SECUENCIA DIDÁCTICA Cómo es la materia? Bloque III. Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos.

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1 SECUENCIA DIDÁCTICA Cómo es la materia? I. REFERENTE PROGRAMÁTICO Bloque III. Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos. Tema 2. Lo que no percibimos de la materia Subtema 2.1 Un modelo para describir la materia? Experiencias alrededor de la estructura de la materia Las ideas de Aristóteles y Newton sobre la estructura de la materia Aprendizajes esperados Construye modelos de la estructura de la materia y prueba la capacidad de explicar y predecir las propiedades generales de la materia. Analiza algunas de las ideas relacionadas con la composición de la materia que se han propuesto en la historia de la humanidad y las compara con las ideas propias. II. ANTECEDENTES/IDEAS PREVIAS Para el desarrollo de esta secuencia es necesario que los alumnos hayan revisado la idea de materia y sus propiedades mediante diversas experiencias, como se señala en el subtema 1.1 Características de la materia. Qué percibimos de las cosas?, así como la introducción al tema de los modelos, sus utilidad en la construcción de conocimientos científicos y su relación con las habilidades de representación del subtema 1.2 Para qué sirven los modelos? En la investigación educativa existen numerosos hallazgos que señalan el hecho de que los alumnos asocian a la estructura de la materia, la idea de continuidad, es decir, negando la existencia de vacío intermolecular o interatómico. Con respecto a la naturaleza corpuscular de la materia se ha detectado que 1 : La idea ingenua de los niños acerca de la materia se basa en el principio de ver para creer. Las partículas no pueden verse, de manera que éstas necesitan existir en un modelo funcional para explicar el comportamiento de la materia. Los alumnos piensan en la materia como un continuo, muchos de ellos aunque perciben la materia como corpuscular no renuncian del todo a su punto de vista ingenuo, al asignar propiedades macroscópicas a las partículas:..(las partículas pueden) cambiar su forma (sólido o líquido); explotan, se queman, se expanden, cambian de forma y color, o se encogen. Los alumnos no atribuyen movimiento a las partículas de gases. Los estudiantes encuentran difícil imaginar el espacio y de manera intuitiva lo llenan con algo. Estas ideas se han explicado porque los alumnos no tienen evidencias sensoriales al respecto. 1 Kind, Vanesa, (2004), Más allá de las apariencias. Ideas previas de los estudiantes sobre conceptos básicos de química, Santillana/SEP, México, Biblioteca para la actualización del maestro, pp

2 III. ESTRUCTURA DE LA SECUENCIA Momento Propósitos Nivel INICIO Nivel: Cualitativo D E S A R R O L L O Nivel: Cualitativo CIERRE Nivel: Cualitativo Explorar las ideas de los estudiantes acerca de la estructura de la materia. Proponer un modelo acerca de la constitución de la materia y promover su aplicación en la descripción de fenómenos naturales. Reflexionar en torno a las diferentes explicaciones acerca de la materia así como de criterios para seleccionar las que tengan mayor capacidad predictiva ( utilidad ). Reflexionar acerca de las explicaciones personales sobre la estructura de la materia. Cabe señalar, que la intención es detectar las ideas previas de los alumnos con respecto a la estructura de la materia. Actividades Actividad 1. Qué es, qué es, que no lo ves? Experimentar con el aire (puede mover objetos, ocupa espacio, se dilata, se difunde); pedir a los alumnos que describan y expliquen lo que ocurre en cada situación. Cuestionar a los alumnos si el aire es materia. Actividad 2. Una pregunta, varias respuestas. Revisar la funcionalidad de las ideas de Aristóteles con respecto a lo que conforma la materia, mediante ejemplos de materiales que no coincidan con las características enunciadas por los filósofos griegos. Identificar explicaciones de Newton acerca de la materia. Promover discusiones para reconocer la variedad de ideas en la búsqueda de respuestas. Actividad 3. De qué está formado el aire? Realizar una demostración (sacar aire de un recipiente), para que los alumnos reflexionen acerca de lo qué ocurre antes y después de extraer el aire. Se sugiere el uso de anteojos potentes para que imaginen y expresen lo que ocurre. Mostrar representaciones (unas con un modelo continuo y otras con partículas) para que los alumnos seleccionen la que consideren más adecuada. Actividad 4. No es magia. Calentar un recipiente cerrado con un globo para describir y explicar lo que ocurre con el aire del recipiente. Identificar las características de los componentes del aire (movilidad de las partículas), en las representaciones elaboradas (modelos), así como su utilidad para explicar lo sucedido en las experiencias realizadas en las actividades anteriores. Actividad 5. Qué pienso de la materia? - Reflexionar acerca de las respuestas para explicar la experiencia de la extracción del aire (actividad 2); justificar si es correcta, en caso contrario proponer modificaciones. - Considerar el agua (líquida y sólida) para representar cómo está formada y qué ocurre al cambiar de estado. - Reconocer semejanzas o diferencias con las ideas de Aristóteles. Evaluación Tipo/Productos Criterios Eval. Diagnóstica Texto individual en el que se describan y expliquen las situaciones observadas. Texto individual que proponga argumentos sobre si el aire es materia. Eval. Formativa Trabajo en equipo: uso del modelo de Aristóteles. Trabajo individual: Elaboración de explicaciones de antes y después de las diferentes experiencias.. Elaboración de representaciones. Identificación de sus componentes. Eval. Formativa Justificación de las propias explicaciones acerca del aire. Uso del modelo en situaciones diferentes (líquido y sólido). Proponer argumentos a favor o en contra. Identificación del nivel de respuesta: - Descripción. Enunciar características o propiedades. - Explicación. Señalar razones o argumentos lógicos y congruentes. Argumentación del aire como materia, referir propiedades como la masa, el peso y el volumen. Análisis de ejemplos considerando las características (caliente, frío, húmedo seco) del modelo de Aristóteles. Identificación de ideas en las representaciones de antes y después, con respecto a: - Continuidad o discontinuidad de la materia - Aceptación o no del vacío. - Movilidad de las partículas. En los modelos representados sobre la estructura de la materia identificar la presencia de la idea de continuidad o discontinuidad. En las representaciones, dibujar componentes y el comportamiento de éstos en el aire y en los cambios de estado. En el argumento, proponer razones para aceptar o rechazar las ideas de Aristóteles. 2

3 IV. ACTIVIDADES SUGERIDAS Tiempo total: 300 minutos Actividad 1. Qué es?, qué es?, que no lo ves Tiempo estimado: 50 minutos Realizar una lectura comentado de los aprendizajes esperados. Señalar que en esta secuencia ( Cómo está formada la materia?) van a revisar sus ideas acerca de lo que está formada la materia. Organizar al grupo en equipos para realizar las siguientes actividades. Pedir a los alumnos que en su cuaderno, describan lo que ocurrió en cada caso y propongan una explicación al respecto. Experimento Material Procedimiento 1. Se puede levantar unos libros con un poco de aire? 1 globo 2 libros Estirar el globo un par de veces para inflarlo con facilidad. Colocar el globo al borde de una mesa y los libros encima de éste. Asegurarse que la boca del globo quede libre e inflar el globo. Explicar: 2. Globos defectuosos? 3. Caliente, caliente, frío, frío 4. Adivina, qué es? Un globo Una botella de refresco de 750 ml Un globo Una botella de plástico transparente Agua de la llave (caliente y fría) Jugo de limón, vainilla o acetona Plato pequeño Qué ocurre? Por qué? Introducir el globo en el cuello de la botella, de tal manera que la boquilla del globo quede sujeta al cuello del recipiente. Inflar el globo, describir lo qué ocurre y explicar la causa de la dificultad para inflar el globo. Colocar el cuello del globo sobre la boca de la botella. Sostener la parte inferior de la botella bajo el agua caliente que sale de la llave durante unos minutos. Después, mantener la botella bajo el chorro de agua fría por unos minutos. En ambos casos, describir lo qué ocurrió y explicar qué infla el globo y a dónde se su contenido va al enfriar el recipiente En uno de los extremos del salón se vierte en el plato el líquido seleccionado. Los alumnos del grupo deberán levantar su brazo para indicar que han percibido el olor. Todos percibieron el olor al mismo tiempo?, por qué? Imaginar cómo se transportó el olor desde el plato hasta los diferentes lugares del salón y elaborar un dibujo explicativo. Presentar a los compañeros del grupo su propuesta argumentando a su favor. Con la participación de todo el grupo comentar con qué se experimentó, así como lo que ocurrió en cada caso. Inflar un globo y anudar la boca de éste para evitar que se desinfle. Mediante una lluvia de ideas, comentar las siguientes cuestiones: - Qué contiene el globo? - El contenido del globo es materia? 3

4 En forma individual, pedir a los alumnos que anoten sus argumentos en el cuaderno. Solicitar que le pongan un título al texto elaborado. Como sugerencia para evidenciar que se trata de materia y que tiene peso, se puede colocar un globo en cada uno los extremos de una balanza, primeramente desinflados para comprobar que su peso es similar. Posteriormente, se infla uno de ellos y se coloca en el extremo de la balanza. Ésta se desequilibrará con lo cual la hipótesis de que el aire no pesa se viene abajo y da pie a la reformulación de su explicación. Actividad 2. Una pregunta, varias respuestas Tiempo estimado: 50 minutos Material: un globo inflado con helio, un poco de alcohol (50 ml es suficiente), una tapa de plástico, un poco de agua caliente (100 ml es suficiente), un objeto de barro, una hoja de papel, una bolsa de plástico. Comentar con los alumnos que la pregunta acerca de lo que están hechas las cosas se ha formulado desde años atrás y las respuestas han sido diversas. Organizar al grupo en equipos para revisar lo que pensaban algunos filósofos griegos acerca de lo que debía conformar al universo. Lean el siguiente texto y comenten lo que señalaba Aristóteles acerca de: - De qué están hechas las cosas, en la Tierra. - Cómo explica las transformaciones. - Qué dice con respecto al vacío. Aristóteles y sus explicaciones del universo Aristóteles ( a. C.) creía que todo lo que existía en el universo tenía un orden: hay un lugar para cada cosa, y cada cosa en su lugar. Para este filósofo en el mundo celeste, de los astros, solamente existía un elemento, el éter, perfecto e inmutable. En el otro mundo, llamado sublunar, correspondiente a la superficie terrestre, todo estaba formado por mezclas imperfectas de los cuatro elementos tradicionales: tierra, agua, aire y fuego, los cuales, según otros filósofos griegos, eran combinaciones de cuatro principios fundamentales: lo frío y lo caliente, lo seco y lo húmedo, de tal manera que - El elemento tierra es frío y seco. Su contrario, el aire, es húmedo y caliente. - El agua es fría y húmeda; su contrario, el fuego, es seco y caliente. 4

5 Los elementos eran imperfectos, por tanto eran susceptibles de transformaciones y de movimientos naturales. Los cambios de los elementos tenían como finalidad ordenar el universo en los lugares que le correspondía a cada uno, según su naturaleza: hacia arriba el fuego y el aire; hacia abajo la tierra y el agua. Aristóteles suponía que cuando se lanza una piedra, al avanzar trata de dejar un espacio vacío detrás suyo y, como la naturaleza le tiene horror al vacío, el aire se desplaza de adelante hacia atrás, llenando el espacio que deja la piedra y la empuja, hasta que el aire se cansa y la piedra cae. (Texto adaptado con información tomada de Consultado por última vez en ) Revisar el dibujo de los elementos señalados por los griegos. Identificar sus componentes, así como sus reglas de funcionamiento.. Trabajar en equipo y analizar las características de algunos materiales para determinar de qué están hechos, con base en las ideas de Aristóteles; esta actividad debe permitir a los alumnos identificar congruencias e incongruencias.. Se sugiere observar: globo inflado con gas helio, barro, papel, plástico, alcohol (depositado en la tapa de plástico para que se evapore) y agua caliente; anotar la información en un cuadro como el que se presenta a continuación: Helio (del globo) Barro Papel Alcohol que se evapora Plástico Agua caliente Es caliente? Es húmedo? Es seco? Es frío? Tiende a subir? Tiende a bajar? 5

6 Compartir con todo el grupo la información obtenida; discutir y argumentar, qué tan útil resultó el modelo empleado para explicar de qué están hechas todas las cosas. Las ideas de Aristóteles fueron aceptadas durante cientos de años. En el transcurso de la historia de la ciencia surgieron otras explicaciones, entre ellas las de Newton. Realizar una lectura comentada del siguiente texto. Newton ( ), en su obra titulada Óptica, explica que los objetos luminosos emiten partículas o corpúsculos luminosos, ya que la luz viaja en línea recta, como lo demuestra el hecho de que un objeto iluminado produce sombras. Señalaba que un rayo estaba formado por un chorro de átomos, de cuya naturaleza dependía el color. Supuso que la materia debía estar formada por partículas sólidas, duras, impenetrables y móviles con determinadas figuras y tamaños. Por otra parte, la explicación del vacío, es decir de espacio en el que no hay materia, fue aceptada por algunos científicos que diseñaron experimentos para probarlo, en tanto que otros rechazaban la idea. Para Newton, era evidente que el universo estaba constituido por unos inmensos espacios vacíos entre los cuerpos celestes. (Texto adaptado con información tomada de Consultado por última vez en ) En equipo, elaborar un cuadro con las explicaciones de Aristóteles y de Newton con respecto a qué es lo que forma a la materia. Promover una discusión grupal para identificar semejanzas o diferencias de las ideas de los alumnos con las señaladas en el cuadro anterior. Intercambiar puntos de vista con respecto a las diferentes ideas elaboradas por los alumnos sobre cómo está constituida la materia. Por qué tienen ideas diferentes? Discutir si las explicaciones son únicas. Comentar la existencia de diversas explicaciones sobre un mismo hecho, a lo largo de la historia y aún en el mismo tiempo; reflexionar en torno a la finalidad de las explicaciones en la ciencia. Actividad 3. De qué está form ado el aire? Tiempo estimado: 100 minutos Con anticipación, preparar un dispositivo que permita extraer el aire de un recipiente, por ejemplo una botella de cristal o plástico en el que se introduzca una manguera, conectada en el otro extremo a una jeringa de 20 ml, sin aguja, con el émbolo hasta el fondo. Para evitar fugas, el dispositivo debe sellarse (con plastilina o sililcón ) en la conexión de la manguera y el tapón, así como en la unión de la manguera y la jeringa. Mostrar a los alumnos el dispositivo; promover una lluvia de ideas para comentar el contenido del recipiente, así como la forma de extraerlo. Realizar la demostración: jalar el émbolo de la jeringa hasta su capacidad máxima, con la finalidad 6

7 de extraer el aire. Colocar una pinza en la manguera para evitar que el aire extraído regrese al matraz. Indicar a los alumnos que imaginen que han observado la extracción del aire del recipiente, con unos anteojos que permitan ver objetos de pequeñísimo tamaño para identificar de qué está formado el aire: son los anteojos potentes. Pedir a los alumnos que de manera individual, elaboren un dibujo y un texto que explique lo que ocurrió antes y después de sacar el aire del recipiente, considerando que pueden ver con los anteojos señalados. Mostrar a los alumnos esquemas de antes y después, indicándoles que corresponden a dibujos elaborados por otros alumnos. Presentar primero los esquemas de la página 1 y posteriormente los de la página 2. Solicitar que seleccionen el dibujo que represente mejor el aire del interior del frasco antes y después de la extracción. Con base en los dibujos seleccionados, promover la exposición de las ideas de los alumnos, con respecto a: - Cómo son los componentes del aire? - Qué hay entre los componentes/puntos de los dibujos? - Por qué no se caen las partículas al fondo del recipiente? Organizar al grupo en equipos, para que los alumnos compartan sus ideas con respecto a las preguntas anteriores y las anoten en una cartulina, en cuadro como el siguiente: Pregunta: Cómo son los componentes del aire? Nombre del alumno Descripción Con la participación de todo el grupo, identificar semejanzas y diferencias. Discutir cuál de las respuestas dadas explica mejor lo que ocurre. Primera página: representación continúa de la estructura del aire 7

8 Segunda página: representación mediante partículas de la estructura del aire Actividad 4. No es magia. Tiempo estimado: 50 minutos Colocar un globo en la boca de un matraz y preguntar, qué contiene? Calentar el matraz en una parrilla eléctrica, durante unos minutos hasta que el globo se infle. Promover un intercambio de ideas de los alumnos, para que expresen por qué se infló el globo. Solicitar a los alumnos que realicen los dibujos y el texto que describa y explique lo ocurrido antes y después de calentar el recipiente. Formar equipos para analizar sus dibujos e identificar cómo representaron lo ocurrido en el matraz (modelos), con base en los siguientes planteamientos: - Cómo representaron los componentes del aire?, qué características tienen los componentes? Con la participación de todo el grupo, comentar las semejanzas y diferencias de los modelos empleados y utilizar las características identificadas para analizar: - Qué cambió en el aire del recipiente?, la masa, el peso o el volumen? Revisar los resultados de los experimentos realizados en la primera actividad, identificar si los modelos empleados en esta sesión sirven para explicar lo que sucedió en cada caso. Mediante una discusión grupal, identificar la utilidad de los modelos revisados, esto es, si solamente explica uno o varios casos, si no presenta incongruencias. Elaboren una conclusión con respecto al modelo que represente mejor lo que sucedió en cada uno de los experimentos. 8

9 Actividad 5. Qué pienso de la materia? Tiempo estimado: 50 minutos 1. Trabaja en forma individual. En la actividad 3 De qué está formado el aire hicieron un dibujo y un texto para explicar lo que ocurre con el aire, antes y después de extraerlo de un recipiente. Revisar el dibujo y texto elaborados; reflexionar Consideras que la explicación es correcta? o requiere alguna modificación? Justificar la respuesta; en el segundo caso hacer los dibujos y textos adecuados, considerando el antes y el después de extraer el aire del recipiente. 2. Representar con dibujos y texto lo siguiente: a) De qué está formada el agua y qué ocurre con ella cuando se calienta hasta que hierve. b) Cómo está formado un trozo de hielo y qué ocurre con él cuando se derrite. Identifica en tus explicaciones el modelo utilizado. 3. Leer la siguiente situación: De acuerdo con Aristóteles, el agua es uno de los elementos que se puede transformar en aire (cuando se calienta), éste tiende a buscar su lugar natural al ir hacia arriba. - Pedir a los alumnos que anoten si están o no de acuerdo, en parte de la idea o en todo lo que se dice; justificar las respuestas. 9