Modelo para explicar e interpretar fenómenos físicos

 Modelo para explicar e interpretar fenómenos físicos

Digna Couso

Julià Hinojosa

En este apartado se presenta una propuesta orientativa de programación sobre el estudio de los fenómenos físcos en la etapa de educación primaria. Es una propuesta exhaustiva a fin de que la escuela pueda decidir como distribuye los contenidos a lo largo de los ciclos y cursos, y al mismo tiempo que cada docente pueda escoger los que desea trabajar y a qué nivel de profundización en función de la etapa y de las características e intereses de su alumnado. 

 Profundización en las ideas básicas del modelo de los sistemas geológicos

 Profundización en las ideas básicas del modelo de los sistemas geológicos
Modelo para explicar e interpretar sistemas geológicos

Conxita Márquez. Neus Sanmartí

La Geología pretende comprender el funcionamiento del planeta Tierra y esto es un reto puesto que nuestro planeta es un cuerpo dinámico con muchas partes que interactuan y una historia larga y compleja. La Tierra ha ido cambiando, de hecho en este momento está cambiando y lo seguirá haciendo en el futuro. A veces los cambios son rápidos y violentos, como cuando se produce un terremoto o una riada. Aunque no siempre es fácil darse cuenta de los cambios que han pasado ya que la mayoría son muy lentos, es decir tienen lugar en una escala de tiempo geológico. Otra característica de la dinámica terrestre es que pequeños cambios en una parte del planeta pueden tener consecuencias grandes y repentinas en partes lejanas, o pueden tener un efecto casi imperceptible. Por ejemplo, un terremoto puede dar lugar a un tsunami catastrófico en un lugar lejano, o pequeñas repercusiones en lugares cercanos donde está el epicentro.

Por eso es importante ayudar al alumnado a aprender a observar, hablar y pensar sobre los fenómenos geológicos desde una perspectiva sistémica. Esta aproximación es muy útil porque les ayuda a describir e interpretar una gran variedad de fenómenos geológicos (desde la formación y cambios en una roca a la del relieve) que acabarán configurando el funcionamiento de la Tierra) y además contribuye a la adquisición de criterios para actuar de manera fundamentada y valorar la influencia de la actividad humana en el funcionamiento del sistema.

Cambios debidos a procesos externos

Procesos externos de la Tierra (estamos traduciendo este apartado)

Cambios debidos a dinámicas internas

Ideas clave del modelo para explicar e interpretar los sistemas geológicos

Conxita Márquez. Neus Sanmartí

El modelo para el estudio de los fenómenos geológicos se trabaja en todos los ciclos. De cualquier sistema geológico que podamos analizar profundizamos, de manera interrelacionada, en las siguientes ideas:

ESTRUCTURA

Partes y relaciones entre las partes

Reconociendo cuáles son las partes que lo conforman (rocas, estratos, los subsistemas de la Tierra, –geosfera, hidrosfera, atmósfera y biosfera-, astros…).

Se incide en cómo son, cómo se comportan, y cuál es su historia.

CAMBIOS Y PROCESOS

Internos o externos

Los cambios de origen interno y/o externo que se observan. Pensar en cómo se han formado las rocas nos llevará a hablar de rocas metamórficas, sedimentarias e ígneas y del proceso cíclico que las relaciona, y de que dependen de variables como la presión , la temperatura, la densidad o la fuerza de la gravedad.

Se profundiza en qué es lo que cambia en cantidad y calidad y qué se conserva, cuáles son los agentes del cambio y su velocidad, y qué huellas deja el cambio.

CONTROL-REGULACIÓN

de las interacciones

Implica entender los intercambios de materia y energía entre el sistema y su entorno y cómo estos cambios dan lugar a diferentes impactos en el medio. Estos impactos dependen de variables meteorológicas, geográficas, geológicas y socioambientales, como el tipo de clima, la intensidad, la situación geográfica, la vulnerabilidad del terreno, la demografía, el desarrollo económico de la zona…

Estos cambios dan lugar a impactos en el medio y esto permite profundizar en los riesgos, en su prevención y en el uso sostenible de los recursos naturales.

Tiempo geológico

Comparándolo con el tiempo a escala humana

Se reflexiona sobre cómo podemos reconstruir el pasado a partir de las evidencias que nos proporcionan los fósiles, los meteoritos, las propias rocas o la estructura del relieve.

Escala

La escala a la que hacen referencia los diferentes fenómenos geológicos a explicar, que pueden ir desde una escala más global a más local, es decir, desde la formación del Universo, del Sistema Solar y de la Tierra, hasta la del relieve y las rocas y minerales.

Visión sistémica de la ciencia escolar

Dimensión conceptual

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Tradicionalmente los currículos de ciencias se organizan desde una visión atomística, en la que se estudian las diferentes partes de un sistema de manera aislada, mientras que la visión sistémica conlleva estudiar una realidad desde su complejidad a partir de analizar las interacciones entre las partes.

En la figura siguiente se muestra una manera de concretar la visión sistémica en la ciencia escolar, a partir de la cual afrontar el estudio de los cuatro modelos teóricos básicos -para interpretar los sistemas físicos, para interpretar los sistemas materiales, para interpretar los sistemas vivos y para interpretar los sistemas geológicos-.

Ejemplo

No es lo mismo plantear un currículo para saber sobre los diferentes órganos del cuerpo humano, que diseñarlo para responder a preguntas del tipo "¿De qué le sirve el corazón a la mano".

En esta figura se recogen ideas-clave y comunes que están en la base de la construcción de estos modelos teóricos. Estas ideas son:

Se puede especificar qué hay fuera del sistema (alrededor) y qué hay y qué pasa dentro.

ESTRUCTURA

Partes y relaciones entre las partes

Determinada por los elementos que lo forman y sus interrelaciones.

Para hablar de la estructura utilizamos la descripción.

CAMBIOS Y FUNCIONES

en las partes y sus relaciones y en el funcionamiento

Se producen cambios tanto en las partes y en las relaciones entre ellas, como en el funcionamiento global. Pueden ser diferentes según las variables que intervienen y la modificación en una de las partes afecta a todo el sistema.

Para hablar de los cambios utilizamos la explicación.

CONTROL-REGULACIÓN

de las interacciones

Genera procesos de control-regulación a partir de las interacciones entre los elementos que lo forman y intercambiando energía, materia e información con su entorno. Estos procesos dependen de factores limitantes y favorecedores, y hacen emerger nuevos constructos. Por eso se dice que «en un sistema, el todo es más que la suma de las partes».

Para hablar de ello utilizamos la justificación o la argumentación.

Por ejemplo las interacciones entre las diferentes partes del sistema nervioso central posibilitan la emergencia de los lenguajes, pensamientos, emociones …

Tiempo

Sus elementos y las interacciones entre ellos cambian dinámicamente pero no necesariamente de manera determinista -como sería pensar que siempre una causa da lugar a una misma consecuencia-, ya que un sistema puede tener un comportamiento no previsible (pero sí se pueden identificar regularidades).

Para hablar de ello no lo hacemos como si hiciéramos una fotografía, sino como si habláramos de una película de la que no siempre sabemos el final.

Escala

Se puede analizar a diferentes escalas y, en cada una de ellas, se pueden definir nuevos subsistemas suprasistemas. En términos generales, todos ellos tienen las mismas características que el sistema de referencia y su delimitación responde a convenios sobre hacia dónde se orienta la mirada. Cuando se conecta la escala de observación directa de un sistema con alguna de nivel inferior podemos interpretar cómo funciona este sistema, y cuando se conecta con escalas de nivel superior, podemos identificar los factores (limitantes u otros) que explican cómo se controla y regula su funcionamiento.

En general, las justificaciones se generan a partir de relacionar estas tres escalas.

Por ejemplo, el estudio del modelo ser vivo lo podemos hacer a escala de organismo, o a escala de los subsistemas que lo forman, de órganos o celular, o también a escala supra como serían las de ecosistema o paisaje. Así el corazón, una célula o un pinar son sistemas que también se caracterizan porque para vivir se tienen que nutrir, relacionar y reproducir.

Así, para interpretar cómo funciona un organismo (un elefante, por ejemplo) al nutrirse, debemos pensar en cómo llegan los nutrientes y el oxígeno a las células, y al mismo tiempo, debemos pensar en factores del ambiente en el que vive (la sabana u otros) que explican la aportación de estos nutrientes y del oxígeno.

Estas ideas son útiles para afrontar el aprendizaje de cualquier modelo teórico de la ciencia escolar en la enseñanza básica y permiten al profesorado planificar qué enseñar, en qué orden y plantear preguntas y observaciones que favorezcan el proceso de modelización.

A partir de un contexto o problema que se elige como eje del aprendizaje, se selecciona el modelo teórico que guiará el estudio de la situación, aunque hay que tener presente que la realidad es compleja y que a menudo, para resolver el problema, será necesario activar modelos diversos.

Los modelos básicos de la ciencia escolar

Los modelos básicos de la ciencia escolar

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Una dificultad que debemos afrontar los docentes es la definir cuáles son los modelos básicos de una ciencia escolar, es decir, aquellos que son útiles al alumnado para conectar y organizar los conocimientos que van aprendiendo.

Para tomar esta decisión puede ser útil pensar en las grandes ideas que la ciencia ha ido generando a lo largo de la historia. Lo ha hecho en función de diferentes disciplinas que conforman maneras diversas de mirar el entorno:

Grandes ideas de la ciencia
Formas de mirar
Modelos de ciencia escolar

Comportamiento de los objetos y la energía, a partir de las interacciones de las partículas en el tiempo y en el espacio

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FÍSICA

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Modelo para interpretar sistemas físicos

Composición, estructura y propiedades de la materia y de sus cambios

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QUÍMICA

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Modelo para interpretar sistemas químicos

Los seres vivos, su estructura, funcionamiento y evolución

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BIOLOGÍA

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Modelo para interpretar sistemas vivos

La Tierra, su historia y los procesos que le han dado forma

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GEOLOGÍA

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Modelo para interpretar sistemas geológicos

Por lo tanto, un mismo objeto o hecho se puede explicar desde diferentes modelos teóricos en función de la pregunta que nos hagamos.

Por ejemplo, ante una roca nos podemos preguntar cómo se ha originado y, para responder, es necesario disponer de un modelo de cambio geológico. También nos podemos preguntar sobre los materiales que la forman, sobre su estructura y cómo explicar sus propiedades y cambios, y para responder es necesario disponer de un modelo químico de la materia. Y también se pueden hacer predicciones sobre si es idónea para construir un edificio y, entonces, necesitaremos disponer de un modelo del campo de la física.

Desde esta perspectiva, tiene sentido planificar el currículo de la ciencia escolar en función de estas cuatro miradas, cada una de las cuales posibilita afrontar el análisis de sistemas del mundo natural, entendiendo por sistema un conjunto de elementos que se relacionan entre sí para llevar a cabo una o varias funciones.

Definición de modelo teórico

Dimensión conceptual

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Tradicionalmente los currículos de ciencias se organizan desde una visión atomística, en la que se estudian muchos conceptos aislados y no se puede percibir la relación entre ellos. En cambio, si organizamos el currículo de ciencias a partir de unos pocos grandes modelos teóricos posibilitamos que el alumnado comprenda unos fenómenos desde su complejidad integrando experiencias, conceptos diversos, analogías, valores …

Un modelo teórico es una representación mental abstracta expresada mediante enunciados verbales, maquetas a escala física, dibujos, fórmulas matemáticas, analogías o de otros modos comunicativos.

Por ejemplo, el modelo mecánico newtoniano nos explica tanto por qué no caen los planetas como por qué cae una manzana, y posibilita hacer predicciones sobre estos fenómenos y muchos otros.

La conexión con los hechos del mundo real es más o menos ajustada. Cada representación proporciona una perspectiva de estos hechos y, por tanto, en cualquier caso siempre es parcial y algo imprecisa. Sin embargo, a veces, las personas pueden consensuar cuáles son los modelos que mejor se ajustan a los hechos, cuando se miran y se explican desde una determinada perspectiva.

Estos modelos permiten explicar un conjunto de fenómenos diversos, hacer predicciones se pueden revisar a medida que se obtienen más evidencias o se analizan las ya conocidas desde otros puntos de vista.