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Hola. si acabas de llegar a este blog, lo mejor será que empieces por la introducción, y despues sigas por el índice (lo más recomendable) o a lo largo de los enlaces o por orden cronológico de las entradas.

domingo, 13 de marzo de 2011

¿qué se entiende por didáctica de las ciencias?

El conocimiento de la ciencia, en especial de las ramas de física y química, esta fuertemente relacionado con la interpretación que hacemos del mundo que nos rodea. La ciencia utiliza modelos cognitivos y simbólicos para interpretar la realidad:
  • Cognitivos: La obtención de conocimientos útiles empieza por los sentidos, que captan los fenómenos y los interpretan. Seguidamente podemos realizar clasificaciones, agruparlos en categorías y establecer modelos que expliquen globalmente cada tipo de fenómenos.
  • Simbólicos: A continuación, para poder expresar los conocimientos, hay que crear modelos simbólicos que puedan transmitirse de forma unequívoca entre las personas, al igual que hacemos con el lenguaje. Lso modelos simbólicos de la ciencia están basados en el leguaje matemático, pero posteriormente, cada rama o categoría de conocimientos ha creado sus sistemas propios.
Todo este conjunto de conocimientos, basado en modelos, es por lo tanto una doble abstracción de la realidad, pero que tiene las siguientes características:
  • Es Universal: Aunque el origen primero del método científico se sitúa en el Renacimiento Europeo, hoy en día es universal. Buena parte de los conocimientos y avances actuales se realizan en países asiáticos como Japón, China o India. Y si nos fijamos históricamente en la nacionalidad de origen de muchos científicos estadounidenses, veremos también la universalidad de la ciencia. (Esto entra en total contradicción con el Anarquismo Epistemológico de Feyerabend).
  • Es Objetiva. A pesar de tener que pasar dos filtros, el cognoscitivo y el simbólico, la ciencia tiene mecanismos para mantener la neutralidad y permanecer objetiva, ya que las abstracciones obtenidas deben seguir fieles al mundo real.
  • Es Compleja. ¿pero qué no lo es, cuando se quiere ser preciso y seguro? Sin embargo, la complejidad depende del modelo simbólico y del nivel de abstracción que se utilice. Por ejemplo, el nivel de complejidad del análisis de estructuras es diferente si se utiliza un modelo de sólidos rígidos o se tiene en cuenta la elasticidad y plasticidad de los materiales. Y nuevamente, la complejidad del modelo aumenta si se tiene en cuenta el efecto de soldaduras, remaches o bulones. Cada modelo se aproxima progresivamente más a la realidad, pero cada uno tiene su nivel de utilidad.
  • Es Racional. Esto significa que:
    • No tiene contradicciones internas. O por lo menos, su objetivo es que no las tenga, y que, cuando aparezcan, se diluciden lo antes posible, normalmente creando un modelo superior que englobe los anteriores eliminando las incongruencias.
    • Es comprensible y cognoscible. Por muy abstrusa y extraña que parezca la ciencia, siempre existe al menos una ruta para llegar a los conocimientos desde una base anterior, como cuando se escala una montaña.
  • No es completa. Y posiblemente nunca lo será. Basada en el lenguaje matemático, Gödel demostró que cualquier sistema axiomático contendrá proposiciones que son indecidibles (que no se puede saber si son verdad o mentira) usando los axiomas del sistema únicamente. Esto no significa esto que la ciencia no sea válida, sino que simplemente, tiene su ámbito de aplicación, y tiene unos límites, que aunque se amplíen, siempre seguirán existiendo.
Según Ronald Giere, la ciencia puede entenderse como un mapa, que se va construyendo e interpretando a la vez que se avanzan los conocimientos que se tienen sobre el mundo. Como todos los mapas, su contenido está regido por un convenio, únicamente contiene los datos interesantes para el lector y nunca son completamente fiables o completos.

¿Qué es la física? ¿Y la química?
La física es la ciencia cuyo objeto de estudio es el mundo en general y sus propiedades. Mediante la experimentación, se dedica a descubrir bajo qué leyes funciona y comprobar que sirven para realizar predicciones futuras. Es la ciencia más antigua y fundamental. Se puede suponer que engloba otras ciencias como la química, la biología o la astronomía.

La química se centra en el estudio de la materia, y en particular sus propiedades, su estructura y composición  y sus cambios.

El filósofo [científico] debe estar dispuesto a escuchar todas las sugerencias, pero también tener determinación para juzgar por sí mismo. No debe dejarse influir por las apariencias.
Michael Faraday (1791-1867)
Cada ciencia tiene su lenguaje propio, pero todas comparten una base de conocimientos comunes, una serie de procedimientos y un método para obtener resultados.

¿qué es la didáctica de las ciencias? ¿cómo se relaciona con otros conocimientos («saber sabio»)?

La didáctica de las ciencias es el ámbito de conocimiento que aborda los problemas del aprendizaje de las ciencias y cómo solucionarlos. Según la investigadora en la educación científica Rosalind Driver, la base de la que se debe partir para la enseñanza de las ciencias debe abarcar los siguientes principios:
  • Existen dificultades conceptuales en el estudio de las ciencias.
  • El conocimiento es de naturaleza simbolica y social.
  • El objeto de la ciencia no es la naturaleza, sino los modelos y constructos empleados por la ciencia.
  • La didáctica de la ciencia debe tener en cuenta estos modelos y no basarse en la realidad.
  • El dominio de modelos permite pasar a modelos mas avanzados

    Enseñar ciencias es algo más que reproducir conceptos y teorías

    El profesor de ciencias debe mostrar una actitud positiva hacia la ciencia y demostrar tener conocimientos sobre la materia y recursos para su enseñanza. Pero no es suficiente. Así pues, el objetivo de la didáctica de las ciencias es el estudio del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Este objetivo básico y último tiene como finalidades:
    • Que los alumnos puedan comprender el mundo que les rodea.
    • Saber interpretar las situaciones que se les puedan plantear, relacionadas con CTS.
    • Obtener una visión global sobre las ciencias: como funcionan, pará que sirven, cómo influyen en la tecnología, la sociedad y la cultura.
    • Conocer el método científico.
    • Interiorizar una actitud crítica, racional y coherente en todos los momentos de su vida. Muchas veces los alumnos adquieren conocimientos sin que lleguen a sustituir sus ideas previas, llegando a una esquizofrénica situación en la que mantienen dos sistemas de conocimiento del mundo completamente contradictorios.
      La base del proceso de enseñanza-aprendizaje es el trío profesor-alumnos-materia:

      Los conocimientos científicos no se pueden enseñar tal cual, debido a su dificultad intrínseca. Es necesario realizar una transposición didáctica: una transformación del conocimiento científico en conocimiento susceptible de ser enseñado. La complejidad de esta tarea me lleva a desarrollarla en una entrada diferente.


      Innovación en la didáctica de la ciencia.
      Desarrollado en una nueva entrada (sin redactar aún) 

      Pulsar en la imagen para ampliar.


      ¿debería ser obligatorio enseñar ciencias a todo el mundo en la Escuela Secundaria?

      No puedo ser imparcial, pero absolutamente sí, se deben enseñar a todo el mundo:
      La ciencia, nos guste o no, forma parte de nuestra cultura y nuestro mundo, tanto como nuestro lenguaje, nuestra historia, nuestro arte o nuestra literatura. Todos tenemos el derecho y la obligación de conocerlos. Es importante conocerlas porque:
      • Son herramientas imprescindibles para un mundo más justo y solidario. Como cualquier herramienta, también podrían emplearse para lo contrario, pero eso depende de nosotros, no de la ciencia.
      • Transmiten honestidad y valores humanistas.
      • Confieren autonomía personal.
        Referencias:
        Wikipedia
        Curso Introducción a la didáctica de las ciencias (¡¡Muy interesante!!)
        Naturaleza de la Ciencia, Didáctica de las Ciencias

        domingo, 6 de marzo de 2011

        Mapa conceptual de la Evaluación

        Pulsa sobre la imagen para aumentarlo de tamaño, se abre en otra página:


        ¿a qué conclusión se puede llegar observando este (complejo completo) mapa?
        La evaluación es una parte integrante esencial de la enseñanza. No puede haber enseñanza sin que haya evaluación. No hay que confundir evaluación con calificación, ni con la evaluación exclusivamente del alumno por parte del profesor.

        En realidad este mapa conceptual no es tan complejo. Muestra las bases principales en las que se basan las evaluaciones, que son los objetivos, la metodología, los contenidos, la comunicación en el aula y el entorno de aprendizaje. También muestra los criterios de evaluación externos (curriculum, programas de calidad), la atención a la diversidad y la actualidad, como factores que influyen de forma fundamental, y los dos protagonistas del drama: el profesor y los alumnos.
        Seguidamente se desglosan cada una de las bases en sus elementos más significativos. Puede que falte alguno, o haya alguno mal colocado, o que también pueda colocarse en otros sitios. Finalmente se clasifican por sectores comunes y se establecen relaciones de dependencia entre algunos factores.

        Hay muchas formas de realizar mapas conceptuales, algunos más sencillos y más fáciles de comprender, pero menos completos, ya que únicamente pueden contener las ideas o conceptos básicos. También se pueden realizar mapas más detallados, pero se corre el mismo peligro que con los mapas topográficos; que el exceso de información sature al lector. Espero que mi mapa sea legible y se pueda encontrar en él la información buscada.

        viernes, 4 de marzo de 2011

        Potabilizadora de Casablanca (Zaragoza)

        Visita a la Potabilizadora de Casablanca (3 de marzo de 2011).
        CC Ayto Zaragoza
        Las centrales potabilizadoras captan el agua bruta (no potable) de rios, embalses, canales, y la tratan para que sea potable a través de procesos físicos y químicos. El objetivo es abastecer a las ciudades y pueblos con un agua corriente lo suficientemente buena de calidad, y sobre todo potable. En general, a pesar del cloro que añaden para eliminar microorganismos perjudiciales, el agua de grifo tratada en potabilizadora es de mayor calidad y ofrece mayor seguridad que el agua embotellada, incluso de manantiales. Esto se debe a que la presencia de cloro garantiza la ausencia de enfermedades transmisibles por el agua, los controles de calidad son contínuos, recientes y mucho más amplios en sustancias detectadas.

        Esta central suministra a la ciudad de Zaragoza y tiene una capacidad suficiente para 1 millon de habitantes. Procesa el agua proveniente del Canal Imperial de Aragón, del Ebro y del embalse de Yesa, a un ritmo constante de 2 m3 por segundo.

        El proceso inverso se realiza en las depuradoras de agua, donde el agua residual de las ciudades se trata para eliminar todos los contaminantes y devolver al medio natural (rios, mares) un agua lo más limpia posible. Zaragoza dispone de dos depuradoras: La depuradura de La Almozara y la depuradora de La Cartuja.

        El proceso de potabilización tiene las siguientes fases:
        • Captación:
          Durante este proceso el agua es captada desde el Canal Imperial, o, si no está disponible por haberse vaciado para limpieza del cauce, se bombea desde el Ebro. En ambos casos, si hay disponible, se añade el agua recibida desde el embalse de La Loteta. La importante diferencia en la calidad del agua de esas tres fuentes (sustancias supendidas principalmente) va a influir de forma importante en la cantidad de tratamiento que va a requerir, y sobre todo en la cantidad de lodos y fangos que se tendrán que procesar y eliminar.
          • Precloración y coagulación.
          Se añade cloro y sulfato de alúmina al agua recién recibida. El efecto de estas dos sustancias es eliminar mediante oxidación toda la materia orgánica (incluyendo los microorganismos) y fomentar el proceso de coagulación. Este proceso permite que las partículas de materia inorgánica en suspensión, principalmente de escala nanométrica y cargadas eléctricamente, puedan unirse entre sí, de forma que se aumenta la velocidad de sedimentación. El agua se agita contínuamente para favorecer la mezcla de estos componentes.
          Antiguamente también se añadía carbón activo durante esta etapa, para eliminar buena parte de las sustancias orgánicas disueltas. Eso suponía un gasto enorme de carbón activo que iba a parar a los resíduos, por lo que se cambió el procedimiento.
          • Desbaste.
          El agua se hace pasar por una reja de desbaste, que elimina los elementos gruesos, como basura, ramas, pequeños animales, que son arrastrados mediante un rastrillo fuera del agua.
          • Floculación y decantación.
          El agua  a sedistribuye a continuación a los tanques de sedimentación, donde se le añade una sustancia defloculante, un polímero polielectrolito, que actúa como núcleo de aglomeración, permitiendo que la mayoría de las partículas, que aunque son ya mas grandes, siguen en suspensión, crezcan hasta tener un tamaño suficiente para que se depositen en el fondo de los estanques de decantación. Los decantadores son unos depósitos cilíndricos de 6 metros de profundidas y 28 de diámetro. El reposo del agua en estos depósitos permite la separación por una parte de agua mucho más limpia, y por otra parte, de lodos. Estos lodos se recogen por la parte inferior de los decantadores y se derivan a la planta de tratamiento de lodos. Este proceso ya elimina más del 90% de las sustancias suspendidas en el agua, pero aún no es suficiente como para que sea potable. El agua limpia, recogida por desbordamiento en la superficie, se canaliza a los estanques de filtrado.
          • Filtración sobre arena y carbón activo.
          Los estanques de filtrado tienen en el fondo una capa de 1 metro de espesor de carbón activo. El carbón activo tiene una gran superficie específica, por lo que es capaz de adsorber gran cantidad de sustancias antes de colmatarse. El agua que llega a estos depósitos, debe circular desde la superficie hasta los desagues del fondo, atravesando el lecho de carbón activo.

          El lecho debe limpiarse cada 3 días para que siga filtrando correctamente. Durante el proceso de limpieza, se invierte el sentido de circulación. Primero se inyecta aire a presión desde unas toberas en el fondo, para descompactar el lecho de carbón. Las partículas suben y se separan. A continuación se hace circular agua desde el fondo, donde estaba la salida anteriormente, hacia arriba, hacia el canal de entrada. Este agua, que arrastra todos los residuos del carbón, (y parte del carbón activo), también se deriva a la planta de tratamiento de fangos.

          Este procedimiento consume mucho menos carbón activo que el anterior, ya que solo hay que reponer las pérdidas que se produzcan durante el proceso de limpieza de los filtros. Todavía no han tenido que renovar los filtros en su totalidad, y llevan más de un año usándolos.
          • Bombeo a los depósitos, Desinfección final y Salida a distribución
          Evolución del consumo diario de agua en Zaragoza en las últimas décadas.
          El agua filtrada se bombea hacia los depósitos de almacenamiento, donde, una vez analizada que es apta para consumo, se clora en las cantidades necesarias. Desde los depósitos de almacenamiento se distribuye a la red de la ciudad, atendiendo a la demanda. La ciudad de Zaragoza consume una media de 165.000 m3 al día. Como las cuatro balsas contienen un total de 200.000 m3, pueden hacer frente a la demanda en caso de paralización de la planta por una avería.

          Dureza del agua de Zaragoza
          Según la página web del ayuntamiento, la dureza actual del agua es de 240 mg/l CO3Ca.

          Reflexión personal.
            La visita o "excursión", interesante ya que nunca antes la había realizado, puede ser muy interesante para los alumnos de secundaria. Presentar el ejemplo real de operaciones físicas y químicas que ya conocen, les puede ayudar a comprender mejor la utilidad real de lo que aprenden en clase. Comprender mejor ideas como el reciclaje, la reutilización (el agua siempre es la misma), la escasez de los recursos naturales, puede ayudarles a comprender y valorar mejor la calidad de vida que tienen.

            Como complemento a la visita, habría que preparar dos clases de teoría, una antes de la visita, para explicar en qué va a consistir la visita, repasar algunos conceptos que ya conocer, o introducir otros (como la acción del carbón activo). En la sesión posterior, se resolverán dudas, y se contestará a un cuestionario de preguntas sobre la visita que se les habrá entregado en la primera sesión.

            En otra entrada del blog desarrollo la planificación y estructura de una visita realizada a la potabilizadora de Casablanca realizada por alumnos de Secundaria.

            tablas periódicas alternativas

            Cuando se enseñan los elementos químicos en física y química en 3º de la ESO, y se explica la tabla periódica de Mendeleïev y cómo a partir de su clasificación se llega al modelo actual del Sistema Periódico, se nombra que existieron otras formas de ordenar la tabla. Y es que esta tabla tiene algunos problemas:
            • La posición del hidrógeno, que puede colocarse en varias posiciones diferentes, y no coincide en propiedades en ninguna de ellas con exactitud.
            • La falta de espacio para los lantánidos y los actínidos, que tienen que ponerse fuera de la tabla, debajo de ella.

            Una forma de solucionar ese problema es recurrir a dimensiones extra, colocando cada tipo de orbital en un eje diferente. De esta forma se pueden colocar todos los elementos en la tabla, y en la posición en que deberían estar. El problema de esta disposición es la ilegibilidad.

            Esta representación me encanta. Diseñada por Theodor Benfey en 1964, permite colocar todos elementos, ordenados por número atómico, conservando los periodos, incluyendo lantánidos y actínidos, mostrando que los metales de transición también son algo especial, y además seguirá disponiendo de hueco para cuando, si, se descubren elementos superiores al 120, cuando supuestamente aparecería un nuevo tipo de orbital, superior al f. Esta disposición deja espacio para añadir propiedades a la lista de elementos.

            Para terminar, presento las fotografías de varias tablas periódicas vistas durante la visita al Museo de la Ciencia de Tarrasa:




            mapas conceptuales

            Añado aqui unos cuantos mapas conceptuales que he realizado para la asignatura "Contenidos disciplinares de química"

            La entalpía (pulsad para ampliar)
            La energía interna (pulsad para ampliar)
            La entropía (pulsad para ampliar)

            lunes, 28 de febrero de 2011

            Precipitación del cloruro de amonio

            En la asignatura de Contenidos Disciplinares de Química, se nombró la reacción de ácido clorhidrico y amoniaco para dar cloruro de amonio. Mientras que ambos reactivos son líquidos, el producto es un sólido, un polvo blanquecino. Además la reacción es bastante rápida, exotérmica y espectacular en definitiva.
            Así que me puse a buscar más información sobre ella, y lo que encontré es algo muy bonito, que se puede enseñar como experiencia en secundaria:



            Este es un proceso físico de cristalización. Lo que han hecho ha sido disolver la sal de cloruro de amonio en agua destilada bien caliente, hasta que la disolución esté completamente saturada. A continuación se deja enfriar lentamente, con lo que se consigue una sobresaturación. Como el polvo de cloruro tiene algunas pocas  impurezas que sirven como núcleos de cristalización, bastan unos leves golpes o movimientos para que el sólido empiece a cristalizar en enormes cristales grandes como copos de nieve.

            ¡Es Precioso!

            Como curiosidad, decir que el cloruro de amonio se toma como referencia para fijar la escala de temperaturas Fahrenheit. Se usa una mezcla de agua, hielo y cloruro de amonio disuelto: Esta disolución tiene la propiedad de que es frigorírica: alcanza una temperatura de equilibrio independientemente de la temperatura inicial de sus componentes: por ejemplo la mezcla de agua y hielo siempre se estabiliza a 0ºC. La mezcla con el cloruro de amonio se estabiliza a -17,8ºC, o 0ºF. 

            sábado, 26 de febrero de 2011

            Aire, atmósfera y contaminación

            He encontrado esta noticia sobre la reciente problemática relacionada con la calidad del aire y la nube contaminante sobre Madrid.

            Calidad del aire en España

            Según este artículo, la calidad del aire que respiramos la mayoría de los españoles es mala. El 75% respiran aire con niveles de contaminación superiores a lo recomendable. Aunque el informe es de Ecologistas en Acción, está basado en los datos obtenidos en las centrales de las redes de medición de varias comunidades autónomas.

            Esta mala calidad del aire termina por causar primero enfermedades respiratorias, también cardiovasculares, y finalmente es causa de muertes.

            El artículo termina recomendando algunos métodos que pueden ayudar a reducir la contaminación en las ciudades, principalmente potenciar el transporte público y los métodos de transporte no contaminantes.