Unidad B.7: Estructura y función de los ecosistemas

Biología

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ETAPA 1 – (Resultados esperados)

Resumen de la Unidad: En esta unidad, el estudiante investiga las relaciones ambientales entre y dentro de los ecosistemas, que incluye la importancia de la biodiversidad y los ciclos de los nutrientes para el funcionamiento del ecosistema. También, establece la relación entre el ciclo de carbono y su función en los ecosistemas, e investiga el impacto humano sobre los ecosistemas y su biodiversidad para proponer soluciones que ayuden a mantener su integridad.

Conceptos transversales e ideas fundamentales:

Patrones

Causa y efecto

Sistemas y modelos de sistemas

Energía y materia

Estructura y función

Estabilidad y cambio

Ética y valores en las ciencias

Integración de las ciencias, la ingeniería, la tecnología y la sociedad con la naturaleza:

El conocimiento científico se basa en evidencia empírica. Las ciencias responden a preguntas sobre el mundo que nos rodea. El conocimiento científico sigue un orden natural y consistente. Los modelos, leyes, mecanismos y teorías científicas explican fenómenos naturales. La Ciencia es una actividad intrínseca del ser humano. La Ciencia, la ingeniería y la tecnología influyen en el ser humano, la sociedad y en el mundo natural. Las investigaciones científicas usan métodos variados.

Preguntas Esenciales (PE) y Comprensión Duradera (CD)

PE1. ¿Por qué son importantes los ciclos biogeoquímicos para el ecosistema?

CD1. Los ciclos de la materia y la energía en los ecosistemas proporcionan los materiales necesarios en los procesos de fotosíntesis y respiración celular.

PE2. ¿Qué factores limitan la abundancia de las especies?

CD2. Cada especie se ve limitada por la capacidad de carga del ecosistema, y está determinada por la disponibilidad de los recursos vivos y no vivos.

PE3. ¿Los ecosistemas pueden cambiar?

CD3. Una red compleja de interacciones dentro de un ecosistema puede ayudar a mantener la consistencia en el número y el tipo de organismos durante largo tiempo, dependiendo de los recursos disponibles.

PE4. ¿Cómo los humanos impactan a los ecosistemas y a la biodiversidad?

CD4. Las actividades humanas suelen tener impactos adversos sobre los ecosistemas y la biodiversidad como resultado de la sobrepoblación, sobrexplotación de recursos, destrucción de hábitats y contaminación.

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Objetivos de Transferencia (T) y Adquisición (A)

T1. Al terminar esta unidad, el estudiante utiliza sus conocimientos sobre las relaciones ambientales entre y dentro de los ecosistemas, investiga el impacto humano sobre los mismos, y analiza el uso inteligente de los recursos.

El estudiante adquiere destrezas para...

A1. Construir y revisar una explicación sobre cómo los átomos y las moléculas (carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) se conservan cuando pasan a través de un ecosistema.

A2. Evaluar los factores que afectan la capacidad de carga de los ecosistemas a distintas escalas.

A3. Comparar las relaciones entre los factores interdependientes, incluyendo límites, recursos y clima.

A4. Utilizar representaciones matemáticas para apoyar y revisar las explicaciones a partir de evidencia, acerca de los factores que afectan la biodiversidad y las poblaciones en los ecosistemas a distintas escalas.

A5. Ofrecer ejemplos de cambios en un ecosistema que impactan el ambiente y la biodiversidad, que incluya los pequeños cambios físicos o biológicos, como la intervención humana, la cacería y las inundaciones de temporada; o los cambios extremos como las erupciones volcánicas y el aumento en el nivel del mar.

A6. Explicar la relación entre población, comunidades y ecosistemas en una biosfera.

A7. Determinar relaciones de causa y efecto respecto a cómo los cambios en el ambiente, como la deforestación, la pesca, el uso de fertilizantes, la sequía, las inundaciones y la tasa de cambio en el ambiente afectan la distribución o desaparición de ciertas características en las especies.

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Los Estándares de Puerto Rico (PRCS)

Estándar(es):

Interacciones y energía

Área de Dominio:

De moléculas a organismos: estructuras y procesos

Expectativa:

B.CB1: De moléculas a organismos: estructuras y procesos

Estructura y función: Los sistemas de las células especializadas dentro de los organismos ayudan a desempeñar funciones esenciales para la vida. Toda célula contiene información genética en la molécula de ADN. Los genes son segmentos del ADN que contienen instrucciones que se codifican para la elaboración de proteínas, las cuales desempeñan la mayor parte del trabajo de las células. Los organismos multicelulares tienen una organización estructural de jerarquía en donde cada sistema está formado de numerosas partes y es en sí un componente del próximo nivel. Organización del flujo de la materia y energía en organismos: El proceso de fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química almacenada al convertir dióxido de carbono y agua en azúcares y liberar oxígeno. Las moléculas de azúcar contienen carbono, hidrogeno y oxígeno: sus estructuras de hidratos de carbono se utilizan para hacer aminoácidos y otras moléculas de carbono que pueden unirse para formar moléculas más complejas (como proteínas o ADN) que se utilizan, por ejemplo, para formar nuevas células. Mientras la materia y la energía fluyen por diferentes niveles de organización en los sistemas vivientes, los elementos químicos se recombinan de diferentes maneras para formar diferentes productos. Como resultado de estas reacciones químicas, la energía se transfiere de un sistema de moléculas a otro. La respiración celular es un proceso químico en el cual el enlace de las moléculas de alimento y las moléculas de oxígeno se rompen y se forman nuevos compuestos que transportan energía a los músculos. La respiración celular también libera energía que es necesaria para mantener la temperatura corporal a pesar de la transferencia de energía al ambiente que esté en su entorno. Ciclos de materia y transferencia de energía en ecosistemas: Los procesos de fotosíntesis y la respiración celular (incluyendo los procesos anaeróbicos) proveen la mayoría de la energía para la vida. Las plantas y las algas conforman el nivel más bajo de la cadena alimentaria. En cada nivel de ascenso en la cadena alimentaria, solamente una pequeña fracción de la materia consumida en el nivel anterior es transferida a la siguiente para producir el crecimiento y liberar energía a niveles más altos de respiración celular. Dada esta ineficiencia, hay muy pocos organismos en niveles más altos de la cadena alimentaria. En cada cadena de un ecosistema, la materia y la energía se conservan. La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo de carbono, en donde el carbono, se intercambia en la biosfera, la atmósfera, los océanos y la geosfera mediante procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Desarrollo y crecimiento de organismos: En los organismos multicelulares, las células individuales crecen y se dividen por medio de la mitosis, lo que conlleva que el organismo crezca. Los organismos comienzan como una sola célula (un huevo fertilizado) que se divide sucesivamente para producir muchas células; cada célula madre pasa material genético idéntico (dos variantes de un par de cromosomas) a ambas células hijas. La división celular y la diferenciación producen y mantienen un organismo complejo, compuesto de sistemas de tejidos y órganos que trabajan en conjunto para satisfacer las necesidades de todo el organismo.

Estándar(es):

Conservación y cambio, Estructura y niveles de organización de la materia, Interacciones y energía

Área de Dominio:

Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámicas

Expectativa:

B.CB2: Ecosistemas: Interacciones, energía y dinámicas

Las relaciones interdependientes en los ecosistemas: Los ecosistemas tienen la capacidad de carga, los cuales están limitados por un número de organismos y poblaciones que ellos pueden mantener. Estos límites son el resultado de factores tales como la disponibilidad de recursos vivientes y no vivientes; y de los retos tales como depredación, competencia y enfermedades. Los organismos tienen la capacidad de producir poblaciones de gran tamaño si no fuera por los factores del ambiente y porque los recursos son limitados. Ambos factores afectan la abundancia (número de individuos) en una especie dentro de un ecosistema. Dinámicas, funcionamiento y resistencia de los ecosistemas: Un conjunto complejo de interacciones dentro de un ecosistema puede mantener el número y los tipos de organismos de una forma

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relativamente constante por un largo periodo de tiempo, bajo condiciones estables. Si ocurre un pequeño disturbio físico o biológico dentro de un ecosistema, esta puede volver a su estado original. No obstante, fluctuaciones extremas en las condiciones o en el tamaño de la población pueden ser un reto para el funcionamiento de los ecosistemas en términos de recursos y disponibilidad de hábitat. Más aun, los cambios antropogénicos (fomentados por la actividad humana) en el ambiente. Incluye la destrucción de hábitats, contaminación, introducción de especies invasoras, sobreexplotación y cambios climáticos que pueden perturbar un ecosistema y amenazar la supervivencia de algunas especies. Movimiento cíclico de la materia y transferencia de energía en ecosistemas: La fotosíntesis y la respiración celular (incluyendo los procesos anaeróbicos) proveen la mayoría de la energía para los procesos de la vida. Las plantas y las algas conforman el nivel más bajo de la cadena alimentaria. En cada nivel de ascenso en la cadena alimentaria, solamente una pequeña fracción de la materia consumida en la cadena anterior es transferida a la siguiente para producir el crecimiento y liberar energía a niveles más altos de la respiración celular. Dada esta ineficiencia, hay muy pocos organismos en niveles más altos de la cadena alimentaria. Alguna materia reacciona para liberar la energía necesaria para funciones vitales, así mismo algunas materias son almacenadas en nuevas estructuras y mucha se libera. Los elementos químicos que conforman los organismos moleculares pasan por las cadenas alimentarias, y dentro y fuera de la atmosfera y los suelos. Estos elementos se combinan y recombinan de diferentes maneras. En cada cadena de un ecosistema, la materia y la energía se conservan. La fotosíntesis y la respiración celular son componentes importantes del ciclo de carbono en donde el carbono se intercambia en la biosfera, atmosfera, océanos y la geosfera mediante procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Interacciones sociales y comportamiento grupal: El comportamiento grupal ha evolucionado porque la pertenencia puede incrementar las oportunidades de supervivencia para individuos y sus parientes genéticos. Los seres humanos y la biodiversidad: La biodiversidad ha aumentado por la formación de nuevas especies (especiación) y la disminución por la pérdida de especies (extinción). Los humanos dependen del mundo viviente por los recursos y otros beneficios que provee la biodiversidad. Pero las actividades humanas también tienen un impacto adverso en la biodiversidad por medio de la sobrepoblación, sobreexplotación, la destrucción de hábitats, contaminación, introducción de especies invasoras y cambios climáticos. El sustento de la biodiversidad para que el funcionamiento y la productividad de un ecosistema se mantengan es esencial para el mantenimiento y el mejoramiento de la vida en la Tierra. El sustentar la biodiversidad también ayuda a la humanidad a preservar la naturaleza o valores de inspiración. Desarrollo de una posible solución: Cuando se evalúan soluciones es importante tener en cuenta un número de limitaciones, incluyendo costo, seguridad, veracidad, y estética. También hay que considerar los impactos sociales, culturales y ambientales.

Estándar(es):

Conservación y cambio

Área de Dominio:

Selección natural y evolución

Expectativa:

B.CB4: Evolución biológica: Unidad y diversidad

Evidencia de ancestros comunes y diversidad: La información genética provee evidencia de evolución. Las secuencias de ADN varían de acuerdo a las especies pero hay muchas superposiciones. Es decir, la ramificación constante que produce múltiples líneas de descendientes se puede inferir al comparar las secuencias de ADN de diferentes organismos. Esa información puede derivarse también de las diferencias y similitudes de secuencias de aminoácidos, y por evidencia anatómica y embrionaria. Adaptación: La evolución es la consecuencia de la interacción entre cuatro factores: (1) el potencial de una especie para aumentar en número, (2) la variación genética de individuos en una especie por mutación o reproducción sexual, (3) competencia por los suministros limitados de los recursos que necesita cada individuo para sobrevivir y reproducirse en el ambiente y, (4) asegurar la proliferación de esos organismos que están más capacitados para sobrevivir y reproducirse en el ambiente. La selección natural conlleva a la adaptación; es decir, en una población dominada por organismos que están equipados para sobrevivir de manera anatómica, por comportamiento y fisiológicamente, en determinados ambientes. O sea, la diferenciación en supervivencia y reproducción de los organismos en una población que tienen características hereditarias ventajosas, conlleva al aumento en la proporción de individuos en futuras generaciones que tengan tales características, y la disminución de la proporción de individuos que no tengan las características. Adaptación también significa que la distribución de las características en una población puede cambiar cuando las condiciones cambien.

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Los cambios físicos en el ambiente, ya sean por causas naturales o fomentadas por el ser humano, han contribuido a la expansión de algunas especies, el surgimiento de nuevas especies y a veces a la extinción de otras. Las especies se extinguen debido a que no pueden sobrevivir y reproducirse en sus ambientes alterados. Si los miembros no se pueden ajustar a los cambios muy rápidos o muy drásticos, entonces se pierde la oportunidad para que esa especie pueda evolucionar. Selección natural: La selección natural ocurre solo si hay ambas características: (1) variación en la información genética entre los organismos en una población y (2) variación en la expresión de información genética – es decir, variación de características – que conllevan a las diferencias en rendimiento entre los individuos. Las características que influyen positivamente la supervivencia estarán más inclinadas a prevalecer y por ende a ser más comunes en la población. La biodiversidad y los seres humanos: Los seres humanos dependen del mundo viviente por sus recursos y otros beneficios que provee la biodiversidad. Pero las actividades humanas también tienen un impacto adverso en la biodiversidad por medio de la sobrepoblación, la sobreexplotación, la destrucción de hábitats, contaminación, la introducción de especies invasoras y los cambios climáticos. El sustento de la biodiversidad, para que el funcionamiento y la productividad de un ecosistema se mantengan, es esencial para el mantenimiento y el mejoramiento de la vida en la Tierra. Sustentar la biodiversidad también ayuda a la humanidad a preservar la naturaleza y los paisajes de valor recreacional o y que sirven de inspiración al ser humano. Desarrollo de una posible solución: Cuando se evalúan soluciones es importante tener en cuenta un número de limitaciones incluyendo costo, seguridad, veracidad, y estética. También hay que considerar los impactos sociales, culturales y ambientales. Tanto los modelos físicos como los computarizados pueden ser utilizados de varias maneras para ayudar en el proceso de diseño de ingeniería. Las computadoras son útiles para una variedad de propósitos tales como hacer simulaciones para probar diferentes maneras de resolver un problema o para ver cuál es más eficiente y económica. Además, son útiles al hacer una presentación persuasiva para un cliente, sobre si un diseño puede satisfacer sus necesidades.

Estándar(es):

Diseño para ingeniería

Área de Dominio:

Diseño para ingeniería

Expectativa:

B.IT1: Diseño para ingeniería

Definir y delimitar problemas de ingeniería: Las especificaciones y limitaciones también incluyen el satisfacer los requerimientos establecidos por la sociedad, como tomar en cuenta la reducción de riesgos, así como se deben cuantificar en la medida en que sea posible y planteados de manera que se pueda determinar si un diseño cumple con ellos. La humanidad se enfrenta a grandes retos globales en la actualidad, como la necesidad de reservas de agua limpia y alimento, o de fuentes de energía que minimicen la contaminación; retos que pueden atenderse a través de la ingeniería. Estos retos globales también se pueden manifestar en comunidades locales. Desarrollar posibles soluciones: Cuando se evalúan soluciones, es importante considerar un conjunto de aspectos, como la seguridad, confiabilidad y estética, y también los impactos sociales, culturales, y ambientales. Tanto los modelos físicos como las computadoras se pueden usar de varias maneras para ayudar en el proceso de diseño para la ingeniería. Las computadoras resultan útiles para muchos propósitos, como hacer simulaciones para probar distintas soluciones posibles a un problema, para determinar cuál de estas es más eficiente o económica, o para hacer una presentación persuasiva a un cliente acerca de cómo un diseño puede satisfacer sus necesidades. Optimizar la solución de diseño: Puede que los criterios requieran ser simplificados para un acercamiento sistemático y que se necesite tomar decisiones acerca de la prioridad de algunos criterios sobre otros (intercambios).

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Indicadores:

Conservación y cambio

ES.B.CB2.CC.1 Identifica factores ambientales para argumentar sobre sus efectos negativos y positivos en el crecimiento poblacional.

ES.B.CB2.CC.2 Construye un modelo que represente y explique la secuencia en los pasos que comprenden los estados de sucesión ecológica en un ecosistema.

ES.B.CB2.CC.3 Explica la relación entre las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas de la biosfera.

ES.B.CB2.CC.4 Diseña, evalúa y refina una solución para reducir los impactos de las actividades humanas en el ambiente y en la biodiversidad. Ejemplos de las actividades pueden incluir la urbanización, la construcción de represas y la diseminación de especies invasoras.

ES.B.CB2.CC.5 Evalúa evidencia científica del comportamiento grupal de los individuos y la oportunidad que tienen para sobrevivir y reproducirse. El énfasis está en: (1) distinguir entre comportamiento grupal e individual, (2) identificar evidencia que apoye los resultados del comportamiento grupal y (3) desarrollar argumentos lógicos y razonables a base de evidencia. Ejemplos de comportamiento grupal podría incluir rebaños, manadas y comportamientos en cooperativa como la cacería, migraciones y enjambres.

ES.B.CB4.CC.1 Evalúa la evidencia que apoya las afirmaciones de que los cambios en las condiciones ambientales pueden resultar en: (1) aumento en el número de individuos de una especie, (2) el surgimiento de nuevas especies y (3) la extinción de otras especies. El énfasis está en determinar las relaciones de causa y efecto respecto a cómo los cambios en el ambiente, tales como la deforestación, la pesca, el uso de fertilizantes, las sequías, las inundaciones y el índice de cambios en el ambiente, afectan la distribución o desaparición de las características en las especies.

ES.B.CB4.CC.2 Revisa y evalúa una simulación para probar una solución que aminore los impactos adversos de las actividades humanas en la biodiversidad. El énfasis está en el diseño de soluciones para un problema propuesto que esté relacionado con una especie amenazada o en vía de extinción; o con la variación genética de organismos de múltiples especies.

ES.B.CB4.CC.3 Analiza cómo el ser humano tiene la responsabilidad de mantener el ambiente en buen estado para la supervivencia de las especies.

Estructura y niveles de organización de la materia

ES.B.CB2.EM.1 Usa representaciones matemáticas o tecnológicas para apoyar las explicaciones sobre los factores que afectan la capacidad de carga de los ecosistemas a diferentes escalas. El énfasis está en el análisis cuantitativo y la comparación de las relaciones entre los factores interdependientes, incluyendo los límites, recursos, clima y competencia. Ejemplos de comparaciones matemáticas podrían incluir gráficos, tablas, histograma, y cambios en la población recopilados de simulaciones y datos históricos.

ES.B.CB2.EM.2 Usa representaciones matemáticas para apoyar y revisar las explicaciones basadas en evidencia sobre los factores que afectan la biodiversidad y las poblaciones en los ecosistemas a diferentes escalas. Ejemplos de representaciones matemáticas incluyen encontrar un promedio, determinar tendencias o patrones, y usar gráficos comparativos de una diversidad de datos.

Interacciones y energía

ES.B.CB1.IE.1 Desarrolla un modelo cuantitativo para describir el ciclo del carbono en la hidrosfera, atmósfera, la geosfera y la biosfera. El énfasis está en hacer modelos de los ciclos biogeoquímicos que incluyan el ciclo del carbono por los océanos, la atmosfera, los suelos y la biosfera (incluyendo los seres humanos) proveyendo la base para los organismos vivientes.

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ES.B.CB2.IE.1 Construye y revisa una explicación, a base de evidencia, sobre los ciclos de la materia y el flujo de la energía en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. El énfasis está en la comprensión conceptual de los papeles de la respiración aeróbica y anaeróbica en diferentes ambientes.

ES.B.CB2.IE.2 Usa representaciones matemáticas para apoyar afirmaciones sobre el ciclo de la materia y el flujo de energía entre los organismos de un ecosistema. El énfasis está en el uso de los modelos matemáticos de almacenamiento de energía en la biomasa, para describir la transferencia del fluir de energía por los ecosistemas. El énfasis está en los átomos y las moléculas (como el carbono, el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno) que se conservan a medida que pasan por un ecosistema.

ES.B.CB2.IE.4 Evalúa las afirmaciones, evidencias y razonamiento de que las interacciones complejas de los ecosistemas mantienen el número y los tipos de organismos de manera relativamente consistente en condiciones estables. Pero cambios en las condiciones pueden resultar en un nuevo ecosistema. Ejemplos de cambios en las condiciones de un ecosistema podrían incluir cambios pequeños, ya sean físicos o biológicos tales como la cacería o inundaciones temporales; o cambios extremos como erupciones volcánicas y el aumento del nivel del mar.

Diseño para ingeniería

ES.B.IT1.IT.1 Analiza un reto global de mayor impacto para especificar las limitaciones y criterios cuantitativos de las soluciones que toman en cuenta los deseos y necesidades de la sociedad.

ES.B.IT1.IT.3 Evalúa una solución a un problema real y complejo a base de criterios como costo, beneficio, seguridad, confiabilidad y consideraciones estéticas, así como posibles impactos sociales, culturales y ambientales.

Procesos y destrezas (PD):

PD1 Formula preguntas y define problemas: El estudiante formula, refina y evalúa preguntas que pueden probarse empíricamente y diseña problemas usando modelos y simulaciones. Analiza problemas complejos de la vida real especificando las limitaciones y criterios para soluciones exitosas.

PD2 Desarrolla y usa modelos: El estudiante utiliza, sintetiza y desarrolla modelos para predecir y demostrar las relaciones entre los sistemas y sus componentes. Desarrolla un modelo a base de evidencias para ilustrar estas relaciones.

PD4 Analiza e interpreta datos: El estudiante integra un análisis estadístico más detallado para la coherencia en el análisis e interpretación de datos, y utiliza modelos para generar y analizar datos. El estudiante aplica los conceptos de estadística y probabilidad a las preguntas y los problemas científicos y de ingeniería, utilizando herramientas digitales, cuando sea posible.

PD5 Usa pensamiento matemático y computacional: El estudiante utiliza el pensamiento matemático y herramientas de computación para el análisis estadístico y para representar y hacer modelos de los datos. Realiza y usa simulaciones computacionales simples a partir de modelos matemáticos para representar un fenómeno, aparato diseñado, proceso o sistema; predecir los efectos de una solución de diseño sobre un sistema o las interacciones entre sistemas; o para crear una simulación o modelo computacional para representar un fenómeno.

PD8 Obtiene, evalúa y comunica información: El estudiante evalúa la validez y confiabilidad de las suposiciones, métodos y diseños. Comunica información técnica y científica en múltiples formatos (incluyendo formatos verbales, gráficos, textuales y matemáticos).

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB1.IE.1 ES.B.CB2.IE.1 ES.B.CB2.IE.2 PD: PD2 PD8 PE/CD: PE1/CD1 T/A: A1

Comprende el rol de la respiración aeróbica y anaeróbica en distintos ambientes.

Describe que los átomos y las moléculas (como carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) se conservan cuando pasan a través de un ecosistema.

Biomasa Ciclo del agua

Ciclo del carbono Ciclo del nitrógeno

Ciclo del fósforo

Ciclos de la materia

Desnitrification

Respiración aeróbica

Respiración anaeróbica

Assessment Integrado B.4 Antes de terminar esta unidad,

usted debe administrar el cuarto assessment integrado a los estudiantes (ver anejo “Assessment Integrado B.4”).

Uso de la biomasa

En esta tarea de desempeño los estudiantes trabajan en grupo y recopilan datos acerca del almacenamiento y producción de biomasa en la Tierra y cuantifican la cantidad de carbono orgánico almacenado en los sistemas vivos, en comparación con los sistemas no-vivos. Los estudiantes comparan la cantidad de energía presente en una muestra determinada de biomasa (como viruta) con la energía presente en los combustibles fósiles. Diseñan y construyen un pequeño biodigestor con material reciclable o reusable y determinan la cantidad de gas producido a partir de la cantidad de biomasa utilizada. Prepararán

Flujograma

El estudiante crea un flujograma para enfatizar el rol de la desnitrificación en el ciclo de nitrógeno y la importancia de las condiciones aeróbicas versus anaeróbicas (ej. suelos saturados de agua) en el proceso de desnitrificación.

Modelos de ciclos de la materia En esta actividad, los estudiantes

trabajan en grupos pequeños para desarrollar un juego que ilustre y ayude a repasar los ciclos de la materia y su importancia en el ecosistema. Los estudiantes pueden elegir entre los ciclos de carbono, de nitrógeno, de fósforo o del agua. Pueden hacer juegos de cartas, tableros o juegos de computadoras.

La meta del juego es ilustrar el ciclo de manera que haya cierto grado de competencia y emoción entre los jugadores. Por ejemplo, un juego sobre el ciclo de carbono puede incluir el seguimiento a un átomo de carbono a lo largo del ciclo, incluye los datos conocidos sobre el elemento carbono, como sus propiedades químicas, su importancia en la química orgánica y su rol como contaminante, tanto en su forma de particulado de materia, como en su forma de gas de invernadero.

Los juegos deben hacer énfasis en las etapas del ciclo, cómo se activa el ciclo, el flujo de energía, y los

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un informe escrito en el que incluyen los datos sobre la biomasa a nivel mundial, la comparación de la energía producida por la biomasa versus los combustibles fósiles, el diagrama del diseño y los datos recopilados del biodigestor, ilustrado con tablas, gráficas, diagramas, fotografías.

procesos del ciclo en cada uno de los subsistemas de la Tierra (hidrosfera, atmósfera, litosfera y biosfera). El juego también debe incluir información cuantitativa como la cantidad de materia involucrada y el tiempo que toma completar cada ciclo. Los estudiantes también deben indicar cómo varía el ciclo de nitrógeno en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. Se pueden encontrar ejemplos de juegos por Internet; pero el reto de los grupos es crear un juego único que mejore y amplíe los esfuerzos previos de otras personas.

Cada grupo debe presentar su juego a la clase y dar oportunidad para que otros puedan jugarlo. Los estudiantes harán una votación sobre su juego favorito, a partir de criterios que incluyan: precisión científica, grado de competencia entre los jugadores, innovación en el acercamiento al tema y grado de diversión.

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de

Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB2.EM.1 ES.B.CB2.EM.2 PD: PD2 PD4 PD5 PD8 PE/CD: PE2/CD2 T/A: A2 A3 A4

Utiliza representaciones matemáticas o tecnológicas para apoyar una explicación acerca de los factores que afectan la capacidad de carga de los ecosistemas a distintas escalas.

Utiliza análisis cuantitativos para comparar las relaciones entre factores interdependientes, incluyendo los límites, recursos, y condiciones climáticas.

Analiza los factores que afectan la biodiversidad y las poblaciones de los ecosistemas a distintas escalas.

Ofrece ejemplos

Biodiversidad

Bioma

Capacidad de carga

Ecosistema

Ecuación logística

Hábitat Nicho

Tasa intrínseca de crecimiento

Capacidad de carga

En esta tarea de desempeño, los estudiantes investigarán los límites de los ecosistemas.

Trabajarán en grupos pequeños para crear un modelo matemático de la capacidad de carga, a partir de la ecuación logística, G=rN [(K-N)/K], en la cual G = crecimiento poblacional, r = tasa intrínseca de crecimiento, N = número de individuos en la población, y K = capacidad de carga, y determinar la cantidad máxima de población que un sistema puede sostener.

Los estudiantes deben elegir una especie conocida (como un león o un rinoceronte) e investigar y analizar información sobre ésta para determinar su capacidad de carga y mostrar cómo la capacidad de carga puede variar con el tiempo debido a factores como la disponibilidad de agua y alimento, competencia, condiciones climáticas y espacio para vivir. Cada grupo debe presentar al resto de la clase un

Infografía

Los estudiantes crean materiales infográficos (infografía) para describir los grupos de animales más importantes de la Tierra en términos de su biodiversidad relativa. Los estudiantes trabajan en parejas para pensar, desarrollar y compartir una lista de factores limitantes para algunas especies particulares de plantas o animales de la Isla. Existen diferentes herramientas web que les permiten hacer estas infografías (ver recursos adicionales).

Los ecosistemas

Los estudiantes crean un dibujo para representar un ecosistema específico dentro de la biosfera y una población específica que sobrevive y prospera en esas condiciones.

Los estudiantes describen en sus libretas las diferencias entre hábitat y nicho, y entre bioma y ecosistema. Deben incluir ilustraciones en sus descripciones. Pueden utilizar un organizador gráfico o una tabla comparativa.

Los estudiantes desarrollan una lista de factores limitantes para el bioma del bosque pluvial en Puerto Rico.

Los estudiantes eligen un organismo del bosque pluvial y escriben un informe de 2-3 páginas acerca de las interacciones e interdependencia de este organismo en relación a su ambiente y los factores limitantes que impactan la capacidad del organismo para adaptarse al mismo.

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de representaciones matemáticas, incluyendo encontrar promedios, determinar tendencias o patrones y usar gráficas comparativas para datos variados.

resumen breve acerca de cómo crearon sus modelos matemáticos y cómo compara el modelo teórico con los datos sobre los organismos reales (ver la sección “Recursos adicionales”).

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de

Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB2.IE.4 ES.B.CB2.CC.2 ES.B.CB2.CC.3 PD: PD1 PD2 PD8 PE/CD: PE2/CD2 PE3/CD3 T/A: A3 A5 A7

Evalúa evidencia acerca de que las interacciones complejas de los ecosistemas ayudan a mantener el número y el tipo de especies de forma relativamente consistente en condiciones estables, pero que la presencia de cambios en estas condiciones pueden provocar el surgimiento de nuevos ecosistemas.

Construye un modelo para representar y explicar la secuencia de los pasos que comprenden la sucesión ecológica en un ecosistema.

Explica la relación entre población, comunidad y los ecosistemas de una biosfera.

Comunidad clímax

Comunidad ecológica

Especies pioneras

Sucesión primaria

Sucesión secundaria

Ecosistema del bosque

Los estudiantes investigan sobre las tendencias de la deforestación y reforestación en Puerto Rico. Deben explicar, documentar e ilustrar los pasos específicos de las etapas de sucesión ecológica en el ecosistema del bosque, incluir la composición de las especies, el tiempo, y los impactos humanos, tales como, la agricultura y la presencia de especies invasivas, así como, los impactos naturales como los huracanes o incendios. Presentarán su trabajo en forma de una revista científica con artículos breves sobre los temas investigados. Se evaluará el contenido y la confiabilidad de la información presentada.

Opinión

Los estudiantes investigan el cambio climático y el calentamiento global y cómo afecta a Puerto Rico. Expresan sus opiniones en una carta dirigida a un periódico local. Deben leer la carta en la clase para compartirla con el grupo.

Sucesión ecológica

Inicie la actividad preguntando a los estudiantes cuándo fue la última vez que fueron a la costa. ¿A dónde fueron? ¿Han visitado estuarios o bosques de mangle? Solicite que compartan su experiencia. Luego, pida a los estudiantes que escriban sobre cómo piensan que se forman los manglares. Presente el concepto de “sucesión ecológica”.

En esta actividad, los estudiantes trabajan en grupos pequeños para ilustrar el proceso de sucesión en un ambiente de su selección, como por ejemplo el bosque pluvial, la pradera, la playa, el manglar, una isla volcánica, etc. El grupo puede usar cualquier medio para crear la ilustración, (afiche, mapa conceptual, diapositivas, página de Internet, infografía, etc.). La ilustración debe incluir los conceptos claves de la sucesión (condiciones iniciales, comunidad ecológica, especies pioneras, comunidad clímax) y diferenciar entre sucesión primaria y sucesión secundaria.

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB2.CC.5 ES.B.CB2.CC.4 ES.B.CB2.CC.1 ES.B.CB4.CC.1 PD: PD2 PD4 PD8 PE/CD: PE2/CD2 PE3/CD3 PE4/CD4 T/A: A5 A6 A7

Diseña una solución para reducir el impacto de las actividades humanas en la biodiversidad.

Evalúa factores ambientales con respecto a sus efectos positivos y negativos en el crecimiento poblacional.

Especies invasivas

Eutrofización

Neonicotinoides

Urbanización

Boletín Informativo

En esta tarea de desempeño, los estudiantes investigan la erosión de los humedales costeros en Puerto Rico, investigan su localización, las causas de la erosión, cuantifican las consecuencias y los costos, y proponen soluciones realistas para controlar el problema. Se comunican con el Departamento de Recursos Naturales y Ambientales de Puerto Rico para indagar sobre las iniciativas al respecto (ver enlace en Recursos adicionales). Preparan un boletín informativo de sus hallazgos en el que se destaquen las soluciones que proponen.

Gráfica

Los estudiantes hacen una gráfica para representar el uso de los suelos en Puerto Rico, a través del tiempo. Deben documentar la proporción de la tierra que se usa para 1) conservación de bosques, 2) agricultura y 3) desarrollo urbano.

¡Invasión de especies!

Los estudiantes usan la Base de Datos Global de Especies Invasivas (Global Invasive Species Database; ver enlace en la sección de Recursos adicionales) para seleccionar una especie invasiva de Puerto Rico (como el bambú o la iguana verde “gallina de palo”). Deben presentar documentación sobre el impacto que tienen en el ambiente y proponer soluciones para prevenir que se siga reproduciendo.

La ecología de la producción de alimentos

Pregunte a los estudiantes cuánto comen cada día y pida que especulen cuánto comen durante un año y cuánto van a comer durante toda su vida. Explique que si una persona promedio de Estados Unidos come una tonelada de comida al año (1996 libras), entonces cada año se consumirían más de 300 millones de toneladas de comida en EEUU.

Los estudiantes trabajan en grupos pequeños para determinar los recursos terrestres, agua y energía necesarios para producir distintos tipos de alimentos, como la carne, lácteos, granos, frutas y vegetales. Los grupos deben crear un mapa conceptual con datos que ilustren el impacto de la agricultura industrial, que incluye la construcción de represas y canales para riego, el riesgo de los pesticidas, la eutrofización y otros. El mapa conceptual debe ofrecer soluciones para limitar o mitigar los efectos de la agricultura industrial, como la adopción de prácticas de agricultura sostenible y

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ecológica, y recomendaciones para hacer cambios en la nutrición, donde se limite el consumo de alimentos que requieren el uso intensivo de los recursos para su producción.

Investigación sobre polinizadores

Los estudiantes investigan la reducción poblacional de polinizadores nativos de Puerto Rico y formulan hipótesis sobre las causas, haciendo referencia a distintos factores, como la presencia de neonicotinoides y la infestación de ácaros.

Uso de recursos

Los estudiantes debaten alrededor del planteamiento: “El uso de fertilizantes sintéticos es generalmente beneficioso para la sociedad”, a partir de los argumentos de que los fertilizantes aumentan la producción agrícola, pero también generan contaminación (como la eutrofización).

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ETAPA 1 – (Resultados esperados) ETAPA 2 – (Evidencia de assessment) ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Alineación de Objetivos de Aprendizaje

Enfoque de Contenido

(El estudiante…) Vocabulario de

Contenido Tareas de desempeño Otra evidencia

Actividades de aprendizaje sugeridas y Ejemplos para planes de la lección

PRCS: ES.B.CB4.CC.2 ES.B.CB4.CC.3 ES.B.IT1.IT.1 ES.B.IT1.IT.3 PD: PD1 PD4 PD8 PE/CD: PE2/CD2 PE3/CD3 PE4/CD4 T/A: A3 A5 A7

Diseña soluciones para un problema relacionado a una especie en peligro o en amenaza de extinción.

Examina la responsabilidad que tienen los seres humanos de mantener el ambiente en buenas condiciones para propiciar la supervivencia de las especies.

Deriva genética

Especies en peligro o en amenaza de extinción

Extinción

Plan de recuperación

Informe oral En esta tarea de desempeño, los

estudiantes investigan una planta, insecto o animal silvestre que habita en Puerto Rico, que no sea nativo de la isla. Prepararán un informe oral en el que deben describir cómo ese organismo llegó a PR, cómo se ha adaptado para sobrevivir y las medidas para su conservación.

Boleto de salida

El estudiante hace una lista de 10 acciones que puede hacer para ayudar a conservar la biodiversidad.

Manejo de poblaciones de especies en peligro

Los estudiantes trabajan en grupos pequeños para escoger y analizar un plan de recuperación del Servicio de Pesca y Vida Silvestre de Estados Unidos (U.S. Fish and Wildlife Service) (ver enlace en Recursos adicionales), para una especie en peligro o en amenaza de extinción en Puerto Rico (Ej. cotorra puertorriqueña, sapo concho, etc.) Deben ofrecer un resumen del plan de recuperación para la especie seleccionada que incluya una descripción de la especie, el hábitat requerido, y el itinerario de recuperación. Los estudiantes usan modelos simples de simulación (disponibles en NetLogo) para predecir los resultados de distintos escenarios en relación a la especie seleccionada, que incluya el efecto de la deriva genética, la presencia de depredadores y la tasa de natalidad.

Los estudiantes deben usar la información para comparar el plan específico para su especie con planes de recuperación alternativos como el manejo del ecosistema, planes de

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recuperación para grupos de especies, y la planificación de conservación de hábitats. Los estudiantes deben proponer iniciativas nuevas directamente relacionadas con sus planes específicos de recuperación, con el fin de encontrar soluciones que minimicen los efectos adversos de las actividades humanas en la biodiversidad. Deben presentar la información en propuestas basadas en incentivos, esfuerzos educativos y otras iniciativas. El grupo debe formular recomendaciones específicas sobre cómo implementar iniciativas sociales y económicas para alcanzar las metas de recuperación. Al completar sus propuestas, los grupos comparten sus datos y conclusiones con el resto de la clase, y hacen énfasis en las posibles maneras para integrar sus planes de recuperación con otros planes para otras especies en peligro, que comparten hábitats parecidos en Puerto Rico (ver la sección “Recursos adicionales”).

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ETAPA 3 – (Plan de aprendizaje)

Conexiones a la literatura sugeridas

Robert Harding Whittaker (1975) o Communities and Ecosystems

Ellie Whitney et al. (2004) o Priceless Florida: Natural Ecosystems and Native Species

Edward O. Wilson

o The Diversity of Life

Richard Dawkins

o The Ancestor's Tale: A Pilgrimage to the Dawn of Evolution

o The Selfish Gene

Richard Leakey, Roger Lewin

o Origins Reconsidered: In Search of What Makes Us Human

Jonathan Weiner

o The Beak of the Finch: A Story of Evolution in Our Time

Charles Darwin (1859) o On the Origin of Species by Means of Natural Selection

D.J. Futuyma (1986) o Evolutionary Biology

Paul Lawrence Farber

o Finding Order in Nature: The Naturalist Tradition from Linnaeus to E. O. Wilson

Ernst Mayr

o This Is Biology: The Science of the Living World

Dorothy Hinshaw Patent

o When the Wolves Returned: Restoring Nature’s Balance in Yellowstone

Recursos adicionales

Biología celular: http://www.biologia.arizona.edu/cell/cell.html

Planes de lección en Biología: www.lessonplansinc.com/biology_lesson_plans.php

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Recursos para actividad de producción de alimentos: http://www.columbia.edu/cu/news/00/03/extinction.html

Recursos para actividad de producción de alimentos: https://www.princeton.edu/~achaney/tmve/wiki100k/docs/Biomass_(ecology).html

Recursos para actividad de producción de alimentos: http://www.fs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb5073108.pdf

Recursos para actividad de producción de alimentos: http://www.fs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb5073111.pdf

Recursos para actividad de producción de alimentos: http://www.ers.usda.gov/publications/eib-economic-information-bulletin/eib14.aspx#.U79On41dU78

Recursos para actividad de producción de alimentos: http://www.issg.org/database/species/search.asp?st=sss&sn=&rn=Puerto%20Rico&ri=18250&hci=-1&ei=-1&lang=EN

Recursos para actividad de especies en peligro: http://regentsprep.org/Regents/biology/2011%20Web%20Pages/Ecology-%20Human%20Biosphere-%20Influence%20page.htm

Recursos para actividad de especies en peligro: http://ngm.nationalgeographic.com/2011/01/seven-billion/biodiversity-game

Recursos para actividad de especies en peligro: http://fire.biol.wwu.edu/hooper/10thingsforbiodiversity.pdf

Recursos para actividad de especies en peligro: http://www.fws.gov/southeast/5yearreviews/5yearreviews/PRParrot.pdf

Recursos sobre ciclos biogeoquímicos: http://www.colorado.edu/GeolSci/courses/GEOL1070/chap04/chapter4.html

Recursos sobre ciclos biogeoquímicos: https://www.windows2universe.org/earth/climate/carbon_cycle.html

Recursos sobre ciclos biogeoquímicos: http://aquarium.ucsd.edu/Education/Learning_Resources/Connecting_with_Climate_Change/Documents/Carbon_Cycle_Activity.pdf

Recursos sobre ciclos biogeoquímicos: http://fas.org/irp/imint/docs/rst/Sect16/Sect16_4.html

Recursos sobre ciclos biogeoquímicos: http://web.ornl.gov/info/ornlreview/rev28_2/text/bio.htm

Recursos sobre sucesión ecológica: http://www.fs.usda.gov/detailfull/conservationeducation/educator-toolbox/high-school/?cid=STELPRDB5057674&width=full

Recursos sobre sucesión ecológica: https://www.sas.upenn.edu/lczodata/category/research-paper-keywords/secondary-succession

Recursos sobre sucesión ecológica: http://www.drna.gobierno.pr/

Humedales: http://ponce.inter.edu/acad/cursos/ciencia/pages/humedales.htm

Humedales: http://pr.water.usgs.gov/public/online_pubs/wsp_2425/wsp_2425es.pdf

Infografías: http://es.kioskea.net/faq/8683-crear-infografias-online-herramientas-y-buenas-practicas

Infografías: http://e-aprendizaje.es/2013/02/21/como-hacer-una-infografia/

Infografías: http://infogr.am/

Planes de manejo: http://www.drna.gobierno.pr/oficinas/oficina-de-prensa-y-comunicaciones/comunicados-de-prensa/comunicados-de-prensa-2013/cotorra-puertorriquena-en-vias-de-recuperacion

Planes de manejo: http://www.drna.gobierno.pr/oficinas/oficina-de-prensa-y-comunicaciones/comunicados-de-prensa/comunicados-de-prensa-2013/cotorra-puertorriquena-en-vias-de-recuperacion

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Planes de manejo: http://www.drna.gobierno.pr/oficinas/arn/recursosvivientes/negociado-de-pesca-y-vida-silvestre/division-de-recursos-terrestres-1/plan-para-el-control-de-la-iguana-verde-green-iguana-control-plan

Uso de suelos en Puerto Rico: http://www.suagm.edu/umet/cedes/pdf/info_sustentabilidad_uso_suelo_espanol.pdf

Biomasa: http://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Biomasa.pdf

Biomasa: http://todoproductividad.blogspot.com/2008/04/cmo-se-consigue-producir-energa-partir.html

Biomasa: http://www.statista.com/statistics/264029/us-biomass-energy-production/

Base de datos Global de Especies Invasivas: http://www.issg.org/database/welcome/

Departamento de Recursos Naturales y Ambientales de Puerto Rico: http://www.drna.gobierno.pr/

U.S. Fish and Wildlife Service: http://www.fws.gov/caribbean/ES

Capacidad de carga, Fuente: http://campus.murraystate.edu/academic/faculty/eweber/bio101/notes/snotes/02_01_13_bio101.html

Manejo de poblaciones de especies en peligro, Fuente: http://www.umich.edu/~esupdate/library/96.10-11/heinen.html

Pasos en el proceso de diseño para ingeniería: http://www.nasa.gov/audience/foreducators/plantgrowth/reference/Eng_Design_5-12.html#.U-e716PG-8A

Redacción de una propuesta de investigación: http://ponce.inter.edu/acad/facultad/jvillasr/GUIA_INVEST.pdf