Por M.C. Arcadio de la Cruz Rodríguez
acruz@campus.cem.itesm.mx,
I.Q.A. José Antonio Guerra Garcia
aguerra@campus.cem.itesm.mx,
Q.F.B. Eduardo Lazarín Meyer
elazarin@campus.cem.itesm.mx.
División Preparatoria y Dirección de Innovación para la AcademiaDepartamento de Ciencias
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM)
Campus Estado de México
Enero, 2003.

La utilización de un simulador interactivo en el marco del constructivismo en la educación, para promover la protección ambiental, y el desarrollo de habilidades y actitudes en alumnos que cursan química inorgánica.

Sin duda alguna que entre los tantos retos a resolver en este siglo en la educación destacan dos:

1. La necesidad de desarrollar acciones concretas en el ámbito académico para preservar y en lo posible recuperar lo que nos queda de medio ambiente, más allá de la mera exposición en clase de problemas ecológicos y ambientales consecuencia del desarrollo social, industrial y económico, proveyendo a las nuevas generaciones con un espacio y recursos naturales, que les permitan desarrollarse con la dignidad y posibilidades a las que todo ser humano tiene derecho. Lo anterior demanda del docente un cambio de paradigma en el proceso enseñanza-aprendizaje.
2. El otro gran reto es el desarrollo e implementación de estrategias de enseñanza, dirigidas a desarrollar habilidades y actitudes en los estudiantes, con el fin de que adquieran distinciones y competencias que les permitan estar funcionalmente activos en lo profesional en las próximas 5 décadas del nuevo siglo y sean capaces de tomar decisiones que les lleven a resolver genuinamente los problemas de economía, estado y medio ambiente derivados del desarrollo industrial y social de la última parte del siglo XX, lo que demanda del alumno el ejercicio del principio de compartir los recursos y conocimientos de que dispongan, a través de la práctica de aprendizajes colaborativos.

En este artículo se expone una propuesta que incide en ambos problemas, a través de la creación de un simulador, que hemos denominado “Laboratorio Digital Interactivo de química inorgánica”, e implementado en una institución educativa universitaria en su área de nivel medio superior o bachillerato, como una aportación de innovación para la enseñanza de esta materia, y preservación del medio ambiente; se comenta el desarrollo y resultados preliminares de la implementación de esta acción en tres semestres desde 1999.

La propuesta de creación de un laboratorio digital fue desarrollada para resolver una preocupación natural en el ámbito docente cuando se imparte la materia de química, y sistemáticamente se trabaja con alumnos de bachillerato que realizan prácticas una vez por semana, lo que ocasiona que, en la parte experimental se desenvuelvan con dificultad impidiendo el cumplimiento total de los objetivos de las sesiones experimentales, además el buscar mayor seguridad para los estudiantes al realizar experimentos de química, pues es conocido que el trabajar con materiales químicos tiene un riesgo potencial, que si bien es cierto estos riesgos se disminuyen con el conocimiento de técnicas correctas y procedimientos diseñados adecuadamente siempre existe el riesgo de accidentes y en mayor grado cuando se experimenta en laboratorios con número alto de estudiantes (más de 30) por sesión.

Otras variables son la heterogeneidad de los alumnos en cuanto a edades y habilidades motoras, es sabido que en la adolescencia el desarrollo corporal, no se caracteriza por el control, de movimientos finos, y por otro lado los alumnos provienen de instituciones de nivel secundaria donde no han tenido suficiente contacto con el uso adecuado de material de laboratorio y sustancias químicas; estas últimas representan una segunda preocupación pues aún a dosis bajas o en soluciones de concentraciones molares muy diluidas no dejan de representar un peligro para los alumnos y una amenaza para la contaminación ambiental en el momento de la disposición de los desechos de laboratorio donde aún inactivados, por supuesto con otras sustancias químicas, siguen siendo contaminantes para el medio ambiente, además de que sustancias utilizadas en los laboratorios de química orgánica son probadamente nocivas para la salud de quien esta en contacto con ellas durante determinados espacios de tiempo o en determinadas concentraciones.

Con los laboratorios digitales interactivos se logra y con igual importancia, un cuidado y mejoramiento del medio ambiente, al evitar el lanzamiento de desechos químicos a la atmósfera y al drenaje. En este aspecto las escuelas donde se tiene el laboratorio convencional, pueden tener su drenaje destinado para recibir los desechos en una planta de tratamiento de aguas residuales en la misma escuela, con lo cual se evita el contaminar el drenaje de la ciudad, que en la mayoría de los casos tiene también como destino una planta de tratamiento de aguas, pero en este último caso el transporte de los desechos es más largo y por ende peligroso.

El fundamento actitudinal por parte de los alumnos, para el desarrollo del laboratorio digital interactivo, es aportado un aspecto ya natural en los actuales alumnos de bachillerato, su amplia habilidad en simuladores o juegos computarizados debido a que es la generación de la última década del siglo XX que como característica tiene, haber sustituido un gran número de juguetes tradicionales por los videojuegos, en ocasiones estos presentan los juguetes tradicionales, (carros, pistolas, etcétera) en ambientes que emulan un grado alto de realidad a través de programas computacionales, (Carreras de autos, duelos con pistolas etcétera), como se puede inferir, se trata del mismo tipo de juego pero a través de simuladores, cada vez más sofisticados, este tipo de estimulo ambiental genera estudiantes con intereses y perfiles algo distintos al de los estudiantes de la década de los setenta cuando nos iniciamos como docentes.

Los estudiantes de bachillerato demandan ambientes de aprendizaje nuevos esto ayuda a que en la actualidad la tecnología sea usada como una herramienta por ellos para resolver problemas dentro de ambientes con un alto grado de apego a la realidad (Sprague y Dede, 1999).

Por un lado, esto representa una oportunidad para el docente para estimular en el alumno con tecnología educativa, la responsabilidad de aprender por él mismo y transferir su aprendizaje al mundo real, por otro presenta el reto de desarrollar materiales semejantes a los juegos con intereses educativos. Son las teorías constructivistas de la enseñanza, las que aportan más apoyo hoy día para el aprovechamiento de las habilidades que los alumnos ya poseen y su utilización para resolver problemas nuevos, adquiriendo aprendizajes útiles para el futuro, el utilizar métodos que involucren tecnología computacional en el salón de clase (Dede, 1995; Jonassen, 1996), trae ventaja para el docente, pues los estudiantes están más estimulados al aprendizaje utilizando ambientes virtuales. ( Jonassen, 1996).

En la enseñanza de la química además de alumnos y profesores, existe un silencioso pero afectado tercer protagonista, el medio ambiente, sobre el cual, sería necio tratar de negar los efectos sufridos a partir de la disposición de residuos escolares químicos, en México, existen más de 8 millones de estudiantes de nivel secundario y sin conocer el número de prácticas de laboratorio por semana, suponiendo que sólo el 25 % de ellos las efectúa a lo largo de su enseñanza, debe ser considerable el volumen de sustancias químicas utilizadas, en este nivel educativo, el daño ecológico puede ser considerado innocuo, mas habrá que sumar el efecto de los residuos de bachillerato y profesional en las carreras de química en todas sus especialidades en las distintas instituciones educativas del país.

La propuesta de desarrollar un simulador que apoye el desarrollo de habilidades y actitudes en la enseñanza de la química sobre todo en su parte experimental, y que a la vez disminuya con su utilización el impacto ambiental de desechos químicos, y proporcionar a los alumnos de esta naciente década una herramienta de aprendizaje, aprovechando la tecnología en el salón de clase y el gusto en los estudiantes por ella (Norton y Wibur, 1998), nació en un proceso colaborativo entre el departamento de multimedia y profesores de ciencias de la preparatoria de la institución, el proyecto por su diseño y estructura, ha incidido en el desarrollo de habilidades y actitudes, ha disminuido los desechos químicos que aún cuando son reciclados o dispuestos de manera adecuada alcanzan a dañar el medio ambiente, y sin ser el principal foco de su creación, permite proteger la salud de estudiantes, técnicos de laboratorio y profesores, al disminuir el tiempo y la frecuencia de exposición a vapores, solventes y otros productos químicos.

Entre las habilidades que el proyecto busca fomentar destacan, la capacidad de aprender por cuenta propia, la capacidad de análisis, síntesis y evaluación, el pensamiento crítico, la utilización de tecnología informática y de multimedia; en la parte de actitudes y valores los principales son, el desarrollo y ejercicio de la honestidad y el respeto por las personas y la naturaleza. Es por ello, que en 1997 bajo el programa de reingenieria de la práctica docente en las materias de Química Inorgánica y Orgánica, se da origen a la creación del laboratorio digital interactivo para el aprendizaje de los alumnos y la protección del medio ambiente.

El Laboratorio Digital Interactivo (LDI) de Química Inorgánica, surge entonces, como respuesta natural a la propuesta de un modelo de aprender la química a través del uso de una plataforma tecnológica de avanzada y técnicas de aprendizajes colaborativo y basado en la solución de problemas, ya que por un lado se plantea el aprendizaje teórico con utilización de sistemas computacionales, y tecnología de Internet, con alta interactividad, y por el otro, en la parte experiencial, nos manteníamos a la zaga con un modelo de laboratorio tradicional que de entrada no tiene congruencia con la propuesta de descubrir el conocimiento.

Otra realidad que es fundamento para proponer el uso de laboratorios digitales, es el daño creciente que existe en el medio ambiente por el manejo inadecuado de los residuos químicos escolares, además del bajo conocimiento de alumnos y algunos profesores del grado de daño a la salud humana y ambiental, que algunas sustancias producen; ejemplo de ello son los gases de óxidos de nitrógeno, producto no deseado de algunas reacciones químicas necesarias en la enseñanza e incluso, el efecto carcinogénico que producen sustancias como el benceno y algunos de sus derivados como el fenol[1], y para los que existen normas internacionales que no se observan comúnmente en los laboratorios escolares de nuestro país, muestra de que estos desechos no son innocuos es que en los Estados Unidos y países de Europa la disposición de desechos químicos escolares es motivo de regulaciones estatales y federales[2].

Una justificación más, es la propuesta de utilizar simuladores de laboratorios que le permiten al alumno vivir la experiencia de utilizar sustancias de toxicidad conocida, de uso común en el laboratorio de química experimental, dentro de un ambiente protegido, donde la seguridad y la preservación de la salud humana son fundamentales, ya que se presentan escenarios de aprendizaje donde es necesario que el alumno resuelva situaciones semejantes a las de una experiencia real, lo que lo prepara para desenvolverse exitosamente en un laboratorio físico con la consecuente adquisición de aprendizajes significativos; debido a que se le demanda la solución de problemas académicos independientes de la práctica propuesta, y relacionados con procesos cognoscitivos, adquiriendo aprendizajes en un marco de aproximación constructivista (Dede, 1995) y en un ambiente colaborativo.

Una última justificación, es que además de fomentar habilidades y actitudes en los alumnos, y la disminución de desechos contaminantes sobre el medio ambiente se proporciona al alumno la experiencia de realizar prácticas que estarían por fuera de las posibilidades materiales de alguna institución por la utilización de dispositivos de laboratorio sofisticados y de alto costo como son, centrifuga, medidor de PH, fotocolorímetro, rejillas de difracción, espectroscopio, tubo de rayos catódicos, entre otros materiales modernos que están disponibles en el Laboratorio Digital Interactivo, al tiempo que ellos observan los cambios que ocurren molecularmente mientras la reacción se esta efectuando, integrando la teoría directamente con la práctica mientras desarrolla aprendizajes que puede transferir a casos de la vida real (Hughes 1998).

La propuesta permite a las instituciones la posibilidad de mantenerse a la vanguardia en la parte experimental sin detrimento del presupuesto, y eso sí participando con acciones concretas para cuidar el medio ambiente y la salud de los estudiantes y profesores.

Objetivo general:

Compartir con instituciones educativas interesadas, la experiencia adquirida en la promoción del cuidado ambiental y la práctica de habilidades y actitudes en alumnos, que deben trabajar en laboratorios químicos escolares utilizando laboratorios digitales interactivos.

Objetivos particulares:

Realizando experimentos de química inorgánica de manera simulada en una computadora personal y resolviendo problemas previos a la práctica:

• Promover en los estudiantes la habilidad de aprender por cuenta propia y la aplicación de la capacidad de análisis, síntesis y evaluación, a través de la solución de problemas propuestos en los laboratorios digitales y el uso de la tecnología.

• Utilizando los laboratorios digitales y la estrategia de aprendizaje basado en problemas, fomentar el pensamiento crítico, a través de los problemas semejantes a los de experiencias reales.

• Favorecer en los alumnos, la adquisición de técnicas de aprendizaje, con la posibilidad de transferir estas a otras materias científicas o no. Promover en el estudiante, la comprensión de mecanismos de reacción química, la motivación e interés en experimentos de química tanto simulados como reales, al conocer a fondo las explicaciones científicas del comportamiento de la materia, aprovechando su gusto por juegos interactivos.

• Realizar experimentos químicos en simulador, sin la necesidad de adquirir equipo y materiales químicos costosos, peligrosos o difíciles de conseguir o almacenar.

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