¿Es posible motivar al alumnado hacia el estudio de la
ciencia?
Durante años se ha creído que la mejor manera de enseñar
ciencia era instruir en fórmulas, leyes y principios, incidiendo en un
aprendizaje memorístico de estas. Igualmente, siempre se ha tomado por rutina
que era el docente aquel que debía formular preguntas para que después el
alumno las contestase. Pero… ¿por qué no dar la vuelta a esta clase de
enseñanza-aprendizaje?
Indudablemente, los niños son una máquina de generar
preguntas, un torbellino de curiosidad y ansias de descubrir ¿Y si aprovecháramos
este hecho para generar conocimiento científico? No se ha de olvidar que el
diseño de los procesos de investigación, no únicamente en la escuela, también
en el marco de la ciencia, nace de la realización de preguntas y la formulación
de hipótesis. Por ello, creo que ser capaces de guiar a los niños en la
búsqueda de la respuesta a sus propias preguntas puede ser el proceso más
enriquecedor y beneficioso a seguir para enseñar ciencias. Esto es, orientarlas
en la forma correcta de realizar preguntas y ayudarles a escribir, esquematizar
y poner orden a sus pensamientos. También, es vital, experimentar y argumentar
posibles explicaciones a las cuestiones planteadas y estimularles en caso de
que sus primeras predicciones no sean las correctas. En definitiva, lograr que
sean ellos quienes deduzcan y concluyan los resultados de su propio proceso de
investigación.
Se trata de una implicación y participación activa en el
aula, esto es, un modo de hacer ciencia completamente alejado del que se
acostumbra en el aula, pero mucho más enriquecedor para el alumnado y los
docentes. Una ciencia que no solo sea entendida desde la “realización de
experimentos” o el “aprendizaje de leyes”, sino que se fundamente en el debate,
las preguntas, la investigación, la lectura… una ciencia que ponga el pensamiento en acción
y genere así, un marco propicio para favorecer al aprendizaje sobre la
naturaleza de la ciencia.
Con la entrada anterior, se dio por finalizado el contenido relativo a la energía. Así, a continuación, nos adentraremos en el tema de las máquinas. Este bloque de contenidos (Tecnología, objetos y máquinas) está inserto en el currículo de Educación Primaria y contempla la realización de proyectos que incluyen la alfabetización digital y el uso de la tecnología en la construcción de máquinas sencillas.
Sin embargo, antes de meternos de lleno con el tema de las máquinas es importante, detenerse un segundo, ponerse en el lugar de los estudiantes y pensar en qué piensan ellos cuando escuchan el término máquina. Así, tal como demuestran Cañal García-Carmona y Cruz-Guzmán (2016 ) en un estudio realizado, los escolares tienden a pensar que las máquinas son dispositivos complejos formados por un cúmulo de botones y cables. Igualmente, entienden que las máquinas son siempre beneficiosas para la vida del ser humano pues suponen un desarrollo tecnológico. De esta manera, a menudo, obvian los problemas ambientales o socioculturales que estas pudieran producir.
Por todo ello, es importante hacerle a entender al escolar que las máquinas no hacen referencia únicamente a aquellos aparatos complejos y llenos de botones, de los que dispone en casa. Por el contrario, existen también máquinas simples formadas por un único operador tecnológico, como puede ser una palanca, una polea o un plano inclinado.
En esta ocasión, nos adentraremos en el estudio de los planos inclinados. Para ello, se realizará un experimento en el aula a partir de unos sencillos materiales. La idea que se pretende reconstruir es aquella que se muestra en la imagen inferior.
Para ello es necesario: -Materiales de diferente altura que nos sirvan para elevar la tabla y colocarlos debajo de esta (altura del ladrillo). -Un dinamómetro (instrumento empleado para medir fuerzas o calcular el peso de un cuerpo determinado). -Una tabla rasa que sirva de plano. -Un vehículo de juguete. 1) En primer lugar, se debe unir el dinamómetro al vehículo, en este caso un tren, y medir así la Fuerza de carga del tren. En, este caso es de 2,6N.
2) A continuación, se colocará un objeto de una altura determinada (libros de textos apilados en el primer caso) bajo la tabla, para crear así el plano inclinado. Seguidamente, se enganchará el dinamómetro al tren de juguete y se medirá la Fuerza Esfuerzo necesaria para elevar la altura puesta.
3) También se medirá la longitud de la tabla -Distancia Esfuerzo- (100 cm, en este caso) y la de los libros dispuestos bajo la tabla.
Todos estos datos se recogerán en una tabla, como la que se muestra más abajo.
Se tomará como variable la altura del "ladrillo". De modo que se irán añadiendo elementos que hagan variar la altura del plano inclinado. En este caso se han realizado tres cambios de altura, tal como puede observarse en las siguientes imágenes:
Situación 1 > Libros
Situación 2 > Papelera
Situación 3 > papelera + libros
Tras apuntar los resultados obtenidos, en cada caso, en la tabla, es el momento de calcular la ventaja mecánica. La ventaja mecánica se entiende cómo la relación entre la resistencia y el esfuerzo, y se calcula a partir de la siguiente fórmula:
*Tal como se ha comentado anteriormente la Fuerza de Carga del tren es igual a 2,6N
Tras analizar la tabla, se puede observar como a medida que aumenta la altura del plano inclinado, la fuerza de esfuerzo es mayor, y la ventaja mecánica obtenida disminuye. Así, se puede deducir que la ventaja mecánica y la eficiencia obtenida en el plano inclinado, depende del ángulo de inclinación respecto a la horizontal de esta máquina (variable que se modifica cambiando la altura del "ladrillo"). Así, cuánto mayor sea el ángulo de apertura con respecto a la horizontal del plano inclinado, la ventaja mecánica obtenida es menor.
Para terminar, considero que este primer acercamiento a la comprensión de cómo funcionan y de qué elementos se componen las máquinas simples resulta útil e interesante para ser trasladado al aula de Educación Primaria. De esta manera, se trata de un experimento muy visual, tangible y práctico que al tiempo que puede acaparar la atención de los más pequeños, resulta muy útil e intuitivo para que ellos puedan ir realizando sus primeras deducciones en este ámbito. Así, pueden ser ellos los que establezcan la relación entre como varía la ventaja mecánica a medida que la altura del ladrillo aumenta o disminuye, y por tanto infieran qué altura debe tener el ladrillo para obtener la mayor ventaja mecánica, por ejemplo.
Tras haber contemplado en la sesión anterior la posibilidad de bajar la potencia eléctrica contratada, en esta ocasión trabajaremos con una factura de electricidad real, como es la que cada uno recibe mensualmente en su hogar. Con el objetivo de hacer hipótesis sobre si sería posible disminuir nuestro gasto mensual y ahorrar en la factura de la luz, haremos uso de una interesante herramienta online, cómo es el simulador de la factura de la luz. Pero antes, es necesario tomar en consideración los datos reales de la factura, los se adjuntan a continuación:
En la siguiente imagen, se establece la cuantía a pagar por el consumo de electricidad en el periodo establecido a partir de los datos introducidos.
A continuación, la aplicación le ofrece al usuario la opción de realizar simulaciones para comprobar si modificando alguna de las variables disminuiría su consumo de la luz. Potencia contratada En esta primera simulación, se descenderá la potencia contratada de 4,6kW a 3,45kW para determinar qué ahorro supondría ello en nuestra factura eléctrica.
Realizando una comparativa entre esta simulación y los datos de facturación real, se puede observar como descender la potencia contratada a 3,45kW supondría un ahorro mensual de 5,37 €.
Consumo
A continuación se va a realizar una nueva simulación modificando el consumo de energía facturada, pero manteniendo la potencia inicial contratada (4,6kW). En esta simulación en concreto, se hará la hipótesis de que se ponen en marcha en el hogar medidas para la reducción del consumo, cómo es la de apagar aquellos aparatos que se encuentran en stand-by. Teniendo en cuenta que estos suponen casi un 10% del total de nuestra factura, nuestra energía consumida descendería de 283kWh a 254kWh.
Tal como se puede observar tras la realización de esta segunda simulación, si descendiera el consumo en el hogar de 283kWh a 254kWh, el precio a pagar en la factura final de la luz, sería de 4,88€ menos. Tarifa nocturna
Por último, la variable a modificar en la simulación será la de la tarifa contratada. En mi caso particular, la tarifa contratada en el hogar es la denominada 2.0A General. Esta tarifa está destinada a usuarios domésticos que realizan un consumo repartido a lo largo del día, esto es, se trata de una tarifa sin discriminación horaria. Seguidamente, se modificará en el simulador la tarifa 2.0A general por la 2.0DHA Nocturna. Esta se caracteriza por estar formada por un tramo de 14 horas llamado valle (de las 22:00 a las 12:00 en invierno y de las 23:00 a las 13:00 en verano), donde el precio de la luz se abarata y otro periodo de 10 horas denominado punta, donde el precio es más caro.
De manera previa a adjuntar la imagen que ofrece el resultado de la simulación, se ha querido incluir una gráfica de consumo diario extraída de la página web de Iberdrola. La gráfica escogida corresponde al martes 18 de octubre (día comprendido entre el periodo que se está analizando) y es representativa del consumo que de manera habituada se realiza en el hogar.
Así, se puede observar cómo el tramo de mayor consumo es el momento de la mañana (de las 7h a las 11h), el tramo del mediodía (de las 14h a las 16h) y finalmente la noche (a partir de las 20h hasta las 23h). Visto esto, se puede deducir que no saldría rentable activar la tarifa nocturna en el hogar, pues precisamente los tramos donde el precio de la luz se encarece, son aquellos en los que más energía se consume en mi hogar. Aun así, a continuación se puede observar el resultado que ofrece el simulador:
Tal como se predecía, el precio de la luz aumenta en 4,55€, si se contratase la tarifa nocturna.
Conclusiones
Así pues, se deduce que aquellos cambios que pudieran realizarse en el hogar para reducir el gasto de la factura de la luz serían: tomar medidas para reducir el consumo, como por ejemplo, apagar los aparatos en stand-by y además, reducir la potencia a 3,45W. Si se aplicarán al mismo tiempo ambas medidas, el precio resultante de la factura sería 10,88€ inferior a la tarifa actual de luz.
Tras las diversas hipótesis efectuadas y los resultados de las simulaciones comprobadas, se puede concluir que esta herramienta resulta enormemente atractiva para ser trasladada al aula de Educación Primaria. Con ella, los niños no solo comenzarían a adquirir conciencia sobre el gasto que mensualmente supone el consumo que realizan en el hogar, sino que también podrían analizar qué medidas beneficiarían a la dinámica de su hogar. Igualmente, podría ser un buen punto de partida para que, habiendo fomentado su capacidad de pensamiento crítico y análitico, comenzaran a adquirir compromisos de reducción en el consumo de la electricidad, sintiéndose ellos, un eje responsable dentro de su hogar.
Si utilizas menos, ¿por qué pagas y contratas más? Este es el lema que utiliza la página web http://bajatelapotencia.org/ para hacer reflexionar a sus lectores. Así, muchos somos los que nos preguntamos el motivo de que nuestra factura de la electricidad vaya en aumento, a pesar de estar llevando a cabo en casa medidas para evitar elevar el gasto eléctrico ¿Es posible, por tanto, bajar la potencia contratada? Para comprobarlo, la citada página web recomienda hacer un cálculo del consumo de los electrodomésticos de nuestro hogar.
La página web ofrece una tabla promedio de la potencia media de los distintos aparatos electrodomésticos de la casa.
Seguidamente, se adjunta la potencia requerida por los electrodomésticos de mi hogar.
De cualquier modo siempre hay que tener en cuenta que las circunstancias de cada vivienda son muy variables, y que por ello no todos los electrodomésticos consumen lo mismo dependiendo de cómo los empleemos, las personas que habitan en casa o la cantidad de aparatos encendidos al mismo tiempo.
A continuación, se precisa sumar la potencia de todos los electrodomésticos de mayor potencia y añadirle a esta suma un margen de 1kW destinado a la iluminación y pequeños electrodomésticos en uso. Después dividiremos esta cuantía entre 3 pues es común que no todos los aparatos se hallen encendidos al mismo tiempo en casa.
En mi caso, el resultado resultante es de: 4,4 kW y la potencia contratada en el hogar de 4,6 kW. Por tanto, en este caso, se detecta que existe poco margen de maniobra para poder bajar la potencia contratada.
Lejos de calcular en concreto la potencia de mi hogar, estimo que concienciar a los niños de temas tan cotidianos, pero a la vez tan desconocidos, cómo es cuánto consumen los electromésticos que a diario emplean y si es posible llevar a cabo alguna iniciativa en casa para reducir tal consumo, es de vital importancia. Hacerles sentir a ellos responsables de la vida de su hogar y también del devenir de la sociedad de consumo, es un compromiso que poco a poco deben ir adquiriendo en su proceso madurativo.
Tras haber conocido en el aula los distintos tipos de centrales energéticas existentes, tanto renovables como no renovables, se adjunta un mapa conceptual en el que se recoge de manera sintética la forma de funcionamiento de estas centrales y los principales impactos medioambientales que provocan.
Tan importante cómo entender el concepto de energía, es hacer saber al alumnado de qué instalaciones hacemos uso los individuos para obtener la energía eléctrica. En este proceso, resulta interesante conocer el proceso y funcionamiento de las distintas centrales existentes. Igualmente, constituye una buena oportunidad para hacer entender qué producir energía eléctrica conlleva a menudo una serie de impactos medioambientales, y que por ello, debemos ser responsables en su consumo. Finalmente, es de importancia que el alumnado vaya haciéndose una imagen mental del tipo de centrales cercanas a su entorno geográfico, pues a menudo, será ignorante en este ámbito. A continuación, se hace una descripción del funcionamiento de una central térmica convencional de carbón:
Funcionamiento
de una central térmica convencional de carbón
Las
centrales térmicas convencionales producen energía eléctrica a partir de
combustibles fósiles, como son el carbón, el fuelóleo o el gas. Además,
utilizan tecnologías clásicas para la producción de electricidad, es decir,
mediante un ciclo termodinámico de agua/vapor.
En caso de
que la central térmica convencional sea del carbón, este seguiría el siguiente
proceso:
1-El carbón
que llega de la mina se almacena en el parque para después ser trasladado
mediante una cinta transportadora,
hasta la tolva. De aquí, se pasa a
un molino donde el carbón es
triturad hasta quedar convertido en polvo fino, para que posteriormente pueda
arder con mayor facilidad.
2- El carbón pulverizado se mezcla con aire precalentado y se
introduce en la caldera. Esta está
formada por un sistema de tuberías, por las cuales circula agua. Esta agua se
calienta gracias al proceso de combustión que sufre el carbón pulverizado dentro
de la caldera. Fruto de este proceso de combustión se crean residuos sólidos,
los cuales caen al cenicero, para
después ser transportados al vertedero. 3- Los residuos en
forma de humos y partículas finas, que se producen en la caldera se hacen pasar
por los precipitadores y equipos de desulfuración. Estos
aparatos tienen en objetivo de retener un elevado porcentaje de contaminantes.
Aquellos que no logran ser retenidos llegan a la atmosfera a través de la chimenea.
4- El agua
líquida que se encuentra en las tuberías de la caldera, pasa a transformarse en
vapor, en cual es húmedo y poco energético. Por ello, gracias a altas
temperaturas y presiones se sobrecalienta el vapor hasta que este se vuelve
seco. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción y se libera
hasta llegar a la turbina, donde se
produce un movimiento a gran velocidad. En este momento de genera energía mecánica. 5- La turbina está
acoplada a un alternador que
finalmente convierte dicha energía mecánica en energía eléctrica. La corriente eléctrica se genera a 20.000
voltios de tensión y, con el objetivo de evitar disminuir las pérdidas de
transporte a los puntos de consumo, la tensión de la electricidad se pasa a los
transformadores para elevarla hasta
400.000 voltios, que es la apropiada para su traslado, a través de las líneas
de transporte de alta tensión.
6- En este
etapa final es vapor se enfría, se condensa y regresa a estado líquido. La
instalación en la que se produce esta condensación, se llama condensador. El agua líquida forma
parte de un circuito cerrado y vuelve de nuevo a la caldera para iniciar de
nuevo el proceso de calentamiento.
Seguidamente se adjunta el enlace de un vídeo en el que se puede observar el funcionamiento de una central térmica convencional de carbón.
Impactos en
el medio ambiente
·Emisión de residuos a la
atmósfera
Este tipo de residuos provienen de
la combustión del carbón que utilizan las centrales térmicas
convencionales para funcionar y producir electricidad. Esta combustión genera
partículas que van a parar a la atmósfera a través de la chimenea, pudiendo
perjudicar el entorno del planeta.
Por eso, las centrales térmicas convencionales
disponen de chimeneas de gran altura que dispersan estas
partículas y reducen, localmente, su influencia negativa en el aire.
·Transferencia térmica
Algunas
centrales térmicas pueden provocar el calentamiento de las aguas del río o del
mar. Esto sucede cuando la central térmica es de ciclo abierto, lo que provoca
que el calor generado en el proceso se descargue directamente sobre el mar o
río del que se ha cogido el agua inicialmente.
Este tipo de impactos en el medio se solucionan con la
utilización de sistemas de refrigeración, cuya tarea principal es enfriar
el agua a temperaturas parecidas a las normales para el medio ambiente y así
evitar su calentamiento. Esto se consigue con las centrales térmicas de ciclo
cerrado.
Central térmica
convencional de carbón por la zona.
Actualmente, no se encuentran en la zona de Bizkaia centrales térmicas convencionales de carbón. Sin embargo, sí que se hallan cerca centrales térmicas de ciclo combinado como las siguientes:
A partir de ahora, los contenidos trabajados en el aula tendrán relación con el concepto de energía, una noción cuya definición y comprensión a menudo resulta compleja para los estudiantes, y también difícil de explicar a los alumnos por parte del profesorado.
Igualmente, resulta curioso como siendo la energía, véase la eléctrica, un recurso empleado cada día por los individuos, el grado de desconocimiento que hay sobre esta, sus principios de funcionamiento, su forma de obtención... es elevado. De la misma manera, resulta importante hacerle entender al alumnado que ademas de la energía eléctrica también existen otras, como la térmica, la química o la nuclear, por ejemplo; y con ello trasladar al alumnado en qué circunstancias son estas energías empleadas y también qué impacto pueden generar en nuestro entorno.
