MR Rapid

Esta propuesta fue diseñada por el profesor Héctor Jorge Fernández Dunne (pmonica@speedy.com.ar), de Ciudad Autónoma de Buenos Aires.

Sumario

En todo cálculo estequiométrico es indispensable calcular las masas moleculares de las sustancias químicas involucradas en la reacción, y dicho cálculo es uno de los más tediosos de la química. Se deben buscar, uno a uno, los elementos químicos en la Tabla Periódica (recordemos que los/as alumnos/as no los ubican rápidamente), anotar la masa atómica de cada uno y luego sumar con calculadora estas masas hasta totalizar los átomos que conforman la molécula. Esto se debe repetir para cada sustancia.

La tarea se simplificaría si contamos con un programa de cálculo.

Este proyecto se refiere al diseño y construcción de una Tabla Periódica con una función incorporada para llevar a cabo los cálculos de masas moleculares.

Fundamentación

La forma en que la sociedad asimila las tecnologías es integrándolas a sus quehaceres cotidianos. La electricidad, un ejemplo claro de ello, fue integrándose en el hogar y en el ámbito laboral de todos nosotros, logrando una difusión total, a tal punto que nos es difícil imaginar nuestra vida sin ella. Con la electrónica ha ocurrido algo similar, se ha integrado prácticamente a todos las tareas de la sociedad. Existen varias tecnologías eléctricas y electrónicas según sus aplicaciones. La transmisión de corriente eléctrica produce luz, calor, movimiento, etc. Con la electrónica producimos audio, video, transmisión y recepción de ondas.

Las tecnologías mencionadas tienen en común el flujo de cargas eléctricas, pero podemos extrapolar a otros fluidos, como el flujo de la información, ya sea de palabras, de caracteres, de sonidos o de imágenes. Este fluido circula por cables y por ondas transportadoras, y los codificadores y decodificadores permiten transformarlo en pulsos eléctricos. Toda esta información debe ser procesada, transmitida y registrada. El conjunto de procedimientos para crear, procesar, transmitir y registrar la información constituye las tecnologías de la información y la comunicación, es decir las TIC.

La sociedad está informatizada, o tiende a la informatización cuando el recurso de la informática es aplicable, en prácticamente todas las actividades que se desarrollan en su seno. Esto implica una decisiva influencia sobre las propias acciones humanas y sobre actividades y aptitudes que conforman la vida de los seres humanos.

En su incesante camino hacia la manipulación de los conocimientos, la tecnología está proveyendo los llamados “sistemas expertos”, producto del desarrollo de la metodología de la inteligencia artificial. Estos sistemas son una suerte de sintetizadores del conocimiento acumulado y elaborado por los expertos del mundo, puestos a disposición de todos los que deban adquirir conocimientos y crear nuevos a partir de los primeros, actuando como ayudantes del razonamiento y como consultores de la toma de decisiones. La existencia de estos sistemas expertos induce a adquirir una nueva actitud: saber explotar los conocimientos almacenados en ellos, además de adquirir nuevos conocimientos por los medios convencionales de la lectura de libros y de revistas que realiza cada usuario en forma individual. Saber explotar los conocimientos de los sistemas expertos en forma interactiva implica aprender el manejo de los sistemas de tratamiento de conocimientos, enriqueciendo los clásicos sistemas de tratamiento de datos. Es decir, evoluciona en el sentido de adquirir el conocimiento ya integrado por miles de expertos, en lugar de integrarlo personalmente.

¿Es posible desarrollar un sistema experto al nivel de la escuela media? Desde luego que no, pero sí está dentro de las posibilidades de los/as alumnos/as el crear un programa que facilite ciertos cálculos químicos y para el cual deban aplicar conocimientos ya adquiridos previamente. Se puede con ello sintetizar una serie de aprendizajes de diversas áreas -Química, Física, Matemática, Informática- y que puede ser puesto a disposición de los demás. A través de este trabajo se pretende que los/as alumnos/as se conviertan, por un momento, en los expertos capaces de desarrollar una herramienta de trabajo utilizando los conocimientos aprendidos.

Destinatarios

El presente trabajo ha sido elaborado de acuerdo con la currícula del primer curso de Química del Nivel Medio.

Dependiendo del diseño curricular del establecimiento, este primer curso puede estar incluido en segundo, tercer o cuarto año. Puede ser puesto en práctica tanto en Química como en Fisicoquímica, ya que los conocimientos previos de Informática y de Matemática que los/as alumnos/as deben manejar son básicos.

Objetivos

Un objetivo esencial que se propone con este trabajo es el de promover la renovación de la estrategia de la enseñanza de las ciencias en las escuelas y a nivel individual con apoyo de los medios informáticos. Como consecuencia, el/la alumno/a resulta un participante activo, que adquiere capacidades y espíritu crítico, y resuelve problemas.
Además de dicho objetivo básico, lo que se busca es:

Lograr que el/la alumno/a:

Participe activamente en su propio aprendizaje, produciendo un cambio de actitud de lo receptivo y estático a lo dinámico e interactivo.
Utilice medios informáticos para la obtención de algoritmos y resultados numéricos variados.
Incorpore la metodología científica, o sea la búsqueda de una solución en donde se ha planteado el modelo correspondiente al fenómeno en estudio.
Enfoque de manera transdiciplinaria algunos problemas reales.
Reconozca a la Matemática y a la Informática como herramientas indispensables para la resolución de problemas en las ciencias de la naturaleza.
Diseñe una Tabla Periódica de los Elementos Químicos con las herramientas aportadas por un software informático.
Comprenda la conveniencia de operar con celdas de una plantilla electrónica en lugar de operar con números directamente.
Aplique un método de cálculo de masas moleculares que facilite la operatoria mediante el uso de una planilla de cálculo electrónica.
Emplee los medios que le brinda el software para representar gráficamente e interpretar las correlaciones entre distintos parámetros de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos.

Actividades

Para llevar a cabo las actividades de este proyecto se requiere de ciertas capacidades previas en el alumnado. Estas se corresponden con un desarrollo aproximado de mitad de ciclo lectivo de la currícula del nivel al cual el proyecto está dirigido.

Las capacidades previas pueden distinguirse, de acuerdo con el área del conocimiento, en químicas e informáticas.

Capacidades referidas al área de Química:

Estructura atómica.
Tabla Periódica de los Elementos Químicos.
Masa atómica y masa molecular.
Concepto de mol.

Capacidades referidas al área de Informática:

Planilla electrónica de cálculo (p. e.: Excel, de Microsoft).
Procesador de textos (p. e.: Word, Microsoft).

Las actividades son:

Navegar en internet con el propósito de encontrar sitios que cuenten con tablas periódicas interactivas, y poder aprovechar ideas de ellas.
Diseñar una Tabla Periódica de los Elementos Químicos con una planilla de cálculo, de tal manera que la casilla de cada elemento esté conformada por dos celdas verticales. La celda superior, para identificar al elemento, por ejemplo nombre, símbolo químico y/o número atómico. La celda inferior, para ubicar la masa atómica, sin unidad y con el número de cifras decimales que se acuerde en el grupo (o a decisión del docente).

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12,01

Numerar grupos y períodos de la Tabla.
Dar formato a las celdas teniendo especial cuidado en: bordes (para delimitar correctamente a cada elemento químico) y colores (para diferenciar entre metales, no metales y gases nobles).
Elaborar, discutir y analizar diferentes maneras de generar una función que permita calcular las masas moleculares de cualquier sustancia -conociendo su fórmula mínima o molecular- sólo con cliquear las celdas de las masas atómicas de los distintos elementos que la componen.
Escribir un texto con las instrucciones de uso de la Tabla Periódica para el cálculo de las masas moleculares, pensando en las personas que harán uso de ella.
Ponerle nombre al programa diseñado.
Resolver ejercicios de cálculo de masas moleculares. Hacerlo de manera habitual, con Tabla Periódica de papel, calculadora y lápiz; y en una segunda oportunidad con la Tabla Periódica diseñada en planilla electrónica. Comparar los tiempos empleados y usar este dato para el informe final del proyecto.
Realizar gráficos con los datos de las masas atómicas para diferentes grupos y períodos de la Tabla Periódica. Buscar correlatividades ente los distintos gráficos.
Elaborar un informe final en el cual consten los sitios de internet visitados, las dificultades que encontraron en el diseño de la Tabla Periódica y cómo las resolvieron, la comparación entre los tiempos empleados en el cálculo de masas moleculares con y sin la Tabla Periódica electrónica y las conclusiones finales del proyecto.

Áreas involucradas

Química: a través de los conceptos desarrollados en estructura atómica, Tabla Periódica de los Elementos, propiedades periódicas, masa atómica y molecular, sustancia simple y compuesta.
Tecnología de la Información y la Comunicación: a través del uso y aplicación de software, de la búsqueda por internet y de la presentación del proyecto.
Matemática: a través de la aplicación de contenidos tales como ecuaciones y representación gráfica, con su correspondiente análisis de función.

Recursos materiales

Los requerimientos materiales para este proyecto están contemplados en muchas de las instituciones educativas de nuestro país.

Se necesita de una sala de computación con un número de máquinas por alumno que puede ser el mismo con el cual se trabaja en el área de Informática. Como ya sabemos, el ideal de un alumno por computadora es difícil de alcanzar pero, asimismo, no debemos descartar la significatividad que produce el intercambio de ideas con uno o dos compañeros del grupo de tareas.

El software aplicado en el proyecto es de uso corriente en todas las escuelas; por ejemplo Excel y Word, de Microsoft.

Recursos humanos

Alcanza con un profesor/a de Química y otro/a de Informática. El primero para guiar en los contenidos específicos de Química y el segundo para aportar ideas en el diseño y desarrollo informático de la Tabla Periódica.

Cronograma

La elección del momento de inicio del proyecto está supeditada al desarrollo de las capacidades previas arriba mencionadas. En mi opinión se puede iniciar el proyecto en la segunda mitad del ciclo lectivo, con el curso de Química I o de Fisicoquímica.

Primera semana: búsqueda en internet y observación de tablas periódicas interactivas.
Segunda semana: diseño de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos en la plantilla electrónica.
Tercera semana: asignación de formatos, elaboración de la función de cálculo, prueba de funcionamiento y escritura de las instrucciones de uso.
Cuarta semana: resolución de ejercicios de cálculo y de representación gráfica. Elaboración del informe final. Autoevaluación del proyecto.

El proyecto puede desarrollarse en las horas cátedra de Química, visitando la sala de informática. En este caso convendría que la escuela cuente con un ayudante de Informática, como apoyatura al docente no específico. También pueden emplearse horas cátedra de Informática si el/la docente participa del proyecto. Lógicamente, en este último caso se acortará el tiempo de desarrollo y se mejorarán aquellos aprendizajes específicos de Informática.

Apreciaciones finales

El proyecto de realización de una Tabla Periódica interactiva para el cálculo de las masas moleculares es de corto plazo, pero con gran proyección hacia el futuro. Esta Tabla Periódica puede seguir ampliándose con otros proyectos, con otros cursos y con otros alumnos, a lo largo de los años. Algunos desarrollos posteriores pueden ser:

Agregar hipervínculos a cada elemento químico para incorporar datos del mismo como historia del descubrimiento, biografía del descubridor, abundancia en la Tierra, distribución isotópica, estados de oxidación, usos cotidianos, comerciales y/o industriales.
Incorporar tablas con propiedades periódicas como radios atómicos, volúmenes atómicos, electronegatividad, afinidad electrónica, energía de ionización, etc.
Tabular propiedades físicas de los elementos químicos tales como densidad, temperatura de ebullición y de fusión.

Al mismo tiempo que se amplían las aplicaciones de la Tabla Periódica también se incorporan otras áreas al proyecto:

Inglés: con la traducción de biografías y otros datos obtenidos en internet, ya que muchas de las páginas están escritas en ese idioma.
Estadística: con gráficos de datos de abundancia de los elementos químicos en la corteza terrestre, en la atmósfera y en el mar.
Economía: con estudios sobre minería, países productores e importancia económica y geopolítica de los elementos químicos estratégicos, como por ejemplo el coltan (niobio – tantalio), indispensable en la fabricación de celulares, que se encuentra sólo en países de África con gran inestabilidad política.
Física: con el estudio de propiedades físicas de los elementos químicos.
Historia: con la elaboración de líneas de tiempo con los descubrimientos de los elementos químicos, los desarrollos científicos que hicieron posibles esos descubrimientos y hechos históricos claves.
Geografía: ubicación geográfica de los principales yacimientos.