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Antes de empezar la actividad, conviene ver este vídeo de demostración.

• Proyecto de diseño de ingeniería de un sistema ecológico cerrado

Esta actividad se puede llevar a cabo de manera pautada o con final abierto. Si prefiere una unidad más estructurada, indique a los alumnos que construyan su modelo de sistema ecológico cerrado siguiendo las instrucciones de la Figura 1 (más abajo) al tiempo que pueden añadir algún cambio que estimen oportuno. En caso contrario, ofrezca a los alumnos una variedad de materiales y permita que diseñen su propia estructura de sistema ecológico cerrado (ver la Figura 2, más abajo).

Cada apartado del procedimiento debe realizarse durante un periodo de clase distinto. Estos periodos de clase no tienen que ser consecutivos, pero deben tenerse en cuenta los ciclos de vida de las plantas y animales que se van a utilizar.

Antes de realizar esta actividad con los alumnos, debe realizarla usted primero.

Reúna los materiales y realice fotocopias del Libro de trabajo del proyecto de diseño de ingeniería de un sistema ecológico cerrado y del Material didáctico del proceso de diseño de ingeniería que se entrega a la clase, uno por equipo o por alumno. (Grape las páginas para reunirlas en un libro de trabajo).

• Libro de trabajo del proyecto de diseño de ingeniería de un sistema ecológico cerrado

• Material didáctico del proceso de diseño de ingeniería que se entrega a la clase

Con los alumnos

Parte 1: Diseño del sistema ecológico cerrado

Divida la clase en equipos de ingenieros de entre dos y cuatro alumnos cada uno.

Dé cada un grupo Biodomes Engineering Design Project Workbook and Engineering Design Process Handout.

1. Los alumnos deben escoger un nombre para su equipo de diseño de ingeniería (y escribirlo en la primera página de su libro de trabajo).

2. Indique a los alumnos que realicen un intercambio de ideas sobre qué debe contener un sistema ecológico cerrado para un hábitat determinado (el hábitat lo puede proporcionar el profesor, por ejemplo, el hábitat local).

3. Una vez que los alumnos han realizado el intercambio de ideas y después de compartir con la clase algunas de ellas, los alumnos deberán seleccionar una de sus ideas que servirá de base para fabricar el modelo de sistema ecológico cerrado del equipo.

4. A continuación, los alumnos deberán realizar un dibujo del diseño de su sistema ecológico cerrado en el espacio indicado en el libro de trabajo. (Nota: si prefiere la construcción de una estructura sencilla de sistema ecológico cerrado, siga las instrucciones de la Figura 1, indique a los alumnos que diseñen sistemas ecológicos cerrados uniformes y ofrézcales una variedad de materiales, tierra y semillas para el interior. Si, en cambio, el proyecto tiene un final abierto, indique a los equipos que diseñen de forma creativa sus propias estructuras para el sistema ecológico cerrado y que elijan los materiales [ver la Figura 2].)

Figura 1 Figura 2

Parte 2: Fabricación de la estructura del sistema ecológico cerrado

1. Durante esta clase, ofrezca a cada grupo los materiales que necesitan para diseñar la estructura del sistema ecológico cerrado.

2. Los alumnos deben disponer de tiempo para fabricar la estructura del sistema ecológico cerrado. Es importante recordarles que el sistema ecológico debe quedar bien cerrado para que sea un mini hábitat totalmente autosuficiente (utilice cinta adhesiva o pegamento caliente, que pueda abrir y cerrarse más adelante).

3. Los alumnos deben responder las preguntas de la Parte 2 de su libro de trabajo. Haga hincapié en que los ingenieros suelen toparse con dificultades muchas veces a lo largo del proceso de diseño de ingeniería antes de dar con un producto acabado.

Parte 3: Flujo de energía en el sistema ecológico cerrado

1. Indique a los alumnos que se sienten por equipos.

2. En el libro de trabajo los alumnos deben explicar el hábitat de su sistema ecológico cerrado y realizar un listado de los organismos que viven en él si este sistema ecológico cerrado se fabricara a una escala mayor.

3. A continuación, los alumnos deben dibujar una o varias cadenas tróficas o redes alimentarias que muestren el flujo de energía que tiene lugar en el hábitat del sistema ecológico cerrado. Deben considerar las relaciones de los productores de comida y los consumidores en cada uno de los sistemas ecológicos cerrados.

4. Todos los equipos, o sólo algunos, deben compartir con la clase sus cadenas tróficas o redes alimentarias. El objetivo es debatir el proceso del flujo de energía a través de su modelo de sistema ecológico cerrado.

5. Promueva un debate en clase sobre los sistemas ecológicos cerrados. Preguntas: ¿De dónde procede originalmente la energía que sustenta el sistema ecológico cerrado? (Respuesta: Del sol). ¿Cómo conseguirás que la luz del sol entre en el sistema ecológico cerrado? ¿De dónde obtendrás la fuente de aire y agua para tu sistema ecológico cerrado?

Parte 4: las plantas en su Biodome

1. Indique a los alumnos que se sienten por equipos.

2. Explique las necesidades básicas de las plantas (alimento, agua y energía del sol).

3. Acto seguido, los alumnos deben colocar en el interior del sistema ecológico cerrado la tierra, la arena, las piedras, los estanques o los diversos elementos, de acuerdo con el diseño realizado.

4. A continuación, los alumnos deben plantar diversas semillas en la tierra del sistema ecológico cerrado.

5. No olvide recordar a los alumnos que anoten en el libro de trabajo lo que van añadiendo a su sistema ecológico cerrado.

6. Acto seguido, los alumnos deben regar el sistema ecológico cerrado y cerrarlo herméticamente.

7. Indique a los alumnos que revisen sus dibujos de cadenas tróficas y las plantas que han colocado en el interior de los sistemas ecológicos cerrados. ¿Podrán estas plantas mantener la cadena trófica? Si no es así, ¿qué cambios hay que hacer en la cadena trófica? Explíqueles que los ingenieros realizan ajustes continuamente a sus proyectos a medida que cuentan con información nueva o cambian los materiales (en este caso, las semillas) del diseño original.

Parte 5: Animales del sistema ecológico cerrado

1. Antes de empezar la Parte 5, las plantas que se han insertado en la Parte 4 deben haber tenido tiempo para crecer.

2. Indique a los alumnos que se sienten por equipos.

3. Los alumnos deben anotar en el libro de trabajo las observaciones de lo ocurrido desde la última vez que añadieron un componente al sistema ecológico cerrado.

4. Informe a los alumnos de que hoy van a salir afuera a recoger animales, que después añadirán al sistema ecológico cerrado. Antes de salir a buscar animales, los alumnos deben planificar qué tipo de animales pueden tener en el interior de su sistema ecológico (si proporciona animales de una tienda de animales, describa la variedad de animales disponible).

5. Escriba una lista en la pizarra de los posibles animales que podrían encontrar e incluir en el sistema ecológico cerrado. (Ideas: caracoles, escarabajos, mariquitas. Los gusanos se pueden añadir en la actividad de descomposición, Parte 6). Escriba también una lista de fuentes de comida que puedan necesitar esos animales.

6. Pregunte a los alumnos qué tipo de problemas podrían tener a la hora de escoger qué animales poner dentro del sistema ecológico cerrado. Explique que deben tener en cuenta que unos animales no se coman a los otros en el interior del sistema ecológico cerrado. Si esto sucediera, todos los animales se morirían si su fuente de alimentación se acabara. Explique también que los ingenieros suelen estar limitados por los materiales que tienen a su disposición. De la misma manera, los alumnos están limitados a los animales que encuentren fuera de la clase o a los que les proporcione el profesor, que en su mayoría son insectos.

7. Después de explicar las normas a seguir en el exterior, los alumnos deben disponer de tiempo suficiente para salir al exterior con redes cazamariposas y tarros para almacenar los insectos que colocarán en los sistemas ecológicos cerrados.

8. De vuelta en clase, pida a los alumnos que coloquen sus animales en los sistemas ecológicos cerrados y que observen lo que ven.

9. Los alumnos pueden añadir agua, si fuera necesario, al sistema ecológico cerrado y sellarlo herméticamente.

Parte 6: Los descomponedores del sistema ecológico cerrado

1. Indique a los alumnos que se sienten por equipos.

2. Los alumnos deben anotar las observaciones de lo ocurrido en el sistema ecológico cerrado desde la última vez que añadieron un componente.

3. Informe a los alumnos de que hoy van a salir afuera a recoger gusanos que después añadirán al sistema ecológico cerrado. Los gusanos ayudan a descomponer los restos de animales y plantas en tierra y nutrientes aprovechables. (Si no hubiera gusanos en el exterior, el profesor debe proporcionarlos).

4. Pregunte a los alumnos qué tipo de problemas se van a encontrar al colocar animales y plantas en un sistema ecológico cerrado. Guíeles para que se den cuenta de que es muy difícil que el hombre pueda fabricar una atmósfera segura para todos los distintos tipos de plantas y animales y que con frecuencia algunos de los animales y plantas mueren en su nueva ubicación. Aunque esta idea de crear un sistema ecológico cerrado ha tenido siempre mucho éxito, pocos han conseguido que funcione. Los ingenieros colaboran con biólogos y otros científicos para conseguir el mejor diseño de hábitat en el que los animales puedan vivir como si estuvieran en la naturaleza. Estos experimentos ayudan a los científicos a realizar observaciones sobre los seres vivos y la materia inerte que, de otra manera, a gran escala, sería muy difícil de realizar.

5. Después de explicar las normas a seguir en el exterior, los alumnos deben disponer de tiempo suficiente para salir al exterior con tarros y vasos de papel para recoger gusanos que colocarán en los sistemas ecológicos cerrados.

6. De vuelta en clase, pida a los alumnos que añadan los gusanos a los sistemas ecológicos cerrados y que observen lo que ven.

7. Los alumnos pueden añadir agua, si fuera necesario, al sistema ecológico cerrado y sellarlo herméticamente.

Parte 7: Revisión y evaluación (después de haber completado el modelo de sistema ecológico cerrado)

1. Indique a los alumnos que se sienten por equipos.

2. Los alumnos deben anotar en el libro de trabajo las observaciones de lo ocurrido en el sistema ecológico cerrado desde la última vez que añadieron un componente.

3. Los alumnos deben responder a las preguntas de revisión y evaluación del libro de trabajo.

4. Exponga los modelos terminados de los sistemas ecológicos cerrados, junto con los libros de trabajo de los distintos equipos, en la biblioteca de la escuela, en estantes de exposición o en una reunión de padres.

5. Los alumnos deben realizar un gráfico de barras que represente la diversidad de los sistemas ecológicos cerrados. Consulte el vídeo siguiente acerca de la representación de información en un gráfico.

   Representación de datos

   
   

6. Los alumnos deben realizar un diagrama de barras de los animales y plantas que han introducido en los sistemas ecológicos cerrados. Reúna los datos de toda la clase y realice un gráfico de la clase como ejemplo. A partir de los datos, pregunte a los alumnos cómo los ingenieros de sistemas ecológicos cerrados garantizan la recopilación de una muestra adecuada de plantas, animales y descomponedores. (Señale que la mayoría de los alumnos probablemente han recopilado los animales y plantas que han sido más fáciles de encontrar. ¿Qué pasaría si los ingenieros de sistemas ecológicos cerrados hicieran lo mismo? ¿Sería una buena representación de la vida? (Respuesta: No. Si los ingenieros sólo recogieran las especies que fueran más fáciles de encontrar, dejarían fuera muchas otras especies que pueden desempeñar un papel importante en el bioma. Trabajarían con información incompleta). Después, pida a los alumnos que hagan lo mismo en sus sistemas ecológicos cerrados.

7. Como los alumnos han estado anotando observaciones detalladas y han descrito el proceso de forma precisa en el libro de trabajo, podrá hacer comparaciones entre grupos distintos y extraer conclusiones sobre el flujo de energía en el interior de cada sistema.

Notas de seguridad

• Advierta a los alumnos de que deben tener cuidado al cortar las botellas de plástico. O bien, en función de la destreza de los alumnos, corte las botellas de plástico antes de empezar la actividad.

• Instale una estación con la pistola de pegamento caliente de la que debe encargarse el profesor o un ayudante de clase. No permita que los alumnos manipulen la pistola de pegamento caliente a menos que sepan manejarla con seguridad y responsabilidad.

• Averigüe con antelación si algún alumno tiene alergia a los insectos, a la hierba, etc.

• Advierta a los alumnos de que no intenten capturar insectos que puedan ser peligrosos, como por ejemplo insectos como abejas, avispas o arañas.

• Supervise en todo momento a los alumnos cuando estén fuera del aula.

Consejos de resolución de problemas

Limite los materiales que los alumnos pueden utilizar para crear los sistemas ecológicos cerrados que, de lo contrario, tienden a ser demasiado grandes y necesitan muchos recursos. Este enfoque imita el mundo real, en el que los ingenieros normalmente tienen limitaciones de tamaño, presupuesto u otros recursos. Una manera de limitar el tamaño es establecer un máximo de superficie, como por ejemplo un metro cuadrado.

Para que las semillas tengan más tiempo para crecer, puede cambiar el orden de las partes 3 y 4, de esta manera, las semillas se plantan antes en el proceso de desarrollo del modelo de sistema ecológico cerrado.

Si, en la Parte 5, no se encuentran insectos en el exterior (debido a las condiciones meteorológicas u otras limitaciones), puede comprar unos cuantos caracoles (con frecuencia son gratis ya que hay demasiados) en una tienda de animales, o puede adquirir escarabajos en un laboratorio científico. Recuerde que los caracoles y las plantas de acuario no deben desecharse por las tuberías ni tirarse en ríos cercanos ya que ambas especies son muy invasivas. Explique a los alumnos que les buscará un hogar y, a continuación, devuélvalos a un acuario o destrúyalos.

Asegúrese de que los alumnos anotan de forma detallada las observaciones durante todo el proceso para poder realizar comparaciones y extraer conclusiones en la Parte 7.