Más allá de lo visible: Experiencias demostrativas en Ciencias Naturales.

Las experiencias demostrativas estimulan a los estudiantes a buscar su propia explicación de lo que observan (Dudareva, 2017), en las ciencias naturales permiten el entendimiento de fenómenos mejorando así sus habilidades de pensamiento, dado que intentan explicar lo observado usando preconceptos, teorías y patrones, llegando a generar ideas más allá de lo visible y tangible.

En el marco académico del Diplomado Didáctica de las Ciencias Naturales se hizo el reconocimiento de las tipologías de la actividad experimental y su aplicabilidad en el quehacer docente, este modulo orientado por el Profesor en Física de la Universidad Central José Orlando Organista Rodríguez, permitió como se evidenciara en la siguiente publicación evidenciar que las “actividades demostrativas se originan en situaciones que revelan un mecanismo oculto” como lo afirma Organista (2024) permite utilizar la observación de experiencias en el desarrollo de procesos hipotético-deductivos, que en la búsqueda de ¨lo oculto¨ se construye saber de forma significativa para el estudiante.

¿Qué son las experiencias demostrativas?

Son experimentos centrados en la observación de un fenómeno, que en el aula de clase propicie las condiciones para entender los fenómenos que son objetos de formalización académica y establecer relaciones entre lo explicado y lo observado (Marulanda y Gómez, 2006), lo cual estimula la habilidad investigativa y el pensamiento abstractico-deductivo.

Las experiencias demostrativas “deben ser de autenticidad científica, accesibles, claros y que ilustren los conceptos que se quieren mostrar con ellos, por lo que se debe tratar de realizarlos con materiales no muy especializados de tal manera que el alumno pueda relacionarlos con el entorno” como lo indica García (2002), por ello esta estrategia requiere de unas etapas (esquema 1), enfocadas a la planeación intencionada de la experiencia, la ejecución reflexiva y facilitadora de la experiencia hasta el espacio de formalización de saber.

¿Cómo se plantean las experiencias demostrativas en el aula de Ciencias?

Etapa 1.

La primera etapa (esquema 1) es planificar el experimento, se debe especificar el objetivo de aprendizaje, entendido como el propósito didáctico que establezca el docente, se detalla que en el uso de la experimentación como recurso didáctico en las Ciencias Naturales, este objetivo debe retar a estudiante y propiciar el desarrollo de habilidades.

La panificación será producto en gran parte del dominio del docente en principio del saber disciplina detrás al fenómeno escogido como objeto de estudio y del saber didáctico detrás de la transposición didáctica del mismo, lo que en conjunto se conoce como el Saber Pedagógico del Docente (Sánchez & González, 2016; Zavala, 2017 en Arrepol, 2024) .

Desde la integralidad de saberes que vinculan un fenómeno el docente puede propiciar relaciones, analogías que motiven a experiencia hacia el pensamiento científico de forma intencionada, y como lo señalan Caluguillin (2024) y Farinango (2024) enriquecen la reflexión pedagógica y didáctica, lo que puede propiciar proceso investigativos de gran interés para investigadores, docentes en pro de la construcción de una educación mas disruptiva.

En la organización del experimento se tiene en cuenta cada detalle o posible respuesta con base a los presaberes de los estudiantes. Es importante revisar que este aspecto es fundamental tener claro la población estudiantil, determinar, probar los materiales, equipos que se requieran así como la intencionalidad del uso de los mismos (Bellot et. al, 2007).

Estos procesos asociaran la formulación de tareas que orienten el cumplimiento del objetivo así como el uso de los presaberes en el desarrollo de las mismas, recordar que la disrupción se genera gracias a la diversificación de las tareas.

Etapa 2.

Luego, en la etapa de la realización del experimento (esquema 1), el docente actúa como facilitador y propiciador de discusiones, reflexiones y motiva a los estudiantes a generar ideas, modelos que expliquen, que den razón y generen conexiones entre cada observación frente al fenómeno presente en la experiencia, que en concordancia con Fröbel, Pestalozzi, Piaget, Vygotsky y Montessori (Moya, 2024), se propicia el desarrollo cognitivo, social y emocional de los niños, resaltando su papel en la construcción del conocimiento.

Etapa 3.

En el desarrollo cognitivo, se espera como lo menciona Bellot et. al (2007) que se presenten preguntas o resultados o esperados, por ello, el docente debe ser flexible y fomentar la autonomía y la responsabilidad frente al proceso de aprendizaje por parte de los estudiantes. La ultima etapa (esquema 1), se centra en la evaluación del experimento, entendida esta evaluación como reflexión sobre las dos etapas anteriores, reconocimiento las habilidades desarrolladas, a desarrollar en el cumplimiento de las tareas y en función al objetivo de aprendizaje.

¿Qué es ROMEO?

En el espacio del Diplomado, el profesor José Organista establece el circulo de aprendizaje ROMEO, compuesto por la Realización, enfocada a la experimentación nata con los materiales (imagen 1) dadas las indicaciones de la guía de clase; la Observación del fenómeno, en este caso específico el movimiento del tubo de PVC por la atracción o repulsión de materiales previamente frotados con una retal de piel.

Se continua con la Modelización, es decir la realización de modelos explicativo, representativos que den razón del fenómeno observado; se realiza la formalización del conocimiento Estableciendo ideas, teorías y explicaciones que propician la construcción de conocimiento por parte de los estudiantes. Por ultimo, se Opera, es decir, se realizan experiencias controladas, con sentido y que estén orientadas para la demostración de las ideas establecidas y den visualización a los modelos construidos en el marco de las Ciencias Naturales.

Como se puede evidenciar, este modelo, al igual que el postulado de Jerome Bruner (Martínez y Zapata, 2024), sostiene que el docente actúa como el orientador del proceso proporcionando el problema y las herramientas necesarias, propiciando la curiosidad el interés por la experimentación denota la discusión en el proceso del ciclo de aprendizaje ROMEO estableciendo una ruta que permita al construcción de conocimiento colectivo, grupal e individual.

ROMEO “dónde estas que no te veo”

Cómo Julieta buscando a a Romeo (imagen 2), digamos que Romeo es el fenómeno en estudio, Julieta en principio ve el panorama, en este caso los materiales suministrados por el Profesor Organista, se inicia con la experiencia, en la cual se inicia con la realización de experiencias, la búsqueda de Romeo.

Luego, se organizan dichas observaciones, se llega a reconocimiento de patrones de búsqueda, generar modelizaciones que den razón a lo visible, para luego ir más allá de lo visible; acercarse a Romeo con hipótesis y explicaciones que en el proceso de establecimiento den luces sobre el fenómeno (que, porque, como, etc), para culminar con la operabilidad, la aplicabilidad de los saberes en la predicción de nuevas experiencias, nuevos acercamientos con el fenómeno, recorriendo el ciclo de aprendizaje propuesto por Organista (2024):

Etapa 1. Realización

R1: Se acerca una varilla a otra que está en el soporte giratorio.

R2: Con tela de seda,  frotar simultáneamente los extremos de las dos “varillas amarillas” con la tela de seda. Poner una de las varillas sobre el soporte giratorio y acercar la otra por los extremos frotados.

R3: Frotar simultáneamente por la punta las dos “varillas de vidrio” con la tela de seda. Poner una de las varillas sobre el soporte giratorio y acercar la otra por los extremos frotados.

R4: Frotar simultáneamente por la punta las “varillas amarilla y de vidrio” con la tela de seda. Poner una de las varillas sobre el soporte giratorio y acercar la otra por los extremos frotados.

R5: Frotar simultáneamente por la punta las dos “varillas metálicas” con la tela de seda. Poner una de las varillas sobre el soporte giratorio y acercar la otra por los extremos frotados.

Gracias a cada una de las experiencias se evidencia que las varillas puedes no moverse en contacto una a la otra o moverse, sea por una repulsión (video 1) o un atracción (video 2) entre ellas.

Se realiza el registro de las observaciones, evidenciándose que las realizaciones generan patrones que permiten analizar las variables que se relacionan con el movimiento de las varillas. Legando a determina que si estas son de un material diferente al PVC como lo es el vidrio como se muestra en el siguiente video se genera una fuerza atractiva:

Etapa 2. Organización

Luego se procede a la Organización de los datos obtenidos a partir de las primeras realizaciones:

MATERIALES	PLÁSTICO	MADERA	VIDRIO	ALUMINIO
PLÁSTICO	SI, SE REPELE	NO	SI, SE ATRAE	NO
MADERA	NO	NO	NO	NO
VIDRIO	SI, SE ATRAE	NO	si, tenue	NO
ALUMINIO	NO	NO	no	NO

Se evidencia que se utiliza como categorías de organización el materia de ambas varillas y el comportamiento, en función de las fuerzas de tracción o repulsión presentes o ausentes en cada realización. Se puede ver que en esta etapa se realiza un acercamiento a los saberes requeridos para el estudio del fenómeno visible, como lo señala Bellot et. al (2007) es propiciado por las tareas propuestas por el docente.

Etapa 3. Modelización

Ahora, se inicia con la etapa del Modelado, en el cual se genera el primer acercamiento de las causas frente a lo observable, se relacionan los presaberes, ideas y pensamientos con lo percibido en cada experiencia. Se puede explicar con facilidad con el siguiente video:

El video permite evidenciar que la presencia de polos (positivos y negativos) generados por la frotación de la tela de seda que carga el material (PVC, Madera o Vidrio) permite evidenciar una fuerza de atracción, cuando dichas cargas son contrarias o una fuerza de repulsión, si estas cargas son iguales. Esta carga eléctrica se estudia en la electrostática, es decir a la presencia de interacciones eléctricas entre dos cuerpos que están estáticos, es decir no se están moviendo.

Etapa 4. Establecimiento y extensión.

Se llega a la resolución de preguntas orientadoras, que permitan la formalización y la explicación del fenómeno, más allá de lo visible, es decir llegando a afirmaciones de aspecto que no son percatados por los sentidos.

1. Se comienza con varillas del mismo material por que es necesario que lo que le está pasando a una, le pase de igual manera a la otra. con eso se garantiza que se cargan estáticamente ambos materiales .
2. Frota porque es necesario el incremento energético en el material , para que se provoque  la excitación de los electrones e influye en el ceder o aceptar electrones.
3. El uso de distintos materiales, nos muestra que no todos se comportan de la misma manera y de igual manera el uso de distintos materiales, con los cuales se logra evidenciar 

Al estar en un escenario propiciado por Docentes, en este espacio surge la reflexión didáctica (Arrepol, 2024) de esta estrategia, surgiendo la idea, de llevarlo en el campo de la QUÍMICA en el estudio del estudio del PARAMAGNETISMO Y DIAMAGNETISMO. Propiedad Física que tiene su origen en la estructura de la molécula misma e internamente de la naturaleza electrónica de sus átomos, dada su configuración paramagnética o diamagnética (video 4).

Etapa 5. Operación

Se realiza la búsqueda de la presencia de este fenómeno en otros contextos. En esa búsqueda, se plantea la transposición de esta estrategia didáctica en el aula.

Implementación Didáctica

Estudio micro-molecular de las propiedades magnéticas de las sustancias

En función al estudio de las propiedades de los elementos químicos desde la configuración electrónica en grado séptimo para segundo trimestre, se realiza un proceso de aprendizaje significativo dado que se asocia el estudio de la configuración electrónica en función al estudio de la presencia de electrones desapareados y apareados, dado que las sustancias paramagnéticas son atraídas débilmente por un imán, ya que los
electrones se encuentran desapareados, al interactuar con el campo magnético del imán, provoca una fuerza de atracción; mientras que las sustancias diamagnéticas no son atraídas por un imán o bien son repelidas ligeramente.

Si los electrones se encuentran apareados, presentan espines opuestos, y por lo tanto no existe un campo magnético neto, se da entonces el fenómeno del diamagnetismo. Para que dicho fenómeno fuera comprendido se hizo una actividad experimental, que fomenta el aprendizaje
por la acción, dado que juega como papel importante actuar en forma práctica en relaciones complejas.

Propuesta didáctica en experiencias demostrativas

La actividad experimental demostrativa se basa en la identificación del comportamiento de algunos materiales (tijeras de metal, clips metálicos y de plástico, tapa de plástico y papel) al poner en contacto un imán, así, si dicho material era atraído seria clasificado como paramagnético y si este no se veía afectado o era repelido por el imán seria diamagnético, mediante dicha información de investigaría el material que componen el material y se asociaría con la configuración electrónica del átomo implicado.

Etapas del ciclo de aprendizaje ROMEO

• Realizar: Se solicita que realicen 5 experiencias (señaladas en las imágenes 3 a la 6)
• Organizar: señalar los patrones observables en los resultados y organizarlos en una tabla de datos.
• Modelizar: Establecer causas por medio de los saberes presentes sobre configuración electrónica/ electrones apareados y desapareados.
• Establecer: Generar explicaciones
• Operar: Revisar dichos fenómenos en el comportamiento de os imanes con metales como el hierro o el cobre.

A modo de conclusión

Dado que, en este contexto, los estudiantes de séptimo logran reflexionar a medida que realizan el experimento, no solo cuestionan a su saber sobre el paramagnetismo y el diamagnetismo si no comprenden la importancia de que en el átomo haya o no haya electrones desapareados. Estableciendo relaciones entre el fenómeno y su explicación a nivel atómico, desarrollando así la habilidad de explicación de fenómenos y algunas habilidades indagativas como lo es la realización de observaciones, análisis de resultados la construcción de conclusiones.

Se evidencia que el uso de experiencias demostrativas generan curiosidad, que las tareas intencionadas promueven el desarrollo de habilidades de pensamiento y bajo el ciclo de aprendizaje, estas estrategias permiten el desarrollo de habilidades investigativas que al ser lideradas por el estudiante presentan un mayor significado (Bellot et. al, 2007; Martínez y Zapata, 2024) y trascenderá para la vida y no solo para un propósito valorativo.

Por ello, esta estrategia didáctica bajo el ciclo de aprendizaje ROMEO no solo promueven la experimentación de forma intencionada que oriente proceso cognitivo del macro al micro-mundo, si no que en la practica pedagógica permite realizar reflexiones, ajustes y establecer relaciones didácticas horizontales.

Créditos

Autores: Licenciada en Biología Diana Carolina Medina, Licenciada en Física Nancy Parra Otálora Lic. en Física y Licenciada en Química Danna Marcela Herrera

Editor: Master Ingeniero Carlos Iván Pinzón Romero y Magister José Orlando Organista Rodríguez

Código: UCDECCOL

Universidad: Universidad Central

Arrepol Santos, C. (2024). CONFIGURACIÓN DE SABER PROFESIONAL -PEDAGÓGICO DEL PROFESOR NOVEL DE HISTORIA. ENTRE LA AGENCIA Y EL PESO DE LA PROFESIONALIZACIÓN. Revista Reflexión E Investigación Educacional, 6(2), 1–10. https://doi.org/10.22320/reined.v6i2.6796

Bellot D., Cantero A., Losada J. y Menéndez A.(2007) EL EXPERIMENTO DEMOSTRATIVO EN LAS CLASES DE CIENCIAS
NATURALES DE SECUNDARIA BÁSICA: UNA VARIANTE METODOLÓGICA
PARA SU DESARROLLO Y PERFECCIONAMIENTO. Rev. Ensaio. 9(2)  p.290-304

Caluguillin Cadena, Ligia Elena (2024) Sistematización de la clase demostrativa titulada “Las partes de la planta” desarrollada en segundo grado B de educación básica de la Unidad Educativa Nasacota Puento, año lectivo 2023-2024.

 Dudareva I., Paulins P.,  Bruneniece A. y Salszirnis A. (2012) How can it be? Teaching/learning physics by interactive demonstrations. The World Conference on Phisycs Education. https://pure.hva.nl/ws/portalfiles/portal/7199909/WCPE_program.pdf

Farinango Pillajo, Jaime Humberto (2024) Sistematización del proceso de la clase demostrativa con el tema “El sistema solar”, desarrollada en el tercero “C” de educación básica de la Unidad Educativa Nasacota Puento, año lectivo 2023 - 2024 

García P. (2002) EL USO DE EXPERIMENTOS DEMOSTRATIVOS EN LA ENSEÑANZA DE LA DINAMICA. UNIVERSIDAD AUTONOM A DE NUEVO LEON
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Martinez L. y Zapata V. (2024)  de Aprendizaje por Descubrimiento de Jerome Bruner, en el Proceso de Formación Científica Básica de las Ciencias Naturales en los Estudiantes de Segundo Grado del Colegio Metropolitano del Sur del Municipio de Floridablanca pág. 7698 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14186Teoría