Proyectos de Introducción a la Investigación
¿Qué es la pregunta investigable y cómo enseñar a plantearla?
2. ¿Cómo enseñar a plantear preguntas investigables?
2.4. A partir de actividades de "papel y lápiz"
Figura 4. A partir de actividades de "papel y lápiz"
Finalmente, otro tipo de actividades para aprender a formular preguntas investigables es el relacionado con la respuesta a ejercicios diseñados con esta finalidad, que también pueden ser utilizados como cuestiones para evaluar esta capacidad (Sanmartí y Márquez, 2012).
- EJEMPLOS:
Guía de ejercicios para el diseño experimental diseñada por Expedición Ciencia. Es una guía de ejercicios que busca desarrollar algunas herramientas para el pensamiento científico, y en particular para el pensamiento experimental en ámbitos escolares y educativos. Muy buen material para trabajar el concepto de variable y su control.
1. Péndulos y circuitos
El período de un péndulo es cuánto tarda en hacer una oscilación completa ida y vuelta. Supongamos que quieres saber si el largo de la cuerda del péndulo influye en el período del péndulo. El dibujo muestra una serie de péndulos. Los números en las pesas indican la masa de cada una en kg.
Figura 4.1. Ejercicio péndulos
a. ¿Cuáles de los péndulos elegirías para contestar esa pregunta?
b. ¿Por qué?
Un estudiante está viendo cómo se "gastan" las pilas en diferentes circuitos. Quiere saber si el material con el que está hecho el alambre conductor tiene efecto en cuánto se "gasta" la pila. Para eso compara los dos circuitos esquematizados más abajo: en el circuito A usa alambre de cobre y el en circuito B alambre de oro. Sus conclusiones, dice un compañero no son válidas.
Figura 4.2. Ejercicio circuito
a. ¿Tiene razón el compañero?
b. ¿Por qué?
2. Dieta mediterránea
En un congreso de cardiología se ha presentado un estudio basado en una muestra de 772 personas (de 55 a 80 años) repartidas en dos grupos. Al primero se le ha suministrado una dieta mediterránea enriquecida con aceite de oliva y al segundo se le ha proporcionado una dieta rica en grasas animales. A los tres meses, en los dos casos, se han medido una serie de indicadores que indican el riesgo cardiovascular, como por ejemplo la colesterolemia o concentración de colesterol en la sangre. El colesterol, insoluble en agua, es transportado por el plasma formando estructuras supramoleculares denominadas lipoproteínas. Las de baja densidad o LDL tienden a depositar colesterol en la pared de las arterias y aumentan el riesgo de patologías cardiovasculares. ¿Qué pregunta se planteaban con esta investigación?
3. Juegos olímpicos y temperatura del agua de la piscina
Durante los Juegos Olímpicos de Verano de Moscú el entrenador del equipo de natación británico quería que la temperatura del agua de la piscina se mantuviera a una temperatura constante (24,0 ºC). Afirmaba que una diferencia de temperatura de sólo 2,0 ºC podía influir en la velocidad de sus nadadores. Antes de tomar cualquier decisión se decidió verificar la reclamación del entrenador británico mediante un experimento.
¿Cuál de los cuatro problemas siguientes escogerías para aclarar experimentalmente si la reclamación del entrenador es pertinente o no? (Fuente: Friedler y Tamir, 1986).
- ¿Influye la temperatura del agua en la velocidad de los nadadores?
- ¿Es posible mantener constante la temperatura del agua?
- ¿Una diferencia de dos grados en la temperatura del agua hace variar la velocidad de los nadadores?
- ¿A qué temperatura es más elevada la velocidad de los nadadores?
4. El Gran Cañón
El Gran Cañón está situado en un desierto de los Estados Unidos. Es un cañón muy largo y profundo que contiene muchos estratos de rocas. En algún momento del pasado, los movimientos de la corteza terrestre levantaron estos estratos. Hoy en día el Gran Cañón tiene 1,6 km de profundidad en algunas zonas. El río Colorado fluye por el fondo del cañón.
Cada año unos cinco millones de personas visitan el parque nacional del Gran Cañón. Existe preocupación por el deterioro que está sufriendo el parque debido al elevado número de visitantes.
¿Es posible responder las preguntas siguientes mediante una investigación científica?
- ¿Qué cantidad de erosión se produce por la utilización de las pistas forestales?
- ¿Es tan bello el parque como lo era hace 100 años?
5. Protectores solares
Milagros y Daniel quieren saber qué protector solar les proporciona la mejor protección para la piel. Los protectores solares llevan un factor de protección solar (FPS) que indica hasta qué punto el producto absorbe las radiaciones ultravioleta de la luz solar. Un protector solar con un FPS alto protege la piel durante más tiempo que un protector solar con un FPS bajo. A Milagros se le ocurrió una forma de comparar diferentes protectores solares. Daniel y ella reunieron los siguientes materiales:
- Dos hojas de un plástico transparente que no absorbe la luz solar.
- Una hoja de papel sensible a la luz.
- Aceite mineral (AM) y una crema con óxido de zinc (ZnO).
- Cuatro protectores solares diferentes, a los que llamaron PS1, PS2, PS3, y PS4.
Milagros y Daniel utilizaron aceite mineral porque deja pasar la mayor parte de la luz solar, y el óxido de zinc porque bloquea casi completamente la luz del sol. Daniel puso una gota de cada producto dentro de unos círculos marcados en una de las láminas de plástico y después colocó la otra lámina encima. Colocó luego sobre las láminas de plástico un libro grande para presionarlas.
Figura 4.3. Muestra
A continuación, Milagros puso las láminas de plástico encima de la hoja de papel sensible a la luz. El papel sensible a la luz cambia de gris oscuro a blanco (o gris muy claro), en función del tiempo que esté expuesto a la luz solar. Por último, Daniel puso las hojas en un lugar soleado.
Figura 4.4. Sistema armado
1. De las afirmaciones siguientes, ¿cuál es una descripción científica de la función que cumplen el aceite mineral y el óxido de zinc al comparar la efectividad de los protectores solares?
A El aceite mineral y el óxido de zinc son los dos factores que se están estudiando.
B El aceite mineral es un factor que está siendo estudiado, y el óxido de zinc es una sustancia de referencia.
C El aceite mineral es una sustancia de referencia y el óxido de zinc es el factor que se está estudiando.
D El aceite mineral y el óxido de zinc son las dos sustancias de referencia.
2. ¿Cuál de las siguientes preguntas trataban de responder Milagros y Daniel?
A ¿Qué protección proporciona cada protector solar en comparación con los otros?
B ¿Cómo protegen la piel de la radiación ultravioleta los protectores solares?
C ¿Hay algún protector solar que proteja menos que el aceite mineral?
D ¿Hay algún protector solar que proteja más que el óxido de zinc?
3. ¿Por qué presionaron la segunda hoja de plástico?
A Para impedir que las gotas se secaran.
B Para extender las gotas lo más rápidamente posible.
C Para mantener las gotas en el interior de los círculos.
D Para que las gotas fueran del mismo grosor.
4. El papel sensible a la luz es gris oscuro y cambia a gris claro cuando se expone a un poco de luz, y, a blanco cuando se expone a mucha luz. ¿Cuál de estas figuras representa un resultado que podría ocurrir? Explica tu elección.
Figura 4.5. Resultados
6. Lluvia ácida
A continuación se muestra una foto de las estatuas llamadas Cariátides, que fueron erigidas en la Acrópolis de Atenas hace más de 2.500 años. Las estatuas están hechas de un tipo de roca llamada mármol. El mármol está compuesto de carbonato de calcio. En 1980, las estatuas originales fueron trasladadas al interior del museo de la Acrópolis y fueron sustituidas por copias. Las estatuas originales estaban siendo corroídas por la lluvia ácida.
Figura 4.6. Cariátides
1. La lluvia normal es ligeramente ácida porque ha reaccionado con algo del dióxido de carbono del aire. La lluvia ácida es más ácida que la lluvia normal porque además ha reaccionado con gases como óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno. ¿De dónde vienen los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno que hay en el aire?
2. El efecto de la lluvia ácida en el mármol puede simularse sumergiendo astillas de mármol en vinagre durante toda una noche. El vinagre y la lluvia ácida tienen prácticamente el mismo nivel de acidez. Cuando se pone una astilla de mármol en vinagre, se forman burbujas de gas. Puede medirse la masa de la astilla de mármol seca antes y después del experimento. Una astilla de mármol tiene una masa de 2,0 g (gramos) antes de ser sumergida en vinagre durante toda una noche. Al día siguiente, la astilla se extrae y se seca. ¿Cuál será la masa de la astilla de mármol seca?
A Menos de 2,0 g.
B Exactamente 2,0 g.
C Entre 2,0 y 2,4 g.
D Más de 2,4 g.
3. Los alumnos que llevaron a cabo este experimento también pusieron astillas de mármol en agua pura (destilada) durante toda una noche. Explica por qué los alumnos incluyeron este paso en su experimento.
7. Comportamiento del espinoso
El espinoso es un pez que es fácil de mantener en un acuario.
• Durante la época de reproducción el vientre del espinoso macho cambia de color plateado a rojo.
• El espinoso macho atacará a cualquier macho rival que invada su territorio y lo intentará ahuyentar.
• Si se aproxima una hembra de color plateado, intentará guiarla hasta su nido para que ponga allí sus huevos.
En un experimento, un alumno quiere investigar qué provoca la aparición de un comportamiento agresivo en el espinoso macho. En el acuario del alumno sólo hay un espinoso macho. El alumno ha hecho tres modelos de cera unidos a trozos de alambre. Cuelga los modelos dentro del acuario, por separado, durante el mismo tiempo. Cuando están dentro, el alumno cuenta el número de veces que el espinoso macho ataca la figura de cera empujándola de forma agresiva. El resultado del experimento se presenta a continuación.
Figura 4.7. Resultados 1
1. ¿Qué pregunta intenta responder este experimento?
2. Durante el tiempo de reproducción, si el espinoso macho ve una hembra, tratará de atraerla con un comportamiento de cortejo parecido a una danza. En un segundo experimento se investiga este comportamiento de cortejo. De nuevo, se usan tres modelos de cera atados a un alambre. Uno es de color rojo; los otros dos son de color plateado, pero uno tiene el vientre plano y el otro tiene el vientre redondeado. Los alumnos cuentan el número de veces (en un determinado periodo de tiempo) que el macho reacciona ante cada modelo con un comportamiento de cortejo. Los resultados de este experimento se presentan a continuación.
Figura 4.8. Resultados 2
De acuerdo con los resultados de este experimento, cada uno de los cuatro alumnos propone su propia conclusión. De acuerdo con la información de la gráfica, ¿son correctas las conclusiones de los alumnos?
- El color rojo provoca el comportamiento de cortejo del espinoso macho.
- La hembra del espinoso con el vientre plano provoca la mayor cantidad de reacciones en el espinoso macho.
- El espinoso macho reacciona con mayor frecuencia ante una hembra con el vientre redondeado que ante una hembra con el vientre plano.
3. Otros experimentos han demostrado que el espinoso macho reacciona con un comportamiento agresivo ante los modelos con el vientre rojo, y con un comportamiento de cortejo ante los modelos con el vientre plateado. En un tercer experimento, se utilizaron los siguientes modelos sucesivamente:
Figura 4.9. Resultados 3
Las tres gráficas siguientes muestran las posibles reacciones del espinoso macho ante cada uno de los modelos representados arriba.
Figura 4.10. Resultados 4
¿Cuál de estas reacciones podrías predecir para cada uno de los cuatro modelos? Rellena con A, B o C la casilla correspondiente a cada modelo.
| Modelo | Reacción |
|---|---|
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Tabla 2. Modelo y reacción
8. Fumar tabaco
El tabaco se fuma en forma de cigarrillos, puros o en pipa. Ciertas investigaciones científicas han demostrado que las enfermedades relacionadas con el tabaco matan cada día a unas 13.500 personas en el mundo. Se predice que, para 2020, las enfermedades relacionadas con el tabaco originarán el 12% del total de muertes. El humo del tabaco contiene sustancias nocivas. Las sustancias más perjudiciales son el alquitrán, la nicotina y el monóxido de carbono.
Algunas personas usan parches de nicotina para dejar de fumar. Los parches se pegan a la piel y liberan nicotina a la sangre. Esto ayuda a reducir la ansiedad y eliminar los síntomas de abstinencia cuando la gente deja de fumar. Para estudiar la efectividad de los parches de nicotina, se escoge al azar a un grupo de 100 fumadores que quieren dejar de fumar. Este grupo será sometido a estudio durante seis meses. La efectividad de los parches de nicotina se determinará contando el número de personas que no han conseguido dejar de fumar al final del estudio. Entre los siguientes, ¿cuál es el mejor diseño experimental?
A Poner parches a todas las personas del grupo.
B Poner parches a todo el grupo excepto a una persona que tratará de dejar de fumar sin parches.
C Cada persona elige si quiere llevar parche o no para dejar de fumar.
D Se escoge al azar a una mitad del grupo que llevará parches, y la otra mitad no los llevará.
9. Brillos de labios
La tabla siguiente tiene dos recetas de cosméticos que se pueden hacer en casa. La barra de labios es más dura que el brillo de labios, que es suave y cremoso.
Figura 4.11. Composición del brillo y barra de labios
1. Al hacer la barra de labios y el brillo de labios, el aceite y las ceras se mezclan entre sí. El colorante y el aroma se añaden después. La barra de labios hecha con esta receta es dura y no es fácil utilizarla. ¿Cómo cambiarías la proporción de los ingredientes para hacer una barra de labios más blanda?
2. Aceites y ceras son compuestos que se mezclan bien entre sí. El agua no se mezcla con los aceites, y las ceras no son solubles en agua. Si se vuelca mucha agua dentro de la mezcla de la barra de labios cuando se está calentando, ¿qué ocurrirá con mayor probabilidad?
A Se producirá una mezcla más cremosa y blanda.
B La mezcla se hará más dura.
C La mezcla apenas cambiará.
D Grumos grasos de la mezcla flotarán sobre el agua.
3. Cuando se añade un emulsionante, éste hace que se mezclen bien los aceites y las ceras con el agua. ¿Por qué el jabón y el agua limpian una mancha de barra de labios?
A El agua tiene un emulsionante que permite que se mezclen el jabón y la barra de labios.
B El jabón actúa como un emulsionante y permite que el agua y la barra de labios se mezclen.
C Los emulsionantes de la barra de labios permiten que el jabón y el agua se mezclen.
D El jabón y la barra de labios se combinan y forman un emulsionante que se mezcla con el agua.
10. El pan
Un cocinero hace el pan mezclando harina, agua, sal y levadura. Una vez mezclado todo, coloca la mezcla en un recipiente durante varias horas para que se produzca el proceso de la fermentación. Durante la fermentación, se produce un cambio químico en la mezcla: la levadura (un hongo unicelular) transforma el almidón y los azúcares de la harina en dióxido de carbono y alcohol.
1. La fermentación hace que la mezcla se hinche. ¿Por qué se hincha?
A Se hincha porque se produce alcohol, que se transforma en gas.
B Se hincha porque los hongos unicelulares se reproducen dentro de ella.
C Se hincha porque se produce un gas, el dióxido de carbono.
D Se hincha porque la fermentación transforma el agua líquida en vapor.
2. Algunas horas después de haber hecho la mezcla, el cocinero mide la masa del sistema y observa que su masa ha disminuido. La masa de la mezcla es la misma al comienzo de cada uno de los cuatro experimentos que se muestran abajo. ¿Qué dos experimentos debería comparar el cocinero para determinar si la levadura es la responsable de la diferencia de masa?
Figura 4.12. Resultados de los cuatro experimentos
A El cocinero debería comparar los experimentos 1 y 2.
B El cocinero debería comparar los experimentos 1 y 3.
C El cocinero debería comparar los experimentos 2 y 4.
D El cocinero debería comparar los experimentos 3 y 4.
Imagina que vives cerca de una gran fábrica de productos químicos que produce fertilizantes para la agricultura. En los últimos años se han dado varios casos de personas de la zona que sufren problemas respiratorios crónicos. Muchas personas de la localidad piensan que estos síntomas son producidos por la emisión de gases tóxicos procedentes de la cercana fábrica de fertilizantes químicos.
Se ha organizado una reunión pública para discutir sobre los peligros potenciales de la fábrica de productos químicos para la salud de los habitantes de la zona. En esta reunión los científicos declararon lo siguiente:
- Declaración hecha por los científicos que trabajan para la empresa de productos químicos: «Hemos hecho un estudio de la toxicidad del suelo en esta zona. En las muestras analizadas no hemos encontrado ningún rastro de productos químicos tóxicos.»
- Declaración hecha por los científicos que trabajan para los ciudadanos de la comunidad local preocupados por esta situación. «Hemos estudiado el número de casos de problemas respiratorios crónicos en esta zona y lo hemos comparado con el número de casos que se presentan en zonas alejadas de la fábrica. El número de casos es mayor en la zona próxima a la fábrica de productos químicos.»
1. El propietario de la fábrica de productos químicos utilizó la declaración de los científicos que trabajaban para la empresa para afirmar que «los gases emitidos por la fábrica no constituyen un riesgo para la salud de los habitantes de la zona». Da una razón que permita dudar de que la declaración hecha por los científicos que trabajan para la empresa confirme la afirmación del propietario.
2. Los científicos que trabajan para los ciudadanos preocupados compararon el número de personas con problemas respiratorios crónicos que vivían cerca de la fábrica de productos químicos con el número de casos observados en una zona alejada de la fábrica. Describe una posible diferencia entre las dos zonas que te haría pensar que la comparación no fue válida.
Ósmosis y protozoosis
Determinados peces de acuario de agua dulce sufren a menudo la denominada enfermedad del punto blanco, caracterizada por la presencia de pequeñas manchas blancas en las escamas y aletas. Un análisis microscópico de las manchas evidencia la presencia de un protozoo parásito. Sumergiendo durante unos minutos a los peces en agua con una concentración salina superior a la del acuario, los parásitos desaparecen en la mayor parte de los casos.
La tabla siguiente muestra los resultados de un experimento realizado con peces de agua dulce de una misma especie que padecían la enfermedad del punto blanco y eran sumergidos durante un minuto en soluciones salinas a diversas concentraciones. ¿Cuál es el problema o la pregunta investigable que se plantea en este experimento?
Concentración salina (g/L) | 2,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 | 12,5 | 15,0 | 17,5 | 20,0 | 22,5 | 25,0 | 27,5 | 30,0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Nº de parásitos en un pez | 150 | 150 | 150 | 150 | 140 | 100 | 45 | 10 | 8 | 5 | 0 | 0 |
Tabla 3. Resultados
13. Penicilina y clavulánico
La penicilina es un antibiótico utilizado contra muchas infecciones bacterianas, pero algunas bacterias producen un enzima, la penicilinasa, que la inactiva. El gráfico siguiente representa la actividad enzimática de la penicilinasa (línea azul) y también las actividades de la penicilinasa a las mismas concentraciones de penicilina pero en presencia de ácido clavulánico (línea gris) ¿Qué pregunta se planteaban los investigadores que hicieron esta investigación?
Figura 4.13. Gráfica con resultados
14. Hemoglobina glicosilada y diabetes
Con el fin de asociar la ingesta de macro y micronutrientes con el control metabólico de pacientes con diabetes tipo 2, académicos de la carrera de Nutrición y Dietética de la Universidad San Sebastián desarrollaron el estudio “Asociación entre nutrientes y hemoglobina glicosilada en diabéticos tipo 2”.
Los resultados determinaron que el consumo elevado de CHO (glúcidos) en especial de rápida absorción, altos en sacarosa y bajos en fibra (pan, dulces y bebidas, entre otros) se asocia como factor de riesgo en el incremento de hemoglobina A1c (HbA1c), cuyo monitoreo permite el control de la glucosa de los tres últimos meses del paciente. Sin embargo, no se asoció con ingesta de proteínas o grasas.
“Los diabéticos deben optar por los alimentos de bajo índice glicémico. Es mejor comer una pasta al dente que una pasta recocida o un arroz integral que uno blanco. La cantidad de CHO es la misma, pero la manera en que se comporta en la sangre es distinta. Además se debe aumentar el consumo de leguminosas, frutas y verduras, en la cantidad que recomiende su nutricionista, según la necesidad de cada paciente”, finaliza Durán.
El estudio incluyó a 714 diabéticos tipo 2 de ambos sexos entre 27 y 90 años, a quienes se les realizó una encuesta alimentaria de Tendencia de Consumo de Alimentos con frecuencia semanal, la cual proporcionó información detallada sobre el consumo de alimentos de cada persona y se comparó con la HbA1c. Además, se les efectuó una evaluación antropométrica de peso y talla, y el estado nutricional fue determinado con el índice de masa corporal.
a) ¿Qué son los macro y micronutrientes?
b) ¿Qué es el índice glicémico de los alimentos?
c) ¿Cuáles son los glúcidos de rápida absorción? ¿En qué alimentos se consumen mayoritariamente?
d) ¿Cuál es la composición química de la fibra dietética? ¿Por qué es recomendable su ingesta regular, en especial por las personas diabéticas?
e) ¿Cuáles fueron las variables estudiadas en la investigación? ¿Cuál fue la variable independiente, la dependiente y las variables a controlar?
f) ¿Cuál crees que es la pregunta investigable que buscaban contestar a través de la investigación?
Propuesta completa en el siguiente enlace.