Trabajo de investigación: tu propio experimento de biología celular
Objetivo. Diseñar una investigación experimental con variables y grupo control. Ejecutar el experimento y registrar los datos medidos. Escribir el informe con las secciones de un artículo científico.
para partir
En la encuesta de Nature sobre reproducibilidad, más de la mitad de los investigadores reconoció que no había logrado repetir un experimento propio, y casi el 90% pidió diseños experimentales más sólidos. Ahora la pregunta la eligen ustedes, el experimento lo montan ustedes y los datos salen de lo que ustedes midan en la sala. Si la hipótesis se cae con sus propios datos, eso también es un resultado y se informa igual.
Este trabajo reemplaza a la prueba escrita del bloque, así que la nota sale entera de acá. Trabajan en parejas o tríos, eligen una pregunta de biología celular que se pueda responder midiendo algo, montan el experimento con los materiales que hay en la sala y entregan un informe con formato de artículo científico más una presentación breve ante el curso.
Lo que más pesa en la evaluación es el diseño: que la variable independiente esté clara, que la dependiente tenga una unidad de medida y que exista un grupo control contra el cual comparar. Un experimento que sale bonito y no distingue entre dos explicaciones posibles entrega datos que no sirven para concluir nada.
el proyecto
En qué consiste
- Qué entregas
- Un informe escrito con las secciones de un artículo científico, más una presentación de 4 a 5 minutos ante el curso.
- Cómo trabajas
- En parejas o tríos. Todos participan en el montaje, en la medición y en la presentación.
- Cuánto dura
- 4 sesiones
- Cómo se evalúa
- Con rúbrica, 30 puntos, en la cuarta sesión. El diseño con grupo control es el criterio de mayor peso.
El informe se entrega al inicio de la cuarta sesión, impreso o por correo, con los datos crudos incluidos. La tabla de mediciones se llena en la sesión de laboratorio, con el docente presente, así que un informe con datos que nadie vio medirse no se acepta.
Sesión 1 de 4
Elegir la pregunta y diseñar la investigación
Se arman los equipos y cada uno elige su pregunta, de la lista de abajo o una propia acordada con el profesor. La sesión se ocupa entera en dejar el diseño escrito: la pregunta en su forma final, la hipótesis con su “porque”, la variable independiente con los valores que se van a probar, la dependiente con su unidad, al menos tres controladas, el grupo control y el número de repeticiones.
Antes de salir, cada equipo muestra su diseño al profesor y entrega la lista de materiales que necesita. Lo que no esté pedido en esta sesión no va a estar sobre la mesa en la siguiente.
Sesión 2 de 4
Ejecutar el experimento y registrar los datos
Sesión de laboratorio. Se montan las condiciones, se ejecutan las repeticiones y se llena la tabla de registro a medida que se mide, con la unidad anotada en el encabezado de cada columna.
Anoten también lo que salió distinto de lo planeado: un tubo que se derramó, una medición que quedó dudosa, una condición que resultó imposible de mantener. Ese registro sirve después para explicar un dato raro, y un dato raro explicado vale más que una tabla perfecta sin historia.
Sesión 3 de 4
Analizar los resultados y escribir el informe
Se calculan los promedios de las repeticiones, se arma el gráfico cuando corresponde y se completa la sección de Resultados, que lleva la tabla y el gráfico sin ninguna interpretación. Después viene la Discusión: qué responde la tabla a la pregunta inicial, si la hipótesis quedó apoyada o refutada, qué ocurre a nivel celular que explique ese resultado, hasta dónde alcanza la conclusión y qué medirían después.
Al final se escribe el Resumen, que va primero en el informe y se redacta último porque sus dos últimas frases salen de la tabla de resultados. La sesión cierra con el informe armado y la presentación repartida entre los integrantes.
Sesión 4 de 4
Entrega y presentación
Sesión calificada
Se entrega el informe al inicio de la sesión y cada equipo presenta en 4 a 5 minutos: la pregunta, la hipótesis, el diseño (con la variable independiente, la dependiente y el grupo control), la tabla o el gráfico de resultados y la conclusión. Después el curso pregunta.
La pregunta que siempre se hace es “¿con qué compararon?”, así que tengan claro qué papel cumplió su grupo control y qué habría pasado sin él.
calificación
Cómo se evalúa
| Criterio | Puntos |
|---|---|
| Pregunta de investigación e hipótesisQue la pregunta se pueda responder midiendo y que la hipótesis traiga el mecanismo celular que explicaría el resultado. | 6 |
| Variables y diseño con grupo controlIndependiente, dependiente y controladas bien identificadas, con un grupo control que sirva de comparación. Es el criterio de mayor peso. | 7 |
| Ejecución del experimento y registro de datosQue el montaje siga el diseño, con repeticiones, y que la tabla registre las mediciones con su unidad. | 6 |
| Discusión: análisis y conclusión con los datosQue la discusión responda la pregunta usando los datos obtenidos, explique el mecanismo celular y no afirme más de lo que el experimento midió. | 6 |
| Informe en formato científico y presentaciónLas secciones del artículo en orden, con el resumen y los resultados sin interpretar, y una presentación de 4 a 5 minutos que el equipo pueda defender. | 5 |
| Total · exigencia 60 % | 30 |
De los 30 puntos, 25 se juegan en el diseño, la ejecución y la discusión, que es el trabajo científico propiamente tal, y los 5 restantes corresponden al formato del informe y a la presentación. Dentro del criterio de ejecución se considera el aporte de cada integrante en la sesión de laboratorio, así que un trabajo que recayó en una sola persona se califica de forma individual ajustada.
Las preguntas disponibles
Las diez se pueden montar con lo que hay en la sala y todas dan datos que se pueden medir en una sesión. Son las mismas del catálogo de fenómenos, ya escritas en forma de pregunta. Elige la que te interese, y si tienes otra idea, acuérdala con el profesor antes de terminar la primera sesión.
| # | Pregunta | Qué se cambia (VI) | Qué se mide (VD) | Grupo control sugerido |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ¿Cómo afecta la temperatura a la actividad de la catalasa? | Temperatura del tejido: 5, 20, 37 y 70 °C | Altura de la espuma en mm a los 60 s | Tubo con tejido hervido |
| 2 | ¿Cómo afecta el pH a la actividad de la catalasa? | pH del medio: 4, 7, 9 y 11 | Altura de la espuma en mm a los 60 s | Tubo con tejido hervido a pH neutro |
| 3 | ¿Cómo afecta la temperatura a la fermentación de la levadura? | Temperatura del agua: 5, 20, 35 y 60 °C | Circunferencia del globo en cm a los 20 min | Frasco con levadura hervida |
| 4 | ¿Difiere el CO₂ que produce la levadura entre distintos azúcares? | Glucosa, sacarosa, lactosa y edulcorante | Circunferencia del globo en cm a los 20 min | Frasco con agua sin azúcar |
| 5 | ¿A partir de qué temperatura la membrana de la betarraga libera su pigmento? | Baño a 20, 40, 55 y 70 °C | Intensidad del rojo del agua, escala de 0 a 5 | Tubo de agua sin betarraga |
| # | Pregunta | Qué se cambia (VI) | Qué se mide (VD) | Grupo control sugerido |
|---|---|---|---|---|
| 6 | ¿Cómo afecta la concentración de sacarosa a un trozo de papa? | Sacarosa 0; 0,2; 0,4 y 0,6 M | Cambio de masa en gramos a los 30 min | Trozo en agua destilada |
| 7 | ¿A partir de qué concentración de sal aparece plasmólisis en la cebolla? | NaCl al 0; 0,9; 5 y 10 % | Células plasmolizadas de 50 observadas | Preparación en agua destilada |
| 8 | ¿Cómo afecta el pH a la amilasa de la saliva sobre el almidón? | pH del medio: 4, 7, 9 y 11 | Segundos hasta que el lugol deja de virar a azul | Tubo con saliva hervida |
| 9 | ¿Cómo afecta la distancia a la lámpara a la fotosíntesis de la espinaca? | Lámpara a 10, 25, 50 y 100 cm | Minutos hasta que floten 5 de 10 discos | Vaso en oscuridad |
| 10 | ¿Cómo afecta el tamaño del cubo a la difusión, y qué dice eso del tamaño de la célula? | Arista del cubo de agar: 0,5; 1 y 2 cm | Milímetros que penetra el colorante en 10 min | Cubo en agua sin colorante |
Tres condiciones, y las tres se revisan antes de aprobarla:
- Se puede medir con lo que hay. Un número que salga de una regla, una balanza, un cronómetro o un conteo al microscopio. Si la medición exige un instrumento que no tenemos, la pregunta no se puede responder acá.
- Tiene una variable independiente con varios valores. Comparar dos condiciones da una respuesta pobre; con tres o cuatro valores aparece una tendencia.
- Admite un grupo control. Tiene que existir un grupo completo sin el factor que se está probando, contra el cual comparar el resto.
- Se monta en dos sesiones. Ningún paso puede necesitar una espera de más de una hora ni un equipo que no esté en la sala.
Las secciones del informe científico
El informe se entrega con el formato de un artículo científico, que es el mismo de las publicaciones que van a citar. Se escribe con estos títulos, en este orden, y sirve también para ordenar la presentación.
- Título. Una línea que nombre la variable independiente, la dependiente y el sistema. Sin signos de pregunta y sin frases de efecto.
- Resumen. Cinco frases y unas 120 palabras: el contexto celular, la pregunta, qué se hizo, qué se encontró con los números y qué significa. Va primero y se escribe último.
- Introducción. Qué se sabe del fenómeno, qué falta saber en el caso concreto, la pregunta de investigación y la hipótesis con su “porque”. Termina justamente en la hipótesis.
- Materiales y métodos. El montaje paso a paso en pasado e impersonal, con la variable independiente y sus valores, la dependiente con su unidad, las controladas, el grupo control y las repeticiones. La prueba de que está bien escrita es que otro equipo pueda repetir el experimento leyendo solo esto.
- Resultados. La tabla con los datos crudos y los promedios, con las unidades en los encabezados, más el gráfico si la variable independiente es numérica. Acá los datos van solos, sin ninguna interpretación: la palabra “porque” no aparece en esta sección.
- Discusión. Qué responde la tabla a la pregunta inicial, si la hipótesis quedó apoyada o refutada, qué ocurre a nivel celular que explique el resultado, hasta dónde alcanza la conclusión y qué medirían después.
- Referencias. Las fuentes que citaron, con autor, año y de dónde salieron.
El error más caro del formato es interpretar los datos dentro de Resultados. Si una frase de esa sección explica por qué salió lo que salió, esa frase pertenece a la Discusión.
Con cuatro temperaturas medidas se puede afirmar que la membrana de la betarraga empieza a fallar entre 40 y 55 °C, y afirmar que el umbral es exactamente 47 °C exige mediciones que ese diseño nunca tomó. Lo mismo pasa al saltar del material medido a “todas las células”: si midieron betarraga, la conclusión habla de betarraga, y extenderla a cualquier célula vegetal requiere haberlo probado.
Escribir el alcance de la conclusión suma puntaje, y va en la Discusión. Una frase basta: “esta conclusión vale para el rango de temperaturas y el tejido que medimos; ubicar el umbral con precisión exigiría medir cada 5 °C entre 40 y 55 °C”.
Un equipo elige la pregunta 7 y entrega este diseño: 'Pondremos epidermis de cebolla en sal al 10 % y contaremos las células con la membrana separada. Como control usaremos otra muestra de cebolla en sal al 10 %, para comparar los dos resultados.' ¿Qué está mal en ese diseño?
Con tu equipo, elige la pregunta con la que van a trabajar y escríbanla en su forma final. Después escriban la hipótesis con su 'porque', la variable independiente con los valores que van a probar, la variable dependiente con la unidad en que la van a medir, tres variables controladas y cuál va a ser el grupo control. Terminen con el título del informe, las dos primeras frases del resumen y la lista de materiales que necesitan.
materiales
Qué necesitas traer
Traes tú
- Cuaderno o una hoja para la tabla de registro, con las columnas ya dibujadas desde la primera sesión.
- Cronómetro o el celular, para las mediciones por tiempo.
- Regla graduada en milímetros.
- Delantal, si lo tienes, para la sesión de laboratorio.
Pone el profesor
- Peróxido de hidrógeno, tubos de ensayo y gradilla.
- Hígado, papa, manzana y zanahoria para las preguntas de catalasa.
- Levadura seca, glucosa, sacarosa, lactosa, edulcorante, botellas y globos para las preguntas de fermentación.
- Betarraga, alcohol y detergente para las preguntas de permeabilidad de membrana.
- Sal, sacarosa, agua destilada, vinagre y bicarbonato para preparar las soluciones.
- Almidón, lugol y vasos para las preguntas de amilasa salival.
- Hojas de espinaca, jeringas, bicarbonato y una lámpara para las preguntas de fotosíntesis.
- Semillas de poroto, azul de bromotimol, agar y colorante para el resto de las preguntas.
- Microscopios, portaobjetos y cubreobjetos para las preguntas de cebolla.
- Balanza, termómetro, huincha de medir y la rúbrica impresa, una por equipo, en la primera sesión.
síntesis
Para cerrar
Durante este bloque vieron las seis piezas de una investigación y el catálogo de fenómenos con experimentos ajenos, y acá les toca armar el propio. La diferencia se nota en el momento de medir: el diseño que en el papel parecía completo muestra sus huecos apenas hay que decidir cuántos mililitros van en cada tubo y con qué se compara el resultado.
Ese es el trabajo que evalúa la rúbrica, y es también el que hay detrás de cualquier resultado científico que lean después. Cuando alguien afirma que una sustancia produce un efecto, la pregunta que decide si la afirmación se sostiene es siempre la misma: qué cambiaron, qué midieron y contra qué lo compararon.
Piensa sobre tu aprendizaje
- ¿Tu pregunta se puede responder con un número que ustedes puedan medir en la sala?
- Si alguien te pregunta con qué compararon sus resultados, ¿qué respondes?
- ¿Qué parte del informe creen que les va a costar más escribir y por qué esa?
referencias
Bibliografía
- 01OpenStax (2018). Biology 2e, cap. 1 'The Study of Life' y cap. 5 'Structure and Function of Plasma Membranes'. https://openstax.org/books/biology-2e
- 02Campbell, N. & Reece, J. (2017). Biología (7ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
- 03Ministerio de Educación de Chile (2019). Bases Curriculares 3° y 4° medio, plan de formación diferenciado: Biología Celular y Molecular.
- 04Programa Explora, ANID. Orientaciones para la investigación escolar. https://www.explora.cl
- 05Baker, M. (2016). 1,500 scientists lift the lid on reproducibility. Nature, 533, 452-454.