Luciferov

Acá va una unidad didáctica que hice para una materia de la facultad. Espero que les sirva. En el proceso de enseñanza/aprendizaje debe intervenir una ideología de la enseñanza a fin de que pueda ser lo más completa posible desde un trabajo profesional del docente. Sharp y Green definen muy concretamente el marco de la ideología en la enseñanza: Una ideología de la enseñanza incluye aspectos cognitivos y valorativos, ideas generales y supuestos sobre la naturaleza del conocimiento y la naturaleza humana; esta última implica creencias sobre la motivación, el aprendizaje y la educabilidad (…).También habrá supuestos sobre el carácter de las tareas que deben realizar los profesores, las habilidad y técnicas requeridas y sobre como es posible adquirirlas y desarrollarlas. Finalmente, la ideología contendrá criterios para la evaluación del rendimiento adecuado (…). En síntesis, la ideología de la enseñanza involucra una amplia definición de la tarea y un conjunto de estrategias para realizarla, todo ellos en un plano relativamente alto de abstracción. Mi fundamentación de la unidad didáctica está basada según los tres elementos que conforman el proceso de enseñanza/aprendizaje porque creo que es una manera sencilla de organizar lo aprendido en la materia didáctica especial y taller de física. Estudiante: Los estudiantes en su totalidad traen consigo ideas sobre la materia que se les va a enseñar. Estas ideas poseen características bien definidas y son uno de los principales obstáculos con los que se enfrenta tanto el profesor como el estudiante para lograr los objetivos de la enseñanza y el aprendizaje. Las características más importantes de las ideas previas de los alumnos son (de Posada, J.M.): - La concepción alternativa constituye un modelo explicativo. Este puede evolucionar a medida que se construye el conocimiento. - Estas ideas son movilizadas en el transcurso de actividades. Esto nos permite inferirlas por medio de las actividades, puesto que el sujeto no es conciente que las posee. - Estas ideas tienen una génesis social a la vez que individual. - Se han encontrado paralelismos entre la evolución de determinados conceptos en la historia de las ciencias y las ideas que los alumnos mantienen sobre ellas en su propio desarrollo cognitivo. La importancia de estas ideas previas es que influirán sobre la forma de observar y de aprender de los alumnos. Por lo tanto, los investigadores trabajan sobre cómo abordar estas ideas previas para lograr el objetivo de la enseñanza. Un método muy aceptado para es el modelo de cambio conceptual. Este propone algunas condiciones para que los alumnos logren la transformación esperada de sus concepciones. Strike y Posner sugieren cuatro condicionen en los alumnos: - Estos deben encontrarse insatisfechos con sus propias concepciones. - La nueva concepción debe ser comprensible. - La nueva concepción debe resultar plausible. La concepción presentada deberá resolver de forma satisfactoria los problemas que la anterior no resolvía. - La nueva concepción debe ser fructífera, es decir, que al ser aplicada a nuevas situaciones deberá resolverlas con éxito. Así, los diferentes modelos de enseñanza mediante cambio conceptual parte de las ideas previas que traen los estudiantes. Plantean cuestiones o actividades para que exterioricen sus concepciones aplicándolas en las actividades concretas. A continuación son introducidas cuestiones en las que al utilizar dichas ideas llegan a situaciones imposibles o claramente erróneas. Se les hace percibir a los alumnos la existencia de conflictos para que puedan aceptar las concepciones científicas que el profesor va a impartir a continuación. Por último se aplica el esquema científico a nuevas situaciones con resultados coherentes. Unidad didáctica: Diseñar una unidad didáctica para llevarla a la práctica, es decir, decidir qué se va a enseñar y cómo, es la actividad más importante que llevan a cabo los enseñantes, ya que a través de ellas se concretan sus ideas y sus intenciones educativas. (Sanmartí). Para que el profesor pueda decidir necesita disponer de criterios que le ayuden a este fin. Los criterios que nosotros utilizamos son: -Criterios para la definición de objetivos: En su definición influyen los valores e intereses de todo enseñante, las orientaciones ministeriales y los acuerdos en relación al proyecto educativo y curricular del centro, y los antecedentes del grupo clase en cuanto a intereses, niveles de desarrollo, hábitos y conocimiento previos. -Criterior para la selección de contenidos: Los contenidos se distinguen entre conceptos, procedimientos y actitudes. Los conceptuales hacen referencia al conjunto de hechos, objetos o símbolos que tienen características comunes. Los contenidos procedimentales incluyen reglas, técnicas, métodos, destrezas y estrategias. Así, son contenidos procedimentales, leer, dibujar, observar, calcular, clasificar, traducir, recortar, etc. El término contenido actitudinal engloba una serie de contenidos que a su vez podemos agrupar en valores, actitudes y normas (Zabala Vidiella). La secuenciación de contenidos debe favorecer a que los modelos iniciales de los estudiantes evolucionen, desde sus representaciones alternativas a otras mas complejas, cercanas a los modelos científicos. (Sanmartí) -Criterios para la secuencia de actividades: Las actividades deben estar organizadas y secuenciadas, deben posibilitar un flujo de interacciones con y entre el alumnado y entre el alumnado y el profesorado. Estas actividades deben plantear situaciones propicias para que los estudiantes actúen y sus ideas evolucionen en función de su situación personal. Desde la postura constructivista estas actividades tienen la función de estimular el conflicto cognitivo y el cambio conceptual. Así, actualmente la secuenciación de actividades tiene algunos rasgos comunes: - Actividades de iniciación, exploración, explicitación. -Actividades para promover la evolución de modelos iniciales, de introducción de nuevas variables, de identificar nuevas formas de observar y de explicar… -Actividades de síntesis, elaboración de conclusiones, estructuración del conocimiento… -Actividades de aplicación, transferencia a otros contextos, de generalización… -Criterios para la organización y gestión del aula: La unidad didáctica debe prever también una organización y gestión del aula orientada a crear entornos de aprendizaje que fomenten un ambiente de clase y unos valores favorables a la verbalizacion de las ideas y de las formas de trabajo que fomenten el intercambio de puntos de vista, el respeto a todos ellos, su confrontación y elaboración de propuestas consensuadas. Los problemas en su totalidad son problemas escolares, y en su mayoría, según la clasificación de Pozo, pequeñas investigaciones. Estas tienen la característica de que los alumnos deben realizar un trabajo practico para obtener las respuestas a un problema planteado. También tienen la particularidad de aproximar el trabajo de los estudiantes al trabajo que desarrollan los científicos. El resto de los problemas propuestas, cualitativos o cuantitativos, según Pozo, fueron seleccionados según se ajusten mejor a la secuenciación de actividades. El término trabajo práctico se refiere a actividades en las que los alumnos han de utilizar determinados procedimientos para resolverlos, procedimientos relacionados con el trabajo de laboratorio. Estas actividades tienen algunos rasos en común. - Son realizadas por los alumnos con un grado variable de participación en su diseño y ejecución. -Implican el uso de procedimientos científicos de diferentes características y con diferentes grados de aproximación en relación al nivel de los alumnos y alumnas. -Requieren el uso de material específico, semejante al utilizado por los científicos. - Encierran ciertos riesgos, ya que la manipulación de material o la realización de excursiones aumenta el peligro de accidentes. -Son más complejas de organizar que las actividades habituales del aula. Para la preparación de los trabajos prácticos es necesario definir y valorar los conocimientos previos, identificar los principales aspectos de la practica que pueden presentar dificultad, y seguir atentamente el trabajo de los alumnos para prestar la ayuda necesaria, y por ultimo realizar actividades de recapitulación y síntesis para que valoren las conclusiones a las que se ha llegado y el proceso de trabajo seguido. (del Carmen) La unidad didáctica tiene como objetivo una formación integral de las capacidades del alumnado. Por lo tanto el alumno debe ser evaluado según este objetivo. Así, la evaluación tiene varias fases: -Evaluación inicial: Esta evaluación trata de responder preguntas como qué saben los alumnos en relación a lo que les quiero enseñar, qué experiencia han tenido, qué son capaces de aprender, etc. Esta primera evaluación permite establecer el tipo de actividades que facilitarán el aprendizaje de cada chico y chica. -Evaluación reguladora: Esta evaluación pretende tener conocimiento sobre cómo aprenden los estudiantes a lo largo del proceso enseñanza/aprendizaje para poder adaptar las actividades a las necesidades que surjan. -Evaluación integradora: Esta tiene como objetivo conocer y valorar todo el recorrido que ha seguido el alumno. (Zabala Vidiella) Profesor: Es necesario comprender qué es la ciencia para poder enseñar ciencias de tal manera que contribuya a la formación integral del alumnado. (Izquierdo) La visión de la ciencia surgida del trabajo de los historiadores y los filósofos de la ciencia ha generado conceptos muy parecidos a las nuevas perspectivas que los científicos cognitivos proponen sobre cómo aprender ciencia los niños. Esta noción propone que” el desarrollo del conocimiento científico se entiende mejor como una serie de cambios en las explicaciones básicas, teorías, que dan los científicos sobre cómo y por qué funcionan las cosas.” (Duschl, R.) ” En otras palabras, tanto los procesos de aprendizaje como el crecimiento del conocimiento en el campo de la ciencia suponen mecanismos en los que las nuevas ideas sustituyen a las antiguas” (Duschl, R.). Estos conceptos son valiosos para el profesor puesto que le permiten añadir otras dimensiones que le ayuden a orientar sus prácticas. Un rasgo distintivo de esta perspectiva de enseñanza es la participación activa y el dialogo que se produce entre el profesor y los estudiantes y entre estos últimos. Es preciso que el dialogo identifique los conceptos iniciales, que ponga en tela de juicio los que son inadecuados, que introduzca conceptos más sofisticados y que demuestre cómo el nuevo concepto contribuye a una comprensión más completa y rica del mundo natural. Para esto La nueva idea debe ser aplicada en nuevas situaciones para establecer por qué es una explicación o un concepto más potente. (Duschl, R.) Cuando los profesores hacen del cambio de teoría y de la revisión un objetivo de su planificación y de su diseño de instrucción, contribuyen al desarrollo de un clima en el aula y de un currículo de ciencias que describe con más precisión y promueve el desarrollo del conocimiento científico. La historia de la ciencia hace aportes en muy diversos aspectos para la enseñanza de la ciencia, aportes tales como conocer las dificultades y concepciones de los alumnos, sugerir metodologías o modelos didácticos, orientar la selección y secuenciación de actividades. Particularmente, dentro de un marco constructivista en el que el alumno posee concepciones previas que son sustituidas progresivamente por las ideas científicas, la historia de la ciencia muestra que estas concepciones coinciden con ideas que fueron sostenidas en el pasado, en otras palabras, existe un paralelismo entre la evolucion de algunso conceptos en la historia de las ciencias y esos mismos conceptos en el desarrollo cognitivo de los alumnos (Posada). Así, por ejemplo, la idea del calor como sustancia, tal cual se concibió en la teoría del calórico, de la cual nos servimos nosotros para lograr un modelo explicativo más abarcador del que ya poseen los estudiantes. Esta concepción a la que apelamos será sustituida en unidades posteriores por una idea del calor como energía. Desde la dimensión epistemológica el profesor puede tomar las ideas sobre qué es la ciencia y en qué se basa la actividad científica para enseñar a pensar científicamente a los estudiantes (Izquierdo). UNIDAD DIDACTICA ¿Cuales son las ideas previas sobre calor y temperatura de los estudiantes? • Valoración de la temperatura según el tacto; caliente o frío. • El concepto de calor y el de temperatura son indistinguibles entre sí. • Noción de equilibrio térmico: Dos cuerpos que están en contacto, después de un tiempo llegan a la misma temperatura, por ejemplo los alumnos saben que los cuerpos que se encuentran en una habitación, tienen la temperatura de la habitación. ¿Qué es lo que aprenderán en esta unidad de nuevo? • El tacto es útil para saber la diferencia de temperatura de los objetos respecto de nuestro cuerpo. • Debido a la diferencia de temperatura entre dos cuerpos se produce una transferencia de calor de uno hacia otro. • Diferenciación entre calor y temperatura. • Expresión matemática para el calor transferido de un cuerpo o sustancia a otra. Q =c x m x Δt. Contenidos conceptuales: • Lo que sentimos al tocar un objeto es una estimación de la diferencia de temperatura de este respecto de la mano. • Dirección en que se transmite el calor de un cuerpo a otro: cuando a dos cuerpos que están a distinta temperatura se los pone en contacto, se produce una transferencia de calor del cuerpo de mayor al de menor temperatura • Diferenciación entre calor y temperatura • El calor que cede o recibe un cuerpo o sustancia es proporcional a: - Salto térmico del cuerpo o sustancia. - La masa del cuerpo o sustancia. - Al calor específico del cuerpo o sustancia. Contenidos procedimentales: • Diseño y realización de una experiencia vinculada con el calor; creación de la experiencia, indagación en cuanto a los materiales necesarios para la experiencia y en cuanto a que mediciones deben realizarse. • Utilización de elementos de medición; termómetro y cronómetro. Medición de magnitudes condicionadas por la graduación de la escala de estos elementos. Contenidos actitudinales: • Los alumnos deben poder llegar a un acuerdo en la discusión de ideas en un grupo, y en cuanto a criterios para evaluar sus propios trabajos. • Los alumnos deben organizarse en el grupo de manera de poder llevar a cabo de forma organizada y eficiente las actividades. • Los alumnos deben ser respetuosos con las propuestas de sus compañeros. • Los alumnos deben tener una actitud ante el conocimiento que se acerque a una actitud científica. Actividad de iniciación Actividad I (evaluación inicial): a) ¿Cómo puede uno estimar la temperatura de un objeto o de una sustancia? ¿Por qué? Respuesta: Tocándolo. Así nos damos cuenta de que algo está frío o caliente. Porque si acerco la mano me quemo o lo siento muy frío. Comentario para el profesor: A partir de esta actividad pretendemos sacar a flote las ideas previas de los alumnos. Aquí se explicita que tienen una noción de la temperatura vinculada a los sentidos, particularmente al tacto. Esta es su representación de temperatura. A partir de esta respuesta, donde aparece la idea previa, construiremos actividades para acercar sus concepciones a las desarrolladas por la ciencia. Esta actividad se trabaja en dos etapas: La primera se desarrolla en forma individual, para que aparezca la idea previa de cada estudiante, y en un segundo momento se realiza una puesta en común con lo que aporta cada alumno, atendiendo con esto a las distintas concepciones. En esta actividad se trabajan contenidos conceptuales ya que los estudiantes expresan sus nociones a cerca de aspectos relacionados a la medición de la temperatura. Actividades para promover la evolución del modelo inicial Actividad II: Reúnanse en grupos de cuatro personas para realizar la siguiente actividad Para esta actividad serán necesarios dos voluntarios para realizar el experimento, mientras que los otros dos estudiantes serán encargados de llevar el registro de todo lo trabajado (Información obtenida, discusión y conclusiones). Cada grupo tiene tres recipientes; una con agua caliente, otra con agua a temperatura ambiente, y una tercera que tiene una mezcla de agua con hielo. Ahora bien, uno de los estudiantes sumerja la mano derecha en el recipiente que posee agua con hielo, mientras su compañero hace lo mismo pero en el recipiente que posee agua caliente, y dejen su mano sumergida en agua durante un tiempo mayor a un minuto. A continuación, ambos coloquen la mano derecha en el recipiente que contiene agua a temperatura ambiente. Ahora respondan: ¿Qué sensación le da a cada uno tocar este mismo recipiente con agua a temperatura ambiente? ¿Caliente, frío, templado? ¿Qué piensa a cerca de lo que dice su compañero? Respuesta: Uno de nosotros (el estudiante que tocó primeramente el recipiente con agua fría) sintió que el agua a temperatura ambiente está tibia. El otro (el que tocó al principio el recipiente con agua caliente) sintió que el agua a temperatura ambiente está fría. Creemos que alguno de los dos está equivocado pero no sabemos quién, por lo que no podemos llegar a un acuerdo respecto a la temperatura del agua. Comentario para el profesor: El objetivo de esta actividad es que lo estudiantes pongan en duda la concepción de que al tocar algún objeto o sustancia lo que miden es la temperatura. En la actividad se genera un conflicto entre lo que dice cada uno de los alumnos al no poder llegar a un acuerdo sobre si el agua de la canilla está fría o caliente o templada. El profesor intervendrá guiando la discusión con preguntas al grupo; Profesor: ¿Ustedes piensan que con la mano midieron la temperatura del agua? Alumnos; No, porque el agua tiene solo una temperatura, y nosotros tuvimos dos sensaciones distintas. Profesor: ¿por qué piensan que tuvieron dos sensaciones distintas? Alumnos: Porque uno tocó agua muy fría, se le enfrió la mano. Después con la mano muy fría tocó el agua que está a temperatura ambiente (que está mas caliente que la mano) y por lo tanto la sintió caliente al agua. En cambio el otro primero tocó agua caliente y se le calentó la mano. Con la mano caliente tocó el agua a temperatura ambiente (que está mas fría que la mano) y la sintió fría. Profesor: Entonces ¿Qué creen que sintieron ustedes? Alumnos: Medimos la diferencia de temperatura entre la mano y el agua a temperatura ambiente Profesor: entonces el tacto nos sirve no para medir temperaturas sino para estimar diferencias de temperaturas. La forma en que se abordan las actividades es de manera grupal, de manera que los alumnos debatan sobre los resultados de la experiencia y las preguntas del profesor. En esta actividad se trabaja contenido conceptual: ya que los estudiantes comprenden que a través del tacto no se mide la temperatura de algo, sino una estimación de la temperatura de la sustancia respecto de la mano (mayor o menor). . Actividad III: Armar grupos de cuatro personas y realizar las siguientes actividades: 1) Discuta cada grupo la siguiente situación problemática: Suponga que sobre una mesa hay dos termos iguales que en su interior contienen agua caliente a la misma temperatura. Mientras un termo está lleno, el otro contiene la décima parte de su capacidad con agua caliente. Luego, en cada termo se sumergen dos barras de metal idénticas, (el agua de cada termo cubre la barra de metal), y espera durante un tiempo hasta que se igualan las temperaturas de las aguas y las barras. ¿Cómo serán las temperaturas finales de ambas barras? ¿Por qué? Proponer una respuesta en la que acuerde todo el grupo. Respuesta: Suponemos que como los termos tienen la misma temperatura, la temperatura final de ambas barras de metal serán las mismas. Porque el agua de cada termo le transmite la temperatura a las barras. 2) Mida con un termómetro la temperatura (que llamaremos temperatura inicial) del agua de cada termo para corroborar las condiciones iniciales de temperatura del agua de cada termo (80ºC). También mida con otro termómetro la temperatura ambiente, que es la misma temperatura que tiene la barra por estar en el ambiente. Después deposite cada barra dentro de los termos y espere algunos minutos para que la temperatura se estabilice en un valor constante, que será la temperatura del sistema agua-barra (que llamaremos temperatura final). Así pueden obtener la temperatura de la barra midiendo con el termómetro la temperatura del agua. Dividan las tareas de manera que puedan realizar la experiencia, recolectar los datos y también los argumentos de las discusiones que sean de utilidad para verificar la respuesta de la primer pregunta. Dividan la hoja de datos en dos partes, una para cada caso, a fin de tener un seguimiento más ordenado del experimento. a) ¿Coinciden los valores obtenidos en el experimento con las hipótesis que plantearon con su grupo? Respuesta: No, las temperaturas finales de ambas barras son distintas. 3) Aquí el profesor entrega una hoja con el texto y el cuestionario a cada grupo. Texto: El calor y la temperatura Cuando se ponen en contacto dos cuerpos que tienen distinta temperatura, el cuerpo más caliente cede calor al más frío, hasta que ambos cuerpos quedan a una misma temperatura (temperatura final del sistema que constituyen los objetos). Este es el conocido estado de equilibrio térmico . Esto se debe a una transferencia de “algo” de un cuerpo al otro. Los primeros científicos sostenían que existía “algo” que poseían los cuerpos y que en virtud de la transferencia de éste los cuerpos varían la temperatura. Históricamente a este “algo” se lo llamó fluido calórico. Se cacterizaba por ser un fluido insípido, incoloro e ingrávido que se conservaba en las transferencias de un cuerpo a otro. Su unidad era la caloría. En algunos casos los cuerpos que reciben calor aumentan su temperatura, mientras que los cuerpos que pierden calor disminuyen su temperatura. Por otro lado el calor viaja desde lo que tiene más temperatura hacia lo que tiene menos temperatura, así como cuando tenemos un té caliente, este cede calor al ambiente por lo que disminuye su temperatura. ¿Encuentra alguna relación entre el texto y el problema anterior de las barras de metal? a) ¿Puede decir ahora qué es lo que se transmite entre el agua y las barras y desde dónde y hacia dónde se dirige? Respuesta: Lo que se transmite es fluido calórico. Y va desde el cuerpo que tiene más temperatura al que tiene menos temperatura o sea desde el agua hacia las barras. b) ¿Puede explicar a partir del texto por qué aumentan las temperaturas de las barras? Comente con el profesor sus conclusiones. Respuesta: El agua le proporciona fluido calorífico a las barras, y esto hace que aumente la temperatura de las barras. c) Con la ayuda del profesor realice un análisis con los nuevos conceptos que aportó el texto y elabore conclusiones. Comentario para el profesor: En esta actividad suponemos que los alumnos saben que si ponemos en contacto agua caliente y un metal que tiene otra una temperatura dentro de un mismo termo, el agua y el metal llegarán a la misma temperatura luego de un tiempo. Uno de los objetivos de esta actividad es que los alumnos aprendan que en el problema de la barra lo que se transmite es el calor. Con respecto al problema, en un principio los alumnos van a pensar que las temperaturas finales de ambas barras serán las mismas (idea basada en que los alumnos piensan que el agua le transmite su temperatura al cuerpo). A partir de la actividad 2 medirán que las temperaturas finales de ambas barras son distintas, a pesar de que el agua de los dos termos tiene la misma temperatura inicial. Lo que aprenden los alumnos es que la barra que se encontraba en el recipiente con mayor cantidad de agua “absorbió” mas calor que la otra barra. En la actividad 1) reaparece la confusión entre calor y temperatura; ya que los alumnos piensan que lo que le transmiten ambos recipientes a las barras es temperatura. En la actividad 2) Realizan la experiencia y observan que ambas barras llegan a temperaturas distintas que no era lo que ellos esperaban. También buscamos que los alumnos se replanteen el problema, y lleguen a la conclusión de que en este problema lo que se transmite no es temperatura. El profesor debe guiar esta parte de la actividad haciendo las preguntas necesarias para que los alumnos replanteen sus nociones y logren ampliar sus modelos explicativos a partir del texto de la siguiente actividad. Algunas preguntas pueden ser: -Profesor: ¿Piensa aún que el agua de cada termo le transfiere su temperatura a la barra? -Alumnos: No, de hecho ninguna de las barras llegó a la temperatura que tenía el agua al principio. -Profesor: ¿Qué se transmite entre ellas? -Alumnos: Temperatura no se transmite, hay algo que se transmite entre el agua y la barra que hace que la barra suba su temperatura. -Profesor: El siguiente texto puede ayudarlos a mejorar su interpretación del experimento. Antes de finalizar esta actividad II) el profesor hace una recapitulación con ayuda de los alumnos y la escribe en el pizarrón: -Primero pensaban que las temperaturas finales de las barras serían iguales. Después de la experiencia ponen en duda su idea inicial. - Concluimos que hay algo que se transmite entre el agua y la barra que hace que aumente la temperatura de la barra. Con la actividad 3) buscamos que los alumnos utilicen el texto para explicar que hay una transferencia de calor entre el agua y la barra, y que la diferencia entre las temperaturas finales de las barras se da por la cantidad de calor transferido. El profesor debe guiar las respuestas y anotar las conclusiones. Una vez introducido el concepto de calor a partir del texto el profesor debe ayudar a los alumnos a hacer las relaciones entre el calor y las temperaturas de las barras y las masas del agua para que logren una generalización. Un cuadro comparativo en el pizarrón puede ayudar a este propósito. Las preguntas a los alumnos pueden ser: Profesor: Si llamamos Δt (salto térmico) a la diferencia entre la temperatura inicial de la barra y la temperatura final. ¿Qué barra tiene mayor Δt? ¿Por qué? Alumnos: La barra que llegó a mayor temperatura. Porque se calentó más, absorbió más fluido calórico. Profesor: ¡Muy bien! Ahora si llamamos Q al calor absorbido por esta barra podemos concluir que mientras más calor absorbe la barra mayor es su temperatura final y, por tanto, mayor es el salto térmico. En términos matemáticos esto quiere decir: Q ~ Δt Alumnos: Sí. Profesor: Ahora bien, el calor que cede el agua del termo es absorbido en su totalidad por la barra. Entonces ¿Cómo creen que serían entre sí los calores cedidos por las aguas a las barras y por qué? Alumnos: Uno es mayor que el otro. Profesor: ¿Cuál agua cede más calor? Alumnos: El agua con la barra que llega a una temperatura más alta. Profesor: Bien! Y ¿Por qué creen hay esta diferencia? Alumnos: Porque el termo con agua que cede más calor tiene más agua, mas masa. Profesor: Entonces podemos decir que mientras más masa tenga el agua más calor puede ceder. Alumnos: Sí. Profesor: En vista de lo analizado hasta aquí, ¿Se les ocurre cómo es la relación entre el calor y la masa? Alumnos: El calor es proporcional a la masa de agua. Profesor: Con esta conclusión hemos llegado al punto culminante de esta actividad. Tenemos otra variable más que interviene en el calor y lo podemos escribir así: Q ~ m Profesor: Hasta el momento vimos calor que cede el agua depende de la masa de agua y que el calor que absorbe la barra depende del salto térmico que se de en ella. Ahora expresemos esto en términos matemáticos para lograr una generalización para la expresión del calor. Escribimos: Q ~ m x Δt Esta relación de proporcionalidad es válida tanto para el calor cedido como absorbido. Aquí el profesor debe hacer una recapitulación del análisis: - Ese algo que se transfiere se denomina calor. - El calor depende tanto de la masa como del salto térmico del cuerpo que lo absorbe o lo cede. Los contenidos conceptuales trabajados son: Calor y las causas y efectos de su transferencia. Contenidos procedimentales: Medición de temperaturas y procedimientos necesarios para realizar la experiencia. Contenidos actitudinales: Trabajo en grupo, organización y discusión y consenso. Evaluación reguladora (actividades de transferencia) Reúnanse en grupos de cuatro personas 1 -A) Cada integrante del grupo proponga ejemplos de la vida cotidiana donde haya transferencia de calor, y explicite qué elemento cede calor y cual recibe calor, 1 -B) Cada compañero lea la propuesta del compañero de la derecha y evalúe según; si hay transmisión del calor, y en cuanto a quien cede y quien recibe calor. Elijan de todas las propuestas la más viable, y diseñen la experiencia para corroborar que hay intercambio de calor, y cuál de los objetos o sustancia cede calor y cuál absorbe calor. Especifiquen qué experiencia es conveniente y con qué criterios la eligieron, qué instrumentos necesitarán y cómo se llevará a cabo. Respuesta: Tenemos que realizar un experimento con dos cuerpos a temperaturas distintas, de manera que haya transferencia de calor entre ellos, el que suba de temperatura es el que recibe calor, mientras el que baja su temperatura es el que cede calor. Comentario para el profesor: El objetivo de la actividad 2 es que los alumnos asocien lo aprendido hasta el momento con situaciones cotidianas. El profesor tiene que dar a conocer a los alumnos en que condiciones se produce intercambio de calor entre dos cuerpos, y qué variable tienen que tener en cuenta para que sea relevante la cantidad de calor transferido. A partir de esto el profesor puede dar algún ejemplo: Profesor: ¿hay transferencia de calor cuando dejamos una taza de té (con agua caliente) en una habitación que está a temperatura ambiente? Alumnos: Sí. Profesor: ¿Cómo se dan cuenta de que hay transferencia de calor? Alumnos: Nos damos cuenta porque el té se enfría a medida que pasa el tiempo. Profesor: Si el té enfría ¿Qué es lo que se calienta? Lo que se calienta es el sector de la mesa que toma contacto con la taza, y también el aire que rodea a la taza., o sea una porción pequeña de aire que rodea la taza de té aumenta su temperatura. Pueden notar que si ustedes ponen la mano arriba de la taza de té sentirán que el aire está más caliente que a los costados, esto es porque el aire caliente es liviano por lo cual sube. Entonces ¿qué deben medir para saber; si hay transmisión de calor, quién cede y quién recibe calor? Alumnos: Debemos medir la temperatura de los cuerpos que están en contacto. También debemos asegurarnos de que el objeto o sustancia que cede calor tenga gran cantidad de masa, y también que exista una diferencia de temperaturas entre los cuerpos que están en contacto alta, para que el calor en tránsito sea considerable. El profesor debe guiar en cuanto a los criterios para elegir la experiencia; un criterio muy importante es que los materiales no sean muy difíciles de conseguir o muy caros, y por otro lado que existan aparatos que midan lo que ellos quieren medir. En esta actividad se trabajan contenidos procedimentales, ya que los estudiantes deben diseñar una experiencia y realizarla, determinando qué experiencia es conveniente, qué instrumentos necesitarán, cómo se llevará a cabo. También se trabajan contenidos conceptuales ya que se asocia el calor transmitido con las diferencias de temperatura de dos cuerpos. Por otro lado los estudiantes deben identificar qué variables están relacionadas con la transmisión del calor. En esta actividad hay contenidos actitudinales, ya que entre los estudiantes deben corregir sus propuestas y deben ser respetuosos, y deben llegar a un acuerdo en grupo con respecto a cuál propuesta es la más viable. Además deben ponerse de acuerdo en cuanto a los criterios para elegir la actividad. 2 -Explicar, a partir de lo visto hasta el momento, qué ocurre en problema de los recipientes de la actividad II). Respuesta: Cuando mi compañero pone la mano en el agua fría la mano le cede calor al agua fría y por lo tanto la mano disminuye su temperatura. Después, cuando pone la mano en la palangana de agua a temperatura ambiente, la temperatura de la mano está por debajo de la temperatura de esta agua y entonces fluye calor desde el agua a la mano. Es por eso que mi compañero la sintió caliente, porque sintió ese calor que fluye hacia su mano. Mi otro compañero puso la mano en agua caliente y recibió calor y entonces aumentó la temperatura de su mano. Cuando por fin puso la mano en la palangana de agua a temperatura ambiente, menor que la temperatura de la mano, esta le dio calor al agua. Y por eso la sintió fría, sintió como el calor se escapa de su mano. Comentario para el profesor: El objetivo de esta actividad es que los alumnos relacionen lo estudiado hasta el momento con el problema de los recipientes y así llegar a una explicación. El profesor para guiar la actividad podría hacer preguntas como: Profesor: ¿Por qué se produce la transferencia de calor entre dos cuerpos? Respuesta: Se produce cuando hay dos cuerpos a distinta temperatura en contacto. Profesor: En el problema de los recipientes ¿Existe transferencia de calor? ¿Entre qué elementos? Alumnos: Sí, hay una transferencia de calor, entre la mano y el agua. Profesor: Explicite todos los momentos en que existe intercambio de calor entre las manos y los recipientes, y también digan quién cede y quién recibe calor. Alumnos: Cuando tocan el agua con hielo, también cuando tocan el agua caliente. Luego cuando tocan el agua a temperatura ambiente. En esta actividad se trabajan contenidos conceptuales, ya que volvemos a analizar la actividad de las palanganas con nuevos elementos. Actividad IV Para esta actividad deberán juntarse en grupos de cuatro personas. 1) Discuta con el grupo la siguiente situación problemática: En el laboratorio hay dos ollas, una con agua y otra con aceite de oliva. Ambas tienen la misma masa y están a temperatura ambiente. Ponemos consecutivamente a calentar cada una en un mechero. Ahora bien ¿Cuál de los dos fluidos necesita más calor para llegar a los 90ºc? Respuesta: El calor necesario es el igual puesto que ambos fluidos tienen la misma masa y el salto térmico que se espera es el mismo. 2) Discuta con sus compañeros sobre qué elementos puede utilizar para realizar este experimento y qué precauciones debe tener durante el mismo. Realice esta actividad para corroborar sus hipótesis de trabajo. Anote todos los datos que le ayudarán a analizar el experimento. (Ayuda: el que llegue primero a los 90°c recibe menos calor puesto que está menos tiempo sometido al mechero.) a) ¿Los resultados obtenidos coinciden con los resultados esperados por el grupo? Discuta con su grupo el por qué de los resultados obtenidos y comenten con el profesor: Respuesta: No. Observamos que el aceite llega primero a los noventa grados y por eso recibe menos calor que el agua. Creemos que esta diferencia entre los calores que necesitan es porque un fluido es agua y otro aceite. Comentarios para el profesor: Esta actividad tiene como objetivo que los alumnos aprendan que el calor transferido o recibido depende de la sustancia con la que está hecho el material que cede o recibe calor. Esta actividad tiene dos etapas; la primera etapa es de predicción, en la que utilizarán lo que aprendieron en las actividades anteriores para llegar a una hipótesis de trabajo, y una etapa de comprobación, esta tendrá como objetivo que los estudiantes pongan en conflicto sus ideas iniciales y así logren integrar, reflexionando con ayuda del profesor, la última variable en la transferencia de calor, es decir, el calor específico. Las discusiones serán grupales mientras que los resultados de las discusiones y los datos tenidos en cuenta serán anotados individualmente. Una vez realizada la experiencia el profesor deberá orientar a los alumnos para que lleguen a la conclusión de que el calor cedido o recibido también depende del material involucrado en la transferencia. Una forma posible de guiar esta etapa de la actividad es haciendo preguntas como: Profesor: ¿Qué creen que influyo en el resultado obtenido a partir del experimento hecho? Alumnos: Creemos que fueron los fluidos, uno era agua y el otro aceite. . Profesor: Muy bien. Entonces ¿Pueden decir que el calor absorbido para aumentar sus temperaturas también depende de la sustancia que constituye el fluido? Alumnos: Sí, porque notamos que el aceite recibió menos calor que el agua y aumentó la misma temperatura. Profesor: Ahora con este experimento llegamos a la conclusión de que el calor recibido por los fluidos depende de la sustancia de éste. Representemos esta característica por la letra c y la llamemos calor específico. No está de más decir que podríamos haberla llamado “calor propio” y haberla representado por la letra n. Cada sustancia posee un calor específico propio. Esta constante quiere decir que si ustedes tienen un gramo de dos sustancias y quieren aumentar su temperatura en un grado, la sustancia que tenga mayor calor específico necesitara más calor que la otra para lograrlo. Esto también es así para cualquier sustancia que ceda calor, o sea, si tomamos por caso el aceite y el agua, el aceite disminuye su temperatura, se enfría, cediendo menos cantidad de calor que el agua. Las unidades de calor específico son Cal/gx°c. Por ejemplo el calor específico del aluminio es 0,212 Cal/gx°c y el del alcohol es 0,58 Cal/gx°c. Entonces volvamos a la ecuación Q ~ m x Δt y agreguemos este factor constante que representa la sustancia del material. Q =c x m x Δt. -El calor recibido o cedido solo dependía de la masa y de la variación de temperatura del material o sustancia. -Pusimos en duda la anterior idea por medio de un experimento y tuvimos que agregar una variable más para poder explicar y ajustar nuestras ideas a lo que observamos. -Esta variable caracteriza a la sustancia y se llama calor específico e indica cuánto calor necesita una sustancia para llegar a una temperatura. - Q=c x m x Δt Los tipos de contenidos trabajados en esta actividad son tres. Dentro de los contenidos conceptuales se trabajan los conceptos de calor, temperatura, diferencia de temperatura, salto térmico y se agrega el concepto de calor específico que da una nueva concepción del calor como una igualdad. En los contenidos procedimentales se trabajan la medición de la temperatura y el tiempo que tarda en aumentar la temperatura. De los contenidos actitudinales hay trabajo en grupo, en el que los estudiantes deben organizarse, reflexionar, discutir a partir de las actividades y desarrollar la experimentación teniendo las precauciones necesarias para realizarla. Evaluación Integradora Para esta actividad es necesario que se reúnan en grupos de cuatro estudiantes. 1) Haga un cálculo del calor absorbido por el agua y el calor absorbido por el aceite. Para esto puede ayudarse con el valor del calor específico del agua y del aceite y de los datos recogidos durante la experiencia. Calor específico del agua: 1 cal/gx°c Calor específico del aceite: 0,47 cal/gxc°. Respuesta: X calorías para el agua y W calorías para el aceite. 2- Cada grupo discuta sobre la situación problemática. Luego escriban una respuesta del grupo a cerca de lo que se pregunta. - Situación problemática: Suponga que la temperatura ambiente es menor que la de su cuerpo ¿Cuándo sentimos frío: Si salimos de una pileta con agua más caliente que la temperatura ambiente o cuando la pileta tiene una temperatura por debajo de la temperatura ambiente? ¿Por qué? ¿En qué sentido fluye el calor entre el cuerpo y el ambiente después de salir de la pileta? 3- En la siguiente actividad, cada alumno conteste individualmente. Luego el compañero de la derecha corrija lo que respondió su compañero y debatan acerca de la corrección. Finalmente escriban cual es la opinión de cada uno, y también en qué cosas acuerdan y en qué no. ¿Por qué un cuerpo a temperatura ambiente disminuye su temperatura cuando lo ponemos en la heladera? ¿Por qué al sacar un cuerpo de la heladera aumenta su temperatura? 4- Lea el siguiente diálogo y responda: El papá, le pregunta a su hija: - ¿Qué te pasa, hija? ¿Por qué no te tomas la sopa? Su hija le Responde: - ¡Porque está muy caliente! El padre le contesta: - ¿Por qué no tomas la sopa con una cuchara más chica a) ¿Por qué el padre le dice a la hija que utilice una cuchara más pequeña para no quemarse? Expliquen según lo estudiado en clase. b)Proponga con su grupo una experiencia donde se verifique que variable relacionada con el calor es la responsable de que nos quememos más tomando sopa con una cuchara grande que con una cuchara chiquita. Indique qué se va a medir en la experiencia, cómo se llevará a cabo la misma y las conclusiones de la experiencia. Organicen la división de tareas para realizar la experiencia de manera eficiente. 5-Discuta con su grupo la siguiente situación: Suponga que usted tiene una barra de cobre y una olla con agua. La masa del agua es mucho mayor que la masa de la barra de cobre. Suponga también que el agua está a temperatura ambiente y que la barra está a 90ºc. Ahora bien, arroja la barra de metal dentro del agua con estas condiciones: ¿Cuál tendrá mayor salto térmico, la barra o el agua, sabiendo que el calor específico del agua es 1 cal/gx°c y el del cobre 0,093 cal/gx°c? Bibliografía: - Perales Palacios J. Didáctica de las ciencias experimentales: Teoría y práctica de la enseñanza de las ciencias, España: Editorial Marfil, 2000. - Duschl R. Renovar la enseñanza de las ciencias, España: Editorial Narcea, 1997. - Driver R. Guesne E. Tiberghien A. Ideas científicas en la infancia y la adolescencia, España: Editorial Morata, 1992. - Zabala Vidiella A. La práctica educativa. Cómo enseñar, España: Editorial Grao, 1995. - Pozo J. I. La solución de problemas, Argentina: Editorial Santillana, 1994. - Moreira M. A. La V Epistemológica de Gowin como recurso instruccional y curricular en ciencias, Brasil: Fascículos CIEF, Serie enseñanza-aprendizaje nº 3, 1993. - Heinemann A. G. Física: mecánica, fluidos, calor, Argentina: editorial Estrada, ¿Año? - Resnik. R. Halliday D. Krane S. K. Física: volumen 1, Quinta edición, México: Editorial Patria, 2007. - Maximo-Alvarenga, Física General, Cuarta edición, Editorial Oxford, 2009.