del conocimiento científico como a sus impactos sociales y
ambientales.
Por un lado su historia permite ver cómo este concepto se fue construyendo y
enriqueciendo a lo largo de la historia, reforzando la idea de que los miembros
de las comunidad científica, incorporan a sus cuerpos teóricos y a sus discurso
los conceptos que por su amplitud y generalidad permiten englobar una gran
cantidad de fenómenos.
Por otra parte, el discurso cada vez más frecuente, aunque a veces infundado
acerca de la importancia del desarrollo de recursos sustentables sumado a las
cuestiones de orden tecnológico y social ligadas al uso de los recursos
energéticos, y a su posible degradación o consumo descontrolado; han
transformado a este contenido en uno de los estandartes de la relación entre
ciencia, tecnología, sociedad y poder.
Conceptos organizadores Para la organización de los contenidos propuestos para Fisicoquímica se tomaron como referencia conceptos, o propiedades que actúan como orientadores e integradores de los conocimientos estipulados para la materia. Estos conceptos no son excluyentes pero sí indican las principales líneas de trabajo que deberán seguirse e integrarse a lo largo del a partir del trabajo sobre los contenidos año:
Conceptualización: transformar la palabra energía, de uso coloquial, en un concepto,
parte del bagaje cultural del estudiante, que le sirva como anclaje de otras nociones es una tarea que debe proponerse y que no debe confundirse con el conocimiento de otras propiedades de la energía como las que se mencionan a continuación. Por eso se hace hincapié en que este concepto debe atravesar toda al enseñanza ya que no es lo mismo conocer un concepto que poder hablar de sus propiedades
Transformación/transferencia: Una de las principales características que aborda dos aspectos, la interconversion de entre fenómenos distintos que pueden ser aunados por la noción de energía y por otra parte el conocimiento de los principales mecanismos de transferencia y la comprensión de cómo aparecen en fenómenos diversos
Conservación: Una de las características principales de la física moderna reside en
comprender los procesos naturales a partir de las cantidades conservadas en cada
proceso. La conservación de la energía es uno de los primeros principios establecidos en forma general en la física, sin embargo es importante no confundir el aprendizaje del concepto con el de su conservación por ello los colocamos como nociones separadas.
Degradación: Junto con la conservación de la energía, la física ha propuesto que esta conservación no implica siempre una conservación de calidad. La energía se conserva en su cantidad pero es necesario reconocer la importancia de su degradación en todo proceso y el impacto social que tiene esta noción íntimamente vinculada a la preservación de los recursos no renovables
Organización de los contenidos
Los contenidos seleccionados se han organizado jerárquicamente de la siguiente
manera:
a. ejes temáticos: su denominación da un sentido, una unidad a los contenidos.
los ejes indican grandes bloques temáticos que posibilitan la comprensión de
los fenómenos según las interpretaciones teóricas actuales: en este caso se
trata de la energía en el mundo cotidiano, la engría en el mundo físico, la
energía eléctrica, la energía térmica, la conservación de la energía
b. núcleos de contenidos: constituyen agrupaciones de contenidos dentro de los
ejes por afinidades temáticas y que facilitan la exposición de los alcances de
los contenidos.
Es preciso recordar que los contenidos tienen carácter prescriptivo y constituyen los conocimientos que serán objeto de enseñanza a lo largo del año. Los contenidos
seleccionados, y el orden que se establece en la presentación, no implican una
estructura secuencial única dentro del aula.
La organización y la secuencia que se ofrece a continuación no representan el orden a seguir en la planificación de la actividad del aula. Contenidos como degradación o
transformación de la energía, por dar un ejemplo deberán tratarse vinculados a otras
unidades. Por lo tanto se propone que sea el docente , en función de sus elecciones
didácticas y en conocimiento de su contexto, quien elabore a partir de estos núcleos
temáticos las unidades didácticas que permitan dar verdadero sentido y posibilidad de aprendizaje a los estudiantes de esta materia.
La energía en el mundo cotidiano
Diferentes formas de energía
La idea de energía asociada a diferentes maneras de generación y aprovechamiento.
La energía en los distintos campos de la física: energía cinética, potencial. Fuentes energéticas. Órdenes de magnitud y unidades de energía involucradas en distintos procesos (nucleares, eléctricos, térmicos, y mecánicos). Potencia
Este núcleo de contenidos presenta el concepto de energía asociado a la actividad
cotidiana de las personas y de las sociedades en general. El tratamiento de estos
temas en el aula busca que los estudiantes alcancen un idea consensuada acerca de
qué es la energía, que incorporen el “discurso” acerca de la energía a los fenómenos
tanto cotidianos como científicos, usando las nociones de energía y potencia para dar cuenta de diversos fenómenos naturales y tecnológicos que suceden a su alrededor
La energía en el mundo cotidiano
Diferentes formas de energía
Formas utilizables de la La energía en el universo físico
Generación natural de energía
Energías macroscópicas y su La energía eléctrica
Generación y distribución
Potencia y rendimiento de usinas La energía térmica
Intercambio de energía La energía y la termodinámica
Energía calor y trabajo
Procesos reversibles e irreversibles
Conceptualización Degradación Conservación Transformación
Resulta entonces importante separar el concepto formal de energía, su definición, en
el campo disciplinar, del concepto coloquial de energía. Es muy común definir la
energía como la capacidad de un sistema de realizar trabajo, aunque no se define de
manera alguna el trabajo, de suerte tal que la definición es incompleta antes de
empezar.
Para evitar definiciones que no pueden cerrarse se trata de focalizar la discusión en lo que se entiende por energía y de qué manera se usa el término para dar cuenta de ciertos fenómenos y procesos. La pregunta acerca de qué es la energía puede
plantearse de manera similar a la pregunta qué es un número. No sólo no tiene mayor
sentido pretender una definición formal de número, sino que además no es de interés
escolar, lo que no invalida que pueda operarse con números a partir del conocimiento
de sus propiedades. Lo mismo sucede con la energía y por eso se espera que los
estudiantes alcancen un nivel instrumental en su uso, sin descuidar las cuestiones
conceptuales
Esta unidad pretende que circulen entre los estudiantes las ideas acerca de la
energía, y que en su lenguaje se expresen acerca de las diferentes “formas” de la
energía con las que están en contacto cotidianamente. No debería señalarse como un
error que varias de esas “formas” diferentes de energía tienen un mismo origen. Por
ejemplo, es común que el estudiante piense en energía cinética y en energía térmica,
por poner sólo un ejemplo. Como formas alternativas a nivel cotidiano está bien, pero se trata de fenómenos similares a escala diferente.
Se espera que el estudiante elabore sus propias ideas acerca de los procesos que
involucran intercambios de energía, y reforzar en este punto la idea de que los
intercambios de energía propenden al equilibrio y estabilidad de los sistemas. Debería enfocarse el tratamiento de estos tópicos analizando sentencias del tipo:
Todo sistema en equilibrio se encuentra en un determinado estado.
Para alcanzar el equilibrio con su entorno todo sistema debe llevar a cabo procesos de intercambio, y lo que todo sistema intercambia es materia y/o es energía.
Todo proceso de intercambio va asociado a la evolución del sistema
Esta particular forma de pensar las formas y las maneras en que los sistemas cambian
sus características propende a enriquecer la discusión. Existen cambios muy lentos,
existen cambios muy sutiles, y existen cambios que directamente son inobservables a
escala humana, como por ejemplo el cambio de energía potencial de los átomos de un
metal que se dilata (por la escala a la que ocurre) o el cambio en el tamaño del núcleo de una estrella (por el tiempo que le lleva). Pero la exposición puede ofrecerse en términos de experiencias muy sencillas, por ejemplo inflar un globo en el aula y dejarlo a un costado durante el transcurso de la discusión, estudiar el globo al finalizar el día y al día siguiente. Los procesos de intercambio habrán sido lentos, pero seguro que se dieron, porque el globo habrá de achicarse.
Un vez más es necesario recalcar que no deberíamos empezar por estas afirmaciones
ni por definiciones generales, vacía de contenidos, sino arribar a ellas producto de un trabajo sobre muchos ejemplos provistos por el docente o propuestos por los
estudiantes. El docente deberá presentar muy variados casos de procesos o
fenómenos que puedan ser “leídos” por los estudiantes en términos de intercambios
de energía y animará a los estudiantes a describir y explicar los mismos utilizando
esa noción. Los ejemplos no necesitan ser tratados con material concreto, también es
posible introducirlos a partir de lecturas. Es importante que el estudiante incorpore el término a su vocabulario dentro de las clases de Física, ya que si no habla acerca de él difícilmente pueda conceptualizarlo
Al tratar estos temas es muy importante destacar los aspectos centrales del equilibrio y la estabilidad:
Un sistema en particular está en equilibrio cuando sus variables características
pueden medirse.
Un sistema es estable cuando, apartado de un estado de equilibrio, tiende a
regresar a ese estado de equilibrio.
Cuando un sistema es estable se encuentra en un estado de energía mínima.
Al presentar distintos tipos de procesos el docente retomará el tema de las distintas formas de energía que los estudiantes conocen e introducirá las formas matemáticas(fórmulas) para cuantificarlas en los casos en que sea posible, por ejemplo para energías cinéticas, potenciales gravitatorias o energías elásticas. También lo hará para formas de medir la cantidad de calor intercambiada por un cuerpo al variar su temperatura, para energías de reacciones químicas sencillas como combustión del gas de cocina (o de los alimentos), para la energía relativista de masa en reposo (que luego se retomará al hablar de centrales nucleares) y para los consumos energéticos domiciliarios; introduciendo en cada caso las unidades que resulten adecuadas Junto con el tema de las energías es necesario hablar de potencia ya que no sólo es importante saber de cuánta energía se dispone o cuánta energía se intercambia, sino en qué tiempo es posible realizar este proceso. Habitualmente los electrodomésticos y los motores de los autos no nos dicen qué energía suministran (porque esta depende del tiempo de uso) sino a qué velocidad son capaces de transferirla, por ejemplo una estufa no nos brinda 3000 calorías como nos dice el vendedor sino 3000 kcal/h, y podríamos preguntar a nuestros estudiantes, a partir de los datos en los envases de alimentos qué cantidad de fideos, en un almuerzo, proveería las misma energía que una estufa en una hora. Esto nos da una pauta de los importantes consumos que tiene el organismo humano y da la gran concentración de energía que tienen los alimentos en un espacio relativamente reducido
El consumo energético de gas suele medirse en metros cúbicos y el docente puede
aportar (o pedir a sus estudiantes que investiguen) cuál es el poder calorífico del gas de red para poder estimar con esta información la energía gastada al cocinar o
calefaccionar un ambiente.
Formas utilizables de la energía
Algunos ejemplos de procesos de transformación. Noción de trabajo mecánico. El
aprovechamiento de la energía a lo largo de la historia. El desarrollo económico-social
y la energía.
Ligados a los procesos de intercambio de energía siempre hay un proceso de
transformación, y muchos de esos procesos de transformación ocurren naturalmente.
Por ejemplo cuando una planta absorbe energía radiante del sol y produce con ella
energía química, cuando un núcleo de algún elemento pesado se desintegra
espontáneamente (se fisiona) para formar núcleos más livianos se libera energía, por
ejemplo en una central nuclear como la de Atucha o Embalse del Río Tercero Es
5 Por eso para analizar los órdenes de magnitud de las energía consumidas en distintos procesos cotidianos pueden utilizarse las boletas de gas y de luz, o las indicaciones de consumo en los diversos electrodomésticos. De esta manera podrá iniciarse la discusión acerca de la razón por la que los distintos
electrodomésticos tienen su indicación en Watt, en calorías o en frigorías y no en joule. Es pertinente utilizar las unidades de energía más comunes en el uso diario (Kwh, caloría) y también el joule, aunque
no sea de uso cotidiano.necesario hacer hincapié en que lo que hace tan diferentes a las cantidades de energía involucradas en una planta, en una central atómica o en una estrella es la cantidad de transformaciones que ocurren en el mismo lapso de tiempo.
No todos los procesos de transformación son espontáneos o naturales, muchos de
ellos pueden forzarse. Por ejemplo, podemos transformar energía química en energía
eléctrica (pila), energía eléctrica en energía cinética (motor), energía cinética en
energía eléctrica (central hidroeléctrica), energía térmica en energía eléctrica (panel solar). Esta distinción colabora a la conceptualización de la idea de energía y de transformación. Por ejemplo pueden analizarse diferentes tipos de transformaciones
¿Qué energías se ponen en juego y en qué cantidades en el movimiento de un pistón
de un motor naftero? ¿Qué energías se intercambian en una caldera de carbón? ¿Qué
energías se ponen en juego en el choque entre dos autos?
Muchos intercambios de energía se hacen en forma de trabajo, y dentro de este eje se
enfocará sobre el trabajo mecánico, como el que produce el pavimento cuando detiene
un vehículo, o el trabajo que hace el cable de un ascensor cuando lo eleva, o la
deformación de un sólido producto de un golpe. El trabajo ayuda a concebir la energía como la capacidad de un sistema de producir transformaciones, Es importante
introducir la noción de que el trabajo además de ser el producto de la fuerza por la
distancia siempre tiene un signo ya que puede implicar aumento o disminución de la
energía de nuestro sistema, y utilizar entones la relación ∆E = W
El conjunto de situaciones abarcadas en este núcleo introduce también el tema de las
formas de energía que el hombre utiliza históricamente y cómo el desarrollo
tecnológico posibilitó la implementación y aprovechamiento de prácticamente las
mismas formas históricas de energía pero de modo más eficiente. Las primeras
máquinas fueron diseñadas para reemplazar el trabajo mecánico de hombre o
animales, y esto sigue siendo así hoy en día si pensamos en trenes, automóviles,
molinos y demás salvo en aquellos caso en que se trate de trabajo eléctrico que
trataremos en la unidad correspondiente.
Como cada forma de transformación de energía presupone procesos muy diferentes,
se pretende aprovechar esta discusión para motivar el problema del costo y la
renovación de los recursos, de los riesgos y de las consecuencias que cada forma de
transformar energía conlleva. Como actores sociales los estudiantes no pueden ser
ajenos a la problemática, cada vez más actual, de los costos sociales que presupone
la falta de energía, de los costos sociales que presupone la mala utilización de la
energía, de los costos sociales que presupone cada forma de utilización de la energía.
¿Cuánta energía requiere una ciudad típica para funcionar? ¿Cuánta energía requiere
una industria típica para funcionar? ¿Cuánta energía necesita el país y cuánta se
genera?
En otro orden de conceptualización pero de similar importancia ¿Por qué sería
conveniente la energía hidroeléctrica a la atómica? ¿Vale la pena invertir en el
desarrollo de centrales de fusión? ¿Por qué no se desarrolla a nivel comunitario la
tecnología que aproveche la energía solar? Sin conceptos adecuados es imposible a
los actores participar de las decisiones centrales.
Al cabo del trabajo sobre los contenidos de este eje los estudiantes podrán:
Caracterizar la energía por sus propiedades, de acuerdo con las formas en que
el estudiante las reconoce coloquial y cotidianamente, pero a la vez
correctamente estructuradas.
Describir distintos procesos de cambio en términos de las energías
intercambiadas utilizando el lenguaje coloquial e incorporando paulatinamente
términos científicos
Reconocer las diferencias que existen a nivel macroscópico entre las diferentes
formas de energía que se presentan.
Utilizar la noción de trabajo para evaluar las variaciones de energía de un
sistema.
Identificar las escalas de energía en diferentes procesos naturales.
Reconocer y utilizar correctamente las unidades de energía en cada uno de
estos diferentes niveles.
Comprender las ideas de sistema, intercambio, evolución, equilibrio y utilizarlas
en las descripciones de fenómenos o procesos
Reconocer las escalas de energía involucradas en el desarrollo de una
sociedad y los costos sociales involucrados.
La energía en el universo físico
Generación natural de energía
La energía generada en la estrellas. El ciclo p-p (protón- protón) de las estrellas.
Fusión y fisión. Radiactividad natural.
Optativo: Evoluciones estelares. Centrales nucleares. Accidentes nucleares.
Seguridad en el manejo de elementos radiactivos.
En este núcleo de contenidos se introduce a los estudiantes en el estudio de los
modelos que explican el funcionamiento y la evolución de las estrellas, y en los
procesos que provocan el decaimiento radiactivo de los núcleos de los elementos
químicos más pesados. Estos contenidos se prestan para el trabajo con modelos
porque las explicaciones que pueden de los mecanismos de intercambio y generación
de energía en las estrellas son siempre de carácter especulativo ya que resulta
imposible viajar al núcleo de una estrella a medir, por ejemplo, la temperatura. Es
frecuente escuchar frases de los estudiantes del tipo “¿y cómo sabemos que esto es
cierto?” y es razonable que así suceda, pero lo importante es que los estudiantes
comprendan que esta es una característica de todo razonamiento hipotético. Por otra
parte, si bien es cierto que nadie jamás ha visto el núcleo de una estrella, en los
aceleradores de partículas y en gran número de dispositivos afines pueden medirse
las propiedades que se desprenden de los modelos atómico-nucleares.
Estos contenidos buscan conducir al estudiante en el camino de la exploración de las
hipótesis científicas. Al tratarse de modelos especulativos es conveniente aclarar quela especulación no es ilimitada y que siempre está ceñida tanto por las teorías vigentes como por los datos observacionales. Por eso interesa enfatizar que este núcleo provee una excelente oportunidad para analizar el carácter de las afirmaciones científicas y agregar un componente que hasta ahora no se había mencionado, necesario para que una hipótesis sea aceptada por la comunidad científica Por otro lado, es una excelente ocasión de introducir las ideas de plausibilidad y atingencia, necesarias para todo tipo
Para presentar la cadena de procesos que explican la producción de energía en las
estrellas, el docente puede retomar aquí la discusión de las transformaciones
nucleares de 3er año de Fisicoquímica y mostrar cómo cuatro núcleos de hidrógeno
(protones), en el ambiente reinante en el centro de una estrella como el Sol, con
temperaturas de alrededor de 15 millones de grados, pueden formar un átomo de helio
(He4) y liberar energía.
Varios son los pasos necesarios
a) Dos núcleos de hidrógeno 1H1 se fusionan para formar un núcleo de deuterio 1D2 a
través de la reacción
1H1 + 1H1 →
1D2 + 1 e+ 0 + energía
donde 1 e+ 0 representa un positrón6
b) El deuterio puede chocar y fusionarse con un átomo de hidrógeno de acuerdo a la
reacción
1H1 +
1D2 →2He3 + energía
c) Finalmente dos núcleos de
2He3 se fusionan con el resultado de un núcleo de helio
2He4 y dos protones, que vuelven a reiniciar el ciclo
2He3 +
2He3 →
2He4 + 1H1+ 1H1
Lo que debe resaltarse es que el resultado neto de estas fusiones nucleares es que
cuatro átomos de hidrógeno se transformaron en un átomo de helio y dos protones.
Esto lleva a pensar que el núcleo de una estrella en algún momento tendrá que
cambiar de combustible o agotarse. Este es precisamente el significado de evolución
estelar. No es evidente pero sí es plausible, en algún momento en el centro de la
estrella tendrán que producirse procesos termonucleares que hagan que se transforme
el helio, y así siguiendo con la serie de elementos químicos que se producen en
diferentes reacciones nucleares y van alojándose en el núcleo, al menos hasta que la
estrella ya no pueda seguir adelante con los procesos termonucleares.
Es necesario recalcar que lo importante no son solo las ecuaciones sino también que
el estudiante pueda incorporar la idea de modelo explicativo, corroborable, plausible y atingente.
El docente puede ofrecer imágenes de diferentes objetos estelares evolucionados y
estimular a los estudiantes a que investiguen por su cuenta lugares “conocidos” del
cielo donde pueden hallarlos (por ejemplo, la estrella más brillante de las “tres marías” es una estrella “vieja” en su etapa de supergigante azul).
Dentro de los modelos se introducen también los de radiactividad y de fisión nuclear,de alguna manera el proceso opuesto al de fusión nuclear con que funcionan las estrellas.
Como ya se ha visto la radiactividad natural es propia de los isótopos de diferentes
elementos pesados que son inestables porque están en un estado nuclear excitado.
Para regresar a su estado de mínima energía el núcleo debe emitir energía, deben
liberarla, ya sea en forma de radiación o en forma de partículas subatómicas con muy
alta energía cinética. Cuando estas partículas colisionan con otro cuerpo transfieren parte de su energía, energizando al cuerpo colisionado. Si el cuerpo colisionado es un ser vivo, lo que se excitan son los átomos y moléculas de los diferentes tejidos,provocando de esta manera mutaciones artificiales y necrosis celular.
La fisión nuclear ocurre cuando el núcleo de un átomo pesado se divide en núcleos
más livianos liberando energía en forma de radiación y de energía cinética de los
subproductos. Por ejemplo, una forma de ruptura de un núcleo pesado se da cuando
un neutrón colisiona un núcleo de U235, se genera un isótopo más pesado del uranio,
U236. Este isótopo es muy inestable y se divide en Kr 92 y Ba 141 más 3 neutrones, queinician una reacción en cadena. No es necesario pensar la fisión nuclear en términos de ecuaciones sino que se pretende presentar las ideas centrales en base a
preguntas. El docente podrá dirigir la discusión instando a los estudiantes a pensar enlos constituyentes de un núcleo atómico: protones y neutrones. Los protones tienen carga eléctrica, y como todos tienen la misma carga eléctrica, deben repelerse. Sin embargo conviven ligados en el núcleo. Una forma plausible de explicarlo es que exista, dentro del núcleo, una fuerza más intensa que la repulsión eléctrica. Pero esa fuerza debe anularse fuera del núcleo porque de otra manera todos los protones del universo deberían ligarse. Para decirlo de otra manera, la fuerza que mantiene ligados a los protones debe disminuir a medida que el núcleo se agranda. Esto provoca que cuanto más pesado sea el núcleo más inestable se torne y más propenso a desintegrarse naturalmente.
Para cuantificar las energías de los procesos subatómicos es conveniente introducir el eV, pero sólo como otra unidad propia de esos procesos y no como la energía que
adquiere un electrón en un potencial de un Volt, porque eso sólo haría más formal la
definición y lo que interesa es la posibilidad de ver el orden magnitud de las energías involucradas en estos procesos
El docente puede aprovechar los valores conocidos de las energías de los procesos
de fusión y de fisión para organizar con los estudiantes investigaciones acerca de los órdenes de magnitud de la energía asociada a diferentes procesos. Por ejemplo, la energía liberada en la transformación de cuatro átomos de hidrógeno en uno de helio es de alrededor de 27 MeV, esto es, alrededor de 1 billonésima de caloría.
Se puede preguntar ahora por la energía que liberaría 1 mol de U235 o, sabiendo que
el Sol libera aproximadamente 910 25 calorías por segundo, calcular la masa de
hidrógeno que se convierte en helio cada segundo en el centro del Sol, o a cuántas
fusiones equivale la cantidad de calorías que libera la estufa de un dormitorio.
Ligados a estos contenidos se puede introducir en el aula el debate por la seguridad
en lo que tiene que ver con el aprovechamiento de la energía liberada por la
desintegración nuclear, y por la existencia de desechos nucleares altamente tóxicos
que requieren de embalajes especiales y de lugares específicos donde ser guardados
sin contaminar. Las catástrofes ambientales provocadas por la radiación nuclear y
los peligros que presupone su utilización hace que este eje contemple la investigación de acontecimientos letales como fueron las bombas atómicas en Hiroshima y Nagasaki, el desastre de la usina nuclear de Chernobyl o las consecuencias que podría acarrear el basurero nuclear que pretendieron instalar en la localidad de Gastre,en la provincia de Chubut. A la vez el docente puede promover el debate ético acerca de la producción de elementos derivados de la desintegración nuclear que sólo pueden utilizarse en armas de destrucción masiva.
Energías macroscópicas y su aprovechamiento
Energía hidroeléctrica. Energía eólica. Energía solar. Energía geotérmica. Energía
mareomotriz. Energía nuclear. Aceleradores de partículas. Radioterapia..
Este núcleo está orientado a desarrollar y estimular en el estudiante las capacidades de investigación y comparación de cantidades, en este caso referidas a las cantidades de energía que pueden producir diferentes tipos de usinas y generadores.
Todas las formas de energía que se discuten requieren de una infraestructura
determinada, y parece evidente que la instalación de un panel solar, por ejemplo,
necesita menos espacio y es de menor costo que una usina eléctrica. ¿Por qué
entonces el uso comunitario de paneles solares no está tan difundido en nuestro país?
¿En qué regiones del país se justifica la utilización de paneles solares? Estas son sólo dos preguntas de las muchas que pueden formularse para debatir los aspectos
económicos involucrados y los rendimientos que los diferentes tipos de centrales
pueden brindar.
Es conveniente que el docente arme junto con el estudiante una tabla como la que
sigue en la que - a medida que se va avanzando en las sucesivas - pueda ir
completando los datos que se necesitan para elaborar una conclusión. Una tabla
sugerida es la que sigue
En la columna del impacto ambiental se propone que los estudiantes construyan una
escala, que puede ser numérica o textual indicando el grado de impacto ambiental y
valorando no sólo el impacto en cuanto a contaminación Para esto deberán acordar
sobre qué parámetros habrá que utilizar para decidir si una generación tiene más
impacto que otra o peor impacto que otra.
Otra línea de investigación sugerida para los estudiantes está referida a técnicas y
dispositivos que se por su vasta aplicación en aspectos médicos y tecnológicos se han popularizado. Entre ellos se destacan los aceleradores de partículas. En muy diversos campos de la Física y en sinnúmero de aplicaciones biomédicas y tecnológicas se requieren partículas subatómicas en rangos de energía que, en términos de nuestra experiencia cotidiana, podemos definir como comparativamente alta.
En estudios de la estructura íntima de la matera (Física de partículas) las energías
involucradas ya son del orden de los GeV y TeV (109 eV y 1012 eV) y las velocidades
asociadas a todas estas energías sólo pueden alcanzarse (al menos de manera
controlada) en un acelerador de partículas, que en términos absolutamente generales
puede pensarse como cualquier dispositivo que permite incrementar la velocidad de
diversas partículas por medio de fuerzas de origen eléctrico, imanes o combinaciones
de ambos.
Para favorecer el uso de estas unidades el docente puede plantear en base a estos
valores ejercicios que permitan a los estudiantes calcular órdenes de magnitud y
comparar energías. Por ejemplo, tomar una energía cinética de 6,25 MeV
(corresponden a 10–12J) aplicadas a un bloque de 2kg de masa y a un protón y calcular las velocidades que lleva cada uno. O realizar una tabla en la que luego de investigar el estudiante vaya anotando la cantidad de energía requerida, del tipo
Al cabo del trabajo sobre los contenidos de este eje los estudiantes podrán:
Distinguir y poder señalar las diferencias esenciales entre los procesos de
fusión y de fisión nuclear.
Evaluar correctamente las cantidades de energía involucradas en los procesos
de fusión y de fisión nuclear
Explicar en términos coloquiales algunos dispositivos médicos y de investigación de Física que funcionan en base a los mismos principios generales de aceleración de partículas.
Conocer y poder calcular los rangos de energía involucradas en estos dispositivos.
Analizar los tipos de energía más adecuados de acuerdo a los requerimientos y
las posibilidades de nuestro país.
Caracterizar correctamente los costos y beneficios de cada forma de generar
energía.
Tomar conciencia de la relación costo-beneficio en términos de la generación
de energía y el impacto ambiental.
Utilizar estos conocimientos para sustentar ideas acerca del tipo de política de
generación energética que sería razonable para el país, involucrando no sólo la
ecuación costo-ganancia sino también la problemática de desarrollo social.
La energía eléctrica
Generación y distribución.
Fuentes de voltaje, pilas. Circuitos eléctricos. Potencia disipada en fuentes y
resistencias. Conservación de la energía en circuitos eléctricos. Usos domiciliarios.
Consumo domiciliario de distintos artefactos. Ahorro de energía.
Opcional: superconductores. Motores. Principio general de funcionamiento.
El conjunto de los tópicos tratados en este núcleo está orientado a iniciar a los
estudiantes en los modos de funcionamiento de los diversos aparatos eléctricos y
electrónicos de uso doméstico cotidiano y de las diversas tecnologías involucradas en su fabricación. Se trata de modelos muy sencillos, numéricamente manejables y que
no importan el conocimiento de la estructura íntima del artefacto para su comprensión.
Es una buena oportunidad para fomentar en los estudiantes la capacidad de formular
modelos sencillos pero a la vez eficientes a la hora de tomar alguna decisión.
La energía eléctrica es, posiblemente, la forma de energía más conocida y utilizada
popularmente. Sin embargo, en general no se asocian correctamente las partes. Por
ejemplo, todos saben que para funcionar el televisor debe estar enchufado, pero como
de costumbre las preguntas son ¿a qué debe estar enchufado y para qué? El docente
puede aquí iniciar la discusión de una manera sencilla y elegante, sugiriendo que
siendo aparatos eléctricos funcionan en base a la circulación de una corriente
eléctrica. Pero para que algo circule debe haber otro “algo” que haga trabajo, en este caso eléctrico.
Es aquí donde se introduce el concepto de una pila. Hay aquí dos aspectos centrales
a destacar: por un lado la existencia de un dispositivo que realiza trabajo y cambia la energía cinética de las cargas eléctricas (en este caso electrones), de manera tal que seguramente debe haber alguna forma de disipación de calor asociada (como en el caso más evidente del rozamiento contra el piso cuando movíamos la mesa). Por otro lado, este dispositivo transforma energía química en energía eléctrica.
En ahora posible introducir simbólicamente un circuito eléctrico simple (como se ha
visto en 3er año) con un icono para la pila que realiza el trabajo de mover las cargas, y con otro ícono para la resistencia que el circuito ofrece a la circulación de las cargas.
Eventualmente puede retomarse la ley de Ohm, más que nada para recordar que al
trabajo de la pila se lo conoce como diferencia de potencial o tensión, y que la
cantidad de cargas que circulan por segundo se denomina intensidad de la corriente.
Sin embargo este núcleo pretende focalizar la discusión más que nada en los aspectos
energéticos. Considerando que la potencia disipada en el circuito (esto es, la cantidad de energía disipada por unidad de tiempo) es el producto de la tensión aplicada por la intensidad de corriente que circula, es posible formular algunos problemas sencillos,tales como calcular la corriente que circula por una estufa eléctrica de 1000 W, o, en un grado ligeramente superior de dificultad, pensar que si todos los aparatos eléctricos de la casa están conectados a 220 V de tensión, cuáles son los que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente. En el terreno de la investigación escolar, el docente puede proponer a los estudiantes escribir una lista de electrodomésticos y que en una tabla ordenen el consumo de cada uno de ellos, estimando la corriente que
consume.
El caso de la estufa es ilustrativo de un fenómeno absolutamente general como es la
disipación de calor en un circuito eléctrico. De hecho, la idea de la estufa eléctrica es precisamente esa, disipar calor. Pero posiblemente no sea el caso del resto de los electrodomésticos. El docente puede sugerir a los estudiantes una medición, informal y subjetiva, de la cantidad de calor disipada por los electrodomésticos. Alcanza con colocar la mano en las cercanías de una radio, de la parte posterior de un televisor y de la parte posterior de una heladera, y decidir en base a estas “mediciones” cuál de estos electrodomésticos disipa mayor cantidad de calor. Que disipe mayor cantidad de calor no significa que consume mayor cantidad de energía por hora o, dicho de otra manera, que consuma más potencia. Por ejemplo, una computadora y un televisor consumen aproximadamente 150 W, y una batidora más o menos 140W. Sin embargo el calor “cerca” de una batidora es mayor que “cerca” de una computadora. Debe quedar claro que la razón tiene que ver con la construcción del dispositivo.
Lo importante en este núcleo es pensar que todos los circuitos disipan calor, y no
importa cuál sea la función que cumple el dispositivo o cómo ha sido construido,
siempre habrán de disipar parte de la energía que se les entrega. Y esa energía
disipada no puede ser usada para que el dispositivo funcione, es energía perdida.
Esta es una excelente oportunidad para proponer una nueva tarea de investigación
escolar, relacionada con la clasificación de los electrodomésticos. Una tarea de
mediana dificultad es la de comparar costos entre un electrodoméstico tipo A con uno
tipo G, suponiendo una vida útil de diez años, y analizar cuál es la diferencia de
costos que tendrían que tener para decidir cuál comprar.
Usinas: potencia y rendimiento.Transformación de energía mecánica en energía eléctrica. Centrales hidroeléctricas,
nucleares y eólicas. Ubicación en la Argentina. Distribución de la corriente eléctrica.
El sistema interconectado nacional. Infraestructura. Red de transporte de energía. El problema de la limitación del transporte de electricidad.
En este núcleo de contenidos se discuten aspectos relacionados con las cuatro
principales formas de generación de energía en el país, abarcando diferentes aspectos relacionados con la problemática general del sistema energético argentino. De alguna manera, estos tópicos cierran la discusión abierta en los núcleos anteriores, ahora focalizados en aspectos locales que tienen que ver con aspectos económicos,medioambientales y sociales.
Debe quedar establecido desde un principio, retomando discusiones anteriores, que
las formas de generación de energía hidráulica y eólica tiene semejanzas y diferencias con a la forma de generación de energía nuclear o de una usina térmica. En las dos primeras se transforma energía mecánica en energía cinética de una turbina, que es la que genera la energía eléctrica. En una usina hidroeléctrica se transforma energía potencial en energía cinética, haciendo que el agua contenida en una represa circule por las turbinas mientras cae hacia un nivel inferior. Una usina eólica convierte la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie de engranajes, a un generador eléctrico, de la misma manera en que lo hacen los molinos que son tan comunes en las zonas rurales de nuestro país.
Un aspecto central a discutir en este punto es el impacto ambiental de un tipo de
central y del otro. Es de esperar que el docente estimule la investigación del área
requerida para la instalación de una central hidroeléctrica y de la necesaria para la instalación de una central eólica capaz de generar por día la misma cantidad de
energía. Es necesario también tomar en consideración el impacto ambiental de los dos
tipos de centrales y los desechos que generan (básicamente, ninguno)
Por otro lado, debe hacerse notar que las usinas térmicas y las nucleares mueven las
turbinas en base a la circulación de vapor de agua a alta presión. En un caso el vapor se genera calentando el agua por medio de carbón o algún derivado del petróleo, y en el otro a través de la energía liberada en la fisión controlada de núcleos pesados.
De nuevo, es necesario considerar las superficies requeridas para este tipo de usinas y los desechos que producen para evaluar su impacto ambiental.
Hay dos tareas interesantes para realizar sobre este núcleo: una es obtener un
esquema simplificado de la central, ya sea nuclear o térmica, y analizar los tipos de intercambio de energía que se dan para pasar desde el combustible hasta la energía eléctrica. La otra actividad que puede proponerse a los estudiantes es que realicen un mapa con la ubicación de las principales centrales de cada tipo y realicen un relevamiento de la cantidad de energía que aporta cada tipo de central al sistema energético nacional.
Una actividad posible para evaluar las centrales es calcular el factor de carga o factor de utilización de las diferentes centrales argentinas, que se trata del cociente entre la energía total producida en un año y la que tendría que haber producido de acuerdo a su diseño. Queda claro que las razones por las que no alcanzan el 100% de carga obedecen a muy diferentes razones. Por ejemplo, en el caso de una central hidroeléctrica puede deberse a sequías y en el caso de una usina nuclear a trabajos de mantenimiento para evitar riesgos.
Una vez construido el mapa, que no es otra cosa que el dibujo del parque eléctrico
nacional, puede calcularse la potencia total instalada sumando las potencias de las
usinas que las componen, lo que se denomina potencia total instalada. .
Es ilustrativo tomar en cuenta cuál es la demanda promedio anual de energía eléctrica y compararla con la potencia total instalada. En general, existe siempre una demanda de base, una cantidad mínima de energía requerida independientemente de los vaivenes de la demanda estacional o de horarios pico. Por eso es común diversificar el parque eléctrico instalado, de manera tal que algunas centrales eléctricas trabajen “de base", constantemente, mientras que otras lo hagan "de punta", es decir sólo cuando la demanda aumenta respecto de la base. Esta nueva tarea, la de investigar las demandas de base de una ciudad o de una provincia, es parte de la manera en que el estudiante puede tomar conciencia de la problemática energética.Estos tópicos pretenden dejar en claro que cuando la potencia total instalada es chica (falta de inversiones frente al crecimiento económico social) o el factor de disponibilidad es pequeño (como ocurre con centrales viejas) seguramente el parque eléctrico no pueda responder en las horas pico, lo que implica necesariamente cortes de energía. Y las permanentes demandas de concientización o de penalizaciones por el uso excesivo de energía eléctrica (lo que se conoce como el plan de uso racional de la energía, PURE). Otro de los aspectos que pretenden estos temas es debatir el problema de la federalización de la energía.
Al cabo del trabajo sobre los contenidos de este eje los estudiantes podrán:
Comprender la necesidad de efectuar trabajo para generar cualquier tipo de
movimiento en contra de las resistencias ofrecidas.
Conocer los modos de funcionamiento de los diversos aparatos
electrodomésticos que forman parte de la cotidianeidad de los estudiantes en
términos de sus intercambios de energía
Identificar el rol de las pilas como fuentes del trabajo necesario para
transportar cargas eléctricas en un circuito eléctrico en contra de la resistencia
eléctrica.
Cuantificar la potencia consumida en un circuito o en un domicilio cuando
circula una corriente y compararlo con la potencia entregada por las fuentes.
Estimar adecuadamente los órdenes de magnitud de las potencias consumidas
por los diferentes electrodomésticos.
Analizar el factor de carga de las diferentes centrales de nuestro país y
comparar la potencia total instalada con la potencia requerida, en general y por
regiones.
Analizar críticamente el problema social y ambiental que subyace bajo el
problema de la inversión en redes de energía en nuestro país.
Poder fundamentar sus juicios de valor juicios acerca de posibles soluciones al
problema energético argentino
Tomar conciencia de que el problema energético no se reduce exclusivamente
a la mayor generación sino a la toma de conciencia social del uso de la
energía.
La energía térmica
Intercambios de energía
Transporte de energía: conducción, convección, radiación. Generación de energía
gracias a avances científicos: efecto fotoeléctrico, celdas fotovoltaicas, celdas
combustibles. El intercambio de energía en los planetas con atmósfera. El
calentamiento global.
Este núcleo continúa y profundiza los temas tratados en el primer eje haciendo foco
sobre los intercambios de energía térmica. A partir de lo trabajado en el ciclo anterior(2do y 3er año) año, se retoma la noción de temperatura vinculada a la agitación –
energía cinética y/o vibracional– de las partículas que componen los materiales
Es importante volver a insistir en la distinción entre calor y temperatura, señalando que la noción de temperatura (absoluta) está relacionada con la energía (interna) que poseen todos los cuerpos, mientras que el calor es una de las formas de intercambio de energía entre dos sistemas, pero que no mide ninguna propiedad de un objeto o sistema. El poder hablar distinguiendo cada uno de los términos es una condición necesaria para que los estudiantes puedan ir construyendo un concepto separado del otro
A los fines del trabajo con problemas cuantitativos, en este núcleo se trabajará con las leyes experimentales de Fourier (conducción), Newton (convección) y Stephan
(radiación). No es el objetivo utilizar estas leyes en problemas complejos, ni elaborar complejas ejercitaciones en donde sea más importante el manejo de unidades que la interpretación de los resultados, sino más bien introducir el trabajo con valores numéricos para poder calcular y comparar en cada caso cuál es el mecanismo
primordial de intercambio de calor.
Estas ecuaciones relacionan la cantidad de calor intercambiada por unidad de tiempo
(la potencia), con las propiedades de los objetos implicados en el intercambio (su
diferencia de temperatura) y el material que los conecta (su conductividad, su
emisividad, su área, y otras propiedades). Dado que en las ecuaciones aparece la
potencia media intercambiada (∆Q/∆t), ahora puede, a diferencia de 3er año,
abordarse el tratamiento cuantitativo de estas ecuaciones y analizar gráficos o valores experimentales
Este tema puede ser objeto de investigaciones escolares, a partir de problemas
concretos surgidos de los estudiantes o propuestos por el docente, donde se puedan
elaborar y poner a prueba hipótesis cualitativas acerca de las posibles variables de las que depende, tanto el intercambio de calor como la variación de temperatura de un objeto. Dado que la temperatura puede medirse con un termómetro sencillo y
simultáneamente puede ir midiéndose el tiempo , con esto podrán hacerse gráficos a
partir de datos para analizar, comprobar o refutar las hipótesis puestas a prueba en las investigaciones Por ejemplo, a través de estas ecuaciones y de análisis cualitativos puede estudiarse el intercambio de calor en diversas situaciones y proponer mecanismos para reforzar o atenuar alguno de los mecanismos (como pintar de
plateado para disminuir el intercambio por radiación, o similar). Una investigación
interesante y posible de bajo costo es el armado de una cocina solar, en la cual os tres mecanismo se conjugan y es posible producir un objeto concreto y analizar las
factores que pueden optimizar su funcionamiento.
Hay además tres elementos que pueden colaborar para estudiar no solo la tasa de
intercambio de energía térmica sino además estudiar otros mecanismos que distintos
avances científicos contribuyeron a desarrollar y que son puentes importantes entre
ciencia y tecnología y ciencia y sociedad porque además producen energía más
limpia, menos contaminante:
Las celdas fotovoltaicas transforman energía lumínica en energía eléctrica, y
gracias a ellas podemos contar actualmente con paneles solares o cualquier
otro dispositivo que funcione a base de esta energía. Una celda fotovoltaica
tiene como función primordial convertir la energía captada por el sol en
electricidad a un nivel atómico. Desde 1960 la industria espacial comenzó a
hacer uso de esta tecnología para conseguir energía eléctrica y distribuirlas
luego a bordo de sus naves; fue a través de los programas espaciales que los
científicos y técnicos pusieron énfasis en la energía solar y sus beneficios;
cuando su uso alcanzó un alto grado de confiabilidad, se pudo lograr una
reducción en los costos.
Las celdas de combustible. Una celda de combustible es un dispositivo
electroquímico que convierte la energía química de una reacción directamente
en energía eléctrica. Por ejemplo, puede generar electricidad combinando
hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. Estas
celdas no se agotan como lo haría una batería, ni precisan recarga, ya que
producirán energía en forma de electricidad y calor en tanto se les provea de
combustible. En la práctica, la corrosión y la degradación de materiales y
componentes de la celda pueden limitar su vida útil. La manera en que operan
es mediante una celda electroquímica consistente en dos electrodos, un ánodo
y un cátodo, separados por un electrólito. El oxígeno proveniente del aire pasa
sobre un electrodo y el hidrógeno gas pasa sobre el otro.
Por último el tema del efecto invernadero, vinculado con el mantenimiento de
una temperatura estable en los planetas con atmósfera y en nuestro caso uno
de los factores determinantes de la existencia de vida en el planeta es un
problema interesante de interacción entre radicación y materia. El estudio
detallado de este efecto permite analizar el equilibrio entre la radiación
incidente del exterior y la emitida por la Tierra interactuando con los gases de
la atmosfera terrestre. Este efecto tiene un claro interés ambiental, no solo por
su efecto sino también porque puede ser interesante organizar debates acerca
del impacto de las emanaciones de distintas empresas y su contribución al efecto invernadero.Los tres temas aquí señalados pueden ser trabajados en investigaciones escolares apuntando esencialmente al trabajo de lectura y comunicación de saberes científicos y tecnológicos.
La energía y los seres vivos
Formas de intercambio térmico en seres vivos. Regulación de la temperatura en
animales de sangre caliente. Metabolismo basal. Energía y alimentación. El efecto de
pelaje. Transpiración. Relación superficie-volumen.
Los seres vivos son excelentes ejemplos de intercambios múltiples de energía y - por
lo tanto - pueden ser un gran reservorio de situaciones de estudio en donde poner en
juego los saberes acerca de los intercambio de energía. Todos los seres vivos realizan continuamente intercambio de energía con el entorno, todos viven en un ambiente térmico. La fuente primaria, como sabemos, proviene de la radiación solar. La energía solar es captada por los organismos directamente, difundida por el cielo o reflejada desde el suelo o las rocas.
La energía disponible para la vida de todos los animales proviene de los alimentos
consumidos.
Esta energía química se utiliza en:
trabajo necesario para las funciones fisiológicas esenciales como las del
sistema nervioso, corazón, pulmones, digestión, entre otras.
trabajo muscular externo como el caminar, levantar pesos o hablar.
producción de calor, manteniendo estable la temperatura del cuerpo (en los
animales de sangre caliente).
Puede investigarse, como actividad introductoria para los estudiantes, los gastos de
energía que implican cada una de estas funciones.
Los seres vivos habitan un planeta de temperaturas y condiciones climáticas
cambiantes y deben disponer de mecanismos para aminorar el efecto de los cambios
de temperatura ambiental, por eso en este núcleo se centrará la atención sobre estos
procesos. Una de las formas mediante las cuales los organismos liberan calor al
exterior y, regulan su temperatura interna, es la evaporación. Mediante ella, los seres vivos son capaces de liberar calor para mantener en condiciones óptimas, su medio interno. Otro proceso de transmisión de calor es la conducción que ocurre entre dos cuerpos sólidos, fluyendo del más caliente al más frío. La velocidad con que el calor se transfiere depende del grado de contacto que haya entre ambos, la diferencia de temperatura y del grado de resistencia al calor que tengan los organismos.
La convección es otra forma de transferencia de calor por los fluidos debido a sus
variaciones de densidad por la temperatura; las partes calientes ascienden y las frías descienden formando las corrientes de convección que hacen uniforme la temperatura del fluido.
La radiación térmica se produce cuando el cuerpo se expone a una fuente (el
ambiente) que se halla a una temperatura distinta de la propia del organismo y por
tanto, como en el caso del efecto invernadero, el cuerpo emite una cierta tasa de
radiación y también recibe radiación del medio. Si estas dos tasas de intercambio no
son las mismas el organismo necesitará de otros medios para poder evitar perder
temperatura o aumentarla hasta valores riesgosos.
Las plantas poco pueden hacer para regular su temperatura interna. Constantemente
están expuestas a diferentes formas de transmisión de calor y su metabolismo cuenta
con muy pocas alternativas para mantener el control de temperatura. Las plantas no
pueden desplazarse para evitar o buscar la radiación. Generalmente pierden calor por
convección y evaporación, por ello, el tamaño y forma de sus hojas tienen gran
importancia. Las hojas que presentan muchos lóbulos o salientes pierden calor de
manera más eficiente que las hojas grandes y poco lobuladas.
Los animales han desarrollado mecanismos más sofisticados para enfrentar los
cambios de temperatura. Éstos pueden producir calor, haciéndolos moverse y
protegerse del frío. Su metabolismo también cuenta con alternativas para regular la
temperatura corporal, produciendo calor o aumentando la transpiración.
La relación superficie volumen es un factor esencial en el control de la temperatura
sobre todo en los organismo homeotermos. Es un tema interesante calcular las
relaciones superficie volumen de distintos animales y este contenido puede permitir
hallar relaciones generales que aunque son regularidades no revisten el carácter de
leyes. De la comprensión de esta variable para el intercambio de calor se pueden
sacar conclusiones importantes como por ejemplo cuál sería el tamaño mínimo que
podría tener un organismo de sangre caliente o, por qué abrigar a los bebes incluso en día templados, por qué nos acurrucamos cuando sentimos frío.
La presencia de escama y pelo en el cuero ayudan a formar trampas de calor que
ayudan al organismo a controlar mejor su temperatura corporal. En muchas ocasiones
los organismos recurren al tiriteo para producir algo de calor y mejorar sus condiciones internas.
Como puede verse es posible analizar estos temas, sin recurrir a especialistas, es
posible trabajar los mecanismos de intercambio de calor de una manera más cercana
y significativa a los estudiantes, ya sea a través de actividades de aula, ejercitaciones
o investigaciones escolares. Sin embargo, de ser posible, el intercambio con un
experto no solo permitiría trabajar más ejemplos, sino que además permitiría
acrecentar la cantidad de términos y conceptos.
Al cabo del trabajo sobre los contenidos de este eje los estudiantes podrán:
Conocer los distintos mecanismos de intercambio de calor que se dan tanto en
objetos inanimados como en seres vivos.
Poder calcular las tasas de intercambio de energía por los distintos
mecanismos en situaciones reales o idealizadas.
Estimar en casos sencillos cuál de los mecanismos de intercambio puede ser el
primordial y porqué
Conocer distintos dispositivos en los que se produce transformaciones que
implican energías térmicas y/o radiación y de energía térmica y explicar su
funcionamiento en términos coloquiales.
Poder diseñar y realizar experiencias vinculadas ya sea a la mejora de
aislamientos térmicos o a la medición de intercambios de energía térmica..
Reconocer el papel de la relación superficie volumen en la regulación de
temperatura en seres vivos
Conocer y poder describir en términos coloquiales las distintas adaptaciones de
animales a los cambios de temperatura del entorno.
La energía y la termodinámica
Energía calor y trabajo
Energía interna, calor y trabajo. Noción de energía interna. Primer principio de la
termodinámica y conservación de la energía.
Es corriente escuchar por los comentarios de físicos y estudiosos de la didáctica de las ciencias que la energía es algo difícil de definir, que las definiciones que suelen darse son o bien circulares o bien incompletas, y no se pretende en esta unidad resolver semejante situación. Por eso en esta unidad se propone el tratamiento de la energía y su variación en el ámbito de la termodinámica, a partir de intercambios con el medio ya sea en forma de trabajo, o de calor.
El principio de conservación de la energía enuncia el hecho de que siempre que
desaparece algún tipo de energía en un sistema (cinética, potencial, del campo)
aparece igual cantidad de energía en algún otro sistema, del mismo o de otro tipo. Sin embargo es posible preguntarse e interesar a los estudiantes por la siguiente
discusión: ¿es la conservación de la energía una ley experimental surgida de
numerosas y minuciosas observaciones, o más bien se trata de un marco de
referencia, como lo fue en su momento la dinámica de Newton? ¿Fueron los miles y
miles de experimentos cuantitativos los que llevaron a estas conclusiones o más bien
fue la creación de un concepto nuevo y fructífero concepto lo que hizo que la noción
de energía cobrara el valor que tiene hoy en el campo científico y también fuera de él?
El concepto de energía ha mostrado ser tan fecundo, y a la vez flexible, que ha sido
posible ir ampliando su significado a lo largo de la historia para abarcar un espectro cada vez mayor de fenómenos: se introdujo la energía del campo electromagnético para explicar la transmisión señales de radio, se ha “creado” la energía relativista (E=mc2) que resultó de una extensa utilidad (por ejemplo para comprender las reacciones nucleares).
Sin embargo la conservación de la energía no es un concepto sencillo y es
importante señalar como ya se ha hecho más arriba que es necesario separar el
aprendizaje de la noción de energía del aprendizaje de su conservación.
En esta unidad se tratará con la noción de energía interna, aquella energía que el
sistema posee debido a las agitaciones térmicas de sus moléculas o átomos y a las
interacciones intermoleculares. Sin embargo no es el interés de esta unidad elaborar
un modelo microscópico de esta magnitud, ni analizar el problema de los valores
macroscópicos y su relación con valores promedios sobre un conjunto grande de
partículas.
Ya se ha trabajado sobre los intercambios de calor, radiación y trabajo, y entonces es posible analizar la energía interna de nuestro sistema a partir de la conocida relación ∆U = Q – W
Donde U es la energía interna, Q el calor intercambiado y W el trabajo realizado por el sistema. Con esta relación, es posible abordar al menos un par de cuestiones
a) Un cuestión importante es trabajar en una investigación escolar sobre la historia de la energía en donde pueda verse que es la interconversión de los fenómenos(eléctrico, térmicos, mecánicos, luminosos) lo que ha dado su verdadero peso a la noción de energía. Y dentro de este marco puede analizarse la experiencia de Joule de búsqueda del equivalente mecánico del calor (cosa que sólo podría
haberse buscado en caso de creer que realmente podía existir) y la historia de
Mayer quien quiso llegar a equivalencias similares pero a partir de otros conceptos.
La historia de la ecuación escrita más arriba es en realidad la historia de la energía y sus avatares son un claro ejemplo de cómo un concepto va ganando terreno
dentro de la comunidad científica no porque sea más correcto que otro sino porque
resulta mucho más prolífico.
b) El segundo aspecto a trabajar sobre esta ecuación es enfatizar acerca de cómo la
manera de acotar nuestro sistema hace que cambie la lectura que damos de un
mismo fenómeno en términos de intercambios. Por ejemplo un calentador eléctrico
sumergido en un recipiente con agua, al conectarse a la red eléctrica, produce el
efecto de calentar el agua. ¿cómo puede leerse esto en términos de energías,
calores y trabajos? Hay al menos tres maneras: si el sistema considerado es sólo
el agua, entonces el calentador entrega calor al agua y el resultado es un aumento
de su energía interna, o sea en este caso, de su temperatura. La otra manera de
verlo consiste en considerar al calentador como parte del sistema, en cuyo caso el
sistema agua + calentador ahora recibe trabajo de la batería o de la red eléctrica,
pero no recibe calor; ahora es el trabajo el que aumenta la energía interna del
sistema y por ende su temperatura. Por último, si se incluye a la batería dentro de
nuestro sistema, entonces la energía interna total se mantendrá constante, y el
sistema batería + agua + calentador no cambia su energía pero la transforma de
eléctrica en térmica del agua, por mecanismos internos..
Debe quedar claro que el primer principio de la termodinámica no asevera la
conservación de la energía, sino que permite calcular su variación a través de
intercambios como los que se han mostrado. Sólo en el caso de sistemas aislados
que, por definición, no pueden intercambiar ni calor, ni trabajo, ni materia, la energía interna del sistema se mantendrá constante. Por eso debería prestarse atención a algunos usos coloquiales y que podrían usarse para generar debates, a partir de afirmaciones de estilo “nada se pierde, todo se transforma”, o bien “la energía cinética del auto se transformó en calor durante la frenada”
Procesos reversibles e irreversibles
Procesos espontáneos, procesos reversibles y procesos irreversibles. Los procesos
naturales. Segundo principio de la Termodinámica
Dentro del conjunto de todo los procesos posibles sabemos que algunos ocurren
naturalmente en dos direcciones, otros requieren de “una colaboración” energética
para poder ser “revertidos” y otros a nuestros ojos aparecen como totalmente
imposibles, o irreversibles. Por ejemplo la oscilación de un péndulo es en general un proceso posible en ambos sentidos, la energía cinética en la parte más abaja del
recorrido se transforma en potencial y viceversa, por eso es posible empezar a
hamacarse o bien lanzándose desde un punto elevado o bien con un pequeño
empujón desde la parte baja. Si ahora pensamos en la disolución de azúcar en agua,
es claro que el proceso sólo puede suceder en una sola dirección, el sólido se disuelve tornando dulce al agua. Pero no es del todo imposible recuperar los dos componentes, aunque requiere de una cierta pericia y sobre todo de energía: es posible separar las componentes por destilación obteniendo azúcar en el fondo del recipiente y agua en otra parte. Por último parece imposible volver a hacer arrancar un auto transformando el calor perdido en la frenada en combustible que se eche dentro del tanque. Esto establece, una necesaria división en procesos reversibles, aquellos que pueden suceder en cualquier dirección sin necesidad de intervención y aquellos que sólo suceden espontáneamente en una única dirección.
La ciencia a lo largo de su historia no siempre consideró esto así. Durante muchos
años centenares de inventores se presentaron en oficinas de patentes tratando de
enriquecerse a partir de la construcción de una máquina imposible, hoy conocida como
móvil perpetuo de segunda especie. La física ha decidido y ha elevado a nivel de
principio, la imposibilidad de ciertos procesos.
El interés de esta unidad es presentar uno de las nociones más abstractos y generales de la física, no de manera formal, sino más bien a título informativo, como elemento de divulgación científica parte de la alfabetización científica propuesta para los estudiantes: existen ciertos procesos que no son posibles como, por ejemplo, pasar calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente sin entregar energía extra. De este principio se deduce que ciertos tipos de procesos resultan también imposibles, como por ejemplo transformar todo el calor en energía cinética, o transformar la energía de una reacción nuclear en energía de unión de los nucleones ya fisionados.
Este principio habla de una “degradación de la energía” que si bien se conserva en
nuestro universo, nunca se mantiene de la misma calidad. Este principio está
relacionado con la posible falta de fuentes energéticas tradicionales en un futuro
próximo por dos razones a) por una parte debido tanto a la velocidad a la que se
consumen los recursos naturales - siempre mayor que la velocidad a la que se vuelven
a generar- y b) la degradación inevitable de la energía hace que el planeta se vaya
colmando de desechos energéticos y sea necesario adoptar políticas globales de
reciclado.
La energía degradada no se ha perdido, pero se ha transformado en muchos casos en
calor o en otras formas degradadas de movimiento desordenado. Por ejemplo llevará
muchos más tiempo el crecimiento de nuevos árboles a partir de luz solar y nutrientes, que el que lleva a una empresa de celulosa talar un bosque. Se trata de dos aspectos que se conjugan en un problema global, se consume energía natural (bosques,reservas y demás) a mayor velocidad de lo les lleva regenerarse, y por otro lado la energía que queda en el planeta sólo nos provee calor, y no se la puede transformar nuevamente en energía útil, en otro tipo de energía. Por eso interesa que los estudiantes de esta secundaria comprendan en el valor de los recursos naturales que existen en nuestro país, valoren el desarrollo de fuentes no contaminantes de energía,y sean capaces de tomar una actitud activa en defensa de consumo sustentable y
racional de la energía.
En esta unidad no se espera que se desarrollen cálculos acerca de cuestiones como
entropía u otras cantidades físicas vinculadas a la degradación de la energía, aunque existen otras actividades que pueden permitir evaluar si el uso cotidiano que se está haciendo de los recursos energéticos es sustentable o no.
Uno de los indicadores más difundido es la huella ecológica. La huella ecológica es
un indicador agregado definido como “el área de territorio ecológicamente productivo
(cultivos, pastos, bosques o ecosistemas acuáticos) necesaria para producir los
recursos utilizados y para asimilar los residuos producidos por una población dada con un modo de vida específico de forma indefinida”. El objetivo de este cálculo consiste en evaluar el impacto sobre el planeta de un determinado modo o forma de vida y,comparado con la biocapacidad del planeta. Consecuentemente es un indicador clave para la sostenibilidad. La ventaja de la huella ecológica para entender la apropiación humana reside en la posibilidad de establecer patrones de comparación. Es posible comparar el gasto diario de energía de una empresa, familia o individuo particular con la energía requerida para el producto sobre la misma escala (hectáreas).El cálculo de la huella ecológica es complejo, y en algunos casos imposibles, lo que constituye su principal limitación como indicador; en cualquier caso, existen diversos métodos de estimación a partir del análisis de los recursos que una persona consume y de los residuos que produce. Básicamente sus resultados están basados en la observación de los siguientes aspectos:
La cantidad de hectáreas utilizadas para urbanizar, generar infraestructuras y
centros de trabajo.
Hectáreas necesarias para proporcionar el alimento vegetal necesario.
Superficie necesaria para pastos que alimenten al ganado.
Superficie marina necesaria para producir el pescado.
Hectáreas de bosque necesarias para procesar el dióxido de carbono que
provoca nuestro consumo energético. En este sentido no sólo incidiría el grado
de eficiencia energética alcanzado sino también las fuentes empleadas para su
obtención: a mayor uso de energías renovables, menor huella ecológica.
Desde un punto de vista global, se ha estimado en 1,8 hectáreas la biocapacidad del
planeta por cada habitante, es decir que si tuviéramos que repartir el terreno
productivo de la tierra en partes iguales, a cada uno habitantes del planeta, les
corresponderían 1,8 hectáreas para satisfacer todas sus necesidades durante un año.
El test de la huella ecológica no es un instrumento estricto de control ni demasiado
preciso , pero muestra de alguna manera la diversidad de factores que se hace
necesario considerar para poder construir indicadores que nos den una pauta de la
manera en que estaos degradando los recursos del planeta.
Al cabo del trabajo sobre los contenidos de este eje los estudiantes podrán:
Conocer las maneras en que los sistemas pueden variar su energía interna.
Distinguir conceptualmente entre calor y trabajo. Poder dar descripciones
coloquiales de ambos.
Reconocer la equivalencia de calor y trabajo como mecanismos de términos de
intercambio de energía
Realizar cálculos sencillos que impliquen intercambio de calor y trabajo
reconociendo la dirección de eso intercambios.
Reconocer el papel de la energía como concepto unificador dentro de la física ,
dado ejemplos de distintas inter-conversiones
Distinguir procesos reversibles de aquellos que no lo son y poder dar ejemplos
de ambos
Reconocer el carácter esencial de la irreversibilidad de algunos proceso
Vincular y describir en palabras coloquiales la relación entre irreversibilidad y
degradación de la energía.
Analizar la degradación de la energía en diversas situaciones y reconocer su
relación con la crisis energética actual.
Diferenciar entre consumo y gasto energético abusivo.
Valorar el cuidado de los recurso naturales
Comprender que la solución de los problemas de los recursos no renovables
implican decisiones globales y políticas de estado y no sólo soluciones locales.
Orientaciones didácticas
En esta sección se proponen orientaciones para el trabajo en el aula, a partir de los contenidos establecidos para este año. Las orientaciones toman en consideración dos aspectos.
Por un lado, presentar como actividades de aula algunas de las prácticas que son
específicas de esta disciplina y que están relacionadas tanto con los conceptos
como con sus metodologías propias.
Por otro, resignificar prácticas escolares y didácticas que, aunque puedan ser
habituales en la enseñanza de la Física, a veces, por un uso inadecuado o
rutinario, van perdiendo su significado y su valor formativo. También se incluyen
orientaciones para la evaluación consistentes con la perspectiva de enseñanza.
Las orientaciones se presentan como actividades, no en el sentido de ser
“ejercitaciones” para los estudiantes, sino prácticas sociales específicas, compartidas y distribuidas entre todos los actores en el ámbito del aula, que deben ser promovidas por el docente.
De acuerdo con el enfoque de enseñanza propuesto para esta materia y en
consonancia con los fundamentos expuestos en este Diseño, se señalan tres grandes
pilares del trabajo en el aula, que si bien no deberían pensarse ni actuarse en forma aislada, constituyen al menos unidades separadas a los fines de la presentación.
Estos pilares son:
• Hablar, leer y escribir en Física;
• Trabajar con problemas de Física;
• Utilizar y conocer modelos en Física.
Hablar, leer y escribir en Física
Ningún científico piensa con fórmulas. Antes de que el físico comience a calcular ha de tener en su mente el curso de los razonamientos. Estos últimos, en la mayoría de los casos,pueden expresarse con palabras sencillas. Los cálculos y las
fórmulas constituyen el paso siguiente".
Albert Einstein
La comunicación (de ideas y/o resultados) es una actividad central para el desarrollo científico y por lo tanto, desde la perspectiva de la alfabetización científica constituye un elemento central en la enseñanza de la ciencia escolar, lo que significa que debe ser explícitamente trabajada, dando tiempo y oportunidades variadas para operar con ella y sobre ella.
Como dice Lemke “(…) no nos comunicamos sólo a través del intercambio de signos o
señales, sino gracias a la manipulación de situaciones sociales. La comunicación es
siempre una creación de una comunidad”. Comunicar ideas científicas no implica sólo
manejar los términos específicos de las disciplinas sino poder establecer puentes entre este lenguaje específico y el lenguaje más coloquial acerca de la ciencia.
Son conocidas varias de las dificultades que enfrentan los estudiantes con el lenguaje en las clases de ciencias: es habitual comprobar que evidencian dificultades para diferenciar hechos observables e inferencias, para identificar argumentos significativos y organizarlos de manera coherente. Otras veces no distinguen entre los términos de uso científico y los de uso cotidiano y por ende los utilizan en forma indiferenciada.
Además, a menudo, o bien escriben oraciones largas con dificultades de coordinación
y subordinación, o bien muy cortas sin justificar ninguna afirmación.
Muchas veces es difícil precisar si las dificultades se deben a una mala comprensión
de los conceptos necesarios para responder a la demanda que plantean las tareas o a
una falta dominio del género lingüístico correspondiente. Por eso muchos profesores
sostienen que los diferentes géneros lingüísticos se aprenden en las clases de lengua y que no son objeto de aprendizaje en las clases de ciencias.
Sin embargo, desde el enfoque sostenido en este diseño se acuerda con lo propuesto
por San Martí7 cuando dice “las ideas de la ciencia se aprenden y se construyen
expresándolas, y el conocimiento de las formas de hablar y de escribir en relación con ellas es una condición necesaria para su evolución y debe realizarse dentro de las clases de ciencias”. Es decir, las dificultadas que experimentan los estudiantes en relación con las prácticas de lenguaje propias de las materias de ciencias, solo pueden resolver a partir del trabajo que se realice respecto de ellas en las aulas de ciencias.
Las habilidades discursivas que requieren las descripciones, las explicaciones y las
argumentaciones, como expresiones diversas, pero características de las ciencias,
7 San Martí, N. Enseñar a argumentar científicamente: un reto de las clases de ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 2000, 18 (3) constituyen formas propias de expresión del lenguaje científico, caracterizadas por contenidos propios. Por lo tanto, no es posible pensar que las mismas pueden ser enseñadas exclusivamente en las clases de lengua. Es precisamente en las clases de ciencia, donde los géneros específicos adquieren una nueva dimensión al ser completados por los términos que les dan sentido. Y así como cualquier persona es capaz de hablar y comunicarse en el lenguaje de su propia comunidad, todo estudiante es capaz de aprender el lenguaje característico de las ciencias, si el mismo se pone en circulación en las aulas. El lenguaje es un mediador imprescindible del pensamiento. No es posible pensar sin palabras y formas lingüísticas. No es posible enseñar conceptos en sentido abstracto, los conceptos se construyen y se reconstruyen, social y personalmente, a partir del uso de las expresiones del lenguaje en donde se insertan y cuando se manejan dentro de un grupo que les confiere sentido.
Por ello, es el aula de ciencias, el ámbito donde tales sentido se construyen, por
supuesto, a partir de palabras y expresiones del lenguaje, pero con una significación propia y gradualmente más precisa. Es en este sentido que se sostiene desde el enfoque propuesto en este diseño, que el aula de Química debe constituirse en una comunidad de aprendizaje.
Así como es importante la discusión y el contraste de ideas para la construcción del
conocimiento científico, también será necesario para la construcción del conocimiento escolar dar un lugar importante a la discusión de las ideas en el aula y al uso de un lenguaje personal que combine los argumentos racionales y los retóricos, como paso previo y necesario, para que el lenguaje formalizado propio de la ciencia se vuelva significativo para los estudiantes.
Este cambio de perspectiva es importante, ya que presupone una revisión a la manera
tradicional de plantear las clases de Física. Por lo general las clases se inician
informando –exponiendo- los conceptos de forma ya “etiquetada” a través de
definiciones, para pasar luego a los ejemplos y por último a las ejercitaciones. Lo que aquí se expresa, en cambio, es un recorrido que vaya desde el lenguaje descriptivo y coloquial de los estudiantes sobre un fenómeno o problema planteado por el docente,hacia la explicación del mismo, llegando a la definición formal como último paso en el camino de construcción del concepto.
Dentro de este enfoque serán actividades pertinentes dentro de las aulas: el trabajo
de a pares, el trabajo en pequeños grupos y los debates generales, en los que las
prácticas discursivas resultan fundamentales para establecer acuerdos durante la
tarea, al expresar disensos o precisar ideas, hipótesis o resultados, vinculados a los conceptos de Física.
Estas consideraciones implican que en la práctica concreta del trabajo escolar en
Física los estudiantes y el docente, como miembros de una comunidad específica –la
del aula de Física- lleven adelante las siguientes acciones:
• leer y consultar diversas fuentes de información y contrastar las afirmaciones y
los argumentos en las que se fundan con las teorías científicas que den cuenta
de los fenómenos involucrados;
• cotejar distintos textos, comparar definiciones, enunciados y explicaciones
alternativas. Por ello se plantea la necesidad de seleccionar y utilizar variedad
de textos, revistas de divulgación o fuentes de información disponiendo el
tiempo y las estrategias necesarias para la enseñanza de las tareas vinculadas
al tratamiento de la información científica;
• trabajar sobre las descripciones, explicaciones y argumentaciones, y fomentar
su uso tanto en la expresión oral como escrita. Es importante tener en cuenta
que estas habilidades vinculadas con la comunicación son parte del trabajo
escolar en esta materia y por lo tanto deben ser explícitamente enseñadas
generando oportunidades para su realización y evaluación. El trabajo con pares
o en grupos colaborativos favorece estos aprendizajes y permite ampliar las
posibilidades de expresión y circulación de las ideas y conceptos científicos a
trabajar.
• producir textos de ciencia escolar adecuados a diferentes propósitos
comunicativos (justificar, argumentar, explicar, describir).
• comunicar a diversos públicos (al grupo, a estudiantes más pequeños, a pares,
a padres, a la comunidad, etc.) una misma información científica como forma
de romper con el uso exclusivo del texto escolar.
Para que estas actividades puedan llevarse adelante el docente como organizador de
la tarea deberá incluir prácticas variadas como:
• presentar los materiales o dar explicaciones antes de la lectura de un texto
para favorecer la comprensión de los mismos y trabajar con y sobre los textos
de Física en cuanto a las dificultades específicas que éstos plantean (léxico
abundante y preciso, estilo de texto informativo, modos de interpelación al
lector, etcétera);
• precisar los formatos posibles o requeridos para la presentación de informes de
laboratorio, actividades de campo, visitas guiadas, descripciones,
explicaciones, argumentaciones, planteo de hipótesis;
• señalar y enseñar explícitamente las diferencias existentes entre las distintas
funciones de un texto como: describir, explicar, definir, argumentar y justificar,
al trabajar con textos tanto orales como escritos;
• explicar y delimitar las demandas de tarea hechas a los estudiantes en las
actividades de búsqueda bibliográfica o en la presentación de pequeñas
investigaciones (problema a investigar, formato del texto, citas o referencias
bibliográficas, extensión, ilustraciones, entre otras) o todo elemento textual o
paratextual que se considere pertinente;
• leer textos frente a los estudiantes, en diversas ocasiones y con distintos
motivos, especialmente cuando los mismos presenten dificultades o posibiliten
la aparición de controversias o contradicciones que deban ser aclaradas,
debatidas o argumentadas.
La actuación de un adulto competente en la lectura de textos científicos, ayuda a
visualizar los procesos que atraviesa un lector al trabajar un texto de Física con la intención de conocerlo y comprenderlo.
El lenguaje propio de la Física
Además de lo expuesto, el discurso científico en Física presenta algunas
especificidades debido a que se utilizan distintos niveles de descripción,
representación y formalización. En este sentido, el lenguaje que se utiliza
habitualmente es compartido por la comunidad toda y los científicos expresan ideas
también con las formas discursivas, sintácticas y gramaticales del lenguaje cotidiano.
Esta cuestión oscurece, a veces, el significado de algunos términos que, utilizados
corrientemente, tienen connotaciones diferentes a las que se le da en el ámbito
científico. Términos como energía, fuerza, masa, electricidad, materia, tienen un
significado muy distinto en el aula de Física que en el uso cotidiano. De modo que el aprendizaje del uso preciso de los términos es un propósito fundamental de la
enseñanza de la Física.
Esto no implica, sin embargo, que se pueda dar por comprendido un concepto,
exclusivamente, a partir del uso correcto del término, pero sí que es un elemento
necesario en la enseñanza.
La necesidad de precisar el significado de los conceptos, no sólo debe incluir el uso de los términos específicos, sino también garantizar que los estudiantes tengan la oportunidad de construirlos, partiendo de sus propias formas de expresarse hasta
enfrentarse a la necesidad de precisar y consensuar los significados, evitando que
sólo los memoricen para repetirlos. Además, es preciso considerar el uso de las
expresiones adecuadas a cada nivel de descripción de los objetos de la Física. Más
precisamente, establecer la diferencia para los diversos niveles de descripción
macroscópico o atómico-molecular– y utilizar para cada uno, los términos que resulten adecuados. En particular, y para este año en el que se trabaja con ambos niveles de descripción de manera explícita, es imprescindible remitir al nivel correspondiente en cada caso, resaltando cuáles son los términos que dan cuenta de los fenómenos en cada nivel de descripción. En relación con los contenidos definidos para este año, al hablarse de los procesos de intercambio y generación de energía, deberá hacerse explícita mención de que las mismas solo se analizarán a nivel macroscópico, aunque los mecanismo que dan cuenta por ejemplo de las reacciones nucleares o de la conducción de la corriente implican el trabajo sobre modelos de lo microscópico. Es
decir, es incorrecto decir, por ejemplo, que los electrones transportan la corriente, ya que la corriente es el flujo de electrones. Estas diferencias que pueden resultar menores para un físico o para un profesor, no son sin embargo, triviales para quien recién se inicia en el uso de estas expresiones. En aquellos casos en que se haga
referencia a procesos físicos o intercambios de energía durante una reacción, los
términos utilizados remitirán a fenómenos del orden macroscópico involucrados en
estos procesos.
Por último, es necesario consignar que cada disciplina tiene un “dialecto propio”. En este sentido sus simbolismos también deben ser aprendidos. Un caso paradigmático
de la física son los nombre propios asignados a las magnitudes (x a la posición, t al tiempo, E a la energía, etc.) sus unidades, sus fórmulas, así como las formalizaciones matemáticas –que dan la impronta cultural del desarrollo de la Física, diferenciándola de una ciencia meramente descriptiva.
En este sentido sus simbolismos también deben ser aprendidos. La enseñanza de
estos simbolismos, en consonancia con el enfoque establecido en los diseños de la
educación secundaria, requiere hacer evidentes las necesidades que llevaron a
crearlos y las ventajas que de ello derivan, mostrando su lógica interna, en lugar de transmitir un compilado de fórmulas a memorizar. Es necesario establecer cómo, por qué, y para qué surgieron y cómo son utilizados estos “lenguajes particulares” cuyo aprendizaje como señala Lemke8 genera para los estudiantes, dificultades análogas al aprendizaje de una lengua extranjera.
Desplegar estas actividades, es también un modo de mostrar a la producción científica como una actividad humana en toda su complejidad. Actividad que se desarrolla en una comunidad de hombres y mujeres que hablan sobre temas específicos con su lenguaje propio –construido sobre la base del lenguaje coloquial y precisado a través de símbolos, ecuaciones y expresiones corrientes- a través del cual se expresan,muestran sus disensos y consensos y a partir del cual se hace posible la comprensión común de los fenómenos que se analizan y la construcción de los marcos teóricos y metodológicos que les sirven como referencia. Por lo tanto, la enseñanza en estas materias debe promover que, gradualmente los estudiantes incorporen a su lenguaje coloquial respecto de la Física, los elementos necesarios de este lenguaje particular que les permitan comprender y comunicarse con otros acerca de fenómenos y
procesos propios de estas materias.
Las fórmulas, los símbolos y las representaciones
Dentro de la enseñanza de la Física el uso que se haga de las ecuaciones
matemáticas es un punto que debe aclararse. Es fundamental que, al utilizar estas
expresiones, el estudiante pueda comprender qué es lo que expresa la ecuación, en
qué clase de fenómenos corresponde su aplicación, cuáles son las variables que
intervienen, así como las reglas necesarias para obtener valores numéricos a partir del pasaje de términos. Estos contenidos, ya trabajados en matemática, desde el aspecto formal, deben ser retomados y transferidos al ámbito de las aplicaciones en física.
Esto significa que deben ser explícitamente enseñados y resignificados en el ámbito
especifico de las clases de física para vincularlos con los fenómenos a los que aluden.
Del mismo modo, resulta necesario explicar cómo se traduce esa fórmula al ser
utilizada para construir una tabla de valores o los gráficos correspondientes. Estas
representaciones forman parte de los lenguajes de la Física y los estudiantes deben
poder leerlas, interpretarlas y traducirlas correctamente con sus propias palabras. Una tarea de enseñanza consistente con este punto es, por lo tanto, poder traducir el significado de la misma en el ámbito de aplicación específico y hacerlo en el lenguaje más coloquial que la situación permita, sin descuidar por ello la precisión del lenguaje.
Esto significa que hablar en un lenguaje coloquial para hacerlo progresivamente más
preciso, no implica hacer una traducción incorrecta de la naturaleza de la expresión,
sino mostrar que hay formas de expresarla –y por lo tanto de comprenderlas-que
resultan equivalentes.
En este apartado es importante hacer un señalamiento respecto de la enseñanza de
las fórmulas físicas y la nomenclatura, por un lado, y, por otro, respecto del uso de las ecuaciones matemáticas para expresar resultados o para predecir comportamientos de diversos sistemas.
Respecto del primer aspecto, es importante destacar que durante los tres primeros
años de la escolaridad secundaria, se introduce la lectura y escritura de fórmulas por parte de los estudiantes. En el 2º año, se escribieron fórmulas y ecuaciones físicas,para iniciar a los estudiantes en la problemática de la representación propia de la Física. También se indicó oportunamente que es el docente quien está encargado de escribir y utilizar correctamente las ecuaciones y señalando las variables intervinientes, en tanto no se pretendía que el estudiante fuera capaz de escribirlas o analizarlas en forma autónoma. En 3º año, en cambio, se estableció como pertinente que el estudiante conozca y escriba las ecuaciones y comience a poder reconocer las variables de las que depende un determinado problema con mayor autonomía En lo referente a los sistemas de unidades, desde el punto de vista de la construcción de una ciencia escolar –propuesta que da el encuadre al trabajo en la Escuela Secundaria– se espera acercar a los estudiantes a la comprensión de los fenómenos y a las particulares formas de proceder en cada una de las ciencias con las que se trabaja. Por ello, escapa a los fines de la escolaridad incluir muy variados sistema de unidades –muchas de las cuales no son de uso corriente.
Antes bien, lo que se pretende es introducir el uso adecuado de las convenciones
mostrando su lógica interna y su necesidad, así como hacer notar que la escritura de
las ecuaciones propuesta no es la única, pero es la que se estudiará durante el curso.
En el caso de las expresiones matemáticas, Es necesario destacar también que, en
ningún caso se pretende que los estudiantes deduzcan las fórmulas de determinados
procesos a partir de las otras ecuaciones, sino solo cuando ello sea necesario. No es el objetivo del uso de las ecuaciones transformar a los estudiantes en sujetos
algebraicamente diestros ya que en el tiempo de que se dispone esto iría en desmedro
de la conceptualización y de la comprensión de la lógica de dicha ecuación. Sí es de
esperar que una vez arribado a la expresión matemática, a través de la cual se busca
un determinado resultado, el estudiante pueda paulatinamente con ayuda de su
profesor y sus pares: a) elegir un sistema de unidades homogéneo que permita operar
adecuadamente, b) realizar la /las operaciones matemáticas que implica el cálculo ya
sea en forma manual o con calculadora, c) expresar el resultado con la cantidad de
decimales que sean propios del problema, no copiando sin criterio una expresión visor de la calculadora y por ultima d) dar una interpretación del resultado obtenido expresando sus conclusiones en forma de oración.
Un nivel superior de comprensión del lenguaje simbólico de la Física implica la lectura de ecuaciones físicas, la interpretación de su significado, como relación entre variables o como de un proceso, sobre todo para aclarar las relaciones cuantitativas vinculadas en este año en especial los procesos de intercambio de energía o las potencias disipadas en diversas situaciones. Este paso no es sencillo y no se considera indispensable que el estudiante pueda leer una ecuación y extraer multitud de implicancias de ella aunque sí es de esperar que pueda predecir al menos elcomportamiento de una variable en función de otra, pudiendo predecir si una variable dependiente crecerá o decrecerá al variar alguna de las magnitudes de las que depende.
Trabajar con problemas de Física
La resolución de problemas es reconocida como una parte fundamental de los
procesos de la ciencia, constituyendo una de las prácticas más extendidas. Como
quehacer científico implica buscar respuestas a una situación a través de diversos
caminos y además chequear que esa respuesta sea adecuada.
Al resolver un problema, el experto, el científico, recorre en forma bastante aproximada
los pasos señalados por Polya9:
1. identifica el problema y sus conexiones conceptuales;
2. genera un plan de acción en la búsqueda de soluciones;
3. obtiene resultados que interpreta;
9 Polya G., Cómo plantear y resolver problemas. México, Trillas, 1987.
4. por último, evalúa en qué medida los mismos son coherentes con las concepciones
científicas propias de ese ámbito.
En todo momento, el experto monitorea la marcha de las acciones que lleva a cabo.
Sigue un recorrido hacia adelante –hacia la resolución del problema a partir de los
datos– que, sin embargo, no es lineal. Va y vuelve desde los datos al marco teórico,
hasta obtener resultados satisfactorios o verosímiles.
Se espera que los estudiantes, en colaboración con un docente experto en la materia y
con sus pares, vayan recorriendo esos mismos pasos al enfrentar problemas de
ciencia escolar. El docente deberá promover las acciones necesarias para que al
resolver distintos problemas de ciencia escolar los estudiantes adquieran estas
habilidades con creciente autonomía. En este sentido al trabajar con problemas el
docente buscará:
• presentar situaciones reales o hipotéticas que impliquen verdaderos desafíos
para los estudiantes, que admitan varias soluciones o alternativas de solución,
en lugar de trabajar exclusivamente problemas cerrados con solución numérica
única;
• promover la adquisición de procedimientos en relación con los métodos de
trabajo propios de la Física;
• requerir el uso de estrategias para su resolución y por lo tanto, la elaboración
de un plan de acción en el que se revisen y cotejen los conceptos y procesos científicos involucrados y no sólo aquellos que presenten una estrategia inmediata de resolución –entendidos habitualmente como ejercicios–;
• integrar variedad de estrategias (uso de instrumentos, recolección de datos
experimentales, construcción de gráficos y esquemas, búsqueda de información de diversas fuentes, entre otras) y no ser exclusivamente
problemas que se hacen con lápiz y papel.
• ampliar las posibilidades del problema no reduciéndolo a un tipo conocido;
• fomentar el debate de ideas y la confrontación de diversas posiciones en el
trabajo grupal durante el proceso de resolución de las situaciones planteadas;
• permitir que los estudiantes comprendan que los procedimientos involucrados
en su resolución constituyen componentes fundamentales de la metodología
científica en la búsqueda de respuestas a situaciones desconocidas.
Las cuestiones aquí planteadas exigen un trabajo de enseñanza muy distinto del que
supone exponer un tema y enfrentar a los estudiantes a la resolución de ejercicios
“tipo” con mayor o menor grado de dificultad. Es decir, la resolución de ejercicios o el uso de algoritmos sencillos es un paso necesario aunque no suficiente para el logro de los desempeños planteados, teniendo claro que el horizonte está puesto en alcanzar desempeños más ricos y complejos en los estudiantes.
El docente, como experto en cuestiones de Física, en sus métodos y sus conceptos, y
además como experto en resolver problemas de la materia, es quien está en mejores
condiciones de recrear un panorama conceptual y metodológico para facilitar el acceso de los estudiantes a este amplio campo de conocimientos. Sus acciones se encaminan a diseñar intervenciones y explicitaciones de su propio quehacer que propicien en los estudiantes el aprendizaje de conceptos y procederes, tanto como la reflexión sobre su propio pensamiento en materia de problemáticas científicas.
Si bien el trabajo con problemas puede utilizarse en cualquiera de los núcleos de
contenidos de Física de este año, se señalan a continuación algunos ejemplos en los
cuales pueden plantearse ejercicios y algunos tipos de problemas más abiertos a
modo de indicación.
a. Problemas cerrados o ejercicios: pueden plantearse en aquellos núcleos en los
que el objetivo está ligado al aprendizaje del uso de fórmulas o ecuaciones
matemáticas. En este año aparecen prioritariamente en los ejes que así lo permitan,
por ejemplo intercambios de energía térmica, cálculos de trabajos y variaciones de
energía interna, potencia eléctrica de distintos tipos de instalaciones. Al realizarse este tipo de ejercitaciones tendientes al aprendizaje o aplicación de un algoritmo, la secuencia debería comenzar por problemas en donde la cantidad de datos sea la estrictamente necesaria para obtener la respuesta y el procedimiento sea directo,siguiendo con situaciones en las cuales existan, o bien más, o bien menos datos de los necesarios de modo que el estudiante deba decidir de qué manera seleccionar o buscar los datos pertinentes para la solución; así, se seguirá avanzando hasta lograr que el estudiante maneje con soltura y cada vez con mayor autonomía los conceptos vinculados tanto como los algoritmos requeridos.
Es importante que el docente tenga en cuenta algunas cuestiones a la hora de trabajar con ejercicios.
Por una parte, la complejidad del problema no debe estar centrada en los
algoritmos matemáticos necesarios para la resolución, ya que esto conspira
tanto para el aprendizaje de la técnica como para la interpretación de la
respuesta.
El rol del docente, como experto, debe ser el de presentar, según el caso, un
modelo de resolución del ejercicio, pensando en voz alta y explicitando los
pasos que va siguiendo a la hora de resolverlo, pero a su vez intentando que
los estudiantes, puedan alcanzar una dinámica propia de resolución evitando
que sólo consigan copiar al docente en los pasos seguidos.
b. Problemas abiertos: en general, cualquier investigación escolar puede pensarse
como un ejemplo de resolución de problemas abiertos. En este año, estos problemas
pueden plantearse en todos los ejes y núcleos de contenidos de la materia: son
variados los temas que pueden trabajarse como problemas abiertos. A continuación,
se señalan algunos problemas abiertos (o semi-abiertos) adecuados a los contenidos
de Física para este año:
a) Se desea construir un cubículo de pequeñas dimensiones que pueda mantener una
temperatura constante a partir del encendido o apagado de una lámpara
incandescente (incubadora)
b) Se desea llevar energía eléctrica desde una batería o enchufe hasta un artefacto
que se encuentra a más de 20 metros. ¿Qué tipo de conexión (qué cables, de qué
manera se los debe conectar) debe hacerse para garantizar el funcionamiento del
aparato?¿dependerá esto de la potencia del aparato?
El trabajo con problemas y las investigaciones escolares
En el enfoque de este Diseño Curricular las investigaciones escolares se orientan a
poner a los estudiantes frente a la posibilidad de trabajar los contenidos de la materia,
a partir de problemas, de forma integrada, permitiendo aprender simultáneamente los
marcos teóricos y los procedimientos específicos de estas ciencias.
Según las pautas que se ofrezcan a los estudiantes para el trabajo, las investigaciones
pueden ser dirigidas (aquellas en las que el docente va indicando paso a paso las
acciones a realizar por los estudiantes) o abiertas, en las que, la totalidad del diseño y ejecución de las tareas está a cargo de los estudiantes, bajo la supervisión del docente. Esta división depende de muchos factores que el docente debe considerar como: el nivel de conocimiento de los estudiantes respecto de conceptos y procedimientos que deban utilizarse, la disponibilidad de tiempos, la forma en que se define el problema, la diversidad de métodos de solución, entre otros. Como en todo aprendizaje encarar investigaciones escolares implica una gradualidad, comenzando con trabajos más pautados hacia un mayor grado de autonomía de los estudiantes, en la medida en que éstos adquieran las habilidades necesarias. Es conveniente destacar que, dado que este enfoque de enseñanza tiene una continuidad a lo largo de toda la Educación Secundaria, en este año, los estudiantes deben tener incorporado cierto nivel de destrezas, tanto en el plano procedimental como en el conceptual, que facilita el trabajo con investigaciones en este momento de su escolaridad.
Al realizar investigaciones con el fin de resolver un problema se ponen en juego
mucho más que el aprendizaje de conceptos, por lo cual las investigaciones escolares
no pueden reducirse a la realización de trabajos experimentales pautados, sino que
deben implicar procesos intelectuales y de comunicación –cada uno explícitamente
enseñado y trabajado por y con los estudiantes–.
Estas investigaciones escolares al servicio de la resolución de una problemática,
pueden realizarse desde el inicio mismo de la actividad, dando oportunidades a los
estudiantes para aprender las técnicas, procedimientos, conceptos y actitudes que
resulten pertinentes en cada situación, en el curso mismo de la resolución del
problema. Así entendidas las investigaciones escolares pueden llevarse a cabo en
cualquier momento del desarrollo de una temática ya que no es necesario que el
estudiante haya “aprendido” los conceptos para que pueda investigar, puede empezar
a intuirlos o conocerlos a partir de la misma. Es decir, las investigaciones pueden ser el motivo a partir del cual los conceptos a trabajar surjan y aparezcan como necesarios en el contexto mismo de lo investigado.
A modo de síntesis se mencionan, siguiendo a Caamaño10 (2003), algunas fases del
proceso seguido durante las investigaciones escolares que permiten orientar el
trabajo:
• Fase de identificación del problema: en la que se permite a los estudiantes la
discusión de ideas que permitan identificar la situación a resolver,
conceptualizarla, formular las posibles hipótesis y clarificar las variables a
investigar.
10 Jiménez Aleixandre, M. P. y otros, Enseñar ciencias. Barcelona, Graó, 2003.
• Fase de planificación de los pasos de la investigación: en la que se
confeccionan los planes de trabajo y se los coteja con el grupo de pares y con
el docente.
• Fase de realización: en la que se llevan a cabo los pasos planificados,
realizando la búsqueda de información o la recolección de datos
experimentales.
• Fase de interpretación y evaluación: en la que los datos relevados se valoran,
se interpretan y se comparan con los de otros grupos y otras fuentes hasta
establecer su validez.
• Fase de comunicación: en la que se redactan informes o se expresan las
conclusiones en forma oral al grupo o a la clase, propiciando los debates sobre
los resultados o planteando nuevas investigaciones asociadas, que permitan
profundizar la problemática trabajada. Es importante en este caso que la
comunicación se establezca utilizando diversos formatos: afiches, láminas,
gráficos, tablas, demostraciones de cálculos y no sólo a través de informes.
Es necesario recalcar que una tarea importante a cargo del docente es guiar a los
estudiantes por un camino que les permita comprender la lógica y la cultura propia del quehacer científico. De este modo, pensar una investigación escolar en el marco de la resolución de un problema, tiene como finalidad hacer evidente a los estudiantes la forma en que se plantean las investigaciones en el ámbito científico. Siempre hay alguna situación que no está del todo resuelta o en la que lo conocido hasta el momento resulta insatisfactorio para que se constituya en un problema. Resulta preciso insistir en la realización de planes de acción, discutirlos con los grupos de estudiantes, dar orientaciones específicas o sugerencias cuando sea necesario, así como disponer los medios adecuados para la realización de las investigaciones, coordinar los debates o plenarios para hacer circular y distribuir entre los estudiantes los resultados y conclusiones alcanzados. Asimismo, es importante considerar los tiempos que requieren las investigaciones escolares. Es preciso planificar el tiempo y generar las oportunidades necesarias para los aprendizajes que deben realizarse ya
que, junto con la obtención de información y datos, se están poniendo en juego
destrezas y habilidades de diverso orden que hacen a la comprensión del modo de
hacer ciencias. Seguramente la extensión variará de acuerdo con los diversos
contextos, la disponibilidad de información, la profundidad de la cuestión planteada, el interés que despierte en los estudiantes, entre otros factores, pero es necesario establecer que una investigación escolar requiere, como mínimo, de tres clases en las que puedan realizarse las fases de identificación y planificación, la de realización y finalmente la de comunicación.
La realización de una investigación escolar no implica, necesariamente, el uso de
laboratorio o de técnicas experimentales sofisticadas. Muchas y muy buenas
investigaciones escolares pueden realizarse a través de búsquedas bibliográficas o
por contrastación con experiencias sencillas desde el punto de visto técnico, cuya
realización puede llevarse a cabo en el aula o aun en los hogares. Las instancias de
investigación escolar constituyen, también, buenas oportunidades para analizar casos
de experimentos históricos que aportan datos valiosos acerca de la construcción de
determinados conceptos y del recorrido que llevó a los modelos actualmente
aceptados.
En particular en este año, hay muchos contenidos que pueden trabajarse o profundizarse a través de trabajos de investigación bibliográfica como los vinculados con la degradación de la energía, o con la historia de la noción de energía.
También es posible y deseable que sobre estos contenidos se hagan debates o
sesiones de preguntas a expertos o bien visitas respecto del trabajo con
materiales radiactivos, el uso de la radiación en la cura de enfermedades y los
cuidados que deben tener los enfermeros para conocer cómo es el trabajo y cuáles
son las medidas de seguridad que toman quienes trabajan con estos materiales, así
como la discusión con paneles de expertos de diversas procedencias sobre los
peligros y posibilidades de la utilización de energía nuclear. Además, se puede
buscar abundante información en los medios, las organizaciones ecologistas, Internet, para ampliar la mirada sobre este contenido.
De acuerdo con lo planteado, las actividades de investigación propuestas en las clases de Física deben estar orientadas de modo que los estudiantes aprendan a:
• elaborar planes de acción para la búsqueda de soluciones al problema o
pregunta planteado;
• elaborar las hipótesis que puedan ser contrastadas por vía de la experiencia o
de la búsqueda de información;
• diseñar experiencias o nuevas preguntas que permitan corroborar o refutar la
hipótesis;
• realizar experiencias sencillas;
• utilizar registros y anotaciones;
• utilizar los datos relevados para inferir u obtener conclusiones posteriores;
• encontrar alternativas de solución ante los problemas presentados que sean
coherentes con los conocimientos químicos;
• construir y reconstruir modelos descriptivos o explicativos de fenómenos o
procesos;
• comunicar la información obtenida en los formatos pertinentes (gráficos,
esquemas, ejes cartesianos, informes, entre otras);
• trabajar en colaboración con otros estudiantes para la resolución de la tarea,
aceptando los aportes de todos y descartando aquellos que no sean pertinentes tras la debida argumentación.
Y, para ello, los docentes deberán:
• plantear problemas de la vida cotidiana y/o situaciones hipotéticas que
involucren los contenidos a enseñar;
• elaborar preguntas que permitan ampliar o reformular los conocimientos;
• orientar en la formulación de los diseños o hipótesis de trabajo de los grupos;
• explicar el funcionamiento del instrumental de laboratorio o de técnicas en los
casos en que deban usarse al resolver el problema;
• plantear conflictos y contradicciones entre las ideas intuitivas o incompletas de
los estudiantes y los conceptos o procedimientos a aprender;
• promover el interés por encontrar soluciones a problemas o preguntas nacidas
de la propia necesidad de conocer de los estudiantes sobre los temas
propuestos;
• estimular la profundización de los conceptos necesarios y precisos para
responder a las preguntas o problemas formulados, tal que el proceso de
aprender esté en consonancia con las prácticas de la actividad científica;
• orientar hacia la sistematización de la información, datos o evidencias que
avalen o refuten las hipótesis planteadas por los estudiantes.
En esta materia puede proponerse la realización de investigaciones escolares en
relación con prácticamente todos los contenidos planteados para este año. Las
preguntas a formular deben tener en cuenta los contenidos, tanto en lo relacionado
con los conceptos como con los procedimientos a enseñar.
Las investigaciones escolares que se realicen deben presentarse a partir de
problemas o preguntas que deban ser profundizados con ayuda bibliográfica o a través
de trabajos experimentales de posible realización. En este sentido, es posible trabajar ampliamente con situaciones que promuevan investigaciones escolares en las que,además de las búsquedas bibliográficas, se trabaje con experiencias en las que se utilicen aparatos y/o técnicas sencillas como en los siguientes casos:
• ¿Cómo puede construirse una cocina solar?¿qué cantidad de alimento será posible
cocinar en ella y en cuanto tiempo?
• ¿Cómo funcionan las pilas recargables? ¿Qué cantidad de recargas admiten?¿qué
debe hacerse una vez que se las deshecha?
• ¿Cuáles son los procesos primordiales de energía que existen en un auto mientras
está en marcha pero estacionado? ¿y cuándo se mueve?
• ¿Cómo es la distribución de energía eléctrica en la provincia de Buenos Aires? ¿Qué tipo de centrales existen? ¿Es suficiente? ¿Existe un plan provincial para extender la red eléctrica? Utilizar modelos Los modelos son formas específicas de la actividad científica y su uso y construcción
deben ser enseñados.Es necesario revisar el uso que suele hacerse de los modelos en las aulas. Una de las confusiones más frecuentes, en la enseñanza de la Física, consiste en homologar la enseñanza de la disciplina a la enseñanza de modelos científicos aceptados, tomando a estos últimos como contenidos a enseñar.
Al recortarse de su necesaria interacción con el fenómeno, el “modelo” se vuelve
carente de sentido y como objeto de enseñanza es poco asible y significativo. Al dejar de lado el problema que el modelo procura resolver, éste se transforma sólo en un esquema estático y no representa ninguna realidad. Múltiples son los ejemplos de modelos que se han transformado en verdaderos objetos de enseñanza, tales como el
modelo atómico, la cinemática del punto, el modelo de las pilas sin resistencia interna, entre otros. Todos ellos son ejemplos de construcciones que resultaron funcionales para la ciencia pero que al aislarse de su contexto, se han vaciado de contenido y se han vuelto objetos abstractos de enseñanza, sin contacto explícito con los fenómenos a los que remiten.
Por ello, al trabajar con modelos deberá presentarse a los estudiantes cuál es la
finalidad de su construcción, a qué pregunta o problema responde dicha
modelización (por ejemplo el modelo estelar mencionado en el núcleo “La energía en
el universo físico” o un modelo de proceso para un dado intercambio de energía), qué
aspectos toma en cuenta y cuáles omite, en qué sentido está en correspondencia
con la evidencia experimental disponible y en qué medida es una construcción
idealizada de los fenómenos que pretende explicar. Es decir, trabajar con el modelo
implica analizar sus bases y las consecuencias que de él se desprenden, de modo tal
que el mismo pueda ser interpretado y utilizado en la explicación de determinado
fenómeno, en lugar de ser memorizado sin comprender su contenido.
Es necesario tener presente que los estudiantes tienen representaciones y discursos
previos que han construido en etapas anteriores11, acerca de cómo suceden los
fenómenos naturales. Estas representaciones son conjuntos de ideas entrelazadas
que sirven para dar cuenta de fenómenos o de situaciones muy amplias como la
transmisión de la corriente en un cable, el movimiento de los objetos, o los
intercambios de energía.Conocer estas representaciones es más que reconocer si los términos empleados por los estudiantes son los más apropiados desde el punto de vista científico. Se trata de entender cuál es la lógica interna que se juega en estos modelos, dado que ellos serán la base de los futuros aprendizajes El proceso de indagación de estas representaciones debe promover condiciones para que las mismas se hagan explícitas.
Para indagar estas ideas, representaciones o modelos previos, es necesario recurrir a preguntas que no evalúen exclusivamente un contenido escolar previo, como por
ejemplo, ¿cómo se llaman las partículas portadoras de carga negativa? o ¿en qué
unidades se expresa la potencia?, sino preguntas del estilo, ¿qué tipo de
transformaciones energéticas ocurren durante el arranque y frenado de un auto? ¿Por
qué se usan ollas de hierro para cocinar y que ventajas tienen?¿Qué sucede con una
madera cuando arde o se quema? o ¿Por qué los hornos tienen ventanas de vidrio
grueso?
Cualquier nueva representación que esté implicada en los modelos de ciencia escolar
que se pretenda enseñar, se construirá a partir del modo en que los estudiantes
puedan darle significado desde sus representaciones anteriores. Es desde esos
significados que las ideas se comunican y se negocian para acordar una comprensión
compartida. Dicha comprensión será aceptada como válida a partir del consenso
alcanzado y de su potencia explicativa. Este carácter de negociación compartida,
implica también que está sujeta a revisión y que, por lo mismo, toda comprensión de
un fenómeno –tal como ocurre con las teorías científicas– será por definición,
provisional.
Por lo expuesto, será una de las tareas del docente indagar acerca de las
representaciones de los estudiantes, sus inconsistencias, las variables que no han
tenido en cuenta en su explicación, las imprecisiones, explicitándolas, haciendo
evidentes las contradicciones, o las faltas. Es tarea del docente tender un puente entre el conocimiento previo de los estudiantes, sus interpretaciones idiosincrásicas y las representaciones específicas del modelo de ciencia escolar que se pretende enseñar.
Por lo tanto, conocer esas construcciones previas es un requisito fundamental para
encarar la tarea futura.
En este sentido, las analogías pueden resultar herramientas apropiadas para esta
mediación en el tránsito hacia el uso de modelos simbólicos y/o matemáticos propios
de la ciencia escolar Una de ellas, la más frecuente ha sido mencionada en el núcleo
sobre corriente eléctrica, estableciendo un análogo la circulación de la corriente con el fluir de un liquido con rozamiento. Con relación al trabajo con modelos
simbólico/matemáticos, será importante tener en cuenta dos cuestiones:
• que la abstracción de este tipo de modelos conlleva toda una serie de
dificultades provenientes del uso de un nuevo lenguaje, que ya se señalaron en
el apartado sobre lenguajes científicos;
• que dado que estos modelos no surgen como producciones del aula sino que
son “transpuestos” a partir de modelos científicos, el trabajo del docente en
este caso implica recorrer la variedad de usos que tiene, desde el punto de
vista funcional (relación entre variables) y desde la predicción (cálculo de
nuevos valores por modificación del valor de alguna variable).
Las orientaciones didácticas desarrolladas en este apartado tienen por objeto hacer
evidente el tipo de trabajo que debe realizarse en las aulas conforme al enfoque
establecido para la educación en ciencias a lo largo de toda la educación secundaria.
El mismo está en consonancia con los modos propios de este campo de conocimiento
y su didáctica, con los contenidos propuestos y con las concepciones más
actualizadas de la ciencia. La elección de las estrategias que mejor se adapten a las características del grupo, sus conocimientos previos, los contenidos a tratar y los objetivos propuestos, es una tarea del docente. No obstante, es necesario resaltar que los tres puntos trabajados: Hablar, leer y escribir en las clases de Física, Trabajar con problemas y Utilizar modelos, son centrales a la hora de construir conocimientos en esta materia e indispensables para la formación del estudiante en este campo de conocimientos de acuerdo a los propósitos establecidos: la formación ciudadana a partir de las ciencias, la preparación para el mundo del trabajo y la continuidad de los estudios.
Orientaciones para la Evaluación
En este Diseño Curricular se entiende por evaluación un entramado de aspectos y
acciones mucho más amplio que la sola decisión sobre la acreditación o no de las
materias por parte de los estudiantes.
La evaluación hace referencia a un conjunto de acciones continuas y sostenidas
durante el desarrollo del proceso y que permitan obtener información y dar cuenta de
cómo se desarrollan los aprendizajes de los estudiantes tanto como los procesos de
enseñanza –en relación con la posibilidad de ajustar, en la propia práctica, los errores o aciertos de la secuencia didáctica propuesta–.
Al evaluar, se busca información de muy diversa índole; a veces, conocer las ideas
que los estudiantes traen construidas con anterioridad, en otras ocasiones, conocer la marcha de una modelización, en otras el aprendizaje de ciertos procederes.
En la evaluación, los contenidos no están desligados de las acciones o procederes a
los cuales se aplican o transfieren. Por lo tanto, la evaluación de los conceptos debe ser tan importante como la de los procedimientos y esto implica revisar los criterios y los instrumentos utilizados en relación a los aprendizajes de los estudiantes, así como los relativos a la evaluación de la propia planificación del docente. Por ejemplo, al evaluar de qué manera están comprendiendo nuestros estudiantes los conceptos acerca de los intercambios de engría térmica, será tan importante saber si distinguen verbalmente unos de otros, como el hecho de poder usar su calculadora para obtener una resultado numérico acerca de la energía intercambiada en determinado proceso.
Privilegiar un tipo de acción sobre el otro le restaría utilidad a la evaluación.
Es posible reconocer tres dimensiones para la evaluación. Por un lado, establecer
cuáles son los saberes que los estudiantes ya han incorporado previamente, tanto en
su escolaridad anterior como en su experiencia no escolar. Por otro, conocer qué
están aprendiendo los estudiantes en este recorrido y, por último, conocer en qué
medida las situaciones didácticas dispuestas posibilitaron (u obstaculizaron) los
aprendizajes. Por eso es que en todo proceso de evaluación, tanto la evaluación de
las situaciones didácticas como la evaluación de los aprendizajes de los estudiantes,
forman parte de los procesos de enseñanza y deben ser planificadas como parte
integrante de éstos. En tal sentido, la evaluación, debe ser considerada en el mismo
momento en que se establece lo que debe enseñarse y lo que se desea aprendan los
estudiantes.
Relaciones entre actividades experimentales y evaluación
A partir de los contenidos de Física presentados para este año, es posible organizar
actividades que son especialmente formativas como las salidas de campo y los
trabajos experimentales –que pueden requerir o no de un laboratorio. En ambos tipos
de actividades, es indispensable no sólo la identificación de objetivos claros –tanto para el docente como para el estudiante – sino también la explicitación de lo que el estudiante debe hacer en ellas. Por ejemplo se puede hacer una salida a una industria cercana para analizar los tipos de energía que se usan y de qué manera, o se pueden hacer mediciones acerca del tiempo de enfriamiento de un objeto en función de su temperatura.
Al evaluar tales actividades es necesario discriminar las distintas habilidades puestas en juego para hacerlo en forma diferencial. De acuerdo con lo propuesto en las guías podrían evaluarse distintas destrezas como:
• la comprensión y seguimiento de las instrucciones presentes en la guía;
• el manejo del material necesario;
• la capacidad o habilidad para efectuar observaciones y/o registros;
• la interpretación de los datos y la elaboración de conclusiones;
• la presentación de la información.
Criterios de evaluación
Toda evaluación requiere, previamente, de la formulación y explicitación de los
criterios que se utilizarán para dar cuenta del nivel de producción esperado. Es
necesario que los criterios sean conocidos y, por ende, compartidos con la comunidad
educativa, estudiantes, colegas, padres y directivos, puesto que se trata de que los
estudiantes aprendan determinados contenidos y que sean capaces de identificar en
qué medida los han alcanzado o en qué etapa se encuentran en el proceso de
lograrlo.
Es entonces un gran desafío, a la hora de pensar en la evaluación, construir no sólo
los instrumentos, sino fundamentalmente los criterios que permitan obtener
información válida y confiable para el mejoramiento de los procesos de enseñanza y
aprendizaje, así como de las condiciones en que se producen.
A continuación, se presentan algunos ejemplos de criterios de evaluación que, si bien no pretenden agotar la totalidad de los contenidos propuestos en este Diseño, dan líneas respecto de cómo se podrían enunciar y trabajar. Los ejemplos se desarrollan a partir de algunos de los objetivos propuestos en los núcleos de contenidos del presente Diseño Curricular. El nivel de generalidad de estos objetivos permite ejemplificar varios criterios posibles y su alcance podrá exigir, según los casos, de un mayor nivel de especificidad.
a. Para el núcleo de contenidos relativo a los intercambios de energía térmica: Dar
cuenta de fenómenos o diseñar experiencias que permitan controlar la cantidad de
energía térmica intercambiada por un objeto.
Para poder evaluar en qué grado los estudiantes han podido cumplir con este objetivo
o arribar a este punto algunos criterios podrían ser:
• conocer los mecanismos de intercambio de calor y saber de qué variables
dependen;
• expresar con palabras las hipótesis de partida y la manera en que serán
puestas a prueba que debe realizar,;
• secuencias las acciones a realizar fundamentando el orden elegido
• relacionar las cantidades y los objetos de la experiencia con las magnitudes
que se presentan en las ecuaciones;
• ser capaz de llevar adelante mediciones en forma autónoma o con ayuda;
• volcar adecuadamente los datos medidos en una tabla de doble entrada y
graficarlos;
• predecir las posibles fuentes de error en la experiencia llevada a cabo y señalar
como mejorarla;
• redactar un informe de los resultados, extrae conclusiones y analiza las
posibles causas de error.
b. Para el núcleo de contenidos sobre la energía en el mundo físico:
Realizar una investigación acerca de las centrales nucleares en Argentina, sus
características y usos.
Para poder evaluar en qué grado los estudiantes han podido cumplir con este objetivo
o arribar a este punto algunos criterios podrían ser:
• ser capaz de formularse preguntas, en forma individual o grupal que puedan
luego ser investigadas;
• conocer la diferencia entre reacción nuclear y radiactividad;
• conocer fuentes de donde obtener información;
• formularse preguntas acerca de esta investigación para luego buscar respuesta
en bibliografía o a través de preguntas a expertos.
• recolectar información en forma adecuada y organizada;
• organizar la información de acuerdo a categorías propias o ajenas;
• reconocer la información principal de la secundaria;
• vincular la información obtenido de diversas fuentes con los contenidos del eje
que se está trabajando.
• redactar en forma individual o grupal un informe escrito;
• utilizar diversas formas para presentar la información;
• extraer conclusiones acerca de la información relevada;
• evaluar su producción y el funcionamiento de su grupo en la tarea señalando
logros y obstáculos.
Instrumentos de Evaluación
Cada actividad puesta en juego en las aulas, informa acerca del avance y de los
obstáculos de los procesos de enseñanza y de aprendizaje en su conjunto, por lo cual
es importante disponer de elementos para evaluar esta información.
Los distintos instrumentos de evaluación informan parcialmente acerca de lo aprendido por los estudiantes, en este sentido es importante variar los instrumentos para no obtener una información fragmentaria. La evaluación no puede centrarse exclusivamente en una detección acerca de cómo el estudiante “recuerda”
determinados contenidos, ni acerca de su capacidad para realizar cálculos a
partir de formulas, sino que debe integrar, en su forma y en su concepción, los
conceptos con las acciones en las que los conceptos se ponen en juego.
Por otra parte, es conocido que los estudiantes se adaptan rápidamente a un estilo o
tipo de evaluación –como la prueba escrita en la que se requiere aplicación automática de algoritmos, o el examen oral en donde se evalúa casi exclusivamente la memoria– y de esta manera sus aprendizajes se dirigen hacia las destrezas que les permiten resolver exitosamente las situaciones de evaluación, más que al aprendizaje de los contenidos.
Un único instrumento no resulta suficiente a lo largo de un año para evaluar los
distintos niveles de comprensión, dada la variedad de contenidos a aprender.
Asimismo, resulta fundamental sostener una coherencia entre la propuesta de
enseñanza y la propuesta de evaluación. En este sentido, el Diseño Curricular
establece modos de enseñar y trabajar en el aula de Física que son específicos de
esta concepción sobre el aprendizaje. Los contenidos han de trabajarse de manera
integrada, atendiendo a construir los conceptos de la mano de los procedimientos y en el marco de los modelos que los incluyen. De modo que también resulta esencial
evaluar integradamente estos aspectos, evitando separar, artificialmente, la evaluación de conceptos, modelos y procedimientos. Por ello, es importante diversificar los tipos de evaluaciones para que los estudiantes experimenten una gama de instrumentos diferentes y para que puedan poner a prueba sus aprendizajes en distintos formatos y en variadas circunstancias.Evaluación de conceptos y procedimientos Al diseñar actividades de evaluación de conceptos y procedimientos para los problemas, sean éstos cerrados o abiertos, es necesario tener en cuenta ciertos indicadores. A continuación, enumeramos algunos de estos.
Para los conceptos:
• el conocimiento de hechos o datos (las unidades de energía, la ley de Fourier o
de newton, la equivalencia entre calorías y Joule, el proceso de producción de
energía en una estrella);
• La definición y/o reconocimiento de definiciones (qué es la conductividad
térmica, la noción de energía interna, o de trabajo);
• La ejemplificación y exposición de conceptos;
• La transferencia de conceptos, es decir si más allá de conocer hechos o datos,
de definir y/o reconocer definiciones, de ejemplificar y exponer conceptos, son
capaces de aplicarlos a nuevas situaciones.
Para los procedimientos:
• El conocimiento del procedimiento, que supone determinar si el estudiante
conoce las acciones que componen el procedimiento y el orden en que deben
abordarse. Por ejemplo: cómo se procede al escribir una fórmula física, cómo
se balancea una ecuación, cómo se mide una temperatura o una masa o cómo
se calcula la cantidad de calor cedida o absorbida por un sistema.
• La utilización en una situación determinada, por la que se trata de constatar si
una vez conocido el procedimiento, se logra aplicar. Por ejemplo: cómo
construir un calorímetro con material de uso cotidiano; el cálculo de la
diferencia de temperatura que se produce en un sistema por intercambio de
calor, entre otros.
• La generalización del procedimiento a otras situaciones en la que se trate de
ver en qué medida el procedimiento se ha interiorizado y es capaz de
extrapolarse a problemas análogos asociadas a otras temáticas. ¿Cómo se
podría estimar si un lago o un río fueron afectados por el fenómeno de lluvia
ácida? ¿Qué situaciones darían indicios de la ocurrencia de este fenómeno?
¿Podría determinarse con cierto grado de certeza? En caso de ser afirmativa la
respuesta, ¿de qué modo?
• La selección del procedimiento adecuado que debe usarse en una situación
determinada, de modo que una vez aprendidos varios procedimientos, interesa conocer si los estudiantes son capaces de utilizar el más adecuado a la situación que se presenta. Por ejemplo, ¿es conveniente usar un gráfico cartesiano para representar estos datos? ¿Se puede aislar térmicamente una habitación de la misma manera que se hace para un calorímetro?
En todo caso debe advertirse que la comprensión conceptual supone una intervención
pedagógica docente de mayor complejidad que la supuesta para evaluar el recuerdo
de hechos y datos, y remite al desafío de diseñar diversidad de instrumentos que
promuevan la utilización de los conocimientos en distintas situaciones o contextos.
También debe tenerse en cuenta que la evaluación de procedimientos requiere de un
seguimiento continuo en los procesos de aprendizaje que promueva instancias de
reflexión sobre los pasos o fases involucradas.
Autoevaluación, Co-evaluación y Evaluación mutua
El contexto de evaluación debe promover en los estudiantes una creciente autonomía
en la toma de decisiones y en la regulación de sus aprendizajes, favoreciendo el
pasaje desde un lugar de heteronimia –donde es el docente quien propone las
actividades, los eventuales caminos de resolución y las evaluaciones, y el estudiante es quien las realiza– hacia un lugar de mayor autonomía en el que el estudiante pueda plantearse problemas, seleccionar sus propias estrategias de resolución, planificar el curso de sus acciones, administrar su tiempo y realizar evaluaciones parciales de sus propios procesos, reconociendo logros y dificultades.
En este sentido y en consonancia con la propuesta del Diseño Curricular, la evaluación constituye un punto central en la dinámica del aprendizaje por diversas razones. En primer lugar, porque el trabajo de construcción de conocimiento, tal como es entendido en esta propuesta, es un trabajo colectivo, en la medida en que todos participan individual y grupalmente de la construcción de modelos explicativos, del diseño e implementación de las investigaciones, de las argumentaciones y de las actividades generales de aprendizaje que se propongan. Por lo tanto, es menester que la evaluación incluya este aspecto social, dando oportunidades a los estudiantes para hacer también evaluaciones del propio desempeño tanto como el de sus compañeros.
Esta responsabilidad de evaluar desempeños, implica, asimismo, un segundo aspecto,
vinculado con la democratización de las relaciones en el aula y el aprendizaje de las ciencias, para los cuales una evaluación debe estar fundamentada en criterios
explícitos y no en cuestiones de índole personal –simpatía o antipatía por un
compañero o un argumento –. De modo que es fundamental enseñar a evaluar la
marcha de un proyecto o el desempeño dentro de un grupo, estableciendo
conjuntamente y con la ayuda del docente cuáles serán los criterios con que es
conveniente juzgar la pertinencia de cierto argumento o el cumplimiento de las normas para el trabajo experimental. Por último, la posibilidad de reflexionar sobre la evolución de los aprendizajes, a partir de criterios que fueron explicitados y compartidos, ayuda a repensar los aspectos teóricos o procedimentales que no han quedado lo suficientemente claros, así como a plantear caminos de solución.
Para favorecer este proceso tendiente a la autorregulación de los aprendizajes es
preciso incluir otras estrategias de evaluación que no pretenden sustituir, sino
complementar los instrumentos “clásicos”.
Se proponen como alternativas:
• La evaluación entre pares o evaluación mutua, en donde el estudiante
comparte con sus pares los criterios de evaluación construidos con el docente,
y en función de ellos, puede hacer señalamientos sobre los aspectos positivos
o a mejorar tanto del desempeño individual como el grupal en relación con la
tarea establecida. Este tipo de evaluación, que por supuesto debe ser
supervisada por el docente, puede aportar información acerca de la capacidad
de los estudiantes para argumentar y sostener criterios frente a otros.
• La co-evaluación, entendida como una guía que el docente brinda a sus
estudiantes durante la realización de una tarea, indicando no sólo la corrección
o incorrección de lo realizado, sino proponiendo preguntas o comentarios que
orienten a los estudiantes hacia el control de sus aprendizajes, llevándolos a
contrastar los objetivos de la actividad con los resultados obtenidos hasta el
momento y tendiendo siempre hacia la autorregulación.
• La auto-evaluación del estudiante que supone la necesidad de contar con
abundante información respecto a la valoración que es capaz de hacer de sí
mismo y de las tareas que realiza. La auto-evaluación no consiste, como se ha
practicado muchas veces, en hacer que el estudiante corrija su prueba escrita
siguiendo los criterios aportados por el docente, sino más bien, en un proceso
en el cual el estudiante pueda gradualmente lograr la anticipación y
planificación de sus acciones y la apropiación de los criterios de evaluación.
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Contiene múltiples actividades y planificaciones de posibles intervenciones docentes,
así como experiencias sencillas de aula. Es muy interesante y en consonancia con la
propuesta del presente DC.
http://www.nuevaalejandria.com/archivos-curriculares/ciencias:
Propuestas experimentales, curiosidades, datos históricos, planteo de situaciones
problemáticas y, también, información científica actualizada para la enseñanza de la
Física
http://www.ciencianet.com:
Propuestas experimentales, curiosidades, datos históricos, planteo de situaciones
problemáticas para la enseñanza de las Ciencias Naturales.
http://centros6.pntic.mec.es/cea.pablo.guzman/cc_naturales:
Recursos didácticos para la enseñanza de las temáticas de Ciencias Naturales.
http://www.fisicanet.com.ar:
Apuntes y ejercicios sobre Física y Física.
http://www.aula21.net:
Enlaces con apuntes, problemáticas y actividades para el desarrollo curricular de
Biología, Física y Quimica.
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm
Curso completo de física con gran variedad de applets (programas de simulación)
interactivos
http://www.lanacion.com.ar/Archivo/nota.asp?nota_id=888146
110 sitios de ciencia en Internet. Esta página da sugerencias y links de más de un
centenar de sitios educativos donde encontrar material para las propuestas de aula.
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