MAGNETISMO Y CALOR - Los materiales
MATERIALES: MAGNETISMO Y CALOR
AUTOR: Ezequiel Astesiano
AÑO: 2012
GRADO: 4to. Grado
BLOQUE: Los Materiales
TEMA: Propiedades de los materiales. Magnetismo y calor
Enfoque para la enseñanza
El área de Ciencias Naturales reúne contenidos vinculados con el conocimiento del mundo natural. Propone un avance progresivo hacia la apropiación de algunos de los modelos básicos que utilizan las Ciencias Naturales para interpretar y explicar la naturaleza y, a la vez, una aproximación a algunos de sus modos de conocer.
Se busca una progresiva especialización del conocimiento que se ofrece a los alumnos. Esta progresión se manifiesta en un estudio más sistemático tanto de los fenómenos como de los procedimientos que se utilizan para abordarlos.
Se propone avanzar en la formación de actitudes relacionadas con el estudio de los fenómenos naturales: el respeto por las pruebas, la desconfianza ante las apariencias, la formulación de opiniones fundamentadas y la flexibilidad en las opiniones, la precisión en la formulación de preguntas.
Se propone:
-Incorporar temas de enseñanza que incluyan conceptos y modos de conocer de distintas disciplinas que estudian el mundo natural.
-Ofrecer variadas situaciones en las que los alumnos exploren y sistematicen diversas interacciones que ocurren en el mundo natural mediante análisis de datos, experimentaciones, comparación, generalización, manejo de información, etcétera.
-Proponer a los alumnos actividades experimentales que incluyan la formulación de preguntas, la anticipación de resultados, la discusión de las variables involucradas, la manipulación instrumental, la observación, la utilización de registros y la discusión de resultados.
-Promover instancias de intercambio y discusión de ideas, procedimientos y resultados en todas aquellas situaciones en que sea pertinente.
-Alentar la fundamentación de las opiniones propias (basadas en los resultados obtenidos, en los conocimientos considerados válidos, etc.) y la disposición a confrontarlas con las de sus compañeros, aceptando sus contra-argumentos.
Los materiales
El bloque "Los materiales" incluye contenidos vinculados a materiales particulares y a las interacciones de los materiales entre sí y de éstos con la electricidad, el magnetismo, el calor y el sonido. El abordaje de estos contenidos está centrado en la descripción y la comparación de una amplia variedad de materiales y de sus interacciones.
Los contenidos de este bloque comprenden, además, el diseño y la realización de un gran número de experiencias. De esta manera se favorece el acercamiento a la actividad experimental como un modo particular de conocer en Ciencias Naturales. Asimismo, se propone que los alumnos formulen explicaciones personales sobre distintos fenómenos y las contrasten con las que surgen de la observación y la experimentación. Se espera que tengan oportunidad de explorar en forma sistemática una diversidad de fenómenos que incluyan también aquellos con los cuales interactúan cotidianamente.
Los materiales, la electricidad y el magnetismo
En el caso de la electricidad, para que los alumnos trabajen sobre las diferencias entre materiales conductores y aislantes de la corriente eléctrica, se proponen experiencias con circuitos eléctricos. Este conocimiento sobre las condiciones de funcionamiento de los circuitos permitirá luego utilizarlos como herramienta para el estudio de la conductividad eléctrica en distintos materiales.
En relación con el magnetismo, se sugiere que se incluyan brújulas en las exploraciones, con el fin de acercarlos a la convención en la determinación de los polos magnéticos terrestres
Los materiales y el calor
Al estudiar la conductividad del calor, se pretende ofrecer variedad de oportunidades para que los alumnos no solo diferencien los materiales conductores y aislantes del calor, sino también para que comparen que en general aquellos materiales que son buenos o malos conductores del calor también lo son de la corriente eléctrica. Al abordar estos temas es interesante ofrecer a los alumnos la posibilidad de analizar estos fenómenos en contextos cotidianos, proponiendo la búsqueda de ejemplos en los que se ponga de manifiesto la relación entre la conductividad térmica de los materiales y su empleo en la construcción de objetos de uso cotidiano (los metales en las ollas, las frazadas, el tergopol en los termos).
Materiales particulares: metales
A partir del tratamiento de los metales y el trabajo con sus propiedades particulares, los alumnos pueden elaborar criterios de clasificación, que les permitan distinguir este grupo de otros grupos de materiales y estudiar sus características de un modo sistemático. A través de diseños experimentales, podrán realizar comparaciones entre las propiedades de unos y otros, favoreciendo esta sistematización.
Además, el estudio de los metales brinda una buena oportunidad para que los alumnos logren mayor autonomía en la búsqueda de información en una variedad de textos, videos y revistas sobre algunas transformaciones que las personas realizan para obtenerlos a partir de minerales, y sobre cuáles son algunos de los procesos que permiten obtener metales con características particulares (como las aleaciones), y reciclarlos.
SECUENCIA DIDÁCTICA: LOS MATERIALES
¿QUÉ SABEMOS SOBRE LOS METALES?
Se propone realizar un trabajo dirigido a explorar las propiedades observables de los materiales.
Objetivos de la secuencia:
- Reconocer las características de los metales, como un caso particular dentro de la diversidad de los materiales.
- Diseñar y utilizar registros de datos
Actividad 1: Se propone una aproximación a las propiedades observables de los metales por comparación con otros materiales.
Cada grupo dispondrá de una colección de objetos materiales diversos (cobre, bronce, acero, aluminio, etc.) y de otros materiales como plástico, vidrio, madera, cartón, cerámicos, etc.
Consigna: agrupar los objetos que son de metal y los que no lo son.
Posterior comunicación de las clasificaciones realizadas y explicar las razones que los llevó a incluir a los diferentes objetos en un grupo o en otro.
Actividad 2: Se propone identificación de distintos metales y de sus características. Registro de información.
Se propone analizar con más detalle la colección de metales utilizados. Se formularán las siguientes preguntas:
“¿De qué metales están hechos los objetos que hay en nuestra colección? ¿Cómo los distinguen? ¿Qué otros metales conocen?”
Luego se les propone a los alumnos:
“Consigna: Averigüen (en sus casas, en sus barrios, en los comercios, etc.) de qué metales están hechos los siguientes objetos: las cacerolas, los cubiertos, las manijas de las puertas, los anillos de casamiento, los caños de agua fría y caliente, los techos de “chapa”, el interior de los cables de electricidad, las barras que se usan para soldar.”
Se les pedirá también que organicen la información de manera tal que se pueda distinguir claramente entre objeto y tipo de metal con que está fabricado.
“ Luego los alumnos comunicarán los resultados de sus averiguaciones anteriores que serán registrados en un cuadro por el docente.”
LAS PROPIEDADES DE LOS METALES
Se propone el análisis de las siguientes propiedades de los metales: brillo y deformabilidad (maleabilidad y capacidad de doblarse). Se trata de:
- Estudiar sistemáticamente algunas de las propiedades que los caracterizan.
- Avanzar en el conocimiento de la diversidad entre los metales.
- Realizar y diseñar experiencias adecuadas a la resolución de los problemas planteados.
LOS METALES BRILLAN
Actividad 1: Se propone una tarea de observación. Elaboración de un cuadro de registros de datos.
Se le presenta a cada grupo una colección que contenga diferentes objetos metálicos (plomo, aluminio, cobre, estaño, acero cinc.
“Preguntar: ¿Todos los metales brillan igual?”
Los alumnos compararán los diferentes metales y los agruparán según su brillo. Se registrará en un cuadro con tres columnas (más, menos, pocos brillosos). Se expondrán los cuadros realizados en los grupos.
Actividad 2: Se propone reconocer cambios en el brillo de los metales por lustrado y realizar comparativo de datos observacionales.
Se utilizarán los mismos materiales que en la actividad anterior. Ahora se les propondrá que una parte de cada objeto con una franela. Y deberán responder antes de realizar el lustrado:
“Preguntas: ¿Si lustramos los metales con franela, seguirán brillando igual? ¿Brillarán más, menos o igual?
Los que están en el grupo de los que brillan menos, o de los que brillan poco (en la tabla de la actividad anterior), ¿brillarán tanto como los otros después de lustrarlos?”
Luego de lustrar, se confrontarán los resultados de la experiencia con las respuestas presentadas. Se realizará un cuadro similar al de la actividad uno y después se realizará un análisis comparativo para ver si todos los materiales se seguirán ubicando en la misma columna, o a partir del lustrado, se produjeron cambios en la ubicación.
LOS METALES PUEDEN DEFORMARSE (SE PUEDEN APLASTAR, DOBLAR Y PLEGAR)
Actividad 3: Se propone una actividad exploratoria de aproximación a la idea de que los metales son maleables y plegables.
Se les presentará un caño de plomo, de aluminio, de acerco y un alambre de cobre, de aluminio. Los alumnos intentarán aplastar y doblar objetos metálicos.
“Consigna: martillen y traten de doblar dichos objetos.”
Antes de realizar la experiencia los alumnos deberán responder las preguntas y el docente promoverá el intercambio de opiniones.
“Preguntas: ¿Qué sucederá cuando los doblemos y los martillemos? ¿Se romperán? ¿Se doblarán? ¿Será posible aplastarlos y hacerlos chatos?”
Luego de realizar la experiencia se comentan los resultados obtenidos por grupo. Todavía no se propondrán ningún tipo de control sobre las variables intervinientes.
Actividad 4: Se propone el diseño de una experiencia para determinar si todos los metales son igualmente maleables.
Se propone analizar las posibilidades de achatar distintos metales. Se contará con:
-Caños de plomo, caños de aluminio, caños de cobre, caños de acero,
-alambres de diferente grosor: alambre de aluminio, alambre de cobre, alambre de acero.
Se planteará el siguiente problema:
“¿Cómo harían para saber cuáles de los siguientes metales pueden achatarse más fácilmente: plomo, aluminio, acero, cobre?”
Los alumnos se dividirán en grupo y deberán pensar una experiencia para resolver el problema planteado.
Para dejar en clara la necesidad de en cuenta ciertos recaudos se plantearán preguntas como: ¿cómo sabemos si se acható más por el tipo de material o por la cantidad de golpes?, ¿cómo sabremos si se acható más porque es más fácil de achatar o porque golpeamos más fuerte?, ¿cómo sabremos si quedó más chato o era más chato antes de empezar a golpearlo?
Luego se les preguntará:
¿Todos los metales se doblarán con igual facilidad?
Con diversos objetos metálicos intentarán doblarlos y trataremos de obtener diferentes conclusiones a partir de la experiencia.
Actividad 5: Se propone la comparación entre maleabilidad y capacidad de ser doblados de los metales.
“Pregunta: veamos los cuadros en los que registramos los resultados de las experiencias anteriores. ¿Qué metales resultaron ser más maleables? ¿Qué metales resultaron ser más fácil de doblar? Hagamos una lista para compararlos ¿Qué conclusión podemos sacar? ¿Los metales más maleables son también más fáciles de doblar?”
Con el fin de sistematizar los conocimientos logrados acerca de la deformabilidad de los metales, se propondrá que los alumnos realicen un informe que incluya lo que han aprendido en las actividades experimentales y en el material acercado por el docente.
LOS METALES: INTERACCIONES CON EL CALOR Y CON LA ELECTRICIDAD.
Se propone que los alumnos reconozcan que:
- Los metales son buenos conductores del calor y de la electricidad.
- Los metales son mejores conductores del calor y de la electricidad que otros materiales.
- Distintos metales se diferencian entre sí por su capacidad de conducción del calor y de la electricidad.
- Aquellos metales que son buenos conductores del calor, también lo son de la electricidad.
INTERACCIONES ENTRE LOS METALES Y EL CALOR
Actividad 1: Se propone la realización de una experiencia para explorar la conducción del calor en diferentes materiales.
“Pregunta: ¿Por qué el mango de la pava o las asas de las cacerolas suelen ser de madera o de baquelita y no de metal? ¿Se calientan igual una cuchara de metal y otra de madera, si la dejamos un tiempo dentro de un líquido caliente?”
Una vez discutidas las respuestas proponer una actividad de exploración.
“Actividad: En un recipiente con agua caliente se colocan varillas de diferentes materiales (aluminio, plástico, madera, goma, acero inoxidable, alpaca). Transcurrido un tiempo, se toca cada una de las varillas y se establece cuál está más caliente.”
“Consigna: Vamos averiguar si todos estos materiales se calientan en la misma medida cuando los ponemos en agua caliente. ¿Se calentarán todos igual? ¿Alguno se calentará más que otro? Cada grupo hará un listado con los materiales desde los que piensan que se calentarán más hasta los que se calentarán menos.”
Luego de realizar la experiencia, cada grupo leerá su listado se compararán los elaborados por los grupos y se tratará de sistematizar los resultados obtenidos y confrontarlos con las anticipaciones iniciales.
Preguntas que ayuden a la sistematización: ¿Cuáles fueron los materiales que más se calentaron? ¿Cuáles son los que menos? ¿Coinciden con los que anotaron en la lista inicial? Las varillas de alpaca (o de aluminio o de acero inoxidable) ¿Se calentaron más porque son de alpaca o porque son de metal?
Actividad 2: Se propone que conozcan un dispositivo para determinar la conducción del calor.
Se deberá contar con una varilla de metal con parafina en un extremo y sobre ella una chinche. Se posará sobre un ladrillo ubicado en el medio de la varilla y en el otro extremo, se pondrá una vela. Luego se enciende la vela, calentando la varilla, hasta que caiga la chinche.
Luego se les propondrá a la clase que expliquen el fenómeno observado. ¿Por qué se cayó la parafina?¿El calor de la vela tendrá alguna relación con la caída de la chinche? ¿Cómo llegó el calor de la vela hasta donde estaba la chinche con la parafina?
Actividad 3: Se propone el diseño y la realización de una experiencia para comparar el calor entre diferentes metales y reconocer que no todos los metales conducen el calor en igual medida.
Cada grupo deberá pensar en elaborar una experiencia de laboratorio para explorar acerca de la capacidad de la conducción de calor de los diferentes metales. Luego se pondrán en común lo elaborado y luego se realizarán.
Actividad 4: Se propone el armado de pequeños circuitos eléctricos simples y la exploración de su funcionamiento.
Se armará un circuito con una lamparita de linterna y el portalámpara adecuado, una portapila mediana y una pila correspondiente, cable de ½ y una base de madera o cartón.
Consigna: cada grupo deberá armar un circuito con esos materiales de acuerdo con el diagrama presentado.
Para la exploración se propondrá: Para conectar los cables fue necesarios pelarlos, ¿se prenderá la lamparita si se unen los cables al portalámparas sin pelarlos? ¿Por qué? Si conecto una punta de un cable pelado y otra sin pelar, ¿se encenderá la lamparita o no? ¿Por qué?
Actividad 5: Se propone la realización de una experiencia que les permita reconocer que los metales son mejores conductores de la electricidad que otros materiales.
La experiencia consiste en cortar el cable en algún del circuito, pelar los extremos de los cables que quedaron libres, luego del corte, e intercalar el material de prueba. (Materiales: lana, piolín, hilos de diferentes metales, cuerdas de plástico)
“Vamos a comparar diferentes materiales para saber cuáles son buenos conductores de electricidad.”
Actividad 6 Se propone comparar los datos informativos que permitan conocer que los metales que conducen mejor el calor son también los que mejor conducen la electricidad.
“Hemos visto que los metales son buenos conductores de calor y de electricidad. También sabemos que hay mejores conductores que otros en ambos casos. Los que conducen mejore el calor, ¿serán los mismos que los que conducen mejor la electricidad?”
Se les pedirá que comparen la información recolectada en los trabajos hasta ahora realizados. Luego se podrá realizar un cuadro que organice mejor los resultados.
“Cuadro de organización de los metales en orden, según su capacidad de conducción del calor y de la electricidad”.
ORDEN EN LA CONDUCCIÓN
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CONDUCE CALOR
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CONDUCE ELECTRICIDAD
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1º
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2º
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3º
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4º
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SECUENCIA DIDÁCTICA: MAGNETISMO
Objetivos
- Gusto por conocer, curiosidad frente a los hechos.
- Reconocer las propiedades del magnetismo.
- Reconocer la diversidad de tipos de materiales e identificar las propiedades que tienen en común.
- Valorar la investigación científica.
- Respetar la experimentación.
- Interpretar la metodología científica como forma de aprendizaje.
Contenidos
- Exploración de imanes y de sus efectos sobre distintos materiales.
- Identificación de los polos del imán. Atracción y repulsión entre los polos de los imanes.
- Establecimiento de semejanzas y diferencias entre los efectos de la electrización y los de la imantación.
- Búsqueda de información sobre el funcionamiento y la utilidad de la brújula.
Actividades
SITUACIÓN DE DESAFÍO
Primera actividad
Para comenzar la secuencia se interrogará a los alumnos acerca de diferentes aspectos sobre los imanes.
¿Alguna vez jugaron con imanes? ¿Cómo eran? ¿Alguien tiene algo para contar acerca de sus juegos o experiencias?
Luego se les presentarán una serie de imanes de diferente forma y tamaño. Ellos podrán explorarlos y “jugarán” con ellos hasta poder así arribar a algunas conclusiones sobre los imanes, que irán anotando en sus carpetas.
Vean estos imanes: ¿Conocen algún otro tipo? ¿Hay imanes de otra forma? ¿Tienen imanes en casa? ¿Cómo son? ¿Para qué se usan? ¿Qué se puede hacer con un imán? ¿Qué les gustaría hacer con ellos? ¿Qué saben sobre los imanes? ¿Qué les gustaría saber?
Estas últimas dos preguntas deberán ser retomadas más tarde, y así constatar las respuesta con las sistematizaciones finales
Segunda actividad
“La rampa mágica”
La experiencia consiste en ele armado de una rampa de cartón. Sobre ella se pegarán imanes circulares, que a su vez deberán cubrirse, de modo que no puedan verse a simple vista. Una vez construida la rampa, sobre se arrojará una pelotita de plástico, una de vidrio y una de metal (debe contener hierro). Se dejará que los chicos jueguen un rato con ella y la exploren. Se les pedirá que puedan establecer una posible respuesta al interrogante de ver que las pelotitas de plástico y vidrio se deslizan libremente por la rampa, mientras que la de metal no.
Una vez resuelto el interrogante, realizarán una sistematización de la actividad en sus carpetas anotando las conclusiones a las que se llegó.
Finalmente se plantearán los siguientes interrogantes: ¿Qué descubriste? ¿Qué más podés decir sobre los imanes? ¿Qué te gustaría investigar? ¿Cómo podríamos hacerlo?
¿QUÉ ATRAE A UN IMÁN?
- Exploración de imanes y materiales.
- Observaciones magnéticas
Tercera actividad
“La caja imantada”
El docente les presentará a los chicos una caja con una serie de elementos dentro de ella. A modo de competencia, por grupos deberán realizar una lista con los materiales, y deberán anticiparse para determinar cuáles serán atraídos por el imán y cuáles no. Luego deberán enunciar una regla que justifique los criterios utilizados para la selección.
¿Qué criterios utilizaron para clasificar los objetos? ¿Pueden enunciar una regla acerca de qué será atraído por el imán?
Posible conclusión: Las cosas tienen que ser de metal para ser atraídas.
Luego, se hará la prueba con cada uno de los elementos y entre todos iremos completando un cuadro que indique qué elementos fueron atraídos por el imán y cuáles no. Se analizarán las anticipaciones realizadas por los chicos tratando de justificar entre todos el por qué de la atracción de unos elementos y no de otros.
Volverán sobre la regla elaborada para reformularla con los aportes realizados posteriores a la experiencia.
¿Qué comprobaron? ¿Qué diferencias encontraron con lo que esperaban? ¿Se sorprendieron con algunos objetos? ¿Encontraron algún objeto no metálico que haya sido atraído por el imán? ¿Todos los metales fueron atraídos? ¿Cuáles no? ¿Cuáles si?
Comparación entre resultados y predicciones: Las cosas tienen que ser de hierro, tener hierro o ser un imán.
Afianzaremos algunas ideas básicas al finalizar la actividad:
Los imanes atraen los objetos que tienen hierro o aleaciones que tienen hierro como el acero. Si un objeto es atraído, entonces contiene hierro. Otros metales, como el cobre, el bronce, el oro o la plata, no son atraídos. Los objetos no metálicos no son atraídos.
Se puede comentar que existen otros metales como el níquel o el cobalto, que tienen un comportamiento magnético similar al del hierro.
Se mandará a los chicos a que investiguen acerca de los diferentes usos que suelen darse a los imanes.
SITUACIÓN DE DESAFÍO
- Reconocimiento del poder de un imán y de las barreras magnéticas.
- Comparación de la fuerza de diferentes imanes.
Cuarta actividad
Se les presentarán a los chicos una serie de imanes y se les preguntará cerca de cuál creen atraiga a los cuerpos con mayor fuerza
¿Cómo pueden verificar y medir cuál de los imanes es más fuerte?
Se buscará que los chicos piensen diferentes situaciones experimentales que permitan llevarlas a cabo y luego las registren en grupo en sus carpetas.
Luego se dividirán en grupos y a cada uno de ellos se le presentará un experimento diferente para que lleven a cabo.
De esta forma se les presenta a los chicos diferentes actividades que permiten comparar la fuerza de los imanes.
Quinta actividad
Se les preguntará a los chicos ¿Qué detiene la fuerza de un imán?
Se propone colocar una barrera o un obstáculo entre el objeto y el imán. Frente a diferentes elementos podemos concluir que el efecto es muy sensible al espesor de la capa de material que intercalamos. Eso no se debe al material sino a la distancia entre el objeto y el imán, que aumenta de la barrera es de mayor “espesor”.
Actividad para la identificación de una barrera magnética:
Materiales: un clip, un vaso de plástico y un imán. Colocar el clip dentro del vaso. Verificar que puede moverse, desde afuera, moviendo el imán. Llenar el vaso con agua, dejando el clip adentro. Verificar si el imán continúa moviendo el clip sumergido.
¿PUEDE FABRICARSE UN IMÁN?
- Imantación a través de la fabricación de imanes.
Sexta actividad
Construcción de un imán.
Materiales: un imán, un trozo de hierro (clavo o aguja) y un clip. Tocar el clip con el trozo de hierro, ¿qué ocurre? Tomar ahora el trozo de hierro con una mano y con la otra, frotar el imán sobre el trozo de hierro. Repetir el segundo paso al menos veinte veces, frotando siempre en el mismo sentido y en toda la longitud del trozo de hierro. Tocar otra vez el clip con el trozo de hierro, ¿qué sucede?
¿DÓNDE ES MÁS FUERTE EL IMÁN?
- Reconocimiento de actividades atractivas y repulsivas.
- Nominación de los polos de un imán.
Séptima actividad
Se explorará con un clip recorriendo la superficie de un imán y sintiendo en dónde ejerce mayor fuerza. Se sistematizará dicha experiencia a través de una esquematización. Trabajaremos entonces con la noción de POLOS.
Luego, continuando con la actividad, se realizará una situación experimental en la que el trabajo estará orientado en la construcción de una brújula que permita que reconocer el magnetismo terrestre.
Materiales: una aguja, un objeto pequeño y plano, que flote en el agua (corcho, telgopor, etc.), un recipiente de 20 a 30 cm de ancho, con 2 o 3 cm de agua. Transformar la aguja en un imán. Fijar la aguja al telgopor o el corcho y colocarlos en el agua de modo que floten. Esperar un momento y observar qué sucede con la aguja. Moverse con el recipiente en distintas direcciones. Acercar un imán a la aguja y ver qué sucede.
Luego deberán nombrar los polos de una figura.
¿QUÉ ES UN CAMPO MAGNÉTICO?
- Introducción a la noción de campo magnético.
- Visualización de las líneas de las fuerzas magnéticas.
Octava actividad
Se aproximará un imán a una brújula y verán cómo la brújula se orienta de diferente manera.
¿Qué pasa cuando se aproxima a los polos? ¿Qué sucede en la zona central? ¿Cómo se orienta la brújula?
Con limaduras de hierro, jugaremos a confeccionar figuras utilizando imanes. Concluiremos que cuando se habla de campo magnético se refiere a la influencia que el imán ejerce en sus alrededores.
SISTEMATIZANDO ANDO…
A modo de cierre en un trabajo integrado con lo ya trabajado acerca de las propiedades de los materiales, se realizara una FERIA DE CIENCIAS ESCOLAR en la que los chicos expondrán todo lo trabajado a la escuela y a las familias.
Encuesta de Valorción de Propuestas de Secuencias Didácticas
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