UNIVERSIDAD DE LOS ANDES NÚCLEO UNIVERSITARIO “RAFAEL RANGEL” GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIAS, EDUCACIÓN Y SU FILOSOFÍA (GRINCEF) MAESTRIA DIDACTICA DE LAS CIENCIAS NATURALES TRUJILLO, VENEZUELA UNIDAD DIDÁCTICA: Fenómenos Físicos y Químicos que interactúan en una esfera de plasma. (Electrostática: Campo Eléctrico-Tabla Periódica) Autores: Licda. Briceño Massiel Licda. Daboín Vanesa Licda. Espósito Sonia Licda. González Nakary Licda. Mogollón Paola Licdo. Paredes Jhoniver Licda. Piña Romina Trujillo, Abril 2015 1 INTRODUCCIÓN, ORIENTACIONES DIDACTICAS, UBICACIÓN DE LA UNIDAD EN EL CURRÍCULO, RELACIONES CON OTRA UNIDAD DEL CURSO, CONOCIMIENTOS PREVIOS DEL ESTUDIANTADO (PREREQUISITOS) INTRODUCCIÓN El mundo que nos rodea no deja de sorprendernos todos los días, contando con cada vez más rincones por descubrir y una gran variedad de seres vivos que se desarrollan en los más sorprendentes paisajes naturales además de distintos fenómenos de nuestro planeta que aparecen por una gran diversidad de causas, sea por aspectos internos como causadas por el avance de la mano del hombre. Un aspecto importante de este tipo de avance es la tecnología (TE) en nuestros días. En el ámbito de la educación se vuelve de vital importancia la implementación de las TE para el desarrollo de las unidades de conocimiento, ésta herramienta se caracteriza por la incorporación de las TIC´s, la cual se presenta como una innovación acorde con las exigencias de la sociedad del conocimiento, sin embargo, para poder dar respuesta a las demandas surgidas en la nueva dinámica de la sociedad, es necesario que los docentes cuenten con herramientas que les permitan actuar en razón de los cambios en educación a raíz de las modificaciones efectuadas como parte del fenómeno de la globalización. En base a ello, esta unidad didáctica fusiona las dos áreas de conocimiento: Ciencias Naturales y TIC’s basándose en el campo de Electrostática y la Tabla Periódica, usando como referencia la esfera de plasma que tanto en la Física, como en la Química, se denomina plasma al cuarto estado de agregación de la materia, un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por este motivo son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance. ORIENTACIONES DIDÁCTICAS. Los lineamientos didácticos propios son una clave fundamental en el entendimiento de las ciencias naturales, buscando habilidades y actitudes que incentiven a los y las estudiantes a poder alcanzar una comprensión clara y sencilla de los contenidos pautados en el proceso educativo. Para esta unidad se necesitan de ciertas orientaciones didácticas las cuales están enmarcadas de la siguiente manera: Utilizar las experiencias e ideas previas de los estudiantes: las experiencias son la clave para la comprensión conceptual por parte de los estudiantes y para la construcción del conocimiento del mundo que los rodea, el docente dará a los estudiantes la oportunidad de compartir, aclarar sus ideas y explicar cómo saben lo que saben, de modo que se abran a nuevas formas de pensar. Desarrollar el interés y asombro de los estudiantes por la ciencia: este aspecto se basa en que el docente desarrolle el asombro, considerando que parte importante de las actividades se realicen en contacto con la naturaleza y en la medida de lo posible, manipulando y conociendo en forma directa los materiales del entorno. La experiencia directa es el centro del aprendizaje de las ciencias: para ello los estudiantes necesitan formular preguntas, manipular, ver respuestas y extraer conclusiones a partir de nuevas experiencias. Para hacer ciencia no se requiere laboratorio: los materiales que se piden en la unidad son de fácil adquisición, por lo que no deberían existir impedimentos para que al menos en la mitad del tiempo escolar el docente centre sus actividades en la exploración e investigación experimental, debido a que es un requisito fundamental para toda ciencia, la relación entre la teoría y la práctica. Hacer preguntas y grupos de discusión: una pregunta desafiante estimula a los estudiantes. Una buena pregunta es una invitación a mirar un problema desde una perspectiva diferente, a pensar y a hacer conexiones con otros temas y otras disciplinas, a buscar soluciones alternativas y fomentar la discusión. UBICACIÓN DE LA UNIDAD EN EL CURRÍCULO. Año: 3ero Área de Aprendizaje: Ser humano y su interacción con otros componentes del ambiente. Componente: El ser humano en el ecosistema. Temas: - Tabla periódica (gases nobles). - Análisis del circuito eléctrico (campo eléctrico). RELACIONES CON OTRAS UNIDADES DE LOS CURSOS. 1. Introducción a la Epistemología, Historia y Didáctica de las Ciencias Naturales. UNIDAD I: Elementos de Epistemología e Historia de las Ciencias. Tomando en cuenta las corrientes epistemológicas del realismo y empirismo, tomando como estilo del pensamiento el empírico-inductivo y como una postura interpretativa. UNIDAD II: Evolución de las Ciencias Naturales. En este sentido, se toma en cuenta el origen de la esfera de plasma, ya que fue descubierta por Nikola Tesla. 2. Herramientas TIC básicas para la enseñanza y la investigación en Ciencias Naturales. UNIDAD III: Software de edición. En este aspecto se usaran las canaimas para presentar un simulador de la esfera de plasma. CONOCIMIENTOS PREVIOS DEL ESTUDIANTADO (Prerrequisitos) En el área de Química: Los estudiantes deben traer una preconcepción sobre el átomo y la tabla periódica, específicamente de los gases nobles y algunas propiedades características de éstos. En el área de Física: Los estudiantes deben tener conocimientos previos sobre las definiciones básicas de carga, electricidad, fuerza y distancia. Además, la experiencia de la vida cotidiana genera en el estudiantado ciertas ideas sobre dichas definiciones o conceptos. 2 OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS DE LA UNIDAD DE ESTUDIO. OBJETIVOS DE LA UNIDAD DE ESTUDIO. Objetivo General: Integrar los fenómenos físicos y químicos que interactúan dentro de la esfera de plasma, a través de la explicación del campo eléctrico y de la tabla periódica (gases nobles). Objetivos Específicos: 1. Diagnosticar sobre la terminología científica que manejan los estudiantes. 2. Identificar los preconceptos que tienen los estudiantes sobre campo eléctrico, tabla periódica (gases nobles) y la esfera de plasma. 3. Reconocer las habilidades comunicativas iniciales de los estudiantes. 4. Relacionar los fenómenos físicos y químicos que ocurren en la esfera de plasma. 5. Definir los términos básicos sobre el campo eléctrico y la tabla periódica (gases nobles), a través de la esfera de plasma como recurso educativo experimental. 6. Aplicar actividades didácticas-experimentales sobre campo eléctrico y tabla periódica (gases nobles). 7. Evaluar el conocimiento adquirido por los estudiantes sobre campo eléctrico y tabla periódica (gases nobles). 3 CONTENIDOS, CONCEPTOS, PROCEDIMENTALES Y ACTITUDINALES En la Unidad didáctica: “Fenómenos Físicos y Químicos que interactúan en una esfera de plasma” se desarrollan los siguientes contenidos: CONCEPTUALES Electrostática Nikola Tesla La esfera de plasma Átomo Carga puntual Campo eléctrico Tabla periódica Gases nobles Tipos de gases (xenón, kriptón o neón) PROCEDIMENTALES Actividades lúdicas para promover el interés de los estudiantes (sopa de letras) Identificación de los fenómenos físicos y químicos presentes en la esfera de plasma, mediante el uso de las TICS (Canaima o Video beam) Definición de conceptos. Realización de ejercicios de campo eléctrico. Elaboración de una esfera de plasma con materiales de fácil acceso. ACTITUDINALES Valoración de la esfera de plasma para conocer distintos fenómenos presentes en la naturaleza. Participación activa de los estudiantes. Admiración hacia las ciencias naturales. Favorece las relaciones interpersonales. Fig. 1 Electrostática La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica. Nikola Tesla: fue un inventor, ingeniero mecánico, ingeniero electricista y físico de origen serbio y el promotor más importante del nacimiento de la electricidad comercial. Se le conoce, sobre todo, por sus numerosas y revolucionarias invenciones en el campo del electromagnetismo, desarrolladas a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Las patentes de Tesla y su trabajo teórico formaron las bases de los sistemas modernos de potencia eléctrica por corriente alterna (CA), incluyendo el sistema polifásico de distribución eléctrica y el motor de corriente alterna, que tanto contribuyeron al nacimiento de la Segunda Revolución Industrial. Fig. 2 Nikola Tesla Esfera de plasma: fue inventada por Nikola Tesla tras su experimentación con corrientes de alta frecuencia en un tubo de cristal vacío con el propósito de investigar el fenómeno del alto voltaje. Una lámpara de plasma es por lo general una esfera de cristal transparente, llena de una mezcla de varios gases con baja presión, y conducida por corriente alterna de alta frecuencia y alto voltaje, generada por un transformador de alta Fig. 3 Esfera de plasma tensión o una bobina de Tesla en miniatura. Un orbe más pequeño en su centro sirve como un electrodo. Emite "serpientes de luz ultravioleta" (en realidad, gas ionizado) que se extienden desde el electrodo interior hasta las paredes de la esfera de cristal, dando una apariencia similar a múltiples y constantes relámpagos coloreados. La colocación de una mano cerca del cristal altera el campo eléctrico de alta frecuencia, causando un rayo de mayor grosor dentro de la esfera en dirección al punto de contacto. Cuando se acerca cualquier objeto conductor a la esfera se produce una corriente eléctrica; como el cristal no bloquea el flujo de corriente cuando están implicadas altas frecuencias, actúa como el dieléctrico en un condensador eléctrico formado entre el gas ionizado y, en este caso, la mano. Fig. 4 Esfera de plasma Átomo, es la cantidad menor de un elemento químico que tiene existencia propia y que está considerada como indivisible. El átomo está formado por un núcleo con protones y neutrones y por varios electrones orbitales, cuyo número varía según el elemento químico. El átomo Fig. 5 El Átomo también es denominado como la partícula fundamental, gracias a su característica de no poder ser dividido mediante procesos químicos. A partir de los siglos XVI y XVII, con el desarrollo de la química, la teoría es atómica comenzó a avanzar con certezas una carga eléctrica hipotética, de que, hasta entonces, eran imposibles de magnitud finita, contenida en un obtener. punto geométrico carente de toda Carga dimensión, puntual, en otras palabras Fig. 6 Carga puntual una carga puntual consiste en dos cuerpos con carga que son muy pequeños en comparación con la distancia que los separa. Campo Eléctrico, es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades eléctrica. Fig. 7 Campo eléctrico de naturaleza La tabla periódica de los elementos: clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos. Fig. 8 La tabla periódica Gas: se refiere a aquel fluido que tiende a expandirse de manera indefinida y que se caracteriza por su pequeña densidad. En otras palabras, puede decirse que el gas es el estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio, a diferencia de los sólidos y de los líquidos que si lo tienen. Fig. 9 Los gases nobles Los gases nobles, son un grupo de elementos químicos con propiedades muy similares: por ejemplo, bajo condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros, incoloros y presentan una reactividad química muy baja, entre los gases nobles tenemos, helio, neón, radón, argón, criptón y xenón. 4 ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE, TIPOS Y SECUENCIA DE ACTIVIDADES, RECURSOS Y MATERIALES DIDÁCTICOS, UTILIZACIÓN DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN (TIC). ACTIVIDAD N° 1 (Diagnóstico) Materiales: Hojas blancas y lápices de colores. Procedimiento: Para llevar a cabo esta actividad es necesario cumplir con las siguientes instrucciones. Para el(a) profesor(a): a. Elabore una sopa de letras la cual debe contener palabras claves referentes a la temática que desea desarrollar en este caso: Campo eléctrico, Tabla Periódica (gases nobles) y la Esfera de Plasma. b. Entregue en pareja la sopa de letras. c. Elabore las conclusiones de la actividad en forma de plenaria. Para el Estudiante: Dada la Sopa de Letras encuentra las palabras que se muestran a continuación: Palabras contenidas en la Sopa de Letras Esfera Gas Eléctrico Gases Interacción Nikola Carga Tesla Plasma Tabla Puntual Periódica Campo Nobles Sopa de Letras: C X N S C A R G A S T M E D O F P I C E L R F E O U K D C T R I C O D C N I S O P E G H A E S B H G C G A S V R C U A L G S O D G V G S N J S W K U N T M M O C O B L H F D G N L D C I O N O F F Q O C A I N T E R A C C F T E S L L A M A C G A S A G H C I J Y D P O E E S B S G R F D L E H A S X D E R Y W Y I S V F S L R C E A S M A C R M G O M J A A N G P J N M U F D T E S O O P K S J H Y D S P T E S L A C A E P L A S E R T A B L A T A B L N I R I C S S S D D D I N T E R A C F N I K Y U A R E F N F K O L A U G G A L H L P I C U P E R I O D I G T C B K E J I C A O Z V Una vez encontradas las palabras en la sopa de letras, responde: 1. ¿Cómo relacionas estas palabras con la vida cotidiana? ________________________________________________________ ________________________________________________________ 2. ¿Qué estado físico de la materia existe en la naturaleza? ________________________________________________________ ________________________________________________________ 3. ¿Puedes mencionar ejemplos de campo? ________________________________________________________ ________________________________________________________ 4. ¿Cuál es la importancia de tabla periódica? ________________________________________________________ ________________________________________________________ ACTIVIDAD N° 2 (Lectura por medio de las Canaimas) A través de la utilización de las Canaimas, realizar lecturas guiadas sobre: 1. Nikola Tesla: biografía y aportes. 2. La esfera de plasma: definición y composición. 3. Campo eléctrico: definición e historia. 4. Tabla periódica (gases nobles): definición e historia. Una vez realizadas las lecturas, proceder a responder: Preguntas de Interpretación: 1. ¿Quién fue Nikola Tesla? _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 2. ¿Cuáles son los aportes más relevantes que hizo Nikola Tesla? _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 3. ¿Qué es una esfera de plasma? _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ 4. ¿Qué aspecto sobre la historia del campo eléctrico y la tabla periódica te llamo la atención? _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ ACTIVIDAD N° 3 (Introducción Teórico-Práctica) Utilizando como recurso el video beam se procede a introducir los conceptos básicos sobre: 1. El átomo. 2. La tabla periódica 3. Los gases nobles 4. El campo eléctrico. Objetivo: Describir las características más relevantes sobre los átomos, la tabla periódica, específicamente gases nobles y el campo eléctrico. Materiales: Video beam y esfera de plasma. Procedimiento: El profesor por medio de un conjunto de diapositivas prediseñadas procede a realizar una introducción teórico-práctica del referente teórico, y posteriormente hará uso de la esfera de plasma para que los estudiantes interactúen con la misma y puedan lograr un aprendizaje significativo sobre la temática en estudio, logrando de este modo experimentar y aprender a través de la relación teórica con la práctica y la experiencia. Fig. 10 Interacción con la esfera de plasma. ACTIVIDAD N° 4 (Resolución de Ejercicios) Con ayuda de la pizarra y un simulador de la bola de plasma instalado en las Canaimas, el profesor procede a realizar un conjunto de ejercicios sobre el campo eléctrico, tales como se presentan a continuación: 1. Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire generado por una carga fuente q = 5x10-9 C, a una distancia de 30 cm. Datos: r = 30 cm = 30x10-2 m q = 5x10-9 C k = 9x109 N.m2/C2 E=? Fórmula: E = k. q r2 Solución: E = (9x109 N.m2 / C2)(5x10-9 C) = 500N/C (30x10-2 m)2 2. Calcular la intensidad de un campo eléctrico, si al colocar una carga de prueba igual a 48 µC actúa con una fuerza de 1,6 N. Datos: q= 48 µC = 48x10-6 C F= 1,6 N E=? Fórmula: E=F q Solución: E= (1,6 N) (48x10-6 C) = 33333,33 N/C 3. Encontrar la carga eléctrica fuente del helio, sabiendo que el valor de la intensidad del campo eléctrico producido por él es de 2,88x10 9 N/C, en un punto situado en el aire a1nm Datos: E= 2,88x109 N/C r= 1nm = 1x10-9 m k= 9x109 N.m2/C2 q=? Fórmula: E = k. q despejando q = E.r2 r2 k Solución: q = (2,88x109 N/C) (1x10-9 m)2 = 3,2x10-19 C (9x109 N.m2/C2) 4. En un punto P del espacio existe un campo eléctrico de 5x10 4 N/C. Si una carga positiva de 1,5 µC, se coloca en el punto P, ¿Cuál será el valor de la fuerza eléctrica que actúan sobre ella? Datos: E= 5x104 N/C q= 1,5 µC = 1,5x10-6 C F= ? Fórmula: E= F despejando F = E.q r2 Solución: F= (5x104 N/C)(1,5x10-6 C)= 0,075N Posteriormente, los estudiantes debidamente agrupados en pareja deben resolver un conjunto de ejercicios asignados por el profesor (a). Materiales: lápiz, borrador, sacapuntas, calculadora y cuaderno. Guía de ejercicios. Instrucciones: Lee cuidadosa y detenidamente cada enunciado, y calcule lo que se pide según sea el caso del ejercicio. (Recordar que k= 9x109N.m2/C2). 1. Calcular la magnitud del campo eléctrico a que está sometida una carga eléctrica de 8x10-6 C, si sobre ella actúa una fuerza de 2x10-4N. 2. Calcular el valor de la carga eléctrica que crea un campo eléctrico cuya magnitud es 1,6x10-4N/C, si está situada a una distancia de 3,75x104m. 3. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico en un punto del campo situado a 2 m de una carga puntual de 4nC? 4. Una carga de 10-5 C origina un campo eléctrico de intensidad 2,25x108N/C en un punto. Calcular la distancia que hay desde la carga al punto. 5. ¿Cuál es el campo eléctrico de un núcleo de hierro a una distancia de 6x10-10 m del núcleo? 6. Calcular la magnitud del campo eléctrico creado por dos cargas q1 = 4µC y q2 = -5µC, en un punto situado entre ambas cargas, sobre el segmento que las une, a 20 cm de la primera y a 60 cm de la segunda. ACTIVIDAD N° 5 (Evaluación) Se realizará una exposición por parte de los estudiantes en pareja (asignadas anteriormente), para afianzar el aprendizaje cooperativo, utilizando como recurso principal de la clase la esfera de plasma, y así de este modo, poder explicar las características básicas de un átomo y cómo el campo eléctrico se encuentra presente. Seguidamente, los estudiantes realizarán una resolución de ejercicios, donde deben resolver un ejercicio de campo eléctrico en la pizarra y lo explicarán a todos sus compañeros, generando de esta manera la participación activa del estudiantado, donde sean los mismos estudiantes los protagonistas del desarrollo de su proceso educativo. Para ello, el profesor utilizará una escala de estimación con sus respectivos indicadores para la evaluación de ésta Unidad Didáctica. 5 METODOLOGÍA EMPLEADA EN LA UNIDAD DIDÁCTICA. En cuanto a la Metodología empleada se tiene: Organización de los estudiantes (espacio-tiempos): Los estudiantes estarán organizados en parejas (aprendizaje cooperativo) para realizar cada una de las actividades, se tiene previsto 2 actividades por clase (módulos académicos). Rol del Profesor y de los Estudiantes: El papel del profesor será el de facilitador, mientras que el estudiante será un participante activo en la construcción de su propio conocimiento (aprendizaje significativo, constructivismo). En relación a los estudiantes con necesidades específicas, tendrán como apoyo a su compañero (pareja), haciendo uso del andamiaje y de esta manera lograr los objetivos establecidos de la clase. En cuanto a las inteligencias múltiples desarrolladas y estimuladas en los estudiantes, son: la lingüística, kinestésica, interpersonal, lógica- matemática y espacial. Fig. 11 Inteligencias Múltiples. 6 ACTIVIDADES Y PROCEDIMIENTOS DE EVALUACION, INSTRUMENTOS DE EVALUACION, AUTOEVALUACION DEL ESTUDIANTADO, ACTIVIDADES Y CRITERIOS DE RECUPERACION. Técnica: Exposición Instrumento de Evaluación: Escala de Estimación Fecha: ____________ Disciplinas: Física y Química, Año: 3ero, Sección: ___, Año Escolar: 2014-2015 Docente: ___________________ EXPOSICIÓN CALIFICACIÓN Redacción Ortografía Caligrafía ESCRITURA Postura Pausa Fluidez Tono de voz LECTURA Organización Orden en clase Convivencia Presentación Coherencia en el tema INTERÉS Y CONFIANZA Seguridad en sí mismo Cumplimiento de asignaciones Puntualidad NOMBRE Y APELLIDO RESPONSABILIDAD Dominio del tema INDICADORES PONDERACIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Observaciones: _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______ _______________________________________________________________________________________________ ____________ Técnica: Resolución de Ejercicios Instrumento de Evaluación: Escala de Estimación Fecha: ____________ Disciplinas: Física y Química, Año: 3ero, Sección: ___, Año Escolar: 2014-2015 Docente: ___________________ RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS EN LA PIZARRA INDICADORES CONTENIDO RESPONSABILIDAD CONFIANZA ESCRITURA CALIFICACIÓN Coherencia Ortografía Respeta las normas de convivencia Caligrafía Orden en clases Seguridad en sí mismo Buena presencia Cumplimiento de asignaciones Puntualidad Concluye el ejercicio con el resultado correcto. Desarrolla con rigurosidad el procedimiento empleado. NOMBRE Y APELLIDO Dominio del tema PONDERACIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Observaciones: _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Brett, E. y Suárez, W. (2000). Teoría y Práctica de Física. 9no Grado de mmEducación Básica. Teoría-Práctica-Problemario-Autoevaluación.CaracasmmVenezuela. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS (s.f). Electrostática. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Elec trost%C3% mmC3%A1tica. [Consulta 20/04/2015]. (s.f). Gases Nobles. [Documento en Línea]. Disponible mmhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pertab/nobgas.html. mm[Consulta 20/04/2015]. en: (s.f). Nikola Tesla. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla mm[Consulta 20/04/2015]. Revelo, L. y Gosetti, M. (2013). Campo Eléctrico Problemas. [Documento en mmLínea]. Disponible en: http://es.slideshare.net/GONZALOREVELOPABON mm/campo-electrico- problemas-resueltosgonzalo-revelo-pabon. [Consulta mm19/04/2015].
© Copyright 2024