Welcome Science family! We will be learning four units this year.
Patterns of Earth and Sky: Humans have been observing the Moon, the stars, and other objects in space and recording their observations since the Paleolithic Era. Records that demonstrate an attention to the observable patterns in space range from miniature to megalithic and can be carved or built from stone, crafted from clay or metal, or carved in bone. Observing and recording the apparent patterns of movement of the Moon, the sun, and other stars has allowed people to track and mark the passage of time for millennia. Archaeoastronomers investigate how ancient cultures viewed and understood astronomical phenomena and the role that astronomy played in society. In this unit, students take on the role of astronomers, helping a team of archaeologists at the fictional Museum of Archaeology. Students are asked to figure out and explain the significance of the illustrations on a recently discovered thousand-year-old artifact with a missing piece, the anchor phenomenon for the unit. Students observe and investigate patterns in the sky by day and by night with kinesthetic models, as well as using a digital simulation, and informational text. They learn that stars are all around us in space, develop an understanding of scale and distance in the universe, and discover how the spin and orbit of our planet causes us to observe daily and yearly patterns of stars. Students apply their understanding of why we see different stars at different times to explain what is shown on the artifact, and what might be on the missing piece.
Modeling Matter: Most people’s greatest exposure to physical and chemical changes—at least those changes that are easily discernible—is through food and cooking. Like most everything else, foods are comprised mostly of mixtures, and the kitchen is the locale where we separate, dissolve, cool, heat, whip, emulsify, and further transform foods for some desired outcome. While experimenting with foods and their transformation has been happening since the dawn of humans, it has only been in the past century or so that food scientists have worked to apply scientific principles in order to better understand food. Food scientists work to ensure that the food we eat is safe, affordable, tasty, and convenient. In this unit, students take on the role of food scientists working in a lab for a large food-production company. They engage in two investigations, one to identify a potentially hazardous food dye in a mixture, and the other to create a good-tasting and visually appealing salad dressing that does not separate into layers and contains no sediment. Both investigations offer the opportunity for students to delve deeply into understanding the particulate nature of matter and to apply it to explain phenomena at the macroscale (the observable scale). Students engage in hands-on experiences in which they observe phenomena and then use two apps to investigate those phenomena at the nanoscale (the molecular level)—the Modeling Matter Diagramming Tool, which enables students to create models of what they think might be happening at the nanoscale; and the Modeling Matter Simulation, a dynamic model that enables students to explore what happens when different kinds of particles are mixed, to make and test their predictions, and to gather evidence to support their emerging understanding. By the end of the unit, students will understand that there is a connection between the observable properties of materials and the properties of the molecules of which those materials are composed. Students will also be able to explain a variety of things that can happen when two substances are mixed, at both the observable scale and the nanoscale.
The Earth System: Water scarcity currently affects about one-fifth of the world's population, and the number of people facing water shortages is growing. Despite the major problem that water scarcity presents, many students lack knowledge of water distribution, the natural factors that determine water availability, and how people impact water supplies. In the role of water resource engineers, students investigate what makes East Ferris, a city on one side of the fictional Ferris Island, prone to water shortages while a city on the other side is not. Investigating what determines how much water is available for human use leads students to explore how parts of the Earth system interact. Students use books, hands-on investigations, and The Earth System Simulation and Modeling Tool to figure out how water is distributed within the hydrosphere, how water moves between the hydrosphere and the atmosphere to cause rain, how the geosphere can interact with the hydrosphere and atmosphere to create patterns of rain, and how life forms in the biosphere depend on the hydrosphere. Students use their understanding of how parts of the Earth system interact to explain why one side of Ferris Island is experiencing a water shortage. Students also design freshwater collection systems as a possible solution for East Ferris’s water shortage problem, and iterate on their designs throughout the unit. They then learn about another solution: treating wastewater to turn it into clean freshwater. Students discover that, in chemical reactions, substances are mixed and at least one new substance with different properties is formed. They apply this idea to explain how wastewater treatment can remove harmful substances from the city’s water and make it safe to reuse.
Ecosystem Restoration: A portion of the Costa Rican rain forest ecosystem is failing. Many years ago, its trees were cut down, and the land was dedicated to cattle grazing. Since then, the cattle have left, and trees were replanted on the land. However, the organisms in this area of the rain forest—jaguars, sloths, and cecropia trees—don’t appear to be numerous or healthy. Why?
In this unit, students take on the role of ecologists to investigate this question and figure out what can be done to return the ecosystem to its original healthy state. As ecologists working with Natural Resources Rescue, an organization dedicated to protecting Earth’s fragile ecosystems, students work to explain the anchor phenomenon: that jaguars, sloths, and cecropia trees in a reforested section of a Costa Rican rain forest are not growing and thriving. In order to understand what’s causing the problem, students explore what it means to grow and how living things get the matter and energy they need to grow.
Students investigate animals, plants, and decomposers in three successive chapters. Throughout the unit, students engage in oral and written scientific argumentation about the source of the problem in the failing ecosystem. They also have an opportunity to write and revise a Rain Forest Restoration Plan in which they explain, in their own words, why the ecosystem is failing and support their arguments by using evidence. By the end of the unit, students present their final restoration plans.
¡Bienvenidos, familia de Ciencias! Este año aprenderemos cuatro unidades.
Patrones de la Tierra y el Cielo: Los seres humanos han estado observando la Luna, las estrellas y otros objetos en el espacio y registrando sus observaciones desde la Era Paleolítica. Los registros que demuestran una atención a los patrones observables en el espacio varían desde miniaturas hasta megalíticos y pueden estar tallados o construidos en piedra, elaborados con arcilla o metal, o tallados en hueso. Observar y registrar los patrones aparentes de movimiento de la Luna, el Sol y otras estrellas ha permitido a las personas rastrear y marcar el paso del tiempo durante milenios. Los arqueoastrónomos investigan cómo las culturas antiguas veían y entendían los fenómenos astronómicos y el papel que desempeñaba la astronomía en la sociedad. En esta unidad, los estudiantes asumen el papel de astrónomos y ayudan a un equipo de arqueólogos en el ficticio Museo de Arqueología. Se les pide a los estudiantes que descubran y expliquen el significado de las ilustraciones de un artefacto de mil años recientemente descubierto al que le falta una pieza, el fenómeno fundamental de la unidad. Los estudiantes observan e investigan patrones en el cielo de día y de noche con modelos kinestésicos, además de usar una simulación digital y un texto informativo. Aprenden que las estrellas están a nuestro alrededor en el espacio, desarrollan una comprensión de la escala y la distancia en el universo y descubren cómo el giro y la órbita de nuestro planeta hacen que observemos patrones de estrellas diarios y anuales. Los estudiantes aplican su comprensión de por qué vemos estrellas diferentes en momentos diferentes para explicar lo que se muestra en el artefacto y lo que podría estar en la pieza faltante.
Modelado de la materia: La mayor exposición de la mayoría de las personas a los cambios físicos y químicos, al menos aquellos cambios que son fácilmente discernibles, es a través de los alimentos y la cocina. Como casi todo lo demás, los alimentos se componen principalmente de mezclas, y la cocina es el lugar donde separamos, disolvemos, enfriamos, calentamos, batimos, emulsionamos y transformamos aún más los alimentos para obtener un resultado deseado. Si bien la experimentación con alimentos y su transformación ha sucedido desde el comienzo de los humanos, solo en el último siglo aproximadamente los científicos de alimentos han trabajado para aplicar principios científicos para comprender mejor los alimentos. Los científicos de alimentos trabajan para garantizar que los alimentos que comemos sean seguros, asequibles, sabrosos y convenientes. En esta unidad, los estudiantes asumen el papel de científicos de alimentos que trabajan en un laboratorio para una gran empresa de producción de alimentos. Participan en dos investigaciones, una para identificar un colorante alimentario potencialmente peligroso en una mezcla y la otra para crear un aderezo para ensaladas de buen sabor y visualmente atractivo que no se separe en capas y no contenga sedimentos. Ambas investigaciones ofrecen a los estudiantes la oportunidad de profundizar en la comprensión de la naturaleza particulada de la materia y aplicarla para explicar los fenómenos a escala macroscópica (la escala observable). Los estudiantes participan en experiencias prácticas en las que observan fenómenos y luego usan dos aplicaciones para investigar esos fenómenos a escala nanométrica (el nivel molecular): la herramienta de diagramación de materia de modelado, que permite a los estudiantes crear modelos de lo que creen que podría estar sucediendo a escala nanométrica; y la simulación de materia de modelado, un modelo dinámico que permite a los estudiantes explorar lo que sucede cuando se mezclan diferentes tipos de partículas, hacer y probar sus predicciones y reunir evidencia para respaldar su comprensión emergente. Al finalizar la unidad, los estudiantes comprenderán que existe una conexión entre las propiedades observables de los materiales y las propiedades de las moléculas que los componen. Los estudiantes también podrán explicar una variedad de cosas que pueden suceder cuando se mezclan dos sustancias, tanto a escala observable como a escala nanométrica.
El sistema terrestre: La escasez de agua afecta actualmente a aproximadamente una quinta parte de la población mundial, y la cantidad de personas que enfrentan escasez de agua está aumentando. A pesar del gran problema que representa la escasez de agua, muchos estudiantes carecen de conocimientos sobre la distribución del agua, los factores naturales que determinan la disponibilidad de agua y cómo las personas afectan el suministro de agua. En el papel de ingenieros de recursos hídricos, los estudiantes investigan qué hace que East Ferris, una ciudad en un lado de la ficticia Isla Ferris, sea propensa a la escasez de agua, mientras que una ciudad en el otro lado no lo es. Investigar qué determina la cantidad de agua disponible para el uso humano lleva a los estudiantes a explorar cómo interactúan las partes del sistema terrestre. Los estudiantes usan libros, investigaciones prácticas y la herramienta de simulación y modelado del sistema terrestre para descubrir cómo se distribuye el agua dentro de la hidrosfera, cómo se mueve el agua entre la hidrosfera y la atmósfera para provocar lluvia, cómo la geosfera puede interactuar con la hidrosfera y la atmósfera para crear patrones de lluvia, y cómo las formas de vida en la biosfera dependen de la hidrosfera. Los estudiantes usan su comprensión de cómo interactúan las partes del sistema terrestre para explicar por qué un lado de la isla Ferris está experimentando una escasez de agua.
Restauración de ecosistemas: Una parte del ecosistema de la selva tropical de Costa Rica está fallando. Hace muchos años, se talaron los árboles y la tierra se dedicó al pastoreo de ganado. Desde entonces, el ganado se fue y se replantaron árboles en la tierra. Sin embargo, los organismos en esta área de la selva tropical (jaguares, perezosos y árboles cecropia) no parecen ser numerosos ni saludables. ¿Por qué?
En esta unidad, los estudiantes asumen el papel de ecologistas para investigar esta cuestión y determinar qué se puede hacer para devolver el ecosistema a su estado saludable original. Como ecologistas que trabajan con Natural Resources Rescue, una organización dedicada a proteger los frágiles ecosistemas de la Tierra, los estudiantes trabajan para explicar el fenómeno del ancla: los jaguares, los perezosos y los árboles cecropia en una sección reforestada de una selva tropical de Costa Rica no están creciendo ni prosperando. Para comprender qué está causando el problema, los estudiantes exploran lo que significa crecer y cómo los seres vivos obtienen la materia y la energía que necesitan para crecer.
Los estudiantes investigan animales, plantas y descomponedores en tres capítulos sucesivos. A lo largo de la unidad, los estudiantes participan en argumentaciones científicas orales y escritas sobre la fuente del problema en el ecosistema en decadencia. También tienen la oportunidad de escribir y revisar un Plan de Restauración de la Selva Tropical en el que explican, en sus propias palabras, por qué el ecosistema está fallando y respaldan sus argumentos utilizando evidencia. Al final de la unidad, los estudiantes presentan sus planes de restauración finales.