Densidad

Resumen de la unidad

Los estudiantes se involucran en diversas investigaciones relacionadas con la densidad de líquidos, sólidos y gases. En el diseño y construcción de globos de aire caliente, aplican su nueva comprensión sobre la densidad. Realizan predicciones bien fundadas con respecto a las variables que podrían afectar al lanzamiento de sus globos confeccionados en casa, y los ponen a prueba. La culminación lo constituye el rali Los globos, en el cual los estudiantes exhiben sus globos de aire caliente y usan presentaciones multimedia para demostrar los principios de densidad utilizados en su construcción.

Preguntas para orientar el plan de unidad

• Pregunta esencial
  ¿Cómo puede resultar útil en la vida el hecho de conocer las propiedades específicas de la materia?
• Pregunta de unidad
  ¿Cómo afecta al proceso de construcción la densidad de materias específicas?
  ¿Cuáles principios de la densidad se aplican en los globos de aire caliente?
• Preguntas de contenido
  ¿Cuáles son las relaciones entre masa, volumen y densidad?
  ¿Cuál es la relación entre la temperatura y la densidad de la materia?
  ¿Qué métodos son útiles para encontrar la densidad de distintos tipos de materia?

Procesos de evaluación

Entérese cómo se utiliza una variedad de instrumentos de evaluación en el plan de unidad La gran carrera de los frijoles. Con ellos, se puede monitorear el progreso del estudiante; evaluar el pensamiento, los procesos, productos y desempeños, así como reflexionar a lo largo del ciclo de aprendizaje; además, los estudiantes y los docentes pueden establecer metas.

Procedimientos pedagógicos

Introdución
Presente la pregunta esencial: ¿Cómo puede resultar útil en la vida el hecho de conocer las propiedades específicas de la materia? Discuta el color, forma, flexibilidad, resistencia, y todas las demás propiedades que propongan los estudiantes, así como por qué estas propiedades podrían ser importantes. Diga a los estudiantes que, durante las siguientes semanas, ellos investigarán la propiedad de densidad. Pídales anotar todo lo que saben sobre la densidad y por qué esta podría ser importante.

Investigaciones sobre densidad
Solicite a los estudiantes que investiguen propiedades específicas de la materia, a través del Laboratorio de líquidos en capas (doc). En este laboratorio, los estudiantes colocan en capas unos líquidos misteriosos y comparan sus densidades relativas. Entregue a cada equipo un juego de materiales (vea los materiales en la hoja de trabajo del laboratorio). Los líquidos son los siguientes:
A=agua (teñida de rojo con colorante de alimentos)
B=aceite de maíz
C=sirope liviano de maíz
D=alcohol de fricciones 
E=sirope liviano para panqueques.

Cada grupo debe tener 5 ml de cada líquido desconocido (incógnitas). En la sección de Procedimientos de la hoja para el laboratorio, aparecen las instrucciones para los estudiantes. (Observe que este procedimiento también puede llevarse a cabo exclusivamente como una demostración del docente.)
 
Explique a los estudiantes que ellos avanzarán desde la comparación de la densidad hasta la medición de la densidad de los líquidos. Pídales realizar el Density Lab* en Internet (disponible en idioma inglés y requiere Macromedia Shockwave*), en grupos o con toda la clase. Recuerde sacar copias de la hoja 2 localizada en el sitio web. A través de este ejercicio en Internet, los estudiantes deberían establecer una conexión entre el Laboratorio de líquidos en capas y el Laboratorio de densidad en Internet. Después del laboratorio, discuta la pregunta: ¿Cuáles son las relaciones entre masa, volumen y densidad? 

Profundice en los experimentos del Laboratorio de densidad en Internet al comentar las definiciones operativas y cómo calcular la densidad usando el laboratorio ¿Cuán denso? Explique a los estudiantes que ellos medirán las densidades absolutas de los líquidos del Laboratorio de líquidos en capas. Observe que los líquidos son los mismos que aquellos comparados en el Laboratorio de líquidos en capas. El equipo del laboratorio de cada grupo requiere de 25 ml de cada líquido de muestra. Antes de efectuar la actividad, discuta los procedimientos y la recolección de datos. Indique a los estudiantes que un gráfico de barras sería el más apropiado para este tipo de datos. Además, esta sería una buena oportunidad para usar un programa de hojas de cálculo, introducir los datos y elaborar diferentes tipos de gráficos. Los estudiantes verían rápidamente qué tipos de gráficos son más reveladores y útiles.

Enseñe sobre la densidad de los sólidos y solicite a los estudiantes realizar un laboratorio de sólidos. Antes de comenzar, pregúnteles qué de lo aprendido sobre la comparación de la densidad de los fluidos podría ayudarlos a pensar sobre cómo medir la densidad de un sólido. (La masa se determina mediante la comparación de un objeto de masa desconocida con un objeto de masa conocida, usando una balanza.) Haga que los estudiantes se aboquen a un laboratorio para investigar la densidad de sólidos. El documento Laboratorio de sólidos (doc) detalla los procedimientos para esta actividad. Al final de esta sesión, los estudiantes deberían poder hallar la densidad de una variedad de objetos, usando el método apropiado. Tenga presente que los estudiantes necesitarán dos cubos hechos de diferentes materiales (por ejemplo, acero y aluminio) y una muestra irregular -de acero o aluminio- para completar el laboratorio.

Pregunte a los estudiantes: ¿Qué sucede si mezclan agua fría y caliente? Discuta las  predicciones y luego realice la siguiente demostración sobre la densidad en frío/caliente:

1. Llene un envase con agua caliente, teñida de rojo.
2. Llene otro envase con agua fría, teñida de azul.
3. Invierta el agua caliente sobre la fría, usando una tarjeta separadora plástica colocada entre los dos envases. Una vez invertida, retire rápidamente la tarjeta.
4. Observe lo que sucede y comente cómo resultaron las predicciones de los estudiantes.
5. Repita el procedimiento, pero esta vez invierta el tarro frío sobre el caliente.
6. Observe y comente cómo resultaron las predicciones de los estudiantes. 

Pregúnteles cuál podría ser la explicación para lo observado. Pídales anotar o discutir las maneras en que la temperatura afecta la densidad. Muestre a la clase la simulación (disponible solo en idioma inglés) de Internet Molecules in Motion*, para demostrar lo que les sucede a las moléculas de gas al someterlas a distintas temperaturas. Discuta los modelos científicos y explique cómo las moléculas han sido modeladas de diferentes formas a través del tiempo. Comente sobre la densidad de los gases comparada con la de los sólidos y líquidos.

Aplicar conceptos de densidad a los globos de aire caliente
Los estudiantes están ahora listos para aplicar sus conocimientos de densidad a la construcción de un globo de aire caliente. Presente las preguntas: ¿Cómo afecta al proceso de construcción la densidad de materias específicas? ¿Cuáles principios de la densidad se aplican en los globos de aire caliente?

Divida a los estudiantes en parejas. Anuncie que la clase organizará el rali Los globos. La tarea de los estudiantes consistirá en construir globos de aire caliente que brinden a sus pasajeros el vuelo más cómodo y largo posible. Los estudiantes trabajarán en grupos de dos e investigarán acerca del funcionamiento de los globos de aire caliente y las variables a considerar al momento de construir el globo. Guíe esta actividad con la hoja de trabajo Investigación sobre globos (doc). Pida a los grupos asignar un nombre al globo, y mencionar tantas variables que afecten el tiempo de vuelo, como sea posible. Discuta estas variables con toda la clase y solicite a los estudiantes ampliar y modificar sus anotaciones, según corresponda. 

Entregue a cada estudiante una Hoja de datos del experimento (doc), y presente el problema: ¿Qué provoca que algunos globos de aire caliente tengan tiempos de vuelo más largos que otros? Inste a los estudiantes a discutir esto con sus compañeros y a redactar una pregunta de investigación y a formular metas. (Ayúdelos a delimitar las opciones de variables independientes solo a las relacionadas con el peso del globo, la diferencia de temperatura dentro del globo y fuera de éste y la velocidad y dirección del viento). Cada grupo debe elaborar un cuadro para mostrar las variables independientes, dependientes y las constantes. 

Solicite a los estudiantes investigar sobre los materiales necesarios para construir sus globos, valiéndose para ello de las fuentes de Internet que se mencionan. Los estudiantes deberían considerar la densidad de cada uno de los materiales que escojan (tales como pajillas, forros de plástico, hilo, vasos de papel, entre otros), además de proporcionar un razonamiento para justificar sus elecciones. Los grupos deben entregar una lista de los materiales que necesitan para construir su globo. En la próxima clase, tenga preparados los suministros, o indique a los grupos que traigan sus propios materiales. Se incluye como ejemplo un patrón (doc) de un globo de aire caliente, pero los grupos pueden buscar o preparar su propio patrón. 

Los estudiantes ya están listos para el día de construcción. Explique que los grupos deberían documentar la densidad de cada tipo de material usado en su globo, así como el razonamiento para justificar la elección del material. Los grupos también deben describir cómo usaron los principios de densidad para garantizar un tiempo de vuelo largo y un viaje cómodo. 

¡Realicen el rali Los globos! Dé a cada grupo el tiempo de vuelo alcanzado. El vuelo se juzgará tomando en cuenta el tiempo, la integridad de los materiales y la comodidad del viaje. Los estudiantes deben montar una tabla de datos y un gráfico mientras esperan los tiempos de vuelo y preparar sus presentaciones. Deben dibujar ilustraciones de su proyecto para escanearlas en publicaciones futuras y, o tomar fotografías. 

Comparte un ejemplo de una presentación de diapositivas (ppt) de un estudiante y comparta los criterios para las presentaciones.
Introduzca la matriz de valoración del proyecto (doc) y de seguimiento utilizando el Formulario de comprobación (doc) del folleto. Explique a los estudiantes que deberán completar dos proyectos de presentación:

• Un folleto técnico, que explique los conocimientos sobre densidad recientemente adquiridos por el grupo. Muestre Demostrar el aprendizaje (pub) a manera de ejemplo. Discuta las características del folleto con la ayuda de Planifica el folleto (pub). Estos criterios también aparecen en el Formulario de comprobación (doc) del folleto.
  
• Una presentación de diapositivas (ppt) sobre el diseño y la construcción del globo del grupo y cómo emplearon los principios de densidad para mejorar el diseño. Vea los criterios en la matriz de valoración del proyecto (doc). Otorgue a los estudiantes un día de trabajo para dedicarse a las presentaciones multimedia y los folletos. Asegúrese de que trabajen en equipos y se dividan la carga laboral. Tal vez se tomen unos días para completar este paso.

Pida a los grupos que expongan sus presentaciones multimedia y muestren sus folletos. Haga grupos de estudiantes para que expongan sus presentaciones multimedia y muestren sus folletos. Permita que los estudiantes se autoevalúen y coevalúen sus destrezas de colaboración, mediante la matriz de valoración entre compañeros y que evalúen sus presentaciones usando la matriz de valoración del proyecto (doc).

Nota: además del folleto y las presentaciones, los estudiantes pueden desarrollar wiki* de la clase, que trate el tema de la densidad.

Conclusión
Los estudiantes usan la Práctica de prueba (doc) para revisar los conceptos adquiridos en las clases de densidad y prepararse para la evaluación de los estudiantes (doc).

Presente nuevamente la pregunta esencial: ¿Cómo puede resultar útil en la vida el hecho de conocer las propiedades específicas de la materia? Esta vez, use la densidad como el enfoque principal. Anime a los estudiantes a investigar más a fondo esta pregunta, examinando otros ejemplos en los cuales es importante el conocimiento de la densidad de la materia (como la densidad del oro, para diferenciarlo de la pirita de hierro, los materiales de empaque, la densidad corporal, todos los proyectos de construcción, u otros).

Destrezas requeridas

• Los estudiantes necesitarán habilidades básicas de computación, como el uso del teclado y los procesadores de palabras.
• También, requerirán un conocimiento básico sobre programas de procesamiento de palabras y hojas de cálculo, así como de programas multimedia. 
• Además, deberán comprender el método científico, los diseños experimentales y las definiciones operativas.

Aprendizaje diferenciado

Adecuación curricular

• Dé al estudiante tiempo adicional y apoyo individual.
• Solicite ayuda al personal de apoyo o a voluntarios, para realizar las asignaciones del laboratorio.
• Reduzca el número de conceptos que deban dominar.
• Junte al estudiante con un amigo.

Estudiantes talentosos

• Solicite a un estudiante avanzado que se encargue de un tema de investigación independiente, como por ejemplo: averiguar cuán importante es la densidad del material para objetos como los transbordadores espaciales y los buques transatlánticos; o investigar la fuerza hidráulica, la presión del aire, y las leyes de Boyle y Charles sobre los gases.
• En un sitio web de la clase, el estudiante puede reunir el trabajo de todos los estudiantes; o puede ayudar a otros con sus laboratorios y el trabajo en la computadora.

Aprendices de lenguaje extranjera

• El estudiante puede analizar los conceptos científicos con un asistente de español, durante la formación complementaria, fuera de la clase.
• Reúna al estudiante con otros durante el trabajo para el proyecto, cuando la carga idiomática señale la necesidad de hacerlo.
• Diga al estudiante que prepare materiales en su lengua materna.  

Créditos

Gina Aldridge participó en el programa de Intel® Educar, a partir del cual obtuvo esta idea para un proyecto en clase. Un equipo de profesores amplió el plan para convertirlo en el ejemplo que usted ve aquí.