Tema 10 – El aprendizaje de los fenómenos físicos y los cambios químicos. Planificación y realización de experiencias para el estudio de propiedades, características y comportamiento de la materia y la energía

A. DESARROLLO.

1. INTRODUCCIÓN.

2. EL APRENDIZAJE DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS Y LOS CAMBIOS QUÍMICOS.

2.1. Sistemas materiales.

2.1.1. Concepto de materia. Propiedades comunes.

2.1.2. Estados de agregación.

2.2. Propiedades de la materia.

2.3. Mezcla y disolución.

2.4. Sustancias puras: sustancias simples y compuestos.

2.5. Transformaciones físicas y químicas.

3. PLANIFICACIÓN Y REALIZACIÓN DE EXPERIENCIAS PARA EL ESTUDIO DE PROPIEDADES, CARACTERÍSTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA Y LA ENERGÍA.

3.1. Propiedades, características y comportamiento de la materia.

3.1.1. Técnicas de separación de los componentes de una mezcla.

3.1.2. Técnicas de separación de los componentes de un compuesto.

3.2. Propiedades, características y comportamiento de la energía.

3.2.1. Concepto de energía: las formas de energía.

3.2.2. Fuentes de energía: no renovables y renovables.

3.2.3. Transformaciones de energía.

3.2.4. Desarrollo energético sostenible: consumo energético.

3.3. Intervención educativa.

3.3.1. Propuestas de intervención en el aula.

4. COMENTARIOS FINALES.

B. RECURSOS.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

6. REFERENCIAS WEB.

A. DESARROLLO.

1. INTRODUCCIÓN.

La educación es uno de los factores que más influye en el avance y progreso de personas y sociedades. Además de proveer conocimientos, la educación enriquece la cultura, el espíritu, los valores y todo aquello que nos caracteriza como seres humanos.

En las economías modernas el conocimiento se ha convertido en uno de los factores más importantes de la producción. Las sociedades que más han avanzado en lo económico y en lo social son las que han logrado cimentar su progreso en el conocimiento, tanto el que se transmite con la escolarización, como el que se genera a través de la investigación.

Al finalizar la Educación Primaria, los alumnos parecen que trabajan más los conceptos que los procedimientos. La funcionalidad del aprendizaje parece tener una mínima presencia en las clases, manteniéndose principalmente una enseñanza academicista y alejada de la realidad cotidiana y social de los alumnos/as.

La nueva Ley Orgánica 8/2013, de 9 de diciembre, para la Mejora de la Calidad Educativa (en adelante LOMCE) pretende dar la vuelta a estos resultados, y si bien se le da la importancia que se merece a los contenidos conceptuales, se quiere primar también los procedimientos, sobre todo en áreas como el Ciencias de la Naturaleza, y más concretamente en el tema que nos ocupa: los fenómenos físicos y los cambios químicos. La trama conceptual de este tema parte del concepto de materia como elemento integrante del universo.

En este tema, trataremos de dar una visión global sobre los distintos estados y composiciones que podemos encontrarnos la materia, así como sus propiedades y técnicas de procedimientos de separación y unión sobre los propios estados de la materia. Profundizaremos en aspectos claves en referencia a la intervención educativa, y cómo tratar el tema con nuestro alumnado.

2. EL APRENDIZAJE DE LOS FENÓMENOS FÍSICOS Y LOS CAMBIOS QUÍMICOS.

Los aspectos relativos a los fenómenos físicos y los cambios químicos constituyen un núcleo de contenidos que se articulan en torno a la idea de diversidad como principio caracterizador de la realidad natural. La interacción entre el alumnado es un buen recurso tanto para la realización de experimentos como para la evaluación del trabajo realizado.

En el Real Decreto 126/2014, de 28 de Febrero, Currículo Básico Educación Primaria, y dentro del área de Ciencias de la Naturaleza, contempla los contenidos referentes a los cambios físicos y químicos dentro del bloque de contenidos: “Materia y energía”.

En la LOMCE, en su artículo 17, se establece un objetivo vinculado con esta área que los alumnos al finalizar esta etapa debe de haber adquirido: h) Conocer y valorar su entorno natural, social y cultural, así como las posibilidades de acción y cuidado del mismo.

El alumnado interpreta espontáneamente los cambios químicos como cambios físicos y, la mayoría de las veces, interpreta las observaciones experimentales de los fenómenos químicos como cambios físicos. Así, por ejemplo, observa cambios de color, de textura, aparición de gases… que son interpretados como cambios que se producen en las sustancias iniciales. Además, aunque el alumnado haya trabajado en clase con la interpretación microscópica de los cambios químicos, debemos tener en cuenta que en los textos que elaboran hagan referencia a los átomos y las moléculas.

Los fenómenos físicos son aquellas transformaciones de la materia que modifican alguna propiedad de la misma, sin que ésta llegue a evolucionar para cambiar su naturaleza: calentamiento, deformación, movimiento… Por ejemplo, la dilatación de algunos metales al calentarse o cuando el hielo se derrite para transformarse en agua.

Los cambios o reacciones químicas son aquellas transformaciones de la materia donde la naturaleza de la sustancia desaparece y origina otra nueva. Por ejemplo, el papel que se quema y se convierte en humo y cenizas, este proceso es fruto de una combustión y provoca el cambio de las sustancias iniciales en otras.

El anexo I de la Orden___________ en el bloque 4 del área de ciencias naturales Materia y energía. Integra contenidos relativos a los fenómenos físicos, las sustancias y los cambios químicos que pondrán los cimientos a aprendizajes posteriores y al uso racional de recursos.

2.1. Sistemas materiales.

2.1.1. Concepto de materia. Propiedades comunes.

No puede darse una definición de materia mediante conceptos cotidianos, de ahí que tengamos que describirla por las propiedades que posee.

Definimos la masa, como la cantidad de materia que tiene un cuerpo, expresándose habitualmente en gramos o kilogramos. La medida de la masa de un cuerpo se realiza mediante la balanza.

Definimos por volumen, como la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. La medida de los volúmenes se realiza en unos recipientes denominados probetas, siendo su unidad el litro.

2.1.2. Estados de agregación

La materia se presenta en tres formas distintas de agregación o estados, que se designan con los nombres de sólido, líquido y gas. En el estado sólido, los cuerpos poseen una forma definida y volumen propio, caracterizándose por su rigidez y no poder fluir.

En el estado líquido, los cuerpos se adaptan a la forma de los recipientes que los contienen, esto hace que los líquidos puedan fluir, si bien en algunos casos esta fluidez es lenta como ocurre en los llamados líquidos viscosos.

A una determinada presión y temperatura, los cuerpos se presentan en un estado de agregación determinado, pero si se modifican las condiciones existentes la materia puede evolucionar a otro estado diferente.

2.2 Propiedades de la materia.

La materia se caracteriza por presentar ciertas cualidades o propiedades características siendo éstas de dos tipos:

Propiedades físicas: son aquellas que se pueden medir sin que se afecte la composición o la identidad de la sustancia. Ejemplo de estas propiedades son la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, entre otras.

Propiedades químicas: las cuales se observan cuando una sustancia sufre un cambio químico, es decir, una transformación de su estructura interna, convirtiéndose en otras sustancias nuevas. Dichos cambios químicos, pueden ser reversibles o irreversibles, cuando éstos últimos ocurren en una sola dirección (como en la combustión de la madera).

2.3 Mezcla y disolución

La materia puede presentarse en dos formas distintas: homogéneas y heterogénea, según que se a completamente uniforme, es decir, que sus propiedades y composición sean las mismas en cualquier punto.

Cada fase de una mezcla presenta sus propiedades características y en general pueden separarse unas de otras por procedimientos físicos.

Así un granito constituye una mezcla de tres fases o sustancias: el cuarzo (transparente), la mica biotita (negra) y el feldespato (blanco o rosa).

Definimos como disolución, a un sistema material homogéneo de composición variable. Las disoluciones se comportan como mezclas homogéneas donde no se pueden distinguir sus componentes, denominados disolvente al componente de mayor proporción y soluto al que está en menor proporción.

2.4 Sustancias puras. Sustancias simples y compuestos.

Son sustancias puras aquellas que poseen una composición fija e invariable, no pudiéndose separar en sus componentes por procedimientos físicos.

Se clasifican en:

Sustancias simples o elementos: Cuando están constituidas por una sola clase de átomos, como el oxígeno, el hierro, el nitrógeno…

Compuestos: Cuando están constituidas por varias clases de átomos, como por ejemplo el agua, que está formada por hidrógeno y oxígeno en una determinada proporción. Los compuestos químicos, al igual que las mezclas, están constituidos por varias sustancias diferentes, pero se diferencian de éstas en los siguientes aspectos:

a) Los componentes de las mezclas pueden separarse por medios físicos, pero los constituyentes de los compuestos químicos, no.

b) Las mezclas tienen las propiedades de sus componentes, pero os compuestos poseen propiedades específicas de ellos.

c) Las mezclas pueden existir en cualquier proporción, los compuestos químicos presentan una proporción de elementos invariable.

d)

SISTEMAS MATERIALES

– SISTEMA MATERIAL

o Separable por procedimientos físicos

§ Heterogéneo

· Mezcla (granito)

§ Homogéneo

· Disolución (Aire)

– Sustancia pura

o Poseen una composición fija e invariable

§ Elemento

· Una clase de átomos (Oxígeno)

§ Compuesto

· Varias clases de átomos (Agua pura).

La formulación o descomposición de un compuesto supone una modificación de calor.

Figura 1. Los sistemas materiales

2.5 Transformaciones físicas y químicas.

Transformaciones físicas.

Por su importancia se destacan los cambios de estado y las dilataciones, definidas como variaciones en el volumen de los cuerpos por efecto del calor.

Las dilataciones se caracterizan por no ser cambios permanentes, así, cuando se calienta un cuerpo, éste se dilata, pero posteriormente si dejamos de calentar, el cuerpo se enfría y consecuentemente se contrae.

Transformaciones químicas.

A diferencia de los cambios físicos, las transformaciones químicas son permanentes, así la combustión del alcohol origina dos nuevas sustancias: anhídrido carbónico y agua. Los cambios químicos pueden ser muy variados, no obstante por su importancia destacaremos la combustión, reacción que se caracteriza por combinarse una determinada sustancia denominada combustible con el oxígeno, desprendiéndose una determinada cantidad de calor y originándose otras nuevas sustancias, generalmente anhídrido carbónico y agua.

3. PLANIFICACIÓN Y REALIZACIÓN DE EXPERIENCIAS PARA EL ESTUDIO DE PROPIEDADES, CARACTERÍSTICAS Y COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA Y LA ENERGÍA.

3.1 Propiedades, características y comportamiento de la materia.

3.1.1. Técnicas de separación de los componentes de una mezcla.

Hemos visto anteriormente, como mezclas y disoluciones están formadas por dos o más sustancias constituyendo sistemas heterogéneos y homogéneos respectivamente (Lozano, J. y Vigata, J., 1995). Las técnicas más usuales para separar los componentes de las disoluciones están fundamentadas en los cambios de estado de uno de los componentes, lo que permite proceder a su separación.

Dentro de este grupo destacamos:

a) Cristalización.

Es el paso de una sustancia disuelta en un disolvente, al estado sólido- cristalino. La técnica consiste en evaporar a uno de los componentes y dejar cristalizar el otro en un cristalizador, como por ejemplo; disolver unos gramos de sulfato de cobre en un poco de agua, virtiendo el contenido en un cristalizador, dejando evaporar unos días y observar los cristales azules de sulfato de cobre obtenidos

b) Destilación.

Es la separación de un sólido de un líquido o de dos líquidos miscibles de temperaturas de ebullición diferentes. Como actividad experimental vamos a proceder a la separación de una mezcla de sal común en agua, disolviendo unos gramos de sal en agua, colocarlo en un matraz de destilación, calentar la disolución y observar cómo con la ayuda de un refrigerante podemos recoger en un vaso de precipitados el agua destilada exenta de sal.

c) Filtración.

Esta técnica permite separar un sólido del líquido en el cual se encuentra en suspensión, sirviéndonos de medios porosos que permiten el paso del líquido y retienen el sólido. En este caso la actividad experimental va a consistir en la separación de una mezcla de arena y agua, mezclando unos gramos de arena con agua, calentar suavemente la mezcla, filtrar la mezcla a través de un papel de filtro, recoger el agua exenta de arena en un matraz y la arena quedando en el papel de filtro.

d) Decantación.

Esta técnica permite, mediante el llamado matraz de decantación, separar dos líquidos inmiscibles y de distinta densidad. Como actividad vamos a proceder a separar una mezcla de aceite y agua, mezclándolos, luego verterlos en un matraz de decantación, dejar reposar unos minutos, procediendo a la separación con la ayuda de la llave del matraz, quedando el líquido menos denso en el decantador (aceite) y el más denso en el vaso de precipitados (agua).

3.1.2. Técnicas de separación de los componentes de un compuesto.

La separación de los elementos integrantes de un compuesto químico es tarea más compleja y requiere de un proceso químico, con el fin de simplificar los procesos de separación, tendríamos que diferenciar la obtención de elementos de carácter metálico de los que no lo son.

Los elementos metálicos se caracterizan por formar compuestos químico muy estables, de ahí que de forma general se tengan que emplear técnicas basadas en la reducción, bien con el empleo de agentes reductores como el carbón de coque.

Los elementos no metálicos, como era de esperar, se pueden obtener de los compuestos que los contienen mediante procesos de oxidación, empleándose al respecto numerosos agentes oxidantes tales como el permanganato de potasio, que se utiliza para obtener cloro o bromo.

3.2. Propiedades, características y comportamiento de la energía

3.2.1. Concepto de energía: las formas de energía.

Se define por energía, la capacidad que tienen los cuerpos para cambiar o para producir cambios (Gómez et al. 2006).

La energía se manifiesta de múltiples formas distintas, recibiendo cada una de ellas nombres diferentes. Así hablamos de energía mecánica cuando está asociada a los movimientos de los cuerpos, energía calorífica si se manifiesta en forma de calor, si lo hace en forma de luz se denomina energía luminosa, eléctrica cuando es referente a los fenómenos eléctricos…

3.2.2. Fuentes de energía: no renovables y renovables.

La materia o los fenómenos a partir de los cuales podemos obtener energía, se denominan fuentes de energía (Gómez, et al. 2006).

Según su carácter perecedero, las fuentes de energía se clasifican en renovables y no renovables.

a) Fuentes no renovables: Son aquellas que como consecuencia de su uso y consumo se agotan, su utilidad está por tanto muy limitada, toda vez que llegado un determinado momento careceremos de ellas. Como por ejemplo: gas natural, petróleo, carbón, uranio…

b) Fuentes renovable: Son aquellas que como consecuencia de su uso no se agotan, su utilidad es por tanto teóricamente ilimitada. Es evidente que los seres humanos deberíamos utilizar de forma prioritaria estas fuentes, con el fin de perpetuar los recursos energéticos. Como ejemplo citaremos:

· Energía hidráulica: que es la que posee el agua en movimiento, para ello se construyen centrales hidroeléctricas, donde se acumula el agua

· Energía eólica: es la producida por el viento, se usan en los parques eólicos para transformarla en energía eléctrica.

· Energía bioquímica. Es la obtenida a partir de la materia orgánica aprovechando los residuos orgánicos.

2.2.3. Transformaciones de energía.

Las fuentes energéticas anteriormente consideradas, permiten obtener una determinada forma de energía, no obstante lo usual es transformarla en razón de su utilidad, así en unos casos nos interesa la energía calorífica, o mecánica…

De todas formas, la energía eléctrica es la más adecuada como intermediaria para transformarla en otras diferentes, esto es debido a sus especiales características que la hacen particularmente adecuada para este uso, destacando:

– No es contaminante

– Ofrece una cierta seguridad.

– Es fácilmente almacenable.

– Se puede transformar en numerosas formas de energía.

2.2.4. Desarrollo energético sostenible: consumo energético.

La importancia de la energía en nuestro tiempo es capital, toda vez, que podemos decir que constituye uno de los instrumentos del desarrollo social, tecnológico e industrial más importante. El progreso y la sociedad del bienestar están vinculados a la evolución de las técnicas de producción y en consecuencia al consumo energético.

Frente a este aspecto positivo, aparecen otros negativos:

La energía como un bien perecedero, tenemos que considerar que en la actualidad las mayores fuentes de energía consumidas, son precisamente aquellas que presentan un carácter perecedero tales como los combustibles.

Las repercusiones medioambientales, podríamos destacar los efectos del CO2, como producto de las combustiones del carbón y otros combustibles fósiles. Así el incremento del CO2 en la atmósfera es el responsable directo de que la temperatura media del globo haya aumentado en torno a 1º C en los últimos 50 años.

Un elemento más a considerar en las centrales nucleares, son los problemas derivados del almacenaje de los residuos, tema no resuelto y que cada día genera más incertidumbre y confusión social.

3.3. Intervención educativa.

La intervención educativa debe partir del conocimiento que el niño tiene de la realidad, por incompleto, subjetivo, inmaduro y distorsionado que éste sea. Es necesario realizar actividades que permitan al profesor informarse sobre los conceptos previos que poseen los alumnos, de la realidad que se va a estudiar, tanto para poder ajustarse de forma realista a su nivel de desarrollo como para conocer las diferencias individuales y actuar en consecuencia.

El desarrollo eficaz de este currículo precisa un enfoque metodológico que facilite el diseño y la organización de situaciones reales de aprendizaje. Para ello sería importante, en primer lugar, comenzar con preguntas y la presentación de hechos y fenómenos familiares, accesibles, concretos y, siempre que sea posible, mediante actividades manipulativas. En segundo lugar, sería conveniente trabajar con tareas abiertas y diversas insertas en contextos variados y con distintos niveles de dominio, procurando que todo el alumnado tenga garantía de éxito y fomentando el trabajo en equipo y las actitudes de colaboración. En tercer lugar, se involucraría al alumnado proponiéndole guías para observar, recoger, clasificar y analizar datos, relacionando la información y formulando explicaciones y argumentos, con el objetivo de avanzar en la comprensión progresiva de su entorno. Por último, resulta oportuno insistir en la importancia de la comunicación oral y escrita de los hallazgos e ideas para compartir y comprender las aportaciones de las demás personas.

El anexo I de la Orden_____ para el área de ciencias naturales expone en sus orientaciones metodológicas las siguientes pautas que podemos llevar a cabo perfectamente a la hora de trabajar cualquier contenido de este tema:

En este área cobra especialmente relevancia el aprendizaje por descubrimiento, que se basa en la idea de que para aprender ciencia hay que hacer ciencia, y apuesta por una construcción activa de conocimiento por parte del alumnado. Este enfoque supone que los alumnos y alumnas construyen conocimiento por sus interacciones con el mundo material o con los seres vivos. La función del docente es la preparación de materiales y situaciones adecuadas a este objetivo. Podemos diferenciar los siguientes pasos en la investigación en el aula:

a) Plantear interrogantes sobre fenómenos y situaciones del mundo natural que resulten de interés para el alumnado

b) Exposición de sus conocimientos iniciales sobre el problema planteado

c) Discusión y acuerdo sobre el diseño de la investigación

d) Desarrollo de la investigación siguiendo el diseño pautado

e) Procesamiento significativo de la información obtenida, construyendo conocimientos que den respuesta adecuada a los problemas investigados.

f) Planteamiento de nuevos interrogantes como resultado de las observaciones y experiencias realizadas.

g) Comunicación de los resultados alcanzados

3.3.1. Propuestas de actividades en el aula.

Emplear medios como la radio, la televisión, el video, el DVD o la pizarra digital, que supongan nuevos estímulos dentro del aula y resulten motivadores para los alumnos. Un ejemplo de concreto del área, como puede ser practicar experiencias sencillas en el aula para comprobar la reversibilidad o no de cualquier procedimiento físico y químico, por ejemplo:

· Mezclar un vaso de agua con azúcar, moverlo, observamos que no se distingue la mezcla y luego lo dejamos reposar y vuelve a su normalidad.

· Quemamos un papel en el aula de forma controlada, así podemos observar que debido a un procedimiento químico: la combustión, el papel no puede volver a su estado inicial y queda incinerado.

· Emplear la prensa y las revistas para fines didácticos dentro del área.

· Y por último y muy importante utilizar el juego como recurso educativo y didáctico muy motivador en esta etapa de primaria. Podemos realizar un juego de preguntas y respuestas para cada unidad, haciendo equipos y que estos fueran siempre los mismos, para que así sea como un repaso final del tema y podemos utilizarlo como recurso para evaluar contenidos anteriormente dados.

4. COMENTARIOS FINALES.

El currículo del área de Ciencias de la Naturaleza plantea desarrollar en el alumnado de esta etapa capacidades intelectuales, así como dotarles de conocimientos, habilidades y actitudes para comprender mejor la sociedad y el mundo en el que vive.

La etapa de la Ed. Primaria, es un contexto idóneo para la experiencia. Son tantas las posibilidades que la física y química ofrecen, que debemos aprovechar las experiencias del alumnado, que además de contribuir a la consecución de la competencia del conocimiento e interacción con el mundo físico, permita que el niño acceda la sociedad actual con madurez y responsabilidad.

En la educación primaria los alumnos, “también podrán conocer y experimentar algunos cambios físicos y químicos observables en los materiales y sustancias”, así como conocer las principales fuentes energéticas y la escasez de las fuentes tradicionales. Es conveniente que, a partir del trabajo con estos materiales y objetos, los alumnos y alumnas inicien la construcción de algunos conceptos básicos de física y química: propiedades de la materia, interacciones físicas y químicas.

B. RECURSOS.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

– BOJA_____

– BOJA_____

– MEC (2013a). Ley Orgánica 8/2013 del 9 de diciembre para la Mejora de la Calidad Educativa.

– MEC (2014b). Real Decreto 126/2014 del 28 de febrero por el que se establece el currículo básico de la Educación Primaria.

– MEC (2006a) Ley Orgánica 2/2006, de 3 de Mayo, de Educación.

– MEC (2006b) Real Decreto 1513/2006, del 7 de diciembre por el que se establecen las enseñanzas mínimas para la educación primaria.

– Lozano, J. y Vigata, j. (1995). Fundamentos de química general. Granada: Alambra.

– Zabala, A. (coord., 2003), Cómo trabajar los contenidos procedimentales en el aula. Barcelona: Graó.

6. REFERENCIAS WEB.

– Http:// www.primaria.profes.net/

Http://juntadeandalucia.es/averroes/actualidad/2006/loe.php3

Publicado: diciembre 3, 2017 por Laura Gonzalez

Etiquetas: tema 10 educación primaria