Archivos mensuales: junio 2018

Didáctica de las Ciencias

30 Sábado Jun 2018

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aprendizaje

En el siglo XXI las personas necesitan adquirir aptitudes y conocimientos científicos para sobrevivir en un mundo tan cambiante: globalización, internet, medio ambiente, migraciones, nuevas tecnologías que nos rodean en la vida diaria (automóvil, electrodomésticos, en el trabajo, en la escuela, en las comunicaciones). Que difieren mucho de las de nuestros padres y de las que vivirán nuestros hijos.

 
La Universidad de Harvard lleva un siglo trabajando el aprendizaje con el método “del caso” y las Web 2.0 permiten que el usuario se relacione y colabore con otros usuarios, sin importar la distancia ni el momento, estamos en el seno de una comunidad virtual donde también surgen comunidades de alumnos y especialistas. Pasado y presente se unen para avanzar en el conocimiento de las ciencias.

 
El proceso del aprendizaje consta de elementos: un método, unos recursos materiales y una actividad que los integra.
• Una metodología: que va a adaptar el conocimiento a la edad de los alumnos, la materia a enseñar; así hablamos de “metodología colaborativa”, “metodología inductiva” o combinación de ambas.
• Unos recursos: elementos materiales necesarios (mobiliario, espacio físico, hardware, software, pizarra, rotuladores, apps, papel)
• Una actividad integradora: el docente con los alumnos en el aula, una actividad concreta en un momento dado.

 
El método del caso, es el estudio de una situación concreta para aprender o mejorar en un campo del conocimiento. Se originó en 1914 en la Universidad de Harvard en la Escuela de Derecho: tomar decisiones, fundamentar resoluciones y valorar actuaciones.
El método del caso comprende:
• descripción narrativa
• grupo de observaciones
• situación de la vida real, incidente o suceso
• posibilidad de distintas opciones o soluciones facilitando el pensamiento divergente

 
Los buenos casos tienen que tener las siguientes características:
• fomentar la participación de los estudiantes a través de la investigación
• promover el estudio minucioso del caso en toda su complejidad
• evitar respuestas simplistas y poco elaboradas
• aumentar la disonancia de alternativas y visiones del problema

 
Fases:
• fase preliminar: lectura y estudio del caso
• fase expresión de opiniones y juicios: reflexión individual
• fase de contraste: análisis común de los datos analizados
• fase de reflexión teórica: formulación de conceptos teóricos.

 

En 1967, Gagné hace un análisis en el curso “Science- A Process Approach (SAPA)” una aproximación al proceso, relativo a los procesos de la ciencia del aprendizaje. Estructura la enseñanza y desarrolla las competencias de los procesos de los alumnos en diferentes situaciones.

 
A finales de la década de 1970 y comienzos de 1980, en la Universidad de California en Irvine, los lingüistas Stephen Krashen y Tracy Terrell, establecen el Natural Approach, o enfoque natural de aprendizaje, publicaron su método en el libro “The Natural Approach” (1983), publicado en Pergammon Press, ponen cinco hipótesis:
• Hipótesis del aprendizaje/adquisición: el aprendizaje es resultado del estudio y la adquisición es natural.
• Hipótesis del monitor: el aprendizaje consciente actúa como monitor nunca como iniciador
• Hipótesis del orden natural: la adquisición se realiza en un orden predecible
• Hipótesis del input: un elemento nuevo o “input” aumenta la adquisición.
• Hipótesis del filtro activo: la motivación, la autoestima o la ansiedad afectan a la adquisición.

 

Robin Millar de la Universidad de York, UK en el Departamento de Educación, establece también un Natural Approach en la didáctica de las ciencias en el enfoque científico de la investigación o de un “método científico” general. Ve la necesidad de hacer a los alumnos más “expertos” en:
• La selección de las cuestiones productivas para una investigación
• Recolección de datos, planificar las observaciones y medidas (precisión y validez)
• Análisis e interpretación de los datos.
• Evaluar la calidad de las pruebas para establecer después una conclusión.

 
Millar en 1990 propone un modelo, en el cual la comprensión procedimental está dividida en tres categorías:
• Las competencias cognitivas generales: observación, clasificación.
• Técnicas prácticas: utilizar instrumentos de medidas variadas
• Tácticas de investigación: reproducir medidas y mejorar la fiabilidad

 

En 1994 Millar propone el “Proyecto PACKS” sobre la interpretación de los dones sobre el rendimiento de los alumnos relativos a las tareas de la investigación:
Conceptúa la investigación en un modelo simple, que vincula la comprensión con las diferentes etapas del desarrollo de una investigación:
1. Tarea dada
Comprensión del contenido científico: naturaleza y objetivo de la investigación científica.
2. Tarea interpretada
Capacidad de manipulación, habilidad de usar material y aparatos de medida
3. Observaciones y medidas
Comprensión de la tarea de investigación, sobre su interpretación
4. Conclusión establecida
Comprensión de las pruebas empíricas: su naturaleza y criterios para evaluarlos (errores y fiabilidad de los resultados).
5. Comentarios evaluados sobre la conclusión.

 

Millar establece que la ciencia está ligada a la investigación, pero que en la “comprensión” también son importantes:
• Comprensión clara del objetivo de la investigación
• Comprensión de la idea de una variable y del control de las variables en las experiencias variadas
• Comprensión del problema relativo a la recopilación de resultados válidos y confiables, y la manera de evaluar la validez y confiabilidad de los resultados recabados.

 

 

En 1995, Gott y Duggan establecen en el Reino Unido los trabajos de investigación APU (Assessment of Performance Unit, APU) sobre el rendimiento de los alumnos llevadas a cabo en el currículo nacional por la Unidad de Evaluación del Rendimiento. Aportan que:
• los alumnos encuentran más complejas las tareas que contienen variables continuas que las que implican variables categoriales (comparaciones)
• el rendimiento está influenciado por el contenido de la tarea de investigación y por el contexto en el cual fue concebida (cotidiano o laboratorio).

 

 

Bibliografía:

• UNESCO. Investigación y Prospectiva en Investigación

Haz clic para acceder a 234807S.pdf

 

• Robin Millar, “Comprensión de los procesos de investigación científica en los alumnos”, (Proyecto PACKS) University of York, UK. 1994
http://icar.univ-lyon2.fr/Equipe2/coast/ressources/ICPE/espagnol/PartC/ICPE_capitulo_c4.htm

 

• Gott y Duggan, “Investigación APU”, 1995
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0191491X99000218

 

• Robert M. Gagné, “Learning and Instructional Sequence” “Approach SAPA”. Florida State University. Sage Journals. 1967

 

 

• Leda Stott, Xosé Ramil, , “El método del caso”, Universidad Politécnica de Madrid, 2014

Haz clic para acceder a metodologia_estudios_de_caso.pdf

 

• Health, J, “Teaching and Writing Case Studies: A practical guide”, ECCH, 2002

 

Links relacionados:

• Robin Millar. University of York.
https://www.york.ac.uk/education/our-staff/academic/robin-millar/

• Psychology Rice University
https://ga.rice.edu/programs-study/departments-programs/social-sciences/psychology/

 

El método científico

16 Sábado Jun 2018

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El método científico

Aplicando el método científico a un experimento, es posible demostrar que una suposición que lo explica es correcta o no, lo que permite llegar a una conclusión y establecer una teoría.

 

A lo largo de la historia René Descartes defendió “el inductivismo” que empezó a tenerse en cuenta desde Isaac Newton, también ha sido importante el método “hipotético-deductivo” que surgió a principios del siglo XIX.

 

Los primeros griegos con la escuela presocrática se niegan a aceptar las explicaciones sobrenaturales, religiosas o mitológicas de los fenómenos naturales. Tales de Mileto fue el primero que proclama que todo suceso tiene una causa natural.

 

Aristóteles introdujo el “empirismo”: las verdades universales pueden ser conocidas a partir de cosas particulares a través de la inducción. La herramienta utilizada por Aristóteles era el razonamiento deductivo en forma de silogismos. Los científicos podían deducir verdades universales a partir de las ya establecidas.

Durante la Edad Media se combina con el mundo islámico la teoría y la práctica, ya que los estudiosos de las ciencias eran artesanos. Los científicos musulmanes utilizaron la experimentación y la cuantificación, surgiendo los métodos científicos así a principios del siglo XI.

 

Posteriormente tanto Bacon como Descartes proporcionaron una base sólida para evitar que el pensamiento científico llegara  a falsas conclusiones a través de la mente o los sentidos.  Bacon establecía que los fundamentos eran empíricos, mientras que Descartes proporcionó una fundamentación metafísica del conocimiento.

 

Roger Bacon describe un ciclo repetitivo de observación, hipótesis, experimentación y la necesidad de una verificación independiente.

 

En 1619 René Descartes, científico y filósofo,  en su obra “Reglas para la dirección de la mente” establece principios rectores para la investigación científica, para terminar con el sistema aristotélico. En 1637 escribe su tratado “Discurso del método”, se caracteriza por su simplicidad, basado en las matemáticas, establece cuatro preceptos:

  1. No admitir nada que no sea absolutamente evidente.
  2. Dividir cada problema en tantos problemas particulares como convenga para resolverlos mejor.
  3. Dirigir por orden los pensamientos yendo de lo más simple a lo más complejo.
  4. Enumerar completamente los datos del problema y pasar revista a cada uno de los elementos de su solución para asegurarse de que se ha resuelto correctamente.

 

Isaac Newton rechaza las ideas racionales de Descartes y se inclina al enfoque empírico de Bacon, describió cuatro “reglas del razonamiento en los Principia”:

  1. No debemos admitir más causas de cosas naturales que las que son verdaderas y suficientes para explicar sus apariencias.
  2. Por lo tanto, a los mismos efectos naturales debemos asignarles, hasta donde sea posible, las mismas causas.
  3. Aquellas propiedades de los cuerpos que no puedan aumentarse o disminuirse gradualmente, y que existen en todos los cuerpos que podamos examinar serán consideradas como propiedades universales de la totalidad de los cuerpos.
  4. En la filosofía experimental debemos aceptar las proposiciones derivadas por inducción general de los fenómenos como exactas o muy probablemente ciertas, a pesar de las hipótesis contrarias que pudieran imaginarse, hasta el tiempo en que ocurran otros fenómenos, con los que puedan hacerse más exactas o aceptar excepciones.

 

A partir de la mitad del siglo XX, hay grandes mejoras en el entendimiento del método científico con Karl Popper, publicó “La lógica de la investigación científica”, según Popper, las teorías científicas deben realizar predicciones que pueden ser aprobadas, y rechazadas si sus predicciones se demuestra que no son correctas, argumentó que la ciencia avanza más con el razonamiento deductivo, conocido como racionalismo crítico.

 

Principales características del método científico:

Tiene una base empírica: es un proceso continuo de contrastación con los hechos de la naturaleza al que deben someterse sus enunciados o hipótesis.

Diversidad de formas: puede ser cualitativo o cuantitativo.

Sistematicidad: debe ser sistemático y controlado.

Fiabilidad o replicabilidad: debe ser consistente y replicables sus métodos, condiciones y resultados.

Validez: exactitud de la interpretabilidad de los resultados (validez interna), como generalización de las conclusiones (validez externa).

Flexibilidad: se adapta al objetivo de estudio de las diversas ciencias.

 

 

Principales formas del método científico:

Método inductivo: sólo se puede llegar al conocimiento a través de la experiencia.

Método deductivo: parte de un conjunto de axiomas o principios indemostrables a los que se llega por procesos de razonamiento que no se apoyan en observaciones empíricas y por establecer un conjunto de reglas de procedimiento a partir de las cuales se realizan deducciones lógicas aplicables a los datos reales.

Método hipotético-deductivo: utiliza de forma combinada la inducción y la deducción.

Las fases son:

  1. Planteamiento del problema u objeto de estudio y definición de variables.
  2. Formulación de hipótesis contrastables.
  3. Establecimiento de un procedimiento o plan de recogida de datos.
  4. Análisis de datos.
  5. Interpretación de los resultados: discusión y conclusiones.
  6. Elaboración del informe de investigación o comunicación de resultados.

Estas fases se corresponden con tres niveles:

  1. Nivel teórico conceptual se incluyen las fases del planteamiento del problema y de la formulación de hipótesis contrastables.
  2. Nivel técnico metodológico se vinculan planteamientos teóricos con la realidad empírica, se seleccionan los métodos o procedimientos para la recogida de datos relevantes a las hipótesis.
  3. Nivel estadístico analítico lo constituye el tratamiento estadístico de los datos obtenidos mediante el diseño correspondiente.

 

 

 

Bibliografía:

  • René Descartes, “Discurso del método”; Ed. Edaf; 1982
  • Sofía Fontes de Gracia et al; “Fundamentos de investigación Psicológica”; Uned; 2010
  • Peter Achinstein; “Science Rules: A Historical Introduction to Scientific Methods”; Ed. The Johns Hopkins University Press; 2004

 

 

 

Links relacionados:

 

 

 

 

 

 

 

 

Arrhenius: electroquímica

10 Domingo Jun 2018

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arrhenius

Las teorías de Arrhenius son el primer paso para dar una interpretación molecular de los procesos que ocurren en una reacción química.

 

En su época se reconocían como  bases cuando en una disolución acuosa tenían determinadas características: si la base está bien disuelta la mezcla tiene un sabor amargo; al poner en contacto el papel tornasol con la disolución éste cambia su color de rojo a azul; al tacto éstas sustancias son resbaladizas y jabonosas; y cuando reaccionan con los ácidos dan como productos agua y sales.

 
Svante August Arrhenius nace en Wijk (1859) Suecia. Estudia en la Universidad de Upsala, donde estudió matemáticas, química y física. Se doctoró en 1884, en su tesis de Licenciatura sienta las bases de la “teoría de la disociación electrolítica”, que más tarde confirmó experimentalmente. De cómo los electrolitos se disociaban en sus iones cuando se encontraban en disolución y la fuerza relativa e dichos iones según fuesen ácidos o bases.
Amplia estudios en Riga, Würxburg, Graz, Amsterdam, Leipzig… Su labor docente se desarrolla en Uppsalla y Estocolmo. Ocupa cargos como profesor de física en la Universidad donde cursó estudios universitarios, alcanzando el grado de catedrático y convirtiéndose en rector. Trabajó en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo y fue director del Instituto Nobel de fisicoquímica.

 
Recibe el Premio Nobel de Química en 1903 el mismo año que los esposos Curie reciben el Premio Nobel de Física. Muere en el año 1927.
En 1889 publica su trabajo: “sobe la disociación de sustancias en soluciones acuosas”. Sus trabajos fueron sobre diversos campos de la ciencia: poder de difusión de las soluciones, conductividad eléctrica, influencia de la Luna en el estado eléctrico de la Tierra, influencia de los iones y electricidad atmosférica en la salud, el efecto invernadero producido por la contaminación de gases nocivos como en dióxido de carbono, desarrolla la teoría cosmogónica o de la panspermia que explica el nacimiento de la vida en la Tierra, gracias a las bacterias. Desarrolló “la ecuación de Arrhenius”, que explica la relación de la temperatura con la velocidad de las reacciones. También escribió un “Tratado de electroquímica” (1901) y “Tratado de física cósmica” (1903). Murió en 1927 en Estocolmo.

 

Teoría de la disolución electrolítica
En la segunda parte de sus tesis, “Théorie chimique des electrolytes”, más teórica que la primera, Arrhenius argumentaba que se consideraba una solución de sal como una mezcla de partes “activas” (electrólitos) e “inactivas” (no electrólitos). Al diluir, el número de partes activas se incrementaba. La disolución electrolítica aumentaba con la dilución:
“Todas las sales existen en solución como moléculas complejas, las cuales se descomponen parcialmente al diluirse. Con ayuda de esta representación se explican las propiedades de las sales en todas las diluciones, así como también las propiedades de todos los electrólitos en concentraciones suficientemente elevadas”.

 

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Arrhenius proponía que los electrolitos, sustancias que en disolución permiten el paso de la corriente eléctrica, se disociaban al entrar en disolución, formando iones, en tal proporción, que el número de cargas totales de los aniones (iones con carga negativa) era igual que el número de cargas totales de los cationes (iones con carga positiva), formaban disoluciones eléctricamente neutras.
La concentración es la magnitud química y elemental en electroquímica que expresa la cantidad de un elemento o de un compuesto por unidad de volumen. En el sistema Internacional se emplea el mol/m3. A cada sustancia le corresponde un valor de solubilidad, que es la cantidad máxima de ella (soluto) que puede haber en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, la presión, otras sustancias disueltas o en suspensión y cuál sea la cantidad y la concentración de ellas. En química para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc.

 

 

Teoría de ácidos y bases
Definió las sustancias ácidas como sustancias químicas que contienen hidrógeno y al ser disueltas en agua se producía una concentración de iones de hidrógeno o protones, mayor que la del agua pura. Y definió a la base como una sustancia química que al ser disuelta en agua produce iones hidroxilo OH-.

 

Teoría del efecto invernadero
Calculó por primera vez como el CO2 atmosférico retiene en la atmósfera la radiación infrarroja proveniente del Sol. Mediante la “Ley de Stefan-Boltzmann” formuló su Ley de efecto invernadero: si la cantidad de ácido carbónico (CO2) aumenta en progresión geométrica, el aumento de la temperatura aumentará casi en progresión aritmética.
Una duplicación del CO2 provocaría un aumento de temperatura de 5-6º.

 

Teoría del ion electrón
Arrhenius definió a los ácidos como sustancias del tipo HX que en solución se disocian produciendo H+ y X-, definiendo a las bases MOH, como sustancias que en solución producen M+ y OH-, y a la neutralización como el resultado de la combinación de esos iones.
La reacción de neutralización para su definición sería:
H+ + OH- —— H20 + sales
Representando por AH la fórmula de un ácido genérico, la reacción de disociación del ácido se puede escribir, de acuerdo a las ideas de Arrhenius, en la forma:
AH << A- (aq) + H+ (aq)
En los ácidos fuertes la reacción estaría desplazada hacia la derecha de modo que abundarían más los iones H+ (aq).
Generalizando los resultados de las anteriores reacciones, Arrhenius concluyó que eran bases todas aquellas sustancias capaces de dar en disolución acuosa iones OH-.

 

Teoría de la panspermia
Popularizó este término al desarrollar la hipótesis cosmogónica en los libros “Escritos de la física cósmica” y “El devenir de los mundos”. El Universo es una inmensa máquina térmica funcionando entre manantiales calientes (las estrellas) a los fríos (las nebulosas). Se traslada la vida o las moléculas necesarias para formar la vida de un astro a otro.

 

Teoría de Arrhenius

La velocidad de una reacción depende de la temperatura, de la composición. En la ecuación de Arrhenius:

 

Ecuación de Arrhenius

 

• K0 : representa el factor de frecuencia
• Ea : la energía de activación de la reacción

A temperatura constante cuanto mayor es la Ea, mas pequeña será la constante de velocidad y más lenta será la velocidad de reacción. Si las velocidades de reacción son rápidas, la Ea será pequeña.

 

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Hay un nivel de energía del estado activado en la formación de los productos a partir de los reactantes, una barrera de energía que debe superarse: “Energía de Activación”.

 

 

Bibliografía:
• William H. Brock; “Historia de la Química”, Editorial Alianza; 1998

 

• Enciclopedia Británica. Svante Arrhenius.
https://www.britannica.com/biography/Svante-Arrhenius

 

 

Links relacionados:

 

• The Nobel Prize in Chemistry 1903. Nobelprize.org. Svante Arrhenius.
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrhenius-facts.html

 

• Uppsala University. Research
https://www.uu.se//en/research#__utma=1.1668933299.1528043798.1528043798.1528043798.1&__utmb=1.1.10.1528043798&__utmc=1&__utmx=-&__utmz=1.1528043798.1.1.utmcsr=google|utmccn=(organic)|utmcmd=organic|utmctr=(not%20provided)&__utmv=-&__utmk=85956505