Departamento de Educación de Puerto Rico

Guía del Curso La Investigación Científica Para El Nivel Intermedio: fundamentos básicos de investigación

2008

Área de Química Dr. Jaime García Facultad de Química y Física Departamento de Química y Física Universidad de Puerto Rico, Ponce Prof. Eunice Mercado Facultad de Química y Física Departamento de Química y Física Universidad de Puerto Rico, Ponce Área de Física Dr. José Alonso Departamento de Matemática/Física Facultad de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico, Cayey Dr. José Roberto López Departamento de Física Facultad de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico, Mayagüez

Área de Biología Profa. Carmen Pura Rodríguez Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Sagrado Corazón San Juan Dra. María Lazaro Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Sagrado Corazón San Juan Dr. Manuel Aquino Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Sagrado Corazón San Juan, Puerto Rico Dr. Carlos Ricart Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico, Cayey

El Programa de Ciencias del Departamento de Educación de Puerto Rico le encomendó a un grupo de trabajo compuesto por profesores de las diferentes universidades del país y maestros del nivel intermedio y superior que desarrollaran esta Guía como respuesta a la necesidad de los maestros del nivel intermedio de tener un medio para desarrollar el curso de investigación científica en este nivel. Esta Guía sirve como instrumento básico para el desarrollo de conceptos, destrezas y actitudes propias de la investigación científica para el nivel intermedio.

COLABORADORES

Dr. Ricardo Chiesa Departamento de Biología Facultad de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico, Cayey Área de Matemática y Estadística Profa. Mayra Alonso Departamento de Matemáticas Facultad de Ciencias Naturales Universidad del Sagrado Corazón San Juan

Área de Naturaleza y Filosofía de las Ciencias Naturales Dr. Héctor Joel Álvarez Facultad de Educación Universidad de Puerto Rico Recinto de Río Piedras

Maestros colaboradores Digna Ortiz Escuela: Francisco Morales, Naranjito

Ángel Lorenzana Escuela: Apolo San Antonio, Vega Alta

Editor General Dr. Héctor Joel Álvarez Facultad de Educación Universidad de Puerto Rico Recinto de Río Piedras

Los aspectos de ética y tecnología integrados en el texto de esta Guía se tomaron con la autorización del DE de los trabajos realizados para la Guía del Nivel Superior por:

Área de Tecnología Dr. José Sánchez Lugo Escuela Graduada de Ciencias y Tecnologías de la Información Universidad de Puerto Rico Recinto de Río Piedras

Área de Ética

Prof. Sara Santiago Estrada Consultora independiente

Artista Gráfica Margie L. Álvarez Consultora Independiente

Fotografía

Norma N. Curet Ayala

Fotógrafa Departamento de Educación

Notificación de política pública: El Departamento de Educación de Puerto Rico no discrimina, en sus actividades, servicios educativos u oportunidades de empleo, por razón de raza, color, sexo, nacimiento, origen nacional, condición social, ideas políticas o religiosas, edad o impedimento.

Nota aclaratoria; Para propósitos de carácter legal en relación con la Ley de Derechos Civiles de 1964, el uso de los términos maestro, director, padre, estudiante y cualquier otro que pueda hacer referencia a ambos géneros incluye tanto el masculino como el femenino.

El Departamento de Educación de Puerto Rico tiene los derechos exclusivos sobre este material, y se prohíbe su reproducción parcial o total sin

autorización expresa de esta agencia gubernamental.

AUTORIDADES ESCOLARES

Dr. Rafael Aragunde Torres Secretario

Departamento de Educación de Puerto Rico

Dra. Yolanda Vilches Norat

Subsecretaria para Asuntos Académicos

Profa. Myrna Rodríguez Correa

Secretaria Auxiliar de Servicios Académicos

Prof. Luis Jiménez Robles

Director del Programa de Ciencias

Reconocimiento especial Cuando se concibió el proyecto sobre la investigación científica para el nivel

intermedio se reconoció la necesidad de desarrollar una Guía que tuviese los contenidos y las actividades requeridas para que los maestros pudiesen implantar el curso de la forma más adecuada posible. Como parte del diseño original se estructuró un curso corto a nivel universitario sobre diseño instruccional y el desarrollo de actividades de investigación científica para maestros del nivel intermedio. En este curso participaron maestros en los Recintos de Ponce y Río Piedras de la Universidad de Puerto Rico. Los maestros del nivel intermedio estaban acompañados por algunos maestros del nivel superior que ya habían tomado el adiestramiento para enseñar el curso de investigación de este nivel.

Queremos agradecer a estos maestros su aportación en la creación de esta Guía. Algunos de ellos contribuyeron creando actividades que aparecen en la guía pero su mayor aportación no fue en la creación de las actividades, sino en la discusión rica que se dio en nuestros salones de clases. Hubo discusiones de asuntos sobre currículo e instrucción, estructuración de ambientes de aprendizaje, problemas específicos sobre la implantación del curso, estructura de las actividades y estructura del curso. Y por supuesto hubo excelentes discusiones sobre los contenidos de las actividades. De estas discusiones surgieron recomendaciones específicas que hemos tomado en cuenta y tratado de incorporar al máximo en esta Guía. A estos maestros nuestro agradecimiento porque una gran porción de esta Guía es producto de sus ideas y esfuerzo en este curso. Agradecemos y reconocemos la aportación de: Agueda Y. Casimiro, Aida E. Rosas, Ana Negron, Ángel I. Maldonado, Ángel Lorenzana, Ángeles Beltrán, Carlos R. Molina, Carmelo Flores, Carmen A. Arce, Digna Ortiz, Edgar Torres, Elianid Espinosa, Elizabeth González, Elizabeth Soto, Elsie García, Emma Ruíz, Ernesto Toro, Esperanza Colón, Gloria M. Torres, Haydeé M. Laporte, Itza M. Rodríguez, Ivelisse Pérez, Janet Maldonado, Javier González, José Orellana, Juan González, Juan R. Hernández, Kethy Awad, Lisandra Torres, Magda I. Cruz, Manuela Ortiz, María de los A. Rodríguez, María Alvarado, María Mejía, María E. Thielle, Marilyn Santiago, Mayra I. Acosta, Michelle Avilés, Migdalia Tosado, Nayda I. Medina, Nilda Freese, Noemí Ramos, Norberto Aponte, Olga M. Menéndez, Wallesca I. Miranda, Zulma Espada Dr. Jaime García Profesor Curso de Ponce Dr. Héctor Joel Álvarez Profesor Curso Río Piedras

vii

A los estudiantes

La enseñanza de ciencias en el nivel intermedio se caracteriza porque se comienza a profundizar en los conceptos que se iniciaron en el nivel elemental. Es precisamente un ciclo intermedio de profundización y alcance conceptual en las áreas básicas de las ciencias: biología, química, física y ciencias terrestres. Sin embargo, pensamos que en este nivel hace falta integrar, de modo más estructurado y coherente, el proceso de investigación científica que es la forma de obtener y desarrollar el conocimiento científico. Es por esto que hemos diseñado este curso.

Este curso está diseñado pensando en ti como investigador y sabemos que vas a demostrar todas las cualidades y capacidades que te caracterizan como joven curioso que quiere conocer más allá de lo que es obvio. En este curso podrás investigar muchos fenómenos del mundo natural de modo ameno e interesante. En muchas ocasiones estarás guiado por tu maestra o maestro y en otras, tendrás más libertad de trabajar solo o con otros compañeros. Investigarás cosas tan interesantes como las características o factores que hacen que un avión vuele más eficientemente hasta los efectos que tiene la intensidad de la luz en la rapidez de fotosíntesis, pasando por el estudio de sistemas tan importantes como los péndulos hasta el análisis de cuál combustible es más eficiente para producir energía.

En este curso serás investigador e inventor y analizarás muchos sistemas y problemas que resolverás utilizando la metodología científica para obtener conocimiento. Confiamos y estamos seguros que disfrutarás el curso y que demostrarás todo lo de investigador que hay en ti. Hemos desarrollado este curso para ti, conociendo de antemano que lo disfrutarás y que el aprendizaje que obtengas del mismo no será sólo para una nota en el curso, sino para toda tu vida. Adelante y que disfrutes y descubras todos los misterios científicos que aguardan por ti. Mucho éxito.

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Prólogo

• La investigación científica: ¿por qué y para qué?.................10 • El proceso de investigación en las ciencias naturales …….12 • Los tipos de investigación científica …………………………..13 • Actividades ...............................................................................15

Capítulo 1: La Investigación Científica

¿Cómo utilizar esta Guía?

El proceso de la investigación científica

iX

1

3

8

10

• Las características de las ciencias naturales basadas en su espíteme ...................................................................................48 • La falacia del método científico ………………………………...51 • La investigación descriptiva …………………………………….52 • Las características de una investigación descriptiva ……...53 • La investigación experimental ………………………………….54 • La correlación entre variables …………………………………..57 • Los procesos en la investigación científica ………………….60 • Los procesos de las ciencias: definiciones operacionales ………………………………………………………….60 • Actividades …………………………………………………………66

Capítulo 2: Los métodos de la investigación científica

X

48

• Las características de un problema científico ......................93 • La pseudociencia, la religión y las ciencias naturales .........94 • La Metafísica y las ciencias naturals …………………………..95 • Las fuentes para obtener los problemas científicos ………..97 • Las preguntas para investigar ………………………………….98 • Actividades ………………………………………………………..104

Capítulo 3: La metodología científica 93

• Las fases del diseño de la investigación .............................165 • La importancia de la estadística en la investigación ..........166 • Los métodos estadísticos descriptivos ...............................167 • La muestra y la población .....................................................167 • El muestreo y los mecanismos de tomar los datos ............169 • La validez y la confiabilidad de los datos ............................171 • El análisis estadístico de los datos ......................................172 • Las distribuciones de frecuencias ........................................172 • Las medidas de tendencia central ........................................176 • Actividades ……………………………………………...………..181

Capítulo 5: El diseño de la Investigación

• Esquema del proceso de Investigación científica ..............123 • Las ideas preconcebidas sobre las hipótesis ……………...124 • Las variables en la investigación y en la hipótesis ……….125 • Las características de las hipótesis ………………………….126 • La formulación ade la hipótesis ………………………………128 • La función de las hipótesis en la investigación …………...130 • Las hipótesis estadísticas ……………………………………..131 • Actividades ……………………………………………………….135

Capítulo 4: La metodología de las ciencias naturales

Xi

123

165

Bibliografía General

• Apéndice A: Excel ..................................................................236 • Apéndice B: Prontuario Del Curso .......................................264 • Apéndice C: Preparación De Una Propuesta De Investigación ....................................................................280

Apéndices

• El análisis lógico y conceptual de los resultados de la Investigación ..........................................................................187 • La formulación de los nuevos principios en el diseño

descriptivo ..............................................................................188 • La aceptación o el rechazo de la hipótesis de investigación

con diseño experimental .......................................................189 • La importancia de la publicación de los resultados ...........190 • Actividades .............................................................................193

Capítulo 6: El análisis de los resultados y el establecimiento de las conclusiones

Xii

187

235

285

Prologo: El curso de Investigación científica del nivel

intermedio

El curso de Investigación científica provee las experiencias de aprendizaje

necesarias que le permiten al estudiante del nivel intermedio entender los principios

básicos que caracterizan la investigación científica. El curso presenta la naturaleza de

las ciencias como una conjunción del conocimiento y la metodología de hacer cien-

cias. Hace especial énfasis en el desarrollo del pensamiento científico como una ca-

racterística inherente a las ciencias naturales y a la utilización de los procesos de las

ciencias como el modo natural para adquirir conocimientos del mundo natural en el

que estamos inmersos los humanos.

El enfoque constructivista, fundamentado en el método de inquirir y

el descubrimiento, y la solución de problemas son enfatizados en el curso como la

metodología de enseñanza por excelencia. La visión de la integración curricular de las

ciencias naturales (Biología, Física, Ciencias Terrestres, Química, Ciencias

Ambientales) se presenta en el curso como deseable para el desarrollo de los

conceptos y destrezas de la investigación científica.

El propósito fundamental de este curso es desarrollar el hábito de pensar

científicamente en los estudiantes, para que puedan ser ciudadanos con pensamiento

crítico en un mundo cada vez más influenciado por la ciencia y la tecnología (Marco

1

Curricular de Ciencias: Sección de Necesidades y Metas). Sin embargo, del mismo

modo vertiginoso que se desarrollan las ciencias y la tecnología se desarrolla, al

mismo tiempo, la pseudo ciencia, y cada vez, gana más adeptos en un sector de la

población.

El análisis crítico de estos asuntos pseudo científicos requiere la eliminación de

la ignorancia y la implantación del hábito de pensar científicamente en la sociedad.

Entendemos que este curso provee la oportunidad y las herramientas para que los

estudiantes del nivel Intermedio logren ambas cosas.

Este curso tiene el valor de un crédito y está diseñando para ofrecerse en

cualquier grado del nivel intermedio, aunque es ideal que se enseñe en noveno grado.

En este grado los estudiantes tienen más conocimientos en las ciencias y la

naturaleza integrada del mismo lo hace más sencillo para los estudiantes. No obstante

esta realidad, el curso se puede dar en cualquier nivel ya que los contenidos

específicos de las materias (Biología, Física, Ciencias Terrestres, Química, Ciencias

Ambientales) no son el objetivo del aprendizaje, sino que son el vehículo, el medio y el

contexto que se utiliza para desarrollar los conceptos y destrezas de la investigación

científica que es nuestra meta. Basándonos en esto es que las actividades en esta

Guía tienen los estándares, las competencias y las especificidades del grado que se

considera que estaban atendidas en la actividad.

2

El proceso de la investigación científica

El conocimiento científico al igual que otros tipos de conocimientos, es el

producto de la actividad humana. Esto es, unas personas que llamamos científicos

obtienen el conocimiento científico y de modo similar unas personas que llamamos

historiadores obtienen el conocimiento histórico y así por el estilo en los diferentes

campos del saber humano. Sin embargo, ¿qué hace al científico ser científico y no

historiador y al conocimiento científico ser científico y no histórico?

Para contestar estas dos preguntas es necesario analizar las características del

científico y el método que utiliza para construir el conocimiento por un lado, y el objeto

de estudio de las ciencias naturales por el otro. La primera característica interesante

de un científico es la curiosidad o visto de otro modo el deseo por conocer o

investigar. Todos los seres humanos somos curiosos, sin embargo, el objeto que nos

despierta la curiosidad es diferente en muchos casos. La curiosidad del científico

surge de la necesidad de conocer el mundo natural, o sea el mundo material. Otras

personas tienen curiosidad por estudiar el comportamiento psicológico o social (o

histórico) de los humanos. Esto nos lleva a contestar la segunda parte de nuestra

3

pregunta, los científicos, como mencionamos anteriormente estudian el mundo

natural.

Para muchos autores, la curiosidad y el deseo de descubrir son características

inherentes a la naturaleza humana. El proceso de inquirir es un proceso mental que

requiere destrezas complejas de pensamiento. Sin embargo, las personas —por su

desarrollo normal de experiencias de vida, entre las que se incluyen la educación— lo

aprenden de un modo inconsciente. La capacidad de observar la tenemos todos los

seres humanos y es inherente a los mecanismos genéticos de los procesos de

percepción de estímulos que poseemos. Visto de este modo, aparentemente, todos

podemos llevar a cabo el acto de descubrir. ¿Quiere decir esto que todos podemos

llevar a cabo procesos y actividades relacionadas con la ciencia? Si esto es cierto,

¿constituyen un acto científico las actividades del diario vivir y el acto de descubrir un

objeto o una información?

De los factores antes mencionados, la observación es, quizás, el más conocido

por todos. Si no observáramos el ambiente que nos rodea, no sobreviviríamos un solo

día bajo condiciones normales. Nuestra vida depende de mantenernos alerta y de

tomar decisiones instantáneas a partir de lo que observamos. Por lo tanto,

regularmente, hacemos cientos de observaciones diarias y tomamos decisiones

importantísimas basadas en ellas.

En nuestras actividades cotidianas, la observación como mecanismo para

tomar decisiones de algún comportamiento particular, en muchas ocasiones, no se

piensa ni se dirige hacia un fin, sino que ocurre al azar. El encuentro con el evento, el

objeto, el suceso o el sujeto de observación ocurre por coincidencia y no, por la

provocación o por nuestra búsqueda consciente de lo que queremos observar.

En el caso del científico, el acto de observar es distinto desde el comienzo. Un

científico estudioso de los procesos de polinización de una flor se detendrá en

aspectos diferentes, en los cuales, quizás, no se fije una persona que no sea científica

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cuando observa una abeja que camina sobre una flor. En este caso, la persona

observará los dos objetos: la abeja y la flor. Posiblemente, tome conciencia del color

de la flor y, si sabe su nombre, quizás lo recuerde. Si no lo conoce, es muy probable

que no se interese en saber nada más sobre ella.

Para los científicos, las observaciones son el principio de ese proceso que se

conoce como hacer ciencia. Las observaciones del científico son diferentes de las que

hacemos en nuestro diario vivir, ya que tienen como propósito buscar los patrones

detrás de lo que es obviamente observable de un modo consciente. No sólo es

observar con los sentidos, sino observar con la razón, es decir, desde el mismo

principio, se contrasta la interpretación y el análisis de lo observado con la prueba

conocida y con los patrones establecidos. Es importante señalar que, en nuestras

observaciones del diario vivir, establecemos patrones de lo observado, pero,

generalmente, lo hacemos de modo inconsciente, y las variaciones de dichos patrones

no generan una concatenación de sucesos que resulten en una investigación.

Queremos aclarar que el proceso de investigar no necesariamente comienza

con una observación particular. Como mencionamos, el proceso de razonamiento ya

está en juego desde el inicio de la observación. Por otro lado, hay investigaciones que

comienzan con la imaginación de algo que viola precisamente lo observado. El

planteamiento que hacemos es que, en algún momento, la observación de lo que

ocurre en la naturaleza es importante en el proceso de investigar.

Si nos basamos en lo anterior, podemos ir construyendo nuestra definición de

lo que significa hacer ciencia. Por el momento, estableceremos que la actividad

científica se caracteriza por una observación sistemática de la naturaleza, con el

propósito consciente de buscar patrones y de tratar de explicar los eventos, los fenó-

menos y las situaciones que no sean cónsonas con los patrones que se espera en-

contrar. Dicho de otro modo, se buscan las relaciones de causa y efecto entre los pa-

trones observados. De acuerdo con el mismo razonamiento, estas disonancias con los

5

patrones establecidos o esperados pueden ser tan fuertes e irreconciliables que pro-

voquen un proceso de investigación guiado por la curiosidad, para determinar el por-

qué de la discrepancia. Analicemos un poco más el acto de hacer ciencia.

Indicamos anteriormente que la diferencia entre la curiosidad del científico y la

de la persona que no es un científico se relaciona, en primer lugar, con el objeto

receptor de la curiosidad en sí mismo y con las observaciones que se hagan de él. Es

decir, que hay objetos y observaciones que pueden ser causa de curiosidad para las

personas (entre ellas, el científico), pero que no pueden causar curiosidad científica.

Esta paradoja está íntimamente asociada al acto de observar y a la formulación de las

observaciones.

Un colega poeta que acompaña a nuestro científico por una vereda boscosa

observa una abeja que revolotea alrededor de una preciosa flor roja. El poeta señala

lo siguiente:

“La abeja demuestra lo sabia que es la naturaleza, ya que

prefiere el color rojo de la flor, al igual que los seres humanos,

que utilizan flores de este color para demostrar el amor y la

pasión que sienten por el ser amado”.

Esta aseveración puede ser cierta y totalmente válida (si dejamos a un lado las

consideraciones históricas y culturales), pero no puede llevar al científico a la

curiosidad científica (aunque haya llevado flores rojas a su compañera en el

cumpleaños). Esto se debe a que no podemos someter la aseveración a ningún

tratamiento de observación sistemática y, luego, utilizar la rigurosidad del proceso de

inquirir y la lógica para determinar si el supuesto patrón que estableció el poeta es

válido. Significa que no todo puede investigarse científicamente.

Hemos visto hasta ahora que sí podemos identificar características inherentes

al acto de hacer ciencia. Los procesos y las condiciones que determinan esta

6

disciplina ocurren de un modo natural en los seres humanos. Sin embargo, en el caso

del científico, suceden de un modo cualitativamente diferente, y su relación con los

fenómenos, las cosas y los eventos que motivan la investigación y, por ende, la

información que obtiene de esta relación son diferentes en su naturaleza.

Por lo general, las actividades comunes del diario vivir no son “científicas”,

porque el proceso que se sigue con ellas no es científico. Por otro lado, en ocasiones,

aunque queramos, no podemos actuar científicamente, porque la naturaleza de la

actividad no lo permite. Todo esto nos lleva a preguntarnos; ¿podemos enseñar de un

modo sistemático a nuestros estudiantes para que se aproximen a la naturaleza y

piensen, observen y descubran patrones, de una forma similar a la de los

científicos? Creemos firmemente que si. Por esto hemos desarrollado este curso de

Investigación del nivel intermedio.

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¿Cómo utilizar esta Guía?

La Guía esta estructurada siguiendo la tabla de contenido expresada en el

prontuario del curso que aparece como Apéndice A. En cada capitulo está el

contenido que el maestro debe cubrir con sus estudiantes y las actividades que debe

utilizar para desarrollar los conceptos y destrezas inherentes a la naturaleza de las

ciencias y al proceso de investigar. Como mencionamos anteriormente el contenido

per se de las actividades es el vehículo (y no el fin ) para desarrollar los contenidos de

la investigación científica.

Los capítulos han sido secuenciados tratando de mantener el continuo de los

conceptos y las destrezas de la naturaleza de las ciencias y el proceso de investigar.

Por lo tanto, sugerimos que el maestro siga esta secuencia guiado por el prontuario

del curso , hasta que conozca a cabalidad el curso y si desea y se siente capacitado

pueda experimentar variando el modelo propuesto y mejorando el mismo. El capítulo 5

que incluye la estadística, el maestro puede ofrecerlo cuando crea que es necesario

para que los estudiantes practiquen el diseño de la investigación durante el desarrollo

de las actividades.

Sugerimos que primero el maestro trabaje con las actividades y luego provea

la información que entienda es necesaria. Para que el estudiante sienta que en

realidad esta descubriendo y aprendiendo, no es aconsejable que se den primero los

argumentos teóricos si el estudiante no tiene una base conceptual. No obstante es el

maestro quien decidirá en todo momento y basándose en su experiencia y las

condiciones reales de su salón de clases como desarrollará los conceptos y destrezas

propuestos en esta Guía. La información que aparece en esta Guía es para el maestro

y aconsejamos que no se pase directamente al estudiante. Sugerimos que el maestro

haga una adaptación de la información ya sea en presentaciones de power point,

pequeños artículos o ejercicios y se los ofrezca al estudiante.

8

Aunque las actividades tienen un procedimiento que hemos llevado a cabo y

revisado en varias ocasiones, se aconseja que el maestro practique las mismas y se

asegure que funcionan de acuerdo a lo establecido en la misma, en su sala de clases.

En ocasiones factores - algunos de ellos locales y particulares del lugar donde se lleva

a cabo la actividad - que el autor de la misma no considero, pueden afectar los

resultados. Por otro lado, el maestro debe sentir completa libertad de sustituir algún

material que entienda no es adecuado en su contexto particular o que no pueda

conseguir.

El espacio para crear y ganar en conocimiento esta siempre presente. Nuestro

deseo es que esta Guía sea solo eso, una guía, y que el maestro utilice su creatividad

y criterio profesional propios para hacer adaptaciones y modificaciones que redunden

en mejorar este instrumento y sea más efectiva su enseñanza.

9

La investigación científica: ¿por qué y para qué?

El mundo económico y

tecnológico actual impone,

c a d a v e z m á s , u n

conocimiento adecuado de las

c ienc ias na tu ra les . E l

desarrollo económico y social

se vincula al desarrollo

científico y tecnológico de los

países (UNESCO, 1993). El

mundo empresarial y del

trabajo, por ejemplo, muestran

una relación íntima con el conocimiento científico y tecnológico. La industria

energética, la automotriz y la de las comunicaciones son sólo algunas de las que, sin

lugar a dudas, demuestran esta relación. Los aspectos relacionados con el manejo y

la conservación del ambiente e, incluso, la importante industria de producción agrícola

dependen casi exclusivamente de los avances científicos mundiales.

El país que no pueda insertarse de un modo o de otro en el conocimiento

científico, ya sea como buen usuario o como productor, está destinado al fracaso. Es

lógico, entonces, que el sistema educativo de cada país fomente el desarrollo de las

ciencias en todos los niveles de la educación. El desarrollo del conocimiento científico

depende de la investigación científica. Por eso, creemos que el Puerto Rico del

presente siglo requiere de un grupo de personas capacitadas que utilice la ciencia y el

10

conocimiento científico con los siguientes propósitos: aportar al desarrollo de las

ciencias en las diferentes ramas del saber. La Biotecnología, la Química Ambiental, la

Física de las Comunicaciones y otros materiales nuevos son sólo algunos ejemplos de

ramas del saber en las que será necesario desarrollar conocimientos; traducir los

resultados de la investigación científica para el beneficio de la sociedad puertorriqueña

en múltiples áreas, tales como el ambiente, la medicina, la construcción, la

biotecnología y las comunicaciones; establecer política pública en asuntos

relacionados con las ciencias naturales, tales como la clonación, la ingeniería genética

y la conservación del ambiente y su desarrollo sostenible, entre otros.

Por otro lado, la metodología científica, o el modo de hacer ciencia, desarrolla

en los estudiantes el hábito de pensar desde el punto de vista científico. Actualmente,

la pseudociencia ha tomado un auge increíble, y un modo de combatirla es mediante

el desarrollo del pensamiento científico crítico. Además, el bombardeo

propagandístico sobre medicinas “cúralo todo” y dietas maravillosas, entre otras áreas,

requiere de un ciudadano con un nivel desarrollado de pensamiento crítico. Su

aplicación a la prevención del uso y abuso de drogas y otras conductas

autodestructivas es obvia. La educación no puede estar ajena a estas necesidades,

por lo que entendemos que es necesario que el proceso de investigación se desarrolle

de un modo sistemático en las escuelas. Si queremos desarrollar en los estudiantes

las destrezas y el conocimiento necesarios para que sean capaces de producir

conocimiento científico y, si deseamos desarrollar el hábito de pensar científicamente,

ellos deben tener la oportunidad de realizar investigaciones mediante la utilización de

la metodología científica.

11

El proceso de investigación en las ciencias naturales

El proceso de investigación está en el centro de los fundamentos

epistemológicos de las ciencias naturales. La naturaleza misma de las ciencias como

campo del saber se fundamenta en el conocimiento adquirido mediante una

metodología particular que se enmarca en la investigación científica. Las ciencias

naturales se componen, entonces, de dos grandes dimensiones: el campo del conocimiento: que incluye los conceptos, las leyes, los principios y las teorías; el campo de la metodología: que incluye el diseño y el desarrollo de investigaciones

experimentales o descriptivas. En las primeras —las experimentales—, se tienen

controles muy específicos, y en las últimas, descripciones cualitativas o cuantitativas

del fenómeno.

Sin embargo, en muchas facetas de la vida, llevamos a cabo investigaciones,

pero esas investigaciones no se catalogan como científicas. Por ejemplo, la

investigación de índole social o las de otros tipos son comunes en nuestra sociedad.

El propósito de investigar, sin que importe el campo que sea, es la obtención del

conocimiento. También es necesario entender que el conocimiento no es equivalente

a los datos ni a la información que obtenemos, sino el resultado del procesamiento de

esos datos o de esa información. El conocimiento es el producto de un acto creativo al

operar sobre la información o sobre los datos.

Por esto es por lo que el conocimiento derivado de la investigación científica

posee la característica esencial de que se fundamenta en datos y se deriva de ellos

de una forma lógica. Los procesos de inferir y deducir conclusiones deben ser

respaldados por los datos que proveyeron la base para las conclusiones. El proceso

de investigación científica requiere del investigador una serie de destrezas tanto

inherentes al proceso de investigar como destrezas complejas del pensamiento. Las

destrezas de análisis, síntesis y evaluación, así como el razonamiento lógico y la

solución de problemas, están en el centro del proceso de investigar científicamente.

12

El proceso de investigación científica o la metodología de las ciencias posee los

siguientes elementos esenciales: la identificación o el planteamiento de una pregunta

o un problema de investigación; la identificación de las variables en el experimento; el

establecimiento de la hipótesis (si aplicase); el diseño y la realización del experimento;

el análisis de los datos para establecer las conclusiones con referencia a la hipótesis.

Los tipos de investigación científica

Las investigaciones científicas se clasifican en dos tipos generales, de acuerdo

con la motivación o el propósito para lo que se investiga: el aplicado y el básico. La

investigación aplicada surge por una necesidad o motivación para resolver algún

problema que nos afecte. Este tipo de investigación se utiliza comúnmente para

trabajar con problemas relacionados con la medicina, la salud, el ambiente y la

tecnología de las comunicaciones, entre otros. Por ejemplo, las investigaciones sobre

el cáncer, el genoma humano, la biotecnología de los alimentos y el control de

insectos en las sembradíos agrícolas son de este tipo, así como las motivadas por

razones bélicas. Además, las investigaciones para producir aviones más rápidos y

satélites más eficaces caen dentro de esta categoría. Por lo general, este tipo de

investigación se utiliza en las grandes industrias especializadas, en el ejército, en las

13

fuerzas armadas, en los centros de investigación médica y en la NASA, entre otros.

Por otro lado, la investigación básica es aquella que surge como una

necesidad intrínseca del investigador para adelantar el conocimiento en un campo en

particular, aunque no se vea su aplicación inmediata. Por lo regular, este tipo de

investigación no tiene una aplicación inmediata. En la actualidad, estas

investigaciones se utilizan en instituciones sin fines de lucro dedicadas al quehacer

científico y en algunas universidades. Las investigaciones sobre el funcionamiento y la

estructura de un bosque tropical, el comportamiento de un organismo, el patrón de

reproducción de un mamífero u otro animal son ejemplos de investigaciones que no

tienen aplicación inmediata aparente. No obstante, en ocasiones, este tipo de

investigación, aunque no aparenta tener aplicación inmediata, posteriormente, puede

aportar significativamente a la solución de problemas prácticos.

Reflexión para el maestro

1. En este capítulo se señalan varias razones para el

desarrollo científico de un país. Identifique una razón

adicional y explica por qué la misma es importante.

2. Compare y contraste la investigación básica y la aplicada.

Mencione algunos ejemplos.

3. Describa el proceso de investigación científica en términos

generales y explique en que consiste cada fase.

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Censo Colaborativo

Propósito: En esta actividad los estudiantes reflexionarán sobre la importancia de la adquisición de conocimiento sobre la metodología científica y de la importancia de ésta en la vida de los seres humanos.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad

NC.8.2. Toma decisiones apropiadas para la solución de problemas y explica cómo el conocimiento científico se aplica al desarrollo tecnológico basado en la necesidad del ser humano de entender el mundo que lo rodea.

NC.8.2.1 Explica cómo el conocimiento científico y la tecnología se pueden aplicar a las actividades del ser humano.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.3 Agrupa datos en una gráfica de por ciento NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos

Materiales

• Hoja del censo colaborativo

15

Introducción

Esta actividad es un censo del conocimiento que tienen los estudiantes sobre el proceso de investigación y las ciencias. La misma le servirá de modo de assessment.

Censo Colaborativo

Procedimiento: 1. Permita que los estudiantes contesten el censo sobre

conocimiento de la metodología de investigación de la ciencia.

2. Al completar el censo los estudiantes, pida que participen en la discusión de las ideas y tabulen las respuestas del grupo completo usando la hoja de tabulación de resultados.

3. Diríjalos para la discusión de las preguntas.

4. Prepare una rúbrica para valorar la actividad de assessment.

5. Asigne la actividad de assessment de acuerdo a su necesidad.

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Analiza y aplica

1. ¿En qué categoría (excelente, bueno, regular o deficiente) se puede catalogar el conocimiento científico de toda la clase?

2. Si este conocimiento no es bueno o excelente, ¿qué estrategias podrían contribuir a mejorarlo?

3. ¿Por qué crees que la sociedad tiene un conocimiento distorsionado de lo que es la ciencia y la metodología de investigación científica?

4. Busca información sobre un científico famoso cuyo trabajo consideres de gran relevancia. Pega una fotografía de este científico en un pedazo de cartulina y escribe su nombre debajo de ésta. Debajo de la fotografía escribe un párrafo breve explicando por qué ese científico merece el reconocimiento de la sociedad.

Assessment

Escribe un mensaje de texto a un amigo explicándole por qué es tan importante para todo ciudadano el tener conocimiento de conceptos (cultura científica) y de la metodología de la investigación científica. Escríbelo usando lenguaje de mensaje de texto y mensaje escrito normalmente. Envíalo a uno de tus amigos y pídele que te responda expresando su opinión. Comparte estos mensajes con tus compañeros de clase.

Censo Colaborativo

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Censo Colaborativo

CENSO COLABORATIVO Discute las siguientes ideas con tu grupo colaborativo y lleguen a un consenso. En el espacio provisto, escriban una A si están de acuerdo con la idea planteada, o una D si están en desacuerdo.

_____1. La ciencia es principalmente un método para inventar aparatos nuevos.

_____2. La ciencia puede resolver cualquier problema, o contestar cualquier

pregunta.

_____3. La ciencia se dedicada primordialmente a entender como funciona el mundo

natural.

_____4. La ciencia puede usar explicaciones sobrenaturales si es necesario.

_____5. La astrología (predicciones de tu futuro) es una ciencia.

_____6. La ciencia requiere una gran cantidad de actividad creativa.

_____7. La ciencia siempre provee contestaciones tentativas o temporeras a las

preguntas.

_____8. Una hipótesis es una adivinanza o suposición sobre algo.

_____9. Los científicos pueden creer en un ser sobrenatural y aún así hacer buena

ciencia.

_____10. La ciencia se involucra principalmente en la recopilación de datos.

_____11. La mayor parte de los ingenieros y médicos son científicos.

_____12. Un hecho científico es absoluto, fijo y permanente.

_____13. Existe actividad científica mediocre.

_____14. Una teoría científica es meramente una conjetura, una suposición.

_____15. Los científicos han resuelto la mayor parte de los misterios de la naturaleza.

_____16. La ciencia puede estudiar eventos que ocurrieron hace millones de años.

_____17. Es importante que toda persona educada conozca lo que es la ciencia, lo

que puede y no puede hacer, y como trabaja.

18

_____18. La experimentación científica usualmente involucra el probar algo

simplemente para ver qué ocurre, sin predecir lo que puede ocurrir.

_____19. Cualquier acción científica puede ser aceptada como exacta y confiable.

_____20. Los científicos asumen que la naturaleza sigue siempre las mismas reglas a

través de todo el universo.

_____21. Los científicos frecuentemente tratan de refutar las posibles explicaciones.

_____22. La ciencia puede ser influenciada por factores como la raza, género,

nacionalidad o religión de los científicos.

_____23. Todos los problemas científicos se resuelven usando el método científico.

_____24. Una de las debilidades de la ciencia es respecto a las discrepancias entre

los científicos.

______25. Cualquier estudio realizado cuidadosamente y basado en observaciones

Censo Colaborativo

19

Introducción Probablemente estás bien informado sobre los nuevos aparatos electrónicos en

el mercado, los artistas que tienen el favor del público, la vestimenta de moda o los deportistas más destacados en la actualidad. Pero, ¿cuánto conoces sobre la ciencia y la investigación científica?

En esta actividad te relacionarás con varias ideas referentes al estudio de la ciencia y de la investigación científica. Analízalas objetivamente con tus compañeros de manera que puedas evaluar tu conocimiento sobre el tema.

Censo Colaborativo

Procedimiento: 1. Contesta el censo sobre conocimiento de la metodología

de investigación de la ciencia en conjunto con tus compañeros de grupo. Discutan cada idea y lleguen a un consenso sobre la respuesta (de acuerdo o en desacuerdo).

2. Escriban una A mayúscula al frente de la oración si están de acuerdo y una D mayúscula si están en desacuerdo. Recuerden que la contestación debe ser un consenso de grupo luego de haber leído y discutido cuidadosamente la oración. Sin embargo si no llegan a consenso tabulen ese ítem separado.

3. Al completar el censo participen en la discusión de las ideas y tabulen las respuestas del grupo completo usando la hoja de tabulación de resultados.

4. Al finalizar la tabulación coteja con el/la maestro/a la respuesta correcta para cada idea y escríbela en la hoja de tabulación.

20

Censo Colaborativo

Propósito: En esta actividad reflexionarás sobre la importancia de la adquisición de conocimiento sobre la metodología científica y de la importancia de ésta en la vida de los seres humanos.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad

NC.8.2. Toma decisiones apropiadas para la solución de problemas y explica cómo el conocimiento científico se aplica al desarrollo tecnológico basado en la necesidad del ser humano de entender el mundo que lo rodea.

NC.8.2.1 Explica cómo el conocimiento científico y la tecnología se pueden aplicar a las actividades del ser humano.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.3 Agrupa datos en una gráfica de por ciento

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos

Materiales

• Hoja del censo colaborativo

21

5. Cuenten el número de grupos que acertaron la siguiente cantidad de contestaciones para catalogar su conocimiento científico. Anótenlo en la tabla.

a. 22 a 25 respuestas correctas - excelente

b. 19 a 21 respuestas correctas - bueno

c. 12 a 18 respuestas correctas - regular

d. 0 a 11 respuestas correctas - deficiente

6. Conviertan ese número a por ciento (%).

% = número de grupos en cada categoría x 100

total de grupos

Tabla #1: Conocimiento sobre la metodología de investigación en

ciencias

7. Preparen una gráfica de barras representando el conocimiento de la clase sobre las ideas científicas planteadas. Esta gráfica debe contener el % de grupos que muestran el conocimiento indicado en cada categoría. Si los estudiantes tienen las facilidades para utilizar Excel utilice ese programa.

Categoría Número de grupos Por ciento

Excelente

Bueno

Regular

Deficiente

Censo Colaborativo

22

Censo Colaborativo

Analiza y aplica

1. ¿En qué categoría (excelente, bueno, regular o deficiente) se puede catalogar el conocimiento científico de toda la clase?

2. Si este conocimiento no es bueno o excelente, ¿qué estrategias podrían contribuir a mejorarlo?

3. ¿Por qué crees que la sociedad tiene un conocimiento distorsionado de lo que es la ciencia y la metodología de investigación científica?

4. Busca información sobre un científico famoso cuyo trabajo consideres de gran relevancia. Pega una fotografía de este científico en un pedazo de cartulina y escribe su nombre debajo de ésta. Debajo de la fotografía escribe un párrafo breve explicando por qué ese científico merece el reconocimiento de la sociedad.

23

Censo Colaborativo

CENSO COLABORATIVO Discute las siguientes ideas con tu grupo colaborativo y lleguen a un consenso. En el espacio provisto, escriban una A si están de acuerdo con la idea planteada, o una D si están en desacuerdo.

_____1. La ciencia es principalmente un método para inventar aparatos nuevos.

_____2. La ciencia puede resolver cualquier problema, o contestar cualquier

pregunta.

_____3. La ciencia se dedicada primordialmente a entender como funciona el mundo

natural.

_____4. La ciencia puede usar explicaciones sobrenaturales si es necesario.

_____5. La astrología (predicciones de tu futuro) es una ciencia.

_____6. La ciencia requiere una gran cantidad de actividad creativa.

_____7. La ciencia siempre provee contestaciones tentativas o temporeras a las

preguntas.

_____8. Una hipótesis es una adivinanza o suposición sobre algo.

_____9. Los científicos pueden creer en un ser sobrenatural y aún así hacer buena

ciencia.

_____10. La ciencia se involucra principalmente en la recopilación de datos.

_____11. La mayor parte de los ingenieros y médicos son científicos.

_____12. Un hecho científico es absoluto, fijo y permanente.

_____13. Existe actividad científica mediocre.

_____14. Una teoría científica es meramente una conjetura, una suposición.

_____15. Los científicos han resuelto la mayor parte de los misterios de la naturaleza.

_____16. La ciencia puede estudiar eventos que ocurrieron hace millones de años.

_____17. Es importante que toda persona educada conozca lo que es la ciencia, lo

que puede y no puede hacer, y como trabaja.

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_____18. La experimentación científica usualmente involucra el probar algo

simplemente para ver qué ocurre, sin predecir lo que puede ocurrir.

_____19. Cualquier acción científica puede ser aceptada como exacta y confiable.

_____20. Los científicos asumen que la naturaleza sigue siempre las mismas reglas a

través de todo el universo.

_____21. Los científicos frecuentemente tratan de refutar las posibles explicaciones.

_____22. La ciencia puede ser influenciada por factores como la raza, género,

nacionalidad o religión de los científicos.

_____23. Todos los problemas científicos se resuelven usando el método científico.

_____24. Una de las debilidades de la ciencia es respecto a las discrepancias entre

los científicos.

_____25. Cualquier estudio realizado cuidadosamente y basado en observaciones

Censo Colaborativo

25

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Propósito: En esta investigación los estudiantes identificarán y explicarán cómo los científicos investigan para probar sus ideas y además explicarán los beneficios de la investigación científica.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la ciencia, tecnología y sociedad

NC.7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.1 Identifica y redacta problemas e hipótesis. NC.7.1.4 Distingue entre un grupo de control y uno experimental NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos. NC.9.1.1 Utiliza diferentes métodos para la solución de problemas y

someter a prueba su hipótesis.

Materiales • Lectura: ¿Por qué salen gusanos

en la carne?

• Presentación en Power Point sobre los experimentos de Redi prepara-da por el maestro

26

Introducción

¿En qué consiste la labor de los científicos cuando hacen ciencia? ¿Qué es la ciencia? ¿Existen características distintivas de la actividad científica que nos permitan clasificar las actividades que pertenecen a ese grupo y las que no? Para Feynman, premio Nobel en física, la “ciencia es el placer de descubrir”, y el elemento placer es esencial en ese proceso. Plantea que el proceso del descubrimiento y la experiencia de descubrir son placenteros (o deben serlo) y recompensables.

La diferencia entre la curiosidad del científico y la de la persona es, en primer lugar, el fenómeno que la origina, los científicos se interesan por los fenómenos y los eventos que a nadie más le interesan y en segundo lugar, el objetivo, la razón del científico es corroborar, buscar y analizar patrones en el fenómeno observado, lo que, por lo regular, las personas no hacen conscientemente en su vida diaria.

Por el momento, estableceremos que la actividad científica se caracteriza por una observación sistemática de la naturaleza, con el propósito consciente de buscar patrones y de tratar de explicar los eventos, los fenómenos y las situaciones que no sean cónsonas con los patrones que se espera encontrar. Dicho de otro modo, se buscan las relaciones de causa y efecto entre los patrones observados. De acuerdo con el mismo razonamiento, estas disonancias con los patrones establecidos o esperados pueden ser tan fuertes e irreconciliables que provoquen un proceso de investigación guiado por la curiosidad, para determinar el por qué de la discrepancia. Analicemos un poco más el acto de hacer ciencia…

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Procedimiento: 1. Esta actividad los estudiantes la trabajarán en pareja.

2. Indíqueles que lean la lectura: ¿Por qué salen gusanos en la carne? y contesten las preguntas en la sección de Análisis y Aplicación.

3. Discuta la actividad haciendo énfasis en lograr el propósito planteado. Note que cada pregunta de la actividad atiende un aspecto medular de la naturaleza de las ciencias y la investigación científica.

27

¿Por qué salen gusanos en la carne? El experimento que llevó a cabo el médico italiano Francesco Redi (1621-1697) constituye un buen ejemplo para demostrar cómo se adquiere nuevo conocimiento aplicando los principios de lo que se ha llamado “la naturaleza de las ciencias”. Esta investigación nos permite demostrar el principio de la causalidad natural además de, junto a otros descubrimientos de la época, proporcionar los elementos o criterios para el surgimiento de la ciencia moderna. Redi investigó por qué aparecen gusanos (que hoy sabemos son larvas de moscas) en la carne en descomposición. En la época de Redi, el hecho de que aparecieran gusanos en la carne se consideraba prueba de que la vida surgía de manera espontánea en lugares donde había condiciones para ello. Esta creencia se constituyó en lo que se ha conocido como la Teoría de generación espontanea, es decir, la producción de seres vivos a partir de la materia inerte.

¿Por qué el trabajo que llevó a cabo Redi, aportó evidencia contundente en contra de la teoría de generaciones espontáneas?

De manera sencilla podríamos resumir su trabajo de la manera siguiente:

• observó que alrededor de los lugares donde se dejaba carne expuesta había moscas.

• que los gusanos aparecían en la carne que se dejaba a la intemperie por varios días.

• pensó que debía haber una relación entre las moscas y los gusanos que posteriormente se veían creciendo en la carne.

• Para demostrar esta relación diseñó el siguiente experimento :

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Francesco Redi

28

• Al primer frasco lo dejó descubierto, el segundo frasco lo cerró

herméticamente y el tercer frasco, lo cubrió con una gasa.

• Luego de un tiempo observó que:

◊ La carne del primer frasco tenía gran cantidad de larvas y moscas.

◊ En el segundo frasco (el tapado) no había gusanos, aunque la carne

estaba podrida y mal oliente.

◊ En el tercer frasco pudo observar que, sobre la tela, había huevos de

las moscas que no pudieron atravesarla.

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Diseño del experimento de Redi

29

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Analiza y aplica

1. ¿De qué observación partió Redi para llevar a cabo su investigación?

2. ¿Cuál crees que fue el problema que se planteó?

3. ¿Partiendo de ese problema, cuál fue la hipótesis que se sometió a investigación?

4. ¿Cuál consideras fue el razonamiento de Redi para el diseño experimental

que llevó a cabo? Explica

5. ¿Qué representa cada frasco en esta investigación?

6. ¿Además de los factores que se han considerado hasta el momento, crees que fue necesario tener presente algunos otros? Explica tu respuesta.

7. ¿Qué resultados obtuvo Redi en su experimento?

8. ¿Cuál fue su conclusión?

9. Redi llevó a cabo sus experimentos para mediados y fines del siglo 17 y no fue

hasta el siglo 19 que se descartó la teoría de generaciones espontáneas.

a. ¿Qué importancia consideran que tiene el momento histórico en la evolución del conocimiento?

b. Busquen información que les permita conocer el por qué esto fue así.

¿Qué eventos importantes ocurrieron en este tiempo que permitieron se descartara la teoría de generaciones espontáneas?

30

10. ¿Qué te sugiere el caso de la teoría de generaciones espontáneas sobre la naturaleza de las ciencias y del conocimiento científico?

11. Desde el punto de vista de los científicos el proceso de descubrir está

íntimamente asociado a tres características que debe poseer una persona: curiosidad, capacidad de inquirir o preguntarse y capacidad de observar. ¿Cómo se manifiestan cada una de estas características en el trabajo que llevó a cabo Redi?

Pregunta para assessment:

Esta pregunta la puede plantear con el formato de diario reflexivo conceptual para los estuantes.

12. Muchas veces hemos observado un evento o un suceso donde “nos mata la curiosidad” por saber lo que está pasando. ¿Esta conducta nos hace un científico? Explica tu respuesta.

13. Aproveche y discuta con los estudiantes lo que es investigación pura y aplicada. Discuta esto a la luz de esta actividad. Asigne buscar en el periódico ejemplos de investigación pura y aplicada.

Nota: Es adecuado que monte una presentación en Power Point con el diseño de Redi para discutir la lectura y ofrecer a los estudiantes un esquema visual de los experimentos.. En Internet hay mucha información y esquemas de los experimen-tos.

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

31

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Propósito: En esta investigación identificarás y explicarás cómo los científicos investigan para probar sus ideas y además explicarás los beneficios de la investigación científica

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la ciencia, tecnología y sociedad

NC.7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.1 Identifica y redacta problemas e hipótesis. NC.7.1.4 Distingue entre un grupo de control y uno experimental NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos. NC.9.1.1 Utiliza diferentes métodos para la solución de problemas y

someter a prueba su hipótesis.

Materiales

• Lectura: ¿Por qué salen gusanos en la carne?

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Introducción ¿En qué consiste la labor de los científicos cuando hacen ciencia? ¿Qué es la

ciencia? ¿Existen características distintivas de la actividad científica que nos permitan clasificar las actividades que pertenecen a ese grupo y las que no?

Para Feynman, la “ciencia es el placer de descubrir”, y el elemento placer es esencial en ese proceso. Plantea que el proceso del descubrimiento y la experiencia de descubrir son placenteros (o deben serlo) y recompensables. En esta actividad descubrirás las respuestas a estas y otras preguntas.

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Procedimiento: 1. Esta actividad la trabajarás en pareja. 2. Lean la siguiente lectura ¿Por qué salen gusanos en la carne? y contesten las preguntas en la sección de Análisis y Aplicación.

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¿Por qué salen gusanos en la carne? El experimento que llevó a cabo el médico italiano Francesco Redi (1621-1697) constituye un buen ejemplo para demostrar cómo se adquiere nuevo conocimiento aplicando los principios de lo que se ha llamado “la naturaleza de las ciencias”. Esta investigación nos permite demostrar el principio de la causalidad natural además de, junto a otros descubrimientos de la época, proporcionar los elementos o criterios para el surgimiento de la ciencia moderna. Redi investigó por qué aparecen gusanos (que hoy sabemos son larvas de moscas) en la carne en descomposición. En la época de Redi, el hecho de que aparecieran gusanos en la carne se consideraba prueba de que la vida surgía de manera espontánea en lugares donde había condiciones para ello. Esta creencia se constituyó en lo que se ha conocido como la Teoría de generación espontanea, es decir, la producción de seres vivos a partir de la materia inerte.

¿Por qué el trabajo que llevó a cabo Redi, aportó evidencia contundente en contra de la teoría de generaciones espontáneas?

De manera sencilla podríamos resumir su trabajo de la manera siguiente:

• observó que alrededor de los lugares donde se dejaba carne expuesta había moscas.

• que los gusanos aparecían en la carne que se dejaba a la intemperie por varios días.

• pensó que debía haber una relación entre las moscas y los gusanos que posteriormente se veían creciendo en la carne.

• Para demostrar esta relación diseñó el siguiente experimento :

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

34

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

Diseño del experimento de Redi

• Al primer frasco lo dejó descubierto, el segundo frasco lo cerró

herméticamente y el tercer frasco, lo cubrió con una gasa.

• Luego de un tiempo observó que:

◊ La carne del primer frasco tenía gran cantidad de larvas y moscas.

◊ En el segundo frasco (el tapado) no había gusanos, aunque la carne

estaba podrida y mal oliente.

◊ En el tercer frasco pudo observar que, sobre la tela, había huevos de

las moscas que no pudieron atravesarla.

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Analiza y aplica

1. ¿De qué observación partió Redi para llevar a cabo su investigación? 2. ¿Cuál crees que fue el problema que se planteó?

3. ¿Partiendo de ese problema, cuál fue la hipótesis que se sometió a

investigación?

4. ¿Cuál consideras fue el razonamiento de Redi para el diseño experimental que llevó a cabo? Explica

5. ¿Qué representa cada frasco en esta investigación?

6. ¿Además de los factores que se han considerado hasta el momento, crees que

fue necesario tener presente algunos otros? Explica tu respuesta. 7. ¿Qué resultados obtuvo Redi en su experimento?

8. ¿Cuál fue su conclusión?

9. Redi llevó a cabo sus experimentos para mediados y fines del siglo 17 y no fue

hasta el siglo 19 que se descartó la teoría de generaciones espontáneas.

a. ¿Qué importancia consideran que tiene el momento histórico en la evolución del conocimiento?

b. Busquen información que les permita conocer el por qué esto fue así.

¿Qué eventos importantes ocurrieron en este tiempo que permitieron se descartara la teoría de generaciones espontáneas?

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

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10. ¿Qué te sugiere el caso de la teoría de generaciones espontáneas sobre la naturaleza de las ciencias y del conocimiento científico?

11. Desde el punto de vista de los científicos el proceso de descubrir está

íntimamente asociado a tres características que debe poseer una persona: curiosidad, capacidad de inquirir o preguntarse y capacidad de observar. ¿Cómo se manifiestan cada una de estas características en el trabajo que llevó a cabo Redi?

12. Muchas veces hemos observado un evento o un suceso donde “nos mata la

curiosidad” por saber lo que está pasando. ¿Esta conducta nos hace un científico? Explica tu respuesta.

¿Que es esa cosa llamada Ciencia?

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Propósito: En esta actividad identificarás y explicarás las diferencias

entre investigación experimental e investigación descriptiva y contrastaras entre una Investigación básica y una investigación aplicada.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la ciencia, tecnología y sociedad

NC. 7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.1 Identifica y redacta problemas e hipótesis. NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico. NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos. NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas. NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos.

Materiales

• 80 hojas de pino hondureño

• Reglas calibradas en mm.

• Calculadoras

• Programa Excel

• Papel de gráfica (1cm.)

38

Introducción La fuente de problemas para la investigación científica es el mundo natural. El

descubrimiento del fascinante mundo microscópico ni siquiera se imaginaba, hasta que el científico holandés Anton Van Leeuwenhoeck (1632-1723) descubrió los “animálculos” con un microscopio rudimentario utilizado para observar una gota de agua de una charca. Toda la investigación que se generó al principio consistió en la descripción de ese mundo desconocido, en la que se incluyeron los eventos y los pro-cesos que ocurrían en él. Cuando se hace una investigación descriptiva, se describe lo que ocurre, cómo ocurre y cuándo ocurre. La descripción puede partir de la observación directa del fenómeno en la naturaleza o bien, de un experimento de laboratorio.

En la investigación con diseño experimental se contesta la pregunta: ¿Por qué ocurre...?. Por lo tanto, se buscan relaciones de causa y efecto, esto es, ¿qué causa que tal “cosa” ocurra? Este modo de ver los fenómenos naturales establece la causali-dad entre las variables que se investiguen. El diseño experimental requiere, entonces, que identifiquemos todas las posibles variables (factores físicos, biológicos e interac-ciones entre éstos) que intervienen en un determinado experimento, y que las maneje-mos de cierto modo para encontrar relaciones de causa y efecto entre ellas.

En ocasiones, cuando diseñamos un experimento, no lo hacemos de forma descriptiva, porque no contestamos ninguna de las preguntas básicas que describen el fenómeno. Tampoco lo hacemos de forma experimental, porque no podemos controlar las variables que intervienen como posible causalidad del efecto observado. Sin embargo, pensamos y creemos que hay una relación de causa y efecto entre dos variables dadas. ¿Qué puede hacerse en estos casos? Por lo regular, diseñamos un experimento que esté entre los dos extremos señalados —el descriptivo y el experimental— y que llamaremos aquí diseño correlacional, es decir, se establece una correlación entre las variables investigadas y no, una causalidad. Algunos autores han designado este diseño como cuasi experimental.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

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Procedimiento:

1. Prepare los materiales para el estudiante de acuerdo al procedimiento de la Actividad del estudiante.

2. Prepare 4 mazos de hojas para cada grupo de estudiantes (4 estudiantes por grupo)

2. Para llevar a cabo este trabajo se utilizaran hojas del árbol de pino hondureño puede sustituirlo si desea.

3. Discuta las preguntas con los estudiantes

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

Analiza y aplica

1. ¿Consideras que el trabajo que llevaste a cabo representa una investigación científica?

2. Si la pregunta anterior la contestaste en la afirmativa, menciona las características sobresalientes que hacen de esta actividad una investigación.

3. Si contestaste que no en la pregunta 1, ¿qué elementos crees que habría que añadir o eliminar para que pueda ser considerado como una investigación científica?

4. ¿Qué importancia le ves al trabajo que se llevó a cabo en este ejercicio?

5. Podrías mencionar algún otro trabajo que conozcas que tenga características parecidas o similares al que llevamos a cabo? Comenta.

40

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

6. En ciencia, basándonos en la naturaleza de la investigación, se clasifican las mismas en básicas (o puras) y en aplicadas. ¿Qué tipo de investigación dirías que es la que llevamos a cabo? ¿Por qué? ¿Cómo compara con la que llevó a cabo Redi?

7. Además, en ciencias, basándonos en el diseño utilizado, clasificamos las investigaciones en descriptiva y experimental. ¿Qué tipo de investigación dirías que es la que llevamos a cabo? ¿Por qué? ¿Cómo compara con la que llevó a cabo Redi?

8. ¿Qué tipo de gráfica utilizaron? ¿Por qué escogieron este tipo de gráfica y no otro?

9. ¿Crees que un histograma es una buena gráfica para representar estos datos? Discute.

10. Si construiste un histograma, ¿qué patrón observas? Discute.

11. La media, mediana y moda son tres medidas de tendencia central. La mediana es el dato del medio siempre que los datos estén ordenados y la moda es el valor que más se repite. Basado en los datos, ¿importa cuál de estas medidas se utilice? Explica.

12. ¿Qué indica la desviación estándar sobre la población que la media no indica? ¿Por qué es importante la desviación estándar? Explica.

41

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

Hoja de datos (una por estudiante)

Número de hoja Medida en mm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Promedio de la muestra

∑ (x1) =

42

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

Propósito: En esta actividad identificarás y explicarás las diferencias

entre investigación experimental e investigación descriptiva y contrastaras entre una Investigación básica y una investigación aplicada.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la ciencia, tecnología y sociedad

NC. 7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas. NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herra-mienta en el análisis científico. NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos. NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.

NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos.

Materiales

• 80 hojas de pino hondureño

• Reglas calibradas en mm.

• Calculadoras

• Programa Excell

• Papel de gráfica (1cm.)

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Introducción: En esta investigación describirás las características de las hojas de Pino. Busca

información en la Internet para que describas esta especie y donde se encuentra distribuida.

Procedimiento

Trabajarán en grupos de 4 estudiantes

1. El tamaño de la muestra será de 80 hojas tomadas de varios mazos de hojas que te entregará el maestro

2. Para llevar a cabo este trabajo el maestro les entregará una muestra de varios grupos o mazos de hojas de un sólo árbol de pino hondureño.

3. Seleccionen al azar las hojas que medirán de cada grupo o mazo.

4. Desprendan las hojas con cuidado para que evite introducir errores si se rompe la base de la misma.

5. Cada miembro del grupo medirá 20 hojas (para un total de 80 por grupo de) y anotará los datos en mm la tabla que se provee.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

44

6. Utilicen las siguientes instrucciones para hacer sus cálculos:

a. Anoten sus 80 datos (X1) en la segunda columna de la tabla. Deben anotar 20 datos por tabla de recopilación, una por estudiante.

b. Luego que todos los miembros del grupo completen sus 20 datos procedan a entrar los 80 datos en el programa Excel.

c. Determinen la media, mediana y la moda usando Excel.

d. Construyan una tabla de frecuencias

e. Discutan con sus compañeros cual es la mejor gráfica para representar los datos.

f. Construyan la gráfica usando Excel.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

45

Analiza y aplica

1. ¿Consideras que el trabajo que llevaste a cabo representa una investigación científica?

2. Si la pregunta anterior la contestaste afirmativamente, menciona las característi-

cas sobresalientes que hacen de esta actividad una investigación.

3. Si contestaste que no en la pregunta 1, ¿qué elementos crees que habría que añadir o eliminar para que pueda ser considerado como una investigación científica?

4. ¿Qué importancia le ves al trabajo que se llevó a cabo en este ejercicio? 5. Podrías mencionar algún otro trabajo que conozcas que tenga características

parecidas o similares al que llevamos a cabo? Comenta.

6. En ciencia, basándonos en la naturaleza de la investigación, se clasifican las mismas en básicas (o puras) y en aplicadas. ¿Qué tipo de investigación dirías que es la que llevamos a cabo? ¿Por qué? ¿Cómo compara con la que llevó a cabo Redi?

7. Además, en ciencias, basándonos en el diseño utilizado, clasificamos las

investigaciones en descriptiva y experimental. ¿Qué tipo de investigación dirías que es la que llevamos a cabo? ¿Por qué? ¿Cómo compara con la que llevó a cabo Redi?

8. ¿Qué tipo de gráfica utilizaron? ¿Por qué escogieron este tipo de gráfica y no

otro? 9. ¿Crees que un histograma es una buena gráfica para representar estos datos?

Discute.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

46

10. Si construiste un histograma, ¿qué patrón observas? Discute.

11. La media, mediana y moda son tres medidas de tendencia central. La mediana es el dato del medio siempre que los datos estén ordenados y la moda es el valor que más se repite. Basado en los datos, ¿importa cuál de estas medidas se utilice? Explica.

12. ¿Qué indica la desviación estándar sobre la población que la media no indica?

¿Por qué es importante la desviación estándar? Explica.

Largo de las hojas en el Pino hondureño (Pinus caribaea var. Hondurensis)

47

Las características de las ciencias naturales basadas en su episteme

Las ciencias naturales se caracterizan por su epistemología. En la filosofía

platónica, la episteme se refiere a la construcción del conocimiento de un modo

metodológico en contraposición a la construcción del conocimiento por medio de

opiniones o creencias individuales. La

epistemología de las ciencias se refiere al modo y

a los métodos de entender y buscar el

conocimiento científico. Por definición, este método

y el conocimiento que se deriva de él se

contraponen a lo que es el conocimiento normal,

es decir, basado en las experiencias y en las

opiniones y a cómo lo adquirimos. El modo de

construir el conocimiento científicamente es

diferente y, por lo tanto, el producto que se obtenga

de esta construcción será diferente de otros

conocimientos obtenidos mediante otras

metodologías. Esto no quiere decir que los demás

conocimientos no sean tan válidos como los

científicos, sino que son diferentes en su naturaleza. De este modo, podemos hablar

de conocimientos científicos y de otros tipos de conocimiento. Los primeros se

obtienen por medio de la metodología científica; mientras que los segundos pueden

conseguirse mediante otras metodologías.

Aunque tenemos divisiones entre las distintas ciencias naturales y aunque cada

una tenga sus peculiaridades, todas las ramas y todos los campos de investigación

48

dentro de ellas comparten un grupo de características que las identifica como ciencias

naturales. Entre estas características, podemos destacar las siguientes:

Son empíricas. Se basan en la observación. Tanto para identificar los

problemas que se estudiarán, como para llevar a cabo los experimentos, la

observación es esencial y se extiende más allá de los sentidos, mediante la

utilización de instrumentos que van desde una simple lupa hasta instrumentos

sumamente sofisticados, desarrollados por los adelantos tecnológicos o por la

misma investigación. Las observaciones que informe un científico o un grupo de

científicos que esté trabajando con algún problema tienen que confirmarlas

otros científicos independientes, para que se acepten como tales. Cuando se

confirman las observaciones realizadas sobre un fenómeno, se convierten en

hechos o datos sobre los cuales se desarrollarán las hipótesis, los supuestos,

los principios y las teorías que predominarán, y que la comunidad científica

aceptará en ese campo. Ninguna observación se acepta con absoluta certeza,

si no se cuenta con suficientes verificaciones de los miembros de la comunidad

científica.

Pueden corroborarse. Las observaciones guían los procesos de inferencia y

predicción que ocurren en las ciencias. Estas observaciones las corroboran

grupos independientes de investigadores, por lo que las inferencias y las

conclusiones que se derivan de ellas pueden someterse al escrutinio y a la

crítica de los pares. La corroboración es la característica que provee de cierto

grado de objetividad a las ciencias naturales, ya que lo observado, así como las

observaciones, pueden definirse fuera de la subjetividad individual. De esta

manera, tanto las definiciones de lo observado como las observaciones mismas

son aceptadas por la comunidad científica y, por ende, pueden repetirlas

científicos independientes.

49

Propician el razonamiento lógico deductivo. Ésta es, quizás, la

característica esencial de las ciencias, que resulta en lo que llamamos

conocimiento científico. Las explicaciones, inferencias e interpretaciones que se

formulan a partir de los datos obtenidos de algo que se observa, ya sea por

diseño experimental o por observación del fenómeno en la naturaleza, se

analizan de acuerdo con la lógica del pensamiento científico (basado en la

prueba) y con el análisis matemático. Estas explicaciones o hipótesis sugieren

experimentos que, en muchos casos, pueden realizarse por medio de controles

muy específicos y del sometimiento a prueba (empírica) de las ideas que

tenemos. De este modo, las teorías y los principios se fundamentan en pruebas

empíricas, ya sea que se obtengan directamente de la naturaleza, del diseño y

la realización de un experimento o derivadas del pensamiento

lógico-matemático.

Son dinámicas. El conocimiento científico no es absoluto; cambia a lo largo del

tiempo a medida que avanza la investigación científica. Las investigaciones y el

desarrollo tecnológico permiten que se refinan las observaciones o que se

realicen observaciones totalmente nuevas, las cuales producen, a su vez,

nuevas interpretaciones y nuevos conocimientos y principios. La realidad e,

incluso, los datos pueden reinterpretarse, lo que podría ocasionar que se

descartaran principios y hasta teorías científicas que ya no fueran útiles para

explicar los fenómenos observados. La historia provee, en todas las áreas

científicas mayores, excelentes ejemplos sobre esta característica de las

ciencias. En la Física es muy bien conocido el caso del flogisto y, en la Biología,

el caso del homúnculo en el espermatozoide.

50

Son históricas. El conocimiento que emerge del quehacer científico es

histórico, porque el conocimiento del pasado sienta las bases para el actual, y

éste, a su vez, para el futuro. Por otro lado, el desarrollo científico está atado al

momento histórico en cuanto a creencias, adelantos tecnológicos, interés por la

investigación y problemas que puedan investigarse, entre otros. La ciencia del

momento no surge aislada del contexto histórico cultural, sino que éste la

afecta; por ende, la ciencia del futuro también se afectará. Cada cultura ha

utilizado su conocimiento para explorar preguntas fundamentales, para

enfrentar retos y para satisfacer las necesidades humanas en un momento

histórico particular. La ciencia se ha desarrollado a partir de este cúmulo del

conocimiento adquirido en contexto por las culturas y las civilizaciones.

La falacia del método científico

Para nosotros no existe lo que, en muchos libros de texto, se ha llamado

método científico, y que, por décadas, se ha enseñado en las escuelas y en las

universidades. El método que plantea la mayoría de los libros de texto surge, en parte,

del formato de publicación que, generalmente, piden las revistas científicas para

publicar las investigaciones y, en parte, debido a una simplificación excesiva de lo que

ocurre en realidad cuando se lleva a cabo la investigación. Creemos que, en lugar de

ayudar o aportar al entendimiento del proceso, este método lo distorsiona y crea en

los estudiantes e, incluso, en los maestros de Ciencia, conceptos equivocados sobre

lo que es la ciencia y sobre cómo ésta ocurre (Bauer, H. H., 1992).

La misma naturaleza de las ciencias y la diversidad de campos que se estudian

hacen imposible un método científico. La Física, la Química y la Biología estudian

diferentes aspectos de la naturaleza, y cada una de ellas tiene un enfoque peculiar o

una cosmovisión filosófica particular, el cual determina las características de la

metodología utilizada en cada área. ¿Qué distingue a las ciencias naturales? Aunque

51

explicamos que no existe un método único de las ciencias naturales, consideramos

que existe una metodología general que todas siguen en el proceso de investigar para

obtener conocimiento. Esta metodología se resume en el proceso de inquirir y en la

utilización del proceso lógico deductivo para llegar a conclusiones a partir de los datos

y de la lógica, con el propósito de validar las conclusiones.

A partir de las observaciones, se describe el fenómeno de lo que ocurre y,

simultáneamente, pueden diseñarse experimentos para someter a prueba sólo una

porción o alguna instancia particular de éste. Además, a partir de la descripción

original y mediante observaciones adicionales sobre cómo ocurre el fenómeno, se

describen los patrones observados tanto en el experimento como en la naturaleza.

Una vez se observen los patrones, se identifican los elementos esenciales, es decir,

las variables, y se establecen posibles relaciones entre ellas, ya sea de causa y efecto

o de correlación. Luego, se someten a prueba y se establecen las conclusiones a

base de los resultados. Esta metodología no implica una secuencia lineal de procesos;

de hecho, no es lineal. En cada etapa del proceso, pueden hacerse ajustes para

revisar procedimientos específicos de etapas anteriores. Por último, queremos hacer

énfasis en que el proceso de la búsqueda del conocimiento, de acuerdo con esta

metodología, no es inductivo pero la inducción puede estar presente en muchas

ocasiones. En esencia es deductivo: característica derivada del razonamiento lógico, a

partir de los datos para establecer las generalizaciones.

La investigación descriptiva

La fuente de problemas para la investigación científica es el mundo natural. En

la naturaleza ocurren fenómenos que, generalmente, pertenecen al mundo físico —

entre los que se incluyen los químicos— o al biológico. Sin embargo, cuando ocurre

un fenómeno en la naturaleza, no siempre sabemos o tenemos información suficiente

sobre él. La razón principal para ello es que, en ocasiones, no tenemos los

52

mecanismos ni la tecnología adecuada para observar el mundo natural. Quizás, uno

de los mejores ejemplos sea el descubrimiento del mundo microscópico, luego de la

invención del microscopio, el cual, a su vez, surge del desarrollo de los lentes de

aumento.

El descubrimiento de ese fascinante mundo microscópico ni siquiera se

imaginaba, hasta que el científico holandés Anton Van Leeuwenhoeck (1632-1723)

descubrió los “animálculos” con un microscopio rudimentario utilizado para observar

una gota de agua de una charca. Toda la investigación que se generó al principio

consistió en la descripción de ese mundo desconocido, en la que se incluyeron los

eventos y los procesos que ocurrían en él.

Las características de una investigación descriptiva

Cuando se hace una investigación descriptiva, se describe lo que ocurre, cómo

ocurre y cuándo ocurre. La descripción puede partir de la observación directa del

fenómeno en la naturaleza o bien, de un experimento de laboratorio. Sin embargo,

existe la creencia de que, si se realiza un experimento, se está llevando a cabo una

investigación de tipo experimental, que no puede ser descriptiva. Nada más lejos de lo

que implica este concepto. Incluso, puede realizarse un experimento sin siquiera ser

científico.

La Real Academia de la Lengua Española nos ilustra lo anterior con la primera

acepción del término experimentar, “probar y examinar una cosa” (Diccionario de la

Real Academia de Lengua Española, 1992). Si unimos esta definición a lo que ya

sabemos sobre las ciencias, nos daremos cuenta inmediatamente del error que

cometemos cuando pensamos que realizar un experimento es hacer ciencia. Es

importante recordar que, si la pregunta que examinamos no es científica, entonces, no

estamos realizando tampoco una actividad científica. Por el contrario, estos

53

experimentos pueden ser psicológicos, esotéricos, religiosos o sociológicos y no

necesariamente, científicos. Cuando hablamos de que se realiza un experimento

desde el punto de vista científico, se implica que hay un diseño para recopilar los

datos de un modo sistemático con un fin particular: contestar una pregunta de

investigación (véase el capítulo 3). Los datos que se recogen durante el proceso de

investigación pueden ser tanto cualitativos como cuantitativos.

El diseño de un experimento se hace, generalmente, de dos modos: mediante

un diseño experimental o mediante un diseño no experimental. Es decir, pueden

diseñarse experimentos científicos en los cuales el diseño no es experimental, si

contesta una pregunta o varias de las formuladas previamente en la investigación

descriptiva. En otras palabras, describe el qué, el cómo y el cuándo. Parte del

problema se relaciona con el uso de la palabra experimento. La Real Academia define

el vocablo experimento en su segunda acepción como “la acción de experimentar”,y

experimentar, como: “en las ciencias fisicoquímicas y naturales,hacer operaciones

destinadas a descubrir, comprobar o demostrar determinados fenómenos o principios

científicos” (Diccionario de la Real Academia Española, 1992). Esta definición es

suficientemente amplia como para acomodar, bajo experimento, una gama de

acciones y resultados inmensos. Por lo tanto, para que a una investigación se la

considere con un “diseño experimental”, debe tener unas características específicas,

las cuales veremos en la próxima sección.

La investigación experimental

En la investigación con diseño experimental se contesta la pregunta: ¿Por qué

ocurre...?. Por lo tanto, se buscan relaciones de causa y efecto, esto es, ¿qué causa

que tal “cosa” ocurra? Este modo de ver los fenómenos naturales establece la

causalidad entre las variables que se investiguen. El diseño experimental requiere,

entonces, que identifiquemos todas las posibles variables (factores físicos, biológicos

54

e interacciones entre éstos) que intervienen en un determinado experimento, y que

las manejemos de cierto modo para encontrar relaciones de causa y efecto entre

ellas. Por la naturaleza misma del diseño, en este caso, las observaciones son, sobre

todo, cuantitativas. Cuando se investiga con un diseño experimental, se conoce

suficiente sobre el fenómeno. El qué, el cómo y el cuándo se conocen lo

suficientemente bien como para hacer preguntas que conlleven relaciones de causa y

efecto.

Un mito importante que debemos atacar es que la investigación con un diseño

experimental es más importante que la descriptiva. Esta percepción se produce,

incluso, entre las diferentes ciencias naturales. Por ejemplo, a la Física se la considera

como la ciencia con diseños experimentales más sólidos, lo cual es cierto, pero no

implica que sea más importante que, digamos, la Biología. Parte de esta realidad es

su antigüedad como campo del saber. Hay muchos —por no decir todos— eventos

conocidos de la naturaleza del mundo físico (sin incluir la Química en esta ocasión)

sobre los cuales conocemos el qué, el cómo y el cuándo ocurren y, por ende, se

buscan relaciones de causa y efecto. En otras palabras, se quiere saber por qué

ocurren. Sin embargo, esto no hace que la Física sea más importante que la

Bioquímica del cerebro o que los procesos químicos que ocurren en la producción de

fito hormonas que se están describiendo actualmente y que representan dos áreas de

investigación importantísimas tanto económicamente, como desde el punto de vista de

la aplicabilidad en los seres humanos.

Las características de una investigación de tipo experimental: las variables en el diseño

Como mencionamos anteriormente, la identificación de las variables

importantes que afectan o pueden afectar la relación de causa y efecto que se quiere

investigar es necesaria en el diseño experimental. Lo primero que tiene que

55

identificarse es las posibles causas del efecto que observamos en la naturaleza o que

queremos provocar en un sistema dado que simule lo que ocurre en ella, es decir, en

el laboratorio. La variable, que es la causante o la causa, se conoce como variable

manipulada o independiente. El efecto que resulta de manipular la primera se conoce

como variable de respuesta o independiente. Todos los demás factores que pueden

ser posibles causas de esta misma respuesta son las variables que hay que controlar,

es decir, las que hay que mantener constantes y controladas en el diseño

experimental, para asegurarnos de que se atribuye la causa del evento resultante a la

variable correcta. A estos factores se los conoce como variables controladas.

Una vez identificadas todas las variables y después de conocer qué relación de

causa y efecto queremos determinar, establecemos los grupos experimentales y los

grupos controles. Esto significa que el grupo experimental o los grupos experimentales

recibirán un tratamiento en el que se manipule una variable para determinar el efecto,

pero se mantendrán las demás variables controladas. De modo similar, en el grupo

control o en los grupos controles se mantienen todas las variables controladas

presentes, pero no se da el tratamiento. Esto provee el marco de comparación entre

los grupos, que es tan poderoso para adjudicar la causalidad investigada. Si, por

ejemplo, deseamos saber el efecto que tiene la cafeína sobre el comportamiento de

los ratones, se diseña un experimento con dos grupos de ratones (esto significa que

son dos tratamientos distintos y no necesariamente, dos grupos de ratones):

El Grupo A recibe el tratamiento de cafeína.

El Grupo B no recibe el tratamiento, pero sus miembros poseen todas las

condiciones del Grupo A: sexo, peso, edad, dieta, ejercicios, descanso,

agua, luz, etc.

Del ejemplo vemos que la única condición diferente entre el Grupo A y el B es

el tratamiento con cafeína. Por lo tanto, de ocurrir algún comportamiento diferente, es

lógico suponer que se debe al efecto de la cafeína. La razón por la cual se diseña este

56

tipo de experimento es porque se tiene una idea de lo que pasará, esto es, se tiene

una hipótesis.

Ahora bien, regresemos un momento al asunto de los tipos de grupo. El Grupo

A es el que conocemos como grupo experimental, porque recibe el tratamiento, es

decir, la variable independiente o manipulada. Note que al utilizar la designación de un

grupo experimental es como si sólo éste —el Grupo A— estuviera bajo

experimentación y no, el Grupo B. Al Grupo B se lo conoce como grupo control,

porque mantiene las mismas variables en el mismo estado que el grupo experimental,

excepto el tratamiento. Es como si no se estuviera haciendo nada sobre este grupo.

Sin embargo, la importancia crucial del grupo control es que, sin él, no podría

adjudicársele causalidad a la variable manipulada, en este caso, no podría

determinarse una relación de causa y efecto entre la cafeína y el comportamiento de

los ratones.

Es importante clarificar una idea preconcebida en este aspecto, la cual hemos

encontrado en muchos proyectos de ferias científicas. El hecho de tener dos grupos

como categorías —experimental y de control— no significa que tengamos literalmente

dos grupos de ratones:10 en (A) y 10 en (B), por ejemplo. Podríamos tener dos, tres o

más grupos de 20 ratones cada uno que reciban el tratamiento y una serie de grupos

similares como control; en otras palabras, podríamos tener cuatro o muchos más

grupos de ratones en todo el proceso. El grupo control y el grupo experimental se

refieren a categorías (dos) de grupos y no, al número de grupos (1, 2, 3,...) en el

experimento.

La correlación entre variables

En ocasiones, cuando diseñamos un experimento, no lo hacemos de forma

descriptiva, porque no contestamos ninguna de las preguntas básicas que describen

57

el fenómeno. Tampoco lo hacemos de forma experimental, porque no podemos

controlar las variables que intervienen como posible causalidad del efecto observado.

Sin embargo, pensamos y creemos que hay una relación de causa y efecto

entre dos variables dadas. ¿Qué puede hacerse en estos casos? Por lo regular,

diseñamos un experimento que esté entre los dos extremos señalados —el descriptivo

y el experimental— y que llamaremos aquí diseño correlacional, es decir, se establece

una correlación entre las variables investigadas y no, una causalidad.

Algunos autores han designado este diseño como cuasi experimental. En el

diseño correlacional se establece la correlación, o sea, la existencia de mayor o de

menor dependencia entre las variables que se estudien. Nótese que esta correlación

puede ser positiva o negativa. Un modo un poco más sencillo de ver la correlación es

pensar en la asociación o en cómo se asocian las variables que se estudien. Veamos

un ejemplo concreto y real que ha salido recientemente en los diferentes medios

noticiosos. Se ha planteado que las mujeres que han mantenido una vida activa y que

se han ejercitado constantemente desde la adolescencia padecen menos cáncer del

seno durante la edad adulta. El único modo de trabajar científicamente con este

problema es hacer un análisis correlacional de variables. No hay modo (y si lo hubiera,

no sería ético, por lo tanto, esta investigación no es viable experimentalmente) de

hacer un grupo experimental con mujeres adolescentes y darles tratamiento —

ejercicios—, mientras se mantiene a un grupo control para, luego, ver qué ocurre con

la incidencia del cáncer en ambos grupos durante su edad adulta. En estos casos, se

diseñan estudios longitudinales con muchos grupos de personas sobre las cuales se

toman datos relacionados con todas las variables sospechosas —posibles hipótesis—

desde la adolescencia hasta pasada la edad que se tenga como objetivo. Luego, se

establecen correlaciones múltiples entre ellas, mediante la utilización de análisis

matemáticos adecuados. Estos análisis nos dicen la probabilidad de que cualquiera de

las dos variables, en estos grupos particulares y con las condiciones estudiadas,

58

podrían correlacionarse de modo positivo o negativo. En el caso que traemos aquí, se

encontró que a mayor ejercicio activo durante la adolescencia, menor la incidencia de

cáncer.

Por otro lado, es esencial tener diseños adecuados con variaciones del diseño

correlacional en áreas de las ciencias naturales, tales como la Astronomía, la

Geofísica y la Biología Poblacional, en las que el control de las variables, en el estricto

sentido de la palabra, es decir, en el laboratorio, es imposible. El uso de modelos

matemáticos y del monitoreo continuo de las variables que pueden llevar a una

causalidad se analiza constantemente y nos permite llegar a conclusiones lógicas.

Este tipo de investigación puede ser tan poderoso como el llamado experimental para

establecer relaciones de causa y efecto, si su diseño es apropiado.

En otras ocasiones, la relación entre las variables no es de causalidad y,

sencillamente, ocurre como una manifestación de covariación entre ellas. Esto sucede

cuando una tercera variable no identificada hace que las dos que examinamos varíen

simultáneamente (covaríen), y creemos que es el efecto de una sobre la otra cuando,

en realidad, es el efecto de una tercera. Hay varios fenómenos físicos que demuestran

este tipo de relación. En estos casos, el diseño cuasi experimental es también

adecuado. Es importante entender que estas taxonomías son un poco arbitrarias y

que, en ocasiones, las fusionamos todas, especialmente, esta última clasificación, la

cual algunos consideran una metodología experimental. Cuando trabajamos con los

diferentes diseños de investigación, es importante el análisis matemático. Cuando no

podemos utilizar el diseño experimental con animales o personas, podemos recurrir al

diseño correlacional.

59

Los procesos en la investigación científica

Como mencionamos en el Capitulo 1, las ciencias naturales constan de dos

dominios o áreas: del dominio del conocimiento y el de la metodología. En el dominio

de la metodología destacan los procesos de las ciencias. En cada investigación no

importa el tipo ni el diseñó que hagamos los procesos siempre están presentes.

Cuando hablamos de los procesos de las ciencias nos referimos a procedimientos

mentales que conllevan una acción específica identificable en el mundo natural. Así

por ejemplo, cuando observamos, que implica a nivel mental enfocar nuestra atención

en las características físicas (medibles y descriptibles) de lo observado y por lo regular

involucra comparar y contrastar, vemos que la acción identificable es la descripción

del objeto y el posible contraste con otros. Es importante que entendamos estad dos

dimensiones de los procesos de las ciencias, la mental abstracta y la acción particular

en el mundo físico. La metodología de investigación, que se describe en capítulos

subsiguientes, se nutre de los procesos de las ciencias.

Los procesos de las ciencias: definiciones operacionales

Observación: Es el proceso inicial y fundamental en toda investigación

científica. En las observaciones se utilizan los sentidos. En ocasiones tenemos que

utilizar instrumentos especializados para hacer las observaciones. Para hacer una

observación adecuada y objetiva es necesario limitarse sólo a las propiedades y

características que podemos conocer por medio de nuestros sentidos, tales como:

color, forma, peso, textura, sonido, sabor y posición. La observación puede ser

cualitativa o cuantitativa. Mientras sea posible se deben hacer cuantitativas, ya que se

evita hasta cierto punto la subjetividad.

Clasificación: Consiste en agrupar, bajo una misma clase, objetos, hechos,

procesos o fenómenos, tomando como base las propiedades observables de éstos.

60

Los esquemas de clasificación se basan en similitudes y diferencias observables en

relación con las características seleccionadas arbitrariamente. La clasificación es un

recurso que el ser humano ha ideado para trabajar no sólo en una investigación

científica, sino también en la vida diaria.

Comunicación: Es el medio por el cual se procesa el intercambio de

información, datos e ideas. Para poder comunicar las observaciones que se realizan,

es importante contar con relaciones de datos precisos que permitan revisarse en

cualquier momento por personas ajenas al trabajo científico original. Los datos se

pueden representar en diferentes formas. Éstas pueden ser tan variadas como tablas,

gráficas, listas, diagramas y fotos, entre otras. La comunicación de nuevos

conocimientos, ya sea oral o escrita, debe hacerse en un lenguaje claro y preciso que

garantice su mejor interpretación.

Medición: Es el proceso que requiere el uso de instrumentos de precisión con

escalas y unidades previamente establecidas, con la finalidad de determinar

cuantitativamente la magnitud física de lo que se observa. Se pueden, además, utilizar

sistemas arbitrarios, o unidades estándares cuando se miden las propiedades de

objetos o sucesos. Estas medidas se pueden efectuar basándose en comparaciones

directas o indirectas. La identificación de algunas características que se pueden medir

y que pueden interrelacionarse, provee información cuantitativa significativa y útil en la

descripción de cualquier fenómeno del mundo físico.

Uso de relaciones de espacio y tiempo: Este proceso se desarrolla cuando

se trabaja con los conceptos de forma, movimiento, velocidad y razón de cambio,

entre otros. Los mismos se prestan para describir las relaciones espaciales y sus

cambios en el tiempo. Las relaciones de espacio y tiempo responden al hecho de que

los fenómenos, procesos y objetos que se observan, están referidos a un momento y

lugar determinados. Es un proceso por medio del cual se identifican las formas de los

objetos y se estudian sus movimientos en relación con el espacio que ocupan.

61

Formulación de inferencias: Son explicaciones o suposiciones que se basan

en observaciones presentes o pasadas. Si la explicación que se da a un hecho no es

producto de las observaciones, la inferencia no es válida; por el contrario, es una

adivinanza. Como proceso cognoscitivo, la inferencia es la habilidad de la mente para

interpretar las observaciones. Este proceso se confunde mucho con el de predicción.

La razón es que están intimidante atados a nivel mental.

Predicción: Consiste en decir o pronosticar qué es lo que va a ocurrir

basándose en observaciones. previas. Muchos de los acontecimientos que ocurren en

la naturaleza se dan con cierta regularidad. Por esto se pueden usar observaciones

pasadas de fenómenos o hechos para predecir su comportamiento en el futuro. En

otras palabras, cuando se hace una predicción, se establece lo que puede suceder, si

se toma como base una serie de hechos ocurridos de manera uniforme. El grado de

confiabilidad de las predicciones depende de la precisión de las observaciones

anteriores y de la naturaleza del suceso que se predice. En muchas ocasiones se

hacen inferencia para a partir de la misma hacer la predicción. Este fenómeno que

ocurre por lo regulara nivel mental es el que crea la confusión entre estos dos

procesos.

Interpretación de datos: Busca un patrón que conduzca a la formulación de

inferencias, predicciones, generalizaciones o al planteamiento de nuevas hipótesis.

Estas interpretaciones requieren el empleo de otros procesos, tales como la

clasificación, la comunicación, la inferencia y la predicción. Es un proceso que

requiere análisis cuidadoso de los datos que se han recopilado a lo largo de la

investigación. Las interpretaciones deben estar siempre sujetas a revisión, a la luz de

datos adicionales y de mayor relevancia.

Formulación de definiciones operacionales: Las definiciones operacionales

se refieren a la descripción de las variables desde la perspectiva específica de la

investigación. Son sumamente importantes para que los lectores de la investigación

62

puedan evaluar exactamente los datos obtenidos. Además, para repetir el

experimento bajo las mismas condiciones, es necesario saber cómo se definieron las

diferentes variables que afectan la investigación, ya que si se dejaran a la

interpretación de los lectores y otros colegas científicos, la réplica del experimento no

sería adecuada.

Formulación del problema: Es la primera tarea que enfrenta el investigador

en una investigación científica. Consiste en reconocer una dificultad, necesidad o

discrepancia. Un problema de investigación es una pregunta sobre la relación que

existe entre variables. En el intento de identificar un problema se pueden considerar

las experiencias personales, las teorías y la literatura existente. Se deben considerar

todos los aspectos generales de la investigación y entonces enfocar exactamente el

área de interés por la que se tiene curiosidad real y delimitar el enunciado específico

del problema. Los investigadores deben evaluar lo significativo del problema

propuesto en términos de unos criterios específicos cuestionándose lo siguiente:

¿contribuirá significativamente esta investigación a los nuevos conocimientos?; ¿tiene

el potencial para dirigir hacia nuevas investigaciones?; ¿es verificable, esto es,

pueden ser observadas y medidas las variables?; ¿es realmente relevante a su

interés?; ¿puede tener acceso a los datos requeridos?; ¿qué instrumentos están

disponibles o se pueden construir para medir las variables?; ¿pueden los datos ser

analizados e interpretados dentro del tiempo disponible? Dedicaremos parte del

Capitulo a este proceso.

Formulación de hipótesis: La hipótesis es una posible explicación que se da

a un problema y debe estar enunciada de tal forma que sugiera la manera de

confirmarla. Cuando se formulan preguntas, éstas conducen a identificar problemas,

cuya solución requiere la aplicación de otros procesos de la ciencia, tales como la

inferencia y la predicción. Cuando se formula una hipótesis, se trata de ofrecer una

contestación a las preguntas que tenemos. Para someter a prueba la hipótesis ésta

63

debe redactarse de manera que, al someterla al proceso de evaluación en un trabajo

experimental, se pueda establecer su aceptabilidad o rechazo. Este proceso es la

esencia del diseño experimental y le dedicaremos el Capítulo 4.

Formulación de modelos: Los modelos son representaciones para visualizar e

interpretar mejor un objeto, hecho, proceso o fenómeno. Consisten en diseñar un

mecanismo, esquema o estructura que actúe o se comporte como si fuera un objeto o

evento específico real. Podemos citar algunos modelos físicos que estamos

acostumbrados a utilizar, tales como modelos de los órganos del cuerpo humano, la

estructura interna de la hoja, el ciclo del agua y el modelo del átomo que representa

una idea abstracta.

Experimentación: La experimentación consiste en someter un objeto, idea o

situación a estudio, bajo la influencia de ciertas variables, en condiciones controladas

y conocidas por el investigador, para observar los resultados que las variables

producen en el objeto. Para diseñar el experimento, se debe disponer de los

materiales y equipos adecuados e indispensables. El experimento debe ser repetido

cuanto sea necesario, de modo que los resultados sean confirmados. Los datos se

deben recopilar y presentar en tablas, especialmente diseñadas para su análisis.

64

Reflexión para el maestro

Lea las siguientes situaciones, en las que se plantean una

posibles investigaciones. Identifique el tipo de diseño que

debería utilizarse para llevar a cabo la investigación y

justifique su selección. Identifique además todos de variables

en cada situación.

a. Un entomólogo observa una especie de mariposa en el

bosque de Maricao. Se hace varias preguntas que desea

investigar: ¿cuál será el ciclo de vida específico de esta

especie?; ¿dónde pone los huevos?; ¿de qué plantas se

alimenta la larva?; ¿cuánto tiempo pasa la mariposa en cada

etapa del ciclo de vida? y ¿qué factores ambientales

promueven o inhiben el ciclo reproductor de la mariposa?

b. Un investigador decidió estudiar, en un laboratorio de

Química, el efecto de una nueva glucoproteína en la rapidez

del calentamiento del agua. El investigador pensaba que la

glucoproteina podía ser un aditivo para formular un nuevo

“coolant” para automóviles que se utilizan en un clima

tropical.

65

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Propósito: Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica. Se contrastará entre variables controladas, manipulada y de respues-ta. Esto se llevará a cabo estudiando las propiedades de diferen-tes tipos de suelo y su capacidad para la absorción de agua.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad NC.7.1. Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas. NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables dependientes e independientes. NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos. NC.7.1.7 Compara y contrasta variables dependientes e Independientes.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico. NC.7.2.1 Utiliza correctamente unidades (cada medida tiene una unidad: masa = gramos). NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos. NC.7.3.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular, y pictóricas.

NC.7.3 Reconoce que el sistema internacional de medidas es el utilizado por la comunidad científica y utiliza instrumentos de medición para obtener información y expresa medidas en este sistema.

NC.7.3.1 Utiliza reglas para expresar medidas de longitud así como probetas, vasos calibrados, y matraces para obtener volumen. NC.7.3.2 Expresa medidas de masa utilizando las balanzas.

NC.7.10 Muestra buenas relaciones intrapersonales e interpersonales al trabajar en equipo.

NC.7.10.1 Demuestra buena actitud hacia el trabajo en equipo.

66

Materiales • 2 botellas de gaseosa de 2 litros

• Un litro de 4 tipos de suelos diferentes (en bolsas identificados)

• Arena

• Tierra para sembrar

• Arcilla o cat littter (sin aditivos)

• Muestra de suelo local (los participantes

traerán las muestras).

• gaza

• Cinta adhesiva

• Probeta (100 ml)

• Agua

• Cronómetro o reloj con segundero

• Para cada estudiante: tijeras, lupas, cuchara de plástico, guantes

Introducción En esta actividad los estudiantes investigarán las características de absorción y percolación de agua en los terrenos. Esto depende mayormente del tamaño de las participas del suelo y cuan unidas están entre si. Aquí se pueden ver las tres variables con relativa facilidad: manipulada (tipo de suelo); de respuesta, cantidad de agua absorbida y percolada y tiempo de comenzar a salir el agua; controlada, cantidad de suelo.

El suelo y su capacidad de absorción de agua

67

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Procedimiento:

Seguridad: Asegúrese de dar las directrices de Seguridad para que los estudiantes corten con cuidado los envases plásticos. Estos p u e d e n t e n e r b o r d e s cortantes.

1. Los suelos deben estar lo mas secos posibles pero sin exagerar. Para lógralo asigne traer y preparar los materiales con suficiente tiempo y deje secar en el salón los suelos expuestos por lo menos 24 horas. Si hubiese alguno muy mojado colóquelos bajo una lámpara. Para tener un control exacto de esto lo que se hace es que se coloca en un horno a 36°C grados y se le saca toda el agua. En este experimento y para lo que queremos hacer no es necesaria esta rigurosidad.

2. Discuta esta situación con los estudiantes para que entiendan que si los suelos ya tienen mucha agua los resultados pueden variar y afectar el experimento.

3. Dirija a los estudiantes a realizar la actividad y discuta las preguntas con ellos.

68

Analiza y aplica 1. Calcula para cada tipo de suelo la cantidad de agua retenida o absorbida. Completa la siguiente tabla.

2. Identifica las variables dependiente e independiente en este experimento.

3. ¿Qué variables, si alguna son controladas en este experimento?

4. Prepara una gráfica que compare la cantidad de agua que percoló y la cantidad de agua que retuvo cada tipo de suelo. ¿Qué tipo de gráfica utilizaría? Explique porque

5. Identifica en dicha gráfica la variable dependiente e independiente. Que tipo de variable es la variable independiente, nominal o numérica.

6. Identifica que tipo de instigación esta: pura o aplicada; descriptiva o experimental.

7. identifiquen todos los procesos que utilizaron en la actividad.

Tipo de suelo

Cantidad de suelo

(gramos)

Agua verti-da

(mL)

Tiempo que tarda el agua en

salir

Agua que percoló hasta el envase

Cantidad de agua absor-vida por el suelo (mL)

El suelo y su capacidad de absorción de agua

69

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Propósito Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica. Se contrastará entre variables controladas, manipulada y de respuesta. Esto se llevará a cabo estudiando las propiedades de diferentes tipos de suelo y su capacidad para absorción de agua.

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad NC.7.1. Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas. NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables dependientes e independientes. NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos. NC.7.1.7 Compara y contrasta variables dependientes e Independientes.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico. NC.7.2.1 Utiliza correctamente unidades (cada medida tiene una unidad: masa = gramos). NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos. NC.7.3.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular, y pictóricas. NC.7.3 Reconoce que el sistema internacional de medidas es el utilizado por la comunidad científica y utiliza instrumentos de medición para obtener información y expresa medidas en este sistema. NC.7.3.1 Utiliza reglas para expresar medidas de longitud así como probetas, vasos calibrados, y matraces para obtener volumen. NC.7.3.2 Expresa medidas de masa utilizando las balanzas.

NC.7.10 Muestra buenas relaciones intrapersonales e interpersonales al trabajar en equipo.

NC.7.10.1 Demuestra buena actitud hacia el trabajo en equipo.

Actividad Para El Estudiante:

70

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Introducción

La cantidad de agua que retiene el terreno y la que percola a través del mismo son características importantes de los diferentes tipos de suelo. Si los suelos fueran totalmente impermeables al agua, o sea que el agua no pudiera percolarse a través de ellos durante las lluvias, tendríamos inundaciones mucho más frecuentes y grandes de las que tenemos. En este experimento investigaras que suelo permite que el agua percole más rápido y cual suelo retiene más agua. Adelante y averígualo!

Materiales • 2 botellas de gaseosa de 2 litros

• Un litro de 4 tipos de suelos diferentes (en bolsas identificados)

• Arena

• Tierra para sembrar

• Arcilla o cat littter (sin aditivos)

• Muestra de suelo local (los participantes

traerán las muestras).

• gaza

• Cinta adhesiva

• Probeta (100 ml)

• Agua

• Cronómetro o reloj con segundero

• Para cada estudiante: tijeras, lupas, cuchara de plástico, guantes

71

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Procedimiento: A. Corta la botella de plástico por el medio. Remueve la tapa y las etiquetas. La parte superior de la botella va a contener el suelo y la parte inferior va a recibir el agua. B. Coloca la redecilla cerca del cuello de la botella de manera que sostenga el suelo dentro de la botella. Pégala alrededor de la botella utilizando cinta adhesiva. C. Coloca la botella con el cuello hacia abajo y haz que descanse sobre el otro pedazo de botella que fue cortado de manera que el agua que pasa a través del suelo fluya hacia el. D. Pesa cada muestra de suelo que vayas a utilizar. Utiliza siempre la misma cantidad de suelo. E Vierte toda el agua (100ml) lentamente en el centro de la muestra de suelo utilizando el cilindro graduado de 100 ml. Si no sale agua repita el procedimiento. Registre los ml de agua que derramó dentro de la botella que contiene la muestra de suelo. F. Cuando viertas el agua dentro de la botella toma el tiempo que se tarda en percolar (salir) hacia el envase de botella inferior con el reloj. Detén el experimento una vez el suelo deje de percolar y no caiga más agua al envase inferior.

G. Repite el ejercicio para los distintos tipos de suelo. H. Anota los datos en la tabla.

72

Analiza y aplica

1. Calcula para cada tipo de suelo la cantidad de agua retenida o absorbida. Completa la siguiente tabla.

2. Identifica las variables dependiente e independiente en este experimento.

3. ¿Qué variables, si alguna son controladas en este experimento?

4. Prepara una gráfica que compare la cantidad de agua que percoló y la cantidad de agua que retuvo cada tipo de suelo. ¿Qué tipo de gráfica utilizaría? Explique porque

5. Identifica en dicha gráfica la variable dependiente e independiente. Que tipo de variable es la variable independiente, nominal o numérica.

6. Identifica que tipo de instigación esta: pura o aplicada; descriptiva o experimental.

El suelo y su capacidad de absorción de agua

Tipo de suelo

Cantidad de suelo

(gramos)

Agua verti-da

(mL)

Tiempo que tarda el agua en

salir

Agua que percoló hasta el envase

Cantidad de agua absor-vida por el suelo (mL)

73

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una oscilación?

Propósito: En esta actividad los estudiantes llevarán a acabo lo siguiente: a) identificarán cuáles son las posibles variables o cantidades que pudieran afectar el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda (conocido como péndulo) el realizar un movimiento repetitivo de ida y vuelta; b) diseñarán una investigación controlando las variables de forma adecuada para determinar cuáles de esos posibles variables o cantidades afectan el tiempo de una oscilación; c) diseñaran una investigación para someter a prueba una hipótesis con el fin de determinar la relación matemática que debe existir entre el periodo de oscilación del péndulo y alguno de los posibles parámetros.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes

variables.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

Tomado y adaptado de: Manual de Experimentos de Física I, JR López, P. Marrero y

E. Roura, John Wiley, 2007

74

Introducción

En esta actividad tiene como propósito fundamental que el ‘estudiante’ diseñe experimentos que le permitan practicar los conceptos estudiados en una investigación sencilla. Esto incluye la posibilidad de someter a prueba algunas hipótesis. El tema seleccionado para esto es el del llamado péndulo sencillo. A través de la historia el ser humano ha logrado descubrir que existen arreglos de masas atadas al extremo de cuerdas (conocidos como péndulos) que pueden ejecutar el llamado movimiento que se repite conocido como movimiento armónico o periódico. Al movimiento repetitivo de ida y vuelta de la masa se le conoce como una oscilación. El tiempo que le toma a la masa en llevar a cabo una oscilación completa se le conoce como el periodo de oscilación. En la primera parte de esta actividad queremos determinar las variables que afectan ese periodo de oscilación de los péndulos. Para lograrlo queremos que diseñen y lleven a cabo una investigación que les permita determinarlo.

Materiales por grupo de trabajo • Masas o pesas de

distinto tamaño (preferiblemente pe-queñas en tamaño)

• Puede utilizar aran-delas del mismo ta-maño para sustituir las masas

• Balanza si usa las arandelas para medir la masa de estas

• cordón • soporte para el

péndulo • Cronómetros • un metro preferible-

mente madera o plástico

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una

oscilación?

75

Procedimiento: 1. Dirija a los estudiantes a diseñar el experimento para

estudiar de que variables depende el periodo de oscilación de una masa atada al extremo de una cuerda.

2. Coteje los diseños y permita que lleven a cabo el experimento diseñado y determinen las posibles variables de las que depende el periodo del péndulo.

3. Una vez hallan determinado esto, diríjalos para que diseñen un nuevo experimento para determinar la forma o manera en que depende el periodo del péndulo de las variables identificadas experimentalmente. Se espera que lo determinen la forma o manera ‘matemática’ en que depende.

4. Diríjalos a realizar el experimento. Se espera que determinen cómo el periodo de oscilación del péndulo depende de los parámetros encontrados en el experimento anterior. Diríjalos a que expresen sus y sus datos utilizando repre-sentaciones gráfi-cas, tablas y si posible ecuacio-nes matemáticas.

Una vez determinen esas variables de los que depende el periodo de oscilación, en la segunda parte el estudiante debe determinar cómo es que ese periodo de oscilación de la masa depende de esas variables. Para determinar esto

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una oscilación?

76

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una

oscilación?

Propósito: En esta actividad identificarás cuáles son los posibles variables o cantidades que pudieran afectar el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda (conocido como péndulo) el realizar un movimiento repetitivo de ida y vuelta. Luego diseñarás una investigación controlando las variables de forma adecuada para determinar cuáles de estas posibles variables o cantidades afectan el tiempo de una oscilación. Por último, diseñaras una investigación para someter a prueba una hipótesis con el fin de determinar la relación matemática que debe existir entre el periodo de oscilación del péndulo y alguno de las posibles variables.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes

variables.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

Tomado y adaptado de: Manual de Experimentos de Física I, JR López, P. Marrero y

E. Roura, John Wiley, 2007

77

Introducción A través de la historia el ser humano ha logrado descubrir que existen arreglos

de masas atadas al extremo de cuerdas (conocidos como péndulos) que pueden ejecutar el llamado movimiento que se repite conocido como movimiento armónico o periódico. Al movimiento repetitivo de ida y vuelta de la masa se le conoce como una oscilación. El tiempo que le toma a la masa en llevar a cabo una oscilación completa se le conoce como el periodo de oscilación. En la primera parte de esta actividad queremos determinar los parámetros que afectan ese periodo de oscilación de los péndulos. Para lograrlo queremos que diseñen y lleven a cabo una investigación que les permita determinarlo.

Una vez determinemos esos parámetros de los que depende el periodo de oscilación, en la segunda parte debes determinar como es que ese periodo de oscilación de la masa depende de esos parámetros. Para determinar esto también debes diseñar un experimento y llevarlo a cabo.

Materiales por grupo de trabajo • Masas o pesas de

distinto tamaño (preferiblemente pe-queñas en tamaño)

• Puede utilizar aran-delas del mismo ta-maño para sustituir las masas

• Balanza si usa las arandelas para medir la masa de estas

• cordón • soporte para el

péndulo • Cronómetros • un metro preferible-

mente madera o plástico

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una oscilación?

78

Procedimiento: 1. Diseña junto a los otros miembros de tu equipo un experi-

mento con el propósito de determinar las variables de los que depende el periodo de oscilación de una masa atada al extre-mo de un cordón.

2. Consulte su diseño con el maestro y haz modificaciones a tenor con los discutido en la consulta.

3. Lleven a cabo el experimento diseñado y determinen las posi-bles variables de las que depende el periodo del péndulo.

4. Una vez hallan determinado esto, diseñen un nuevo experi-mento para determinar la forma o manera en que depende el periodo de los parámetros identificados experimentalmente. Aquí se espera que determinen la forma o manera ‘matemática’ en que depende.

5. Consulten el diseño con el maestro. Hagan modificaciones al diseño a tenor con los consultado.

6. Lleven a cabo el experimento y determinen cómo el periodo de oscilación del péndulo depende de los parámetros encon-trados en el experimento anterior. Exprese sus resultados y sus datos utilizando representaciones gráficas, tablas y si po-sible ecuaciones matemáticas.

7. ¿Qué tipo de investigación llevaron a cabo: pura o aplicada; descriptiva o experimental? 8. ¿Qué procesos de las ciencias efectuaron?

¿De que variables depende el tiempo que le toma a una masa atada al extremo de una cuerda realizar una

oscilación?

79

El almidón en las partes de las plantas

Propósito: 1. Determinar de manera cualitativa la cantidad de almidón presente en

distintas partes de la planta y determinar que parte de esta tiene relativamente más almidón.

2. Utilizando los resultados del experimento diseñaran una investigación para determinar como el proceso de fotosíntesis afecta la concentración de almidón en las diferentes partes de la planta.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Los sistemas y los modelos

SM.7.1 Identifica que la célula, tejidos y órganos forman sistemas que funcionan en forma coordinada para llevar a cabo funciones vitales.

SM.7.1.1 Reconoce que los sistemas se componen de elementos que laboran en forma armoniosa.

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

80

Trasfondo: Como resultado de la fotosíntesis, se producen moléculas de glucosa, C6H12O6. Las plantas utiliza las moléculas de glucosa con tres propósitos específicos: 1) prove-er energía al organismo; 2) formar moléculas de celulosa, que forman la estructura de la planta; y 3) formar moléculas de almidón para almacenaje de glucosa para uso posterior. El/la estudiante puede encontrar las partes de la planta en la que mayormente se almacena el almidón haciendo la prueba de yodo. La mayor parte del almidón se almacena en las raíces; sin embargo, alguno se produce en las hojas y se almacena allí. La cantidad que se encuentra en las hojas depende del tipo de planta, la época del año y la actividad fotosintética reciente.

El almidón en las partes de las plantas

Materiales • Plantas comunes

incluyendo vegetales y frutas

• Hojas: repollo, lechuga, plantas en el hogar u hojas de diferentes colores

• Tallos: papas blancas, tallos de brécol o ramas

• Raíces: batatas, zanahorias u otras raíces

• Solución de yodo

• Tubo de ensayo

• Vaso de precipitado de 100 mL o 250 mL

• Plancha de calenta-miento

81

Procedimiento:

1. Haga que los estudiantes arreglen las muestras de plantas en tres categorías: hojas, tallos y raíces. Indique que corten la muestra para exponer el interior de tal manera que los contenidos de las células puedan ponerse a prueba.

2. Para las hojas, puede ser que necesiten remover la cutícula cerosa. Indícales que sigan cuidadosamente el procedimiento descrito.

3. Permita que hagan la prueba de almidón añadiendo una gota de yodo a una pequeña porción de maicena. La solución de yodo se obtiene en la farmacia la como solución en alcohol (Tintura de yodo).

4. Cuando se mezclan el yodo y la maicena, ocurre una reacción química. La maicena es un almidón, una molécula de almacenaje compuesta de unidades de glucosa eslabonadas en cadenas enrolladas y ramificadas. Se atrapa la molécula de yodo en las ramas y rollos, cambiando el color del yodo de marrón a azul obscuro o púrpura. Cada molécula de almidón contiene varios miles de unidades de glucosa, cada una con la fórmula C6H12O6.

El almidón en las partes de las plantas

82

Analiza y aplica: 1. ¿Qué parte de la planta parece que contiene la mayor parte del almidón?

2. ¿Puedes explicar por qué el almidón estaría concentrado en ciertas partes de la

planta?

3. Diseña un experimento para examinar el cambio en la concentración de almidón en las hojas de una planta con el paso del tiempo.

4. ¿Qué tipo de Investigación es esta: pura o aplicada; descriptiva o experimental?

5. ¿Qué procesos de las ciencias se llevaron a cabo en esta investigación?

Assessment:

Seleccione hojas, tallos y raíces de plantas no utilizadas en esta actividad. Pídale a los estudiantes que las clasifiquen de acuerdo a apariencia y permite que efectúen el procedimiento en ellas de manera que puedan también clasificarlas fundamentándose en la cantidad de almidón presente.

El almidón en las partes de las plantas

83

El almidón en las partes de las plantas

Propósito: En esta actividad investigarás cuánto almidón hay presente en las distintas partes de una planta. Además, diseñarás una investigación para determinar cómo el proceso de fotosíntesis afecta la cantidad de almidón almacenado en las diferentes partes de las plantas. Determinarás que tipo de investigación haz llevado a cabo y diseñarás otra investigación para someter a prueba algunas ideas.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas

• Los sistemas y los modelos SM.7.1 Identifica que la célula, tejidos y órganos forman sistemas que funcionan en forma coordinada para llevar a cabo funciones vitales. SM.7.1.1 Reconoce que los sistemas se componen de elementos que laboran en forma armoniosa.

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos. NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

84

Introducción Las hojas de las plantas y otras partes verdes utilizan la energía solar para producir azúcares simples del dióxido de carbono del aire y del agua obtenida por las raíces. Algunos de los azúcares se enlazan para formar moléculas de almidón, las cuales se almacenan en la planta. ¿Está el almidón presente en las hojas, raíces y tallos de las plantas? Investigarás la presencia de almidón en varias partes de la planta.

El almidón en las partes de las plantas

Procedimiento: No utilices llama viva en este experimento cuando utilices el alcohol. Se podría inflamar y ocasionar un accidente.

1. Arregla las muestras de plantas en las tres categorías: hojas, tallos y raíces.

Materiales • Plantas comunes

incluyendo vegetales y frutas

• Hojas: repollo, lechuga, plantas en el hogar u hojas de diferentes colores

• Tallos: papas blancas, tallos de brécol o ramas

• Raíces: batatas, zanahorias u otras raíces

• Solución de yodo

• Tubo de ensayo

• Vaso de precipitado de 100 mL o 250 mL

• Plancha de calenta-miento

85

El almidón en las partes de las plantas

2. Corta la muestra para exponer el interior de tal manera que los contenidos de las células puedan ponerse a prueba.

3. Para las hojas, puede ser que necesites remover la cutícula cerosa. Hierve varias hojas hoja por 5 minutos en un envase con agua.

4. Coloca 20mL de alcohol etílico y las hojas en otro

vaso. Coloca éste en un baño maría. Calienta el agua hasta que el alcohol hierva. Mantenlo en el baño de maría por otros 5 minutos. Este proceso debe eliminar la clorofila verde y dejar expuesto la parte blanca de la hoja.

5. Haz la prueba de almidón añadiendo una gota de

yodo a una pequeña porción de maicena. ¿Qué ocurre cuando se mezclan el yodo y la maicena? La Maicena esta compuesta de almidón.

6. Prueba cada pieza de la planta (e.g. hoja, tallo y raíz)

con unas pocas gotas de solución de yodo.

7. Prepara una tabla con tus datos para reportar qué partes de plantas contienen la mayor cantidad de almidón almacenado.

86

Analiza y aplica 1. ¿Qué parte de la planta parece que contiene la mayor parte del almidón? 2. ¿Puedes explicar por qué el almidón estaría concentrado en ciertas partes de la

planta?

3. Diseña un experimento para examinar el cambio en la concentración de almidón en las hojas de una planta con el paso del tiempo.

4. ¿Qué tipo de Investigación es esta: pura o aplicada; descriptiva o experimental?

5. ¿Qué procesos de las ciencias se llevaron a cabo en esta investigación?

El almidón en las partes de las plantas

87

¿Qué color absorbe más calor?

Propósito: En esta actividad Identificarás la variable manipulada, variable de respuesta y variables controladas en una inves-tigación sencilla.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad.

NC.7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.7 Compara y contrasta variables dependientes, independientes y controladas.

Materiales • 8 latas de habichuela

(o de tamaño similar)

vacías

• 1 termómetro

• Tempera: blanca, ne-

gra, 6 colores básicos

(roja, azul, amarilla,

verde, …)

• Puedes utilizar pintura

en aerosol (spray)

• Pinceles

• Probeta

• Agua

88

Introducción Los estudiantes obtendrán datos sobre la absorción del calor relacionado a los

colores y la subsiguiente subida de temperatura. Relacionarán este patrón con el color

de la ropa y los automóviles en Puerto rico.

¿Qué color absorbe más calor?

Procedimiento:

1. Divida la clase en subgrupos para realizar esta actividad.

2. Discuta con los estudiantes todos los pasos a seguir durante el experimento y asegúrese de que lo realizan adecuadamente.

3. Dirija a los estudiantes a diseñar una tabla para recopilar los datos obtenidos. Recuerde que el verdadero propósito de la actividad es identificar las variables incluidas en la investigación.

4. Discuta las preguntas de análisis con ellos.

89

¿Qué color absorbe más calor?

Propósito: En esta actividad Identificarás la variable manipulada, variable de respuesta y variables controladas en una investigación relacionada con el color de los objetos y la absorción de calor.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad.

NC.7.1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de

problemas.

NC.7.1.7 Compara y contrasta variables dependientes, independientes y

controladas.

Materiales • 8 latas de habichuela

(o de tamaño similar)

vacías

• 1 termómetro

• Tempera: blanca, ne-

gra, 6 colores básicos

(roja, azul, amarilla,

verde, …)

• Puedes utilizar pintura

en aerosol (spray)

• Pinceles

• Probeta

• Agua

90

Introducción ¿Te has puesto a pensar por qué los diseñadores de moda recomiendan ciertos colores de ropa en diferentes épocas del año? ¿Crees que haya alguna diferencia en la temperatura en el interior de automóviles de diferente color? Si llevas a cabo un experimento para calcular el calor absorbido por el agua contenida en envases de diferentes colores podrás responder a estas preguntas. Adelante y averigualo!

¿Qué color absorbe más calor?

Procedimiento: 1. Consigue 8 latas del mismo tamaño y quítales todo el papel que las cubre.

2. Utilizando tempera (pintura en spray) pinten cada una de las latas de un color diferente: blanco, negro, rojo y azul, etc. Dejar que la pintura se seque (al menos un día) completamente antes de comenzar el experimento. Añadir agua suficiente a cada lata hasta llenar ¾ partes de la misma. Medir la cantidad utilizada de agua.

3. Coloca todas las latas en algún lugar donde reciban la luz solar directa durante 2 horas o colocarlas frente a una lámpara de luz incandescente en el salón de clases.

4. Mide la temperatura del agua en cada uno de los enva-ses cada ½ hora. Preparar una tabla de datos para presen-tar los resultados obtenidos.

5. Prepara una grafica con los datos. ¿Qué tipo de gráfica

es la apropiada para representar estos datos?

91

Analiza y aplica:

Identifica la variable manipulada y la variable de respuesta en este experimento.

Contesta:

1. ¿Qué variables controlaste? Justifica tu respuesta

2. ¿Qué hiciste para poder comparar los resultados?

3. ¿Qué colores de ropa o automóvil recomendarías para el verano en PR?

5. ¿Qué tipo de investigación desarrollaste? Explica tu respuesta

6. Si aplicas estos resultados al color de los automóviles, de que color deberían ser para evitar que la temperatura suba mucho en su interior?

¿Qué color absorbe más calor?

92

Las características de un problema científico

Si entendemos que

las ciencias naturales tienen

unas características

particulares que las

identifican como tal, es

lógico suponer que no

estudiarán ni verán como

problemas científicos todas

las dimensiones posibles del

conocimiento. Al problema

de lo que estudia la ciencia y

de lo que no estudia fue a lo que Popper llamó problema de demarcación (Popper,

1974), es decir, la delimitación de qué problemas estudia la ciencia y hasta dónde

llega, si es una ciencia.

Aunque parece sencillo delimitar este problema, que pertenece a la filosofía de

las ciencias, no lo es. Existe, en ocasiones, una línea muy fina entre lo que son los

problemas genuinamente científicos y aquellos que, por su naturaleza, no lo son. Por

un lado, hay dos áreas de problemas que debemos descartar inmediatamente: la

pseudociencia y la religión. Muchas veces, se confunden argumentos de una o de otra

(o de ambas) con las ciencias naturales. Por otro lado, los problemas metafísicos,

aunque para algunos deberían descartarse fácilmente, no son tan obvios. Con fre-

cuencia, la línea divisoria entre las ciencias naturales y la Metafísica puede ser muy

difícil de determinar. A continuación, discutiremos cada una de estas situaciones.

93

La pseudociencia, la religión y las ciencias naturales

El profesor Juan Torres, en su artículo Los principios de la ciencia falsa (2000),

expone, de un modo sencillo, la diferencia entre lo que es la pseudociencia y la

ciencia. El prefijo pseudo significa falso, de aquí resulta entonces, según el profesor

Torres, que la pseudociencia sea una ciencia falsa. Sin embargo, queremos ir un poco

más allá en esta categorización (ver Medín, J. y Núñez, E., 2000, y Altshuler, D. R.;

Medín, J. y Núñez, E. 2004, para un análisis más profundo de las pseudociencias).

Para nosotros, la pseudociencia es querer pasar como ciencia algo que no lo es y, en

este sentido, es mucho más peligroso. Los que la patrocinan utilizan sus argumentos

como si se tratara de una ciencia verdadera. De este modo, tratan de engañar

(consciente o inconscientemente) a las personas, al apelar, de cierto modo, a la

rigurosidad de la metodología y del conocimiento científicos. Así, tratan de validar sus

argumentos y sus planteamientos.

La pseudociencia puede detectarse cuando analizamos cuidadosamente los

argumentos que se presentan. Más aún, el modo de presentar los argumentos (el

proceso de argumentación) no se sostiene cuando se utiliza la Lógica (Medín, J. y

Núñez, E., 2000). En primer lugar, el planteamiento o la tesis general no puede

falsarse, esto es, no puede someterse a prueba con la utilización de la metodología

científica. En segundo lugar, la deducción lógica que se hace de los argumentos es,

en el mejor de los casos, circular. En tercer lugar, cuando se enfrentan con las falacias

lógicas, apelan a la teoría de la conspiración y a los misterios. Por ejemplo,

argumentan que el gobierno está conspirando con las agencias militares y de

seguridad para ocultar la captura y el estudio de “aliens”, o dicen que todavía no

estamos listos para “conocer este misterio” (Torres, J. 2000). En la pseudociencia,

podemos incluir los temas relacionados con los OVNIS, las dietas milagrosas, ciertos

aspectos de la naturopatía y el vegetarianismo, tales como los extractos de plantas

que lo curan todo. La astrología y la numerología caen también dentro de esta

94

clasificación. La pseudociencia, llevada a sus extremos, se convierte en noticia de

prensa amarilla. En Puerto Rico, tenemos casos que van desde avistamientos de

ovnis, hasta encuentros cercanos con “aliens” y, por supuesto, los famosos

chupacabras del presente y los garedíabolos de tiempos anteriores, sin olvidar el

vampiro de Moca.

El conocimiento se genera de diferentes modos. El científico se genera

mediante la utilización de una metodología particular con unas características que lo

cualifican como tal. De modo similar, el conocimiento histórico, el psicológico, el

religioso, el estético y el moral se generan de cierta manera que los hace válidos. El

problema con el conocimiento seudocientífico es que no es ninguno de ésos; pretende

ser ciencia, pero no lo es. Éste es el problema mayor.

La Metafísica y las ciencias naturales

La palabra meta significa “más allá de”. Cuando se combina con otra, como, por

ejemplo, metalenguaje, significa más allá del lenguaje o lenguaje utilizado para hablar

sobre el lenguaje. Cuando nos referimos a la Metafísica, significa el mundo más allá

del físico. La Metafísica se refiere a la corriente filosófica relacionada con la ontogenia

de las cosas, esto es, con la esencia. Esta disciplina surge como una parte de la

filosofía, para tratar de alcanzar el conocimiento que no podía lograrse a través del

análisis y la investigación del mundo físico. Desde esta perspectiva, pretende llegar a

conocer lo que no puede conocerse a través de los sentidos. Algunos filósofos,

incluyendo a Kant (Popper, 1985), postulaban que la mente es capaz de conocer aun

aquello que no pertenece al mundo real. El desarrollo histórico de esta filosofía, con

sus cinco variantes o más, es sumamente interesante, pero no lo discutiremos aquí.

No obstante, referimos a los interesados a los escritos de Karl Popper (muchos de los

cuales se recogen en dos volúmenes citados en las referencias, 1985; 2002). Esta

filosofía —la Metafísica— se mantuvo vigente desde el siglo XVII (claro está, con

95

oposiciones, principalmente de los empiricistas), pero sin mucho efecto, desde nuestra

perspectiva, hasta principios del XX, cuando se funda el Círculo de Viena (Cruz, M.,

2002).

Muchas veces, la línea divisoria entre la Metafísica y lo perteneciente al mundo

físico no está clara. En ocasiones, no es fácil ubicar un determinado tipo de

conocimiento o problema en el mundo físico material o en el inmaterial. Por ejemplo,

durante el siglo XIX, pensadores empiricistas —tales como Ernst Mach, quien

entendía que había que erradicar la Metafísica de las ciencias naturales— atacaron el

concepto del átomo. Mach planteaba que este concepto no era necesario para

explicar el mundo físico real y que, por ende, era metafísico. Recordemos que el

concepto átomo viene desde los griegos y era un constructo, en esencia, filosófico. Es

necesario hacer aquí la aclaración de que la Filosofía y la Lógica han ido siempre de

la mano con las ciencias naturales. El Círculo de Viena se desarrolló del 1920 al 1930,

con pensadores tales como R. Carnap y K. Godel, para “liberar a la ciencia de la

Metafísica y crear el programa de la ciencia unificada”. Desde los planteamientos de

Popper, hasta los propios presentados por el Círculo de Viena, nace el empirismo

lógico (llamado también neopositivismo lógico y preferido por muchos), como la

manera de hacer ciencia, lo que, de este modo, ataca con argumentos sólidos la

Metafísica como parte de las ciencias naturales. Cuando hablamos del empirismo

lógico, nos referimos al planteamiento de un sistema basado sólo en la experiencia

con el mundo material, al uso del razonamiento lógico para explicar los fenómenos

con los cuales tuvimos la experiencia. En muchas ocasiones, esta separación entre la

Metafísica y las ciencias naturales está en el borde y depende, en gran medida, de la

conexión que pueda demostrarse entre el conocimiento planteado y la realidad física.

A diferencia de la pseudociencia, la Metafísica es un área del conocimiento que

corresponde a una visión filosófica. En este sentido, es un área válida del

conocimiento, al igual que la historia y la religión.

96

Las fuentes para obtener los problemas científicos

De acuerdo con lo planteado hasta ahora, la fuente primaria de los problemas

científicos es la naturaleza o, dicho de otro modo, el mundo físico material. Si un

problema no puede ubicarse en el mundo físico real, entonces, no es un problema

científico. Sin embargo, debemos profundizar un poco más sobre esto. En ocasiones,

podemos entender que determinado tema o determinada área del conocimiento sea

parte del mundo natural físico, y creemos que puede someterse a la investigación

científica. En cada caso, debemos utilizar los criterios de delimitación planteados

anteriormente y otros que propondremos en esta sección. Un campo o una área que

no pertenezca a las ciencias naturales, aunque podría parecer que sí, es el de los

dominios psicológicos y sociológicos del conocimiento.

En una excelente exposición, Popper (1985) demuestra, por ejemplo, por qué el

psicoanálisis no es una teoría científica, aunque de primera impresión podría

parecernos que sí. El argumento más sólido, desde nuestra perspectiva, es que la

Teoría del Psicoanálisis explica todos los fenómenos de la conducta humana que se

observen con los mismos argumentos. De hecho, se reducían todos a una causa

primaria única. Esto imposibilita que la teoría pueda falsarse, por lo que no puede ser

científica.

Cualquier explicación a un problema que pertenezca a las ciencias naturales

tiene que someterse a prueba. Además, deben haber explicaciones alternativas que

aclaren lo que se observe, de modo que puedan diseñarse experimentos para falsar

las explicaciones. Por tanto, el comportamiento humano, en el que intervienen

múltiples variables sicológicas y sociales, no pertenece a las ciencias naturales. Esto

no quiere decir que las ciencias sociales no sean tan válidas como las naturales, sólo

significa que las primeras no pueden reducirse a las segundas, ni puede utilizarse la

misma metodología para obtener el conocimiento. De modo similar, podemos

argumentar sobre las llamadas ciencias políticas. En ocasiones, se dice que

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determinadas encuestas son científicas. Recuerde que, para que algo constituya una

ciencia, tanto lo que se investigue como la metodología que se utilice tienen que

considerarse entre los límites establecidos de lo que es una ciencia.

Las encuestas de opinión sobre diferentes temas no se encuentran dentro del

ámbito de lo que estudian las ciencias naturales y sí, de lo que estudian las ciencias

sociales. Por lo tanto, una encuesta de opinión —que puede estar bien hecha o no

desde el punto de vista metodológico— no estudia un problema científico desde la

perspectiva de las ciencias naturales. Por las razones expuestas, vemos que no

pueden haber encuestas científicas, es decir, en las que se utilice la metodología

científica.

Las preguntas para investigar

Por lo regular, los problemas científicos los expresamos como preguntas

cuando vamos a investigar. Las preguntas son, entonces, la guía del proceso

investigativo. Toda pregunta científica debe poseer un grado de razonamiento y de

consecuencia con el conjunto de conocimientos existentes, en un área determinada

de las ciencias naturales. Así, por ejemplo, ninguna pregunta sobre el proceso de

fotosíntesis en las plantas podría negar la producción de O2 durante el proceso.

Tampoco podría ser aceptable una pregunta que ignorara las leyes aceptadas

de herencia o las de movimiento en este momento. Esta característica de las

preguntas de investigación fue lo que Kuhn llamó el paradigma en la ciencia, que,

hasta cierto punto, determina lo que se investigará y la manera como se investigará.

Sugerimos que vea los trabajos de T. S. Kuhn (1996), para que examine una

discusión interesantísima sobre los descubrimientos en la investigación de la ciencia

normal frente a las revoluciones científicas.

En este curso de investigación, se presenta, desde la perspectiva de Kuhn, la

98

ciencia normal, y no se plantean las características de la ciencia revolucionaria. No

obstante, a partir de lo que hemos discutido ya en este capítulo, surge una serie de

características que toda buena pregunta debe tener. En resumen estas características

son las siguientes:

La posible pregunta debe poder someterse a prueba. La meta de la ciencia

es explicar por qué ocurren los fenómenos en la naturaleza, y esto se hace al someter

a prueba las diferentes ideas o proposiciones, es decir, al falsarlas. En el caso

planteado (el de la goma de mascar), no hay modo de falsar ninguna posible razón en

la que pensemos sobre la razón por la cual gusta más una goma de mascar que otra.

El hecho de que los estudiantes digan que les gusta más una goma de mascar que

otra no explica por qué les gusta o qué razón existe para “ese gusto”. Lo interesante

de este caso es que pueden hacerse gráficas y utilizar la estadística para analizar los

datos, pero esto no hace que este problema pertenezca a la ciencia natural. Es sólo

comportamiento humano, digno de estudiarse por una metodología de las ciencias

sociales o la Psicología.

La pregunta debe plantearse de modo que dirija la investigación hacia una posible solución. Esto implica que la pregunta, vista de este modo, representa un

problema al que le daremos una solución por medio de la investigación. Por lo regular,

en nuestra vida cotidiana, no acostumbramos a hacernos preguntas de un modo

riguroso y con las condiciones y características que se requieren en las ciencias

naturales. De hecho, el enfoque de solución de problemas como lo hacemos en la

vida cotidiana no es el mismo que se utiliza en las ciencias naturales, de ahí la

dificultad para que los estudiantes interioricen el modo científico de solucionar

problemas (Pozo, J. I. y Gómez, M. A., 1994).

Aunque hay muchos modos incorrectos de formular preguntas, queremos

destacar dos tipos de preguntas que resultan de ellos: las preguntas antropomórficas y las teleológicas. En el primer caso, se pretende dar

99

características humanas a los eventos u organismos que están sujetos a la

investigación. Por ejemplo: • ¿Por qué a los murciélagos les gusta salir de noche?

Esta pregunta atribuye una característica humana al comportamiento de los

murciélagos. Más que eso, plantea que los murciélagos salen de noche porque les

gusta. En este caso, la pregunta ofrece muy poca dirección en la investigación. Si la

refraseáramos:

• ¿Qué variables o factores provocan o determinan que los murciélagos salgan

de noche en vuelo?

tendríamos un poco de más luz sobre lo que se quiere investigar. En primer lugar, se

plantea la suposición de que hay variables o factores que provocan este

comportamiento; por lo tanto, podemos someter a prueba este planteamiento con

todos los posibles factores, cada uno de los que pensemos que debe poder someterse

a prueba. En segundo lugar, de no encontrar variables que expliquen este

comportamiento, puede recurrirse a otros argumentos no planteados por el momento,

los cuales se reformularán en una nueva pregunta.

El segundo tipo de pregunta, la teleológica, le da propósito o finalidad a un

fenómeno natural. Desde el punto de vista de la Psicología, los únicos que tenemos

motivaciones para actuar somos los seres humanos. Ejemplos de aseveraciones de

este tipo son las siguientes:

• La evolución lleva a los organismos a la perfección.

• El agua siempre busca su nivel.

Si partimos de aseveraciones o ideas como éstas para hacer preguntas, este

tipo de pregunta, al igual que la antropomórfica, no provee de una guía para la investi-

gación y debemos evitarlas.

100

La viabilidad de la investigación

Cuando hablamos de la viabilidad de la investigación, nos referimos a la

posibilidad de llevarla a cabo. Por lo regular, esto depende de varios factores. Quizás,

los tres más importantes sean la tecnología disponible, los aspectos éticos y el grado

de conocimiento en el área en particular.

Los avances tecnológicos: proporcionan la tecnología adecuada, en muchas

ocasiones, para poder llevar a cabo la investigación. Su mayor efecto se relaciona con

la instrumentación requerida para obtener los datos. Hay veces en que no tenemos los

instrumentos adecuados para medir o recoger los datos que necesitamos. En estos

casos, aunque la investigación sea válida, no pueden someterse a prueba las

hipótesis y no podemos realizarla. En la historia de las ciencias, ha habido casos en

los que una teoría sugiere una hipótesis particular que no puede someterse a prueba

en determinado momento histórico y, después de que surge la tecnología adecuada,

finalmente, puede llevarse a cabo. Varias predicciones de la teoría de la relatividad

caen en este renglón. De modo similar, ciertos aspectos de las Neurociencias tuvieron

que esperar a que se desarrollaran las tecnologías de “scanning” (p. ej. fMRI), para

investigar ciertos procesos mentales.

Los aspectos éticos: son los que impiden muchos casos, se realicen ciertas

investigaciones. Por ejemplo, durante mucho tiempo, las investigaciones científicas

sobre el cerebro humano no se llevaban a cabo. Se aducía que era un lugar cuasi

sagrado en el ser humano y que, por lo tanto, no debía investigarse. Actualmente,

existe una veda en los Estados Unidos para realizar experimentos con células

germinales (madres) de fetos. Más aún, en muchos casos, es la propia comunidad

científica quien establece los parámetros para decidir hasta donde se llegará en la

investigación. Una de las razones más poderosas para determinar la viabilidad de una

investigación es el impacto que tendrá en los seres humanos, y muchos sectores lo

reclaman también con los animales que sirven como sujetos en la experimentación.

101

Además, vemos que las consideraciones éticas en la viabilidad de una investigación

pueden tener fundamento cultural o moral, ambos muy poderosos al momento de

tomar decisiones.

El grado de conocimiento en el área particular: es el último aspecto que, en

ocasiones, impide la viabilización de una investigación. Es lo que sabemos sobre el

problema y el marco teórico en el cual se enmarca. Éste fue el caso de la

investigación de las emociones humanas como parte de las Neurociencias. Hasta

hace muy poco tiempo, las emociones no se consideraban como algo científico que

debía estudiarse. Generalmente, no se sabía cómo estudiarlas y se consideraba que

no era viable hacerlo, por lo que se dejaba que la Psicología las manejara. El campo

de conocimiento de determinada área es sumamente importante en la delimitación de

lo que se proyecte investigar. Así, por ejemplo, puede haber una pregunta que se

considere que pueda someterse a prueba, pero no se sabe cómo, porque no se tiene

el conocimiento adecuado. El nacimiento de nuevas áreas de investigación e, incluso,

de nuevas ramas de las ciencias se relaciona con este aspecto.

102

Reflexión para el maestro

Trabaje los siguientes ejercicios:

• Determine cuáles de las siguientes preguntas representan

problemas científicos y cuáles no.

• Redacte el argumento o los argumentos que fundamenten

su decisión de descartar una pregunta como problema

científico.

• Determine, en aquellas preguntas que representen

problemas científicos, cuáles son viables y cuáles no. Luego,

fundamente su respuesta.

1. ¿Por qué los enfermos mentales presentan síntomas más

severos cuando hay luna llena?

2. ¿Qué variables ambientales inducen a la floración de las

pascuas durante el mes de diciembre?

3. ¿Por qué las golondrinas anuncian la lluvia?

4. ¿Qué variables ocasionan que a los jóvenes les guste más

la Sprite que la Seven Up?

5. ¿Qué concentración mínima de las hormonas relacionadas

con los sentimientos induce a una mujer a matar a su criatura

en el síndrome postparto?

103

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

Propósito: Identificar la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta en la actividad a realizarse. Determinar experimentalmente cuál marca de papel toalla de entre las exami-nadas es la más absorbente.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes varia bles.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

• Las interacciones

I.8.1 Explica que las fuerzas en desequilibrio producen cambios en el movi miento que se pueden describir y predecir.

I.8.1.4 Describe las causas del movimiento.

I.8.2 Expresa que las fuerzas al interactuar producen cambios en la materia.

I.8.2.2 Identifica las fuerzas que producen cambio en el movimiento co mo fricción, empuje y gravitacional.

104

Materiales • Varias marcas de pa-

pel toalla (A, B, C, D, E)

• Vaso plástico`

• Agua

• Probeta de 100 mL

• Cronómetro

• Lápiz

Trasfondo: El componente principal del papel lo es la fibra de celulosa. Cada fibra es más fina que un pelo humano. Las astillas de madera se rompen para formar fibras individuales para poder preparar una sustancia conocida como pulpa, que se transforma en papel. Durante el proceso de producir el papel, éste se decolora para hacerlo más blanco. No es raro que los rollos de papel toalla incluyan imágenes coloreadas en cada hoja. Con frecuencia, se añade una resina para fortalecer el producto.

No es extraño que se le impriman patrones de formas geométricas, tales como círculos o diamantes, para ayudarle a retener la humedad. La mayor parte de los rollos se manufacturan con dos capas de papel delgado, pero diferentes marcas pueden tener más o menos capas. Generalmente, mientras más capas tengan, más fuertes son y menor es la probabilidad de que se rasguen.

El agua sube por el papel toalla debido a una fuerza de atracción entre las fibras del papel y el agua. A esta fuerza se le conoce como acción capilar. El agua es arrastrada hacia arriba a los espacios abiertos entre las fibras del papel, empapando el papel a medida que éste absorbe el agua. Cuando el peso del agua en el papel balancee la fuerza de atracción ejercida sobre el agua por las fibras, el agua dejará de subir.

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

105

Procedimiento:

1. Permita que los estudiantes realicen la actividad. Haga énfasis en el aspecto del recogido de un conjunto de datos para cada papel toalla. 2. Recalque la necesidad de medir el área del cuadrado de papel toalla. Ésta no es igual de una marca a otra y es un parámetro que vamos a normalizar cuando dividamos la ab-sorción de cada papel toalla por esta cantidad.

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

Analiza y aplica:

1. ¿Por qué para cada marca se mide el área del cuadrado de papel toalla?

Debido a que las marcas no son iguales en el tamaño de sus cuadrados, es im-portante que el área de éstos se mida, de manera que luego pueda to-marse ese dato en consideración a la hora de comparar la absorción de las dis-tintas marcas de papel toalla.

2. En esta actividad, ¿cuál es la variable manipulada? ¿la variable de respuesta? ¿las variables controladas?

La variable manipulada lo es el tipo de papel. La variable de respuesta lo es la cantidad de agua absorbida por unidad de área. Se controla: la cantidad inicial de agua en el envase y el tiempo que se mantiene el papel en el líquido. Además el área de papel utilizada.

106

3. Decide cómo vas a representar estos datos en una gráfica y construye ésta. ¿Qué patrón observas para los datos?

La gráfica más adecuada para representar estos datos lo es una gráfica de barras, pues la variable manipulada (el tipo de papel toalla) es una variable discreta (no continua). La altura de la barra es un indicativo de la capacidad de absorción si se grafica la absorción (en mL/cm2) versus el tipo de papel toalla.

4. Diseña un experimento (distinto al presentado) que te permita determinar cuál es el mejor papel toalla absorbente.

Los estudiantes pueden pensar en varias alternativas: medir masa de agua absorbida en lugar de volumen; añadir el agua poco a poco para ver la capacidad de absorción; entre otros.

Assessment:

Solicíteles a los estudiantes que hagan una búsqueda intencionada en la que se familiaricen con el proceso de manufactura de papel y la importancia de su reciclaje.

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

107

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

Propósito: En esta actividad identificarás la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta en la actividad que realizarás. Además, mediante un proceso investigativo, determinarás cuál de una serie de marcas de papel toalla es la más absorbente.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.1.4 Diseña procedimientos utilizando la metodología científica para realizar experimentos.

• Las interacciones

I.8.1 Explica que las fuerzas en desequilibrio producen cambios en el movimiento que se pueden describir y predecir.

I.8.1.4 Describe las causas del movimiento.

I.8.2 Expresa que las fuerzas al interactuar producen cambios en la materia.

I.8.2.2 Identifica las fuerzas que producen cambio en el movimiento como fricción, empuje y gravitacional.

108

Introducción Posiblemente, has escuchado anuncios comerciales donde se hace un reclamo sobre la capacidad de absorción de una marca de papel toalla en particular. En esta actividad, vas a determinar cuál de una serie de marcas de papel toalla es la más absorbente. Para determinar esto, llevarás a cabo una investigación en la que manipularás y controlarás variables de manera que puedas llegar a una conclusión razonable.

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

Procedimiento:

1. Mide 100 mL de agua en una probeta. Añade el agua a un vaso

plástico.

2. Obtén un cuadrado de papel toalla de una de las marcas a utilizarse en este ejercicio. Mide el área del papel y registra su marca.

Materiales • Varias marcas de pa-

pel toalla (A, B, C, D, E)

• Vaso plástico`

• Agua

• Probeta de 100 mL

• Cronómetro

• Lápiz

109

3. Empuja el papel toalla en el agua por espacio de 30 segundos. Usa un lápiz para empujar el papel por debajo de

la superficie del agua.

4. Remueve el papel toalla. Sostén el papel toalla sobre el

vaso hasta que deje de gotear.

5. Utiliza la probeta para medir la cantidad de agua (mL)

que permanece en el vaso. Sustrae este valor de los 100

mL para determinar la cantidad de agua (mL) absorbida

por el papel toalla.

6. Repite los paso 1 a 5, para un total de 3 medidas para

cada papel.

7. Calcula la cantidad promedio de líquido absorbida (mL). Divide esta cantidad por el área del papel.

110

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

Tabla de datos

Marca de

papel toalla

utilizado

Área del papel

(cm2)

Cantidad de agua absorbida

(mL)

Cantidad promedio de agua absor-

bida

(mL)

Medidas

1

2

3

Analiza y aplica: 1. ¿Crees que esta es una investigación científica? Justifica tu respuesta.

2. ¿Por qué para cada marca se mide el área del cuadrado de papel toalla?

3. En esta actividad, ¿cuál es la variable manipulada? ¿la variable de respuesta? ¿las variables controladas?

4. Decide cómo vas a representar estos datos en una gráfica y construye ésta. ¿Qué patrón observas para los datos?

5. Diseña un experimento (distinto al presentado) que te permita determinar cuál es el

mejor papel toalla absorbente.

111

¿Cuál es la marca de papel absorbente más efectiva?

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Propósito: En esta actividad el estudiante diseñará un avión de papel para Identificar la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta en la actividad a realizarse. Formulará una hipótesis sobre cuál modificación al avión generará una mejor ejecución de éste y determinará la trayectoria del avión previo y posterior a la modificación, de manera que determine la respuesta generada por la manipulación efectuada. Finalmente contrastará la hipótesis formulada con sus resultados, aceptando o rechazando ésta.

Actividad Para El Maestro:

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

• Las interacciones I.8.1 Explica que las fuerzas en desequilibrio producen cambios en el movimiento que se pueden describir y predecir.

I.8.1.3 Describe las Leyes del Movimiento de Newton y cómo se relacionan con el reposo, la fuerza, la masa y la aceleración. I.8.1.4 Describe las causas del movimiento.

112

Materiales

• Papel

• Presillas

• Cinta adhesiva

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Trasfondo: Existen cuatro fuerzas principales que actúan sobre un avión de papel (o cualquier otro avión) mientras está volando: la fuerza ascensional (“lift”); la gravedad; el empuje (“thrust”); y la resistencia al avance (“drag”).

La fuerza ascensional es la fuerza que hace que el avión se mantenga en el aire. Sin esta fuerza, el avión no podría volar. La fuerza ascensional puede ser una fuerza muy complicada de explicar, pero se presentan dos modelos que permiten entender ésta de manera intuitiva.

113

El Principio de Bernoulli

Si examinas de cerca las alas de un avión y las miras por el costado, notarás que no son planas. El ala tiene una forma curveada, conocida como superficie de sustentación (“airfoil”). Estas superficies se diseñan para producir la fuerza ascensional.

Para entender cómo el Principio de Bernoulli causa esta fuerza, debemos entender que el aire usualmente presiona de igual manera todos los lados de un objeto. Supón que, a medida que el avión viaja hacia el frente, el aire que se acerca se divide cuando choca contra la parte frontal del ala y vuelve y se reúne en la parte lateral del ala (ver la ilustración). La forma de la superficie de sustentación causa que el aire sobre la parte superior del ala viaje más distancia que el aire en la parte inferior en la misma cantidad de tiempo. Eso indica que la velocidad del aire en la parte superior es mayor (recuerda que velocidad se define como distancia recorrida por unidad de tiempo). Cuando el aire adquiere una mayor velocidad, su presión disminuye. Debido a que la presión del aire en la parte superior del ala es menor que la presión del aire en la parte inferior del ala, el ala produce la fuerza ascensional. A este fenómeno se le conoce como el principio de Bernoulli.

Explicación Newtoniana

En su tercera ley, Sir Isaac Newton planteó que “para cada acción, hay una reacción igual y opuesta”. La fuerza ascensional newtoniana depende grandemente de la inclinación del ala o del “ángulo de ataque”. Si la parte frontal del ala está apuntando hacia arriba, la superficie inferior está desviando el aire que entra hacia abajo. Cuando este aire rebota en la superficie del ala (acción), empuja el ala hacia arriba (reacción) o produce la fuerza ascensional.

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

114

La gravedad es una fuerza con la que todos estamos familiarizados. Es la fuerza que causa que todo lo que arrojas al aire vuelva al suelo. La gravedad es también lo que nos mantiene a nosotros en el suelo. Con los aviones, la gravedad trabaja en contra de la fuerza ascensional, halando al avión hacia el suelo.

El empuje es la fuerza que causa que el avión se mueva hacia delante cuando está en el aire. En un avión real, el empuje lo producen los propulsores o los motores del avión. En un avión de papel, el empuje se produce cuando tiras el avión al aire. Sin empuje, los aviones no pueden producir la fuerza ascensional.

La resistencia al avance es la fuerza que retarda el movimiento del avión. Esta fuerza se produce cuando el aire que fluye sobre el avión causa fricción. Cuando el avión está volando, debe empujar al aire que viene hacia él de manera que no le estorbe. A medida que este aire se empuja alrededor del avión, choca contra otras moléculas de aire. El aire cercano a la superficie del avión también trata de pegarse a éste. Todo esto causa fricción.

La fuerza ascensional y el empuje ayudan a que el avión siga volando. La gravedad y la resistencia al avance trabajan en su contra. No podemos hacer nada con la gravedad, pero podemos tratar de que, en el diseño del avión, se minimice la resistencia al avance y se aumenten la fuerza ascensional y el empuje. Esto hará que el avión de papel vuele bien.

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

115

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Procedimiento:

1. Discuta con el grupo qué criterio van a utilizar para determinar cuál es el mejor avión de papel. Solicita de ellos que te planteen alternativas, tales como distancia recorrida, vuelo más recto y tiempo en que el avión permanece volando en el aire, entre otros. Inquiere sobre cuál de los criterios planteados sería el más difícil, cuál el menos complicado, cuál el más útil y por qué.

2. Finalice la discusión seleccionando uno de los criterios. Permita que éstos construyan su avión de papel inicial y que escriban su nombre en él, de manera que puedan identificarlo.

3. Utilice un espacio físico que permita que los estudiantes puedan volar sus aviones y examinar sus trayectorias.

4. Después de que vuelen los aviones, dele a los estudiantes cinco minutos para que modifiquen éstos de manera que puedan mejorar en el criterio seleccionado. Súplele materiales tales como tijeras, presillas y cinta adhesiva.

5. Haga que los estudiantes formulen una hipótesis sobre el efecto que tendrá el cambio propuesto por ellos, como, por ejemplo, “Si añado peso a las alas, entonces el avión volará más recto (si éste fue el criterio seleccionado)”.

6. Inquiera con los estudiantes sobre si es conveniente que utilicen el resultado de una sola tirada para determinar cuál es el mejor avión. Estimula a que los estudiantes sugieran que se deben repetir los intentos para aumentar la confiabilidad de los resultados. Mediante preguntas y sugerencias, lleva a los estudiantes a construir el concepto de que medidas repetidas reducen los efectos de los errores aleatorios en los resultados.

116

7. Luego de finalizado el segundo conjunto de tiradas, dis-cuta en clase los términos variable independiente, variable dependiente, variable controlada y control. En la actividad, el control lo es el avión previo a la modificación, ya que nos permite determinar qué efecto tuvo la manipulación de la variable independiente.

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

117

Analiza y aplica:

1. ¿Qué hiciste sobre el diseño de tu avión? En esta pregunta, se pretende que el estudiante indique qué fue lo que le hizo al avión para modificarlo: redoblarlo; añadirle presillas; añadirle cinta adhesiva; otros.

2. ¿Qué cambiaste intencionalmente en tu avión? Esta pregunta pretende que se mueva el estudiante a indicar cuál es la variable independiente o manipulada: modificación de forma del ala, centro de gravedad del avión, peso del avión, otros.

3. ¿Cómo determinaste la respuesta de tu avión? Esta es la variable dependiente o de respuesta, producto del consenso sobre el criterio a utilizar para determinar cuál es el mejor avión (e.g., tiempo de vuelo; distancia total recorrida; viaje en línea recta; otros).

4. ¿Qué permaneció igual en tu avión?

En esta pregunta, se pretende examinar qué variables se controlaron o mantuvieron constante (e.g., tamaño del papel; textura del papel; peso del papel; otros).

Assessment: Solicítele a los estudiantes que hagan una búsqueda intencionada en la Internet sobre el desarrollo histórico y tecnológico de la aviación.

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

118

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Propósito: En esta actividad identificarás la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta en la actividad que realizarás relacionada al diseño de aviones. Además, formularás y someterás a prueba una hipótesis sobre qué efecto tendrán en el vuelo de tu avión cambios en el diseño de éste.

Actividad Para El Estudiante:

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables. NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

• Las interacciones I.8.1 Explica que las fuerzas en desequilibrio producen cambios en el movimiento que se pueden describir y predecir.

I.8.1.3 Describe las Leyes del Movimiento de Newton y cómo se relacionan con el reposo, la fuerza, la masa y la aceleración. I.8.1.4 Describe las causas del movimiento.

I.8.2 Expresa que las fuerzas al interactuar producen cambios en la materia. I.8.2.2 Identifica las fuerzas que producen cambio en el movimiento como fricción, empuje y gravitacional.

119

Materiales • Papel

• Presillas

• Cinta adhesiva

• Tijeras

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Procedimiento Parte I

1. Discute con tu maestro/a y con el grupo qué criterio van a utilizar para determinar cuál es el mejor avión de papel.

2. Construye tu avión de papel. Escribe tu nombre en él, de manera que puedas identificarlo.

Introducción: Posiblemente, has tenido en algún momento la experiencia de construir aviones de papel. En esta actividad, vas a inicialmente discutir con tu maestro/a y con el grupo qué criterio se va a utilizar para determinar cuál es el mejor avión. Luego, procederás a construir un avión de papel y a determinar cuán bien cumple con el criterio estipulado. Finalmente, modificarás el avión para ver cuánto mejora su ejecución, basándote en el criterio seleccionado.

120

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

3. Sigue las direcciones de tu maestro/a para volar el avión.

4. Observa la trayectoria de vuelo del avión. Recoge datos, si necesario, para determinar cuán bien cumple tu avión con el criterio seleccionado.

Parte II

5. Usa los materiales que se te proveen (presillas, cinta adhesiva, tijeras) para modificar tu avión.

6. Formula una hipótesis sobre el efecto del cambio.

7. Sigue las direcciones de tu maestro/a para volar el avión.

8. Observa la trayectoria de vuelo del avión.

121

¿Cuál es el mejor diseño de un avión?

Analiza y aplica:

1. ¿Crees que esta es una investigación científica? Justifica tu respuesta. 2. ¿Cómo actuaste sobre tu avión?

3. ¿Qué cambiaste intencionalmente en tu avión?

4. ¿Cómo determinaste la respuesta de tu avión?

5. ¿Qué permaneció igual en tu avión?

Tabla de datos

6. ¿Cuál es la variable manipulada en esta actividad? ¿las variables controladas?

¿la variable de respuesta?

Pregunta 1

Acción

Pregunta 2

Cambio intencional

Pregunta 3

Respuesta

al cambio

Pregunta 4

Permaneció

igual

122

Esquema del proceso de Investigación científica ¿Qué distingue a las ciencias naturales? Aunque explicamos que no existe un

método único de las ciencias naturales, consideramos que existe una metodología

general que todas siguen en el proceso de investigar para obtener conocimiento. Esta

metodología se resume en el proceso de inquirir y en la utilización del proceso lógico

deductivo para llegar a conclusiones a partir de los datos y de la lógica, con el

propósito de validar las conclusiones.

Esta metodología puede describirse por medio del esquema que aparece a

continuación:

123

A partir de las observaciones, se describe el fenómeno de lo que ocurre y,

simultáneamente, pueden diseñarse experimentos para someter a prueba sólo una

porción o alguna instancia particular de éste. Además, a partir de la descripción

original y mediante observaciones adicionales sobre cómo ocurre el fenómeno, se

describen los patrones observados tanto en el experimento como en la naturaleza.

Una vez se observen los patrones, se identifican los elementos esenciales, es decir,

las variables, y se establecen posibles relaciones entre ellas, ya sea de causa y efecto

o de correlación. Luego, se someten a prueba y se establecen las conclusiones a

base de los resultados.

Esta metodología no implica una secuencia lineal de procesos; de hecho, no es

lineal. Para ilustrarla, por las limitaciones del proceso de diagramar, aparenta ser así,

pero no lo es. En cada etapa del proceso, pueden hacerse ajustes para revisar

procedimientos específicos de etapas anteriores.

Las ideas preconcebidas sobre las hipótesis

Por alguna razón que nos es un tanto desconocida, se ha desarrollado un

concepto erróneo sobre las hipótesis entre los maestros de Ciencia e, incluso, entre

profesores universitarios dedicados a esta materia. Sin embargo, este fenómeno no

ocurre solamente aquí en Puerto Rico, sino que, aparentemente, se ha generalizado

en otras partes del mundo. Una posible explicación para ello es el aparente

desconocimiento de los que se dedican a preparar maestros en el área de Ciencia

sobre los aspectos filosóficos de esta disciplina. Otra posible explicación es la

tendencia a simplificar este aspecto de la investigación, para hacerlo más cómodo

durante la enseñanza, lo que produce errores de entendimiento. En una reciente

publicación, Guy R. McPherson (2001) destaca este hecho tanto cuando se refiere a

la disertación doctoral de sus estudiantes graduados como a algunos de sus colegas

científicos de la Universidad de Arizona. Muchos libros de texto han mantenido este

124

error al proponer definiciones tales como: “una hipótesis es una adivinanza educada” y

“una hipótesis es una teoría sin comprobar”, entre otras aseveraciones totalmente

erróneas. Más aún, hay colegas universitarios y maestros que les dicen a los

estudiantes que los seres humanos formulan continuamente hipótesis en su vida

diaria. Nada más lejos de la realidad.

Uno de los errores más comunes que se presentan es la confusión al llamar

hipótesis a una predicción. Supongamos por un momento que un estudiante del nivel

superior está estudiando la ocurrencia de los peces guppies en los ríos, las quebradas

y los riachuelos del bosque de Guavate. Él encuentra que en un río X del bosque, a

una determinada altura, hay abundancia de estos peces. Luego, procede a hacer la

siguiente hipótesis:

“En la quebrada Z, que está a la misma altura,

encontraré peces guppies”.

En realidad, esta aseveración no es una hipótesis; es una predicción. Con sólo

ir a la quebrada y observar, sabremos si es cierta o no. Sin embargo, este tipo de

“hipótesis” lo vemos mucho en ferias científicas y en trabajos escritos de nuestros

alumnos, y refleja un gran desconocimiento de lo que realmente es una hipótesis.

Desde nuestra perspectiva, las hipótesis son esenciales en la investigación

experimental, y han sido las responsables, en gran medida, del avance científico. Por

esto es por lo que dedicaremos este capítulo a desarrollar el concepto de un modo

más adecuado.

Las variables en la investigación y en la hipótesis

En Capítulo anteriores describimos y definimos los tres tipos de variables que,

por lo general, se consideran en una investigación de tipo experimental. Éstas son: las

controladas, las manipuladas (independientes) y las de respuesta (dependientes). En

125

las hipótesis relacionamos, de algún modo, la variable manipulada y la dependiente.

Por lo tanto, en una hipótesis bien construida, la variable manipulada y la de respuesta

tienen que estar contenidas y, más que eso, tienen que establecer la posible relación

que se espera de ellas.

Por lo regular, en las hipótesis se plantea una relación de causa y efecto, en la

que la variable manipulada es la responsable de lo que ocurre, es decir, la respuesta.

En el ejemplo de los guppies, esta condición no se cumple, y no se establecen las

variables ni su relación en la aseveración. Éste es el primer criterio para evaluar una

hipótesis: debe poseer la variable manipulada y la de respuesta.

Las características de las hipótesis

Una hipótesis es una aseveración que representa una suposición de algo

posible, para obtener de ella una consecuencia. Por lo tanto, en su planteamiento se

establece una relación de causa y efecto o, por lo menos, una correlación entre las

variables. Recordemos del capítulo anterior que en un diseño experimental la variable

independiente (manipulada) y la variable dependiente (de respuesta) mantienen una

relación de causa y efecto. Por esto es por lo que, cuando se plantea una hipótesis,

las variables (la dependiente y la independiente) deben estar presentes. Ésta es la

primera característica que debe tener una hipótesis. Por lo tanto, es una aseveración

que correlaciona la variable manipulada y la de respuesta en una relación de causa y

efecto.

En segundo lugar, las hipótesis son la esencia o el punto crítico del diseño

experimental, porque son las que sometemos a prueba. Su característica más

importante es que son falsables cuando se someten a prueba. Esto significa que

podemos determinar su falsedad. Popper (1934, en David Miller, 1985; 2002)

considera esencial la idea de la falsabilidad para las hipótesis. Esto implica que, para

126

un mismo fenómeno, deben haber hipótesis que compitan entre sí. No puede haber un

problema que genere solamente una hipótesis de investigación; si esto ocurriese, no

sería un problema científico.

En tercer lugar, las hipótesis son el resultado de la creatividad del científico.

Anteriormente, planteamos que comenzamos la investigación científica con las

observaciones que, de cierto modo, son diferentes de las que hacemos a diario con

objetos o fenómenos. Aunque en esencia esto es cierto, debemos clarificar que las

observaciones de la naturaleza que hace un científico se fundamentan desde el

principio en sus conocimientos; tienen un propósito o una razón; y buscan algo. Esto

implica que, desde el acto de observar en sí mismo, el científico está haciendo

inferencias y deducciones. El mismo Popper (2002) reconoce esta realidad. De hecho,

desde que se inician las observaciones, se comienzan a “fermentar” las hipótesis,

incluso sin tener todos los datos a mano. Por otro lado, las hipótesis son el resultado

de un proceso deductivo. Esto es, son el producto del conocimiento que tiene el

investigador, de sus ideas preconcebidas sobre las razones por las cuales ocurre algo

y del proceso de la deducción lógica, para establecer una relación entre las variables.

Este hecho contradice la creencia generalizada de que la ciencia es inductiva.

En realidad, es deductiva, y el proceso de razonamiento lógico es esencial en ella. La

naturaleza creativa de las ciencias surge como resultado de este proceso de

razonamiento lógico.

En cuarto lugar, las hipótesis tienen que ser predictivas, esto es, deben

predecir las observaciones esperadas para validar el postulado que se hace sobre la

relación entre las variables. Cuando confirmamos la predicción que sugiere nuestra

hipótesis, corroboramos su validez y se comienza a levantar un cuerpo de datos que

la respalde. No obstante, esto no hace que la hipótesis sea cierta; sólo la valida como

una posible explicación del fenómeno que se estudia. Recuerde que toda hipótesis

tiene otras hipótesis que compiten con ella. No puede haber una hipótesis científica

127

que sea la explicación única de un fenómeno; si esto fuese así, entonces, no sería

una hipótesis científica. El análisis matemático estadístico nos ayuda a dilucidar parte

del problema cuando hay hipótesis que compiten entre sí. Esto lo veremos mas

adelante.

En quinto y último lugar, pero no por eso menos importante, las hipótesis, en

cualquier rama de las ciencias naturales, tienen que estar sustentadas por los

axiomas y los postulados del campo en particular. Las hipótesis planteadas no pueden

violentar ningún principio o ninguna teoría ya aceptada por la comunidad científica.

Por ejemplo, no se aceptaría ninguna hipótesis que niegue o violente de algún modo

la ley de transferencia de energía. Esto es cierto, al menos en lo que se llama ciencia

normal (Kuhn, T. S. 1996).

Cuando hablamos de las grandes revoluciones del pensamiento científico, los

principios e, incluso, las teorías se violentan. Por ejemplo, la teoría de la relatividad

representa una de estas revoluciones en los tiempos modernos.

Por todo lo explicado y discutido anteriormente, entendemos que la formulación

de la hipótesis es lo más difícil para los estudiantes que se inician en el proceso de

investigación. Por eso, debemos ser muy cautelosos al exigirles que formulen

hipótesis sin que estén totalmente preparados para llevar a cabo la tarea. Cuando un

estudiante formula una pregunta de investigación, no está capacitado para hacer una

hipótesis —si su investigación fuese experimental— hasta que haya leído lo suficiente

sobre el trasfondo teórico de lo que investigue. Además, debe estar familiarizado ya

con el tipo de experimento que se requiera para resolver el problema y con las

variables que intervendrán en el fenómeno que se investigue.

La formulación de la hipótesis

La palabra hipótesis, del latín hypothosis, significa “suposición de una cosa

128

posible o imposible para sacar de ella una consecuencia” (Real Academia de la

Lengua Española, 1992). La hipótesis es una proposición de carácter afirmativo que

establece la relación entre los hechos; es un vínculo entre los hechos que el

investigador va esclareciendo en la medida en que pueda generar explicaciones

lógicas del porqué se produce este vínculo. Esta afirmación se demuestra y se verifica

por su relación con un modelo teórico. Más aún, la hipótesis no es solamente la

explicación o comprensión del vínculo que se establece entre las variables inherentes

al problema; es también el planteamiento de su posible solución. Por lo tanto, las

hipótesis son aseveraciones que exponen una consecuencia a partir de la cláusula

que se establezca.

Las hipótesis contienen tres elementos estructurales: los elementos de análisis

o de observación: tales como, individuos, fenómenos, sucesos, etc.; las variables: que

son los atributos, las características o las propiedades cualitativas o cuantitativas que

manifiestan los elementos de análisis u observación; el enlace lógico o término de

relación: el cual describe la relación que existe entre las unidades de análisis y las

variables, y la de éstas entre sí. Las hipótesis, por lo general, tienen la forma

siguiente:

“Si A tiene un efecto en B, entonces, C es ....”.

Aunque esta estructura lógica no es estrictamente necesaria, ayuda a

establecer la relación entre las variables que se estudien. En muchos casos, se

formulan varias oraciones previas para justificar la hipótesis y darle la estructura

conceptual deseada. Una hipótesis que contenga los elementos antes mencionados

sigue el patrón presentado en el siguiente ejemplo: « Se ha encontrado que la fito

hormona giberelina es abundante en los tallos de los bejucos que se caracterizan por

crecer rápidamente. Se especula que esta hormona es la responsable del crecimiento

acelerado de los tallos de los bejucos. En este trabajo sometemos a prueba esta

hipótesis. Para ello, utilizaremos plantas de habichuelas, y le aplicaremos un extracto

129

de esta hormona. Nuestra hipótesis es: Si la hormona de giberelina causa la

elongación de los tallos, entonces, a mayor concentración de la hormona, más

rápidamente y mayor será el crecimiento de las plantas de habichuela».

En el caso de la hipótesis anterior, los elementos de análisis o de observación

son las plantas de habichuelas; las variables, la concentración del extracto de

giberelina y la medida de la elongación del tallo; y el enlace lógico o términos de

relación, mayor y más rápidamente. Como vemos, tanto el conocer lo que es una

hipótesis como el modo de establecerla son muy importantes para poder realizar

adecuadamente un experimento.

La función de las hipótesis en la investigación

Reflexionemos un poco acerca de lo que hemos planteado hasta el momento

sobre lo que es la ciencia y sobre cómo hacemos ciencia. Comencemos por decir que

todo proceso de investigación se inicia en un momento histórico y circunstancial con la

observación de un fenómeno natural. Recuerde que la observación pudo haberla

hecho con anterioridad otro científico o un grupo de ellos y, actualmente, podría estar

utilizándose la literatura como base. Mediante la formulación de las preguntas

adecuadas —que pueden contestarse científicamente—, describimos el fenómeno

natural y buscamos los patrones.

Una vez identificados y formulada la generalización basada en ellos, buscamos

posibles explicaciones para estos patrones. Es aquí donde entran en juego las

hipótesis para el diseño experimental.

Desde la perspectiva de la metodología planteada por Popper, las hipótesis son

una posible explicación de las causas que provocan el patrón que se observa. Como

posible explicación, su característica más importante es que pueda someterse a

prueba y, además, que haya otras posibles explicaciones que compitan con ella. Por

130

lo tanto, en una hipótesis tiene que estar planteada una relación de causa y efecto. De

este planteamiento se derivan las predicciones que verificaremos más adelante. Como

fase final del proceso, sometemos a prueba la hipótesis por medio de un experimento

dirigido a corroborar si las predicciones derivadas de ella se cumplen o no. De

cumplirse las predicciones, se acepta la hipótesis como una posible explicación del

fenómeno observado. Si las predicciones no se cumplen, se descarta la hipótesis

como explicación del fenómeno. En fin, que, de acuerdo con lo que hemos

presentado, la función o la mayor importancia de las hipótesis en el diseño

experimental es dirigir la investigación por medio de un experimento diseñado para

explicar un problema planteado.

Las hipótesis estadísticas

Hemos dejado este tema para el final —aunque lo consideramos sumamente

importante—, porque queríamos presentar primero el concepto hipótesis, que algunos

autores llaman hipótesis de investigación o de trabajo para, luego, diferenciarlo del de

hipótesis estadística. De hecho, los estadísticos siempre han sido conscientes de la

diferencia que existe entre una hipótesis estadística y una hipótesis científica o de

investigación.

Las hipótesis estadísticas se utilizan para identificar o dilucidar patrones entre

las posibilidades que se presenten; mientras que las hipótesis científicas dilucidan o

identifican mecanismos explicativos que subyacen los patrones. Edwards, en el 1972

(en McPherson, G. R. 2001), criticaba el uso de la expresión hipótesis nula, por la

confusión que creaba con la hipótesis de investigación. El problema se agrava cuando

se convierte la hipótesis nula en la contraparte de la hipótesis de investigación. De

hecho, las hipótesis estadísticas se formulan en pares: la hipótesis y la hipótesis nula.

Por lo tanto, esta última es la contraparte de la hipótesis estadística y no, de la de

investigación. Todo comienza con la formulación de las hipótesis de investigación.

131

Éstas se formulan de manera natural, pero, una vez se demuestra que lo que

predicen se cumple, siempre cabe la pregunta de especular si fue un resultado al azar

o si se debió al efecto de la variable manipulada. Aquí es donde la Matemática y,

específicamente, la Estadística y la Probabilidad se unen para decirnos, con un grado

mayor o menor de certeza, si nuestros resultados son producto de una casualidad o si

son el producto de la manipulación de la variable que se estudia. Por lo tanto, las

hipótesis de investigación deben traducirse en hipótesis estadísticas o logísticas. Las

hipótesis estadísticas se establecen a partir de las características de las poblaciones o

de los datos de origen. Las poblaciones de origen se definen por parámetros, que son

valores (medidas) de la distribución. Mediante los datos obtenidos de nuestra muestra,

podremos aceptar o rechazar, con cierto grado de confianza, una hipótesis

(estadística) hecha sobre una población determinada. Tal proceso se conoce como

contraste de hipótesis estadísticas o aplicación de una prueba estadística.

En la práctica es necesaria la formulación de dos hipótesis estadísticas

complementarias: la hipótesis nula (Ho) y la hipótesis alternativa (H1). La hipótesis

nula: se relaciona con una concepción parsimoniosa de la realidad. En otras palabras,

es la explicación más simple y corresponde siempre al estado actual de conocimiento,

esto significa que, si no se hiciese el estudio, sería la que prevalecería. Es la que

sometemos a prueba. La hipótesis alternativa: se relaciona con el objetivo del estudio,

es decir, refleja lo que plantea de modo positivo nuestra hipótesis de investigación.

Ésta hipótesis necesita la evidencia experimental y para la cual diseñamos el

experimento. Es importante darse cuenta de que, por cada prueba estadística que se

realice, hay un par de hipótesis estadísticas. Esto implica que, si una hipótesis de

investigación, por la complejidad de las variables y la relación entre ellas requiere tres

pruebas estadísticas diferentes, habrá seis hipótesis estadísticas, tres de ellas

hipótesis nulas. Regresemos un momento a nuestro ejemplo de la giberelina. Nuestra

hipótesis es la siguiente:

132

133

“Si la hormona de giberelina causa elongación de los tallos, entonces, a mayor

concentración de la hormona, más rápidamente y mayor será el crecimiento de

las plantas de habichuela”.

Alguien puede decir que la hipótesis nula correspondiente es: “La aplicación de

diferentes concentraciones de giberelina no tiene ningún efecto en la elongación de

los tallos de la planta de habichuela”. Aunque esto parece lógico, cabe preguntarnos:

¿cómo sometemos a prueba esta hipótesis nula? Imaginemos el siguiente escenario

por un momento: “el grupo de plantas tratadas con giberelina creció en promedio 15

cm durante el período de tratamiento, y el grupo control creció en promedio 12 cm. ¿A

qué conclusión podríamos llegar? ¿Tiene la giberelina un efecto positivo?

¿Aceptamos nuestra hipótesis? La respuesta a estas interrogantes no es tan sencilla.

¿Cómo sabemos que la diferencia en tamaño de las plantas es real —debido a la

giberelina— y que no se debe al azar o a que son dos distribuciones de tamaño dentro

del mismo rango de crecimiento normal para estas plantas con giberelina o sin ella?

Por ejemplo, es posible que las plantas de habichuela crezcan normalmente entre los

12 y los 15 cm con giberelina o sin ella. Aquí es donde entran las hipótesis

estadísticas. La hipótesis alternativa nos dice:

H1 - La diferencia en tamaño se debe al efecto de la giberelina.

La hipótesis nula nos dice:

H0 - La giberelina no tuvo efecto en el crecimiento de las plantas, o lo que es

igual, no hay diferencia entre los dos valores obtenidos.

Para probar la hipótesis nula y descartar la hipótesis alternativa, tenemos q u e

hacer una prueba estadística apropiada para este tipo de dato. En este caso,

podemos utilizar una prueba t para grupos independientes. En el próximo capítulo,

trataremos sobre los análisis estadísticos de los datos. Como vemos, las hipótesis de

investigación y las hipótesis estadísticas se relacionan, pero no son iguales. Por lo

tanto, las de investigación no tienen hipótesis nulas, sino hipótesis alternativas que

compiten con ellas, pero no, nulas. No obstante, por lo regular, toda hipótesis de

investigación (en el diseño experimental o cuasi experimental) puede traducirse en las

correspondientes hipótesis estadísticas adecuadas. Además, por medio de éstas,

puede aceptarse o rechazarse la hipótesis de investigación.

Reflexión para el maestro

1. Elabore, mediante la utilización de la aplicación Inspiration o PowerPoint, un mapa conceptual con los términos siguientes: hipótesis, hipótesis nula, problema de investigación, variables, hipótesis alternativa, hipótesis estadística, criterios para formular una hipótesis, características de las hipótesis e hipótesis de investigación.

2. Consulte varias revistas científicas y siga los pasos siguientes: • identifique cinco artículos con diseño experimental; • analice la hipótesis o las hipótesis que presenta cada artículo; • determine si las hipótesis de investigación y las estadísticas se establecen claramente; • determine si existe alguna confusión entre las hipótesis. Para ello, utilice el contenido discutido en este capítulo.

134

La química de las frutas magulladas

Propósito: En esta actividad los estudiantes determinarán qué factores alte-ran la reacción de oxidación en una fruta y diseñara una actividad para determinar cómo puede evitar este proceso en frutas que serán utiliza-das en ensaladas.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

• La estructura y los niveles de organización de la materia EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas.

EM.8.4.5 Ejecuta actividades que representen reacciones químicas sencillas.

Materiales • Manzanas 

• Solución de vitamina C, 100 mg/100 mL de solución 

• Jugo de fruta (de naranja o de tomate) 

 

 

• Agua hervida 

• Vinagre 

• Tubos de ensayo (6) • Gradilla para tubos de

ensayo

135

Trasfondo: Cuando se rompen las células de algunas frutas y vegetales y se exponen al aire, ciertas enzimas reaccionan con el oxígeno del aire. Estas enzimas, llamadas enzimas oxidativas, inician la digestión de la célula y este proceso produce melanina, la cual imparte el color marrón que puede observarse en, por ejemplo, el interior de las manzanas y los guineos cuando están expuestos al aire. La vitamina C (ácido ascórbico) en la fruta normalmente no permite que el oxígeno reaccione con la enzima. La vitamina C es un agente reductor natural. La actividad se dirige a investi-gar la interacción de oxígeno gaseoso y ácido ascórbico mediante el estudio de los colores de frutas magulladas.

La química de las frutas magulladas

Procedimiento: 1. Haz que los estudiantes preparen los siguientes seis (6) tubos de ensayo en una gradilla y que rotulen cada tubo.

Tubo 1: abierto al aire

Tubo 2: a medio llenar con agua del grifo

Tubo 3: lleno hasta el tope con agua que ha sido previamente hervida y sellado

Tubo 4: a medio llenar con solución de vitamina C

Tubo 5: a medio llenar con jugo de fruta fresco

Tubo 6: a medio llenar con vinagre

2. La adición de manzana en cada tubo permitirá medir qué efecto tienen las distintas condiciones en la oxidación que comúnmente observamos en esta fruta. La molécula de vitamina C se oxida fácilmente por el oxígeno en el aire o por la enzima. Si hay presente vitamina C, la enzima no puede acti-varse y la fruta permanecerá blanca. Sin embargo, la molécula de vitamina C cambia cuando reacciona con oxígeno y no puede mantenerse activa-mente como vitamina.

136

Analiza y aplica:

1. ¿Qué variable se está poniendo a prueba en cada tubo de ensayo? 

2. Arregla los tubos en un orden que corresponda a lo observado. De mayor a menor reacción o viceversa. 

3. ¿Qué variables causan el obscurecimiento de la fruta? 

4. ¿Qué variables están asociadas a que la fruta no se obscurezca? 

5. ¿Por qué se le añade jugo de limón, lima o naranja a una ensalada de fruta que contenga manzanas, guineos o peras? 

6. Indique a los estudiantes que basándose en estos resultados diseñen una investi-gación donde utilicen sustancias que prevengan la oxidación de las frutas pero que al mismo tiempo no sean desagradables y se puedan incorporar a una ensalada de fru-tas.

Assessment: Solicítales a los estudiantes que hagan una búsqueda informada en la Internet sobre los beneficios de las vitaminas, en especial la vitamina C.  

La química de frutas magulladas

137

La química de las frutas magulladas

Propósito: En esta actividad investigarás una reacción química de oxidación y qué factores pueden alterarla. Además, diseñaras una investigación para determinar que factores o sustancias previenen que las frutas maduras se oxiden.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad El estudiante:

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

• La estructura y los niveles de organización de la materia EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas.

EM.8.4.5 Ejecuta actividades que representen reacciones químicas sencillas.

138

Materiales

• Manzanas

• Solución de vitamina C, 100 mg/100 mL de solución

• Jugo de fruta (de naranja o de tomate)

• Agua hervida

• Vinagre

• Tubos de ensayo (6)

• Gradilla para tubos de ensayo

Introducción ¿Has visto lo que le ocurre a la manzana cuando se expone el aire? ¿A qué crees que se debe esto? Vamos a estudiar este proceso y a tratar de entender cómo se afecta cuando se alteran algunos parámetros.

La química de las frutas magulladas

Procedimiento: 1. Prepara los siguientes seis (6) tubos de ensayo en una gradilla. Rotula cada tubo.

Tubo 1: abierto al aire

Tubo 2: a medio llenar con agua del grifo

Tubo 3: lleno hasta el tope con agua que ha sido previamente hervida y sellado

Tubo 4: a medio llenar con solución de vitamina C

Tubo 5: a medio llenar con jugo de fruta fresco

Tubo 6: a medio llenar con vinagre

139

Analiza y aplica: 1. ¿Qué variable se está poniendo a prueba en cada tubo de ensayo?

2. Arregla los tubos en un orden que corresponda a lo observado.

3. ¿Qué variables causan el obscurecimiento de la fruta?

4. ¿Qué variables están asociadas a que la fruta no se obscurezca?

5. ¿Por qué se le añade jugo de limón, lima o naranja a una ensalada de fruta?zanas, guineos o peras? 

La química de las frutas magulladas

2. Corta una manzana que ha sido pelada en seis pedazos de cerca de 5 cm de largo y 1 cm en cada lado.

3. Magulla cada pieza con tu dedo pulgar y coloca un pedazo en ca-da tubo de ensayo. Asegúrate de ponerle el tapón al tubo 3.

4. Haz una predicción de lo que crees sucederá en cada tubo.

5. Después de 20 minutos, examina cada pedazo de manzana. Utili-zando el tubo 1 como estándar, compara lo ocurrido en los restantes tubos.

6. Investiga en Internet o libros de referencias por que las frutas se ponen negras cuando se exponen al aire.

140

La rapidez del pulso y la respiración

Propósito: Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica. En esta actividad también se contrastará entre grupo control y grupo experimental. Esto se logrará determinando como el ejercicio afecta la rapidez del pulso y la velocidad de la respiración.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza De La Ciencia, Tecnología Y Sociedad

NC 7.1 El estudiante muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas.

NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables

dependientes e independientes.

NC.7.1.4 Distingue entre un grupo de control y uno experimental.

NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando

gráficas.

NC 7.2 El estudiante utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.

141

Materiales por grupo (por pareja)

• Un reloj  

Introducción Ciencia es toda aquella disciplina o quehacer del conocimiento humano que utiliza la metodología científica para solucionar problemas relacionados al mundo natural. La investigación científica se fundamenta en un diseño experimental adecuado. El mismo permite someter a prueba una hipótesis. Es importante un buen diseño experimental para poder establecer las condiciones experimentales del grupo control y del grupo experimental. Un buen diseño experimental y una buena ejecución son importantes para la reproducibilidad de los resultados.

La rapidez del pulso y la respiración

Procedimiento:

1. Indique a los estudiantes que realicen la actividad.

2. Discuta las preguntas de discusión con ellos.

142

Preguntas de análisis

1. ¿Cuál fue la cantidad de pulsaciones promedio que tuviste?  

2. ¿Cómo se afectó la cantidad de pulsaciones por minuto luego del ejercicio?  

3. ¿Qué relación hay entre la cantidad de pulsaciones y las veces que respiras por mi‐nuto?  

4. Identifica las siguientes variables en tu experimento. Justifica tu contestación.

Variable Dependiente

Variable Indepediente

Variables Controladas

Grupo Experimental

Grupo Control

 5. Utiliza los datos para diseñar gráficas que muestren la relación entre tiempo de ejer‐cicio y respiración, y tiempo de ejercicio y número de pulsaciones. ¿Qué relación ob‐servas en cada gráfica? ¿A qué conclusiones puedes llegar? 

 6 .  ¿ P o r 

q u é 

La rapidez del pulso y la respiración

143

La rapidez del pulso y la respiración

Propósito: Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica. En esta actividad también se contrastará entre grupo control y grupo experimental. Esto se logrará determinando como el ejercicio afecta la rapidez del pulso y la velocidad de la respiración.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza De La Ciencia, Tecnología Y Sociedad

NC 7.1 El estudiante muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas.

NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables

dependientes e independientes.

NC.7.1.4 Distingue entre un grupo de control y uno experimental.

NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando

gráficas.

NC 7.2 El estudiante utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.

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Materiales por grupo (por pareja)

• Un reloj  

Introducción Ciencia es toda aquella disciplina o quehacer del conocimiento humano que utiliza la metodología científica para solucionar problemas relacionados al mundo natural. La investigación científica se fundamenta en un diseño experimental adecuado. El mismo permite someter a prueba una hipótesis. Es importante un buen diseño experimental para poder establecer las condiciones experimentales del grupo control y del grupo experimental. Un buen diseño experimental y una buena ejecución son importantes para la reproducibilidad de los resultados.

La rapidez del pulso y la respiración

Procedimiento:  1. Siéntate derecho en tu pupitre o silla y levante la cabeza un poco. Coloca los dedos del centro de la mano (anular, corazón e índice) a los lados del cuello, bajo la quijada. 

  2. Desplaza  lentamente tus dedos por eso área   mientras haces presión  levemente hasta que sientas tus pulsaciones (golpecitos suaves en tus dedos). Cuenta cuántas pulsaciones tienes por minuto y anótalas. Tu compañero o compañera puede tomar 

145

La rapidez del pulso y la respiración

el tiempo mientras tú cuentas las pulsaciones y luego pueden intercambiar las fun‐ciones.  

 3. Diseña una tabla para que anotes tus datos. Anota estos datos.  

 4. Coloca ahora los dedos índice y del corazón de tu mano derecha en la parte su‐perior de la muñeca de la mano izquierda. Haz presión levemente hasta que sien‐tas las pulsaciones. Cuanta nuevamente tus pulsaciones por un minuto y anótalas en la tabla de datos. 

 5. Tómese el pulso tu compañero(a) y tú  respectivamente y anoten los           resul‐tados en la tabla de  datos. 

 6. Calcula tu pulso promedio en reposo usando las tres medidas obtenidas y anóta‐lo en tu tabla de datos. 

 7. Cuenta  las veces que respiras (de modo normal)   por un minuto y anótalo en  la tabla. 

 8. Ahora ponte de pie y corre en el mismo sitio o haz otro ejercicio que te asigne la maestra o maestro por  espacio de dos minutos. Cuando finalices, pide a tu compa‐ñero(a) que te tome el pulso por un minuto y anótalo en tu tabla de datos. Observa lo que ha pasado con tu respiración durante y  luego de haber hecho el ejercicio y anota  las  observaciones.  Cuenta  las  veces  que  respiras  por minuto  y  anota  el número en la tabla. 

 9. Pide a tu compañero(a) que haga ejercicio por dos minutos. Toma su           pulso y cuenta las veces que respira por minuto y dile que lo anote en su tabla de datos. 

 10. Luego de reposar por varios minutos, tu compañero(a) y tú pueden             repe‐tir los pasos 6‐8 haciendo ejercicio por 4 minutos. 

 11. Luego de reposar repitan el ejercicio, esta vez por 6 minutos. Anote los datos al final de cada intervalo de tiempo en la tabla. 

146

La rapidez del pulso y la respiración

Analiza y aplica

1. ¿Cuál fue la cantidad de pulsaciones promedio que tuviste?  

2. ¿Cómo se afectó la cantidad de pulsaciones por minuto luego del ejercicio?  

3. ¿Qué relación hay entre la cantidad de pulsaciones y las veces que respiras por mi‐nuto?  

4. Identifica las siguientes variables en tu experimento. Justifica tu contestación.

Variable Dependiente

Variable Indepediente

Variables Controladas

Grupo Experimental

Grupo Control

 5. Utiliza los datos para diseñar gráficas que muestren la relación entre tiempo de ejer‐cicio y respiración, y tiempo de ejercicio y número de pulsaciones. ¿Qué relación ob‐servas en cada gráfica? ¿A qué conclusiones puedes llegar? 

 6. ¿Por qué crees que el corazón late más rápido cuando haces ejercicio? 

 12. Recoge los datos de las demás parejas de trabajo.  13.Traten de identificar algún patrón en los datos y observaciones               realiza‐das.  14. Junto a tu compañero(a), haz inferencias basándote en las                      observa‐ciones y trata de formular una relación de causa y efecto. 

147

¿Qué combustible contiene más energía?

Propósito: El/La estudiante:

1. Formulará predicciones sobre cuál de una serie de combustibles genera mayor energía, fundamentándose en alguna característica de éstos.

2. Identificará la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta en la actividad a realizarse.

3. Determinará experimentalmente la cantidad de masa de combustible necesaria para elevar la temperatura de una cantidad determinada de agua por una cantidad fija de grados.

4. Determinará la energía liberada por cada uno de los combustibles utilizados.

5. Contrastará la hipótesis formulada con sus resultados, aceptando, rechazando o modificando ésta.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables. NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.6 Utiliza las matemáticas y herramientas tecnológicas para la solución de problemas y para análisis científico.

NC.8.6.1 Utiliza el recurso de Internet para la búsqueda de información. NC.8.6.2 Reconoce información válida y confiable. NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos. NC.8.6.4 Comunica en forma oral y escrita los resultados de las investigaciones.

148

Materiales • 2 lámparas de alcohol • 3 c o m b u s t i b l e s

(etanol (C2H5OH), aceite de lámpara (composición aproxi-mada, C12H26), y cera de vela (composición aproximada, C40H82))

• 1 lata de soda sin la tapa

• 1 termómetro • 1 soporte con anillo

de hierro • 1 agitador de cristal • 1 probeta de 100 mL • 1 paquete de cerillas • 1 balanza • Programados para

p r e p a r a c i ó n d e tablas y gráficas

• La energía

E.8.3 Aplica los principios de conservación de la energía y masa para analizar, cualitativa y cuantitativamente diversos sistemas.

E.8.3.1 Identifica la Ley de Conservación de energía y masa. E.8.3.2 Reconoce que en las reacciones químicas está presente la Ley de Conservación de masa y energía de la materia. E.8.3.3 Reconoce que en los sistemas la materia y la energía se conservan.

¿Qué combustible contiene más energía?

149

¿Qué combustible contiene más energía?

Trasfondo: Los combustibles son sustancias que liberan grandes cantidades de energía en forma de calor. En sentido amplio, la quema de combustible es una reacción de combustión entre esta sustancia y oxígeno. La cantidad de calor generada depende de qué combustible se utiliza y cuánto de éste se quema. El ejemplo más simple de un combustible común es el gas natural, que es casi metano puro (CH4). Cuando metano se quema completamente, los únicos productos son dióxido de carbono y agua. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Metano es un ejemplo de un hidrocarburo que es combustible. Los hidrocarburos son compuestos que contienen solamente carbono e hidrógeno. Otros hidrocarburos, como propano (C3H8) y butano (C4H10), se quemarán para generar los mismos productos, dióxido de carbono y agua. Algunos combustibles, como etanol (alcohol etílico, C2H5OH) contienen oxígeno en adición a carbono e hidrógeno. En efecto, son hidrocarburos que han reaccionado parcialmente con oxígeno: 2 C2H6 + O2 → 2 C2H5OH En esta actividad, los estudiantes investigarán cuánta energía liberan cantidades conocidas de distintos combustibles. Se pueden seleccionar alcoholes (tales como metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH), isopropanol (C3H7OH) o butanol (C4H9OH)) o hidrocarburos (como queroseno, aceite de lámpara o cera de vela) como combustible. Estos últimos consisten de una mezcla de hidrocrburos, cuyas composiciones aproximadas son C10H22 (queroseno), C12H26 (aceite de lámpara) y C40H82 (Cera de vela). El procedimiento experimental requiere que se caliente agua mediante la combustión de una cantidad de combustible que ha de medirse. Se necesitan exactamente 4.184 J de calor para elevar la temperatura de 1 gramo de agua líquida por 1 ºC.(a esto se le conoce como el calor específico de agua, una propiedad física de esta sustancia). Por lo tanto, si se conocen la masa de agua y su aumento en temperatura, puede calcularse la cantidad de calor transferido, utilizando la siguiente fórmula: Q (calor, en Joules) = m x 4.184 J/g-ºC x ΔT

150

donde m es la masa de agua y ΔT es el cambio en temperatura registrado por el agua. De acuerdo a la ley de conservación de la energía, esta cantidad de calor absorbida por el agua debe ser igual a la cantidad de energía liberada por el combustible. Sin embargo, algo del calor puede transferirse al ambiente.

¿Qué combustible contiene más energía?

Procedimiento:

Antes de iniciar esta actividad, puede solicitarles a los estudiantes que hagan una búsqueda intencionada en Internet sobre los combustibles fósiles, sus usos y los problemas atados a éstos.

Como puede observarse, el título de la actividad presenta la pregunta de investigación que se pretende contestar en ésta. Al solicitarles a los estudiantes que formulen una hipótesis sobre qué explicación plausible se pueda utilizar para explicar el orden en que liberarán energía los tres combustibles, varias posibilidades pueden surgir. Es importante que se examine la estructura química de cada una de las sustancias para formular la hipótesis. Alternativas podrían ser:

• Si se aumenta el número de átomos de carbono, entonces se liberará mayor cantidad de energía.

• Si se aumenta el número total de átomos, entonces se liberará mayor cantidad de energía.

• Si la molécula contiene oxígeno, entonces se liberará mayor cantidad de energía.

Para poder calcular la cantidad de calor transferida entre el combustible y el

151

agua, se necesitan la masa del agua y del combustible. Las masas de la lata vacía y de la lata con agua pueden obtenerse a un lugar decimal, pues su diferencia contiene un número razonable de dígitos significativos (aproximadamente 100.0 g). En el caso del combustible, su masa será menor y es necesario obtener más dígitos.

La variable manipulada en esta actividad lo es el tipo de combustible; la variable de respuesta lo es el calor liberado por éste. En esta actividad, se controlan la cantidad de agua y el aumento en la temperatura de ésta cuando se calienta con el combustible, aunque se miden en la actividad debido a que podrían surgir fluctuaciones en sus valores.

La cantidad de energía transferida entre el combustible y el agua puede calcularse de la siguiente manera:

Qagua = 100.0 g x 4.184 J/g . ºC x 20.0ºC = 8,368 J (aproximadamente)

Qcombustible = - 8,368 J

Ese calor es emitido por una cantidad del combustible que ha sido previamente medida. Para poder comparar las cantidades de cada combustible, es conveniente calcular la cantidad de calor liberada por cada gramo de combustible, utilizando la siguiente proporción:

=

Un gramo de cada combustible no contiene la misma cantidad de moléculas, debido a que no son la misma especie. De hecho, la relación de equivalencia de moléculas para los tres combustibles es:

¿Qué combustible contiene más energía?

152

1 molécula de cera de vela (C40H82) es equivalente a aproximadamente 3 moléculas de aceite de lámpara (C12H26)

1 molécula de cera de vela (C40H82) es equivalente a aproximadamente 12 moléculas de etanol (C2H5OH)

Dividiendo las energías obtenidas por gramo para cada combustible entre el número de moléculas (1 para cera de vela, 3 para aceite de lámpara y 12 para etanol) permitirá que los resultados que se obtengan puedan facilitar el examen de las hipótesis formuladas, ya que éstas toman en consideración las características moleculares de cada combustible.

Es importante recalcar los elementos del diseño de esta investigación que son importantes: la obtención de datos cuantitativos que ayuden a poner la hipótesis a prueba, tales como las medidas de masa y de cambio en temperatura; y la importancia de que los datos se tomen con las precisiones indicadas. Los estudiantes han de trabajar la presentación de sus datos y sus conclusiones, de manera que puedan completar los elementos que deben caracterizar toda buena investigación.

¿Qué combustible contiene más energía?

153

Analiza y aplica:

1. ¿Qué relaciones o patrones ves entre los resultados para los distintos combustibles? ¿Hace una diferencia la cantidad de oxígeno en la fórmula? Si es así, ¿por qué crees que es éste el caso? Esta pregunta pretende servir de base para el análisis de los datos que se obtienen de la actividad.

2. Supón que pones 50 mL de agua en la lata en lugar de 100 mL. ¿De qué manera, si de alguna, afectará esto los resultados del experimento? ¿Qué pasaría si utilizaras 200 mL de agua? ¿Podrías pensar en ventajas o desventajas al utilizar o 50 o 200 mL de agua en este experimento? Si se colocan 50 mL de agua, se necesitará menos cantidad de combustible para aumentar la temperatura del agua por 20 ºC. Esto podría parecer una ventaja; sin embargo, mientras menor sea la masa de combustible que se quema, mayor es el error experimental que introduce la medida de esta propiedad (la masa). Si se asume que la transferencia de calor es constante en este proceso, debe tomar menos tiempo calentar los 50 mL.

3. Si se colocan 200 mL, la cantidad de combustible que se consume aumentará para poder aumentar la temperatura del agua por 20 ºC. Aunque eso disminuiría el error experimental en la medida de la masa del combustible, el que tome mayor tiempo aumentará el error por transferencia de calor al ambiente.

Existen varias fuentes de error en este experimento. Identifica tres de éstas.

Posibles fuentes de error: Determinación de la masa del agua Determinación del cambio en temperatura para el agua Determinación de la masa del combustible Distancia entre fuente y lata Agitación inconsistente del agua

¿Qué combustible contiene más energía?

154

Assessment: Plantéele al estudiante la siguiente situación: Se necesita calentar 1,000 g de agua de 25ºC a 55ºC. ¿Qué cantidad de cada uno de los combustibles utilizados será necesario para realizar esta tarea?

¿Qué combustible contiene más energía?

155

¿Qué combustible contiene más energía?

Propósito: En esta actividad Identificarás la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta.. Además, formularás y someterás a prueba una hipótesis sobre cuál de una serie de combustibles genera mayor energía, fundamentándote en alguna característica de éstos.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.6 Utiliza las matemáticas y herramientas tecnológicas para la solución de problemas y para análisis científico.

NC.8.6.1 Utiliza el recurso de Internet para la búsqueda de información.

NC.8.6.2 Reconoce información válida y confiable.

NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos. NC.8.6.4 Comunica en forma oral y escrita los resultados de las investigaciones.

• La energía

E.8.3 Aplica los principios de conservación de la energía y masa para analizar, cualitativa y cuantitativamente diversos sistemas.

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Materiales • 2 lámparas de alcohol

• 3 combustibles (etanol (C2H6O), acei-te de lámpara (composición aproxi-mada, C12H26), y cera de vela (composición aproximada, C40H82))

• 1 lata de soda sin la tapa

• 1 termómetro

• 1 soporte con anillo de hierro

• 1 agitador de cristal

• 1 probeta de 100 mL

• 1 paquete de cerillas

• 1 balanza

• Programados para preparación de tablas y gráficas

¿Qué combustible contiene más energía?

 

E.8.3.1 Identifica la Ley de Conservación de energía y masa.

E.8.3.2 Reconoce que en las reacciones químicas está presente la Ley de Conservación de masa y energía de la materia.

E.8.3.3 Reconoce que en los sistemas la materia y la energía se conservan.

157

Introducción:

Los combustibles son substancias que se queman para liberar cantidades relativamente altas de calor. En sentido amplio, la combustión es simplemente una reacción entre el combustible y oxígeno. Dado que estas reacciones son muy útiles por la cantidad de calor liberado, ¿qué variables crees que determinan esta cantidad de calor? En esta actividad tratarás de contestarte esta pregunta. Además, determinarás cuál es el mejor combustible, fundamentándote en los datos obtenidos.

¿Qué combustible contiene más energía?

Procedimiento:

1. Formula una predicción sobre el orden en que liberarán energía los tres combustibles. ¿Cuál liberará más? ¿Cuál menos? ¿A qué se debe que los hayas ordenado de esa manera?

2. Obtén una lata de habichuelas o refresco seca con la tapa removida y dos orificios en lados opuestos cercanos al tope de la lata. Coloca un agitador de cristal a través de los orificios de la lata de tal manera que ésta pueda suspenderse del anillo de hierro atado al soporte (ver figura 1).

158

¿Qué combustible contiene más energía?

Figura 1

3. Obtén una lámpara de alcohol que contenga alguno de los combustibles líquidos designados (asegúrate de que identificas tu combustible en la hoja de datos), coloca la bajo la lata y ajusta la altura del anillo de tal manera que la lata esté a aproximadamente 2 centímetros del tope de la mecha. En el caso de la vela, coloca la lata a 2 centímetros del tope de su mecha.

159

¿Qué combustible contiene más energía?

4. Obtén la masa de la lata de soda vacía y registra ésta en tu hoja de datos (debes leerla a un sitio decimal).

5. Utilizando una probeta, añade 100 mL de agua a la lata. Obtén la masa de la lata con el agua (a un sitio decimal). Por diferencia, calcula la masa de agua en la lata. ¿Por qué crees que necesitas esta masa?

6. Coloca un termómetro en la lata, agita el agua por un momento y mide la temperatura del agua, tratando de estimar ésta a un sitio decimal.

7. Obtén la masa de la lámpara con el combustible (o de la vela) y registra ésta a dos sitios decimales (Nota: observa que la masa de la lata y el agua pueden registrarse a un sitio decimal mientras que la masa de la lámpara debe registrarse a dos sitios decimales).

8. Coloca la lámpara (o la vela) debajo de la lata de soda y enciende la mecha. Observa la llama. Si es necesario, ajusta la altura de la lata de tal manera que el tope de la llama esté debajo del fondo de la lata.

9. Agita el agua ocasionalmente y continúa calentando ésta hasta que la temperatura haya aumentado por 20 grados Celsius; entonces apaga la llama. Realiza rápidamente los próximos dos pasos.

160

10. Continúa agitando el agua suavemente hasta que la temperatura deje de subir; luego registra la temperatura más alta obtenida, estimándola nuevamente a un sitio decimal. Calcula el cambio en temperatura debido al calentamiento del agua. ¿Para qué necesitas este dato?

11. Obtén la masa de la lámpara (o de la vela) (a dos sitios decimales) y determina la masa de combustible quemado. ¿Por qué crees que necesitas esta masa?

12. Antes de hacer otras medidas, toma unos momentos para discutir el procedimiento. ¿Encontraste dificultades? ¿Puedes pensar en formas de mejorar el procedimiento?

13. Identifica en esta actividad la variable independiente, la/s variable/s controlada/s y la variable dependiente.

14. Repite el procedimiento dos veces adicionales con el mismo combustible. Si el agua en la lata se ha enfriado, pueden utilizarla. De otra manera, es conveniente vaciar la lata y añadir una porción nueva de 100 mL de agua. Nota que ya registraron la masa de la lata vacía.

Precaución

Mantén el pelo y la ropa alejados de la llama.

¿Qué combustible contiene más energía?

161

Hoja de datos 

¿Qué combustible contiene más energía?

Intento número

1

2 

3

Combustible utilizado 

     

Masa de lata + agua (g) 

     

Masa de lata vacía (g) 

     

Masa de agua (g) 

     

Temperatura final de agua (ºC) 

     

Temperatura inicial de agua (ºC) 

     

Cambio en temperatura (ºC) 

     

Masa inicial de lámpara/vela (g) 

     

Masa final de lámpara/vela (g) 

     

Masa de combustible consumido (g) 

     

162

15. Tu maestro/a te indicará qué cálculos tendrás que realizar con los datos que obtuviste para poder comparar el contenido energético de los distintos combustibles que se trataran.

Cálculos:

16. Organiza y presenta los datos resultados de tus cálculos, utilizando tablas y gráficas. Luego, redacta una conclusión que examine la hipótesis a la luz de tus resultados.

¿Qué combustible contiene más energía?

163

Analiza y aplica:

1. ¿Qué relaciones o patrones ven entre los resultados para los distintos combustibles? ¿Hace una diferencia la cantidad de oxígeno en la fórmula? Si es así, ¿por qué crees que es éste el caso?

2. Supón que pones 50 mL de agua en la lata en lugar de 100 mL. ¿De qué manera, si de alguna, afectará esto los resultados del experimento? ¿Qué pasaría si utilizaras 200 mL de agua? ¿Podrías pensar en ventajas o desventa-jas al utilizar o 50 o 200 mL de agua en este experimento?

3. Existen varias fuentes de error en este experimento. Identifica tres de éstas.

4. ¿Qué hipótesis puedes hacer que explique los datos obtenidos?

¿Qué combustible contiene más energía?

164

Las fases del diseño de la investigación

Cuando unimos todo lo discutido en los capítulos anteriores a la metodología

estadística del análisis de los datos, hablamos del diseño de la investigación científica.

El propósito general de cualquier investigación científica es solucionar un problema a

través de la recopilación y el análisis de los datos. La investigación comienza cuando

uno desea contestar alguna pregunta como, por ejemplo: ¿cómo afecta el volumen de

los objetos su flotabilidad? o ¿cuánta agua necesitan las semillas de habichuela para

germinar? Cuando formulamos una pregunta, tenemos un objetivo específico y, por

consiguiente, necesitamos recopilar datos que nos ayuden a contestar nuestra

pregunta. Básicamente, el diseño de una investigación consiste en cuatro etapas:

Primera: Pregunta de investigación, identificar el objetivo, formular una

hipótesis (si aplica si es una investigación descriptiva no) e identificar la

población que se estudia.

Segunda: recopilar los datos con el uso de muestras apropiadas. Lo más

importante es que la muestra sea representativa de la población.

Tercera: analizar los datos mediante la utilización de las herramientas de la

lógica y la estadística.

Cuarta: llegar a una conclusión. El objetivo es aceptar la hipótesis formulada (si

aplica) o rechazarla.

En los capítulos anteriores, hemos discutido todo los aspectos teórico

conceptuales relacionados con la primera etapa: la pregunta de investigación sobre el

fenómeno o el evento que queremos investigar, las variables y la hipótesis. En este

capítulo, estudiaremos y analizaremos la segunda y la tercera etapa y, en el 6to,

estudiaremos la cuarta etapa.

165

La importancia de la estadística en la investigación

Las matemáticas y específicamente la estadística son una herramienta

indispensable en la investigación científica. Tanto en el diseño descriptivo como en el

experimental, son importantes para la selección de la muestra que se estudiará, en la

constricción de graficas, y en el análisis de los datos en general, una vez recopilados

estos.

El concepto muestra es importante en la investigación científica, si queremos

utilizar la estadística para el análisis de los datos. Cuando observamos un fenómeno o

un evento o cuando experimentamos con organismos, sean plantas o animales, lo

hacemos con una muestra, es decir, con una porción de todos los posibles eventos,

sucesos u organismos y no, con la totalidad de ellos. Por ejemplo, si queremos

determinar el efecto de una droga z sobre los tumores cancerosos en un grupo de

ratones blancos de laboratorio, utilizamos una muestra de tumores cancerosos en una

muestra de ratones blancos con ciertas características y no, con todo los tumores

cancerosos en todos los ratones blancos. La totalidad de los eventos, sucesos,

organismos, etc. es lo que llamamos población, y la porción que utilizamos para la

investigación es la muestra. Es sumamente importante entender esto, pues las

conclusiones a las que lleguemos, que son las generalizaciones (Capítulo 6), serán

tan buenas como buena sea la muestra que seleccionemos. Así, por ejemplo, si

experimentamos con una sola planta de habichuela el efecto del exceso de magnesio

en el suelo sobre la cantidad de clorofila en sus hojas, no podremos llegar a

conclusiones válidas, pues un individuo, en este caso, no es una muestra de la

población. Más adelante veremos esto detalladamente.

La Estadística trata sobre el método de recopilar, organizar y analizar los datos,

con el objetivo de llegar a conclusiones. En otras palabras, su propósito principal es

hacer inferencias sobre una población, a partir de la información que se obtuvo de una

parte de la población, es decir, de la muestra. En resumen, una de las características

166

de la Estadística es analizar la validez de los resultados, a partir de la muestra en el

experimento. En este capítulo nos proponemos explicar algunos métodos relevantes

de esta disciplina para aplicarlos a la investigación científica. Estos métodos los

podemos clasificar en: estadísticos descriptivos, de regresión lineal y curva de mejor

ajuste y estadísticos inferenciales.

Los métodos estadísticos descriptivos

Muchas de las investigaciones tienen una característica común: se centran en

una población con el objetivo de describir lo que distingue a ese grupo, para llegar a

conclusiones sobre su comportamiento. Sin embargo, no es práctico trabajar con el

total de miembros o con todas las mediciones de una población. Las inferencias que

hacemos sobre la población las llevamos a cabo mediante la observación de un

pequeño subconjunto, al cual llamamos muestra. Por lo tanto, hay dos palabras muy

utilizadas en Estadística, las cuales necesitamos distinguir: población y muestra. La

población es el conjunto total de mediciones o la colección completa (personas,

animales, objetos) de la cual se harán las inferencias. La muestra es un subconjunto

de mediciones o miembros seleccionados de la población.

Los métodos estadísticos descriptivos son técnicas para describir los datos —

las características de la muestra— que recopilamos y, por lo tanto, nos describen, a su

vez, la muestra que estamos investigando. Construir gráficas y tablas y hallar el

promedio y la desviación estándar son algunas de las técnicas que usamos para

describir los datos y, por ende, la muestra.

La muestra y la población

Como mencionamos anteriormente, la muestra es un subconjunto de la

población que queremos investigar. Pero, ¿por qué no estudiamos la población total y

sólo seleccionamos una muestra? Hay varias razones para ello. En primer lugar, no

167

siempre conocemos o sabemos sobre todos los miembros de una población para

someterlos a experimentación. En segundo lugar, los costos de la investigación serían

muy altos si se utilizaran todos los miembros de la población, lo que provocaría que la

investigación no fuese viable. Por último y, quizás, la razón más importante, no es

posible matemáticamente.

Veamos esta última razón en detalle, ya que es la más difícil de visualizar.

Supongamos que estamos haciendo un experimento con la germinación de las

semillas de habichuela, con la caída libre de los objetos o con el efecto de la cafeína

en los latidos del corazón de unos chimpancés neonatos. Es imposible experimentar

con todas las semillas de habichuela que existen en el Planeta, con todos los posibles

eventos de caída libre o con todos los chimpancés neonatos. En estos casos, es

obligatorio trabajar con una muestra.

El objetivo del muestreo es estimar los parámetros de la población (las

características de la población), tales como la media y la desviación estándar, a partir

de la información recopilada en la muestra. Veamos un ejemplo concreto.

Supongamos que, en un experimento con una muestra de 100 semillas de habichuela

de la especie Phaseolus vulgaris (habichuelas largas rojas), descubrimos que éstas

necesitan absorber un promedio de 5 mL de agua para que germinen. Este dato lo

extrapolamos a la población de semillas de habichuela y hacemos una generalización

al decir: “las semillas de Phaseolus vulgaris necesitan absorber 5 mL de agua para

germinar”, aunque no hemos experimentado con todas las semillas, ni es posible

hacerlo. ¿Cómo es posible hacer una generalización tan abarcadora con tan sólo una

muestra? La respuesta es que la muestra seleccionada tiene que ser representativa

de la población. Esto significa que tiene que representar toda la posible variabilidad de

los individuos, en este caso, las semillas. Además, significa que ésta se seleccionó al

azar, por lo que no se inclina hacia ninguna característica en particular. En otras

palabras, que todos los individuos de una población tienen la misma oportunidad de

168

169

formar parte de la muestra. Cuando se cumplen estas características en términos

generales, decimos que la muestra es representativa de la población.

El muestreo y los mecanismos de tomar los datos

Debido a que en el muestreo se limita deliberadamente la población que se

estudiará y, aunque existe un riesgo de que los hallazgos del estudio no sean ciertos

para algunos casos especiales que no pertenezcan a ella, este riesgo se calcula y se

restringe en un cierto nivel tolerable. La selección de la muestra y su tamaño juegan

un papel muy importante cuando uno lleva a cabo una investigación. Si hay poca

información —con una muestra pequeña—, no puede realizarse una buena

estimación. Sin embargo, cuesta mucho tiempo y dinero recopilar una gran cantidad

de información. Por lo tanto, es necesario conocer los métodos para seleccionar una

buena muestra con la cual podamos hacer generalizaciones aplicables a la población.

A continuación, se presentan diferentes tipos de muestras:

La muestra simple aleatoria: aquella en la que cada miembro de la población

tiene la misma probabilidad de ser seleccionado. Por consiguiente, es el azar quien

determina los datos que se seleccionan para participar en la muestra. Ésta se extrae

mediante la utilización de números aleatorios o la extracción de papeles numerados

de una tómbola. Un número aleatorio es una sucesión de números al azar. Hay tablas

creadas con estos números.

Además, hay calculadoras y programas, como Excel, que generan números

aleatorios.

La muestra estratificada: la que se utiliza cuando sabemos que la población

tiene estratos con alguna característica particular. La población se divide en estos

subconjuntos o estratos, los cuales tienen alguna característica en común. Luego de

cada estrato, se selecciona una muestra simple aleatoria. Este método garantiza que

cada parte de la población esté representada. El caso más simple es cuando se divide

la población por sexo para hacer algún estudio particular.

La muestra en grupos: en este tipo de muestra se divide la población en

grupos y se selecciona al azar uno de ellos o más. Dentro del grupo o de los grupos

seleccionados se incluyen todos los miembros que están en la muestra. En este caso,

se entiende que cada grupo representa la población sobre la que se hará la

generalización.

La muestra sistémica: consiste en ordenar los miembros de una población y

seleccionarlos en intervalos regulares. Esta técnica se utiliza en Biología cuando se

ordenan los miembros de una población, por ejemplo, de caracoles, por tamaño y,

luego, los seleccionamos en intervalos regulares por tamaño.

La muestra por conveniencia: en este tipo de muestra se selecciona

cualquier miembro de la población que esté disponible o asequible. Aunque resulta

conveniente para el investigador que lleva a cabo el estudio, este tipo de muestra es

menos representativo de la población que las muestras aleatorias. Generalmente se

utiliza cuando no hay más alternativa. Debemos señalar que existen métodos

especiales de muestreo en ciertas disciplinas como, por ejemplo, en la Ecología. Si

queremos saber qué especies habitan cierta área, el procedimiento establecido es

tomar un número de muestras de diferentes partes del área que deseemos estudiar,

mediante la utilización de una unidad especial llamada cuadrante. Esta unidad

consiste en un marco cuadrado, por lo general de un metro cuadrado si son

organismos pequeños, como los caracoles o las yerbas pequeñas, pero pueden ser

de 50 pies cuadrados o de .1 hectárea cuadrada, si son árboles en un bosque.

Cuando se usan cuadrantes, el área que se utilizará como muestra se divide

por medio de un mapa y, luego, se distribuye al azar la cantidad de cuadrantes que se

harán dentro del área. Se parte de la premisa de que la distribución de los organismos

dentro del área es al azar y de que cada uno de ellos tiene la misma probabilidad de

170

caer en la muestra dentro de cada uno de los cuadrantes que se hagan. Si se tiene la

certeza de que la distribución dentro del área no es al azar —por ejemplo, cierta

especie de lagartijas está sólo en la copa de los árboles de la especie Z—, se hace

una combinación de una muestra sistémica y un cuadrante, para asegurar que las

variabilidades dentro de la población se toman en cuenta.

La validez y la confiabilidad de los datos

Una vez seleccionamos las muestras que se someterán a experimentación,

tomamos los datos necesarios para contestar la pregunta de investigación. Siempre

que investigamos, surge el asunto de la validez de los datos. En primer lugar, en la

medida en que las muestras sean representativas de la población, nuestras

conclusiones serán válidas. Esto sin excluir que existen otras amenazas a la validez

de un estudio. Algunas de ellas se relacionan con el diseño y la conducción de la

investigación, y otras tienen que ver con los instrumentos y con la forma como se

recopilan los datos. Sin embargo, partimos de la premisa de que el investigador fue

ético al tomar los datos, y que éstos se tomaron con cuidado y rigurosidad.

La violación de este principio ético y metodológico afecta significativamente el

resto de la investigación, sobre todo, los resultados. Se espera que un investigador

ético tome y reporte todos los datos, aun aquellos que vayan contra su opinión sobre

el fenómeno estudiado. Más aún, es preciso que informe todos los datos, incluso

cuando éstos contradigan sus principios morales o religiosos.

En segundo lugar, como vimos anteriormente, todas las personas, entre ellas

los científicos, tienen ideas preconcebidas de las cosas que ocurrirán y de cómo

ocurrirán. Esto puede llevar al investigador a tomar datos de modo prejuiciado,

aunque sea inconscientemente. Por tanto, es importante que cobremos conciencia de

nuestros prejuicios y nuestras creencias, para tratar de evitar al máximo este

171

problema. El único modo que tiene la ciencia de salvarse de estos problemas, hasta

cierto punto, es la revisión de los pares, la cual, como vimos anteriormente, es una

salvaguarda importante. Ésta es la razón por la cual los datos y su análisis matemático

tienen que informarse a los pares en la investigación.

El análisis estadístico de los datos

Una vez que se toman los datos, se inicia el trabajo más importante relacionado

con ellos: su análisis matemático. Después, se interpretan y se llega a conclusiones.

La Estadística Descriptiva, como vimos anteriormente, cumple con este propósito.

Luego, a partir de estos análisis, se formularán las generalizaciones, las cuales

aplicaremos a la población que se estudia. Veamos, a continuación, las herramientas

estadísticas que tenemos disponibles para el análisis de los datos:

Las distribuciones de frecuencias

Cuando tomamos un conjunto de mediciones, el resultado no es otra cosa que

una lista de números sin organizar. En este caso, es muy difícil darse cuenta de las

características que posee esta lista de números o mediciones.

Por ejemplo, suponga que las siguientes medidas significan la estatura en

pulgadas de los estudiantes de la clase de Ciencia.

60 72 69 65

63 61 69 63

63 81 62 61

65 64 78 65

66 70 62 62

172

65 64 60 62

63

En estas circunstancias, es imposible darnos cuenta de los patrones que se

esconden entre los números. Por esto, una de las técnicas más empleadas para

determinar las características que poseen las mediciones es construir tablas o

gráficas, con el objetivo de observar e identificar algún patrón. La distribución de

frecuencias es una tabla que consiste en una lista de clases o intervalos, junto con la

cantidad de datos o frecuencias de cada clase. En primer lugar, se ordenan los datos,

por lo regular de menor a mayor. Para determinar el número de clases, usamos la

siguiente fórmula: 2k > N; donde la N representa la cantidad de datos y la k, el entero

menor, de modo que se cumpla la desigualdad. En nuestro ejemplo, N = 25, por

consiguiente, tenemos que buscar el valor menor de k, de modo que 2k > 25. Si susti-

tuimos varios valores en el exponente,

21 < 25, 22 < 25, 23 < 25, 24 < 25, 25 > 25

podremos observar que el 5 es el primer valor que cumple con la desigualdad. En

nuestro caso, entonces, agruparemos las 25 medidas en cinco intervalos o clases.

El próximo paso es calcular la amplitud de las clases, es decir, cuántos valores caen

dentro de una clase. La amplitud se consigue al hallar la diferencia entre el dato mayor

menos el dato menor, y al dividir entre el número de clases, es decir,

173

174

Observe que se redondea siempre hacia arriba y que se usan los mismos luga-

res decimales que en las mediciones.

Para determinar las clases, halle la frontera inferior y sume el ancho de la clase.

La frontera inferior para la primera clase yace a ½ unidad más abajo que la medición

menor. Es decir, la frontera inferior de la primera clase se calcula de la manera

siguiente: 60 – ½ (1) = 60 - .5 = 59.5. Las restantes fronteras se localizan sumando el

largo de la clase, que en nuestro ejemplo es 5.

Las clases son:

59.5 - 64.5

64.5 - 69.5

69.5 - 74.5

74.5 - 79.5

79.5 - 84.5

Luego, determinamos el número de datos que hay en cada clase. (Véase la

tabla inferior). Este número se conoce como la frecuencia de la clase. A veces, nos

interesa trabajar con el porcentaje de datos en cada clase, en vez de hacerlo con el

número absoluto. Para conseguir este porcentaje, llamado frecuencia relativa,

dividimos la frecuencia entre el total de datos y lo multiplicamos por 100, para obtener

un porcentaje.

Es decir :

En nuestro ejemplo, la distribución de frecuencias y de frecuencias relativas es

la siguiente:

Una vez determinada la distribución de frecuencias, observe el comportamiento

de los datos o si emerge algún patrón. Por ejemplo, en nuestro caso, se desprende de

la distribución de frecuencias que construimos que el 56% de los estudiantes miden

menos de 64.5 pulgadas. Aunque la distribución de frecuencias es una tabla que

brinda cierta información sobre los datos, es preferible construir una gráfica. Una de

las más usadas es el histograma de frecuencias, el cual se desprende de la

distribución de frecuencias. (Véase, en el Apéndice C, las instrucciones para

construirlo en su computadora mediante la utilización de la aplicación Excel). Para el

ejemplo anterior, el histograma es el siguiente:

175

176

Observe que el histograma es una gráfica de barras en la que éstas se encuentran

unidas. Este tipo de gráfica se usa cuando la variable que se estudia es continua. En

el eje horizontal colocamos las clases de la distribución de frecuencias, y en el eje

vertical, las frecuencias. La altura de las barras representa las diversas frecuencias.

Las medidas de tendencia central

La distribución de frecuencias es una manera sencilla de organizar los datos

para observar patrones. Sin embargo, hay ocasiones en las que nos interesa tener

una sola medida que describa el conjunto de datos; es decir, un solo valor

representativo de la distribución. Hacemos una distinción entre las medidas basadas

en los datos de la población y aquellas que provienen de una muestra. A las primeras

se las conoce como parámetros de la población, y a las segundas, como estadígrafos

de la muestra. Existen tres parámetros que miden el centro de la distribución,

llamados medidas de tendencia central:

la media aritmética (el promedio aritmético);

la mediana;

la moda.

Cada medida representa un valor que se encuentra en el medio o en el centro

del conjunto de datos. El valor más utilizado es la media aritmética o promedio

aritmético. Éste se consigue con la suma de todas las mediciones y la división entre el

total de datos. La fórmula para hallar la media aritmética o el promedio es:

En esta fórmula el símbolo de sumar es la letra griega sigma Σ; representa las

mediciones; y la n, el total de los datos. El símbolo x1, x2, x3,..., xn X representa la

media aritmética de la muestra. Sin embargo, si se trabaja con la media aritmética de

la población, el símbolo que se utiliza es μ. La mediana, otra medida de tendencia

central, es el valor medio —divide los datos ordenados exactamente por la mitad— de

un conjunto de valores ordenados, si el número de datos es impar. Pero es el

promedio de los dos valores medios, si el número de datos es par. Por ejemplo, para

el conjunto de datos (impar) 6, 8, 15, 23,100, la mediana es 15, pero, si el conjunto de

datos (par) fuese: 6, 8, 15, 23, 100, 102, entonces, la mediana sería 15 + 23 / 2 = 19.

. Por último, la moda es el valor o el dato que ocurre con mayor frecuencia en un

conjunto de datos. Así, para el conjunto de medidas 6, 8, 15, 23, 23, 100, la moda es

23. Es importante señalar que la media aritmética o el promedio es sensitivo a valores

extremos; recuerde que el promedio es la suma de todos los valores dividido entre el

número de valores. Esto implica que, si en las medidas que se recopilan hay algunos

valores muy grandes o muy pequeños, la media se afectará. Sin embargo, esto no

Σn

xii = 1

nX = Σ

nxi

i = 1n

X = Σn

xii = 1

nX = Σ

nxi

i = 1n

Σn

xii = 1Σn

xii = 1Σn

xiΣnΣn

xii = 1

nX =

177

ocurre con la mediana, por consiguiente, ésta debe utilizarse en aquellos estudios en

los que haya datos extremos. 6.2.1.6 Las medidas de variabilidad Otra medida

importante que describe la distribución de los datos es la variabilidad que existe entre

sus valores. Nos referimos a la amplitud de la diferencia entre las mediciones o a la

concentración de la distribución en torno a su media. Por tanto, las medidas de

variabilidad nos indican el grado de dispersión de los datos, es decir, cuán separados

o dispersos están. Mientras más dispersos y más lejanos de la media, mayor será la

diferencia entre ellos, y más variabilidad habrá. Las medidas de variabilidad son

aquellas que nos dicen cuán lejos están las medidas de unos individuos con respecto

a otros dentro de una población, si se comparan con la media.

Existen tres medidas de variabilidad: la amplitud, la variancia y la desviación

estándar. Veámoslas en detalle.

La amplitud: la diferencia entre el valor mayor y el menor de un conjunto de

datos. Esta medida, como sólo incorpora dos valores del conjunto de datos, es

sumamente sensitiva a valores extremos en los datos y, por consiguiente, no es una

buena medida de variabilidad para utilizarse.

La desviación estándar: una medida de variación respecto a la media de los

datos. Es la más utilizada de las medidas de dispersión, puesto que toma en

consideración todos los datos o todas las mediciones. En otras palabras, la desviación

estándar, a diferencia de la amplitud, mide cuán cercanos o cuán alejados están los

datos de su valor central representado por la media. Para calcularla, hay que hallar la

diferencia entre cada valor y la media de los datos, cuadrar esta diferencia, sumar

todas las diferencias, dividir entre el total de datos y, por último, extraer la raíz

cuadrada.

La fórmula es:

178

Observe que, si

la desviación estándar es un número pequeño, esto implica que no hay mucha disper-

sión (poca variabilidad) entre los datos; de hecho, si la desviación estándar es

0, se indica que todos los datos son iguales. Como vemos, la desviación estándar indi-

ca el grado de variabilidad de una muestra o población en referencia con una ca-

racterística en particular. Cuando comparamos el efecto de los tratamientos entre un

grupo experimental y un grupo control, esta medida es sumamente impor-

tante.

La variancia: Se define con la siguiente ecuación

Ésta también incorpora todos los datos en su cálculo. Si observamos la fórmula,

notaremos que la desviación estándar es la raíz cuadrada de la variancia. La

diferencia fundamental entre estas dos medidas es que la desviación estándar está en

S2 =S2 =S2 =

179

las unidades originales de las mediciones que se llevaron a cabo (gramos,

centímetros, etc.); mientras que, en la variancia, las unidades están al cuadrado. Esto

representa un inconveniente y, por consiguiente, al no ser significativo el resultado, no

es una medida muy útil.

Reflexión para el maestro

1. Explique la siguiente paradoja:

«En el análisis estadístico de los datos se utilizan medidas de

tendencia central y medidas de dispersión».

Fundamente sus argumentos con los principios teóricos

presentados en este capítulo.

2. Conteste:

• De los análisis estadísticos presentados en este capítulo,

¿cuáles utilizaría para diseñar una investigación

experimental?, ¿y para diseñar una investigación

descriptiva?; Justifique su respuesta.

3. Elabore una presentación en PowerPoint en la que incluya

las cuatro etapas del diseño de la investigación. Ofrezca

suficiente información en cada fase. Para ello, puede

consultar los capítulos anteriores y el próximo.

180

Veo, veo… ¿qué ves?

Propósito: En esta actividad los estudiantes buscaran tabulan datos de Internet sobre los huracanes mayores que han ocurrido en PR con el propósito de aplicar las estadística descriptiva y la construcción de graficas para analizar patrones.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad

NC. 7. 1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de

problemas.

NC. 8. 1. 3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC. 9. 1. 4 Utiliza el proceso de inquirir y el pensamiento matemático en la solución de problemas.

NC. 7. 2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC. 7. 2. 4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC. 7. 2. 5 Construye gráficas de barra y de otros tipos.

Materiales • Computadora.

• Programa Excel.

• Acceso a Internet.

• Guía de Excel (Apéndice A)

181

Introducción Una de las destrezas fundamentales que se debe desarrollar es la búsqueda de

patrones y tendencias cuando se estudia algún fenómeno natural. La matemática es la herramienta fundamental para que cobre sentido un cúmulo de datos recopilados, ya que permite establecer modelos.

El manejo de la estadística es vital, en muchos casos, para leer y evaluar la literatura científica. La estadística es un lenguaje para comunicar información basada en datos cuantitativos y es por esta razón que todas las disciplinas empíricas utilizan ampliamente los métodos estadísticos. Por otra parte, un conjunto de datos numeroso necesita de programas de computadora para manejar los datos. Es fundamental en el siglo XXI capacitarnos en algún programa estadístico.

Por último, quiero citar el comentario sobre la estadística de T.M. Porter (1986).

La estadística ha llegado a conocerse en el siglo XX como la herramienta matemática para analizar datos experimentales y basados en la observación. Conservada religiosamente por la política pública como la única base confiable para los juicios en torno a la eficacia de procedimientos médicos o a la seguridad de químicos, y adoptada por las empresas para usos como el control de calidad industrial, está evidentemente entre los productos de la ciencia cuya influencia sobre la vida pública y privada ha sido más penetrante. El análisis estadístico ha llegado a ser visto en muchas disciplinas científicas como indispensable para llegar a conclusiones confiables a partir de resultados empíricos.

Veo, veo… ¿qué ves?

Procedimiento: 1. El grupo se divide en subgrupos de trabajo. Cada subgrupo debe buscar en In-ternet el número de huracanes de categoría 4 o 5 (major hurricanes) en el Atlántico desde el año 1944 hasta el 2007.

2. Deben entrar los datos en una hoja de trabajo de Excel. Con los datos deben hacer lo siguiente:

• Una tabla de frecuencia

182

Veo, veo… ¿qué ves?

• Una gráfica

• Un análisis estadístico completo, es decir, hallar las medidas de tendencia central, la desviación estándar, el máximo y el mínimo de tus datos.

3. Guié luego a los estudiantes a discutir las preguntas.

Analiza y aplica

1. ¿Qué patrón observas en la tabla de frecuencias?

2. ¿Qué tipo de gráfica usaste para representar tus datos? Justifica tu selección.

3. Describe la distribución que obtuviste de los datos. ¿Qué puedes concluir a base de la misma?

4. ¿Qué medida de tendencia central es la que mejor que describe tus datos? Justifica tu selección.

5. ¿Qué indica la desviación estándar?

183

Veo, veo… ¿qué ves?

Propósito: En esta actividad buscarás, tabularás e interpretarás datos sobre huracanes mayores en PR con el objetivo de utilizar la estadística descriptiva como herramienta en el análisis científico. Se enfatiza el uso del programa Excel para importar los datos de una fuente confiable y llevar a cabo el análisis estadístico de los datos.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad

NC. 7. 1 Muestra dominio de la metodología científica para la solución de

problemas.

NC. 8. 1. 3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC. 9. 1. 4 Utiliza el proceso de inquirir y el pensamiento matemático en la solución de problemas.

NC. 7. 2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herra-mienta en el análisis científico.

NC. 7. 2. 4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC. 7. 2. 5 Construye gráficas de barra y de otros tipos.

Materiales • Computadora.

• Programa Excel.

• Acceso a Internet.

• Guía de Excel (Apéndice A)

184

Veo, veo… ¿qué ves?

Introducción Una de las destrezas fundamentales que se debe desarrollar es la búsqueda de

patrones y tendencias cuando se estudia algún fenómeno natural. La matemática es la herramienta fundamental para que cobre sentido un cúmulo de datos recopilados, ya que permite establecer modelos. El manejo de la estadística es vital, en muchos casos, para leer y evaluar la literatura científica. La estadística es un lenguaje para comunicar información basada en datos cuantitativos y es por esta razón que todas las disciplinas empíricas utilizan ampliamente los métodos estadísticos. Por otra parte, un conjunto de datos numeroso necesita de programas de computadora para manejar los datos. Es fundamental en el siglo XXI capacitarnos en algún programa estadístico. Por último, quiero citar el comentario sobre la estadística de T.M. Porter (1986). La estadística ha llegado a conocerse en el siglo XX como la herramienta matemática para analizar datos experimentales y basados en la observación. Conservada religiosamente por la política pública como la única base confiable para los juicios en torno a la eficacia de procedimientos médicos o a la seguridad de químicos, y adoptada por las empresas para usos como el control de calidad industrial, está evidentemente entre los productos de la ciencia cuya influencia sobre la vida pública y privada ha sido más penetrante. El análisis estadístico ha llegado a ser visto en muchas disciplinas científicas como indispensable para llegar a conclusiones confia-bles a partir de resultados empíricos.

Procedimiento 1. En tu subgrupo deben buscar en Internet el número de huracanes de categoría 4 o 5 (major hurricanes) en el Atlántico desde el año 1944 hasta el 2007.

2. Entren los datos en una hoja de trabajo de Excel. Con los datos deben hacer lo siguiente:

Una tabla de frecuencia

• Una gráfica

• Un análisis estadístico completo, es decir, hallar las medidas de tendencia central, la desviación estándar, el máximo y el mínimo de tus datos.

185

• Una tabla de frecuencia

• Una gráfica

• Un análisis estadístico completo, es decir, hallar las medidas de tendencia central, la desviación estándar, el máximo y el mínimo de tus datos.

Analiza y aplica

1. ¿Qué patrón observas en la tabla de frecuencias?

2. ¿Qué tipo de gráfica usaste para representar tus datos? Justifica tu selección.

3. Describe la distribución que obtuviste de los datos. ¿Qué puedes concluir a ba-se de la misma?

4. ¿Qué medida de tendencia central es la que mejor que describe tus datos? Jus-tifica tu selección.

5. ¿Qué indica la desviación estándar?

Veo, veo… ¿qué ves?

186

El análisis lógico y conceptual de los resultados de la investigación

El propósito de analizar estadísticamente los datos es descubrir el patrón

inmerso en ellos, si existiese. Como hemos destacado durante todo este libro, el

patrón emergente de los datos es lo que busca el científico cuando hace ciencia. El

análisis estadístico y el análisis matemático nos revelan este patrón, si es que existe.

El patrón (o la ausencia de patrón) se manifiesta mediante la relación entre las

variables. Luego de tener el análisis estadístico de los datos y de observar el patrón

frente a nosotros, debemos interpretarlo desde la perspectiva de la lógica y del

conocimiento existente hasta el momento. Los postulados y las conclusiones que

hacemos en nuestra investigación son el resultado del análisis lógico de esta relación

entre las variables. Estos planteamientos se basan en la interpretación de los datos,

pero van más allá de éstos para incluir instancias que no están en los datos, pero que,

lógicamente, se derivan de ellos. Es aquí donde diferentes científicos pueden tener

diferentes interpretaciones frente al mismo patrón. Este acto de razonamiento

deductivo mediante la utilización de la lógica es, para algunos autores, lo más impor-

tante de las ciencias (Costa, A. L. 2001; Feynman, R. P., 1999; Popper, K. 2002).

El razonamiento deductivo comenzó desde el momento de plantear o

establecer la hipótesis y, en muchas ocasiones, desde el momento cuando

comenzamos a investigar y a percatarnos de las variables que entran en juego en la

investigación que estemos diseñando. Este acto creativo es lo que mueve o causa el

avance de la ciencia. Si no se interpretaran los datos y si se establecieran los

postulados fundamentados en ellos, no tendríamos nada más que una serie de datos

sin consecuencias. Los datos solos, sin su interpretación como acto creativo, no son

ciencia. Los datos solos no producen conocimiento. Los conocimientos científicos son

187

el producto del acto creativo de la interpretación lógica de los datos. Sin embargo, el

acto creativo del nuevo conocimiento no puede estar contra el conocimiento

establecido en el campo científico en el que se desarrolle la investigación; es decir,

tiene que estar de acuerdo con el marco teórico existente. Esto es cierto, sobre todo,

en lo que se conoce como ciencia normal. En la ciencia normal estos nuevos

conocimientos tienen que estar en armonía con lo establecido en el paradigma del

conocimiento dominante. En el caso de las revoluciones científicas, los postulados de

la derivación lógica de los datos representan un nuevo conocimiento en desacuerdo

con el paradigma dominante (véase el trabajo de Thomas S. Kuhn, 1996, para una

excelente discusión sobre

El nuevo conocimiento científico amplía o enriquece el conocimiento existente

al añadir entendimiento conceptual sobre algún aspecto teórico o algún principio que

pertenezca a un paradigma establecido. Desde esta perspectiva, el investigador tiene

que conocer muy bien el campo de conocimiento sobre el que investigará. El único

modo de conocer el alcance del nuevo conocimiento que se formule es mediante la

comprensión del conocimiento existente en el campo.

La formulación de los nuevos principios en el diseño descriptivo

Si la investigación que hemos realizado responde a un diseño descriptivo,

sabemos que no tenemos una hipótesis y que, por tanto, nuestro objetivo principal es

describir el patrón que se oculte detrás del fenómeno observado. Una vez tenemos el

análisis estadístico y el lógico conceptual, este patrón queda establecido y, por lo

tanto, tenemos contestada, en términos generales, la pregunta de investigación. El

próximo paso que debemos seguir es la formulación de las generalizaciones

correspondientes, que sean cónsonas con el patrón establecido. Estas

generalizaciones deben predecir las instancias en las que podría ocurrir o podría

observarse nuevamente el mismo patrón. De esta manera, nuestra investigación

188

 

aporta información al conocimiento científico, mediante la dilucidación del patrón que

describe, de modo sistemático, un determinado evento.

La aceptación o el rechazo de la hipótesis de investigación con diseño experimental

Cuando formulamos la hipótesis, el criterio de compatibilidad conceptual con el

paradigma vigente en el campo particular de la investigación tiene que haberse

cumplido (véase el capítulo 5 de este libro). La primera indicación de rechazo de la

hipótesis o de aceptación es su compatibilidad con el patrón emergente del análisis

estadístico. Si lo que se plantea en la hipótesis no está de acuerdo con este patrón, no

hay nada más que hacer, y ésta se rechaza. Sin embargo, una vez hacemos las

generalizaciones a partir del análisis conceptual de los datos, el próximo paso es

analizar la hipótesis formulada, de acuerdo con las generalizaciones. De hecho, la

hipótesis, si se formuló bien, de algún modo debió predecir que estas

generalizaciones serían posibles. Por lo tanto, la segunda indicación de aceptar la

hipótesis de investigación o de rechazarla es analizar su grado de compatibilidad con

las generalizaciones que surjan como producto del análisis lógico conceptual del

patrón emergente de los datos. Si lo que plantea la hipótesis es compatible, lógica y

conceptualmente, con las generalizaciones obtenidas del análisis de los datos, la

aceptamos. Si no lo es, la hipótesis se rechaza y se generan nuevas hipótesis que

puedan someterse a prueba.

Una vez se acepta la hipótesis, tanto ésta como el patrón emergente de la

relación entre las variables y las generalizaciones hechas a base del análisis

lógico-conceptual de la interpretación de los datos pasan a ser parte del cuerpo del

conocimiento aceptado en el campo. Esto es así, si pasa el escrutinio de los colegas

del campo en particular en el que se realiza la investigación.

189

 

Las implicaciones de los resultados y las consideraciones éticas de la investigación

Los resultados y las conclusiones de la investigación tienen consecuencias

desde la perspectiva del avance de las ciencias en el campo. La ciencia normal, la

que se realiza día a día, avanza poco a poco, y cada investigación aporta, en mayor o

menor grado, conocimientos al campo. Es importante que la aportación particular que

hace la investigación se señale y se destaque en las conclusiones del trabajo.

Por otro lado, las consideraciones éticas basadas en las conclusiones del

trabajo, si las tuviese, hay que mantenerlas presentes todo el tiempo y, de algún

modo, incluirlas en las conclusiones. Es sumamente importante que el investigador se

mantenga alerta en relación con la dimensión ética de la investigación, especialmente,

si los procesos y los resultados implican un posible impacto en seres humanos o en

recursos naturales.

La importancia de la publicación de los resultados

La última fase del proceso de investigación es la publicación de los resultados.

En este momento, la investigación se somete al escrutinio y a la validación de los

colegas de ese campo. Estos colegas son los que validan el trabajo y las conclusiones

finales. Ésta es, quizás, la fase más importante de todo el proceso en cuanto a la

trascendencia de la investigación realizada. El conocimiento científico no se acepta o

se avala sin el escrutinio de los colegas. De cierto modo, esta medida garantiza la

confiabilidad del conocimiento científico y sostiene el paradigma de investigación

dominante; sin embargo, también puede anquilosar la ciencia por largos períodos de

tiempo (Popper, K. R. 2002; Kuhn, T. S., 1996). Para efectos de este curso, los

estudiantes someterán sus hallazgos al escrutinio de sus pares y de otros científicos,

mediante la presentación de sus trabajos en ferias científicas, simposios y congresos.

190

 

Consideramos que esta fase del proceso es una experiencia importante para

ellos y no debe olvidarse. La presentación de los resultados de la investigación que se

publicará es un aspecto que debe considerarse con detenimiento, ya que la

estructuración y la organización de la información son fundamentales en el proceso.

Para llevar a cabo esta presentación de un modo estructurado y organizado, el

trabajo debe constar de las siguientes partes:

El título: debe ser corto y reflejar lo que se quiere investigar, pero no debe ser

capcioso ni gracioso.

El extracto: un resumen del trabajo, en el que se incluye: el planteamiento del

problema o la pregunta de investigación; la hipótesis, que debe formularse de

forma breve, si es diseño experimental; los resultados relevantes; las

generalizaciones más importantes.

La introducción: se presenta el problema y una breve justificación de la

investigación. Además, se incluye un análisis de la literatura más relevante

relacionada con el problema que se estudie, así como la hipótesis con toda la

justificación y lo que se espera.

La metodología: se incluyen los métodos específicos utilizados, entre ellos, los

análisis estadísticos. Los datos o los resultados: se incluyen todas las tablas y

gráficas, así como cualquier diagrama o foto relevante para el análisis posterior.

El análisis de los datos y los resultados: se presentan los análisis

estadísticos y las implicaciones de la investigación, así como sus

interpretaciones lógico-conceptuales.

Los resultados y las conclusiones: se presentan de un modo explícito;

además, se incluyen las implicaciones de la investigación y como éstas aportan

al conocimiento científico.

La bibliografía: se incluyen las referencias bibliográficas más relevantes

191

relacionadas con la investigación, tanto en los aspectos teóricos como en los

metodológicos.

Esta estructura general es apropiada para elaborar presentaciones para

simposios, ferias científicas y congresos. Además, el trabajo escrito también debe

tener esta estructura básica.

Reflexión para el maestro

1. Relacione, mediante la utilización de diagramas de Venn,

los conceptos: hipótesis de investigación, datos, análisis

estadístico de los datos y análisis lógico deductivo de los

datos.

2. Explique por qué la evaluación crítica de los pares en torno

a los hallazgos de la investigación, cuando se publican,

puede ser al mismo tiempo beneficiosa y perjudicial para el

avance científico.

3. Explique la siguiente aseveración: “Los datos solos, sin su

interpretación, como acto creativo, no son ciencia.”

192

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

Propósito: En esta actividad los estudiantes aplicarán la metodología científica en una in-vestigación para resolver un problema utilizando la técnica de cromatografía de papel. Además, utilizarán el razonamiento lógico deductivo para establecer una conclusión.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza De La Ciencia, Tecnología Y Sociedad 

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.2.1 Explica cómo el conocimiento científico y la tecnología se pueden aplicar a las actividades del ser humano.

• La Estructura y Los Niveles De Organización De La Materia 

EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas.

EM.8.4.3 Utiliza métodos de separación de mezclas como: decantación,

cristalización, cromatografía, filtración y otros.

193

Materiales (la cantidad varia de acuerdo a los subgrupos)

• Filtros de papel para café o papel de cromato-grafía 

• 3 marcadores de tinta negra (diferentes marcas) 

 

• Vasos de plástico de 5 oz. 

• Lápices

• Tijeras

• Alcohol isopropílico al 70%

• Alcohol etílico al 70%

• Agua

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

Introducción Debido a las diferencias en estructura molecular, las sustancias en una mezcla frecuentemente difieren en la forma en la cual son adsorbidas en la superficie de un material. La cromatografía está basada en la propiedad de adsorción. Además de separar los componentes de una mezcla, la cromatografía puede utilizarse para identificar los mismos. Un sistema cromatográfico consiste de un fase estacionaria y una fase móvil. La fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido adherido a una superficie sólida. La fase móvil puede ser un líquido o un gas que fluye a través de una fase estacionaria. Las sustancias de la mezcla interactúan con las dos fases. Mientras mayor sea la atracción entre la sustancia y la fase estacionaria, mas lentamente se moverá la sustancia por el sistema y viceversa. Gradualmente, ocurrirá

194

la separación de los componentes de la mezcla. Existen diferentes tipos de cromatografía dependiendo de la fase móvil y estacionaria.

Un ejemplo de una mezcla de distintos componentes es la tinta negra. La composición de esta varía entre los marcadores de diferentes fabricantes. Los componentes en la tinta pueden separarse utilizando un tipo de cromatografía llamada cromatografía de papel. En este caso, la fase estacionaria es un papel y la fase móvil es un líquido. La muestra de tinta es colocada en un extremo del papel, el cual será luego colocado en un frasco que contenga la fase móvil, que puede ser agua o algún otro disolvente.

Diseñar experimentos cromatográficos envuelve la selección de un disolvente apropiado. Al seleccionar el disolvente se debe tener en cuenta la solubilidad de los components en el líquido. La fase móvil se moverá a través de la fase estacionaria por el efecto de capilaridad. La muestra será arrastrada por la fase móvil ocurriendo con el tiempo la separación de sus componentes, y un patrón característico de la tinta queda plasmado en el papel.

El movimiento de un componente en el papel de cromatografía puede ser expresado matemáticamente por el valor Rf (factor de retención) donde:

La siguiente figura ilustra la manera correcta de medir las distancias utilizadas para calcular el valor Rf.

En esta actividad realizarás una cromatografía de papel utilizando diferentes disolventes y diferentes tintas negras para observar si éstas tienen el mismo patrón.

yx

disolventeelmuevesequeciaDiscomponenteelmuevesequeciaDisR f ==

tantan

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

y 

x 

195

Procedimiento: 1.  Prepare los materiales por grupo de estudiante. 

2.  Dirija a los estudiantes para que lleven a cabo la actividad siguiendo el procedimiento establecido en la Actividad del estudiante. 

3.  Explique como calcular el Rf para cada componente en cada tinta luego que los estudiantes terminen de correr las cromatografías. 

4. Discuta las preguntas de la actividad con los estudiantes.

5. Explique como llevar a cabo la actividad de Assessment.

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

Analiza y aplica a. ¿Qué le pasó a las tintas luego de que fueron empapadas por el líquido

correspondiente en cada caso?

b. ¿Qué pudo haber dado origen a que las tintas se separaran en bandas de distinto color?

c. Examina los patrones de separación de cada tinta en cada disolvente. ¿Qué te sugieren acerca de los componentes de las tintas?

d. ¿Qué sugiere el orden de las bandas de colores relativo al papel y al disolvente? Explica cada caso.

e. ¿Se separan todas las tintas de la misma manera? Explica.

f. Calcula el valor Rf para cada componente en cada tinta. Tu maestro te explicará como hacerlo.

g. Redacta la conclusión a la que llegaste utilizando el análisis de tus resultados.

196

Actividad de Assessment

Aplicación: ¿Quién es el culpable?

En la investigación criminal frecuentemente se utiliza la química para la solución de problemas. Crímenes como los secuestros envuelven el uso de notas escritas, y éstas son analizadas utilizando la técnica de cromatografía. Muchas de las notas encontradas en la escena de un crimen son escritas con marcadores de tinta negra.

A continuación se describe la escena de un crimen y el trabajo de su grupo es tratar de esclarecerla.

El gerente de un banco fue secuestrado. Se sospecha de tres empleados. Se encontró una nota pidiendo recompensa (escrita con marcador negro sobre papel de filtro de café). Se ocuparon marcadores negros de las oficinas de estos empleados y se encontró que cada uno usaba marcas distintas.

Empleado X usa la marca “A” 

Empleado Y usa la marca “B” 

Empleado Z usa la marca “C” 

¿De qué manera los resultados de la parte anterior te ayudarán a determinar cuál de las tintas se pudo haber utilizado para escribir la nota? Diseña un experimento.

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

197

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

Propósito: En esta actividad aplicarás la metodología científica en una investigación para resolver un problema utilizando la técnica de cromatografía. Además, utilizarás el razonamiento lógico deductivo para establecer una conclusión.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza De La Ciencia, Tecnología Y Sociedad 

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes variables.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.2.1 Explica cómo el conocimiento científico y la tecnología se pueden aplicar a las actividades del ser humano.

• La Estructura y Los Niveles De Organización De La Materia 

EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas.

EM.8.4.3 Utiliza métodos de separación de mezclas como: decantación,

cristalización, cromatografía, filtración y otros.

198

Materiales

• Filtros de papel para café o papel de cromatografía 

• 3 marcadores de tinta negra (diferentes marcas) 

• Vasos de plástico de 5 oz. 

• Lápices

• Tijeras

• Alcohol isopropílico al 70%

• Alcohol etílico al 70%

• Agua

Introducción La cromatografía de papel es un técnica que se utiliza para separar los componentes de una mezcla que bajo situaciones normales se ve como si fuera un solo componente. Un ejemplo de una mezcla de distintos componentes es la tinta negra. La composición de esta varía entre los marcadores de diferentes fabricantes. Los componentes en la tinta pueden separarse utilizando la cromatografía de papel. En este caso, la fase estacionaria es un papel y la fase móvil es un líquido. La muestra de tinta es colocada en un extremo del papel, el cual será luego colocado en un frasco que contenga la fase móvil, que puede ser agua o algún otro disolvente. En esta actividad realizarás una cromatografía de papel utilizando diferentes disolventes y diferentes tintas negras para observar si éstas tienen el mismo patrón.

¿Cuáles son los componentes de la tinta negra? Esta la tinta negra compuesta de un solo color? Averígualo!.

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

199

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

Procedimiento:

1. Obtén tres marcadores de tinta negra de diferentes marcas.

2. Recorta un filtro de papel para café o un papel de cromatografía en forma rectangular, con un tamaño aproximado de tres centímetros de ancho y ocho centímetros de alto.

3. Dibuja una línea con lápiz a lo ancho de1 pedazo de papel a aproximadamente un centímetro del borde.

4. Dibuja un punto con cada marcador sobre la línea en el pedazo de papel como se ilustra en la siguiente figura. Trata de que el tamaño de cada punto sea aproximadamente de tres milímetros de diámetro. Utiliza un lápiz para identificar a que marcador pertenece cada punto.

 

5. Con un lápiz perfora el centro de la parte superior del pedazo de papel.

6. En un vaso de plástico añade agua como disolvente, y coloca el pedazo de papel sujetado por el lápiz, como se ilustra en la siguiente figura. El nivel del

A   B   C  1cm 

200

Analiza y aplica a. ¿Qué le pasó a las tintas luego de que fueron empapadas por el líquido

correspondiente en cada caso?

b. ¿Qué pudo haber dado origen a que las tintas se separaran en bandas de distinto color?

c. Examina los patrones de separación de cada tinta en cada disolvente. ¿Qué te sugieren acerca de los componentes de las tintas?

d. ¿Qué sugiere el orden de las bandas de colores relativo al papel y al disolvente? Explica cada caso.

e. ¿Se separan todas las tintas de la misma manera? Explica.

f. Calcula el valor Rf para cada componente en cada tinta. Tu maestro te explicara como hacerlo

g. Redacta la conclusión a la que llegaste utilizando el análisis de tus resultados.

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

disolvente debe estar por debajo de los puntos marcados.

7. Repite los pasos 2-7 utilizando alcohol isopropílico y alcohol etílico como disolvente.

A   B   C 

201

Aplica

¿Quién es el culpable?

En la investigación criminal frecuentemente se utiliza la química para la solución de problemas. Crímenes como los secuestros envuelven el uso de notas escritas, y éstas son analizadas utilizando la técnica de cromatografía. Muchas de las notas encontradas en la escena de un crimen son escritas con marcadores de tinta negra.

A continuación se describe la escena de un crimen y el trabajo de su grupo es tratar de esclarecerla.

El gerente de un banco fue secuestrado. Se sospecha de tres empleados. Se encontró una nota pidiendo recompensa (escrita con marcador negro sobre papel de filtro de café). Se ocuparon marcadores negros de las oficinas de estos empleados y se encontró que cada uno usaba marcas distintas.

Empleado X usa la marca “A” 

Empleado Y usa la marca “B” 

Empleado Z usa la marca “C” 

¿De qué manera los resultados de la parte anterior te ayudarán a determinar cuál de las tintas se pudo haber utilizado para escribir la nota? Diseña un experimento.

¿Cuál es el mejor disolvente para revelar el patrón de colores en las tintas negras?

202

Enzimas en las células

Propósito: Durante el desarrollo de esta actividad sobre la enzima de catalasa en frutas y vegetales el estudiante Identificará la variable manipulada, las variables controladas y la variable de respuesta y formulará una hipótesis sobre cuál es la relación entre la temperatura y la rapidez de descomposición de peróxido de hidrógeno. Además, contrastará la hipótesis formulada con sus resultados, aceptando, rechazando o modificando ésta.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas. NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes

variables. NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.5 Reconoce que el Sistema Internacional de Medidas (SI) es el utilizado por la comunidad científica y utiliza instrumentos de medición para obtener información y expresa medidas en este sistema.

NC.8.5.1 Utiliza correctamente unidades de fuerza, potencia, trabajo, energía y otras. NC.8.5.2 Utiliza correctamente instrumentos como balanza de resorte, vasos calibrados, termómetros, voltímetros entre otros.

NC.8.6 Utiliza las matemáticas y herramientas tecnológicas para la solución de problemas y para análisis científico.

NC.8.6.2 Reconoce información válida y confiable. NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos. NC.8.6.4 Comunica en forma oral y escrita los resultados de las

203

Enzimas en las células

investigaciones.

• La estructura y los niveles de organización de la materia EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas.

EM.8.4.5 Ejecuta actividades que representen reacciones químicas sencillas.

EM.8.5 Describe los procesos por los cuales las sustancias se combinan para formar compuestos.

EM.8.5.2 Describe cómo las reacciones químicas producen nuevas sustancias que tienen propiedades químicas y físicas diferentes de las originales.

EM.8.6 Explica que le sucede a los átomos durante una reacción.

EM.8.6.1 Describe reacciones usando ecuaciones. EM.8.6.2 Identifica los reactivos y los productos en una reacción.

204

Trasfondo:

Las reacciones químicas que ocurren en las células vivas son complejas y están altamente controladas. Prácticamente, todas ellas involucran el uso de catalizadores o enzimas. Éstas son moléculas de proteína que tienen una estructura especializada diseñada para trabajar con una reacción particular. Se pueden encontrar miles de enzimas en una célula, siendo su aislamiento y descripción un campo activo de investigación. Las enzimas son útiles industrialmente en el procesamiento de alimentos y en la manufactura de detergentes.

Enzimas en las células

Materiales • Cinco (5) tubos de ensayo de 13 X 100 mm • Solución fresca de peróxido de hidrógeno (H2O2)

al 3%, 20-25 mL • Muestra de pulpa de papa, de manzana o de

nabo molida (cerca de 10 mL) preparada en procesador de alimentos combinando una papa, manzana o nabo cortado en pedazos con ½ taza de agua

• Regla métrica • Cuatro baños de agua: baño de hielo

(aproximadamente 0 ºC), baño de temperatura ambiente (20 – 25 ºC), baño de temperatura cor-poral (cerca de 37 – 40 ºC) y baño de tempe-ratura alta (70 – 80 ºC)

• Reloj o cronómetro • Programado Excel (para preparar gráficas) • Termómetro

205

Procedimiento:

Esta actividad pretende introducir al estudiante a la investigación de cómo la temperatura afecta una reacción química. La adición de catalasa nos permite observar el avance de la reacción en un tiempo razonable. En la actividad inicial, se manipula el tiempo y se observa cómo varía la altura de la espuma con éste. En la segunda parte, se manipula la temperatura y se observa la variación en la altura de la espuma con la temperatura. Las variables que se controlan son las siguientes:

• cantidad del reactivo

• cantidad del catalizador

• tiempo para medir altura (segunda parte).

Soluciones

La solución de peróxido de hidrógeno al 3% puede encon-trarse en las farmacias. Tiene que ser fresca.

Reacción

La enzima catalasa actúa como catalizador para causar la descomposición de peróxido de hidrógeno. Una molécula de catalasa puede actuar sobre 5 millones de moléculas de peróxido de hidrógeno en 1 min.

2 H2O2 (l) ® 2 H2O (l) + O2 (g)

Enzimas en las células

206

Enzimas en las células

Comentarios generales

1. Las papas de corteza roja son más ricas en catalasa. Una papa, manzana o nabo pelado con un diámetro de cerca de 8 cm puede proveer pulpa suficiente para 6 a 8 grupos de estudiantes. La mejor manera de producir la pulpa es utilizando un procesador de alimentos. Coloca la papa, manzana o nabo cortado en pedazos en el procesador con ½ taza de agua. Se puede utilizar directamente la pulpa o filtrarla. Los filtros de café o la estopilla de algodón trabajan bien en el proceso de filtración. Usa el filtrado (la solución que se percola a través del filtro).

2. La catalasa es, aparentemente, una molécula estable. La actividad de la enzima no disminuirá, aunque la pulpa esté al descubierto a temperatura ambiente por espacio de varias horas.

3. Se presentan a continuación resultados típicos de las gráficas:

0123456789

1 2 3 4 5

Altu

ra d

e la

esp

uma

(cm

)

Tiempo (minutos)

Gráfica 1

207

Analiza y aplica:

1. Describe qué pasa durante los primeros 5 minutos luego que se añade la pulpa de papa, manzana o nabo al peróxido de hidrógeno.

Se forman burbujas de oxígeno y la espuma aumenta hasta que sale del tubo.

2. ¿Por qué crees que es importante descomponer el peróxido de hidrógeno pro-ducido en las células?

El peróxido de hidrógeno que se produce en las células es tóxico.

Enzimas en las células

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80

Altu

ra d

e la

esp

uma

(cm

)

Temperatura (ºC)

Gráfica 2

208

Assessment:

Solicíteles a los estudiantes que diseñen un experimento para investigar la          activi‐dad de catalasa a medida que se varía la acidez. También pueden diseñar un experimento mas con mas controles para determinar que planta y que parte de  la planta  tiene mas catalaza. También se puede rediseñar el experimento para                   determinar la temperatura exacta a la que se desactiva  la encima de catalaza y si esta temperatura se mantiene  independiente‐mente de  la fuente de donde se obtenga  la             catalaza. El hígado de pollo es un excelente fuente de catalaza de origen animal   y se pueden hacer buenas comparaciones. 

Enzimas en las células

209

Enzimas en las células

Propósito: En esta actividad identificarás la variable manipulada, las variables con-troladas y la variable de respuesta en la actividad a realizarse. Además, formu-larás y someterás a prueba una hipótesis sobre cuál es la relación entre la tem-peratura y la rapidez de descomposición de peróxido de hidrógeno utilizando la encima catalasa presente en la papa.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de las ciencias, tecnología y sociedad El estudiante:

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas. NC.8.1.1 Redacta problemas e hipótesis relacionando diferentes

variables. NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas. NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

NC.8.5 Reconoce que el Sistema Internacional de Medidas (SI) es el utilizado por la comunidad científica y utiliza instrumentos de medición para obtener información y expresa medidas en este sistema.

NC.8.5.1 Utiliza correctamente unidades de fuerza, potencia, trabajo, energía y otras. NC.8.5.2 Utiliza correctamente instrumentos como balanza de resorte, vasos calibrados, termómetros, voltímetros entre otros.

NC.8.6 Utiliza las matemáticas y herramientas tecnológicas para la solución de problemas y para análisis científico.

NC.8.6.2 Reconoce información válida y confiable. NC.8.6.3 Utiliza el lenguaje matemático en la interpretación y análisis de datos. NC.8.6.4 Comunica en forma oral y escrita los resultados de las investigaciones.

210

• La estructura y los niveles de organización de la materia

EM.8.4 Experimenta con los diferentes métodos de separación de mezclas; soluciones ácidas y básicas y reacciones químicas sencillas. EM.8.4.5 Ejecuta actividades que representen reacciones químicas sencillas.

EM.8.5 Describe los procesos por los cuales las sustancias se combinan para formar compuestos.

EM.8.5.2 Describe cómo las reacciones químicas producen nuevas sustancias que tienen propiedades químicas y físicas diferentes de las originales.

EM.8.6 Explica que le sucede a los átomos durante una reacción.

EM.8.6.1 Describe reacciones usando ecuaciones. EM.8.6.2 Identifica los reactivos y los productos en una reacción.

Enzimas en las células

211

Introducción: ¿Sabes por qué el peróxido de hidrógeno se descompone y produce burbujas de oxígeno cuando se le expone a células rotas tales como las que se encuentran en las heridas en la piel? La enzima catalasa, que se encuentra en las células, en la sangre, en las papas, y en otros órganos causa la descomposición del peróxido de

Enzimas en las células

Materiales • Cinco (5) tubos de ensayo de 13 X 100 mm • Solución fresca de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 3%, 20-25

mL • Muestra de pulpa de papa, de manzana o de nabo molida

(cerca de 10 mL) preparada en procesador de alimentos combinando una papa, manzana o nabo cortado en pedazos con ½ taza de agua

• Regla métrica • Cuatro baños de agua: baño de hielo (aproximadamente 0

ºC), baño de temperatura ambiente (20 – 25 ºC), baño de tem-peratura corporal (cerca de 37 – 40 ºC) y baño de tempera-tura alta (70 – 80 ºC)

• Reloj o cronómetro • Programado Excel (para preparar gráficas) • Termómetro

212

Procedimiento:

1. Coloca 2 cm de pulpa de papa, manzana o nabo en un tubo de ensayo. Tu

maestro/a te indicará con cuál de éstos trabajarás.

2. Añade 3 cm adicionales de peróxido de hidrógeno. Agita y observa lo que

ocurre.

3. Mide la altura de la espuma luego de 1 minuto.  Mide de la parte superior del  líquido a la parte superior de la espuma.  Parte de la pulpa puede encontrarse  en la espuma.  4. Mide la altura de la espuma cada minuto por espacio de 5 minutos. 

5. Construye una gráfica de altura de la espuma versus tiempo.  ¿Qué variable  

Enzimas en las células

hidrógeno.

Estudiarás la presencia de catalasa en las papas, manzanas y nabos. La reacción química que estarás observando es la siguiente:

2 H2O2 (l) → 2 H2O (l) + O2 (g)

También estudiarás el efecto de la temperatura en la actividad de enzimas.

213

      colocarás  en  el  eje de  x?    ¿en  el  eje de  y?    ¿Por qué? Rotula  la gráfica como   Gráfica 1.   Basándote en  la gráfica,  ¿qué puedes concluir sobre la relación altura de la espuma vs. tiempo? 

 6. Rotula los cuatro tubos restantes con los números         1, 2, 3 y 4.  7. Formula una hipótesis sobre lo que crees que ocurrirá con la reac‐

ción que observaste si varías su  temperatura.  8. Coloca 2 cm de pulpa de papa, manzana o nabo en cada tubo de 

ensayo. 

9. Coloca cada tubo de ensayo en uno de  los baños de temperatura constante por varios minutos:baño de hielo (aproximadamente 0 ºC) baño de temperatura ambiente (20 – 25 ºC) baño de tempe‐ratura corporal (cerca de 37 – 40 ºC) baño de temperatura alta (70 – 80 ºC) 

 10. Remueve los tubos de ensayo de los baños y añade la misma can‐

tidad de peróxido de hidrógeno a cada tubo (aproximadamente 3 cm).  Coloca los tubos   nuevamente en los baños. 

 11. Mide la altura de la espuma en cada tubo después de cinco minu‐

tos.  12. Construye una gráfica de altura de la espuma versus temperatu‐

ra.  ¿Qué variable colocarás en el eje de x?  ¿en el eje de y?  ¿Por qué?  ¿Por qué hiciste todas tus medidas a los 5 minutos? Rotula la gráfica como Gráfica 2.  Basándote en la gráfica, ¿qué puedes concluir sobre la relación altura de la espuma‐temperatura? 

Enzimas en las células

214

Enzimas en las células

Analiza y aplica:

1. Describe qué pasa durante los primeros 5 minutos luego que se añade la pulpa de papa, manzana o nabo al peróxido de hidrógeno.

2. ¿Por qué crees que es importante descomponer el peróxido de hidrógeno producido en las células? 

215

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

Propósito: Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica y contrastar entre grupo control y grupo experimental. Para logar esto lo haremos estudiado el efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad 

NC.7.1. Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas

NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables dependientes e independientes.

NC.7.1.4 Distingue entre un grupo control y uno experimental.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.1 Utiliza correctamente unidades (cada medida tiene una unidad: masa = gramos).

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.3.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular, y pictóricas.

NC.7.10 Muestra buenas relaciones intrapersonales e interpersonales al trabajar en equipo.

NC.7.10.1 Demuestra buena actitud hacia el trabajo en equipo.

216

Materiales • Elodea (pedazo de 5 a 6 pulgadas)

• Probeta de 100 ml

• Navajas un filo

• Etiquetas de cinta adhesiva

• Lámparas 100 watts

• Beaker de 1000 ml

Introducción Utilizando la reacción que ocurre durante el proceso de fotosíntesis los estudiantes investigarán cómo se puede afectar la velocidad de dicho proceso teniendo en cuenta todas las variables científicas involucradas en el experimento. En este experimento los estudiantes variarán la intensidad de la luz.

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

• La Energía 

E.7.1 Reconoce que la luz solar es la fuente primaria de energía en los ecosistemas.

E.7.1.2 Reconoce que la energía solar es energía radiante que se transforma en energía química.

217

Procedimiento: Manejar la navaja con cuidado para no cortarse.

A. Prepare dos pedazos de Elodea 5 a 6 pulgadas de largo, por cada grupo de trabajo, como muestra la figura. El pedazo tiene que tener la parte superior del tallo intacta (recuadro en la foto).

B. Haga un corte diagonal en la parte inferior del tallo. Si usted entiende que no es muy seguro que los estudiantes hagan el corte hágalo usted y tenga los tallos preparados.

C. Puede utilizar tubos de ensayo suficientemente grandes si no tiene en las probetas.

D. Prepare suficiente solución de bicarbonato para la actividad al 0.1 M NaHCO3 disolviendo 8.1g de bicarbonato en un L de agua. El bicarbonato se descompone en agua formando acido carbóni-co que a su vez estando en exceso se descompone y uno de sus productos es CO2 Por lo tanto es la fuente de CO2 en el experi-mento.

E. Si no tiene vasos de análisis de 500mL puede cortar botellas de 2L a la mitad. G. Disminuya la luz del salón para que los estudiantes realicen el experimento.

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

218

H. Dirija a los estudiantes a hacer la actividad y discuta las preguntas de análisis..

Analiza y aplica

A. Prepara una tabla de datos y rotula la variable independiente, grupo experimental, variable dependiente, grupo control.

B. Cual es la variable independiente (o manipulada) en este experimento? ¿Cual es la variable de respuesta o dependiente?

C. Prepara una gráfica que muestre la relación entre la variable independiente y la variable dependiente. ¿Que relación muestra la gráfica?

C. Explica como contrastan en este experimento la variable control de la variable experimental.

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

219

D. Busca información sobre la reacción química de fotosíntesis. ¿Por qué crees que medir las burbujas producidas por Elodea es un buen parámetro para calcular la velocidad de fotosíntesis?

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

220

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

Propósito: Llevar a cabo una actividad en la cual se identifiquen las variables que forman parte de una investigación científica y contrastar entre grupo control y grupo experimental. Para logar esto lo haremos estudiado el efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología, y Sociedad 

NC.7.1. Muestra dominio de la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas

NC.7.1.3 Realiza experimentos sencillos utilizando variables dependientes e independientes.

NC.7.1.4 Distingue entre un grupo control y uno experimental.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.1 Utiliza correctamente unidades (cada medida tiene una unidad: masa = gramos).

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.3.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular, y pictóricas.

NC.7.10 Muestra buenas relaciones intrapersonales e interpersonales al trabajar en equipo.

NC.7.10.1 Demuestra buena actitud hacia el trabajo en equipo.

221

Materiales • Elodea (pedazo de 5 a 6 pulgadas)

• Probeta de 100 ml

• Navajas un filo

• Etiquetas de cinta adhesiva

• Lámparas 100 watts

• Beaker de 1000 ml

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

• La Energía 

E.7.1 Reconoce que la luz solar es la fuente primaria de energía en los ecosistemas.

E.7.1.2 Reconoce que la energía solar es energía radiante que se transforma en energía química.

222

Introducción Utilizando la reacción que ocurre durante el proceso de fotosíntesis estudiarás como se puede afectar la velocidad de dicho proceso teniendo en cuenta todas las variables científicas involucradas en el experimento. En este experimento variaras la intensidad de la luz. Veamos lo que ocurre.

Procedimiento: Manejar la navaja con cuidado para no cortarse.

A. Obtén dos pedazos de Elodea 5 a 6 pulgadas de largo, como muestra la figura. El pedazo tiene que tener la parte superior del tallo intacta (recuadro en la foto).

B. Haz un corte diagonal en la parte inferior del tallo . C. Coloca los pedazos de Elodea con la punta recortada hacia arriba dentro de una probeta de 100ml. Puedes utilizar tubos de ensayo suficientemente grandes si no tienes las probetas.

D. Llene las probetas con una solución de 0.1 M NaHCO3 y cubriendo la Elodea hasta 5cm por encima. El maestro prove-erá esta solución. El bicarbonato se descompone en agua. ¿Para que crees que se utiliza el bicarbonato? Busca informa-ción.

E. Prepara dos “beaker” de 500mL (botellas e 2 L de refrescos cortadas por la mitad) con agua que servirá de

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

223

filtro de calor y coloca las probetas dentro de ellos. Coloca el sistema a una distancia inicial de 75cm de la lámpara según el diagrama a continuación: F. Prepara la otra probeta según el diseño mostrado arriba

pero excluye el uso de la lámpara. De esta manera tendrá dos diseños uno con luz intensa (lámpara) y otro con la luz normal ambiental.

G. Tu maestro disminuirá la luz del salón . Esperen 5 minutos para comenzar el experimento. H. Para cada diseño o tratamiento: (1) anota la temperatura en el envase cada 5 min. (2) Cuenta las burbujas que salen del tallo cortado de la Elodea por dos minutos. Repita el experimento a distancias de 25 y 50cm moviendo la lámpa-ra o el sistema con la Elodea lo que sea mas fácil.

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

224

Analiza y aplica

A. Prepara una tabla de datos y rotula la variable independiente, grupo experimental, variable dependiente, grupo control.

B. ¿Cuál es la variable independiente (o manipulada) en este experimento? ¿Cual es la variable de respuesta o dependiente?

C. Prepara una gráfica que muestre la relación entre la variable independiente y la variable dependiente. ¿Que relación muestra la gráfica?

C. Explica como contrastan en este experimento la variable control de la variable ex-perimental.

D. Busca información sobre la reacción química de fotosíntesis. ¿Por qué crees que medir las burbujas producidas por Elodea es un buen parámetro para calcular la velocidad de fotosíntesis?

Efecto de la luz sobre la velocidad de fotosíntesis

225

Explorando la Superficie de Mercurio

Propósito: En esta actividad se analizará una fotografía de Mercurio para hacer inferencias sobre la formación de su superficie haciendo un censo de los cráteres que se encuentran en una región determinada del planeta. Además, los estudiantes construirán las tablas y las graficas correspondientes con los datos obtenidos.

Actividad Para El Maestro:  

Estándares y Expectativas • Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad

NC.7.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas.

NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

. NC.8.6.1 Utiliza el recurso de Internet para la búsqueda de información.

226

Materiales

• una regla

• una fotografía de Mercurio

• una hoja de papel cuadriculado

Introducción La  superficie de muchos  cuerpos del  sistema  solar,  tales  como  las  lunas,  el planeta 

Mercurio y la mayoría de los asteroides, muestran una gran cantidad de   cráteres.  Estos son el  resultado  de  los  impactos  de meteoritos,  cometas  y  asteroides  a  través  de millones  de años.   Los cráteres no solo nos proveen  información sobre el suelo en donde éste se formó, también nos brindan  información  (tamaño,   composición,  rapidez de  impacto, etc) sobre  la naturaleza del objeto que lo produjo.   

 Si examinamos una fotografía de la Luna, o de Mercurio, en la cual se puedan apreciar 

los  cráteres  con  alguna  claridad,  podemos  hacernos  una  serie  de  preguntas  que  podemos        investigar. Por ejemplo, ¿Están distribuidos de  forma uniforme, en   grupos o al azar?, ¿hay alguna relación entre el tamaño de los cráteres y el número de éstos  que se observa? 

 Los  estudiantes  contestaran  estas  preguntas  haciendo  un  análisis  de  una  foto  de           

Mercurio.        

Explorando la Superficie de Mercurio

227

Procedimiento: 1. Practique usted esta actividad y si lo cree

pertinente saque las copias de un solo tamaño de mercurio. Para poder expresar las medidas de los diámetros en Km, es necesario establecer el factor de escala de la imagen. Mida en mm, el diámetro de Mercurio según su imagen impresa.

Diámetro de Mercurio (en mm): ___________ (Este es su diámetro en la imagen).

Divida el diámetro real de Mercurio (4,880 Km) entre la medida del diámetro en mm que usted obtuvo y determine el factor de conversión: 1 mm = ________ Km. De este modo todos tendrían el mismo factor de conversión y es más fácil manejar el análisis de datos.

2. Dirija a los estudiantes a que bajen la foto de Mercurio.

3. Permita que realicen la actividad. Asegúrese que las conversiones de medidas a escala están realizadas correctamente.

Explorando la Superficie de Mercurio

228

4. Diríjalos a que construyan la tabla y las gráficas correspondientes.

5. Analice las preguntas con los estudiantes.

Preguntas

1. En tu cuadrángulo de estudio, los cráteres aparentan estar distribuidos en ¿grupos? ¿al azar? ¿patrón uniforme? Explica.

2. ¿Encontraste ejemplos de un cráter dentro de otro? ¿cuáles? En estos casos, ¿cuál de los cráteres se formó primero?

3. Según tu gráfica, ¿qué rango de tamaños de cráteres es el más común en la superficie de Mercurio?

4. A partir de la pregunta anterior, ¿qué puedes concluir sobre los tamaños de los objetos que viajan por el sistema solar y que producen los impactos?

5. ¿Cómo esperarías que sea la gráfica de la distribución de los diámetros de los cráteres en la Luna?

6. En tu cuadrángulo de estudio, ¿cuál fue el cráter de mayor diámetro? ¿Cuál fue su diámetro en km? ¿Cómo compara con la longitud de Puerto Rico?

7. ¿A qué se debe que en el planeta Tierra no se observan muchos cráteres? 8. ¿Crees que nuestro planeta está expuesto al impacto de un asteroide en

cualquier momento? ¿Porqué?

Explorando la Superficie de Mercurio

229

Explorando la Superficie de Mercurio

Propósito: En esta actividad analizarás una fotografía de Mercurio para hacer inferencias sobre la formación de su superficie haciendo un censo de los cráteres que se encuentran en una región determinada del planeta.

Actividad Para El Estudiante:  

Estándares y Expectativas

• Naturaleza de la Ciencia, Tecnología y Sociedad

NC.7.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.7.1.2 Realiza observaciones cuantitativas y cualitativas.

NC.7.1.5 Llega a conclusiones a través del análisis de datos.

NC.7.1.8 Identifica e interpreta relaciones entre variables usando gráficas.

NC.7.2 Utiliza las matemáticas para la solución de problemas y como herramienta en el análisis científico.

NC.7.2.4 Recopila y organiza información en tablas de datos.

NC.7.2.5 Construye gráficas de barra, lineal, circular y pictóricas.

NC.8.1 Utiliza la metodología científica para la solución de problemas.

NC.8.1.2 Realiza observaciones cualitativas y cuantitativas y las expresa en tablas, gráficas y ecuaciones matemáticas.

NC.8.1.3 Llega a conclusiones a partir de datos empíricos.

. NC.8.6.1 Utiliza el recurso de Internet para la búsqueda de información.

230

Materiales

• una regla

• una fotografía de Mercurio

• una hoja de papel cuadriculado

Introducción   La superficie de muchos cuerpos del sistema solar, tales como  las  lunas, el     planeta Mercurio y la mayoría de los asteroides, muestran una gran cantidad de   cráteres.  Estos son el  resultado  de  los  impactos  de meteoritos,  cometas  y  asteroides  a  través  de millones  de años.   Los cráteres no solo nos proveen  información sobre el suelo en donde éste se formó, también nos brindan  información (tamaño,     composición, rapidez de  impacto, etc) sobre  la naturaleza del objeto que lo produjo.      Si  examinamos  una  fotografía  de  la  Luna,  o  de  Mercurio,  en  la  cual  se  puedan             apreciar  los  cráteres  con  alguna  claridad,  podemos  hacernos  una  serie  de  preguntas  que            podemos  investigar.  Por  ejemplo,  ¿Están  distribuidos  de  forma  uniforme,  en    grupos  o  al azar?,  ¿hay  alguna  relación  entre  el  tamaño  de  los  cráteres  y  el  número  de  éstos  que  se              observa?    Para investigar estas preguntas realizaremos un censo de los cráteres en la   superficie de Mercurio y  construiremos una gráfica de  su distribución.   Esto a  su vez, nos   ayudará a               realizar  inferencias sobre  la formación del sistema solar y a establecer una comparación con nuestro planeta. 

Explorando la Superficie de Mercurio

231

Procedimiento:

1. Visita la página web del Planetary Photo Journal de NASA. Seleccione a Mercurio y busque la imagen PIA03103 (JPEG). http://photojournal.jpl.nasa.gov/index.html

2. Baja esta imagen, e imprímela en una hoja de 8.5” x 11”. Quizás sea preferible insertarla primero en Word, PowerPoint, o un programa de editar fotos, para poder ajustar su tamaño y hacer anotaciones.

3. Escoge una región de 5 cm x 5 cm para llevar a cabo el censo y márcala en la imagen de Mercurio.

4. Identifica con un número cada uno de los cráteres que aparecen en tu cuadro. Descarta los cráteres que sean más pequeños que 1 mm.

Medida del diámetro de los cráteres

5. Con una regla (calibrada en mm), mide el diámetro de ca-da cráter identificado en el paso 5 y construye una tabla con sus datos.

Explorando la Superficie de Mercurio

232

Factor de Conversión

6. Para poder expresar la medidas de los diámetros en Km, es necesario establecer el factor de escala de la imagen. Mida en mm, el diámetro de Mercurio según su imagen impresa.

Diámetro de Mercurio (en mm): ___________

(Este es su diámetro en la imagen).

Divide el diámetro real de Mercurio (4,880 Km) entre

tu medida del diámetro en mm y

determina el factor de conversión: 1 mm =

________ Km.

7. Convierte las medidas de los diámetros de los cráteres en la tabla a Km

Forma de la Distribución

8. Construye una segunda tabla con las frecuencias. Determina el número de cráteres en cada uno de los siguientes rangos: 20-40 km, 41-60 km, 61-80 km, 81-100 km, 101-120, 121-140 km, 140-160 km.

9. Construye la gráfica de la distribución del número de cráteres en función del diámetro (datos del paso 9).

Explorando la Superficie de Mercurio

233

Explorando la Superficie de Mercurio

Preguntas

1. En tu cuadrángulo de estudio, los cráteres aparentan estar distribuidos en ¿grupos? ¿al azar? ¿patrón uniforme? Explica.

2. 2. ¿Encontraste ejemplos de un cráter dentro de otro? ¿cuáles? En estos casos, ¿cuál de los cráteres se formó primero?

3. Según tu gráfica, ¿qué rango de tamaños de cráteres es el más común en la superficie de Mercurio?

4. A partir de la pregunta anterior, ¿qué puedes concluir sobre los tamaños de los objetos que viajan por el sistema solar y que producen los impactos?

5. ¿Cómo esperarías que sea la gráfica de la distribución de los diámetros de los cráteres en la Luna?

6. En tu cuadrángulo de estudio, ¿cuál fue el cráter de mayor diámetro? ¿Cuál fue su diámetro en km? ¿Cómo compara con la longitud de Puerto Rico?

7. ¿A qué se debe que en el planeta Tierra no se observan muchos cráteres?

8. ¿Crees que nuestro planeta está expuesto al impacto de un asteroide en cualquier momento? ¿Porqué?

234

235

Apendice A

Excel 2007

INSTRUCCIONES PARA UTILIZAR EXCEL 2007

El programado Excel es una herramienta que le permite al usuario organizar

datos, llevar a cabo cálculos matemáticos, trazar gráficas y construir tablas de

frecuencia, además de otra serie de funciones. Esta guía es para la última versión de

Excel, denominada Excel 2007, y solamente describe los pasos para realizar la

estadística integrada en las actividades de ciencias.

Panorama General

La cinta (ribbon) es el centro de control de Excel 2007 y se encuentra en la

parte superior del programa. Consiste de varias pestañas donde cada una contiene

varios grupos con comandos. Las pestañas son:

• HOME – se encuentran los comandos más utilizados en los siguientes grupos:

clipboard (copiar, cortar), font (cambio de letra, tamaño de la letra, sombrear),

alignment (centralizar) number (por cientos, reducir decimales), style (estilos de

celdas y tablas), cells (añadir, eliminar o cambiar celdas), editing (sumar, ordenar,

encontrar).

• INSERT – los grupos son: tables ( incluir una tabla) , illustrations (láminas, arte,

formas) , charts ( los diferentes tipos de gráficas) , links (hacer vínculos), text ( símbolos, objetos, notas al calce)

• PAGE LAYOUT - contiene los grupos: themes (colores), page setup (márgenes,

orientación), Scale ( páginas), sheet options ( enrejados) , arrange (rotar, traer al

frente)

236

• FORMULAS - sólo tiene cuatro grupos: function library (suma, funciones ma-

temáticas, estadísticas , financieras y lógicas), defined names, formula auditing (verificación de formulas), calculation (cálculos manuales)

• DATA – contiene los grupos: get external data (importa datos del Internet),

connectors (conexiones entre los datos), sort (organiza los datos), data tools (varias

herramientas para los datos), outline (agrupa), analysis ( análisis estadístico de los

datos). Este último grupo aparece solamente si Análisis Tool Pak está activado.

• REVIEW – proofing (revisa la ortografía), comments (añadir comentario),

changes ( protege la página)

• VIEW - workview view (dividir las páginas), show/hide (rejilla), zoom ( ampliar),

windows ( ventanas nuevas, dividir ventanas), macros

Consideraciones Generales

El programa Excel es una matriz que consiste de filas y columnas. Las filas se

codifican con números y las columnas con letras. Una celda es la intersección de una

fila y una columna y por ende se denomina con una letra y un número, como por

ejemplo A1.

• Borrar contenido de una celda – se posiciona cursor en la celda y se oprime la

tecla backspace.

• Borrar contenido de una columna – se posiciona el cursor en la letra de la

columna, se hace un clic en el lado izquierdo del ratón y se oprime la tecla delete. Lo

mismo se hace para eliminar una fila completa, solamente se posiciona el cursor en el

237

número que corresponde a la fila.

Guardar (save), Imprimir, Abrir hoja de trabajo nueva

Presione el botón de Microsoft que se encuentra en la parte superior izquierda.

Seleccione el comando que necesita ya sea imprimir, guardar, abrir un documento

Excel, etc.

Cinta  Pestañas. 

Celda   A1 

238

Añadir Análisis Tool Pak

Si queremos llevar a cabo un análisis descriptivo de los datos, hacer un

histograma o alguna de las pruebas estadísticas debe estar activado el Análisis Tool

Pak. Oprima el botón de Office en la parte superior izquierda del programa, seleccione

options y después add- ins. Seleccione Análisis Tool Pak y oprima GO. En la ventana

que aparece seleccione Análisis Tool Pak. Para verificar que está activado, seleccione

la pestaña DATA donde debe aparecer bajo el grupo Análisis.

Botón  Microsoft 

239

Pulse Excel Options

Botón de Microsoft

Seleccione Analysis

Pulse GO

Seleccionar Add-ins

240

Tabla de frecuencias

1. Coloque los datos en una columna.

2. Determine el número de clases que desea.

3. Seleccione el límite superior de cada clase.

4. Escriba estos límites superiores en una columna.

5. Coloque el cursor en la celda a la derecha de la primera clase.

Seleccione Analysis ToolPak y pulse OK.

241

6. Escriba la fórmula = FREQUENCY (datos, clases) donde datos representa las

celdas donde están los datos y clases representa las celdas donde están los límites

superiores de las clases. Por ejemplo, si tiene 25 datos en la primera columna y tiene

5 clases con sus límites superiores en la tercera columna usted escribe

=FREQUENCY(A1:A25,C1:C5).

Una vez pulse ENTER aparece la frecuencia de la primera clase. Para completar las

frecuencias de las restantes clases, seleccione todas las celdas donde colocará las

frecuencias, pulse F2 y después simultáneamente ctrl. + shift + Enter. Aparecen todas

las frecuencias de las clases.

7. Si desea la frecuencia relativa, posicione el cursor en una celda a la derecha de la

primera clase.

8. Escriba = FREQUENCY(datos, clases) / COUNT( datos) . Aparece la frecuencia

relativa de la primera clase. Para completar todas las frecuencias relativas pulse F2 y

simultáneamente ctrl. + shift + enter. Aparecen las frecuencias relativas.

242

Histograma

1. Coloque sus datos en una columna.

2. Presione la pestaña de DATA.

3. Seleccione el grupo Analysis.

4. Aparece la ventana Histogram.

5. En INPUT RANGE coloque los datos seleccionando la columna donde están.

6. En BIN RANGE lo puede dejar en blanco y Excel le determina las clases o puede

Observe lo que se escribió

Límites superiores.

Celda F7 con-tiene la formula:

= FREQUENCY(B3:B64,E7:E12)

243

entrar las celdas donde usted previamente escribió los límites superiores de las

clases.

7. Seleccione CHART OUTPUT.

8. Aparece una gráfica de barras.

9. Para unir las barras, seleccione cualquier barra y pulse una sola vez. Pulse el lado

derecho del ratón y seleccione FORMAT DATA SERIES. Mueva donde dice GAP

hacia el 0. De esa forma logra que las barras se unan.

Pulse Data Analysis

Pulse Data

244

Aparece ventana. Seleccione Histogram. Pulse OK

245

Añada los datos seleccionando

Añada la columna donde están los límites superiores.

246

Pulse el lado derecho del ratón y seleccione Format Data Series.

Seleccione una barra con un click sobre cualquier barra.

Aparece esta ventana. Si la varia-ble que medimos es continua, movemos esta barra a la izquierda para unir las barras y construir un histograma.

247

Gráficas

1. Escriba los datos en una columna.

2. Seleccione la pestaña INSERT.

3. En el grupo CHARTS se encuentran las gráficas estadísticas. Seleccione la

apropiada para sus datos.

4. Si quiere editar la gráfica, seleccione la gráfica, esto se lleva a cabo colocándose

sobre la gráfica y haciendo un clic sobre el lado izquierdo del ratón.

5. En la cinta aparece una nueva pestaña denominada CHART TOOLS.

6. Esta pestaña consiste de tres grupos: design, layout y format.

7. DESIGN es para cambiar el tipo de gráfica, cambiar de fila a columna los datos,

seleccionar diferentes estilos, mover la gráfica (este comando se utiliza para colocar la

gráfica en otra hoja de trabajo)

8. LAYOUT- editar el área de la gráfica; añadir título, modificar ejes, leyenda,

etiquetas, enrejado; cambiar el fondo; llevar acabo análisis estadísticos, línea de mejor

ajuste

9.FORMAT es para editar el estilo de la gráfica

Gráfica de dispersión

1. Coloque los datos de la variable independiente en la primera columna y los de la

variable dependiente en la segunda columna.

248

2. Seleccione la pestaña INSERT, seleccione los datos. Esto se hace de la manera

siguiente: ubique el cursor en la primera fila, haga un click con el botón izquierdo del

ratón y manténgalo oprimido y arrastre hasta la última celda, suelte el botón del ratón.

Sus celdas están seleccionadas si observa todas las celdas sombreadas.

3. Busque Scatter y pulse la opción que desee, es decir, puntos.

4. Aparece la gráfica de dispersión.

5. Para escribir el título, los ejes, la leyenda, etc. seleccione la gráfica con un click.

6. En la cinta, aparece una nueva pestaña denominada CHART TOOLS.

7. Seleccione LAYOUT.

Pulse Scatter.

Seleccione INSERT

249

Aparece gráfica

Para escribir título, ejes, leyenda, etc.

Escribir título

Identificar ejes

250

Curva de mejor ajuste

A veces observamos un patrón en los datos que puede ser lineal, exponencial,

cuadrático, etc. Para ajustar esos puntos a un modelo matemático que nos sirva para

poder predecir, utilizamos las curvas de mejor ajuste. En la pantalla anterior,

observamos que los puntos son aproximadamente colineales, por consiguiente,

vamos ajustar los puntos con una recta.

1. Seleccione la gráfica con un clic.. En la parte superior, aparece la pestaña CHART

TOOLS.

2. Seleccione LAYOUT, el grupo ANALYSIS y TRENDLINE.

3. Aparece una ventana donde usted selecciona la curva de mejor ajuste que desea.

4. Una vez que aparece la recta, la puede modificar seleccionando la recta con un

click sobre la recta. Oprima el botón derecho del ratón y seleccione FORMAT TRENDLINE para modificar la gráfica.

251

Curvas de mejor ajuste.

Seleccione la curva que mejor ajuste los datos.

252

Con un click en el lado derecho del ratón aparece esta ventana. Seleccione Format Trendline para editar o modificar la recta.

253

Puede modificar el color, el grosor, el estilo.

Puede cambiar la curva.

Recta modificada. Cambio de color y más gruesa.

254

Añadir otra gráfica a un plano cartesiano

1.Coloque los datos en las celdas. La variable independiente en la primera columna y

la dependiente en la segunda.

2. Seleccione Scatter.

3. Seleccione la gráfica.

4. En la parte superior aparece la pestaña CHART TOOLS, seleccione Design.

5. En el grupo DATA seleccione SELECT DATA y ADD.

6. Seleccione los valores de la variable independiente en el espacio provisto para

SERIES X VALUES. Seleccione los valores de la variable dependiente en el espacio

provisto para SERIES Y VALUES. Le pide también el nombre de la serie, es decir, la

gráfica que añadió.

Para el primer conjunto de datos. Seleccionamos Scatter con la unión del puntos.

255

La gráfica del primer conjunto de datos.

Primero se selecciona la gráfica con un clic y después Design.

Segundo, se selecciona Select Data. Aparece ventana

Presione Add para añadir el segundo conjunto de datos.

256

Aparece ventana. Presione este botón para añadir los valores de la variable independiente del segundo conjunto de datos.

257

Seleccione la columna donde están los valores de la variable independiente.

Presione este botón.

258

Editar la gráfica

Para hacer cambios a una gráfica debe primero seleccionar la gráfica con un

click y después dirigirse a la pestaña que está en la parte superior bajo el nombre de

CHART TOOLS. Hay tres grupos, Design, Layout y Format. Dependiendo de lo que

desee editar, seleccione uno de los grupos. Por ejemplo, si desea editar el nombre de

la gráfica, seleccione Design, Select data, Select Data Source y seleccione el nombre

de la serie. Después pulse edit para editar.

Repita el mismo procedimiento para la variable dependiente.

259

Análisis estadístico

1. Entre los datos.

2. Seleccione la pestaña DATA, el grupo Análisis y Data Análisis

3. Aparece ventana donde debe seleccionar Descriptive Statistics. Oprima OK

4. Aparece una nueva ventana. En INPUT RANGE coloque las celdas donde están

sus datos.

5. En OUTPUT RANGE seleccione la celda donde desea que aparezca el análisis

estadístico.

6. Haga un clic en SUMMARY STATISTICS.

Para editar la gráfica. Título, ejes, colores.

260

7. Aparece todo el análisis estadístico de sus datos, es decir, la media, mediana des-

viación estándar, varianza, el valor máximo. El valor mínimo la cantidad de datos.

Seleccione Descriptive Statistics. Oprima OK

261

Ejemplo del análisis estadístico de los datos de los huracanes.

Fórmulas

Para incorporar una fórmula, siempre se comienza con el signo =. Existen unas

fórmulas que vienen con Excel y que se encuentran en la pestaña FORMULAS en la

cinta. Por ejemplo, si desea calcular un promedio puede construir la fórmula de prome-

dio o puede utilizar AVERAGE, fórmula que se encuentra en FORMULAS, function

library.

Mean 2.45 Standard Error 0.22 Median 2.00 Mode 2.00 Standard Deviation 1.71 Sample Variance 2.91 Kurtosis 0.61 Skewness 0.96 Range 7 Minimum 0 Maximum 7 Sum 152 Count 62

262

Seleccione FORMULAS, More Functions, Statistical.

Seleccione AVERAGE en STATISTICAL.

Seleccione una celda donde aparecerá el promedio

Seleccione la columna donde están los datos.

263

264

Apéndice B

Prontuario Del Curso

LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA PARA EL NIVEL

INTERMEDIO: FUNDAMENTOS BASICOS DE INVESTIGACIÓN

Descripción del Curso

Este curso provee las experiencias de aprendizaje necesarias que le permiten al estudiante del nivel intermedio entender los principios básicos que caracterizan la investigación científica. El curso presenta la naturaleza de las ciencias como una conjunción, tanto del conocimiento, como de la metodología de hacer ciencias. Hace especial énfasis en el desarrollo del pensamiento científico como una característica inherente a las ciencias naturales y a la utilización de los procesos de las ciencias como el modo natural para adquirir conocimiento del mundo natural en el que estamos inmersos los humanos. El enfoque constructivista, fundamentado en el método de inquirir y descubrimiento, y la solución de problemas son enfatizados en el curso como la metodología de enseñanza por excelencia. La visión de la integración curricular de las ciencias naturales (Biología, Física, Ciencias Terrestres, Química, Ciencias Ambientales) se presenta en el curso como deseable para el desarrollo de los conceptos y destrezas de la investigación científica. El propósito de este curso es desarrollar el hábito de pensar científicamente en los es-tudiantes, para que puedan ser ciudadanos con pensamiento crítico en un mundo cada vez más influenciado por la ciencia y la tecnología (Marco Curricular de Ciencias: Sección de Necesidades y Metas). Sin embargo, del mismo modo vertiginoso que se desarrollan las ciencias y la tecnología se desarrolla, al mismo tiempo, la pseudo ciencia, y cada vez, gana más adeptos en un sector de la población. El análisis crítico de estos asuntos seudo científicos requiere la eliminación de la ignorancia y la implantación del hábito de pensar científicamente en la sociedad. Entendemos que este curso provee la oportunidad y las herramientas para que los estudiantes del nivel Intermedio logren ambas cosas. Este curso tiene el valor de un crédito y está diseñando para ofrecerse en cualquier grado del nivel intermedio, aunque es ideal que se enseñe en noveno grado. En este grado los estudiantes tienen más conocimientos en las ciencias y la naturaleza integrada del mismo lo hace más sencillo para los estudiantes. No obstante esta realidad, el curso se puede dar en cualquier nivel ya que los contenidos específicos de

265

las materias (Biología, Física, Ciencias Terrestres, Química, Ciencias Ambientales) no son el objetivo del aprendizaje, sino que son el vehículo, el medio y el contexto que se utiliza para desarrollar los conceptos y destrezas de la investigación científica que es nuestra meta. Basándonos en esto es que las actividades de la Guía que acompañan este prontuario tienen los estándares, las competencias y las especificidades del grado que se considera que estaban atendidas en la actividad.

Objetivos Generales • Conocer las características de las ciencias naturales fundamentadas en la

visión Popperiana de la misma, que la distinguen de otras formas de conocimiento

• Entender la naturaleza de las ciencias y la implicación de ésta, para la solución

de problemas, el análisis crítico y el desarrollo del hábito de pensar científicamente.

• Comprender que el uso del pensamiento lógico deductivo característicos de las ciencias naturales es la herramienta esencial de la metodología científica.

• Conocer y aprender a utilizar de un modo adecuado las metodologías de

investigación de las ciencias naturales.

• Comprender la relación entre la ciencia, la tecnología y la sociedad y cómo se afectan mutuamente.

• Reconocer la importancia de las matemáticas, tanto para representar como

para analizar los datos de una investigación.

• Reconocer que la ciencia es una actividad humana que se caracteriza por la metodología de buscar y obtener conocimiento.

266

• Reconocer que durante el proceso de llevar a cabo la investigación y durante el proceso de reportar los datos y establecer conclusiones se requiere de unos

cánones de ética muy estrictos.

Objetivos específicos • Analizar las características de las ciencias naturales y diferenciar este campo

del conocimiento de otros campos del saber humano. • Identificar las características de las ciencias naturales utilizando estudios de

caso específicos. • Identificar qué problemas o preguntas representan problemas científicos y

cuáles no.

• Explicar el principio de falsacionismo de Popper contenido en la metodología científica.

• Analizar la diferencia entre ciencia y pseudo ciencia utilizando las

características de la metodología científica.

• Identificar casos específicos de pseudo ciencia y los posibles efectos de la misma en la sociedad.

• Utilizar la metodología científica como una herramienta para solucionar

problemas del mundo natural. • Identificar de modo específico, instancias donde se utilice la investigación de

tipo experimental y la descriptiva, y comprender la diferencia entre estas.

267

• Diferenciar entre el conocimiento que es científico y aquel que no lo es.

• Utilizar el modo de pensar científicamente para analizar diferentes asuntos sociales.

• Identificar instancias específicas en donde las avances científicos y

tecnológicos hayan influenciando a la sociedad, tanto de forma positiva como de forma negativa.

• Analizar cómo los avances científicos, en muchas ocasiones, dependen del

desarrollo tecnológico.

• Analizar las ciencias naturales, tanto en su metodología como en el conocimiento derivado de la misma, como un producto humano y que, por ende, no es neutral y que refleja, hasta cierto punto, los valores y creencias del científico

• Utilizar estadísticas sencillas para analizar grupos de datos y determinar los

patrones existentes para llegar a conclusiones. • Utilizar la computadora y programas afines para representar los datos en tablas

y gráficas. • Explicar cómo las tablas y gráficas son la base para organizar los datos y, a

partir de las mismas, establecer las conclusiones de las investigaciones.

• Analizar casos específicos donde se haya violentado la ética en sus diferentes manifestaciones e identificar las faltas éticas específicas.

268

Bosquejo de contenido I. La Investigación Científica A. Beneficios de la investigación B. Tipos de Investigación 1. Básica o Pura 2. Aplicada C. Lo que estudian las ciencias naturales

II. Métodos de Investigación A. Descriptiva B. Cuasi-experimental C. Experimental

III. Tipos de Variables A. Independiente B. Dependiente C. Controladas 1. Grupo Control 2. Grupo Experimental

IV. Método Científico – Metodología Científica A. Esquema de investigación científica B. Procesos de las ciencias C. Planteamiento del Problema D. Formulación de Hipótesis 1. Características de las hipótesis

269

V. Diseño de la investigación A. Recopilación de Datos B. Presentación de los datos 1. Tablas y gráficas 2. Análisis de Datos 3. Estadística Descriptiva a) Medidas de Tendencia Central 1) promedio 2) moda 3) mediana b) Medidas de dispersión 1) desviación estándar c) Tipos de Gráficas C. Establecer la conclusión a partir de los Datos D. Búsqueda de literatura 1. Diversas fuentes de Información E. La ética en la investigación científica F. La Propuesta de Investigación

270

271

272

Estrategias instruccionales 

Este curso está diseñado para que el maestro presente y desarrolle los temas utilizando la metodología de inquirir y la solución de problemas acompañadas de discusión de los conceptos de una manera profunda. El marco teórico del constructivismo se utilizará como modelo para desarrollar en el educando un aprendizaje profundo. Además, el trabajo cooperativo se utilizará como eje junto con las técnicas de: laboratorio, demostración, y discusión.

Recursos de aprendizaje Se sugiere que el estudiante, hasta donde sea posible, tenga acceso a una computadora y la Internet, ya que se integrará de un modo sistemático la utilización de esta tecnología para hacer análisis de datos y construcción de tablas y gráficas. No obstante, no es obligado que el estudiante tenga acceso a esta tecnología. La mayoría de los cálculos se pueden hacer utilizando una calculadora sencilla. Por otro lado, las tablas y gráficas se pueden construir manualmente.

Evaluación: Estrategias / instrumentos Sugerimos una evaluación y assessment continuo del conocimiento, las

destrezas y actitudes que se están desarrollando en el estudiante. La investigación moderna en esta área sugiere que tengamos una diversidad grande de instrumentos y técnicas para evaluar, de modo que podamos medir una amplia gama de los conocimientos y destrezas de los estudiantes. Entre las estrategias o instrumentos que sugerimos para esta tarea están:

Exámenes parciales (de lápiz y papel) Trabajos cortos (ej. búsquedas en Internet, preparación de presentaciones, lec-turas y discusión, etc.) Análisis crítico de investigaciones (estudio de casos) Pruebas de ejecución (se mide la ejecutoria del estudiante con rúbrica) Informes de investigaciones cortas (las de la Guía)

273

Diario reflexivo conceptual (se da una pregunta específica que el estudiante contesta en el salón en un corto tiempo sin buscar referencias) Informes orales sobre resultados e interpretaciones de investigaciones cortas (de la Guía) realizadas en la sala de clases

El valor total en puntos obtenidos por el estudiante se convertirá al porcentaje correspondiente y se utilizará la escala de notas de A, B, C, D, F; de acuerdo a la siguiente conversión: 100 – 90 % A 80 – 89 % B 70 – 79 % C 60 – 69 % D X< 69 % F

274

Bibliografía Altshuler, D. R., Medίn, J. y Nuñez E. (2004). Ciencia, Pseudociencia y

Educación. Ediciones Callejón. San Juan P. R.

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280

Apéndice C

PREPARACIÓN DE UNA PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN

EL PROBLEMA Explicar el problema y su importancia en el campo de la investigación científica. Preguntas para guiar el proceso de reflexión 1. ¿El problema se establece de forma clara y definida? 2. ¿Aparecen las variables que se quieren investigar? ¿Se justifica la importancia del mismo?

INVESTIGACIONES RELACIONADAS (REVISIÓN DE LITERATURA) Resume la literatura sobre investigaciones relacionadas con el tema que deseas investigar. Debes de citar por lo menos cinco (5) (o aquellas exigidas por tu profesor) trabajos de importancia o relevancia al tema. Discute tu trabajo propuesto en términos de las investigaciones previas. Establece las diferencias entre tu trabajo y los trabajos encontrados en la literatura. Es importante considerar los siguientes elementos. Preguntas para guiar el proceso de reflexión 1. ¿Es la literatura revisada reciente? 2. ¿Son las fuentes de información confiables? 3. ¿Está la literatura bien resumida y discutida a tono con el problema planteado?

¿Resulta lógica y coherente para el lector?

OBJETIVOS (HIPÓTESIS) Especifica los objetivos (propósito) del estudio y la hipótesis. La relación entre éstos y el problema debe estar clara. Esta sección puede ser utilizada como base para juzgar el resto de la propuesta, por lo tanto es importante que lo que se presente en esta sección sirva de guía para establecer la metodología.

Preguntas para guiar el proceso de reflexión 1. ¿Si la investigación es de tipo experimental se establece la hipótesis de modo

adecuado? 2. ¿Están claros y son específicos los objetivos? ¿Guardan relación directa con

la metodología? 3. ¿Pueden las hipótesis y los objetivos ser sometidos a prueba mediante la

metodología científica? 4. ¿Se establecen predicciones que se pueden someter a prueba?

METODOLOGÍA Esta sección provee la base para evaluar la propuesta y debe ser cónsona con la sección anterior. La descripción del método a utilizarse establece la viabilidad o realidad del trabajo en términos operacionales. Debe ser específico en cuanto a:

Muestreo y tamaño de la muestra Describe el grupo o área de donde se obtendrá la muestra, el método de muestreo y si es posible, establece el tipo de análisis estadístico que será utilizado y que sea apropiado para el método de muestreo. Indica cuáles serán los grupos controles y experimentales y qué criterios se utilizarán para agruparlos de esa manera.

Diseño de la investigación: Descriptivo o Experimental Un buen diseño experimental debe separar y/o controlar las variables que puedan tener algún efecto en la experimentación. Considera los siguientes aspectos.

• Las variables dependientes e independientes deben de estar claramente

281

identificadas.

• Identificar la forma en que van a ser manipuladas las variables independientes.

• Indicar los diferentes tratamientos que se aplicarán a los grupos

• Identificar la forma en que medirán las diferencias entre las variables. Establecer las formas en que se relacionarán las partes del diseño con las hipótesis.

Datos e instrumentación Indica la forma de obtener los datos e identifica los instrumentos que se utilizarán para obtener los datos y cuan confiables son eso instrumentos.

Análisis Indica los métodos que utilizará para hacer los análisis de la hipótesis. El análisis tiene que estar a tono con el diseño experimental y el método de muestreo.

Tiempo Hay que ser realista con el tiempo que necesitarás para la solución del problema planteado. Para tener una idea clara de cuanto tiempo es necesario, la investigación literaria tiene que haber sido profunda y exhaustiva.

BIBLIOGRAFÍA (REFERENCIA) Para un estudiante, ésta es una de las partes más difíciles de la investigación. Es importante que se recuerde al estudiante que donde obtuvo la información requerida anote la bibliografía en una tarjeta índice.

282

Ejemplo de un libro: Biggs A., Kapicka C. & Lundgren L. (2002). Biología, la dinámica de la vida.

Colombia: Mc Graw Hill Ejemplo de un artículo en revista: Karmondy, E. J., (1990). Ethics and Values in the Biology. Classroom. The Amer. Biol. Teacher. Vol. 52(7): 403 – 407. Ejemplo de un periódico:

Hermann, C., “Fun with Fungi”. Science Scope, November, 2006 Información de una entrevista:

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wiki/Oscurecimiento_global

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