El proyecto The ChemCollective del Department of Chemistry de la la Carnegie Mellon University (Pittsburgh, Pennsylvania, Estados Unidos) incluye un conjunto de recursos en línea para la enseñanza y el aprendizaje de la química. Uno de los más interesantes instrumentos que ofrece la página son los laboratorios virtuales, que permiten realizar experiencias simuladas en el laboratorio. Además, ahora el laboratorio virtual está ya en versión HTML5, con lo que se evita instalar y activar la máquina virtual Java.
Imagen 1. Web de ChemCollective
Finalidad del material o recurso y destinatarios
ChemCollective contiene una colección de laboratorios virtuales, actividades de aprendizaje basadas en situaciones, tutoriales y pruebas de concepto. ChemCollective está organizado por los doctores David Yaron (Universidad Carnegie Mellon) y Ryan Dwyer (Universidad de Mount Union). Se puede acceder a la versión en español en: Laboratorio virtual: almacén de laboratorio virtual predeterminado. La colección de problemas disponibles aparece en el menú Fichero/Cargar tareas…
En el desarrollo del actual currículo de la LOMLOE tanto en la etapa de secundaria obligatoria como de bachillerato, la enseñanza competencial de todas las materias y en este caso concreto de la química está directamente relacionada con la resolución de problemas del mundo real. Este enfoque se basa en desarrollar competencias clave, que permiten al alumnado aplicar los conocimientos adquiridos en situaciones prácticas y significativas. Este enfoque competencial implica:
- Relacionar los conceptos químicos con situaciones cotidianas, como la alimentación, el medioambiente, la salud o la industria.
- Desarrollar la capacidad de indagación científica, formulando hipótesis y experimentando.
- Fomentar el pensamiento crítico para tomar decisiones informadas sobre temas como contaminación, consumo energético o sostenibilidad.
- Utilizar herramientas tecnológicas y matemáticas para interpretar datos y modelizar fenómenos.
- Aplicación de conceptos a problemas reales.
- Uso de la estequiometria en cálculos de consumo energético o producción industrial.
- Relación de la termoquímica con los combustibles y la eficiencia energética.
- Aplicación de la cinética química en fármacos o reacciones industriales.
- Fomento del pensamiento crítico y toma de decisiones.
- Evaluación del impacto ambiental de la industria química (plásticos, contaminación, cambio climático).
- Análisis de la seguridad de productos químicos en el hogar y su correcta manipulación.
- Trabajo experimental y tecnología
- Uso de sensores, espectrofotometría o cromatografía en prácticas de laboratorio.
- Diseño de experimentos para comprobar teorías y analizar resultados con herramientas digitales
Este enfoque favorece un aprendizaje más profundo en que el alumnado no solo memoriza conceptos, sino que los usa para resolver problemas del mundo real, lo cual lo prepara mejor para su vida personal y profesional.
En ocasiones los conceptos de química suelen ser difíciles de vincular con el mundo real. La química en secundaria se ha centrado hasta ahora en un conjunto concreto de tipos de problemas que se han consolidado en libros de texto y exámenes estándar, y cuando se enseñan fuera de contextos que demuestran su utilidad o establecen conexiones con ideas fundamentales de la ciencia, pueden parecer un conjunto de trucos o fórmulas inconexas.
En la web de ChemCollective se pueden encontrar actividades en línea para la enseñanza de química general que involucran a los estudiantes en actividades de resolución de problemas más auténticas que las que se encuentran en la mayoría de los libros de texto. El objetivo es crear actividades que permitan a los estudiantes aplicar sus conocimientos de química de modo similar a las de quienes se dedican profesionalmente a la química. La hipótesis principal es que se obtiene una mejor comprensión conceptual si los cálculos algebraicos se complementan con el diseño e interpretación de experimentos. Esto se logra mediante el laboratorio virtual de ChemCollective, que permite al alumnado diseñar y ejecutar sus propios experimentos mientras observan representaciones de la química que van más allá de lo posible en un laboratorio físico. El objetivo no es reemplazar, ni siquiera emular, el laboratorio físico, sino complementar la resolución de problemas de los libros de texto conectando conceptos abstractos con experimentos y aplicaciones prácticas.
Imagen 2. Laboratorio virtual
En el laboratorio virtual, el panel de la izquierda es un almacén personalizable de reactivos químicos, que puede incluir reactivos comunes o materiales ficticios que tienen propiedades especificadas para el trabajo. El espacio de trabajo intermedio proporciona un área para realizar experimentos. El panel derecho proporciona múltiples representaciones del contenido de la solución seleccionada, como la temperatura y el pH, y una lista de especies químicas con cantidades expresadas en moles, gramos o concentraciones molares. Estas cantidades son clave, pues este panel proporciona un vínculo explícito entre los cálculos a lápiz del curso tradicional y los experimentos químicos que el estudiante realiza en el banco de trabajo.
El laboratorio virtual facilita nuevas formas de resolución de problemas. Pongamos por ejemplo cómo se suele enseñar el concepto de reactivos limitantes en una reacción química. La práctica de un estudiante con este concepto generalmente se centra en el aprendizaje de un procedimiento de cálculos estándar para predecir la cantidad final de reactivos químicos, dadas las cantidades iniciales. La actividad de laboratorio virtual «Reacción desconocida» ofrece una práctica diferente. Se dan al alumnado cuatro sustancias químicas desconocidas (A, B, C y D) y se le pide que diseñe y lleve a cabo experimentos para determinar las reacciones entre ellos.
También permite desarrollar situaciones de problemas; en la tecla superior Archivo y Cargar tareas, aparece una serie de problemas y tareas diferentes (imagen 3).
Imagen 3. Tareas
Además del laboratorio virtual, la ChemCollective ofrece muchos otros recursos, como puede verse en la columna izquierda de la imagen 4. Los recursos están categorizados por tema, pero también por tipo. Merecen especial atención para la enseñanza competencial de esta etapa las actividades basadas en escenarios.
Imagen 4. Categorización de los recursos
Las actividades basadas en situaciones desafían a los estudiantes a aplicar sus conocimientos de química en situaciones reales y de juego. Estas actividades resaltan la utilidad de los conceptos de química. Cada tema se desarrolla en situaciones diferentes:
Estequiometría
El mol, la molaridad y la densidad
Una actividad en clase en la que el alumnado utiliza cálculos de masa molar, el método científico y conocimientos básicos de reacciones químicas para resolver un misterio de asesinato.
Termoquímica
Química de misión crítica
Los estudiantes utilizan la estequiometría y la termoquímica para diseñar un nuevo combustible para una misión a Marte. En esta actividad, trabajan en equipos utilizando el laboratorio virtual para caracterizar un nuevo conjunto de oxidantes y reductores.
Cinética
Cinética fenomenológica
Ozono: una actividad basada en escenarios en cinética
La clase se sirve de la cinética para interpretar datos experimentales sin procesar y determinar el mecanismo de destrucción del ozono.
Química analítica/técnicas de laboratorio
Espectroscopia UV/Vis
Análisis cualitativo y cuantitativo de colorantes alimentarios
Un tutorial interactivo para determinar la cantidad de colorantes presentes en una mezcla de bebida en polvo con el fin de examinar la acusación de que el fabricante está excediendo la cantidad permitida de colorantes alimentarios artificiales.
Adecuación y valoración del material
Como se ve por los temas y las actividades por escenarios, esta web está más centrada en bachillerato que en secundaria obligatoria. En todo caso, es un recurso muy didáctico y fácil de utilizar, excelente para la formación en química, que ofrece una experiencia práctica y accesible que puede enriquecer el aprendizaje de los estudiantes de bachillerato, ya que les permite realizar experimentos virtuales, lo que hace aprender sea más dinámico y atractivo. Pueden manipular sustancias y observar reacciones sin los riesgos asociados a un laboratorio físico y disponen de una amplia gama de simulaciones y recursos que pueden complementar el aprendizaje en el aula. Esto es especialmente valioso en escuelas donde los laboratorios físicos pueden tener limitaciones. Los estudiantes pueden desarrollar habilidades prácticas y de pensamiento crítico al diseñar sus propios experimentos y analizar resultados, lo que es fundamental en la formación científica. Además el recurso ofrece flexibilidad, ya que al tratarse de un entorno virtual, los estudiantes pueden acceder al laboratorio en cualquier momento y desde cualquier lugar, lo que les permite aprender a su propio ritmo.
Orientaciones sobre el posible uso
Este tipo de plataforma permite experimentar con simulaciones que reproducen situaciones del mundo real, lo que les ayuda a adquirir habilidades prácticas y de resolución de problemas. Además, fomenta el aprendizaje autónomo, ya que los estudiantes pueden explorar a su propio ritmo y realizar experimentos que tal vez no serían posibles en un laboratorio físico debido a limitaciones de recursos o seguridad. En los laboratorios virtuales, los estudiantes tienen actividades para configurar el equipo práctico. El banco de trabajo, fácil de usar, permite realizar muchos protocolos. La principal ventaja del laboratorio virtual es que los estudiantes pueden elegir el equipo que desean usar y solo obtendrán una respuesta correcta una vez que el experimento esté configurado correctamente.
Los tutoriales y simulaciones permiten a los estudiantes poner en práctica lo aprendido. Ofrecen retroalimentación automática si responden incorrectamente a las preguntas y ofrecen sugerencias para ayudarles a progresar en su aprendizaje.
Otra ventaja es que el laboratorio virtual puede adaptarse a diferentes niveles de conocimiento, lo que lo hace accesible para una amplia gama de estudiantes. También promueve el trabajo colaborativo, ya que los alumnos pueden compartir sus hallazgos y discutir sus enfoques con sus compañeros y compañeras.
Ahora bien, aunque este sitio web puede ser muy útil para enseñar habilidades prácticas, si decide incorporar estas actividades a sus clases, es muy importante guiar al alumnado, no se debe dejar a los estudiantes sin orientación adicional.
Estas actividades auténticas pueden mejorar el aprendizaje y contribuir a incorporar la esencia de la ciencia en las clases de química.
M. Elvira González Aguado
