La relación entre fotosíntesis y respiración en una planta no es fácil de entender. A menudo me encuentro con que se les ha bombardeado con la ecuación de la respiración para que la memoricen, pero no acaban de entender su significado.
Entonces llega la fotosíntesis y cuando se les muestra que la ecuación es la inversa de la respiración, es como si hubieras invertido el orden de las palabras de una frase peculiar. El significado de esa reversión no está claro.
Un diagrama de acciones y flujos puede marcar una gran diferencia. Considera éste que muestro a mis alumnos (14-16):
Este pequeño modelo mantiene la coherencia al referirse únicamente al flujo de carbono. El carbono en el aire representa el dióxido de carbono. El carbono en la planta consiste en todas aquellas moléculas orgánicas que contienen carbono. Entonces, ¿cuáles son esos dos procesos, la entrada y la salida de carbono en una planta? Esa es la pregunta que hago a mis alumnos.
Dejo que lo discutan por parejas. Muchos piensan que el flujo de entrada es la fotosíntesis y el de salida, la respiración. Pero pido a la clase que vote si están de acuerdo o no para tener una idea de lo que piensan. A continuación, escribo los procesos en sus lugares correspondientes:
Algunos estudiantes asienten y están de acuerdo, pero en este punto suele quedar claro que necesitan más tiempo para establecer las conexiones. Y yo necesito más información sobre lo que entienden. Pido a algunos alumnos que justifiquen sus opciones y hago que la clase vote iterativamente si están de acuerdo levantando la mano.
A continuación, ayudo a la clase añadiendo debajo las ecuaciones idealizadas de fotosíntesis y respiración (mostradas a continuación). Antes de escribirlas, sin embargo, hago que discutan en parejas lo que creen que son, pregunto a algunos alumnos sus ideas y, de nuevo, hago que la clase vote si está de acuerdo.
No me gustan las ecuaciones de fotosíntesis y respiración centradas en la glucosa. Ocultan el hecho de que involucra todo tipo de moléculas orgánicas. A menudo, sustituyo «glucosa» por «moléculas orgánicas».
Lo fundamental aquí no es centrarse en la energía. Sino en esa sección central donde encontramos la glucosa (o moléculas orgánicas) que servirá como material de construcción de la planta. Insisto a los alumnos en la conexión entre el stock «carbono en la planta» y los productos de la fotosíntesis. ¿Por qué está el carbono en la planta? Está en las moléculas que forman la planta. Son la estructura de la planta.
Pensar de esta manera es clave en mis cursos, así que no es tan novedoso para ellos. Siempre empiezo con clases sobre modelos simplificados de autopoiesis (como se explica en Diagramas y Diálogo). Pero este modelo lo hace más claro para los alumnos. Sin embargo, para seguir adelante, primero tienen que pensar en qué afecta a la tasa de fotosíntesis. Sólo teniendo en mente cómo puede variar la fotosíntesis lo verán mejor.
Les pido que vuelvan a discutir la cuestión por parejas. Utilizando sus conocimientos sobre la teoría de partículas y las plantas, suelen llegar a las respuestas de intensidad luminosa y temperatura. Al señalar la ecuación de la fotosíntesis, ayudo a los alumnos a ver que la concentración de dióxido de carbono también importa. Dependiendo de la clase, también me gusta que mis alumnos piensen en la capacidad de absorber esa luz. Lo resumo como la densidad de cloroplastos, que puede ser en una célula, en una hoja o en toda la planta.
Mientras discutimos los ejemplos de la clase, los añado uno a uno al modelo, que acaba pareciéndose a esto:
Dependiendo de la clase, puedo pedirles que piensen en los principales factores que afectan a la tasa de fotosíntesis. Otras veces, puedo dibujar los círculos en el diagrama para que los alumnos sepan cuántos espero. Cada vez que un alumno proponga un factor para añadir, pido a la clase que vote si está de acuerdo o en desacuerdo, y pido a los alumnos que justifiquen sus ideas. Cuando acepte un factor, dibujaré la flecha y preguntaré a la clase si la conexión es «igual» (positiva) o «inversa» (negativa).
Igual: mayor X, mayor Y, o: menor X, menor Y.
Inversa: mayor X, menor Y, o: menor X, mayor Y.
Después de que la clase haya votado, presentaré la idea y preguntaré si tiene sentido, por ejemplo
«A mayor intensidad luminosa, mayor tasa de fotosíntesis, ¿tiene sentido? ¿Por qué?».
Aunque no parezca inmediatamente pertinente, todo esto de la variación de la tasa de fotosíntesis es clave para el siguiente paso. Como ocurre con el agua en una bañera, la cantidad de carbono de una planta depende de la rapidez con la que entra (fotosíntesis) y sale (respiración).
Los alumnos deben tener una idea de cómo pueden variar estos procesos antes de que yo les provoque con algunas preguntas:
«De media, ¿qué proceso crees que funciona más rápido en una planta? ¿La fotosíntesis o la respiración?».
Hacer esta pregunta sin el diagrama sería buscarse problemas. Con el diagrama, los alumnos pueden trazar los flujos con los dedos. Sin embargo, siguen necesitando ayuda para conectar la idea con su experiencia vivida. Después de darles un rato para charlar en parejas y escuchar sus ideas, vuelvo a provocarles:
«¿Las plantas que habéis visto tienden a crecer, a mantenerse del mismo tamaño o a empequeñecerse?».
Fácil. Entonces, «Si se hacen más grandes, ¿qué debe ocurrir con la fotosíntesis y la respiración? ¿Qué debe ir más rápido?».
Por supuesto, la entrada (fotosíntesis) debe ser un proceso más rápido que la salida (respiración) si el stock de «Carbono en la planta» va a acumular carbono. Esto ayuda a consolidar la idea principal, pero quiero ir más allá.
Dibujo un esbozo de gráfico y pido a mis alumnos que hagan una copia. Tiene este aspecto:
Así pues, hemos pasado de la idea de «carbono en la planta» a la glucosa, y ahora al almidón. Para mis alumnos todo esto debería ser un repaso del concepto de moléculas orgánicas, así que no hay problema. Les pido que dibujen una línea en el gráfico por parejas (siempre a lápiz para poder borrarla y corregirla si es necesario).
Voy por el aula mirando las líneas que han dibujado y luego les doy la mía. Ahora pido a mis alumnos que expliquen mi línea por parejas, antes de iniciar un debate en clase. El objetivo principal es señalar dónde se produce la fotosíntesis más rápida y dónde más lenta que la respiración, lo que finalmente marco en el gráfico así:
Dependiendo del plan de estudios y de la clase, puedo utilizar el mismo modelo para enseñar a los alumnos los factores limitantes de la fotosíntesis. Es una gran oportunidad para considerar cómo los agricultores pueden manipular las condiciones en los invernaderos para mejorar el rendimiento de sus cultivos. Si quieres saber más sobre cómo enseñar utilizando diagramas de acciones y flujos y la teoría de la variación, consulta mis libros.
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Christian Moore-Anderson