TRABAJO FIN DE MÁSTER UNIDAD DIDÁCTICA : EL ADN, LA HERENCIA BIOLÓGICA. UN APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO. CURSO 2012/2013 AUTORA: ANDREA BARBARIN TUTOR: FERMÍN GONZALEZ Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 1 INDICE: 1. Resumen……………………………………………………………………………………………………………………….. 3-4 2. Introducción……………………………………………………………………………………………………………………4-6 3. Programación de la Unidad Didáctica………………………………………………………………………………6-8 4. Objetivos de la Unidad Didáctica: 4.1. Objetivos generales………………………………………………………………………………………………….9 4.2. Objetivos específicos………………………………………………………………………………………………..9-10 5. Clases teóricas: 5.1. Test de conocimientos previos………………………………………………………………………………….10 5.2. Metodología…………………………………………………………………………………………………………….11-17 6. Construcción del modelo tridimensional de la doble hélice de ADN: 6.1. Introducción……………………………………………………………………………………………………………..18 6.2. Material……………………………………………………………………………………………………………………18-19 6.3. Metodología…………………………………………………………………………………………………………….19-21 6.4. Consideraciones del modelo……………………………………………………………………………………..21 7. Actividades de la Unidad Didáctica: 7.1. De introducción…………………………………………………………………………………………………………22-24 7.2. De focalización…………………………………………………………………………………………………………..24-27 7.3. De exploración…………………………………………………………………………………………………………..27-28 7.4. De investigación…………………………………………………………………………………………………………28-29 7.5. De resumen……………………………………………………………………………………………………………….29-30 8. Práctica de laboratorio: 8.1. Introducción……………………………………………………………………………………………………………….30 8.2. Objetivos y material……………………………………………………………………………………………………31 8.3. Metodología………………………………………………………………………………………………………………31-35 8.4. Resultados, explicación y conclusión………………………………………………………………………….36 9. Elaboración de mapa conceptual: 9.1. Introducción……………………………………………………………………………………………………………….37 9.2. Características de los Mapas Conceptuales………………………………………………………………….38 9.3. Metodología ………………….…………………………………………………………………………………………..38 9.4. Evaluación…………………………………………………………………………………………………………………..39 9.5. Uve de Gowin del modelo instruccional…………………………………………………………………….40-42 10. Reflexión final de la Unidad Didáctica……………………………………………………………………………….43 11. Evaluación…………………………………………………………………………………………………………………………43-46 12. Anexos………………………………………………………………………………………………………………………………47-68 13. Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………..69 PALABRAS CLAVE: Aprendizaje significativo, errores conceptuales, paradigma educativo, filosofía constructivista, Material genético, Griffith, factor transformante, ADN (ácido desoxirribonucleico), genes, Watson y Crick, modelo de doble hélice, bases nitrogenadas, puentes de hidrógeno, complementariedad, antiparalelismo, nucleótidos, síntesis, Meselson y Stahl, replicación semiconservativa, ADN polimerasa, helicasa… Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 2 RESUMEN Este trabajo fin de máster consiste en la planificación de la docencia y la evaluación de una unidad didáctica dedicada al estudio del ADN para alumnos/as de 2º de Bachillerato. Para ello propongo la realización de unas clases teóricas en las que se llevarán a cabo, el estudio del ADN, su estructura, características, funciones, su descubrimiento como molécula portadora de la información genética, su proceso formativo y su forma y proceso de duplicación. Las sesiones se apoyarán visualmente con una presentación PowerPoint, con videos explicativos tanto de la estructura del ADN, como del proceso de replicación, y con la realización de varias actividades que ayuden a la comprensión. Tras las clases teóricas, propongo la construcción de un modelo tridimensional de la doble hélice del ADN, lo que llevará a conocer bien su estructura. Además de esto se realizará una práctica de laboratorio en la que el alumnado observará los conceptos estudiados en clase y aclarará aquellas dudas sobre cómo es realmente lo que se está estudiando. Además de introducir prácticas, es preciso que la docencia vaya incorporando innovaciones que permitan adecuarla al contexto social y tecnológico del momento, así como a los conocimientos nuevos sobre el propio proceso de aprendizaje. Por esta razón, incluyo el uso, por parte del docente, de dos instrumentos metacognitivos, como son, los mapas conceptuales, para elaborar un modelo de conocimiento, a partir del cual se llegará a construir un módulo instruccional, y la UVE de Gowin. Gracias a estas herramientas, se facilitará el aprendizaje significativo, y se ayudará al alumnado a comprender la naturaleza del conocimiento, cómo se crea el conocimiento, y como nuestras mentes trabajan para construir potentes estructuras cognitivas de la manera más clara y ordenada posible. Además ayudarán a generar el cambio conceptual para evitar el problema de los errores conceptuales, que surgen de la interacción del conocimiento previo de los alumnos, con el conocimiento científicamente aceptado, dando lugar a un conjunto diverso de resultados de aprendizaje no deseados. Los errores conceptuales constituyen una auténtica barrera para el desarrollo del pensamiento creativo y crítico del alumnado. Por otro lado, cada alumno de manera individual, mediante el empleo del programa informático Cmap tools, el cual funciona como una gran herramienta para la representación del conocimiento, elaborará un mapa conceptual donde quede reflejado todo su aprendizaje significativo llevado a cabo a lo largo de la Unidad. Estos trabajos (cada uno particular y diferente al anterior), se expondrán en clase, y serán evaluados por el docente, pero en gran medida dependerán de las autoevaluaciones mediante rúbrica de los propios alumnos. Por último, propongo la realización de una reflexión final y conjunta sobre lo aprendido durante la Unidad. Aquí, se considerará necesario que los alumnos tengan la posibilidad de discutir las respuestas y la estructura del mapa conceptual, observar detenidamente el modelo tridimensional de la molécula de ADN para inferir la importancia del antiparalelismo en la replicación, comentar las actividades planteadas, todas las dificultades surgidas… y sobre todo desarrollar su pensamiento crítico y creativo. El proceso de evaluación, deberá por tanto ajustarse al nuevo paradigma educativo que queremos conseguir. No solo se evaluará mediante pruebas estandarizadas y/o pruebas de ensayo convencionales, que están diseñadas para medir el conocimiento de los alumnos y el recuerdo de Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 3 datos, sino que además de esto, la evaluación se centrará en la medida del rendimiento del alumno, de su intervención en la realización de prácticas que conecten su aprendizaje con la experiencia del mundo real. También se evaluarán las habilidades de investigación, la resolución de problemas de nivel superior, y la aplicación y el análisis interpretativo de los conocimientos previos. Este tipo de evaluación, requiere del alumno evidencias de su dominio del conocimiento, de su comprensión conceptual, y de su capacidad de aplicarlos en nuevos contextos. INTRODUCCIÓN El problema que se me ha planteado para realizar este proyecto, se basa sobre todo en los errores conceptuales que presenta el alumnado a la hora de enfrentarse a un tema en concreto, en este caso el mundo de las ciencias. La educación, hoy en día, sigue realizándose a través de un aprendizaje memorístico, que se ciñe al libro de texto y a recoger toda la información que transmite el docente, sin presencia en el alumnado de un esquema mental adecuado, de unos conocimientos previos, por lo que no aprendemos nada. Estos conocimientos previos, a menudo están en desacuerdo con los científicamente aceptados, por lo que surgen una serie de errores conceptuales, que actúan como grandes obstáculos para el desarrollo del pensamiento creativo y crítico del alumnado. Los bajos rendimientos de los alumnos en las pruebas de evaluaciones convencionales, ordinarias y extraordinarias, justifican la necesidad de un cambio. Dada la importancia de este problema, considero que se requiere tanto creatividad, como innovación, que permitan extraer el máximo rendimiento del tiempo dedicado a la formación de los estudiantes y que potencien en ellos el deseo de aprender. Por ello, a través de esta Unidad Didáctica, quiero destacar la importancia del aprendizaje significativo, que conduce al alumnado a construir su propio conocimiento, nuevos significados, reestructurando y mejorando su estructura cognitiva, de manera que se facilite el futuro aprendizaje y la solución creativa de problemas. El realizar trabajos prácticos, creativos, dinámicos, y de construcción de modelos mediante la herramienta de los mapas conceptuales o los diagramas en V, ayudan al alumnado a construir su propio aprendizaje, a aprender de manera significativa, a construir paso a paso esquemas relevantes de conocimiento, que irá reelaborando y precisando con el tiempo, y además a intentar paliar el problema de los errores conceptuales. Con esta Unidad, el alumnado puede imaginar una estructura tridimensional y sus procesos dinámicos, cosa que es muy difícil a través de las representaciones que muestran los libros de texto. Por esta razón, este modelo didáctico se presenta como una herramienta alternativa para representar y trabajar, en tres dimensiones y de forma dinámica, algunos conceptos relacionados con el ADN. Test realizados con alumnos universitarios después del estudio de tópicos de genética han manifestado que éstos no siempre consiguen establecer asociaciones coherentes con el conocimiento científico actual, mostrando la existencia de dificultades en cuanto a la comprensión de las representaciones científicas acerca del tema (Bahar et al., 1999). Por tanto, hacerlas más comprensibles para los estudiantes de Bachillerato es un desafío para el docente. Tales asuntos Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 4 requieren ilustraciones para aproximar al alumno al objeto de estudio. Sin embargo, muchos alumnos tienen dificultades a la hora de imaginar una estructura en tres dimensiones y sus procesos dinámicos, a partir de figuras representadas en un plano, y de relacionar la representación esquemática a la realidad (Krasilchik, 2004). Mi experiencia con los alumnos de Bachillerato ha mostrado que los esquemas de los libros de texto, muchas veces, no son una fuente suficiente para explicar esas relaciones conceptuales, ya que cuando realicé con ellos la práctica de laboratorio, por ejemplo, había quien se esperaba encontrar con un ADN de color rojo y de tamaño más grande. Es difícil para el profesor identificar posibles errores conceptuales de sus alumnos a partir de la evaluación de textos o esquemas en los que el alumno repite lo que leyó en los libros u oyó del profesor. En este contexto, el alumno puede repetir correctamente, pero haber estructurado cognitivamente los conceptos de forma inadecuada (Soares et al., 2005). Por esta razón, los modelos didácticos se presentan como una herramienta alternativa para representar y trabajar, en tres dimensiones y de forma dinámica, algunos conceptos relacionados con el ADN. La presente Unidad Didáctica, presenta el estudio del ADN, su estructura, sus características, sus funciones, su forma de duplicarse y su implicación en la trasmisión de los genes, todo ello contemplado en el currículum oficial para el curso de 2º de Bachillerato en la página Web del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (Ministerio Educación, Cultura y Deporte, 2011). Concretamente, la asignatura de Biología se divide en 5 bloques. De todos ellos se tratarán aspectos de dos de los bloques; “Morfología, estructura y funciones celulares”, cuyos subapartados son: “La célula: unidad de estructura y función. La teoría celular”, “Aproximación práctica a diferentes métodos de estudio de la célula”, “Morfología celular. Estructura y función de los orgánulos celulares. Modelos de organización en procariotas y eucariotas. Células animales y vegetales”, “La célula como un sistema complejo integrado: estudio de las funciones celulares y de las estructuras donde se desarrollan. El ciclo celular”, “La división celular. La mitosis en células animales y vegetales. La meiosis. Importancia en la evolución de los seres vivos”, “Las membranas y su función en los intercambios celulares. Permeabilidad selectiva. Los procesos de endocitosis y exocitosis”, “Introducción al metabolismo: catabolismo y anabolismo”, “La respiración celular, su significado biológico. Orgánulos celulares implicados en el proceso respiratorio. Aplicaciones de las fermentaciones”, “La fotosíntesis. Fases, estructuras celulares implicadas y resultados. La quimiosíntesis”, y “Planificación y realización de investigaciones o estudios prácticos sobre problemas relacionados con las funciones celulares”. El segundo bloque es el de “La herencia. Genética molecular”, que también presenta varios subapartados, como: “Aportaciones de Mendel al estudio de la herencia”, “La herencia del sexo. Herencia ligada al sexo. Genética humana”, “La teoría cromosómica de la herencia”, “La genética molecular o química de la herencia. Identificación del ADN como portador de la información genética. Concepto de gen”, “Las características e importancia del código genético y las pruebas experimentales en que se apoya. Trascripción y traducción genéticas en procariotas y eucariotas”, “La genómica y la proteómica. Organismos modificados genéticamente”, y “Alteraciones en la información genética; las mutaciones. Los agentes mutagénicos. Mutaciones y cáncer. Implicaciones de las mutaciones en la evolución y aparición de nuevas especies”. De todos estos contenidos, se tratarán algunos de ellos, a través de esta unidad didáctica. Esto la convierte en una pieza clave para el curso de 2º de Bachillerato, así como para entender como es Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 5 nuestra molécula que porta toda la información genética y como gracias a ella cada uno somos quienes somos y no otros. Esto conlleva una importancia todavía mayor de educar a las nuevas generaciones en el conocimiento del porqué presentamos características comunes a nuestros progenitores, o porque una misma enfermedad puede estar presente a lo largo de la genealogía de una familia... Es necesario que el alumnado entienda como se da esta transmisión y sobre todo poder observar con sus propios ojos, a través de la práctica, como es la molécula capaz de realizar este proceso, y la que nos identifica y define. PROGRAMACIÓN DE LA UNIDAD DIDÁCTICA El siguiente esquema recoge las actividades propuestas en esta unidad didáctica, así como el orden cronológico de su desarrollo (números consecutivos): 4. Prácticas de 2. Construcción del 3. Realización de modelo Laboratorio Actividades tridimensional de doble hélice del ADN 5. Elaboración de 7. EVALUACIÓN mapa conceptual: 1. Clases construcción de Teóricas modelo de conocimiento 6. Reflexión final de la unidad Todas las actividades propuestas serán evaluadas al final de la unidad didáctica, como indican las flechas de puntos. El tiempo dedicado a cada parte de la unidad didáctica se detalla en la tabla 1. TOTAL 5 SESIONES DE UNA HORA DE CLASES TEÓRICAS DURACIÓN. 5 HORAS CONSTRUCCIÓN DEL MODELO 2 SESIONES DE 1 HORA DE TRIDIMENSIONAL DE LA DOBLE 2 HORAS DURACIÓN. HÉLICE DE ADN Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 6 1 SESIÓN DE 1 HORA, Y MEDIA REALIZACIÓN DE ACTIVIDADES 1HORA 30 MINUTOS. HORADE OTRA SESIÓN. 1 SESIÓN DE HORA Y MEDIA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DURACIÓN (SE NECESITA EL 1 HORA 30 MINUTOS RECREO). 2 SESIONES DE 1 HORA ELABORACIÓN DE MAPA (Tiempo extra en casa; CONCEPTUAL Y PRESENTACIÓN 2 HORAS programa Cmap tools). ORAL REFLEXIÓN FINAL DE LA MEDIA HORA DE UNA SESIÓN. 30 MINUTOS UNIDAD DIDÁCTICA EVALUACIÓN UNA SESIÓN DE UNA HORA. 1 HORA 13 HORAS Y 30 MINUTOS Tabla 1: sesiones y tiempo dedicado a cada actividad, y tiempo total de la unidad didáctica Los principales contenidos de cada parte de la unidad didáctica se encuentran en la siguiente tabla: - 5 sesiones de una hora de duración. CLASES TEÓRICAS - Durante las sesiones el alumnado adquirirá conocimientos básicos de genética. - El alumnado aprenderá los experimentos por los cuales se demostró que, es el ADN la molécula portadora de la información genética. Además conocerá como es su estructura, función, tipos, como se sinteriza tanto in vitro como in vivo, cuáles fueron las hipótesis sobre su duplicación y cómo es el mecanismo de esta. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO - 2 sesiones de 1 hora de duración. TRIDIMENSIONAL DE LA DOBLE - Una vez conocida la estructura en doble hélice del ADN, el HÉLICE DE ADN alumnado, en grupos de dos, realizará un modelo, empleando pajitas de colores para representar las bases nitrogenadas, e hilo negro para la desoxirribosa. Gracias a este, comprenderán mejor el enrollamiento del ADN, realizando ellos mismos todos los enlaces que intervienen, y observando todos los elementos que constituyen esta estructura. - 1 sesión de 1 hora, y media hora de otra sesión. REALIZACIÓN DE ACTIVIDADES - El alumnado realizará diversas actividades:  De introducción, para analizar los conocimientos previos sobre el tema que se va a tratar.  De focalización. Algunas de ellas se realizarán a Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 7 continuación de la teoría. Son actividades de contenido, para ver si se ha comprendido lo que el profesor quiere transmitir.  De investigación.  De resumen de la Unidad. - 1 sesión de hora y media de duración (se necesita el recreo). PRÁCTICAS DE LABORATORIO - El alumnado, organizado en grupos, realizará la práctica de extracción de ADN. Cada grupo seguirá los pasos del guión, utilizando todo el material, que previamente el profesor ha colocado en cada una de las mesas de trabajo. Finalizado el experimento, el alumnado podrá observar a simple vista la molécula de ADN, y además visualizarla al microscopio con una tinción previa. - Cada alumno de manera individual, realizará un informe de la práctica. Este informe será evaluado. - 2 sesiones de 1 hora. ELABORACIÓN DE MAPA - De manera individual, cada alumno mediante la utilización del CONCEPTUAL (MODELO DE programa informático Cmap tools, elaborará su propio modelo CONOCIMIENTO), Y de conocimiento, el cual se empleara para la elaboración del PRESENTACIÓN ORAL modelo instruccional. - Los alumnos deberán de investigar utilizando medios digitales, o libros de texto…para ampliar los contenidos referidos a esta Unidad. - Cada alumno expondrá durante 10-15min su modelo. - La evaluación la realizará tanto el docente, como el resto del alumnado, mediante el empleo de rúbricas de evaluación. - media hora de una sesión. REFLEXIÓN FINAL DE LA - Puesta en común de todo lo aprendido durante la realización de UNIDAD DIDÁCTICA la Unidad Didáctica. - El alumnado comentará todo aquello que le haya resultado más complicado y se expondrán las ventajas y desventajas de la realización de este tipo de modelos didácticos que combinan la teoría con la práctica. - Examen de 1 hora de duración: 40% calificación. EVALUACIÓN  Preguntas relacionadas con las clases teóricas y las prácticas, tanto de las actividades realizadas en clase, como del laboratorio, y de las exposiciones de los mapas conceptuales. - Trabajo durante la unidad: 60% calificación.  Actividades, informe de prácticas, realización del modelo tridimensional, y del modelo de conocimiento.  Actitud, habilidades en el laboratorio, exposición oral del modelo de conocimiento, intervención y participación en clase y en la reflexión en común, de la Unidad, y trabajo cooperativo. Tabla 2: resumen de los contenidos de las diferentes actividades propuestas para la unidad didáctica, así como del sistema de evaluación. Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 8 OBJETIVOS DE LA UNIDAD DIDÁCTICA Objetivos generales: - Aprender a aprender. - Conocer los principales conceptos de la biología y su articulación en leyes, teorías y modelos apreciando el papel que éstos desempeñan en el conocimiento e interpretación de la naturaleza. - Interpretar la naturaleza de la biología, sus avances y limitaciones, y las interacciones con la tecnología y la sociedad. Apreciar la aplicación de conocimientos biológicos como el genoma humano, para resolver problemas de la vida cotidiana y valorar los diferentes aspectos éticos, sociales, ambientales, económicos, políticos, etc., relacionados con los nuevos descubrimientos, desarrollando actitudes positivas hacia la ciencia y la tecnología por su contribución al bienestar humano. - Introducir al alumnado en el mundo de las ciencias, empleando herramientas que usan los expertos. - Utilizar información procedente de distintas fuentes, incluida la que proporciona el entorno físico y social, la biblioteca escolar y las tecnologías de la información y la comunicación, para formarse una opinión crítica sobre los problemas actuales de la sociedad relacionados con la biología, mostrando una actitud abierta frente a diversas opiniones, y comunicarla a los demás, de forma oral y escrita, de manera organizada e inteligible. - Utilizar el vocabulario específico de la materia para que su incorporación al vocabulario habitual aumente la precisión en el uso del lenguaje y mejore la comunicación. - Transmitir el interés por un aprendizaje significativo en Ciencias. - Desarrollar pensamiento sociocrítico: utilidad del modelo de conocimiento construido por los alumnos en discusiones y en representaciones de procesos de temas actuales, vehiculados por los medios de comunicación, relacionando los contenidos de biología celular y genética como: transgénicos, terapia génica… Objetivos específicos: - Potenciar el aprendizaje significativo en el alumnado para que construya su propio conocimiento. - Presentar los principios fundamentales del marco teórico de Ausubel, Novak y Gowin. - Potenciar un aprendizaje más dinámico, donde se reflexione sobre las posibilidades didácticas, como son, las prácticas de laboratorio, la elaboración de mapas conceptuales, construcción de modelos… - Familiarizar al alumnado con el uso de programas informáticos (Cmap tools) para la construcción de su propio modelo de conocimiento. - Innovar mediante el empleo de herramientas con gran potencial para la construcción de conocimiento: Cmap tools y UVE de Gowin. - Aprendizaje de la construcción de un modelo tridimensional (doble hélice ADN). - Iniciación en el trabajo científico de laboratorio. Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 9 - Fomentar el trabajo en equipo a través de trabajos grupales o las propias prácticas de laboratorio. - Despertar el interés por la genética, y reducir las dificultades conceptuales del tema. - Valorar el papel fundamental que desempeña el ADN en los seres vivos. - Conocer la composición, estructura y propiedades del ADN como molécula de la herencia. - Describir el modelo de la doble hélice de Watson y Crick. - Enumerar los hitos principales en el descubrimiento del ADN como molécula portadora de la información genética. - Concienciar al alumnado de la importancia de la duplicación del ADN, para la supervivencia de la especie, y para la transmisión equitativa de la información, de padres a hijos. - Comprender la importancia del experimento de Meselson y Stahl en la demostración de la hipótesis de la replicación semiconservativa. - Comprender el modelo de replicación del ADN. - Explicar la función de las enzimas que intervienen en la replicación. - Valorar la necesidad de corregir los errores producidos durante la replicación y conocer la forma en que esta acción se lleva a cabo. - Señalar las diferencias existentes en la replicación entre células procariotas y eucariotas. CLASES TEÓRICAS Previo al comienzo de las clases teóricas, se realizará un test para detectar las ideas o conocimientos previos que tiene el alumnado sobre los contenidos de la Unidad Didáctica que se va a llevar a cabo. Este punto es muy importante ya que como cita Ausubel, “el factor más importante que influye en el aprendizaje, es lo que el alumno/a ya sabe. Averígüese esto y enséñese consecuentemente.” ACTIVIDAD 1: CONOCIMIENTOS PREVIOS 1- ¿Qué es el ADN? ¿De qué está formado? 2- ¿Todos los seres vivos presentamos el mismo ADN? 3- El concepto de modelo de doble hélice de ADN… ¿Lo has oído alguna vez? ¿Qué significa? 4- ¿Podrías enunciar alguna función importante de esta molécula? 5- Nuestro ADN… ¿Dónde se encuentra? ¿Y en qué forma? 6- ¿Por qué crees que es necesario que el ADN se copie? 7- ¿Conoces alguna enzima implicada en este proceso de copia o replicación? 8- La enzima encargada de la síntesis del ADN es:  ADN polimerasa.  ARN polimerasa.  Helicasa.  Topoisomerasa. 9- La replicación del ADN es:  Semiconservativa.  Antiparalela y la síntesis del nuevo ADN es en sentido 3´5´.  Paralela y la síntesis del nuevo ADN es en sentido 5´3´. 10- Un nucleótido de ADN está formado entre otra cosas, por un azúcar, que es:  Ribosa.  Dextrosa.  Desoxiribosa.  Sacarosa. Facultad de Ciencias Sociales Universidad Pública de Navarra 10