Siempre se ha hablado
de la importancia del enfoque experimental en la enseñanza y aprendizaje de la
Física y la Química, o al menos de hacer de la experimentación en el aula un
complemento necesario para el desarrollo de los contenidos de esta asignatura.
Muchos son los profesores que, convencidos de ello, se han empeñado en llevar este
aspecto a su práctica diaria en el aula, pese a contar con un cúmulo de
dificultades añadidas como el tiempo extra de dedicación que requiere la
realización de estas actividades, la disposición de materiales y espacios
adecuados o la limitación del horario lectivo para realizarlas.
Pero el resultado
siempre merece la pena. Con los experimentos en vivo y en directo se consigue
que las clases sean más interesantes y divertidas, se favorece la participación
de los alumnos y se mejora el aprendizaje significativo de los contenidos, pero
sobre todo se refuerza la idea de que las ciencias experimentales, como la
Física y la Química, van precisamente de observar y explicar lo que lo que
sucede realmente en la naturaleza. Ese es su objetivo y a la vez el camino para
avanzar en su conocimiento.
Existen infinidad de
recursos para integrar la experimentación a la actividad del aula de Física y
Química. Los simuladores, laboratorios virtuales, videos y otros recursos TIC,
son sin duda muy útiles y cómodos de utilizar, no ensucian y todo sale siempre
como es de esperar. En este campo hay prácticamente de todo, pero recurrir
únicamente a estos materiales nos privará de la magia de poder ver y manipular
los fenómenos naturales sucediendo en directo ante nuestros ojos.
Luego está la buena
costumbre de acudir al laboratorio para hacer “prácticas” o mostrar
experiencias que requieran una logística especial. Las sesiones prácticas en el
laboratorio son necesarias, pero no basta. Es difícil llevar a todos los
alumnos de un grupo a la vez, o
programar prácticas con una cierta frecuencia, y normalmente estas
prácticas quedan desligadas en el espacio y en el tiempo, del desarrollo del
currículo que se hace día a día en el aula, por no hablar ya de la dificultad
de encajar la práctica a los 45 minutos de la sesión.
¿Cómo acercar
entonces un poco más a los alumnos esta dimensión experimental de la
asignatura, evitando estos problemas? La solución pasa en gran medida por llevar
al aula materiales, experiencias u objetos que conecten con la realidad los
contenidos teóricos que se estén explicando en ese preciso momento. Y también,
cómo no, optimizando la disposición de espacios, materiales y tiempos cuando los
alumnos acudan al laboratorio. De todo esto van los recursos que se comentan a
continuación
Este artículo no es
un ensayo sobre didáctica de las ciencias experimentales. Sólo son algunos
consejos prácticos para integrar más y mejor la experimentación en el aula de
FQ de secundaria. Son recursos que funcionan, o por lo menos, que a mí me han
funcionado. Ponerlos en práctica ha hecho que las clases fueran más amenas,
mejor aprovechadas y mejor conectadas con la realidad del mundo físico y del
entorno cotidiano de los alumnos. Ahí van pues esos consejos.
1.- La manipulación habitual de objetos y modelos
Cuando se está explicando en clase cualquier tema resulta
muy útil tener a mano los objetos de los que se está hablando o bien modelos de
los mismos, para que los alumnos puedan verlos o manipularlos simultáneamente y
así reforzar los estímulos, lo que ameniza la explicación y favorece
enormemente su aprendizaje. Así que parece una buena idea llevar a clase
balanzas, termómetros, probetas para medir objetos mientras se explican
las magnitudes y su medida; dinamómetros, cuerdas y bloques reales que
arrastrar cuando se trata la dinámica; o también recipientes con moles de
diferentes sustancias de distinto aspecto y propiedades cuando se habla de las
sustancias químicas y su composición.
Requiere una mención
aparte el empleo de modelos atómico-moleculares y de redes cristalinas para
estudiar la estructura de la materia y otros temas relacionados como el enlace
químico o incluso la formulación y nomenclatura químicas. Estos modelos de “lo
que no se puede ver” son imprescindibles para entender bien la conexión entre
la teoría atómico-molecular y la materia tal como se presenta realmente ante
nuestros ojos. Es conveniente disponer de cajas de modelos didácticos para
construir moléculas y redes cristalinas, como el de la foto. Pero también
pueden improvisarse con bolas de porexpán, palillos y pegamento, disponibles en
cualquier número y tamaño en cualquier bazar, o mismo con bolitas de plastilina
de colores. Lo importante es que los alumnos estén viendo, tocando y, si es
posible, armando estos modelos mientras se está explicando en clase. Yo particularmente prefiero
los modelos que permiten acoplar directamente unos átomos en
contacto con otros sin que se vean palillos entre ellos, por ofrecer una
imagen más verosímil de las moléculas y especialmente las redes cristalinas,
pues en este último caso las varillas resultan engañosas ya que nos pueden
incitar a creer que representan enlaces entre átomos o iones y que éstos no
están en contacto unos con otros.
2.- Disponer de un espacio bien ordenado con reactivos y
material básico.
Para hacer
experimentos en clase no es necesario contar con uno o dos grandes laboratorios
dotados de abundante y sofisticado material (aunque la verdad es que no viene
nada mal). Si por desgracia el Centro no cuenta con un laboratorio escolar
mínimamente equipado, no debemos renunciar a hacer experiencias en el aula.
Para ello es preciso disponer al menos de un espacio donde poder almacenar el
material imprescindible para que puedan trabajar los alumnos en el aula.
Recipientes de vidrio, aparatos de medida, materiales de mecánica y
electromagnetismo, etc. Lo importante no es que sean caros y sofisticados, sino
que haya suficientes para toda la clase (individualmente o pequeños grupos); que
tenga un fregadero y toma de corriente eléctrica. Habrá que contar también con
un surtido de los reactivos químicos más habituales. Si procuramos que todo
este material esté siempre recogido, limpio y bien ordenado,
ahorraremos mucho tiempo y trabajo en
preparar nuestras experiencias.
3.- “El carrito de llevar al aula”
Como decíamos antes, es una buena idea tener la costumbre
de llevar al aula, casi a diario, materiales y objetos con los que experimentar
y ver de cerca las cosas que se estén explicando en clase en ese momento. Esto
puede hacerlo el profesor a modo de exhibición, o experiencia de cátedra que se
decía antes, pero también hacer que experimenten los alumnos en pequeños grupos
en el momento y sin salir de su aula. Para hacer esto viene muy bien que el
profesor tenga a su disposición un carrito auxiliar (como el de la foto) en el
que pueda llevar fácilmente al aula el material de los experimentos y
demostraciones que haya preparado previamente. Se puede acoplar también al carro algún soporte con varilla, una fuente de calor, una alargadera con
enchufes, un recipiente con agua y otro para vertido, e incluso usarlo para transportar
instrumental más sofisticado como un sistema de recogida y proceso de datos y un
ordenador portátil. La bandeja de arriba puede servir como mesilla desde la que
presentar las experiencias. ¡Ah! y no olvidarse de llevar paños y papel
absorbente, por si acaso.
4.- Presentar experiencias sucediendo en tiempo real con LAO
El empleo de un
dispositivo de laboratorio asistido por ordenador (LAO) es un recurso que
resulta especialmente motivador y que da un valor añadido a la explicación del
tema en el aula, ya que permite mostrar ante toda la clase la realidad del fenómeno
que se está explicando mientras sucede en ese mismo lugar y momento, a la vez
que se generan tablas de datos, gráficos dinámicos, o se induce la ley
matemática que lo describe.
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El dispositivo consta
de una consola de toma de datos, sensores de medida de las magnitudes que se
vayan a analizar y un ordenador portátil con el software necesario para presentar
y analizar los datos tomados por la consola. Todo ello, junto con el recipiente
o montaje donde tiene lugar el experimento, ocupa poco espacio y puede ser
llevado al aula fácilmente montado en un carrito para hacer el experimento
inmediatamente. Si además se conecta el portátil a un videoproyector frente a una
pantalla grande, entonces el resultado es espectacular.
Queda de lujo, por
ejemplo, explicar las leyes del calentamiento y cambio de fase mientras se calienta
hasta hervir el agua de un vaso ante toda la clase y va apareciendo en tiempo
real la curva de la temperatura frente al calor en una gran pantalla; o explicar
la neutralización ácido-base con el profesor realizando una valoración
volumétrica en medio del aula a la vez que en la pantalla se va desarrollando
la gráfica del pH del ácido frente al volumen de base añadido. Esto sólo por
citar dos ejemplos. Hay sensores para todo lo que se nos pueda ocurrir:
temperatura, presión, luminosidad, pH, conductividad, intensidad de campo
magnético, absorbancia, intensidad sonora, velocidad y aceleración,
radioactividad, etc.
Foto: Modelo de dispositivo Data Harvest de Easysense con dos sensores de temperatura y
uno de intensidad luminosa en un experimento para relacionar la temperatura
de una habitación con la luz que recibe a través de la ventana y la temperatura
del exterior, cuya evolución con el
tiempo se va registrando en la pantalla del ordenador.
5.- Aparatos de medida y reactivos para todos
Es importante que los
alumnos manejen con frecuencia los aparatos de medida y que se familiaricen con
ellos. Igualmente sería deseable que medir una magnitud cualquiera como un
tiempo, un volumen, las dimensiones de un objeto, un voltaje, una temperatura o
el pH de una disolución no fuese un experimento en sí mismo, sino un
procedimiento habitual (rutinario) para seguir cualquier experiencia, ya sea en
el aula o en el laboratorio. Con la adquisición de estas destrezas
instrumentales los alumnos se podrán centrar mejor en el objetivo de las
experiencias que estén realizando y a la larga se ahorrará tiempo. Veamos los
instrumentos de los que sería recomendable disponer, si no para todos, al menos
para compartir en grupos de no más de cuatro individuos.
5.1. Instrumentos
para medir longitudes, superficies, volúmenes y tiempos:
Reglas milimetradas
de 40 cm y calibres para longitudes y,
indirectamente, superficies y volúmenes regulares. Probetas de plástico
transparente de 100 mL para volúmenes. Los
cronómetros no son necesarios actualmente, pues los alumnos pueden medir
tiempos con sus propios relojes y móviles.
5.2. Instrumentos
para medir masas y fuerzas:
Para hacer pesadas de
forma rápida y sencilla conviene disponer de unas cuantas balanzas digitales
como las de cocina. Con 1000 g y 0,1 g de precisión es suficiente y son
resistentes y muy económicas. Para medir fuerzas en módulo y dirección conviene
disponer de un buen número de dinamómetros de 1, 5 y 10 N.
5.3. Polímetro
digital
El polímetro o
multímetro, para medir voltaje, resistencias e intensidad de corriente
eléctrica continua o alterna, es un dispositivo muy útil tanto para su uso didáctico
como doméstico, que todos los alumnos deberían saber manejar con soltura. Disponer
de un pequeño polímetro digital con las tres funciones básicas para cada tres o
cuatro alumnos sería suficiente.
5.4. Pehachímetro – conductímetro – termómetro
portátil
Este es otro
instrumento que da mucho juego para usar en las prácticas de laboratorio o
llevarlos al aula. Se trata de un medidor de pH de bolsillo que lleva integrado
un medidor de conductividad eléctrica y termómetro para medidas de estas
magnitudes en disolución. Aunque resulta un poco más caro que los instrumentos
anteriores, y su buen uso y mantenimiento es un poco más delicado, es una buena
inversión el disponer de 6 unidades de este
“3 en 1” para que los alumnos de toda una clase los usen en pequeños
grupos. Resulta especialmente útil para experimentar y entender mejor el
comportamiento ácido base, la disociación electrolítica y la estructura y
enlace químico de las sustancias.
5.5. Botes y
frascos individuales de reactivos
Un consejo que es clave para que en los 45 o 50 minutos
escasos que dura una sesión lectiva dé tiempo suficiente para hacer una
experiencia sin que se quede a medio terminar es que cada alumno o pequeño
grupo participante en la misma tenga a su disposición todo el material y reactivos
preparados en su puesto de trabajo en una bandeja, cesta, o en la misma mesa sobre
un papel absorbente. De este modo no se perderá tiempo en ir a buscar estos
materiales, en esperar a que otros terminen de servirse antes o en detectar y
corregir equivocaciones. En este sentido resulta muy práctico disponer de un
buen número de pequeños botes o recipientes donde se presenten,
convenientemente etiquetados, los reactivos que se vayan a utilizar en esa
sesión en el puesto de trabajo de cada uno. A veces incluso puede convenir
presentarlos ya dosificados.
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Algunos
instrumentos que conviene disponer para uso habitual de los alumnos: pequeños
botes y frascos para tener los reactivos listos para utilizar en el momento, polímetro
digital, pehachímetro portátil con conductímetro y termómetro incorporado.
6.- Usar el smartphone como instrumento de medida
En muchos casos es
posible prescindir del uso de sofisticados y a veces demasiado caros aparatos
de laboratorio para hacer medidas en nuestras experiencias de aula. Podemos
recurrir a los móviles o smartphones de que disponen la mayoría de los alumnos
y que están deseando utilizar a la mínima ocasión.
Aparte de la
calculadora y el cronómetro, muy útiles en la mayoría de los experimentos,
existen algunas aplicaciones gratuitas que se pueden descargar en menos de un
minuto y que agrupan una buena colección de dispositivos para medir diferentes
magnitudes. Cito por ejemplo la aplicación Physics
Toolbox, con la que podemos medir de forma instantánea y sencilla, entre
otras cosas, aceleraciones con sus componentes; ángulos y pequeñas longitudes;
intensidades, frecuencias, ondas y espectros de sonidos; intensidades y tonos
luminosos; intensidad y dirección de campos magnéticos, etc.
Algunas experiencias típicas donde resulta especialmente
útil este recurso para manejar todos pueden ser la medida del periodo de un
péndulo y los factores que en él influyen, la exploración del campo magnético
local o en torno a una bobina o imán, la medida de las características
ondulatorias de un sonido, o la medida directa de la aceleración de un cuerpo
que desliza por un plano inclinado.
Foto:
Utilizando el osciloscopio de la app Physics Toolbox en un móvil para
visualizar la onda sonora de una nota pulsada en una guitarra y medir su
periodo y frecuencia.
7.- Observar y experimentar en casa
Hasta ahora hemos
hablado de llevar ocasionalmente al laboratorio a toda la clase para hacer
alguna práctica y de tener la buena costumbre de llevar los materiales al aula
para experimentar ahí mismo, bien como demostración, o bien con la
participación activa de todos. Pero aun queda el recurso a otro escenario muy
valioso para que cada alumno practique los experimentos sugeridos por el
profesor: su entorno familiar, desde la cocina o el baño de su casa hasta el
patio, la calle o el parque donde salen a jugar o a relacionarse con sus
amigos. La cocina es, por ejemplo, un estupendo laboratorio de química donde,
siguiendo las instrucciones del profesor, los alumnos pueden practicar técnicas
de mezcla, separación e identificación de sustancias (filtraciones, cromatografías,
decantaciones) o incluso reacciones químicas de todo tipo. La calle o el patio
puede ser también un buen escenario para experimentos de cinemática y mecánica
en general, o de acústica. En la bibliografía hay muchas sugerencias concretas en
este sentido. Los experimentos en casa tienen la gran ventaja de que no consumen
tiempo lectivo y de favorecer la autonomía e iniciativa del alumno, quien
además debe presentar sus resultados y aprender a exponerlos. Eso sí, es muy
importante que el profesor se preocupe de explicar claramente el objetivo y
procedimiento del experimento y de evaluar y corregir los resultados.
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