Didáctica de la Física, de la Química, de la Geología y de la Educación Ambiental by Biblioteca ULPGC

Manuales Docentes Grado en Educación Primaria M.ª del Carmen Mato Carrodeguas Emigdia Repetto Jiménez

Didáctica de la Física, de la Química, de la Geología y de la Educación Ambiental

UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

Vicerrectorado de Profesorado y Planificación Académica

2015

Manuales Docentes Grado en Educación Primaria

42 • Didáctica de la Física, de la Química, de la Geología y de la Educación Ambiental

M.ª del Carmen Mato Carrodeguas Emigdia Repetto Jiménez © de la edición:

Vicerrectorado de Profesorado y Planificación Académica UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

Primera edición, 2015 ISBN:

978-84-9042-138-3

Depósito Legal: GC 714-2015

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Índice

PRESENTACIÓN ...............................................................................................................................11 INTRODUCCIÓN DE LA ASIGNATURA...........................................................................................13 UNIDAD DE APRENDIZAJE 1. EL LABORATORIO ESCOLAR: ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN..................................................................................................17 PRESENTACIÓN.................................................................................................................................19 OBJETIVOS ........................................................................................................................................20 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS .....................................................................................................21 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ................................................................................................22 I. Organización y funcionamiento del laboratorio...............................................................22 I.1. Reconocimiento y clasificación del material .............................................................22 I.2. Normas básicas de seguridad en el laboratorio........................................................34 I.3. Distribución del espacio y del material en el aula laboratorio ...............................39 I.4. Los reactivos: Organización clasificación y almacenamiento ................................45 I.5. Interpretación de pictogramas de peligrosidad de productos químicos ..............47 II. Procedimientos y técnicas básicas para la experimentación..........................................53 II.1. Manipulación de reactivos y transferencia de sólidos y líquidos..........................53 II.2. Medida de volúmenes .................................................................................................55 II.3. Fuentes de calefacción: El mechero bunsen y de alcohol.....................................58 II.4. Calefacción de sustancias ...........................................................................................62 II.5. Medidas de masa. Utilización de la balanza ............................................................64 II.6. Preparación de disoluciones ......................................................................................67 II.7. Separación de los componentes de una mezcla: filtración y decantación ..........71 II.8. Técnica de microscopía ..............................................................................................77 III. Enfoque didáctico de la experimentación ......................................................................80 III.1. Criterios para la realización de un diseño experimental ......................................83 III.2. Elaboración de informe............................................................................................86

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III.3. Orientaciones para la evaluación de la actividad investigadora ..........................87 III.4. Utilidad didáctica de los laboratorios virtuales .....................................................89 III.5. Actividades de aplicación de conocimientos .........................................................90 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................97 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN .................................................................................................99 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................104 GLOSARIO .......................................................................................................................................105 ANEXO I. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES USO COMÚN ...............................................................109 ANEXO II. DESCRIPCIÓN DEL MICROSCOPIO. COMPUESTO ........................................................114 UNIDAD DE APRENDIZAJE 2. LOS SISTEMAS MATERIALES ...................................................121 PRESENTACIÓN ..............................................................................................................................123 OBJETIVOS ......................................................................................................................................122 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS...................................................................................................122 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ..............................................................................................125 I. Introducción a los conceptos fundamentales .................................................................125 I.1. ¿Qué es la materia? .....................................................................................................125 I.2. ¿Cómo está formada la materia? ..............................................................................125 I.3. Clasificación de los sistemas materiales...................................................................126 I.4. Estados físicos de la materia .....................................................................................131 II. Secuencia de Enseñanza-Aprendizaje ............................................................................132 II.1 Propiedades físicas y químicas de la materia.........................................................132 III. Problemática didáctica.....................................................................................................156 ACTIVIDADES..................................................................................................................................159 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................163 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ...............................................................................................164 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................166 GLOSARIO .......................................................................................................................................167 UNIDAD DE APRENDIZAJE 3. ESTUDIO DE ELEMENTOS DEL MEDIO FÍSICO: EL AIRE ...169 PRESENTACIÓN ..............................................................................................................................171 OBJETIVOS ......................................................................................................................................172 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS...................................................................................................172 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ..............................................................................................173

Índice 7

I. Estructura y composición química de la atmósfera terrestre .......................................173 I.1. Capas de la atmósfera.................................................................................................173 I.2. Fenómenos atmosféricos...........................................................................................176 II. Estudio del aire ..................................................................................................................177 II.1. Experimenta y reflexiona.........................................................................................179 II.2. Variables atmosféricas ..............................................................................................181 III. Las nubes...........................................................................................................................200 IV. La Lluvia.............................................................................................................................204 V. Problemática didáctica del estudio del aire en la Educación Primaria .......................206 V.1. La transposición didáctica ........................................................................................209 V.2. Problemas que pueden presentarse para el aprendizaje de los contenidos.......210 ACTIVIDADES..................................................................................................................................213 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................217 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ...............................................................................................219 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................220 GLOSARIO .......................................................................................................................................221 UNIDAD DE APRENDIZAJE 4. ESTUDIO DEL AGUA: UNA SUSTANCIA DIFERENTE E INDISPENSABLE .....................................................................223 PRESENTACIÓN ..............................................................................................................................225 OBJETIVOS ......................................................................................................................................225 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS...................................................................................................227 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ..............................................................................................228 I. El agua: aspectos generales ...............................................................................................228 I.1. El ciclo del agua ..........................................................................................................229 I.2 Las aguas oceánicas .....................................................................................................233 I.3. Las aguas continentales..............................................................................................237 II. La estructura de la molécula de agua ..............................................................................239 III. Propiedades del agua .......................................................................................................241 IV. La contaminación del agua ..............................................................................................252 V. La desalinización del agua .................................................................................................255 VI. La purificación natural del agua .....................................................................................258

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VII. Tratamiento del agua para el suministro doméstico..................................................260 VIII. Tratamiento de las aguas residuales............................................................................261 IX. Problemática didáctica.....................................................................................................267 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................269 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ...............................................................................................270 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................273 GLOSARIO .......................................................................................................................................274 UNIDAD DE APRENDIZAJE 5. EL SUELO: UN SISTEMA VITAL ...............................................277 PRESENTACIÓN ..............................................................................................................................279 OBJETIVOS ......................................................................................................................................280 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS...................................................................................................281 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ..............................................................................................282 I. Concepto de suelo. evolución............................................................................................282 I.1. Introducción ................................................................................................................283 I.2. Concepciones pre-científicas de suelo.....................................................................284 I.3. Desarrollo del concepto científico de suelo ...........................................................285 I.4. Concepto de zona crítica terrestre (ECZ) ..............................................................287 II. Procesos y factores de génesis del suelo ........................................................................288 II.1. Procesos de meteorización física ............................................................................289 II.2. Procesos de meteorización química .......................................................................290 II.3. Procesos de meteorización biológica .....................................................................292 II.4. Factores formadores. Ecuación de estado ............................................................294 III. Perfil y horizontes del suelo ...........................................................................................302 III.1. Descripción de los horizontes y nomenclatura...................................................302 III.2. El perfil del suelo como unidad de estudio .........................................................304 III.3. Actividades prácticas...............................................................................................310 IV. Composición del suelo ...............................................................................................315 IV.1. Características de las fases del suelo......................................................................316 IV.2. Componentes de la fracción orgánica del suelo ..................................................318 IV.3. Transformación de la materia orgánica: Humificación ......................................322 IV.4. Propiedades de la materia orgánica .......................................................................325 IV.5. Actividades ................................................................................................................327 IV.6. Componentes inorgánicos ......................................................................................328 V. Propiedades físicas del suelo.............................................................................................332 V.1. Textura.........................................................................................................................332

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V.2. Clases Texturales ........................................................................................................335 V.3. Estructura y porosidad..............................................................................................345 V.4. Dinámica del agua......................................................................................................348 V.5. Densidad .....................................................................................................................354 V.6. Color y temperatura...................................................................................................357 VI. Propiedades químicas del suelo......................................................................................360 VI.1. Camio iónico y capacidad de intercambio catiónico..........................................360 VI.2. Acidez del suelo .......................................................................................................363 VI.3. Conductividad eléctrica del suelo..........................................................................366 ACTIVIDADES..................................................................................................................................367 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................377 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ...............................................................................................373 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................382 GLOSARIO .......................................................................................................................................383 UNIDAD DE APRENDIZAJE 6. LOS PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES ................................389 PRESENTACIÓN ..............................................................................................................................391 OBJETIVOS ......................................................................................................................................392 ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS...................................................................................................393 EXPOSICIÓN DE LOS CONTENIDOS ..............................................................................................394 I. Diagnosis inicial...................................................................................................................394 II. Tipos de contaminación ...................................................................................................395 II.I. La contaminación química .......................................................................................397 III. Características del aire puro............................................................................................399 III.1. Clasificación de los Contaminantes del aire ........................................................402 III.2. Circulación atmosférica y dispersión de contaminantes....................................403 IV. Contaminación química del aire .....................................................................................403 IV.1. Efecto invernadero ..................................................................................................404 IV.2. La lluvia ácida............................................................................................................414 IV.3. La capa de ozono .....................................................................................................417 V. Cambio climático................................................................................................................422 V.1 Principales causantes del cambio climático.............................................................423 V.2. Protocolo de Kyoto ...................................................................................................424 V.3. Efectos del cambio climático ...................................................................................426 V.4. Mecanismos de control .............................................................................................428 V.5. Repercusión en las Islas Canarias ............................................................................430

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VI. Desarrollo sostenible .......................................................................................................431 VI.1. Década de Educación para el Desarrollo Sostenible .........................................432 VII. La Contaminación Física ...............................................................................................433 VII.1. Contaminación Acústica .......................................................................................433 VIII. Problemática didáctica vinculada a la enseñanza y aprendizaje de los problemas medioambientales ...............................................................................436 VIII. 1. Estrategias didácticas ..........................................................................................438 ACTIVIDADES..................................................................................................................................440 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................443 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ...............................................................................................445 SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN ..............................................................447 GLOSARIO .......................................................................................................................................448

Presentación

Hace mil años se fundaron las primeras universidades en Europa y algunas de ellas aún perduran, demostrando su capacidad de pervivencia y adaptación a lo largo del tiempo. La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, sin embargo, no es una institución de enseñanza superior que hunda sus raíces en el Medievo. Desde su creación en 1989, la ULPGC se ha convertido en una universidad pública consolidada, en cuyas aulas se pueden estudiar todas las grandes áreas del saber, como muestra la amplia oferta académica de títulos de grado, posgrado y doctorado. La relativa juventud de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria le ha permitido avanzar con paso decidido en la implantación de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC). Mientras otras universidades españolas con mayor tradición aún no han hecho más que tímidos avances en la incoporación de las TIC como apoyo a la enseñanza presencial, nuestra Universidad, desde hace ya varios años, no sólo ha apostado por su utilización, sino que incluso, ha sabido aprovechar estos progresos tecnológicos para ofertar algunas enseñanzas en modo no presencial. El resultado es ya bien conocido por los cientos de estudiantes, tanto nacionales como extranjeros, que están cursando algunas de las titulaciones oficiales que la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria oferta a través de su Estructura de Teleformación. En la actualidad, la ULPGC oferta titulaciones oficiales en la modalidad no presencial, que han permitido acercar nuestra Universidad a aquellos estudiantes que, por razones geográficas o por falta de disponibilidad horaria, no pueden acercarse de forma presencial a nuestras aulas. Paralelamente, se ha ido incrementando la oferta de estudios de posgrado y los títulos propios, también en la modalidad de enseñanza no presencial. A pesar de los avances tecnológicos en el acceso a la información por parte de los estudiantes, somos conscientes de que los manuales y las guías docentes constituyen una pieza clave en el sistema de enseñanza universitaria no presencial. Nuestra Universidad ha sabido apostar por la edición de estos materiales didácticos, realizados por los expertos universitarios que imparten estas materias en el Campus Virtual de la ULPGC. No quiero dejar pasar la oportunidad para agradecer a sus autores la profesionalidad y el empeño que han puesto en la realización de estas obras. Nadie puede asegurar cuántas de las universidades actuales pervivirán, no ya dentro de mil años, sino siquiera dentro de unas decenas de años. Pero no me cabe la menor duda de que, en el inmediato futuro que nos aguarda, aquellas instituciones universitarias que no sepan

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rentabilizar la utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación, pueden comprometer seriamente su desarrollo inmediato. En este sentido, desde la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, podemos sentirnos satisfechos por el trabajo realizado hasta la fecha, aunque somos conscientes de que el camino por recorrer en los próximos años es prometedor. José Regidor García RECTOR

Introducción de la asignatura

PRESENTACIÓN DE LA ASIGNATURA El profesor de Educación Primaria tiene que ser un profesional capaz de asumir que su responsabilidad social está en el éxito del aprendizaje de sus alumnos ya que de ellos depende la formación de los ciudadanos del mañana. En el Plan de Estudios aprobado para la formación de los Graduados en Educación Primaria aparece el Módulo Didáctico y Disciplinar denominado Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias Experimentales con una asignación de 15 créditos. Está formado por dos asignaturas: Didáctica de las Ciencias Naturales y de la Educación para la Salud, biodiversidad y entorno con un total de 7.5 Créditos ECTS y que se imparte en el Tercer curso del Grado de Educación Primaria durante el 1ª Semestre y la Didáctica de la Física, de la Química de la Geología y de la Educación Ambiental que tiene también 7.5 Créditos ECTS y se imparte en el 1º Semestre en 4º Curso. Se considera aconsejable para cursarla sin dificultad disponer de conocimientos básicos de Didáctica General y de Psicología Educativa, que los estudiantes deben haber adquirido al desarrollar los contenidos curriculares del Grado y que se aplicarán en el diseño de actividades de enseñanza-aprendizaje de las Ciencias Experimentales. Para la formación didáctica de nuestros estudiantes hemos de tener en cuenta que, de la misma manera que los alumnos llevan a las clases de ciencias sus propias imágenes, sobre el mundo y sobre los fenómenos naturales, los futuros profesores también aportan sus ideas personales sobre la ciencia, sobre cómo enseñar y como aprender, construidas en su larga experiencia como estudiantes. Estas ideas responden generalmente a lo que en la literatura especializada se ha denominado enseñanza por transmisión, a la que también nos referimos como modelo tradicional. Por ello, en la propuesta didáctica que se hace para el aprendizaje de esta materia utilizamos las estrategias didácticas más recomendadas por la Didáctica de las Ciencias Experimentales procurando aplicar cada una de ellas en las diversas Unidades de Aprendizaje seleccionando las que se consideran más apropiadas a los contenidos a adquirir. Igualmente, también hacemos hincapié en que no se deben confundir las competencias básicas para la ciudadanía con las competencias profesionales y las específicas de la formación universitaria. Consideramos que todas las materias deben contribuir en diferente grado, lógicamente, a la adquisición de todas las competencias aunque queremos resaltar que la inclusión de las competencias no debe dar lugar a ignorar el cuerpo de conocimientos existente en la Didáctica de las Ciencias Experimentales. No obstante hemos de reflexionar sobre el hecho que lograr ser competentes en algo competencias parece más complejo que aprender contenidos.

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Por otra parte, al ser transversales, la adquisición de las competencias no puede ser homogénea sino que está mediatizado por el tipo de tarea que se haya planificado. Como afirman Pro y Rodríguez (2010)1 no podemos avanzar en el conocimiento de las ciencias si no mejoramos la competencia en comunicación lingüística pues está comprobado que muchas veces la resolución de las actividades de aprendizaje que se proponen no llegan a buen término porque son incapaces los alumnos de expresar correctamente tanto oralmente como por escrito sus observaciones y sus conclusiones, finalmente, hemos de considerar que tendremos que habilitar estrategias didácticas que faciliten la adquisición de las competencias básicas. Nosotras hacemos una propuesta para la formación de los graduados en Educación Primaria fundamentada en los paradigmas para la enseñanza de la ciencia en el siglo XXI principalmente en la argumentación, las competencias, los aspectos sociales de la Ciencia, el conocimiento didáctico del contenido y la indagación. Sabemos que la argumentación debe implantarse poco a poco en la escuela primaria y que desde que Driver lo introdujo en 1997 es uno de los paradigmas más empleados en la investigación sobre educación científica. Queremos resaltar que en el estudio PISA 2006 (OCDE, 2007)2 se estudian competencias como la capacidad de reconocer temas susceptibles de ser investigados científicamente; identificar términos clave para saber buscar la información científica, etc. Ello requiere que los estudiantes posean un conocimiento sobre la ciencia, aunque en ocasiones puede ser necesario recurrir también en mayor o menor grado al conocimiento de la ciencia (Garritz, 2010).3 También, a la hora de seleccionar los contenidos para la enseñanza de las ciencias en la educación primaria hemos aplicado los propuestos por Harlen (1989)4 para los alumnos desde los 7 a los 12 años. Entre estos criterios están: que permitan el desarrollo de los conceptos básicos; que resulten interesantes para los alumnos; que les ayuden a comprender el mundo que los rodea, mediante la investigación y la interacción con los objetos y los hechos que encuentren en él y que permitan el desarrollo de procedimientos científicos. OBJETIVOS • Conocer el currículo escolar en el área del Conocimiento del Medio. • Plantear y resolver situaciones problemáticas asociadas con la aplicación de las ciencias a la vida cotidiana. • Utilizar los procedimientos del trabajo científico como estrategia de aprendizaje. 1 PRO, A y RODRIGUEZ; J. (2010) Aprender competencias en una propuesta para la enseñanza de los circuitos eléctricos en Educación Primaria. Enseñanza de las Ciencias,28(3),385-405. 2 OCDE (2007). Programme for International Studes Assessment PISA 2006.Science competencies for tomorrow´world. Volume 1.Analysis.París: Organisation for Economic Co-operation and Development

3 Garritz,A. (2010). A pedagogical Content Knowledge and the affective domain of Scholarship of Teaching and Learning. International Journal for the of Scholarship of Teaching and Learning 4(2),1-6.

4 Citado por: Macedo, B. y Nieda, J. (1997) .Un currículo científico para estudiantes de 11 a 14 años. Santiago de Chile: UNESCO.

Introducción de la asignatura 15

• Saber utilizar las estrategias didácticas para lograr el aprendizaje de los contenidos científicos. • Desarrollar didácticamente los principios básicos y las leyes fundamentales de las ciencias experimentales (Física, Química y Geología) en la Educación Primaria). • Planificar, desarrollar y evaluar unidades didácticas, siguiendo las directrices curriculares de la Educación Primaria, para los contenidos de Ciencias Experimentales. • Ser capaz de identificar situaciones y problemas relacionados con el entorno y la vida cotidiana y plantear soluciones utilizando propuestas didácticas que integren los conocimientos de las disciplinas implicadas. ESQUEMA DE LOS CONTENIDOS DIDÁCTICA DE LA FÍSICA, QUÍMICA, GEOLOGÍA Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

EL LABORATORIO ESCOLAR

EL AGUA: UNA SUSTANCIA

DIFERENTE E INDISPENSABLE

SISTEMA MATERIALES

ESTUDIO DEL SUELO

PROBLEMAS

ESTUDIO DEL AIRE

MEDIOAMBIETALES

FUNDAMENTACIÓN CIENTÍFICA Y PROBLEMÁTICA DIDÁCTICA