Experimentos discrepantes: ¿Magia o Ciencia?

Los experimentos discrepantes son una herramienta invaluable para hacer que la ciencia sea más atractiva y comprensible para los estudiantes, debido a que, fomenta la curiosidad, el pensamiento crítico y la construcción de conocimiento, estos experimentos contribuyen a una educación científica más significativa y enriquecedora.

¿Por qué experimentos discrepantes?

Los experimentos discrepantes son una herramienta pedagógica fundamental en la enseñanza de las Ciencias Naturales. Estos experimentos, producen resultados inesperados o contrarios a lo que se espera según la teoría o las leyes conocidas, lo que genera sorpresa o incomodidad en los estudiantes. La característica principal de estos experimentos es que, al generar una discrepancia entre lo que los estudiantes esperan y lo que realmente ocurre, inducen una reflexión crítica y un cuestionamiento de los principios científicos previos, lo que promueve un aprendizaje activo y el desarrollo del pensamiento científico.

Sin embargo, se requiere una planificación cuidadosa para asegurar que la discrepancia conduzca a una reflexión constructiva, lo que conlleva a que los beneficios en términos de motivación, comprensión conceptual y desarrollo de habilidades científicas sean significativos. Por consiguiente, se sugiere que estos experimentos deben integrarse de manera flexible y adecuada dentro del plan de estudios, asegurando que se aprovechen sus potenciales en términos de resolución de problemas y desarrollo del pensamiento crítico.

Características principales de los experimentos discrepantes

Las principales características de los experimentos discrepantes, son:

1. Incertidumbre o sorpresa: Los resultados no se alinean con las expectativas comunes de los estudiantes, lo que provoca sorpresa o desconcierto. Este choque cognitivo puede ser una herramienta muy poderosa para captar la atención y motivar la curiosidad.
2. Generación de preguntas: Los estudiantes son motivados a formular preguntas sobre las razones detrás de los resultados inesperados, lo cual fomenta el pensamiento crítico y el análisis científico.
3. Reflexión sobre conceptos científicos: Los estudiantes revisan y reconsideran sus conceptos previos, en consecuencia, comprenden la teoría detrás de los resultados. Por lo tanto, este proceso de revisión y corrección es crucial para consolidar el conocimiento científico.
4. Desarrollo de habilidades científicas: Los estudiantes desarrollan habilidades como la observación, la predicción, la formulación de hipótesis, el análisis de datos y la comunicación de los resultados, que son esenciales en la práctica científica.
5. Clarificación de conceptos erróneos: Los estudiantes logran identificar y corregir conceptos erróneos o mal entendidos sobre los fenómenos científicos, a través de los experimentos discrepantes.
6. Interactividad y participación: Los experimentos discrepantes hacen que el aprendizaje sea más significativo y personalizado, debido a que los estudiantes participan activamente en clase.

Importancia en las Ciencias Naturales

Los experimentos discrepantes en la enseñanza de las Ciencias Naturales es multifacética, ya que promueve:

• Fomento de la curiosidad y el pensamiento crítico: Al desafiar las expectativas previas, los experimentos discrepantes provocan una reacción emocional y cognitiva que puede llevar a los estudiantes a cuestionar sus concepciones, lo que es un paso esencial en el desarrollo del pensamiento científico.
• Construcción del conocimiento: Permiten a los estudiantes confrontar teorías previas con evidencia empírica y ajustar sus ideas para construir un conocimiento más robusto y fundamentado. Este proceso de ajuste se alinea con el enfoque constructivista del aprendizaje, donde los estudiantes construyen su comprensión a partir de la experiencia directa y la reflexión.
• Mejora de la retención del conocimiento: Estudios indican que el uso de experimentos discrepantes no solo facilita la comprensión, sino que también mejora la retención de la información, ya que las experiencias que provocan sorpresa son más fáciles de recordar.

En resumen, los experimentos discrepantes son una estrategia didáctica importante que, no solo hace que los estudiantes se involucren activamente con los contenidos de las Ciencias Naturales, sino que también facilita el desarrollo de habilidades científicas esenciales.

Además, son efectivos en la enseñanza de las Ciencias Naturales porque generan una discrepancia cognitiva entre lo que los estudiantes esperan que ocurra y lo que realmente ocurre en la práctica. Esta discrepancia despierta la curiosidad de los estudiantes, los motiva a investigar, y los impulsa a cuestionar sus ideas previas, lo que facilita el aprendizaje de conceptos científicos complejos. Por otro lado, son una estrategia activa de enseñanza que permite a los estudiantes experimentar de manera directa con fenómenos que desafían sus concepciones. Finalmente, este proceso de aprendizaje se apoya en el enfoque constructivista, es decir, los estudiantes reconstruyen su comprensión a partir de la confrontación con la evidencia empírica.

Aprendizaje Universidad Central

En el marco del Diplomado en Ciencias Naturales de la Universidad Central, se implementó una clase de experimentos discrepantes diseñada por el docente José Orlando Organista Rodríguez, el experimento se denominó “Soplador Mágico”, donde se destacó las ventajas pedagógicas de la metodología de experimentos discrepantes. A continuación, se comparte el documento de referencia para el desarrollo de la clase, el cual estuvo dividido en 5 momentos.

Momentos PODSE de los experimentos discrepantes

Predicción

En este momento el docente José Orlando Organista Rodríguez, antes de realizar el experimento, plantea una premisa, donde invita a los participantes a pensar y argumentar una suposición que de respuesta a sus preguntas orientadoras, por ejemplo; “si se sopla por la boquilla A, ¿qué le sucede a la bolita de balso que está en la posición indicada? ¿Por qué? “.

Observación

Terminada la predicción, se desarrolla la observación, es decir, es el momento de realizar el experimento y mirar muy atentamente lo que ocurre.

Discusión

En esta etapa, después del experimento, es momento de discutir lo observado. En consecuencia, se compara las observaciones con las de otros compañeros, y finalmente, con la predicción inicial.

Síntesis y Conclusión

Desarrollada la discusón, en esta etapa, se resume lo que se ha aprendido del experimento, es decir, se busca conectar las observaciones con el conocimiento central del experimento. Por ejemplo, en el soplador mágico, se exploran conocimientos como: diferencias de presiones y fuerzas, fluidos en movimiento y en reposo. Por lo tanto, la síntesis ayuda a construir una comprensión más profunda del fenómeno que se está estudiando.

Extensión

Finalmente en la extensión, una vez entendido el experimento, se puede pensar en nuevas preguntas o experimentos relacionados, es decir, realizarlo en otros contextos.

A continuación, se puede observar algunas de las etapas del experimento discrepante “Soplador mágico”, orientado por el docente José Orlando Organista Rodríguez.

Práctica con los estudiantes: Experimentos discrepantes

Una vez desarrollado el experimento discrepante “soplador mágico”, se tomó como referencia para la aplicación de una clase en los colegios de Colsubsidio. En consecuencia, se realizaron dos experimentos discrepantes, el primero denominado “La serpiente del faraón” y el segundo “Burbujeando de vida”. A continuación se describen las dos experiencias.

La Serpiente del Faraón

Este experimento se realizó con padres y madres de familia de un colegio de Colsubsidio. Es un experimento de química en el que, al mezclar ciertas sustancias y encenderlas, se forma una especie de “serpiente negra” que crece rápidamente. ¡Parece magia!

Los materiales utilizados fueron arena, bicarbonato de sodio, azúcar , alcohol 70% y un vidrio de reloj. Ahora bien, siguiendo la ruta explicada por el docente José Orlando Organista Rodríguez, se procede a realizar el experimento discrepante, con sus respectivas cinco etapas que se describen a continuación:

Predicción

Siguiendo las características de esta etapa y con la finalidad de que los padres y madres de familia realicen sus suposiciones, se procede a preguntar:

• ¿Por qué se llama la serpiente del faraón? ¿Qué funcion cumplir cada uno de los reactivos a utilizar? ¿Por qué es importante la arena? y ¿Si el vidrio de reloj no es para hacer calentamiento, por qué no se explota durante el desarrollo de la práctica?

Ahora bien, dentro de las suposiciones de los padres y madres de familia encontramos que ellos pensaban en que al encender una mezcla de sustancias, simplemente se quemaría o explotaría, muy pocos esperarían que se forme una estructura tan llamativa como una serpiente.

Observación

Conocidas las predicciones de los padres y madres de familia se realiza el expermiento. Dentro de las observaciones realizadas por ellos, encontramos:

“Lo más sorprendente es ver cómo la mezcla, al entrar en contacto con el fuego, comienza a expandirse y a formar una especie de columna negra que se eleva y se mueve, simulando una serpiente”

Discusión

Para la discusión, se pregunta a los participantes ¿Por qué sucede esto? ¿Qué hace que la mezcla se comporte de esa manera?

Una vez, realizadas las preguntas, se orienta a los participantes con las siguientes explicaciones:

El alcohol actúa como un combustible, permitiendo que el azúcar y el bicarbonato de sodio puedan reaccionar. Además, el vidrio de reloj  no se rompe debido a que la arena es un aislante. Finalmente, la reacción química que ocurre produce gases que hacen que la mezcla se expanda y se forme la “serpiente”.

Síntesis y Conclusión

La experiencia parte desde un contexto de reacciones químicas exotérmicas , donde se evidencia un reacción de descomposición. Es decir, el bicarbonato de sodio se descompone en dióxido  de carbono y óxido de sodio. El dióxido de carbono (gas) al tratar de salir y no encontrar por donde , debido a la caramelización del azúcar, por lo tanto, hace que esta crezca como si fuese una serpiente. Por otro lado, la composición de areana, que es de óxido de silicio, tiene un alto poder de absorción de calor. Por consiguiente, evita que la energía calórica generada por la reacción pase al vidrio de reloj.

Extensión

Finalmente en la extensión, una vez entendido el experimento, se presentaron las siguientes preguntas y experimentos:

¿Qué otras sustancias pueden producir reacciones similares? ¿Cómo podemos controlar el tamaño y la forma de la “serpiente”? Podemos experimentar con diferentes proporciones de los ingredientes o con otras sustancias para ver qué sucede.

Burbujeando de Vida

Este experimento se realizó con estudiantes de bachillerato de un colegio de Colsubsidio. Es un experimento de biología, consiste en la observación de producción de oxígeno en Elodea, tras el proceso de fotosíntesis.

Los materiales utilizados fueron una rama de Elodea, bicarbonato de sodio, agua, linterna. Ahora bien, siguiendo la ruta explicada por el docente José Orlando Organista Rodríguez, se procede a realizar el experimento discrepante, con sus respectivas cinco etapas que se describen a continuación:

Predicción

El experimento lo orientaron dos estudiantes de grado sexto, ellas plantearon la siguiente premisa, con la finalidad de los participantes realizarán sus respectivas suposiciones:

“La planta de elodea esta bajo agua con bicarbonato de sodio y se expone a la luz de una linterna” ¿Qué crees que pasará?. Dentro de las suposiciones de los particpantes, para la mayoría, la elodea iba a relizar el proceso de respiración y producir dióxido de carbono. Por otro lado, para algunos participantes, la planta no iba a ser afectada por la linterna. Finalmente, el bicarbonato iba afectar negativamente la planta e iba a morir.

Observación

Se realiza el experimento y se conocen las observaciones de los participantes, entre ellas y con sorpresa: ¡aparecen burbujas!

Discusión

Para esta etapa, los participantes se preguntan: ¿Por qué salen esas burbujas? ¿De dónde viene el oxígeno? , por lo cual, las estudiantes explican que las plantas utilizan la energía luminosa, el agua y el dióxido de carbono para producir su propio alimento y, como producto de este proceso, liberan oxígeno.

Síntesis

Esta experiencia consiste en el proceso de fotosíntesis en plantas. Para este proceso, la planta necesita dióxido de carbono, energía luminosa y agua. Con estos reactivos, las plantes logran formar como productos, glucosa y oxígeno.

Por lo tanto, las estudiante explican que en el experimento, la Elodea utiliza el bicarbonato de sodio, el agua y la luz de la linterna, para realizar su proceso de fotosóntesis y así lograr producir glucosa y oxígeno, este último, son las burbujas que se observan.

Extensión

Finalmente en la extensión, una vez entendido el experimento, se presentaron las siguientes preguntas y experimentos:

¿Qué pasaría si ponemos la Elodea en la oscuridad? ¿Y si usamos una luz de otro color? Se pueden realizar más experimentos para observar y analizar cómo afectan diferentes factores a la fotosíntesis.

Conclusiones

Finalmente, los experimentos discrepantes son una herramienta pedagógica que nos permitió evidenciar los conocimientos previos de los estudiantes. Asimismo, contrastarlos en su quehacer cotidiano permitiendo la aplicación, indagación y argumentación de fenómenos naturales.

En conclusión, es una estrategia que desarrolla el pensamiento crítico, en consecuencia, el estudiante se ve obligado a cuestionar sus preconceptos y los de sus compañeros, desarrollando nuevas alternativas de solución. Por lo tanto, permite que el estudiante desarrolle  habilidades del siglo XXI.

Por último, es importante que los docentes se cualifiquen en las experiencias, es decir,  considerar objetivos, materiales y una realización de la práctica antes de la puesta en marcha  del experimento. Debido a que, es una  experiencia donde el centro del aprendizaje no es el docente si no el estudiante, quien se convierte en el gestor de su aprendizaje

Créditos

Autor: Magíster Licenciada en Biología Lesly Ximena Silva Fernández, Magíster Licenciado en Química José Javier Pelayo Monroy

Editor: Magíster e Ingeniero Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCDECCOL

Universidad: Universidad Central

Fuentes

Barbosa, L. H., Mora, C. E., Talero, P. H., & Organista, J. O. (2011). El Soplador mágico: un experimento discrepante en el aprendizaje de la ley de presión hidrodinámica de Bernoulli. Revista Brasileira de Ensino de Física, 33(4), 4309. https://doi.org/10.1590/s1806-11172011000400009

Barbosa, L. (2009). Los experimentos discrepantes como instrumento mediador en el desarrollo de la intuición física. Tecné, Episteme Y Didaxis: TED. https://doi.org/10.17227/01203916.242

Corre, J. M. & Amado, O. D. (2020). Experimentos discrepantes una herramienta pedagógica para incentivar el aprendizaje de la Física en estudiantes del ciclo B en la Institución Educativa San Francisco de Asís. http://hdl.handle.net/20.500.12209/12762.