el estudiante comprenda que algunos fenómenos...

Contrato Interadministrativo 0803 de 2016 Mallas de aprendizaje, Ciencias Naturales, Grado Primero. Versión Preliminar

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GRADO DÉCIMO

INTRODUCCIÓN GENERAL DEL ÁREA PARA EL GRADO (Saber ser, saber hacer, saber conocer)

Al finalizar el grado Noveno, los estudiantes aprendieron a diseñar procedimientos experimentales, utilizar equipos y recursos, a formular y ejecutar investigaciones, a indagar y analizar

información utilizando diferentes fuentes; a formular conclusiones basadas en datos y evidencias; también aprendieron a construir modelos físicos para analizar fenómenos científicos y, a

utilizar diferentes formatos para registrar de forma sistemática los datos de sus experiencias.

Ahora en el grado Decimo se busca enfatizar en la formulación y aplicación de diseños de investigación individual y en equipo para responder preguntas evaluables empíricamente, sobre

la leyes de Newton y la conservación de la energía, en la selección de equipos, recursos y procedimientos para la ejecución de investigaciones sobre la formación de compuestos

inorgánicos, detallando los límites y precisiones que presentan los equipos seleccionados, en la indagación de información adicional para respaldar explicaciones basadas en los datos

obtenidos en reacciones químicas, en la organización detallada de los datos en tablas y otros formatos gráficos, en el uso de modelos para responder preguntas que orientan procesos de

experimentación e indagación que buscan respaldar, evaluar los alcances y límites de sus explicaciones, en la selección y adecuación de modelos, según su confiabilidad y la situación

que investiga. Igualmente, en la comunicación del proceso de indagación y de resultados con el uso de gráficos, tablas, ecuaciones y otros formatos y en el respaldo de ideas con

argumentos que involucran la síntesis de evidencias provenientes de diversas fuentes. Se fortalece además en este grado el aprender a considerar los hechos sobre los usos de la

biotecnología y sus efectos en diferentes contextos (salud, agricultura, producción energética y ambiente), tomando posturas frente a sus implicaciones y el argumentar basado en

evidencias sobre los impactos bioéticos, legales, sociales y ambientales generados por el uso de transgénicos, clonación y terapias génicas.

La metas de aprendizaje que se plantean para el grado son que el estudiante comprenda que algunos fenómenos cotidianos se pueden explicar por medio de la Mecánica Newtoniana y la

conservación de la energía, que la multiplicidad de las sustancias se debe a las interacciones intra e intermoleculares y nucleares y a las energías involucrada en estos procesos.

Además, que comprenda que la ciencia es una actividad construida y validada por comunidades de científicos trabajando en contextos específicos y con una responsabilidad social,

ambiental, ética, económica y política.

Para alcanzar la meta los aprendizajes que se espera que logren los estudiantes en el grado se relaciona con la comprensión de las Leyes de Newton, la conservación de la energía

mecánica, la formación de compuestos inorgánicos y sus mecanismos de reacción y, los desarrollos de la Biotecnología y sus implicaciones en la vida de los seres y el ecosistema

planetario.

RED CONCEPTUAL PENDIENTE


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A continuación se presenta una matriz de aprendizajes, para que el maestro pueda visualizar la progresión de grado a grado:

ESTRUCTURACIÓN DE APRENDIZAJES POR GRADOS

Noveno Décimo Once

Entorno físico

Comprende que el movimiento de un cuerpo, en un marco de

referencia inercial dado, se puede describir con gráficos y predecir

por medio de expresiones matemáticas.

Comprende, a partir de las leyes de Newton, que el

reposo o el movimiento rectilíneo uniforme, en un marco

de referencia inercial, se presentan cuando las fuerzas

aplicadas sobre el sistema se anulan entre ellas, y que en

presencia de fuerzas resultantes no nulas se producen

cambios de velocidad (presencia de aceleración) que

implica en algunos casos cambio de dirección

Comprende la naturaleza de la propagación del sonido y de la

luz como fenómenos ondulatorios (ondas mecánicas y

electromagnéticas, respectivamente).

Comprende la conservación de la energía mecánica

como un principio que permite cuantificar y explicar

diferentes fenómenos mecánicos: choques entre cuerpos,

movimiento pendular, caída libre, deformación de un

sistema masa-resorte.

Comprende que la interacción de las cargas en reposo genera

fuerzas eléctricas y que cuando las cargas están en

movimiento genera fuerzas magnéticas.

Comprende las relaciones entre corriente y voltaje en

circuitos resistivos sencillos en serie, en paralelo y mixtos.

Comprende que la acidez y la basicidad son propiedades químicas

de algunas sustancias y las relaciona con su importancia biológica y

su uso cotidiano e industrial.

Comprende que los diferentes mecanismos de reacción

química (óxido-reducción, descomposición,

neutralización y precipitación) posibilitan la formación

de compuestos inorgánicos.

Comprende que los diferentes mecanismos de reacción

química (óxido-reducción, homólisis, heterólisis y

pericíclicas) posibilitan la formación de distintos tipos de

compuestos orgánicos.

Analiza las relaciones cuantitativas entre solutos y solventes, así

como los factores que afectan la formación de soluciones.

Entorno vivo Comprende la forma en que los principios genéticos mendelianos y

post-mendelianos explican la herencia y el mejoramiento de las

especies existentes.

Comprende que la biotecnología conlleva el uso y

manipulación de la información genética a través de

distintas técnicas (fertilización asistida, clonación

reproductiva y terapéutica, modificación genética,

terapias génicas), y que tiene implicaciones sociales,

bioéticas y ambientales.

Analiza cuestiones ambientales actuales, como el

calentamiento global, contaminación, tala de bosques y

minería, desde una visión sistémica (social, ambiental y

cultural). Explica la forma como se expresa la información genética

contenida en el –ADN–, relacionando su expresión con los

fenotipos de los organismos y reconoce su capacidad de

modificación a lo largo del tiempo (por mutaciones y otros

cambios), como un factor determinante en la generación de

diversidad del planeta y en la evolución de las especies.


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APRENDIZAJES PARA EL GRADO

ENTORNO VIVO

APRENDIZAJES EVIDENCIAS

Comprende que la biotecnología conlleva el uso y

manipulación de la información genética a través de

distintas técnicas (fertilización asistida, clonación

reproductiva y terapéutica, modificación genética,

terapias génicas), y que ésta tiene implicaciones

sociales, bioéticas y ambientales.

Describe distintas técnicas biotecnológicas (fertilización asistida, clonación reproductiva y terapéutica, modificación genética,

terapias génicas), explicando cómo funcionan y qué características generan en los organismos desarrollados.

Explica los usos de la biotecnología y sus efectos en diferentes contextos (salud, agricultura, producción energética y ambiente).

Argumenta, basado en evidencias los impactos bioéticos, legales, sociales y ambientales generados por el uso de transgénicos,

clonación y terapias génicas.

ENTORNO FÍSICO: Mundo físico y sus cambios, materiales y sus cambios

APRENDIZAJES EVIDENCIAS

Comprende, a partir de las leyes de Newton, que el reposo o el

movimiento rectilíneo uniforme, en un marco de referencia

inercial, se presentan cuando las fuerzas aplicadas sobre el

sistema se anulan entre ellas, y que en presencia de fuerzas

resultantes no nulas se producen cambios de velocidad (presencia

de aceleración) que implica en algunos casos cambio de

dirección.

Predice el equilibrio (de reposo o movimiento uniforme en línea recta) de un cuerpo a partir del análisis de las fuerzas que actúan sobre él (primera ley de

Newton).

Estima, a partir de las expresiones matemáticas, los cambios de velocidad (aceleración) que experimenta un cuerpo a partir de la relación entre fuerza y

masa (segunda ley de Newton).

Identifica, en diferentes situaciones de interacción entre cuerpos (de forma directa y a distancia), la fuerza de acción y la de reacción e indica sus valores

y direcciones (tercera ley de Newton).

Comprende la conservación de la energía mecánica como un

principio que permite cuantificar y explicar diferentes fenómenos

mecánicos: choques entre cuerpos, movimiento pendular, caída

libre, deformación de un sistema masa-resorte.

Predice cualitativa y cuantitativamente el movimiento de un cuerpo haciendo uso del principio de conservación de la energía mecánica en diferentes

situaciones físicas.

Identifica, en sistemas no conservativos (fricción, choque no elásticos, deformación, vibraciones) las transformaciones de energía que se producen en

concordancia con la conservación de la energía.

Comprende que los diferentes mecanismos de reacción química

(óxido-reducción, descomposición, neutralización y

precipitación) posibilitan la formación de compuestos

inorgánicos.

Establece la relación entre la distribución de los electrones en el átomo y el comportamiento químico de los elementos, explicando cómo esta distribución

determina la formación de compuestos, dados ejemplos de elementos de la Tabla Periódica.

Balancea ecuaciones químicas dadas por el docente, teniendo en cuenta la ley de conservación de la masa y la conservación de la carga, determinando

cuantitativamente las relaciones molares entre reactivos y productos de una reacción (a partir de sus coeficientes).

Utiliza formulas y ecuaciones químicas para representar las reacciones entre compuestos inorgánicos (óxidos, ácidos, hidróxidos, sales) y posteriormente

nombrarlos con base en la nomenclatura propuesta por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).

Explica a partir de relaciones cuantitativas y reacciones químicas (oxido-reducción, descomposición, neutralización y precipitación) la formación de

nuevos compuestos, dando ejemplos de cada tipo de reacción.


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CONSIDERACIONES DIDÁCTICAS

Entorno físico

Mundo físico y sus cambios. Los aprendizajes que se priorizaron en el grado Noveno respecto al mundo físico implicaron que los estudiantes comprendieran que el movimiento de un

cuerpo, en un marco de referencia inercial dado, se puede describir con gráficos y predecir por medio de expresiones matemáticas.

Ahora en el grado Décimo los aprendizajes respecto al mundo físico buscan que los estudiantes, por una parte, comprendan a partir de las leyes de Newton, que el reposo o el movimiento

rectilíneo uniforme, en un marco de referencia inercial, se presentan cuando las fuerzas aplicadas sobre el sistema se anulan entre ellas, y que en presencia de fuerzas resultantes no nulas

se producen cambios de velocidad (presencia de aceleración) que implica en algunos casos cambio de dirección. Y que los estudiantes también comprendan la conservación de la energía

mecánica como un principio que permite cuantificar y explicar diferentes fenómenos mecánicos: choques entre cuerpos, movimiento pendular, caída libre, deformación de un sistema

masa-resorte.

Al respecto, es importante tener en cuenta que alcanzar los aprendizajes en relación con el análisis del movimiento a partir de las leyes de Newton, implica que el estudiante prediga el

equilibrio (de reposo o movimiento uniforme en línea recta) de un cuerpo a partir del análisis de las fuerzas que actúan sobre él (primera ley de Newton); que el estudiante explique, a

partir de las expresiones matemáticas, los cambios de velocidad (aceleración) que experimenta un cuerpo a partir de la relación entre fuerza y masa (segunda ley de Newton) y que

también identifique, en diferentes situaciones de interacción entre cuerpos (de forma directa y a distancia), la fuerza de acción y la de reacción e indique sus valores y direcciones (tercera

ley de Newton).

Por otra parte, la comprensión del principio de conservación de la energía implica que el estudiante, prediga cualitativa y cuantitativamente el movimiento de un cuerpo haciendo uso de

este principio en diferentes situaciones físicas. Igualmente que identifique, en sistemas no conservativos (fricción, choque no elásticos, deformación, vibraciones) las transformaciones de

energía que se producen en concordancia con su conservación.

Sobre estos aprendizajes, es importante que el maestro se percate de algunas dificultades que resultan en el contexto escolar. En el caso particular de las leyes de Newton. Covián y

Celemín (2008), referencian una variedad de investigaciones que revelan la existencia de dificultades en la aplicación de estas leyes, en particular lo referido a los cambios en el estado

natural de los cuerpos y las fuerzas aplicadas sobre ellos. Al respecto (Driver, et. al., 1999) señalan algunas ideas alternativas o conceptos previos que relacionan la fuerza y el

movimiento, que se consideran problemáticas en el contexto de la ciencia escolar. Por ejemplo, los niños y niñas dicen que si hay movimiento hay una fuerza actuando, si no hay

movimiento, entonces no hay fuerza actuando, es decir, no puede haber una fuerza sin movimiento o bien la ausencia de movimiento implica ausencia de fuerza. Sumado a lo anterior

también creen que cuando un objeto se está moviendo, hay una fuerza en la dirección de su movimiento o que un objeto en movimiento se detiene cuándo su fuerza se acaba y que a partir

de una fuerza constante se produce una velocidad constante. Como se puede ver estas ideas de fuerza y movimiento presentan dificultades que pueden constituirse en un punto de partida

para la enseñanza de las leyes de Newton como marco explicativo para el movimiento.

Para el caso de la energía y el principio de conservación, Jesuína y Kátia, (2004) referencian un número considerable de investigaciones que señalan las dificultades de los estudiantes para


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comprender el concepto de energía y en utilizar el principio de conservación en el análisis de fenómenos físicos.

Estas investigaciones reportan que la mayoría de los estudiantes, asocian la energía, con la fuerza o el movimiento.

La relacionan sólo con los aparatos que funcionan con energía eléctrica, con combustible o con el esfuerzo físico

que realiza una persona. También Jesuína y Kátia, (2004), señalan que en una investigación con maestros, estos

asociaban, aunque utilizando un formalismo matemático, trabajo realizado sobre un cuerpo con variación de

energía del mismo y, al mismo tiempo, expresaban que un cuerpo que sube respecto de la superficie de la Tierra

gana necesariamente energía potencial gravitatoria, por estar ganando altura. Así, cayeron en una paradoja: la

energía potencial se calcula por la expresión mgh –lo que sugiere que es el cuerpo de masa m, que se encuentra a

la altura h, que posee esa cantidad de energía– pero, al mismo tiempo, el trabajo resultante de las fuerzas que

actúan es nulo porque la velocidad no varía.

Dado que estas ideas pueden estar presentes en cualquier contexto educativo, es importante que el maestro

presente ejemplos y actividades que pongan estas ideas de los estudiantes en discusión en el marco de situaciones

que las desafíen o pongan en discusión. Al respecto conviene precisar que si bien es importante que el maestro

inicialmente explore las ideas alternativas, sobre las leyes de Newton y el principio de conservación de la energía

como marcos explicativos de situaciones físicas, en estas consideraciones didácticas sólo se hará el desarrollo para

la enseñanza del caso del principio de conservación de la energía mecánica.

Para abordar el principio de conservación de la energía, como alternativa, se ha diseñado un KPSI, el cual oficia

como recurso evaluativo para que los estudiantes expliciten sus ideas iniciales sobre este principio.

Se puede iniciar la secuencia de enseñanza introduciendo inicialmente los conceptos de energía cinética y energía

potencial gravitacional; el maestro puede ayudarse de los medios de transporte, como situaciones en las puede

asociar a la energía cinética con el movimiento. Y para la transformación de energía potencial gravitacional en

energía cinética se pueden utilizar situaciones relacionadas con la caída de los cuerpos, por ejemplo una pelota que

se deja caer. Cuando el estudiante comprende lo anterior, en otro momento posterior, se puede pasar a analizar

diferentes situaciones relacionadas con el movimiento de los cuerpos a partir se análisis energéticos; primero desde

consideraciones cualitativas y posteriormente desde análisis cuantitativos. Para ello se le puede proponer un taller

de situaciones problema y posteriormente se puede proponer otro taller de ejercicios en el que los estudiantes

cuantifique el valor de las energías, y además aplique el principio de conservación para encontrar variables como

la posición de un cuerpo o su velocidad

Es importante que además se oriente al estudiante para que evidencie que mientras la energía potencial


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gravitacional va disminuyendo la energía cinética va aumentando y, que la suma de las dos en un mismo punto de la trayectoria es

un valor constante, es decir, la energía total o suma de ambas energías siempre tendrá el mismo valor, mientras se desprecie el

rozamiento.

Para la evaluación sumativa se puede proponer las siguientes actividades a partir de las cuales el maestro puede evidenciar si los

estudiantes lograron comprender el principio de conservación de la energía:

Analizar cualitativamente diferentes situaciones por ejemplo una pelota que cae sobre un resorte, para que expliquen el

comportamiento de la pelota y el resorte (antes, durante y después del choque). También se pueden diseñar montajes como el que

se ilustra en la figura para explicar el movimiento del cuerpo (esfera) a partir del principio de conservación de la energía.

Después de los análisis cualitativos se puede pasar a cuantificar el valor de la energía potencial gravitacional y que logren

encontrar el valor de la velocidad de la esfera instantes antes de chocar con el resorte, utilizando el principio de conservación de

la energía. Esta actividad puede ampliarse a otras situaciones en las que se pueda encontrar el valor por ejemplo de la altura desde donde se lanza un cuerpo que sale con velocidad inicial.

.

Los materiales y sus cambios. A partir de los DBA para el grado décimo, los aprendizajes que se priorizan con respecto a los materiales y sus cambios, tienen como intención que los

estudiantes, comprendan que los diferentes mecanismos de reacción química (óxido-reducción, descomposición, neutralización y precipitación) posibilitan la formación de compuestos

inorgánicos. Para lograr esta comprensión es conveniente que los estudiantes de forma progresiva en profundidad y complejidad a lo largo del año escolar, establezcan la relación entre la

distribución de los electrones en el átomo y el comportamiento químico de los elementos, explicando cómo esta distribución determina la formación de compuestos, dados ejemplos de

elementos de la Tabla Periódica. Que resuelva problemas de balanceo de ecuaciones químicas dadas por el docente, teniendo en cuenta la ley de conservación de la masa y la conservación

de la carga, determinando cuantitativamente las relaciones molares entre reactivos y productos de una reacción (a partir de sus coeficientes). Que utilice fórmulas y ecuaciones químicas

para representar las reacciones entre compuestos inorgánicos (óxidos, ácidos, hidróxidos, sales) y posteriormente nombrarlos con base en la nomenclatura propuesta por la Unión

Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y que explique a partir de relaciones cuantitativas y reacciones químicas (óxido-reducción, descomposición, neutralización y

precipitación) la formación de nuevos compuestos, dando ejemplos de cada tipo de reacción.

Igualmente en el grado décimo, se espera que los estudiantes desarrollen habilidades investigativas como la formulación y aplicación de diseños de investigación individual y en equipo

para responder preguntas evaluables empíricamente con respecto a las reacciones químicas, sus mecanismos de reacción, las fórmulas químicas moleculares y estructurales, las ecuaciones

químicas, la gran variedad de compuestos inorgánicos que se contabilizan en la IUPAC, la importancia de estas sustancias para el desarrollo de la industria, la medicina, el transporte,

entre otros. Así como la selección de equipos, recursos y procedimientos en la ejecución de investigaciones, detallando los límites y precisiones que presentan los equipos seleccionados

para llevar a cabo sus experimentos. También se espera que desarrollen otras habilidades de orden representacional, como la organización de los datos (funciones químicas versus

comportamientos químicos, configuración electrónica versus enlace químico) obtenidos en procedimientos (búsqueda y selección de información) en tablas y otros formatos gráficos

propuestos por el docente y planificados por ellos mismos y el uso de modelos para responder preguntas que orientan procesos de experimentación e indagación y que buscan respaldar,

Figura uno


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evaluar los alcances y límites de sus explicaciones. Además, habilidades comunicativas como la comunicación del proceso de indagación y de resultados con el uso de gráficos, tablas,

ecuaciones y otros formatos; la comunicación de ideas respaldadas con argumentos que involucran la síntesis de evidencias provenientes de diversas fuentes, diferenciando argumentos de

tipo científico, de otros que pueden ser vistos desde la ética, religiosos, políticos, culturales, entre otros.

El maestro fomenta el desarrollo de actitudes investigativas, el desarrollo del pensamiento crítico, fortalece procesos de construcción de la autonomía, la capacidad creativa, la innovación,

el autoaprendizaje, la apropiación y el uso asertivo de las tecnologías de la información y la comunicación para que los estudiantes aprendan a aprender para la vida, el trabajo en equipos

colaborativos para desarrollar investigaciones de temáticas propuestas en clase o propias del estudiante, la honestidad para manejar la información y respetar los derechos de autor, la

participación y la toma de decisiones informadas respecto a las propuestas que le hace la sociedad de consumo actual.

Los conceptos estructurantes a desarrollar en este grado son los compuestos inorgánicos y sus mecanismos de reacción, para ello es necesario partir de un buen bagaje de conceptos

previos, los cuales se espera se hayan aprendido de modo significativo en grados anteriores durante la enseñanza básica primaria y secundaria, tales conceptos son: material, mezcla,

mezcla homogénea, mezcla heterogénea, sustancias, sustancia simple, elemento, compuestos químico, propiedades químicas y físicas de las sustancias, solubilidad, disolución acuosa,

sistema periódico, reacción química, enlace químico, reacciones ácido-base, clasificación química, símbolos químicos, fórmulas químicas, fórmulas moleculares, fórmulas estructurales,

composición química, ecuación química, nomenclatura química. El estudiante de décimo trae un camino recorrido en el aprendizaje de la química como ciencia que estudia los materiales

y las sustancias químicas en contextos específicos, sus propiedades químicas y físicas (mecánicas, electromagnéticas, termodinámicas, entre otras), sus interacciones, sus transformaciones

y las energías involucradas en estos procesos químicos.

Para explorar las ideas previas o concepciones alternativas que tienen los estudiantes con respecto a los conceptos estructurantes del grado, se plantea una actividad inicial donde el

maestro en colaboración con los estudiantes organizan una colección de diversos materiales, la cual está conformada por mezclas, sustancias simples, sustancias compuestas y aleaciones

(Estos materiales se disponen de acuerdo a la reglamentación del Sistema Globalmente Armonizado de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos (SGA) del Concejo Económico

y Social (SCESGA) de la Organización de las Naciones Unidas ONU (SCESGA-ONU) aprobado en 2006 y publicado en 2007, recomendado por Alzate 2016, p. 12). Estos materiales se

presentan en tarros plásticos o de vidrio y transparentes u oscuros (de acuerdo a la indicación para cada sustancia), tapados y rotulados con el nombre y su fórmula química de

composición). La colección de materiales, a modo de ejemplo, es la siguiente: 1. Mezclas como: agua de mar, agua de la canilla, sal de cocina, vinagre de cocina, alcohol antiséptico,

limaduras de hierro y azufre en polvo, gaseosa, aire. 2. Sustancias simples como: Fe(n), Al(n), Mg(n), Cu(n), S(8), He(g), C(n) grafito. 3. Sustancias compuestas como: óxidos metálicos

(CaO2(s), Fe2O3(s), FeO(s), Cu2O(s), CuO(s), MgO(s)), óxidos no metálicos (H2O(l), CO2(g), MnO2(s), Mn2O7(ac)), sales oxisales (NaClO(l), NaHCO3(s), FeSO4(l), CuSO4˙5H2O(s),

KAl(SO4)2˙12H2O(s)), sales haloideas (NaCl(s), KCl(s), MgCl2(s)), hidróxidos (Ca(OH)2, Mg(OH)2, Al(OH)3), peróxidos (H2O2), ácidos hidrácidos (HCl(ac), HBr(ac), HI(l)) y ácidos oxácidos

(HNO3(ac), H2SO4(ac), H2CO3(l)). 4. Aleaciones como: Moneda de bronce, hojalata (lata de atún o de gaseosa), puntilla o clavo de acero, cuchara de peltre. Inicialmente se organizan los

estudiantes en grupos colaborativos, luego se coloca esta colección de materiales sobre cada una de las mesas de trabajo de los respectivos grupos. El maestro orienta que observen cada

uno de los materiales y realicen una descripción de ellos, se les insiste que se fijen en los rótulos de los tarros donde se encuentran estos materiales y de acuerdo a esa información,

realicen inferencias sobre la clase de material con la cual están interactuando. Después de realizar este ejercicio, los estudiantes construyen una clasificación con criterios dados por el

profesor, para ello, los motiva para que con sus propias palabras expliquen ¿qué es mezcla?, ¿cómo se clasifican las mezclas?, ¿qué es sustancia?, ¿cómo se clasifican las sustancias?, ¿qué

es elemento químico?, ¿qué es sustancia simple?, ¿qué es sustancia compuesta?, ¿qué es aleación?, ¿qué criterios utiliza para clasificar los compuestos químicos?¿qué es función

química?, ¿qué es grupo funcional?. Luego de realizar la clasificación los estudiantes exponen al grupo-clase sus producciones y argumentan sus decisiones. A modo de ejemplo, la Tabla


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1 muestra la clasificación de la colección de materiales en grupos de materiales y sustancias químicas, para explorar las ideas previas de los estudiantes.

.

Mezclas Aleaciones Sustancias

simples

Óxidos

metálicos

Óxidos no

metálicos

Ácidos

hidrácidos

Ácidos

oxácidos

Hidróxidos Sales haloideas Sales oxisales Peróxidos

Agua de mar, agua

de la canilla, sal de

cocina, vinagre de

cocina, alcohol

antiséptico,

limaduras de hierro

y azufre en polvo,

gaseosa, aire.

Moneda de

bronce

Hojalata (lata

de atún o de

gaseosa)

Puntilla o

clavo de acero

Cuchara de

peltre

Fe(n)

Al(n)

Mg(n)

Cu(n)

S(8)

He(g)

C(n) grafito

CaO2(s)

Fe2O3(s)

FeO(s)

Cu2O(s)

CuO(s)

MgO(s)

H2O(l)

CO2(g)

MnO2(s) Mn2O7(ac)

HCl(ac)

HBr(ac)

HI(l))

HNO3(ac)

H2SO4(ac)

H2CO3(l)

Ca(OH)2

Mg(OH)2

Al(OH)3

NaCl(s)

KCl(s)

MgCl2(s)

NaClO(l)

NaHCO3(s)

FeSO4(l)

CuSO4˙5H2O(s)

KAl(SO4)2˙12H2O

(s)

H2O2(l)

Tabla 1. Clasificación de la colección de materiales en grupos de materiales y sustancias químicas

Esta actividad también permite que se evalúen las habilidades científicas investigativas, representacionales y comunicativas con las cuales los estudiantes inician su grado décimo, además

de las actitudes requeridas como el trabajo en equipos colaborativos, la autodisciplina, el aseo, el orden y la limpieza en su trabajo experimental, el cuidado de su salud y la de sus

compañeros y el uso de normas de seguridad en el laboratorio, el cuidado con el ambiente en la forma como deposita los residuos después de un trabajo experimental y el respeto por la

palabra y la escucha plena, entre otras. De acuerdo con este propósito, se le presenta a los estudiantes una rúbrica a modo de evaluación de la actividad, para que ellos se hagan

corresponsables con su proceso de aprendizaje, aprendan a aprender, aprendan a hacer y aprendan a ser, dentro de un contexto dado de trabajo experimental.

En la fase de introducción del nuevo conocimiento, se presentan unas actividades que favorezcan la consolidación de los conceptos de material, sustancia, elemento químico, sustancia

simple, sustancia compuesta, átomo como molécula mononuclear, molécula homonuclear y heteronuclear, símbolos químicos, fórmulas químicas de composición y fórmulas estructurales.

Estos conceptos son la base para comprender los diferentes mecanismos de reacción química que son los que explican la formación de compuestos inorgánicos. El maestro diseña un

organizador previo que ayuda a la conceptualización de la identidad de la sustancia química expresada en la homogeneidad y en la composición invariante en un contexto específico de

Temperatura, Presión y Concentración, como lo dice Alzate (2007). Otro postulado que se plantea para el organizador previo y que constituye el núcleo de la química, y por ende de su

enseñanza y aprendizaje, es que cuando se trabaja con sustancias en contexto en un laboratorio, se piensa en simultáneo con fórmulas y ecuaciones químicas, y éstos procesos implican la

simultaneidad y la complejidad del trabajo experimental y teórico de la química, como lo afirma Schummer (1989). Esto indica a los maestros la esencia del conocimiento químico, como

relación dialéctica entre teoría y práctica, lenguaje químico y manipulación de sustancias en contextos definidos (nivel experimental). Otro aspecto que se propone para el organizador

previo, es lo que plantea Jensen (1998) para estudiar el conocimiento químico, desde tres categorías, que son: molar, molecular y eléctrica.

Como actividades para la fase de consolidación del nuevo conocimiento, se propone un trabajo experimental llevado a cabo en el laboratorio de química para realizar diversas reacciones

químicas, una de éstas reacciones es la Electrólisis del agua, que trata de la descomposición de una sustancia compuesta H2O(l) en las sustancias simples, dihidrógeno gaseoso H2(g) y

dioxígeno gaseosos O2(g), mediante la interacción con corriente eléctrica. Las ecuaciones químicas que representan la reacción de descomposición del H2O(l) se muestran en la figura 1.


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Propósitos: Los propósitos de esta práctica de laboratorio son: 1. Observar y analizar la descomposición por

electrólisis del agua; 2. Diferenciar sustancia simple, sustancia compuesta y mezcla homogénea; 3. Identificar la

ecuación química y las relaciones estequiométricas para la reacción de descomposición del H2O(l); 4. Realizar la

representación mediante el modelo molecular corpuscular de la reacción de descomposición del H2O(l) y 5. Razonar

diversas relaciones estequiométricas, (Alzate 2016, p. 99-105). Si no hay laboratorio de química, se puede utilizar

una animación o una simulación virtual o un video.

Figura 1. Ecuaciones químicas que representan la reacción de descomposición del H2O(l).

Materiales: Los materiales necesarios para realizar la electrólisis del agua son: Voltámetro de Hoffman, Solución acuosa de sulfato de sodio Na2SO4(ac) al 1% [mezcla homogénea: {en 100

gramos (gr) de solución acuosa, 1.0 gr es sulfato de sodio Na2SO4(ac) disuelto y 99 gr son de agua líquida H2O(l)}], indicador universal [(Azul de bromotimol y Amarillo de metilo) 0.1 %

en Etanol CH3CH2OH(l) 80%] . 2 baterías de 9 V (voltios) o si tiene una fuente de poder de corriente directa de 15 V a 24 V.

Procedimiento: Antes de iniciar el trabajo experimental, se recomienda tener claras las condiciones del contexto, tomar la temperatura de la solución acuosa de sulfato de sodio Na2SO4(ac)

al 1% y conocer el dato de presión del sitio donde se esté realizando el laboratorio. El profesor realiza el montaje experimental como indica el gráfico del Voltámetro de Hofftman (Figura

2) y, con ayuda de los estudiantes realiza el siguiente procedimiento, tomado de SCIENCE demo (2000), el cual ha sido adaptado por los autores:

- Coloque sobre la mesa de trabajo el aparato de electrólisis.

- Abra las llaves sujetándolas con una mano y haciéndolas girar con la otra.

- Tome una parte de la solución del sulfato de sodio Na2SO4(ac) al 1%.

- Para observar los cambios de pH durante la electrólisis, agrega 15 gotas de indicador universal a la solución salina.

- Vierta la mayoría de la solución en el tubo central del aparato e inclínalo hacia ambos lados para liberar el aire atrapado. Seguidamente, agregue más solución hasta que ésta alcance el

nivel cero en la escala de los tubos de plástico transparente.

- Retire el exceso de solución si ésta se pasa del nivel adecuado. Para esto ponga el gotero en la abertura del tubo central por donde vertió anteriormente la solución y extraiga el

sobrante.

- Retire el exceso de solución si ésta se pasa del nivel adecuado. Para esto ponga el gotero en la abertura del tubo central por donde vertió anteriormente la solución y extraiga el

sobrante.

- Conecte ambas baterías y deje las llaves abiertas durante aproximadamente medio minuto.

- Cierre las llaves; ahora puede comenzar el experimento.

- Al cabo de veinte minutos puede observar que los volúmenes de los gases acumulados corresponden a la relación atómica del agua. Se recogen dos volúmenes de dihidrógeno gaseoso

Oxidación (aparece el color rojo)

6H2O(l) O2(g) +4H3O+(aq)+ 4e-

Reducción (aparece el color azul)

4H2O(l) + 4e- 2H2(g) + 4OH-(aq)

Reacción resultante

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)


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H2(g) por un volumen de dioxígeno gaseosos O2(g), lo cual indica la proporción de 2:1, en la molécula de H2O; la relación de composición se lee así: una

molécula de agua está compuesta por 2 átomos de Hidrógeno y un átomo de Oxígeno.

Figura 2. Voltámetro de Hofftman

http://www.quimica2011.es/sites/default/files/la_electrolisis_del_agua.pdf

Precauciones con el Voltámetro de Hofftman, una vez finalizada la electrólisis: Desconecte las baterías. Vierta la solución en el depósito de desechos

inorgánicos disponible en el laboratorio o a la botella original y enjuague bien el aparato con agua corriente. Absténgase de usar solventes orgánicos.

Análisis cualitativo: El objetivo de este análisis cualitativo es: estudiar la relación estequiométrica en la molécula de agua y observar los cambios de pH debidos a la reacción redox del

agua. Para ello, el estudiante realiza el siguiente análisis: Observar los volúmenes de gases recogidos en cada electrodo; verificar en cuál electrodo se produjo el dioxígeno gaseosos

O2(g); verificar en cuál electrodo se produjo el dihidrógeno gaseoso H2(g); verificar los cambios de color producidos por el indicador universal adicionado a la solución de sulfato de

sodio Na2SO4(ac) al 1%; escribir la ecuación química que representa la reacción de descomposición del agua H2O(l); Escribir las ecuaciones químicas que representan las reacciones de

redox en cada uno de los electrodos, tanto en el cátodo como en el ánodo; representar mediante el modelo molecular corpuscular la reacción de descomposición del H2O(l); explicar por

qué es necesaria una fuente de poder de corriente continua; prediga qué sucedería si se conecta a la corriente alterna.

Otras prácticas experimentales que se pueden hacer con los estudiantes son: la neutralización ácido-base, precipitación, equilibrio químico, entre otras. Se propone el uso de herramientas

metacognitivas como la V de Gowin para llevar a cabo estas actividades para ayudar a los estudiantes a organizar el trabajo conceptual y procedimental y a evaluar su proceso actitudin

Entorno vivo.

Se busca que los estudiantes comprendan la relación entre el concepto de biotecnología y los usos e implicaciones sociales, bioéticas y ambientales que tiene ésta en el mundo actual. Así

entonces, se espera que puedan comprender algunas de las características de la biotecnología, los usos y las funciones de algunos organismos desarrollados, siguiendo técnicas propias de

este campo; además, que puedan discutir sobre algunos de los efectos de la biotecnología en diferentes contextos como la salud, la agricultura, la producción energética y el ambiente. Por

lo anterior, los conceptos trabajados en grados anteriores son claves para que el estudiante pueda comprender los procesos sobre la transmisión hereditaria ADN, genética y evolución;

éstos junto a los trabajados en el grado décimo, sirven como soportes en la búsqueda de explicaciones, implicaciones y argumentaciones de la biotecnología y sus aplicaciones.


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Dada la complejidad que tienen estas temáticas, es previsible que los estudiantes puedan tener dificultades para comprender algunas de las relaciones micro-macro, como es el uso de

ciertos microorganismos o componentes de la célula que no son perceptibles a simple vista; se considera que el concepto de célula es fundamental en la comprensión de conocimientos de

la biología celular y molecular en la vida moderna. Las relaciones que se establezcan precisamente entre la célula (micro) con las características de los organismos y productos generados

(macro), son necesarias para que el estudiante pueda comprender asuntos más complejos como el proyecto del genoma humano, la amenaza del uso de armas biológicas, el uso de análisis

genéticos en la criminalística, el uso de bacterias y enzimas en procesos industriales y muchos de los grandes avances de la medicina, además de enfermedades actuales como el cáncer y

el SIDA y en general, para la comprensión del funcionamiento de nuestro propio organismo y el de todos los seres vivos.

Autores como (Ayuso & Banet, 2002) señalan que algunos estudiantes presentan escasos conocimientos de los conceptos fundantes de genética básica, entre ellos: gen, cromosoma, alelo,

carácter, locus, gametos, cigoto y tienen dificultades para comprender la relación existente entre dichos conceptos. Además los estudiantes suelen tratar como sinónimos diferentes

términos que enuncian o denotan conceptos diversos, tales como: cromosomas-genes, genes-alelos e información genética y código genético. Por otra parte, es de difícil comprensión la

segregación de cromosomas con reparto de genes y que la variabilidad genética se produce por la recombinación de los genes durante la meiosis y la fecundación (Abril et al., 2002).

Respecto a la importancia que tienen en nuestro mundo, los denominados “avances” de la genética, encontramos que estas temáticas están relacionadas con la información y difusión que

se hace a través de los diferentes medios de comunicación, en los que conceptos básicos como "gen" y "ADN", llegan a los niños y jóvenes, por informaciones no ligadas exclusivamente

a la escuela (Venville, 2005) y que pueden aumentar concepciones alternativas en los jóvenes —por ejemplo, propagandas de algunos productos cosméticos que prometen cambiar el

ADN del cabello, la regeneración celular, entre otras—.

Según Restrepo (2014), en relación con los significados del genoma humano y las consideraciones de orden sociocultural que en esos significados se incluyen, los discursos de los

estudiantes presentan una mayor tendencia reduccionista, en la que hacen presente una visión religiosa. Sin embargo, sus argumentos están permeados por el qué dirán, cómo se verán, qué

tanto los afecta; identificando las implicaciones personales y sociales que podría traer la manipulación genética, las que tienen que ver con asuntos tan importantes como el racismo, los

cánones de belleza y por tanto, con cuestiones como las diferencias y las exclusiones; con lo que manifiestan una visión socio ambiental de fondo. La doctrina del reduccionismo biológico

determinista o biologismo, considera que la “naturaleza” humana está determinada por los genes y que las propiedades de los individuos y sus acciones —lo que los seres humanos son y

hacen— son en última instancia, consecuencia de sus genes. Los biologistas asumen una prelación ontológica del gen sobre el individuo y de éste sobre la sociedad, y consideran que el

patrimonio genético de los individuos, es el condicionante fundamental del ser humano y de la conducta de éste en la sociedad (Carrasco, 2011). Sin embargo, Marcos (2011), resalta que

las expectativas generadas por esta corriente no se cumplieron en su totalidad, haciendo ver al reduccionismo ontológico como erróneo, si se tiene en cuenta que los organismos no son

máquinas de supervivencia controladas por genes; así mismo, define que el entorno en el que viven los organismos ha de ser tomado en consideración para entender los fenómenos

biológicos, lo que resulta de gran importancia para la comprensión de la vida desde una nueva Biología más humana.

Tomando en cuenta lo anterior se propone realizar secuencias de enseñanza, que ayuden a movilizar las ideas de los estudiantes sobre las diferentes características e implicaciones que

tiene la biotecnología para su propia vida y la de su entorno. En primer lugar se parte de la indagación de las concepciones alternativas que tienen los estudiantes sobre estos temas, lo

cual puede hacerse a través de preguntas, algunas dirigidas por el profesor y otras, que los mismos estudiantes las propongan al compartirles la temática general que se va a trabajar.

Algunas que pueden servir son: ¿Qué sabes y para qué se usa la biotecnología?,¿qué aplicaciones puede ofrecer la biotecnología?, ¿cuál es la relación entre Biotecnología y el Código


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Genético?, ¿por qué surgen y para qué sirven los Organismos Vegetales Genéticamente Modificados (OVGM)?, ¿qué es y cuáles serán los tipos de clonación que hoy en día se utilizan?,

¿cuáles serán las leyes que regulan la manipulación del genoma humano?, ¿cómo son los procedimientos que utiliza la biotecnología para hacer sus investigaciones?, ¿estos

procedimientos y técnicas se pueden hacer en el aula de ciencias?.

Particularmente, las temáticas relacionadas con la biotecnología son propicias para que en el aula, el maestro pueda implementar el trabajo por proyectos y una de esas perspectivas es el

de los problemas auténticos (Jiménez-Aleixandre, 2002; Jiménez-Aleixandre et al., 2000), que tienen que ver con el uso de problemas contextualizados y de interés actual. Gómez y

Adúriz-Bravo (2011) recogen algunas características de estos problemas para que puedan cumplir su función en los procesos de enseñanza-aprendizaje: que sean abiertos; que permitan la

planificación de procesos diversos para obtener datos y relacionarnos con las ideas científicas para construir evidencias; estar contextualizados, para que los estudiantes puedan establecer

relaciones con su vida.

En este grupo de problemas auténticos, una opción que ha cobrado importancia son los llamados Asuntos Sociocientíficos (AS), que se relacionan estrechamente con la línea de

investigación que se ocupa de las relaciones ciencia, tecnología y sociedad –CTS–. Esta perspectiva propone que los estudiantes actúen responsablemente como ciudadanos en un mundo

permeado por la ciencia y la tecnología (Aikenhead, 2005). Los AS son casos que reúnen dilemas o cuestiones científicas, tecnológicas, ambientales sobre los conceptos, productos y las

técnicas que utiliza la ciencia para generar el conocimiento, los cuales a su vez, están ligados a intereses y decisiones bioéticas, económicas, políticas y culturales. Por ejemplo: los

aspectos legales y sociales derivados del proyecto sobre la clonación humana, la confidencialidad de la información genética, las posibles consecuencias de su manipulación, la

transferencia de tecnología relacionada con el tema al sector privado, las bases moleculares de las enfermedades hereditarias, los diagnósticos de enfermedades identificadas a través del

Proyecto Genoma Humano (PGH), los diagnósticos prenatales, las terapias génicas, discriminación genética y patentes de genes, entre otros (Hernández, 2001).

De igual manera, Sadler y Zeidler (2005), reconocen que asuntos como la ingeniería genética, la biotecnología y el genoma humano, son de naturaleza controversial, de debate público y

objeto de influencias políticas, éticas y económicas en relación con las decisiones que sobre tales dilemas se tomen. Son asuntos en los cuales se hace explícita la naturaleza sociocultural

del conocimiento científico (Henao, 2010).

Para ayudar en la estructuración del conocimiento de los estudiantes, el maestro puede elegir algunos de estos Asuntos Sociocientíficos en sus clases. Estas temáticas pueden trabajarse de

forma grupal, eligiendo los AS de acuerdo a los contextos particulares del país y a partir de ellos, ayudarles a generar procesos de investigación que impliquen el diseño de preguntas y

procedimientos para recoger información en diferentes fuentes (libros, internet, entrevistas, encuestas, el registro fotográfico), el análisis y sistematización de la misma, la comunicación

de resultados utilizando diferentes formatos, como escritos, exposiciones, elaboración de videoclips, entre otros.

En cuanto a la temática del Proyecto de Genoma Humano por ejemplo, es interesante acercar a los estudiantes a la normatividad que la regula, ya que algunos creen que cada país tiene la

potestad política de regular la manipulación genética y desconocen la Declaración Universal del Genoma Humano, propuesta el 11 de noviembre de 1997 por la UNESCO, la cual

proclama simbólicamente el genoma humano como patrimonio de la humanidad (Unesco, 2001). Para ello se puede diseñar una actividad a manera de debate, que ayude en el análisis de

esta Declaración Universal; el grupo de estudiantes distribuidos en grupos pueden adoptar un rol frente al análisis de un caso, donde tengan que asumir la defensa del mismo, utilizando

los argumentos de éste material y por tanto, con expresiones sustentadas en evidencias. Propuestas centradas en debates sobre el Genoma Humano, por su carácter de asunto socio-

científico, podrían constituirse en la posibilidad de incentivar los procesos de argumentación y por tanto, la flexibilidad intelectual en los jóvenes, para alcanzar lo que Moreira (2005)


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denomina, Aprendizaje Significativo Crítico.

Además se puede promover la lectura de artículos de revista, bien sea que el maestro las sugiera o que los estudiantes consulten sobre los temas en diferentes fuentes de información (web,

libros, radio, TV, periódicos).Igualmente, se puede promover el diseño de prácticas experimentales, en las cuales los estudiantes se acerquen a algunos de los procedimientos y técnicas

utilizadas en la biotecnología, por ejemplo: hacer biodiesel, realizar actividades de propagación de plantas, cultivar bacterias e identificar el efecto de los antibióticos en estas, la

fermentación de las levaduras, utilización de las cáscaras como fuente de biocombustible, entre otros.

Esta estrategia de las prácticas experimentales puede utilizarla el maestro también como parte de la evaluación formativa y del proceso que siguen los estudiantes, pues a partir del trabajo

que realicen en el laboratorio y en la elaboración de los productos de comunicación (informes y exposiciones), el maestro puede valorar aspectos desde lo conceptual, lo procedimental y

lo actitudinal. Lo conceptual, en la medida que en las expresiones de los estudiantes pueda analizar el grado de apropiación que hayan alcanzado en la incorporación de términos,

definiciones, explicaciones de los conceptos propuestos; lo procedimental en tanto, para el trabajo en prácticas experimentales los estudiantes implementan acciones cognitivas y motrices

para el diseño y uso de procedimientos, manipulan instrumentos, y hacen uso de la observación, descripción, interpretación, análisis y síntesis de lo que están realizando; en cuanto a lo

actitudinal, no solo implica que los estudiantes se asuman como un equipo de trabajo y se distribuyan roles y responsabilidades, sino también que analicen, tomen postura, critiquen cómo

son los procesos que siguen los científicos para la producción de conocimiento y que cuestionen lo que pasa cuando los resultados de una investigación no son los esperados y/o son

alterados por ellos mismos.

Por ejemplo, si se hace una práctica sobre propagación de plantas se pueden usar los bulbos de cebollas y los tubérculos de las papas los cuales; tal vez algunos estudiantes generen sus

hipótesis con base en sus ideas alternativas, en las cuales esta clase de propagación sea contraria a lo que piensan. Posteriormente, se les puede sugerir que diseñen procedimientos para

que contrasten estas hipótesis, modificando variables (medio de cultivo, luz, temperatura, entre otros). Se puede sugerir que el registro de información se realice diseñando tablas, hechas

por ellos mismos con algunas pistas del maestro, como la siguiente:

Tabla 2: Registro de práctica sobre propagación de plantas.

En el trayecto de esta actividad, los estudiantes podrán ir contando cómo van los procesos, y el maestro aprovechará para ayudarles en el análisis de información, por ejemplo: ¿en qué

casos se logró la multiplicación de la planta?, ¿cuántas plantas sobrevivieron?, ¿cómo fue el proceso de desarrollo de la nueva planta (estructuras que se desarrollaron)?, ¿cuáles fueron las

dificultades en la realización de la experiencia?, ¿cuáles son las condiciones más adecuadas para el crecimiento de cada tipo de planta (comparar entre los diferentes tipos de plantas)?,

Tipo de

planta

Características

de la planta

Mecanismo

de

reproducción

Órgano vegetativo

de origen

Condiciones

(medio de

cultivo, luz,

temperatura,

entre otros)

Observaciones (fecha, cambios

observados, plantas

sobrevivientes, entre otros)

Día

1

Día

2

Día

3

Día

4

Día

5


14

¿qué características presenta la nueva planta?, ¿esta propagación se puede considerar biotecnología y por qué?.

Otra de las actividades puede ser el análisis de gráficos o imágenes, con el fin de que los estudiantes argumenten, basados en evidencias los impactos bioéticos, legales, sociales y

ambientales generados por el uso de transgénicos, clonación y terapias génicas. Por ejemplo:

Para realizar la evaluación de cada una de las actividades, el maestro puede usar un formato como el

siguiente:

Evaluación

Actividad Tema Puntaje

Saberes

Conceptual Procedimental Actitudinal

Coevaluación Autoevaluación Calificación otorgada por el

maestro

Finalmente, lo que se busca en este grado es aportar en la educación científica, como lo reitera Henao

(2010), que aporte a la formación de personas capaces de “sobrevivir” en un mundo de rápidos y profundos

cambios; sobrevivencia que pasa por la necesidad de apropiar de manera crítica los desarrollos científicos y

tecnológicos, haciendo uso de estrategias intelectuales y de valores, como la flexibilidad intelectual, la

creatividad y la tolerancia a la incertidumbre.

Tomado temporalmente de:

https://fuentesdeciencia.files.wordpress.com/2009/03/bebemedicamentoelpais.pdf


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Clonación Casteñeda Partida María de Jesús Laura. Clonación. Revista Digital Universitaria 10 de marzo de 2004 • Volumen 5 Número 2•

Biotecnología PQBio, Porque biotecnología, Programa Educativo Argenbio: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=acerca&opt=2&note=26&id=2

Biotecnología Cuento guerra a la mafia: http://www.editorialhelice.es/showbook/biotecnologia/index.html

Biotecnología Ministerio de Educación Nacional. Contenidos para aprender grado décimo. Unidad didáctica ¿Cómo se relacionan los componentes del mundo?. Objeto de aprendizaje: ¿De qué manera infiere el ambiente sobre el ADN y cómo se manifiesta dicha relación en la biodiversidad? http://contenidosparaaprender.mineducacion.gov.co/G_10/S/menu_S_G10_U03_L05/index.html

Biotecnología Película Gattaga, experimento genético. No hay genes para el espíritu humano. Ethan Hawke, Uma Thurman. Columbia Pictures.

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