Download el método científico - PROFEDEBIOANTONIAHERRERA

1. En una práctica de laboratorio, un grupo
de segundo de bachillerato ha realizado un
experimento para demostrar que la luz es
necesaria en el proceso de la fotosíntesis.
Para esto ha hecho dos montajes como los
que muestran los dibujos. La única
diferencia, puesto que se ha vigilado que el
resto de condiciones fueran las mismas, ha
sido que uno de ellos ha sido iluminado
continuamente más de una hora (el
señalado con la letra A) y el otro se ha
mantenido, durante el mismo periodo, a
oscuras (el señalado con la letra B).
a) Observar el montaje A. ¿Por qué crees
que puede ayudar a demostrar que la luz
es necesaria para la fotosíntesis? Relaciona tu explicación con la ecuación general de la fotosíntesis
y justifica como se genera el gas que se acumula en la parte superior del tubo A.
Si la planta acuática ha sido sometida a la acción de la luz y dispone de los sustratos necesarios
para hacer la fotosíntesis (dióxido de carbono y agua), habrá sintetizado materia orgánica y
oxígeno. Dado el montaje, este gas se ha ido acumulando y ha formado un pequeño volumen de
gas en la parte superior del tubo de ensayo. El gas acumulado, el oxígeno, proviene de la fotolisis
del agua que acontece en la fase lumínica de la fotosíntesis.
b) Un alumno del grupo, al observar la pequeña acumulación de gas en el tubo de ensayo del montaje B,
ha afirmado: “¡La planta ha hecho la fotosíntesis a oscuras!” Sin embargo, el resto de compañeros le
han intentado convencer de que el experimento había dado el resultado esperado.
- ¿Por qué crees que este alumno ha hecho la afirmación anterior?
- ¿Por qué razón el resto de compañeros entienden que el experimento ha dado el resultado
esperado?
El alumno confunde el gas acumulado en el montaje que ha estado a oscuras con el que se
acumula en el montaje iluminado. Él piensa que el gas que se observa en el montaje B procede de
la fotosíntesis, pero no es así, ya que esta planta no hace la fotosíntesis. El gas acumulado en
este montaje que se ha mantenido a oscuras no oxígeno, sino dióxido de carbono, y procede de la
respiración y no de la fotosíntesis.
c) ¿Cuál es la variable independiente del experimento? ¿Y la variable dependiente?
La variable independiente es la iluminación (presencia o ausencia de luz) y la variable
dependiente es la actividad fotosintética, que se mide a través del gas acumulado en el tubo de
ensayo.
d) ¿Cuál es el control del experimento? ¿Para qué sirve que haya un control en los experimentos?
Teniendo en cuenta que se trata de un experimento con luz / sin luz, el montaje sin luz actuará de
control del experimento. Ello es así porque la ausencia de luz es la única diferencia entre las
condiciones a las que se han sometido los dos montajes.
La existencia de un control en un experimento sirve para asegurar que los cambios
experimentados por la variable dependiente proceden de los cambios inducidos en la variable
dependiente y no de otras causas o factores.
CATALUÑA JUN’07
2. Un alumno de bachillerato, en un trabajo de investigación ha planteado la siguiente pregunta: “¿A
partir de un mismo grupo de semillas inicial y tras varias generaciones, es posible obtener plantas
capaces de germinar en condiciones de escasez de agua y plantas capaces de germinar en condiciones
de abundancia de agua?”
Al presentar esta pregunta a los compañeros/as de la clase ha habido varias opiniones y controversias.
Transcribimos un fragmento de una de las discusiones:
A. Es evidente que si se puede obtener. Los organismos cambian según las circunstancias que les toca
vivir: o se adaptan o mueren. Seguro que algunas plantas se hacen capaces de germinar en estas
condiciones.
B. Entre las semillas del grupo inicial debe de haber variabilidad genética para las condiciones de
germinación. Según cuales sean las condiciones ambientales, se favorecerán diferentes fenotipos.
Disponemos de múltiples terrarios como el que se muestra en el dibujo, que contienen suficientes
macetas con el sustrato necesario para la germinación. Además, los terrarios tienen dispositivos para
regular las condiciones ambientales. También
tenemos un número abundante de semillas.
a) Argumenta tu posición en relación a cada una
de las opiniones presentes en el fragmento
de la discusión.
A. Sí se puede hacer, pero no porque los
organismos cambien. Los organismos
tienen cierta capacidad de adaptación,
aunque ésta está limitada a algunas
características que no son heredables. La
expresión “o se adaptan o se mueren”
como motor de un cambio y posterior adaptación no es cierta.
B. Sí, efectivamente existe adaptación, pero de las poblaciones, no de los organismos. Se
adaptan por el efecto selectivo del medio sobre la variabilidad genética mostrada por las
poblaciones.
b) Haz un diseño de un proceso de experimentación para intentar conocer si la germinación de las
semillas depende de la humedad del suelo. En el diseño hace falta señalar cuáles serán las variables
dependiente e independiente, así como el control del experimento.
Experimento: ¿Influye la humedad del suelo en la germinación de las semillas?
Variable independiente: Humedad del suelo
Variable dependiente: Germinación de las semillas (tanto en el tiempo como en el número de
semillas).
Diseño: Podemos establecer tres pautas:
- Fijar tres posibles grados de humedad de la tierra de las macetas: baja, media y alta.
- En un terrario mantenemos varias macetas con una humedad de la tierra baja.
- En otro terrario mantenemos varias macetas con una humedad de la tierra media.
- Por último, en un tercer terrario mantenemos la humedad de la tierra alta.
Control: Hay varias opciones, o bien podemos observar el número de semillas germinadas en
cada una de las condiciones en un tiempo determinado, o bien podemos calcular el tiempo que
tardan en germinar un determinado número de semillas.
CATALUÑA JUN’06
3. La denominada hormona juvenil
participa en la regulación del desarrollo
de los insectos.
El gráfico adjunto muestra la relación
entre la concentración de hormona juvenil
en el cuerpo del insecto y la transición
entre los diversos estadios de desarrollo
en la mariposa de la seda, Bómbix mori.
Se quiere diseñar un experimento para
estudiar la validez de la hipótesis siguiente: “Quizá un aumento de la cantidad de horas de luz diarias
hace más corto el estado de la crisálida”.
Para hacer este experimento disponemos de un elevado número de crisálidas, de varios terrarios con
sistemas de iluminación regulables (desde 0 a 24 horas de luz por día, según convenga). Otros
dispositivos permiten controlar otras variables ambientales como la temperatura, la humedad
ambiental, etc. Diseña un experimento para probar la validez de esta hipótesis. En tu diseño hace falta
que señales, cuáles serán las variables dependiente e independiente, así como el control del
experimento.
- Hipótesis: Quizá un aumento de la cantidad de horas de luz diarias hace más corto el estado
de la crisálida.
- Variable independiente: la cantidad de horas de luz diarias.
- Variable dependiente: la duración del estado de crisálida (es decir, el tiempo).
- Control: La variación de la variable independiente desde 0 a 24. Por ejemplo, disponemos de
siete terrarios, el primero con 0 horas de luz, el segundo con 4 horas, el tercero con 8 horas, el
cuarto con 12 horas, el quinto con 16 horas, el sexto 20 horas y el séptimo y último 24 horas.
El resto de las variables (por ejemplo, la temperatura o la humedad ambiental) quedan fijadas
para todos los terrarios en 28 ºC y 70% de humedad relativa.
- Diseño del experimento:
 Se van a utilizar un número elevado de crisálidas en cada terrario, por ejemplo, diez; es
decir, vamos a utilizar réplicas o repetitividad.
 En cada uno de los terrarios regulamos el sistema de iluminación para ajustarlo a 0 horas en
el primero, 4 horas en el segundo...
 Nos aseguramos de que la temperatura y la humedad ambientales sean constantes para los
siete terrarios. Por supuesto, nos aseguramos también de tener diez crisálidas en cada uno
de los terrarios.
 El final del diseño termina con la comprobación de la duración del estado de crisálida en
cada individuo de cada uno de los terrarios.
CATALUÑA JUN’06
4. En una experiencia se colocan dos macetas de determinadas especies vegetales, a las que llamaremos
A y B, en la misma habitación y que inicialmente tienen la misma altura. Durante siete semanas se riega,
a la misma hora, la planta A con 50 ml de agua y la planta B con 100 ml de agua. Al cabo de las siete
semanas se tienen los siguientes datos:
Semana
(tiempo)
0
1
2
3
4
5
6
7
Altura planta A
(cm)
10
11,
12,5
13
14
15
15,5
16
Altura planta B
(cm)
10
12
13,4
14,2
15,4
16
16,8
17,4
a) ¿Cuáles son la variable dependiente y la
variable independiente del experimento?
La variable dependiente es la altura que
alcanza la planta y la variable independiente
es la cantidad de agua con la que se riega la
planta.
b) ¿Cuáles son las variables controladas?
Las variables controladas son la luz que
reciben, la temperatura y los nutrientes.
c) ¿Qué hipótesis se pretende probar con la experiencia?
La hipótesis sería: “Si aportamos diferentes cantidades de agua a distintas plantas, el
crecimiento de éstas en altura, será diferente”.
d) Representa los datos en una gráfica y elabora las conclusiones.
Tal como muestra la gráfica, la cantidad de agua con la que se riega una planta afecta al
crecimiento de la misma. Podemos observar que partiendo las dos de la misma altura en la
semana 0, la planta A (que se riega con 50 ml) alcanza a lo largo de cada una de las siete
semanas de experimentación, menor altura que la planta B, regada con 100 ml.
e) ¿Qué fórmula matemática relaciona ambas variables?
Debe ser una fórmula que relacione la altura alcanzada por la planta con la cantidad de agua
de riego y el tiempo transcurrido.
f) ¿Qué ley podemos deducir de la experiencia?
La ley podría decir: “La cantidad de agua con la que se riega una planta afecta al crecimiento
en altura de la misma de manera directamente proporcional”.
5. En un trabajo de investigación de bachillerato, un alumno ha pensado que podría determinar si la
cafeína tiene efectos mutágenos sobre la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster).
En concreto quiere estudiar qué dosis de cafeína han de ingerir las moscas para que la descendencia
presente alteraciones en el cuerpo.
Para poder determinar los efectos mutágenos ha preparado un experimento en el que dispone de:
- Una población numerosa de moscas.
- Alimento que contiene cafeína en diferentes dosis (baja, media, alta) y alimento sin cafeína.
- Recipientes de vidrio para contener las moscas y todos los enseres necesarios para favorecer la
reproducción de las moscas.
- Lupa binocular para observar los caracteres del cuerpo de las moscas.
- Bibliografía con imágenes y descripciones de los caracteres corporales de Drosophila
melanogaster.
a) Enuncia en forma de pregunta el problema que se quiere resolver en esta búsqueda.
Se pueden ofrecer varias opciones:
- ¿Influye la cantidad de cafeína presente en el alimento en las alteraciones presentes en el
cuerpo de la descendencia?
- ¿Hay algún tipo de relación entre la cantidad de cafeína ingerida y las mutaciones que se
presentan en el cuerpo de la descendencia?
b) Señala las variables independiente y dependiente de este experimento. Justifica la respuesta.
- Variable independiente: cantidad de cafeína. El científico (o experimentador) modifica
directamente los valores de esta variable.
- Variable dependiente: alteraciones o mutaciones en el cuerpo de la descendencia. Sus
valores experimentan cambios tras modificar los valores de la variable independiente.
c) Diseña un experimento que permita determinar qué dosis de cafeína han de ingerir las moscas
para que la descendencia muestre alteraciones en el cuerpo. Especifica con claridad la idea de
control del experimento.
1. Se hacen varios grupos de moscas (con machos y hembras) criadas con alimento que
contiene diferentes dosis de cafeína (baja, media y alta). De cada grupo hace falta realizar
varias réplicas.
2. Criar igualmente, al menos un grupo, de moscas con alimento sin cafeína.
El control del experimento se centra en el hecho de que se varíe la dosis de cafeína en el
alimento y en la presencia de un grupo sin cafeína.
3. Asegurarse de que el resto de condiciones (o variables) que puedan afectar a la aparición
de mutaciones en la descendencia se mantienen en los mismos valores en todos los grupos
de moscas del experimento.
4. Analizar la descendencia y observar la presencia de alteraciones en el cuerpo. Determinar
en cuáles de los diferentes grupos hay una mayor incidencia de alteraciones en el cuerpo
por tal de cuantificar los resultados y poder relacionarlos con las diferentes dosis de cafeína.
En definitiva, valorar las variaciones de la variable independiente.
CATALUÑA JUN’06
6. En un cultivo de judías se ha realizado un experimento para comprobar que las deficiencias (escasez
en el medio de cultivo) en fósforo y nitrógeno perturban el crecimiento de la planta y causan
alteraciones en las hojas. Se ha vigilado que en todos los grupos de plantas utilizados, las condiciones
fueran las mismas excepto el tipo de sustrato de crecimiento.
Tipo de sustrato de crecimiento
Sustrato con los requerimientos normales de
fósforo y nitrógeno
Sustrato con déficit de fósforo y nitrógeno
Resultados
Crecimiento normal, hojas bien desarrolladas
Menor crecimiento, alteraciones en el color y la
forma de las hojas
Estas son unas de las posibles conclusiones del experimento:
“El fósforo y el nitrógeno son necesarios tanto para el crecimiento normal de la planta como para la
formación de hojas bien desarrolladas”.
a) Se han hecho críticas al diseño del experimento que invalidan las conclusiones. Un compañero ha
argumentado:”Quizás la causa del resultado es exclusivamente la escasez en fósforo”. ¿Crees
que está fundamentada esta crítica? Explícalo.
-
La crítica es correcta si lo que el alumno argumenta es cierto y los resultados son
compatibles con su hipótesis.
La crítica está fundamentada porque el experimento, tal y como se presenta, no permite
conocer cuál sería el resultado del crecimiento en un medio donde faltara exclusivamente
el fósforo.
b) Haz el diseño de un experimento en el que se pueda comprobar la validez de la crítica anterior.
1.
2.
3.
Preparar diferentes grupos de plantas y hacerlas crecer en dos sustratos diferentes:
- Requerimientos normales de nitrógeno y fósforo.
- Requerimientos normales de nitrógeno con déficit de fósforo.
Vigilar que, en todos los grupos de plantas utilizados, el resto de condiciones que puedan
influir en el crecimiento y en la forma y el color de las hojas sean las mismas.
Analizar en los diferentes grupos si el crecimiento de las plantas es normal, así como la
presencia de alteraciones en las hojas y determinar en cuáles de los sustratos hay una
mayor incidencia de alteraciones en el crecimiento y desarrollo de las hojas.
CATALUÑA SEP’05
7. Señala si las siguientes afirmaciones sobre el método científico son verdaderas o falsas:
a) sus leyes son siempre rechazadas si los hechos contradicen lo que afirman. Verdadero
b) Usa las matemáticas como herramienta para ver la relación entre las variables. Verdadero
c) El análisis de los resultados obtenidos en una experimentación conduce a la elaboración de una
hipótesis. Falso, ya que el análisis de los resultados conduce a la extracción de
d)
e)
conclusiones y ello puede ser suficiente para aceptar o rechazar una hipótesis. Para
elaborar una hipótesis, se realiza la recogida de información, la observación y el
planteamiento de preguntas.
El conocimiento científico es siempre revisable. Verdadero
El diseño de experimentos, para que sean fiables, debe asegurar que sus resultados dependan
de una gran número de variables. Falso, ya que el diseño de experimentos debe asegurar
que sus resultados dependan únicamente de una única variable.
f)
Cuando las hipótesis
han sido repetidamente verificadas por la observación y la
experimentación, se procede al enunciado de teorías. Verdadero