Mundo acuático-experimentos prácticos de “Earthlerningidea” Teach article

¿Necesitas inspiración para enseñar a tus alumnos acerca del agua dulce en la Tierra? Prueba con estas ideas de Earthlearningideas para actividades en el aula que pueden realizarse con muy poco equipamiento.

La importancia del agua

El agua es una de las características que define a la Tierra. La mayor parte del agua es salada (alrededor del 97%) mientras que el agua dulce representa solo el 2,5%, estando la mayoría en forma de hielo. Para el agua dulce líquida (0,8% del total del agua de la Tierra), la proporción de agua superficial/agua subterránea es de alrededor del 1:25.

Toda el agua de la Tierra. Haz clic en la imagen para agrandar. Howard Perlman/USGS, Jack Cook/Woods Hole Oceanographic Institution Adam Nieman, Igor Shiklamonov, public domain

Aunque el agua líquida continental es una pequeña parte del abastecimiento de agua de la Tierra y está distribuida heterogéneamente, es la parte que más afecta la vida humana y dirige procesos importantes sobre la tierra.

Los procesos del agua en la tierra están conectados al ciclo global del agua, el cual mueve el agua y el calor a través del océano, la atmosfera, la biósfera y los continentes.

“Para entender, conservar, preservar y proteger el agua”,[1] es importante entender los procesos que tienen lugar en la tierra, pero también conectarlos a la visión general del ciclo global del agua. Esto es particularmente cierto en un planeta en calentamiento, donde el crecimiento de la población aumenta la necesidad de un recurso limitado –agua dulce limpia- la cual se ve afectada por varias presiones antropocéntricas.

La importancia del agua dulce es fundamental para uno de los Objetivos de Desarrollo Sustentable de la Agenda 2030 (SDG, del inglés Sustainable Development Goals, no. 6 – Agua limpia y Sanitización) identificado por las Naciones Unidas. El cambio climático y el crecimiento de la población ya están provocando una crisis global por el agua. Actualmente, la asombrosa cantidad de 2.2 billones de personas no tienen agua potable. Se predice que para el 2050, alrededor de 5 billones de personas (más de la mitad de la población mundial) tendrán que enfrentar problemas de estrés hídrico.

Por estas razones, en el 2021, la Semana de las Ciencias de la Tierra se enfoca en el tema del agua, particularmente en su importancia para los seres vivos.

En este artículo, les presentamos dos actividades prácticas seleccionadas de “Earthlearningidea”, que abordan los procesos del agua. Earthlearningidea es una página web que cuenta con una colección de actividades educativas sobre geociencia. Estas actividades incluyen diversos tópicos presentados en el currículo escolar basados en la estrategia de la aceleración cognitiva a través de la enseñanza de la ciencia (CASE, del inglés Cognitive Acceleration through Science Education), un reconocido y efectivo enfoque constructivista en la enseñanza de la ciencia.[2] Estas actividades son adecuadas tanto para escuelas primarias como secundarias.

Todo lo que necesitas para celebrar la semana de las Ciencias de la Tierra 2021 son tus estudiantes. Con un poco de materiales, tus habilidades y el interés de tus alumnos ¡el aprendizaje y el éxito están garantizados!

Actividad 1- De la lluvia al manantial: el agua del suelo

Esta actividad muestra cómo la lluvia se convierte en agua subterránea que fluye a través del suelo y luego sale de los manantiales. Con este modelo, puedes visualizar la parte escondida del ciclo del agua que generalmente es malinterpretada por los estudiantes.[3,4] Además, se aborda la contaminación del agua subterránea por residuos tóxicos, en relación con el suministro de agua para usos humanos.

La actividad es adecuada para estudiantes de 10 a 18 años y requiere menos de una hora, incluyendo la preparación.

Notas de seguridad

Una vez que el equipamiento está listo, no hay cuestiones de seguridad relevantes, aunque se deberá indicar a los estudiantes que no pueden tomar el agua. En el caso de que utilices tinta, los estudiantes pueden utilizar guantes desechables para evitar mancharse las manos.

Modelo del manantial
Earthlearningidea

Materiales

  • un contenedor rectangular transparente (alrededor de 30 cm x 40 cm)
  • una bandeja plástica para recolectar el desbordamiento.
  • arena lavada para llenar el contenedor.
  • dos vasos/tazas plásticas para café sin base
  • un bloque de madera para levantar un extremo del contenedor.
  • dos separadores de plástico recortados a partir de cualquier lámina de plástico
  • agua en un contenedor separado; suficiente para llenar el contenedor con arena
  • una cuchara para excavar un “pozo” o para enterrar “basura”
  • un modelo de “basura” hecho con papel (por ejemplo, papel higiénico) sumergido en tinta o colorante alimenticio

Procedimiento

  1. Llena el contenedor con arena y posiciona los separadores y los vasos como se muestra en la figura.
  2. Utilizando una cuchara, entierra la basura a diferentes profundidades (una cerca de la superficie, una a profundidad intermedia y otra cerca del fondo) en tres sectores laterales del contenedor.
  3. Levanta el lado del contenedor que tiene los vasos utilizando el bloque de madera (o un lado de la bandeja) y comienza a verter agua dentro de los vasos. A través de los costados del contenedor plástico, se podrá ver que la arena comienza a mojarse, y que el agua fluye ‘cuesta abajo’.
  4. Pregunta a los alumnos por dónde es más probable que salga el agua hacia la superficie mientras continúas llenando los vasos con agua. El agua aparecerá cerca de los vasos o en la parte más baja del contenedor – en cada caso, el agua emerge de la arena como un ‘manantial’.
  5. Pregunta a los alumnos qué podrían hacer para recoger el agua ‘subterránea’ antes de que aparezca el ‘manantial’. La respuesta es que se podría cavar o perforar un hoyo en algún sitio debajo del manantial y bombear el agua hacia afuera. Invita a los estudiantes a cavar un hoyo con la cuchara – el pozo se llenará pronto con agua.
  6. Pregunta a los alumnos a qué profundidad es más probable que aparezcan primero los residuos, que contaminan los manantiales. Dependiendo cómo es el modelo realizado, los residuos pueden aparecer primero en cualquiera de las tres posiciones. El punto clave es que, no importa cuán profundo está enterrado el residuo, siempre alcanzara la superficie provocando contaminación, a menos que se encuentre en un contenedor hermético o en piedras impermeables.
Un manantial de agua dulce en los Alpes
Manantial en los Alpes Cárnicos, en el noreste de Italia
imagen cortesía de Giulia Realdon.

Discusión

El agua subterránea es de suma importancia para proveer agua dulce limpia, apta para el consumo humano. Sin embargo, una de las partes menos comprendida del ciclo del agua involucra la localización y movimiento del agua subterránea, como se muestra en las investigaciones.[5] Por ejemplo, un concepto erróneo es la existencia de ‘lagos’ subterráneos en lugar de agua retenida en los espacios porosos de los acuíferos.

Para abordar el tema del agua subterránea como un recurso de agua clave en el consumo humano, puedes pedir a los estudiantes que investiguen sobre los acuíferos y los recursos de agua en su región, y luego que expliquen las similitudes y diferencias entre el modelo y los acuíferos reales.

También puedes estimular la discusión con las siguientes preguntas:

  • ¿Qué se encuentra menos contaminado en general (por químicos y/o microbios), el agua de la superficie o la subterránea? ¿Por qué?
  • ¿Cuál es el destino de los residuos y otros químicos (pesticidas, fertilizantes) dispersados en el suelo?
  • ¿Cuál es la mejor manera de depositar los residuos y los químicos tóxicos?
  • Incentiva a los estudiantes a investigar sobre accidentes químicos en donde hubo dispersión de residuos/químicos tóxicos en el suelo.

Actividad 2- El mundo acuoso de la química del subsuelo

Si quieres explorar los procesos químicos en el agua subterránea, esta actividad te dará la oportunidad de reflexionar sobre varios procesos que afectan al agua subterránea. A pesar de la simplicidad técnica, esta actividad puede generar bastantes razonamientos, asociaciones significativas con procesos del mundo real y una visión estimulante sobre las interconexiones entre los diferentes sistemas de la Tierra.

La actividad es adecuada para estudiantes de 10 a 18 años y requiere menos de una hora.

Notas de seguridad

Cuando utilices el indicador de pH, lleva protección en los ojos; el indicador de pH es inflamable; no ingerirlo.

La escala de color de pH está basada en los colores del indicador universal
Escala de color de pH
Tara Gross/USGS, public domain

Materiales

  • Agua del grifo o de lluvia (aprox. 1 litro)
  • Solución universal indicadora de pH
  • Escala de color de pH (impresa)
  • Protección ocular
  • Vaso de vidrio
  • Sorbete para beber
  • Una botella de agua mineral sin gas

Procedimiento

Esquema mostrando las diferentes capas del suelo.
USDA, public domain

Esta actividad funciona mejor en el exterior, pero puede realizarse en el aula. Primero, introduce a los alumnos a la escala de pH y cómo se puede determinar el pH utilizando un indicador universal, dando algunos ejemplos. Luego, explora el viaje del agua en cuatro etapas:

  1. Agua del grifo/agua de lluvia: pregunta a los estudiantes qué color/pH esperan ver en estos líquidos, luego evalúa el pH utilizando el indicador de pH.
  2. Agua del suelo: vierte agua sobre el suelo. Pregunta qué le ocurrirá al agua en el suelo, recordándole a los estudiantes que el suelo contiene vegetación en descomposición (que produce ácidos) y animales que están respirando (que producen CO2). Pregunta cómo se puede imitar el efecto de la respiración de los animales en el agua. Utilizando una paja, haz soplar a los estudiantes por 30-60 segundos en un vaso que contenga agua del grifo/de lluvia + el indicador de pH (el color cambiará) y pídeles que comenten. Luego, pregunta qué pasará entonces con el agua ácida en el suelo (transpiración de las platas, evaporación, infiltración en las rocas debajo).
  3. Agua del suelo: pregunta qué probabilidad hay de que el agua ácida afecte a las rocas (reacciones químicas, por ejemplo, con rocas carbonatadas), luego pregunta qué pasará con esta agua a lo largo del tiempo (flujo cuesta abajo). Pregunta si dicha agua saldrá del suelo; los estudiantes probablemente mencionen los manantiales.
  4. Agua de manantial: Después de estas discusiones, pregunta a los alumnos qué color esperan ver en el agua de manantial. Voltea la botella de agua de manantial, vierte un poco en un vaso con agua y agrega el indicador de pH.

Discusión

Para resumir la actividad, indaga cuáles de las esferas de la Tierra han sido mencionadas en la discusión; muchos estudiantes se darán cuenta que tanto la atmósfera (agua de lluvia, origen del agua del grifo), la hidrósfera (el goteo en el suelo, el agua del suelo, el agua subterránea, los manantiales), y la biósfera (los animales y las plantas del suelo) han sido parte de la discusión. Resalta las interconexiones múltiples entre las esferas de la Tierra que hacen de nuestro planeta un sistema complejo, del cual la humanidad depende y que tiene un papel que crece de forma significativa.

Acerca de CASE: un enfoque exitoso para enseñar ciencia y más

La Aceleración Cognitiva a través de la Educación de la Ciencia (CASE, del inglés Cognitive Acceleration through Science Education) es un programa desarrollado en Reino Unido en 1981 que fue comprobado exitosamente en los años siguientes.[1] Su objetivo es mejorar las capacidades cognitivas a través de la enseñanza de la ciencia, basadas en las teorías de Piaget y Vygotsky[6,7]

La metodología CASE está basada en cinco ‘pilares’:

  • Preparación concreta: allanar el camino, asegurar la familiaridad con los aparatos, la terminología y el problema que se llevará a cabo.
  • Construcción: recolectar datos y detectar patrones en los datos.
  • Conflicto cognitivo: cuando un nuevo dato no encaja con el patrón esperado y desafía el conocimiento previo de los estudiantes.
  • Metacognición:  reflexionar sobre  los pensamientos propios, verbalmente o en papel.
  • Puentes/conexiones: aplicar este nuevo razonamiento a nuevos contextos y al mundo real.

References

[1] Geoff Camphire (2021) Earth Science Week 2021 Theme Announced: ‘Water Today and for the Future’ American Geosciences Institute

[2] Adey P, Shayer M, Yates C (2003) Thinking Science Professional edition. Nelson Thornes, London. ISBN-13: ‎978-0174386735.

[3] Ben-zvi-Assaraf O, Orion N (2005) A study of junior high students’ perceptions of the water cycle. Journal of Geoscience Education 53:366–373. doi:10.5408/1089-9995-53.4.366

[4] Cardak ON (2009). Science students’ misconceptions of the water cycle according to their drawings. Journal of Applied Science 6:865–873. doi:10.3923/jas.2009.865.873

[5] Brody MJ (1993). Student understanding of water and water resources: A review of the literature. Annual Meeting of the American Educational Research Association. Atlanta, GA.

[6] Piaget J (ed.) (1967) Logique et connaissance scientifique Editions Gallimard. Encyclopédie de la Pléiade, vol. 22. ISBN-13: 9782070104130

[7] Vygotsky, LS (1962) Thought and language. Cambridge MA: MIT Press. ISBN: 9780262220033

Resources

–  De la lluvia al manantial: agua desde el suelo y acompañado de un video con la guía pedagógica;

 – El mundo acuoso de la química del subsuelo;

– Otra actividad Earthlearningidea sobre el ciclo del agua.

Author(s)

Giulia Realdon, Gina P. Correia, Xavier Juan, y Guillaume Coupechoux son funcionarios del área de Educación de la Unión Europea de Geociencias (European Geosciences Union –EGU- Education Field Officers) para Italia, Portugal, España y Francia, respectivamente.

Ramanathan Baskar y Yamina Bourgeoini son funcionarios del área de Educación de la Unión Internacional de las Ciencias Geológicas – Organización Internacional de la Educación en Geociencia (en inglés International Union of Geological Sciences -IUGS- / International Geoscience Education Organisation –IGEO- Education Field Officers) para India y Marruecos, respectivamente. Todos los funcionarios participan de talleres para docentes basados en las actividades de Earthlearningidea en sus respectivos países.

Chris King es presidente del Comité de Educación, miembro del equipo de Earthlearningidea, y autor de varias actividades de Earthlearningidea.

 


Review

El valor del agua en nuestro planeta es inmensurable. El agua disponibleque podemos utilizar está disminuyendo. Este artículo presenta la oportunidad perfecta para modificar el currículo y ayudar a nuestros estudiantes a reconocer el valor y la importancia de dichos recursos. Es esencial que aprovechemos estas oportunidades para hacer visibles procesos que los estudiantes no pueden ver; como el agua subterránea dentro del ciclo del agua. Las actividades incluidas en este artículo se pueden utilizar para una demostración en clase, como una actividad en grupo, como un reto en el hogar, como base para discusiones o como una idea para un proyecto de ciencias.

Los autores han presentado la información y las actividades muy bien para docentes que desean llevar este material a sus estudiantes. Los alumnos se conectan al ciclo del agua como un ciclo del agua ‘global’, enfatizando una visión más general.  Tengo muchas ganas de introducir el término ‘global’ en mis clases sobre el ciclo del agua y estas actividades son un apoyo para el aprendizaje.

Este tema también muestra los vínculos entre la geografía y la ciencia, especialmente cuando se origina a partir de los efectos del ser humano sobre el ambiente.


Sinead Kelly, Docente de Ciencia y Biología, St. Olivers Community College, Irlanda




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