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Introducción
Las licenciaturas en Bioquímica (LBioq), en Biología (LBiol), en Biología Humana (LBiolH) y en Recursos Naturales (LRN) de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República en Uruguay poseen en su primer año, en el segundo cuatrimestre de sus mallas curriculares, el primer curso de Química orgánica. En este curso, que tiene una duración de 16 semanas, se introducen los principales grupos funcionales de Química orgánica, exponiendo sus procedimientos de preparación, sus propiedades fisicoquímicas y su dependencia con la estructura estereoelectrónica.
El contenido curricular, tradicionalmente, se presenta en 2 clases teóricas semanales que se complementan con una clase semanal de ejercicios de aplicación de los conceptos desarrollados en el teórico. Ambas instancias son expositivas, donde el docente responsable de las mismas presenta en 2 h, con ayuda de pizarra y presentaciones electrónicas, la temática de cada clase. El curso se complementa con un importante número de libros de consulta (http://organica.fcien.edu.uy/) y además está apoyado con material preparado por los docentes, administrado a través del Entorno Virtual de Aprendizaje de nuestra Universidad (http://eva.universidad.edu.uy/), espacio gestionado con la herramienta de software Libre Moodle (http://moodle.org/).
El curso de Química orgánica, en el contexto de la Facultad de Ciencias, tiene las siguientes características: i) es un curso masivo, con un promedio de 100 estudiantes por cada docente; ii) en muchos casos es considerado por los estudiantes, especialmente los estudiantes de LBiol y LBiolH, un mero requerimiento crediticio más que una instancia de formación y aprendizaje; iii) temporalmente coincide con otras asignaturas de alta exigencia académica, a saber, Física, Matemática, Biología y Química analítica. Por estos motivos, en cada edición los docentes hemos intentado incorporar "atractivos" que faciliten la instancia enseñanza-aprendizaje. Las aproximaciones didáctico-pedagógicas abordadas han estado orientadas mayormente hacia la mejor comprensión de ciertos temas de la asignatura, estereoquímica orgánica (Boiani et al., 2004; Buccino et al., 2005; Buccino et al., 2008) y hacia la evaluación continua como forma de asegurar el seguimiento de la asignatura durante las 16 semanas curriculares (Lavaggi, Czerwonogora, González y Cerecetto, 2011). Sin embargo, ciertos contenidos temáticos siguen siendo un escollo en el proceso del aprendizaje significativo de la asignatura. Así, ha sido evidenciado por los docentes del curso, y de asignaturas posteriores de los diferentes planes de estudios, que no existe transferencia del aprendizaje en temas tales como: 1) interacciones intermoleculares y su relación con la solubilidad; 2) reactividad y su uso para el reconocimiento de grupos funcionales; y 3) propiedades ácido-base de compuestos orgánicos.
Por otro lado, otro tema coyuntural de los estudiantes de las LBioq, LBiol, LBiolH y LRN de nuestra Institución es que durante el primer año curricular no realizan, o lo hacen mínimamente, trabajo en laboratorios químicos. Por ejemplo, en la LBioq durante el primer año los estudiantes cursan 9 asignaturas, a saber: Química general, Física I, Matemática I, Introducción a la biología, Química orgánica I, Química analítica, Física II, Laboratorio de física y matemática II, de las cuales únicamente Química analítica les aporta una aproximación al laboratorio químico. Por tal motivo, se evidencian en los estudiantes falencias en el trabajo experimental y en el manejo en el laboratorio durante el segundo año de las distintas licenciaturas, cuando los estudiantes se enfrentan a asignaturas como Laboratorio de bioquímica, Laboratorio de fisicoquímica biológica, Laboratorio de enzimología, o el propio Laboratorio de química orgánica.
Al aunar ambas situaciones, la necesidad de complementar y fortalecer la instancia de adquisición de conocimientos y la de acercar al estudiante a un laboratorio químico durante el primer año de licenciatura, decidimos implementar seminarios experimentales de Química orgánica (seQO) en nuestro primer curso teórico de la asignatura. Para que los mismos fuesen de aplicación a un curso masivo, se pensó en una serie de actividades que fuesen atractivas, sencillas y reproducibles por estudiantes inexpertos. Además, dado que este curso de Química orgánica se dicta en un contexto particular, en una malla curricular de 2 licenciaturas de ciencias de la vida, se decidió que los experimentos de los seQO tuviesen ciertos contenidos en temas de bioorgánica.
Desarrollo
Puesta a punto de los seminarios experimentales de Química orgánica
Como primera etapa, se propusieron más de 20 experimentos diferentes para ser aplicados como actividades de los seQO (Vogel, 1970; Shriner et al., 1987; Pavia, Lampman, Kriz y Engel, 1999). Estos experimentos fueron evaluados en diferentes aspectos para seleccionar los mejores de cada seminario. Así se estudió: 1) El tiempo necesario para llevar a cabo cada actividad, eligiendo un tiempo máximo de ejecución para cada experimento de 15 min; 2) La reproducibilidad de cada experimento, considerando una práctica reproducible aquella que condujese al mismo resultado al menos 3 veces sin ambigüedad de interpretación; 3) El nivel de dificultad experimental y teórica de cada actividad, intentando por un lado un acompañamiento conceptual con el contenido teórico de la asignatura (Wade, 2011; Bruice, 2008), y por otro, un incremento en la dificultad de manipulación experimental con el avance de los seminarios; 4) La minimización del impacto ambiental y la maximización de la seguridad individual y grupal en el laboratorio, intentando encontrar procesos y reactivos ambientalmente amigables y de mínima peligrosidad. De esta forma resultaron 13 ejercicios prácticos que cumplen con la mayoría de los 4 puntos indicados anteriormente (tabla 1).
Tabla 1 Lista de actividades seleccionadas para ser realizadas en los seQO y los aspectos teóricos asociados a las mismas
| Ejercicio práctico | Temática teórica involucrada |
|---|---|
| 1- Estudios de la miscibilidad de los líquidos orgánicos n- hexano, tolueno, 1-hexanol y etanol con agua | Interacciones intermoleculares (interacciones de van der Waals, interacciones por enlace de hidrógeno, interacciones polares) |
| 2- Solubilidades de colesterol y de sacarosa en distintos disolventes orgánicos (n- hexano, tolueno y 1-hexanol) y agua | |
| 3- Extracción de clorofila y β-caroteno a partir de material vegetal (espinaca y zanahoria) | |
| 4- Estudio de la decoloración de una disolución de Br2/CCl4 por aceite de oliva y por grasa vacuna | Reactividad de alquenos |
| 5- Reacción de fenol y de ácido benzoico con Br2/FeCl3. Comparación con la reacción entre aceite de oliva y Br2/CCl4 | Reactividad de compuestos aromáticos |
| 6- Reacción de etanol y de t -butanol con HCl (c) | Sustitución nucleofílica en alcoholes |
| 7- Reacción de etanol, isopropanol o t -butanol con CrO3/H2SO4 | Oxidación de alcoholes |
| 8- Ensayo de Tollens para glucosa | Reacciones de reconocimiento de aldehídos y cetonas |
| 9- Ensayo de Brady (2,4-dinitrofenilhidrazina) para 4-metil-2-pentanona y para formaldehído | |
| 10- Ensayo de iodoformo (I2/KI, NaOH) para acetona | |
| 11- Reacción de etanol y de ácido acético con disolución acuosa saturada de NaHCO3 | Propiedades ácido-base de compuestos orgánicos |
| 12- Solubilidad de β-naftol en disolución acuosa saturada de NaHCO3, en disolución acuosa diluida de NaOH y en agua | |
| 13- Solubilidad de cafeína en disolución acuosa diluida de HCl y en agua |
Carga horaria y distribución interna y en el cuatrimestre de los seminarios experimentales de Química orgánica
De acuerdo a los ejercicios prácticos seleccionados (tabla 1) se planteó realizar durante el cuatrimestre un número total de 4 seQO con una duración de 2 h cada uno y distribuidos equidistantemente a lo largo de las 16 semanas de clases según se indica en la tabla 2. Durante las 2 h de cada seQO la planificación de la clase dependió del contenido del seminario y fue realizada según se muestra en la tabla 3. En los seQO 2 y seQO 4, de la quinta y decimocuarta semanas del cuatrimestre, respectivamente, se realizaron pequeñas pruebas experimentales individuales y calificables del contenido temático de los 2 seQO precedentes (tabla 2 y tabla 3). En estas pruebas (ver ejemplos en fig. 1) se le entregaba a cada estudiante uno o 2 tubos con un compuesto desconocido que debía ser identificado por un ensayo simple, en general por una reacción de coloración o un proceso de solubilización.
Tabla 3 Diagramación de los seQO
a Además incluye una expectativa sobre seguridad en el laboratorio de química orgánica
Figura 1 Ejemplos de pruebas experimentales de los seQO. En la prueba de los seQO 1 y 2 (a) se pretende que el estudiante reconozca el líquido contenido en el tubo (D) por pruebas de solubilidad (disolventes disponibles: n-hexano, etanol y agua), mientras que para los tubos (E) y (F) se pretende que el estudiante realice el ensayo de decoloración de disolución de Br2/CCl4. En la prueba de los seQO 3 y 4 (b) se pretende que el alumno identifique cada compuesto, contenidos en los tubos (A) y (B), realizando pruebas de solubilidad con disolución acuosa saturada de NaHCO3 (observación desprendimiento de CO2) o reacciones con reactivo de Brady (2,4-dinitrofenilhidracina) (observando la aparición de precipitado amarillo/naranja de la hidrazona).
Otras características de los seminarios experimentales de Química orgánica
La asistencia a los seQO no fue obligatoria. Un total de 6 horarios diferentes de seQO estuvieron disponibles para que los estudiantes pudiesen inscribirse. Los horarios fueron organizados de tal forma que, en promedio, 16 estudiantes trabajaron en un laboratorio atendidos por un docente (fig. 2 a y b). Los docentes tuvieron un papel fundamental, no solo en las explicativas iniciales de la clase, sino especialmente como guías de los estudiantes en cada uno de los experimentos y para actuar como moderadores en las discusiones grupales al finalizar cada uno de los experimentos (tabla 3) (fig. 2c y d).
Figura 2 Estudiantes realizando experimentos en mesa de trabajo (a) o en campana de extracción (b). Participación de los docentes: guiando el análisis de los experimentos (c) o moderando una discusión de resultados (d).
La semana previa a cada seQO fueron facilitados a los estudiantes, en el aula virtual de nuestro curso (http://eva.universidad.edu.uy/), los protocolos de los experimentos a desarrollar durante el seminario. Estos protocolos fueron, además, acompañados por un breve resumen del marco teórico de la propuesta. (Ver ejemplo del protocolo correspondiente al Seminario experimental 4 en la sección Anexo ).
Resultados
La propuesta de seQO se ha llevado a cabo en 3 generaciones consecutivas, años 2011-2013, de estudiantes de las LBioq, LBiol, LBiolH y LRN de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República en Uruguay, cursando aproximadamente 600 estudiantes, con total éxito en cuanto a su ejecución y desarrollo, aceptación estudiantil y resultados en cuanto a las mejoras en el aprendizaje de la asignatura. Para conocer la aceptación estudiantil se realizó una encuesta de opinión y en cuanto al aprendizaje significativo fue analizado comparando los resultados estudiantiles en las preguntas específicas, de las temáticas de los seQO y de las pruebas teóricas del curso.
Satisfacción estudiantil
Para cumplir con esta etapa, al finalizar el curso se habilitó en el aula virtual de nuestro curso (http://eva.universidad.edu.uy/) una encuesta, utilizando la herramienta Moodle disponible para tal fin. Esta consulta, que fue anónima y obligatoria para la totalidad de la población estudiantil, contó con preguntas cerradas y preguntas abiertas (fig. 3 a). Casi la mitad (el 46%) de los estudiantes al comienzo de los seQO no habían realizado trabajos experimentales en Química orgánica (fig. 3 b), mientras que el 66% de los estudiantes que ya habían realizado laboratorios de este tipo, lo habían hecho trabajando en grupo; siendo solamente el 10% de los estudiantes los que habían realizado trabajo experimental individual en Química orgánica, o sea tan solo un 5.4% del total de la población estudiantil poseían una historia previa en las propuestas de los seQO.
Figura 3 Encuesta según la visualiza el estudiante en-línea, mostrando preguntas cerradas y abiertas (a); antecedentes de los estudiantes en el trabajo en laboratorios de Química orgánica (rojo: sin antecedentes; azul: con antecedentes), dentro de los estudiantes con antecedentes el 66% ha trabajado en grupos y tan solo el 10% en forma individual (b); cerca del 96% de los estudiantes asistieron a 3 o más seQO (c); opinión sobre el material escrito para llevar a cabo los seQO: fundamentos teóricos (d) y protocolos experimentales (e).
Respecto a los seQO, el 87% de los estudiantes realizó la totalidad de los seminarios (4), y el 96% realizó 3 o más (fig. 3 c). En referencia al material de estudio para estos laboratorios, casi el 96% de ellos consideró que el mismo fue entre "muy adecuado" y "adecuado" (fig. 3 d), mientras que el 96% de los estudiantes calificó los protocolos experimentales (guías utilizadas durante el horario del laboratorio) entre "muy adecuadas" y "adecuadas" (fig. 3 e).
En cuanto a la adquisición de conocimientos, solamente el 10.7% de los estudiantes (fig. 4 a) consideró que los seQO no le permitieron adquirir alguna destreza en el trabajo en el laboratorio. Si bien, por el tipo de experimentos que fueron propuestos en los seQO, este no era el principal objetivo de las actividades, fue importante que el 89.3% de los estudiantes considerasen que habían adquirido destrezas en el laboratorio ya que esto es la base de la generación de confianza en el desarrollo de trabajos experimentales futuros. Por otro lado, solamente el 2.8% (fig. 4 b) de los alumnos consideraron que los seQO no le fueron útiles para fijar los conceptos desarrollados en las clases teóricas, considerando el 85.4% de los estudiantes que los mismos les fueron provechosos.
Figura 4 El 89.3% de los estudiantes estuvieron de acuerdo o parcialmente de acuerdo en que los seQO les brindaron destrezas en el trabajo en el laboratorio (a), mientras que el 97.2% consideraron que les permitieron fijar los conceptos desarrollados en las clases teóricas (b).
Por otro lado, se les dejó a los estudiantes espacios de respuestas abiertas a las siguientes propuestas: "Indique las principales ventajas de los seQO" e "Indique las principales desventajas de los seQO" (tabla 4). Las respuestas a esta última pregunta han servido de insumo en los años siguientes para realizar ajustes al desarrollo y logística del curso (ver notas a pie de tabla 4).
Tabla 4 Ejemplos (generación 2011, primera generación de desarrollo de la propuesta de seQO) de respuestas a las preguntas abiertas
a Este tipo de comentarios ha llevado a que actualmente se estudie la adecuación crediticia de la asignatura en las distintas licenciaturas.
b Este tipo de comentarios ha llevado a que se esté estudiando la implementación, en el año 2014, de al menos 2 seQO más en el cuatrimestre.
c Este tipo de comentarios ha llevado a una mejor planificación, en los cursos 2012 y 2013, de los temas dictados en los teóricos y practicos de ejercicios, de tal forma que en la semana previa al seQO ya estuviese explicado el tema en cuestión.
d Este tipo de comentarios llevó, en los cursos 2012 y 2013, a un aumento dela relación docente/estudiante.
Mejora en el aprendizaje de la asignatura
Como forma de conocer si los estudiantes mejoraron el aprendizaje en aquellos temas propios de los seQO se compararon los resultados obtenidos, en las 2 pruebas parciales que se realizan en el cuatrimestre, en las preguntas que involucraban dichos temas (fig. 5). Para las generaciones previas a la aplicación de los seQO, el 35% de los estudiantes contestaban correctamente las preguntas en cuestión, sin embargo a partir de la implementación de los seminarios este porcentaje se duplicó (70% de respuestas correctas en la generación 2013).
Figura 5 Ejemplos de preguntas, en las 2 pruebas parciales del cuatrimestre, que involucran conceptos de los seQO. En (a) preguntas del año 2010, donde no se aplicaban seQO; en (b) preguntas del año 2013, donde se estaban aplicando los seQO.
Adicionalmente, en las pruebas parciales de los años en los que se realizaron los seQO los enunciados de los problemas relacionados con los mismos pudieron ser, gráficamente, más próximos a la realidad (ver ejemplos del año 2010 y 2013 en la fig. 5), ya que el estudiante ha estado en contacto con experimentos de laboratorio y por ende las propuestas pudieron ser más explicativas con imágenes que el estudiante es capaz de entender.
Discusión y conclusiones
En este momento los docentes de química plantean sobre sus prácticas docentes aspectos alejados del trabajo experimental por parte del estudiante, como: i) que es costoso enseñar química y por ende la disciplina debe ser inventada por los profesores para beneficio del discípulo (Izquierdo Aymerich, 2004); ii) el método expositivo del docente es el preferido para afectar la transferencia de conocimientos hacia los estudiantes y los trabajos prácticos pueden tener bajo impacto en la comprensión de ciertos aspectos químicos (Thompson y Soyibo, 2002); iii) para favorecer el aprendizaje significativo y mejorar la motivación estudiantil hacia la disciplina se debe hacer uso de las (tecnologías de la información y de la comunicación y los entornos virtuales de aprendizaje (Giordan y Gois, 2009).
Sin embargo, no son menores las corrientes que apoyan y promueven, aún hoy en día, el uso de prácticas docentes relacionadas con trabajos de laboratorio. En estas actividades de aprendizaje se interactúa con modelos, materiales y equipamientos con el objeto de entender la teoría involucrada en dichos procesos (Hodson, 1994; Hofstein y Lunetta, 2004). Estas prácticas han tenido diferentes características, desde el aprendizaje por observación, pasando por la observación-inferencia-predicción, o llegando al enfoque experimental-investigativo (Toplis y Allen, 2012).
En esta línea de pensamiento hemos implementado en nuestro primer curso de Química orgánica, un curso históricamente con contenido estrictamente teórico, una serie de seminarios experimentales económicos, sencillos y atractivos. Los principales objetivos de la realización de estos seminarios fueron alcanzar un fin cognitivo y un fin afectivo (Wellington, 1998). Según la opinión estudiantil y los resultados en el aprendizaje el fin cognitivo parece haber sido alcanzado, logrando fijar los conocimientos teóricos previamente adquiridos y clarificándolos. Por la asistencia estudiantil y las opiniones de los estudiantes en las preguntas abiertas el fin afectivo también parece haber sido alcanzado, logrando motivar y promover el entusiasmo del alumnado hacia la actividad y por ende hacia la disciplina.
