Introducción a la química verde mediante el uso de TIC

Esta propuesta fue diseñada por la profesora Paula Isabel Villabrille y el profesor Diego Manuel Ruiz, de La Plata, provincia de Buenos Aires.

Sumario

Se plantea el abordaje de la temática "química verde" mediante el uso de diversas TIC. La búsqueda de información (en fomato miniquest), la aplicación de softwares con diversas aplicaciones (laboratorios visuales, planillas de cálculo, procesadores de texto, herramientas gráficas-visuales) y la realización de trabajos prácticos de laboratorio se utilizan como experiencias que despiertan el interés de los alumnos a la hora de lograr el aprendizaje.

Fundamentación

De acuerdo con Reiser y Gagné (1983), la voz de un docente es un recurso didáctico. Pero más allá de la voz del docente o de recursos didácticos más clásicos, como libros de textos, pizarrones, buretas o pipetas, el docente de química tiene hoy en día un amplio abanico de recursos que puede utilizar en sus clases, muchos de ellos inexistentes hace 30 años.

Jiménez Valverde y Llitjós Viza (2006) realizan una revisión histórica de los recursos didácticos audiovisuales e informáticos en la enseñanza de la Química, caracterizando el período actual (desde 1990 a nuestros días) como el de multimedia e internet. Los sistemas multimedia, flexibles y asociados a la idea de interacción, comenzaron a ser utilizados en la didáctica de la Química, llegándose a hablar incluso de un cambio en la enseñanza de la Química catalizado por la tecnología multimedia (Jones y Smith, 1993). Se estudió incluso el uso conjugado de la tecnología multimedia con el aprendizaje cooperativo (Pence, 1993) con resultados positivos.

Las aplicaciones multimedia en soporte físico corresponden, básicamente, a los CD-ROM y DVD y tienen gran impacto en la didáctica de la Química porque, por primera vez, permiten la simulación de actividades de laboratorio en ordenadores (Clark, 1997) y porque permiten proyectar en las pantallas del aula imágenes y videos de alta calidad sobre diferentes temas de Química (Illman, 1994). La informática posibilita, además de otros recursos genéricos tales como el uso de procesadores de texto u hojas de cálculo, la visualización de estructuras moleculares (Ranck, 1997), el modelaje y simulación de moléculas (Pavia y Wicholas, 1997), la simulación de procesos químicos (Clark, 1997), la visualización de videos sobre Química (Anthony y col., 1998; Smith y Stovall, 1996) o el Laboratorio Asistido por Ordenador - LAO (Steinman, Mase y Calderón, 2005).

Los ambientes de aprendizaje enriquecidos con TIC, Tecnologías de la Información y la Comunicación, cumplen un papel muy importante en la enseñanza de la Química. El uso de recursos computacionales no sólo tiene su efecto positivo sobre la motivación de los alumnos, sino que además posibilita la presentación de simulaciones y la introducción gráfica y animada de algunos conceptos de los cursos básicos de Química.

A continuación se dan algunas razones que justifican la incorporación de este tipo de materiales en un curso básico de Química, proponiendo a la tecnología como facilitadora de diversas maneras:

1) La variedad de tareas que los alumnos pueden realizar en el papel es limitada, mientras que las herramientas computacionales (que pueden incluir hojas de cálculo y programas gráficos) ofrecen una mayor gama de posibilidades.
2) La existencia de programas comerciales (por ejemplo: libros interactivos) con ejercicios planteados a los que el alumno  debe responder con una respuesta. Estos programas ofrecen la posibilidad de contrastar la respuesta del alumno con la correcta brindándole la posibilidad de autoevaluarse.

3) La disponibilidad de programas que incluyen modelos interactivos que, a diferencia de los modelos estáticos, ofrecen un espacio para la exploración.
4) La posibilidad de establecer una relación de interioridad entre el alumno y el contenido. El docente diseña, organiza links, busca páginas, prepara módulos, ofrece orientaciones, pero hay un corrimiento. El docente queda en una relación de exterioridad con respecto al proceso de apropiación del contenido que hace el alumno.
Como fuentes de material didáctico moderno pueden emplearse las decenas de excelentes páginas web que recopilan material de Química general. Entre ellas pueden citarse:

http://www.ilpi.com/genchem/web.html
http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/
http://www.eduteka.org/

Por otra parte, un elemento por tener en cuenta para mejorar el aprendizaje de las ciencias es la motivación que despierta la materia en los alumnos. Durante las clases teórico-prácticas en diversos temas de Química pueden emplearse ejemplos de disciplinas que por su actualidad despierten el interés de los alumnos, como la Química ambiental o el uso de algunas de las reacciones o especies reactivas mencionadas en la currícula para el saneamiento del medio ambiente. 

El impacto ambiental se encuentra entre los temas de actualidad de mayor relevancia en nuestra sociedad, y constituye una las competencias transversales dentro de los diseños curriculares (DGCyE, 1999); la aplicación de temas englobados en el desarrollo sustentable, como lo es la Química verde o sustentable, resulta una herramienta enriquecedora para afianzar nuestro compromiso con la naturaleza, incluso dentro de áreas como la Química aplicada.

Destinatarios

Alumnos de tercer año de nivel Polimodal orientado a Industrias de Procesos (modalidad: Bienes y Servicios).

Objetivos

• Crear conciencia sobre una vía productiva alternativa que tiende al desarrollo sustentable, la Química verde.
• Utilizar los conocimientos adquiridos en el área Inglés como herramienta para llevar a cabo actividades con TIC en otra área Química.
• Desarrollar la capacidad de trabajo en equipo, recurriendo al aprendizaje cooperativo.
• Aplicar diferentes recursos informáticos, como por ejemplo planillas de cálculo, procesadores de texto, navegadores de internet, etc., con el fin de adquirir conocimientos curriculares.
• Contribuir a la innovación pedagógica, enfatizando especialmente los efectos positivos que en las propuestas didácticas puede generar el buen uso de la tecnología disponible.

Actividades

Se propone una serie de acciones a emprender, dividiendo el plan de trabajo en cinco clases.

En una primera clase se prevé desarrollar un diagnóstico sobre ideas previas e intereses cognitivos que los alumnos tienen sobre medio ambiente, desarrollo sustentable y, más específicamente, química verde, aplicando como instrumento metodológico la técnica de dinámica de grupos denominada brainstorming -lluvia de ideas-. Posteriormente, se dedicará la segunda parte de esta clase al abordaje de la química verde, desde el punto de vista de los diferentes postulados que la definen, mediante una miniquest planteada luego de una breve introducción por parte del docente.

En base a los resultados emergentes de la búsqueda se planteará en una segunda clase una actividad disparadora en la que los alumnos deberán analizar distintos ejemplos y confrontarlos con c/u de los postulados hallados. Para ello podrán utilizar una aplicación web (para uso directo on line) sobre química verde (St. Olaf College Green Chemistry Assistant, disponible en http://fusion.stolaf.edu/gca/) o la consulta a diferentes páginas web como Quiored, (http://www.ugr.es/~quiored/qverde/intro.htm) o el Programa Buenos Aires Produce más Limpio - bue p+l (http://www.cts.utn.edu.ar/html/index.htm).

La tercera clase consistirá en la realización de un trabajo práctico de laboratorio que aborda algunos de sus postulados: producción de biodiésel a partir de aceite vegetal. La actividad, de tipo grupal (varios grupos de entre 3 y 5 alumnos), incluye el uso de equipamiento (pehachímetros, termómetros digitales, balanza granataria) con interfases adquisidoras de datos, lo que permite un pasaje directo de la infomación obtenida por registro en los equipos a una planilla de cálculo. Posteriormente los alumnos elaborarán de manera grupal y domiciliaria un informe sobre la experiencia realizada utilizando un procesador de texto con aplicación de programas anexos al mismo para la representación de material de laboratorio (construcción de equipos) como lo es el software Science helper for MS Word. En el mismo deberán indicar qué características "verdes" posee la experiencia realizada.

Con la experiencia adquirida, se pretende en una cuarta clase poner a disposición del alumno, en el entorno virtual, simulaciones experimentales sobre reacciones químicas en las que podrá comparar los diferentes aspectos de una reacción química en un contexto "clásico" respecto de la misma en contexto "verde", utilizando en este caso laboratorios virtuales como los softwares Chem Lab o VlabQ.

La quinta clase consistirá en una puesta en común de carácter autoevaluativo, en donde se analizarán los logros alcanzados en base a:

* cómo sé que voy aprendiendo * qué diferencia hay entre lo que sabía y lo que sé * cómo lo he aprendido * para qué sirve lo aprendido * qué me falta aprender; un análisis crítico de los conceptos surgidos en la actividad inicial de diagnóstico, en función de los saberes adquiridos.

A modo de conclusión se pretende entre todos, como un gran grupo, la creación de una página web con los resultados emergentes del trabajo en el tema de Química verde.

Áreas involucradas

Química, espacios curriculares relacionados y trayectos técnicos profesionales aplicados (por ejemplo: Procesos Productivos Industriales).
Inglés

Recursos materiales

Sala de computación (equipada con varias PC) con conexión a internet.
Software: MS Word, MS Excel, Science helper for MS Word, Chem Lab, VlabQ.
Equipamiento de laboratorio: ampolla de decantación, vasos de precipitado, embudo, probeta, pipetas, pehachímetro, termómetro digital, balanza granataria.
Insumos: aceite vegetal, metanol, hidróxido de sodio.

Recursos humanos

Docentes a cargo (2) y encargados de medios de apoyo técnico-pedagógico en área informática (2) y química (2).

Cronograma y explicitación del tiempo previsto para su desarrollo

• Clase 1: diagnóstico ( 1 h); miniquest ( 2 hs.).
• Clase 2: análisis mediante el uso de aplicaciones web (2 hs.).
• Clase 3: trabajo práctico de laboratorio (3 hs.).*
• Clase 4: comparación y análisis de simulaciones en laboratorios virtuales ( 2 hs.).
• Clase 5: puesta en común, conclusión-autoevaluación ( 3 hs.).

*Se contemplan 2 horas de horario extraclase domiciliario para la realización del informe sobre el trabajo práctico.

Apreciaciones finales

La propuesta se plantea para alumnos del tercer año, visto que son necesarios conocimientos afianzados sobre estequiometría, reactivo limitante, cálculos de rendimientos de reacción; la primera actividad también podría llevarse a cabo en 1er año (Módulo 2: Ensayos químicos y fisicoquímicos) como una introducción al tema.

El uso de simulaciones de laboratorio resulta una ventaja en los casos de difícil acceso a los productos químicos o poca seguridad en la manipulación de los mismos; no se plantea la aplicación de laboratorios virtuales como sustitutos de experiencias que puedan realizarse en el laboratorio real, sino como una actividad paralela y/o complementaria. Se debe tener en cuenta la limitación de  la aplicación de laboratorios virtuales respecto de algunas técnicas y el hecho de tener acceso gratuito sólo a versiones demostrativas (demos), en ciertos casos limitadas en cuanto a sus posibilidades.

Se entiende que todas las innovaciones requieren un cierto tiempo antes de poder ofrecer un resultado educativo óptimo. En este sentido se propone el estudio del impacto de cada nuevo recurso introducido, autoevaluando los resultados alcanzados en cada etapa de la propuesta como retroalimentación para la implementación de la misma.

Bibliografía:

• Anthony, S.; Mernitz, H.; Spencer, B.; Gutwill, J.; Kegley, S. y Molinario, M., “The ChemLinks and ModularCHEM consortia: using active and context-based learning to teach students how chemistry is actually done”, Journal of Chemical Education, 75 (3), 322-324, 1998.
• Clark, R. W. (1997). “A review of Corel¢s ChemLab CD-ROM”. The Chemical Educator [versión electrónica], 2 (1), S1430-4171(97)01110-2. http://dx.doi.org/10.1333/s00897970110a
• Illman, D. L. (1994). Multimedia toos gain favor for chemistry presentation. Chemical & Engineering News, 72 (19), 34-40.
• Jiménez Valverde, G. y Llitjós Viza, A. “Una revisión histórica de los recursos didácticos audiovisuales e informáticos en la enseñanza de la Química”, Revista electrónica de enseñanza de las ciencias, 5 (1), 1-14, 2006.
• Ministerio de Cultura y Educación de la Nación, Dirección General de Cultura y Educación de la Provincia de Buenos Aires, Contenidos Básicos para la Educación Polimodal.
• Jones, L. J. y Smith, S. G., Multimedia technology: a catalyst for change in chemical education. Pure & Applied Chemistry, 65 (2), 245-249, 1993.
• Pavia, D. y Wicholas, M. “From UNIX to PC via X-Windows: molecular modeling for the general chemistry lab”, Journal of Chemical Education, 74 (4), 444, 1997.
• Pence, H. E. “Combining cooperative learning and multimedia in general chemistry”, Education, 11 (3), 375-380, 1993.
• Ranck, J. P. “Visualizacion for chemists”, en: T. J. Zielinki y M. L. Swift (eds.), Using computers in chemistry and chemical education (pp. 227-240). Washington, 1997, American Chemical Society.
• Reiser, R. A. y Gagné, R. M. (1983). Selecting media for instruction. Englewood Cliffs, NJ: Educational Technology.
• Smith, S. y Stovall, “Networked instructional chemistry. Using technology to teach chemistry”, Journal of Chemical Education, 73 (19), 911-915, 1996.
• Steinman, M. C., Mase, L. A. y Calderón, S., Laboratorio de ayer y de hoy, 1er Encuentro Metropolitano de Formadores/as de Docentes, 2005.
• http://www.buenosaires.gov.ar/areas/educacion/docentes/superior/listadoponencias2005.php