Como maestro de educación científica, a menudo proporciono servicios de desarrollo profesional para profesores. Los ejemplos de preescolar que se discuten aquí surgieron de mi trabajo con varios maestros, en lecciones introductorias a la electricidad, basadas en la investigación. Para el diseño de 2 lecciones, nos basamos en elementos del modelo de las 5E (engage: involucrar, explore: explorar, explain: explicar, elaborate: Profundizar y evaluate: evaluar) para la instrucción basada en la indagación (Bybee 2015) y alentamos a los niños a apropiarse de sus experiencias de aprendizaje. Como estábamos explorando conceptos de electricidad, también reforzamos las reglas de seguridad.

Jugar con la electricidad estática.

En una clase de 14 niños de 3 años, 2 maestros y yo utilizamos elementos de juego e investigación para introducirlos a la electricidad estática. Uno de los objetivos de nuestra lección era que los niños observaran, hicieran predicciones y luego comprobaran esas predicciones. Otro objetivo era que los niños se dieran cuenta de las similitudes entre los conceptos científicos (por ejemplo, la atracción y la repulsión con la electricidad estática y con los imanes). Al interrogar a los niños para evaluar sus conocimientos sobre la electricidad estática e incitarlos a hacer y probar predicciones, los involucramos en prácticas de ciencia e ingeniería y los ayudamos a identificar conceptos transversales (Consejo Nacional de Investigación 2012).

Evaluación de los conocimientos previos.

Cada niño recibió un globo completamente inflado y se le pidió que lo cuidara. Para reforzar la seguridad científica, les preguntamos cómo debían tratar sus globos. Los niños comentaron: "no reventarlo" y "ser amable". Les preguntamos si jugaban antes con globos, qué sabían sobre ellos y qué podían hacer con sus globos. Una respuesta frecuente fue que podían lanzar los globos al aire y atraparlos.

Observaciones y conclusiones.

Cuando me tocó compartir mis conocimientos, utilicé mi globo para frotarme la cabeza mientras fingí que pensaba en los trucos que podía hacer con mi globo. Cuando retiré el globo de mi cabeza, los niños se dieron cuenta de que mi pelo reaccionaba. Comentarios como "tu pelo se está parando de forma tonta" y "tienes el pelo parado" fueron compartidos entre risas. Al preguntar "¿qué aspecto tiene mi pelo?", motivamos a los niños a hacer observaciones. También les pregunté por qué creían que mi pelo tenía ese aspecto. Los niños explicaron: "el globo hizo que se te parara el pelo".

Para ver si les ocurría lo mismo, muchos niños frotaron de inmediato los globos en sus cabezas. Algunos se rieron al ver que a sus amigos se les erizaba el pelo, y se preguntaban unos a otros "¿mi pelo es tonto?" Se animó a los niños a que describieran cómo era el pelo de los demás mediante observaciones del tipo: "su pelo se levanta" o "el pelo cerca del globo se pone recto". También se les proporcionaron espejos para que los niños pudieran ver su propio pelo.

Realizar y comprobar las predicciones.

Después de dar tiempo a los niños para que se frotaran la cabeza (y la mía) muchas veces, sostuve unos trozos de pañuelos de papel y les pregunté qué pasaría si se frotaban los globos en la cabeza y luego ponían los globos cerca de los trozos de pañuelos de papel. Varios niños dijeron que eso haría que el pañuelo de papel se pegara. Colocamos pequeños cuadrados de pañuelos de papel en la alfombra y animamos a los niños a comprobar sus predicciones. Después de frotarse la cabeza, los niños acercaron lentamente los globos a los fragmentos de los pañuelos de papel. A medida que los globos se acercaban, el papel flotaba y se pegaba a los globos.

Los niños se entusiasmaron y empezaron a gritar: "¡Se ha pegado a mi globo!" Cuando intentaron quitar los trozos de pañuelo de papel de los globos con las manos, se dieron cuenta de que se deslizaban por los globos, pero no se desprendía fácilmente. Mientras las maestras, los niños y yo recogíamos el papel de los globos, hicimos que los niños nos ayudaran a contar los cuadros de pañuelos de papel que se habían pegado a sus globos. Después de retirar todos los cuadritos de papel, pedimos a los niños que volvieran a intentar la actividad. Mientras repetían el experimento, introdujimos los términos electricidad estática y atracción para describir lo que ocurría y por qué.

Conectando conceptos.

Los maestros y yo preguntamos a los niños si tanto el pañuelo de papel como su pelo reaccionaban de la misma manera ante los globos. Los profesores les recordaron una actividad con imanes que habían realizado el día anterior. Mediante conversaciones sobre el juego con imanes, los maestros ayudaron a los niños a ver las similitudes entre la forma en que los globos reaccionaban con su pelo y el pañuelo de papel, y la formas en que los polos magnéticos interactúan entre sí. La clase habló de que los imanes "se pegan" y "se alejan" entre sí, y los profesores introdujeron los términos atraer y repeler.

Para mostrarles que la electricidad estática a veces puede hacer que los objetos repelan a otros objetos, les pasé un tubo FunFly. El tubo, que parece una gran varita mágica, contiene un pequeño motor alimentado por pilas que crea una carga estática positiva cuando se pulsa un botón. Mientras demostraba el uso del tubo FunFly haciendo flotar tiras de oropel sobre él, pedimos a los niños que nos dijeran qué estaba pasando. Muchos de ellos comentaron: "está volando" y "no se pega".

Hablamos de cómo tanto los imanes como la electricidad pueden atraer y repeler objetos. Para reforzar el vocabulario y asegurar la comprensión, utilizamos intencionadamente atraer, pegar, repeler y alejar durante toda la demostración. Pasamos el tubo FunFly y el oropel e hicimos que los niños vieran si podían hacer que sus globos los atrajeran y repelieran. También animamos a los niños a explorar cómo reaccionaban otras cosas de la sala al ser tocadas por sus globos (después de ser frotados en sus cabezas). Les pedimos que contaran los objetos que se pegaban a sus globos. A lo largo de sus investigaciones, ayudamos a los niños a realizar y compartir sus observaciones.

Introducción a los circuitos.

En un esfuerzo de colaboración similar, trabajé con una profesora y su ayudante en una clase de niños de 4 años para facilitar una actividad sobre la electricidad. En lugar de centrarnos en la electricidad estática, el objetivo de nuestra lección era examinar un circuito y discutir qué es y cómo crear uno. Al hacerlo, animamos a los alumnos a compartir sus conocimientos y experiencias con la electricidad, a realizar observaciones, a ejecutar y comprobar predicciones y a comunicar sus conocimientos a los demás.

Involucrar a los alumnos.

Para que los estudiantes se entusiasmaran con la elaboración de circuitos, primero les leí The Very Lonely Firefly (La luciérnaga solitaria) de Eric Carle. En la última página del libro de cartón, las luciérnagas se iluminan. Al terminar el cuento, preguntamos a los niños si querían hacer sus propias luciérnagas luminosas, lo que provocó un gran entusiasmo. (En lugar de hablar del proceso químico que hace brillar a las luciérnagas reales, nos centramos en la electricidad que iluminaba las ilustraciones de las luciérnagas en el libro de cartón). Explicamos que, aunque las luciérnagas del libro y las reales producen luz, el proceso dentro de las luciérnagas reales es diferente. Nos íbamos a centrar en cómo funciona la luz de las luciérnagas del libro, y los niños tenían que ayudar a averiguar qué materiales se necesitaban.

Volví a abrir el libro en la última página y pedí a los alumnos que compartieran lo que creían que hacía que las luciérnagas se iluminaran. Los alumnos respondieron: "pilas", "electricidad" y "bombillas". Les dijimos que tenían razón al pensar que la electricidad hacía que las bombillas se iluminaran y que las pilas y las bombillas eran partes esenciales de este proceso. A continuación, les preguntamos para qué sirven las pilas y las bombillas. Al escuchar respuestas como "las pilas hacen funcionar los juguetes" y "las bombillas hacen la luz", les dijimos que utilizaríamos las bombillas y las pilas, junto con otro elemento, para averiguar cómo se enciende una bombilla.

Explorar circuitos.

Para explorar los circuitos de una manera segura para los niños pequeños, dimos a grupos de 3 o 4 estudiantes bloques magnéticos con cables, pilas y bombillas de los kits LightUp Edison. Cada tipo de bloque tiene un aspecto diferente y dispone de imanes en los extremos para hacer conexiones, de modo que los niños pueden mover y explorar fácilmente las partes de un circuito (por ejemplo, los cables, la bombilla y la pila).

Para la primera actividad, cada grupo recibió 2 bloques de cables, un bloque de pilas y un bloque de bombillas (ver "circuito de luz", figura 1). Les dijimos el nombre de cada bloque y les pedimos que encendieran la pila con el interruptor. En lugar de encender y apagar los bloques de pila recargable, queríamos que nuestros niños de 4 años se centraran en completar el circuito para que pudieran ver inmediatamente el brillo de la bombilla una vez que colocaran los bloques en el orden correcto. A medida que los alumnos conectaban los bloques, empezaron a discutir dónde creían que debían ir las diferentes piezas. Les recordamos que debían asegurarse de que los imanes de ambos lados de cada bloque estuvieran en contacto con los de otro bloque.

Uno de los grupos conectó las piezas correctamente de inmediato, lo que les entusiasmó. Como no tenían experiencia previa con los bloques, los alumnos no sabían por qué su diseño funcionaba. Los animamos a que hicieran observaciones sobre cómo se unían las piezas. A continuación, les pedí que movieran los bloques en diferentes posiciones para ver qué ocurría. A lo largo de esta investigación, las profesoras y yo animamos a todos los niños a que se turnaran para compartir ideas sobre cómo conectar los bloques. A medida que los grupos lograban que sus bombillas se encendieran, les pedíamos sus observaciones sobre sus circuitos.

Explicación de la electricidad.

Después de que cada grupo descubriera cómo encender su bombilla, les pedimos que compartieran lo que hicieron con la clase. Esto dio oportunidad a los niños de explicar su pensamiento y a nosotros de reforzar el propósito de cada tipo de bloque. Cuando se les preguntó qué tenían en común los diseños de cada grupo, señalaron: "estaban todos pegados", "la pila estaba puesta" y "parecía un cuadrado porque estaban pegados".

A continuación, introdujimos el término circuito y les dijimos que habían creado un circuito al conectar las piezas correctamente. Pedimos a los alumnos que apagaran la pila sin mover nada más. Cuando lo hicieron, muchos niños dijeron que su luz no funcionaba. Hablamos de cómo la pila proporcionaba energía para que la bombilla se encendiera y el interruptor de la pila servía para apagar y encender la luz.

Desarrollar la idea de la electricidad.

Las maestras y yo utilizamos unas estaciones de trabajo para animar a los alumnos a aplicar lo que habían aprendido sobre los circuitos. Pequeños grupos de alumnos recorrieron 3 estaciones.

Una de las estaciones contenía tubos de energía, que son juguetes que producen sonido y luz cuando se tocan ciertas partes al mismo tiempo. El tubo simula un circuito abierto que puede cerrarse (produciendo sonidos y luces) sujetando el metal en ambos extremos. Se pidió a los alumnos que cerraran el circuito por sí mismos utilizando sus manos y que vieran si podían cerrarlo utilizando sus manos junto con las de los miembros de su grupo.

En la segunda estación de trabajo, proporcionamos a los alumnos más bloques de circuitos magnéticos. En lugar de los bloques de bombillas, los alumnos recibieron bloques para montar un timbre. Les hicimos preguntas para que repasaran las funciones de la pila y el interruptor de la pila en sus circuitos de bombillas. Mientras jugaban con los nuevos bloques y hacían sonar el timbre (véase "circuito sonoro", figura 1), reforzamos la idea de que habían completado un circuito similar al que hicieron con la bombilla.

En la última estación de trabajo, ayudamos a los alumnos a fabricar sus propias luciérnagas a pilas. (Esta actividad requiere la ayuda práctica de adultos que entiendan de circuitos eléctricos, por lo que puede ser difícil de poner en práctica en aulas sin una baja proporción de niños por profesor). Cada alumno recibió un pequeño trozo de papel con la imagen de una luciérnaga. La luciérnaga tenía un pequeño agujero perforado en la parte inferior de su cuerpo. Después de tener la oportunidad de colorear su luciérnaga, cada niño recibió una pila AA y una pequeña sección de un filamento luminoso que contenía una bombilla con 2 cables (véase la figura 2). Les pedimos que describieran el circuito de la bombilla que habían construido antes con los bloques y que intentaran hacer funcionar esta bombilla con la pila. Con un poco de exploración, los niños encendieron sus bombillas. Les ayudamos a pegar la luz por la parte de atrás del papel junto con la pila. Finalmente, como actividad culminante, preguntamos a los niños si podían apagar y encender la luz. Les pedimos que compartieran lo que habían hecho y que explicaran cómo pasaba lo mismo con el interruptor de la pila. (Para obtener instrucciones paso a paso para realizar actividades similares con una bombilla de linterna, una pila, cables y un interruptor opcional, véase sciencing.com/light-bulb-work-battery-4798212.html).

Conclusión.

El uso de un enfoque basado en la indagación para una introducción a la electricidad ayudó a los niños a comprender los conceptos científicos básicos, a aumentar su vocabulario y a reforzar las habilidades relacionadas con la comunicación, el pensamiento crítico y la colaboración. Estas herramientas para trabajar en equipo son necesarias para el éxito personal y académico (P21, 2015). Al explorar conceptos científicos básicos, participar en la ingeniería y aplicar las matemáticas, nuestras actividades también fomentaron el conocimiento del STEM según la definición del Consejo Nacional de Investigación (2011, 2012). Lo más importante es que estas actividades y discusiones apoyaron la comprensión incipiente de los niños de temas complejos de manera que fueran significativos para ellos. Esta introducción a la electricidad les servirá en grados posteriores a medida que desarrollen un conocimiento más profundo.

References

Bybee, R.W. 2015. The BSCS 5E Instructional Model: Creating Teachable Moments. NSTA Press: Arlington, VA

National Research Council. 2011. Successful K–12 STEM Education: Identifying Effective Approaches in Science, Technology, Engineering, and Mathematics. Washington, DC: National Academies Press.

National Research Council. 2012. A Famework for K–12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. Washington, DC: National Academies Press.

P21 (Partnership for 21st Century Learning). 2015. “Framework for 21st Century Learning.” Washington, DC: P21. www.p21.org/about-us/p21-framework.

La traducción de este documento ha sido elaborado en el marco de un acuerdo cooperativo (PR/Award no. U295A150003, CFDA Nº 84.295A) del Departamento de Educación de Estados Unidos. No obstante, este contenido no representa necesariamente la política del Departamento de Educación, y usted no debe asumir el aval por parte del Gobierno Federal.