Los estándares científicos de la próxima generación (NGSS) se centran en la aplicación de los estudiantes de habilidades para el sentido y la resolución de problemas para profundizar su comprensión sobre los fenómenos naturales (NGSS Lead States 2013). El NGSS identifica tres dimensiones: ideas centrales disciplinarias (DCIS), prácticas de ciencia e ingeniería (SEP) y conceptos transversales (CCC) para que los maestros consideren a medida que diseñan una instrucción desafiante y valiosa.
El papel de los SEP como se indica en el marco para la educación científica de K – 12 es «ayudar a los estudiantes a comprender cómo se desarrolla el conocimiento científico,… y les da una apreciación de la amplia gama de enfoques que se utilizan para investigar, modelar y explicar el mundo ”(NRC 2012). Entre los SEP, el desarrollo y el uso de modelos ofrece a los estudiantes una herramienta de sentido para razonar sobre cómo funcionan los eventos o el sistema del mundo real. A medida que los estudiantes se involucran con los compañeros en el desarrollo de modelos, pueden pasar de usar modelos para desempacar sus ideas iniciales para explicar los fenómenos, al usar evidencia de observaciones, lecturas y experimentos para revisar o refinar sus modelos. A través de estos procesos, los estudiantes pueden visualizar y comprender los sistemas complejos como lo hacen los científicos cuando exploran el mundo natural.
Cultivar el conocimiento científico de los estudiantes y desarrollar su capacidad en la investigación científica depende de la capacidad de un maestro para utilizar los recursos existentes para diseñar oportunidades de aprendizaje ricas (Brown y Edelson 2003). Diseñar tales experiencias no es fácil, y es particularmente desafiante para los nuevos maestros que tienen poca experiencia tomando decisiones sobre la mejor manera de desarrollar conocimientos y prácticas específicas, especialmente en relación con la elección de recursos apropiados para involucrar a los estudiantes en actividades (Kaufmann et al. 2002. ). Además, actualmente existe una cantidad limitada de orientación para apoyar a los maestros en los aspectos prácticos de la combinación de las tres dimensiones (es decir, DCIS, SEP y CCC) en la instrucción de ciencias K – 12 (McFadden y Roehrig 2017).
Se necesitan más recursos y preparación para apoyar a los maestros en el uso de las tres dimensiones de manera efectiva en la enseñanza de la ciencia (Krajcik 2015). Un número especial del profesor de ciencias en septiembre de 2013 se centró en el tema «Desarrollar y usar modelos», y otras guías de apoyo también se han lanzado. Sin embargo, involucrar a los estudiantes en el desarrollo y el uso de modelos en las aulas de ciencias sigue siendo difícil dado que el modelado se ha enfatizado recientemente en las aulas de ciencias como una práctica importante para el desarrollo del conocimiento (Campbell y OH 2015).
Dado esto, las siguientes cuatro preguntas se pueden utilizar para guiar nuestro uso de modelos en la enseñanza de la ciencia:
- ¿Cuál es el propósito de un modelo?
¿Qué importancia tienen los modelos en Ciencias de la Tierra?
Los modelos de sistemas de tierra y los modelos climáticos son una integración compleja de las variables ambientales utilizadas para comprender nuestro planeta. Los modelos de sistemas de la Tierra simulan cómo las fuerzas de química, biología y física funcionan juntas. Estos modelos son similares pero mucho más completos que los modelos climáticos globales.
Para comprender los modelos del sistema Earth, ayuda a comprender primero los modelos climáticos globales. El clima es el patrón a largo plazo de las variables climáticas. Incluye temperatura, lluvia y nevadas, humedad, luz solar y viento y cómo ocurren durante muchos años. Los modelos climáticos explican cómo estas variables pueden cambiar el uso del análisis matemático basado en la física de cómo se mueven la energía, los gases y los fluidos, combinados con las mediciones tomadas de experimentos, laboratorios y otras observaciones en el mundo real.
Los modelos del sistema terrestre incluyen muchos componentes y procesos interdependientes para ayudarnos a comprender nuestro planeta. Crédito: Imagen cortesía de Paul Ullrich, Universidad de California, Davis
- La atmósfera que incluye nubes, aerosoles y gases.
- La superficie de la tierra y cómo está cubierto por vegetación, nieve y hielo, lagos y ríos, y suelo.
- Hielo marino y los océanos.
- Cómo todos estos componentes almacenan y mueven el calor y el carbono que calientan la atmósfera de la Tierra.
Los modelos climáticos globales tratan la tierra como una cuadrícula gigante. El tamaño de cada celda en la cuadrícula está determinado por la potencia de la computadora que ejecuta el modelo. Al igual que un videojuego, una mayor resolución requiere una computadora mucho más poderosa.
¿Qué son los modelos en las ciencias naturales?
Al final del viaje de la escuela secundaria, el estudiante debe poseer el conocimiento disciplinario y las metodologías de las ciencias de la naturaleza, en particular las ciencias de la tierra, la química y la biología. Estas diferentes áreas disciplinarias se caracterizan por conceptos y métodos de su propia investigación, pero todas se basan en la misma estrategia de la investigación científica que también se refiere a la dimensión de la «observación y experimentación». La adquisición de este método, de acuerdo con las variaciones particulares que tiene en las diversas áreas, junto con la posesión de los contenidos disciplinarios fundamentales, constituye la capacitación y orientación del aprendizaje/enseñanza de las ciencias. Esta es la contribución específica que el conocimiento científico puede dar a la adquisición de «herramientas culturales y metodológicas para una comprensión en profundidad de la realidad». En este contexto, la dimensión experimental, la dimensión constitutiva de estas disciplinas y, como tal, para tener en cuenta siempre, es de importancia fundamental. El laboratorio es uno de los momentos más importantes en los que se expresa, ya que es una circunstancia privilegiada de «hacer ciencia» a través de la organización y la ejecución de actividades experimentales, que aún pueden tener lugar útilmente en clase o en el campo. Sigue siendo un aspecto indispensable de la capacitación científica y una guía para todo el curso de capacitación, incluso cuando las actividades experimentales no son posibles en el sentido estricto. Las etapas de una ruta de aprendizaje científico no siguen una lógica lineal, sino más bien recursiva. Por lo tanto, en el nivel de la escuela secundaria, los conceptos ya adquiridos en años anteriores se pueden profundizar junto con nuevos temas y temas, introduciendo nuevas claves interpretativas. En términos metodológicos, desde un enfoque inicial principalmente fenomenológico y descriptivo, podemos pasar a un enfoque que presta atención a las leyes, modelos, formalización, las relaciones entre los diversos factores del mismo fenómeno y entre diferentes fenómenos. Al final del curso, el estudiante podrá hacer conexiones lógicas, reconocer o establecer relaciones, clasificar, formular hipótesis basadas en los datos proporcionados, sacar conclusiones basadas en los resultados obtenidos y en las hipótesis verificadas, resuelve situaciones problemáticas utilizando utilizando Idiomas específicos, aplique el conocimiento adquirido a situaciones de la vida real, también para colocarse críticamente y consciente frente a los temas científicos y tecnológicos de la sociedad actual. El aprendizaje disciplinario, por lo tanto, sigue un escaneo inspirado en los criterios de gradualidad, recursividad, conexión entre los diversos temas y temas cubiertos, de sinergia entre las disciplinas que forman el curso de las ciencias que, incluso en su pleno cumplimiento de su especificidad, se desarrollan en una armoniosa y armoniosa y armoniosa forma coordinada. Esta exploración corresponde al desarrollo histórico y conceptual de las disciplinas individuales, tanto en un sentido temporal como para los vínculos con toda la realidad cultural, social, económica y tecnológica de los períodos en los que se han desarrollado. En las ciencias aplicadas de la escuela secundaria científica aplicadas, las horas anuales esperadas permiten una actividad de laboratorio sistemática y una amplia gama de análisis disciplinarios y multidisciplinarios, científicos y tecnológicos en profundidad, que también pueden tener un valor de orientación para la continuación de los estudios. En este contexto, es deseable involucrar sobre todos los estudiantes de los últimos dos años, encontrar una conexión con las enseñanzas de las matemáticas, la física, la historia y la filosofía, y las abiertas, donde sea posible, colaboraciones con universidades, cuerpos de investigación, museos de ciencias y museos y ciencias mundo de trabajo
Los primeros dos años en los primeros dos años prevalece un enfoque fenomenológico y observador de suscripción. Los elementos de las ciencias de la tierra, que pueden completar y profundizar los contenidos ya adquiridos anteriormente, incluyen el conocimiento de las diversas organizaciones del planeta (litosfera, hidrosfera, atmósfera) y los fenómenos relacionados con ellos, examinando sus transformaciones e interrelaciones (terremotos, volcanes, etc. .), Además del estudio de la Tierra como planeta dentro del sistema solar (MOTI y sus consecuencias, Sol, Luna, etc.).
Los elementos de la biología reanudan aspectos de observación que se refieren a los vivos, en particular su constitución (la célula) y las diferentes formas con las que se manifiestan (sistemáticos). Por lo tanto, utilizan técnicas experimentales básicas en campo biológico y observación microscópica. La variedad de vida y la complejidad de su estructura introducen el estudio de la evolución, la genética mendeliana y las relaciones vivos-ambientales, en la perspectiva del mantenimiento de la biodiversidad. Los elementos de la química incluyen: La observación y la descripción de fenómenos y reacciones simples (su reconocimiento y su representación) con referencia también a ejemplos tomados de la vida diaria; los estados de agregación del asunto y las transformaciones relacionadas; el modelo de partículas de la materia; la clasificación de la materia (mezclas homogéneas y heterogéneas, sustancias simples y compuestas) y las definiciones operativas relacionadas; reactividad; Las leyes fundamentales y el modelo atómico de Dalton, la fórmula química y el lunar como unidad de medición; Una primera clasificación de los elementos (sistema periódico de Mendeleev). Sin perjuicio de los elementos de las ciencias de la Tierra, que se abordarán en la primera clase, también en una relación interdisciplinaria con el estudio de la geografía, el contenido indicado será desarrollado por los maestros de acuerdo con los métodos y con el orden considerado más adecuado.
Según dos años, en los segundos dos años se expanden, consolidan y relacionan el contenido disciplinario, introduciendo gradualmente los conceptos, modelos y formalismo que son apropiados para las disciplinas sujetas al estudio y que permiten una explicación más profunda de los fenómenos de los fenómenos
¿Qué ventajas tiene la utilización de los modelos en la materia de ciencias?
Los modelos científicos se aproximan a las tendencias y procesos en el mundo real. Como representaciones, están necesariamente incompletos y pueden ser refutados. Sin embargo, los modelos son extremadamente útiles por varias razones. Primero, proporcionan una forma de comprender los procesos que de otro modo podrían estar fuera del alcance de los humanos. En segundo lugar, proporcionan a los científicos fundamentos para más experimentos e hipótesis.
Sin modelos, muchos de los procesos en el mundo natural seguirían siendo misteriosos. A pesar de que son parciales y potencialmente defectuosos, los modelos representan al mundo de una manera que podemos entender. Por ejemplo, el modelo BOHR del átomo es una simplificación significativa de la estructura de un átomo. Sin embargo, este modelo nos ayuda a conceptualizar el átomo como un núcleo bien empacado rodeado de electrones en órbita.
Los modelos son cruciales para el método científico. Nunca se demuestra que de una vez por todas. Las inconsistencias de un modelo pueden expuestos a través de pruebas u observaciones. Luego, se debe formar un nuevo modelo. Por ejemplo, el modelo ptolemaico de movimiento planetario sugirió que los planetas y el sol viajan por la tierra. Sin embargo, esto no podría explicar una serie de fenómenos observados, como las fases de Venus. Por lo tanto, el modelo copernicano del sistema solar ganó prominencia.
SERM Murmson es escritor, pensador, músico y muchas otras cosas. Tiene una licenciatura en antropología de la Universidad de Chicago. Sus preocupaciones incluyen cosas como categorías, lenguaje, descripciones, representación, críticas y trabajo. Ha estado escribiendo profesionalmente desde 2008.
Nuestro objetivo es hacer que la ciencia sea relevante y divertida para todos. Ya sea que necesite ayuda para resolver ecuaciones cuadráticas, inspiración para la próxima Feria de Ciencias o la última actualización sobre una tormenta importante, la ciencia está aquí para ayudar.
¿Cuál es la importancia de los modelos en la quimica?
Los modelos de moléculas muestran la posición de los diferentes átomos, más o menos a escala y generalmente con codificación de colores, y demuestran cómo se unen. Los químicos no piensan que modelos como estos muestran cómo se ven las moléculas ‘realmente’; Los modelos son herramientas útiles para visualizar las estructuras y formas de grupos de átomos, lo cual es importante para comprender su comportamiento. Puede sentir la forma de los grupos de átomos e investigar cómo la molécula puede moverse o doblarse.
Los modelos se han utilizado para representar arreglos de átomos a lo largo del desarrollo de la teoría atómica moderna. El Museo de Ciencias en Londres tiene modelos de madera de átomos utilizados por John Dalton (1766-1844) en sus conferencias. Sin embargo, se ha sugerido que Kepler usó modelos para representar átomos ya en 1611. Todos los conjuntos de modelos en el Museo Whipple datan del siglo XX.
Hay varios tipos principales de modelos atómicos en uso hoy: dos de los más comunes son los tipos de ‘pelota y voz’ y ‘llenador de espacio’; Cada uno es útil para mostrar información diferente sobre las moléculas. Mientras que los modelos de pelota y radios están diseñados para mostrar cómo los átomos se unen, los modelos de relleno de espacio demuestran con precisión el tamaño y la forma de la molécula.
La mayoría de los conjuntos de modelos diferencian entre diferentes tipos de átomos utilizando colores, mientras que algunos varían el tamaño de los átomos, a menudo para permitir que las personas con discapacidad visual usen los conjuntos.
No pensamos en los átomos individuales de elementos como tener un color. Es solo en una escala mucho más grande que los sólidos (y algunos líquidos y gases) muestran colores. Los colores utilizados en los kits de modelado se eligen para fines de identificación y no corresponden a ningún color real en los átomos. Aunque los átomos de oxígeno son de color rojo en kits, el oxígeno líquido es en realidad de color azul.
¿Qué tipos de modelos se utilizan en quimica?
Los modelos de pelota y radios son una forma común de representar estructuras moleculares. Cada átomo está representado por una bola de color que se une a otros átomos usando radios para representar los enlaces entre ellos. Este tipo de modelo enfatiza la unión entre los átomos.
Cada bola de madera tiene una serie de agujeros perforados. Estos se corresponden con el número de enlaces que el átomo puede formarse con otros átomos. El número de enlaces que se pueden hacer depende de cuántos electrones tiene un átomo, que varía según el elemento. Por ejemplo, los átomos de oxígeno pueden hacer dos enlaces, pero los átomos de hidrógeno solo pueden hacer uno.
El químico Wilhelm August Hofmann usó por primera vez bolas de color para representar los elementos alrededor de 1865. John Dalton, quien en el siglo XIX hizo grandes avances al pensar en la estructura de los átomos, usó modelos de pelota y habló en sus conferencias. Algunos de sus modelos y diagramas de átomos se exhiben en el Museo de Ciencias de Londres.
Los modelos esqueléticos son similares a la pelota y hablan de tipo; Ambos se clasifican como estructuras ‘abiertas’, a diferencia del tipo de llenado de espacio ‘cerrado’. En los modelos esqueléticos, los átomos no se muestran como esferas. En cambio, se supone que los átomos están en la intersección de dos o más barras, que representan los enlaces. La principal ventaja de los modelos esqueléticos que es fácil de medir ángulos y dimensiones debido a su estructura abierta. El Museo Whipple tiene un conjunto de modelos esqueléticos de órbita, que se muestran en la imagen 2.
Los modelos de relleno de espacio dan una representación del tamaño y la forma de toda la molécula, mostrando (relativamente) cuánto espacio ocupa cada átomo. Los modelos de relleno de espacio fueron diseñados por primera vez por H. A. Stuart en 1934.
¿Qué es un modelo en Quimica ejemplos?
Cuando nos enfrentamos la necesidad de encontrar una explicación científica para un fenómeno complejo como la unión, la experiencia ha demostrado que a menudo es mejor comenzar desarrollando un modelo. Un modelo científico es algo así como una teoría en que debería poder explicar las observaciones y hacer predicciones útiles. Pero mientras que una teoría puede ser desacreditada por un solo caso contradictorio, un modelo puede ser útil incluso si no abarca todas las instancias de los efectos que intenta explicar. Ni siquiera exigimos que un modelo sea una representación creíble de la realidad; Todo lo que pedimos es que pueda explicar el comportamiento de aquellos casos a los que es aplicable en términos que son consistentes con el modelo en sí.
Un ejemplo de un modelo que ya puede conocer es la teoría molecular cinética de los gases. A pesar de su nombre, este es realmente un modelo (al menos en el nivel que los estudiantes principiantes lo usan) porque ni siquiera intenta explicar el comportamiento observado de los gases reales. Sin embargo, sirve como una herramienta para desarrollar nuestra comprensión de los gases y como un punto de partida esencial para tratamientos más elaborados.
Una cosa está clara: la unión química es básicamente de naturaleza eléctrica, el resultado de la atracción entre cuerpos de carga opuesta; La unión ocurre cuando los electrones de caparazón exterior se sienten atraídos simultáneamente por los núcleos cargados de dos o más átomos cercanos. La necesidad de modelos surge cuando intentamos entender por qué
- No todos los pares de átomos pueden formar enlaces estables
- Los diferentes elementos pueden formar diferentes números de enlaces (esto se expresa como «combinación de potencia» o «valencia».)
- La disposición geométrica de los enlaces («Geometría de unión») alrededor de un tipo de átomo dado es una propiedad del elemento.
Dada la extraordinaria variedad de formas en que los átomos se combinan en agregados, no debería sorprender que se hayan desarrollado varios modelos de unión útiles. La mayoría de ellos se aplican solo a ciertas clases de compuestos o intentan explicar solo un rango restringido de fenómenos. En esta sección proporcionaremos descripciones breves de algunos de los modelos de unión; Cuanto más importante se tratará con mucho más detalle en lecciones posteriores en esta unidad.
¿Qué características deben tener los modelos de la ciencia?
La revolución científica implicó una transformación radical de la concepción del universo físico, el desarrollo de nuevos métodos de investigación y una reconsideración de los propósitos del conocimiento científico. Sus personajes principales fueron:
• Una nueva concepción de la ciencia. Ya no se considera contemplativo de saber, apropiado para la tradición escolar, sino cuán práctico saberlo. Una ciencia que, a partir de la búsqueda de la causalidad y los propósitos de los fenómenos, tiene como objetivo describir cómo tienen lugar los eventos físicos y naturales, medirlos y estudiarlos de manera objetiva. Esta forma de investigar el mundo natural se llama concepción mecanicista de la naturaleza.
• La mejora y el desarrollo de técnicas e instrumentación cambió la forma en que trabajaban, académicos, lo que llevó a nuevos descubrimientos e inventos científicos. Las herramientas de las herramientas se convirtieron en el eje de la actividad científica y sus tiendas se convirtieron en lugares de reunión y se propagan nuevas ideas, de la base de las academias científicas.
Durante este período, las herramientas fundamentales para la investigación científica, como el telescopio, el telescopio, la escala de presión, el barómetro, el barómetro, el microscopio, el cronómetro, el reloj máximo y el reloj de pasto (la primera calculadora mecánica) fueron inventados y perfeccionados
• La formulación del método experimental, desarrollado por Galileo Galilei, o un procedimiento para la investigación y los nuevos conocimientos. Las fases de esta nueva metodología son: observación directa y recopilación de datos de un fenómeno, la formulación de una hipótesis, verifica a través de pruebas experimentales y demostración en términos matemáticos. De esta manera, fue posible compartir los resultados del trabajo de uno en un lenguaje universal y objetivo como el matemático.
¿Cómo pueden ser los modelos en la ciencia?
Vamos a los ejemplos de modelos científicos utilizados a principios del siglo XX. Podemos distinguir dos grandes tipologías de modelos: teórico y empírico. Boltzmann elige comenzar sus ilustraciones con el primero y desarrollarlo mucho más ampliamente, incluso si el segundo se manifiesta históricamente primero. Por lo tanto, se manifiesta en los modelos teóricos en ese momento. Al seguirlo, dejaré de lado los modelos empíricos que luego consistieron en modelos reducidos/agrandados o en prototipos de máquinas que permiten probar capacidades.
Dentro de los modelos teóricos, Boltzmann diferencia los modelos estacionarios de los modelos dinámicos.
Con respecto a los modelos estacionarios, cita en matemáticas, y más específicamente en geometría, «modelos hechos de papel maché y yeso» utilizados principalmente para «presentar los sentidos las formas precisas de figuras geométricas, superficies y curvas. En física, menciona, además de un ejemplo en termodinámica, el modelado de la refracción de la luz en los cristales. Describe un frente de onda como «dos tazas u hojas bien ajustadas y exactamente una dentro del otro». Estos son los rayos en verde claro en la animación a continuación:
Los modelos dinámicos incluyen los utilizados en la geometría para mostrar el origen de las figuras geométricas del movimiento de figuras de terceros, por ejemplo, un toro producido a partir de dos círculos (el círculo rojo que se mueve por debajo de tangencialmente en el círculo rosado). En mecánica e ingeniería, «se utiliza una variedad infinita de modelos mecánicos para transmitir al ojo el mecanismo de una máquina en su conjunto, o sus componentes y piezas subordinadas. En la mecánica teórica, los modelos a menudo se usan para resaltar las leyes físicas del movimiento en casos interesantes o especiales, por ejemplo, el movimiento de un cuerpo que cae o el de un enrutador, el movimiento de un péndulo en la superficie de una tierra de rotación, El desplazamiento de fluidos, etc. »»
Artículos Relacionados:
