Educació Química

EduQ

Societat Catalana de Química - Filial de l’Institut d’Estudis Catalans

«Monogràfic

Any Internacional de la Química 2011»

Aprendre competències fent pràctiques de química

Actividades prácticas en el contexto de las bebidas y competencia científica

Ángel Blanco López i Luis F. Garrido Jiménez

Engaging students for meaningful chemistry learning through Microcomputer-based Laboratory (MBL) inquiry

Maija Katariina Aksela

L’aigua, sempre aigua? Una proposta indagativa per al Global Experiment de l’AIQ 2011

Mercè Izquierdo Aymerich, Beatriz Cantero Riveros i Montserrat Tortosa Moreno

Educació Química EduQ

Juny 2011, número 9

Consell editor

Editors

Fina Guitart, INS Jaume Balmes, Barcelona/CESIRE-CDEC

Aureli Caamaño, INS Barcelona Congrés, Barcelona

Editors associats

Mercè Izquierdo, Universitat Autònoma de Barcelona

Montserrat Tortosa, INS Ferran Casablancas, Sabadell

Col·laboradors de seccions

Josep Corominas, Escola Pia, Sitges

Pere Grapí, INS Joan Oliver, Sabadell

Èric Jover, Universitat de Barcelona

Claudi Mans, Universitat de Barcelona

Àngel Messeguer, Consell Superior d’Investigacions

Científiques (CSIC)

Antoni Planas, Institut Químic de Sarrià, Universitat

Ramon Llull

Neus Sanmartí, Universitat Autònoma de Barcelona

Rosa M. Tarin, educació primària, CESIRE-CDEC

Consell assessor

Antoni Alcázar, INS Serrat i Bonastre, Barcelona

Ramón Canela, Universitat de Lleida

Carles Furió, Universitat de València

Andoni Gárritz, UNAM, Mèxic

Marcelo Giordan, Universidad de São Paulo, Brasil

Carme González, Universitat de Barcelona

Roser Gorchs, Universitat Politècnica de Catalunya

Gisela Hernández, UNAM, Mèxic

Manuela Hidalgo, Universitat de Girona

María Jesús Martín-Díaz, IES Tres Cantos, Madrid

Isabel Martins, Universidad de Aveiro, Portugal

Conxita Mayós, Departament d’Ensenyament, Barcelona

Magda Medir, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona

Rosa M. Melià, INS Infanta Isabel, Barcelona

Eduardo Mortimer, Universidad Federal Minas Gerais, Brasil

José Maria Oliva, Revista Eureka, Cadis

María Fátima Paixão, Instituto Politécnico, Castelo Branco, Portugal

Teresa Pigrau, educació primària, CESIRE-CDEC

Teresa Prieto, Universidad de Málaga

Tura Puigvert, INS Alexandre Satorras, Mataró Mario Quintanilla, Pontifícia Universidad Católica de Chile

Andrés Raviolo, Universidad de Bariloche, Argentina

Imma Ros, Col·legi de Llicenciats de Catalunya, Barcelona

Núria Ruiz, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona

Marta Segura, Escola Pia Diputació, Barcelona

Miquel Solà, Universitat de Girona

Societat Catalana de Química (SCQ) http://scq.iec.cat/scq/index.html

President: Romà Tauler filial de l’

Institut d'Estudis Catalans (IEC) Barcelona. Catalunya. Espanya

Impressió: Gráficas Rey ISSN: 2013-1755

D. L.: B-35770-2008

ÍNDEX

Formació del professorat

Predecir, observar, explicar e indagar: estrategias efectivas en el aprendizaje de las ciencias

Gisela Hernández Millán y Norma Mónica López Villa

Innovació a l’aula

Actividades prácticas en el contexto de las bebidas y competencia científica .

Ángel Blanco López y Luis F. Garrido Jiménez

Estratègies i recursos didàctics

Portal educatiu NANOYOU

Judith Linacero Blanco, Álvaro Mata Chavarria i Rosina Malagrida Escalas

Noves tecnologies

Engaging students for meaningful chemistry learning through Microcomputer-based Laboratory (MBL) inquiry30

Maija Katariina Aksela

Treball pràctic al laboratori

Química dels gasos a petita escala. «Química talla S» . . .38

Josep Corominas Viñas

Treball pràctic al laboratori

Unes quantes demostracions de química espectaculars i útils

Maurice Cosandey

Treball pràctic al laboratori

L’aigua, sempre aigua? Una proposta indagativa per al Global Experiment de l’AIQ 2011

Mercè Izquierdo Aymerich,Beatriz Cantero Riveros i Montserrat Tortosa Moreno

Ressenyes de llibres

Notícies

Imatge de portada: Coberta del llibre Els elements. Una exploració visual de tots els àtoms coneguts de l’Univers, de Theodore Gray. Fotografies de Theodore Gray i Nick Mann. Institut d’Estudis Catalans,Publicacions Universitat de València i Servei de Publicacions de la Universitat Autònoma de Barcelona. Barcelona i València, 2011.

Editorial

Any Internacional de la Química. Aprendre competències fent pràctiques de química

El segon monogràfic de la revista Educació Química EduQ en l’Any Internacional de la Química s’ha dedicat al treball pràctic en química. Les pràctiques acostumen a motivar l’alumnat i al professorat li agrada mostrar el vessant pràctic de la química al laboratori. En general, tant els professors com els alumnes estan d’acord en el fet que les classes al laboratori són més interessants. Així,doncs,les pràctiques motiven i la motivació és un pas fonamental per a l’aprenentatge, però això sol no és suficient:hem d’aconseguir treure la màxima potencialitat a l’ús del laboratori.

Estudis actuals sobre didàctica de la química ens diuen que encara es realitzenmolts treballs pràcticsde caràcter tancat, que es presenten a l’alumnat com un seguit d’instruccions, sense donar-li l’oportunitat d’entendrel’objectiu de l’activitat pràctica ni de participar a trobarel procediment que cal seguir per portar-la a terme.

En aquest número es presenten articles relacionats amb el treball pràctic experimental a les seccions «Innovació a l’aula», «Estratègies i recursos didàctics», «Noves tecnologies»i «Treball pràctic al laboratori».Es mostren alguns treballs pràctics de caràcter indagatiu en els quals els participants es formulen preguntes, desenvolupen procediments de resolució dels problemes plantejats, els porten a terme, avaluen els resultats i treuen conclusions. La realització d’aquests treballs ajuda a l’aprenentatge de la competència científica que els pot servir per a la seva vida, per continuar aprenent activament i per aportar idees i solucions creatives als problemes i reptes que se’ls presentaran.

En el primer article, «Predecir, observar, explicar e indagar: estrategias efectivas en el aprendizaje de las ciencias», les professores Gisela Hernándezi Norma Mónica López, de la Universitat Nacional Autònoma de Mèxic, mostren com cal formar el professorat en l’ús d’estratègies eficaces a les classes de ciències per treballar competències utilitzant productes quotidians. En el treball «Actividades prácticas en el contexto de las bebidas y competencia científica», els professors malaguenys Ángel Blanco i Luis F. Garrido descriuen diversos tipus d’activitats pràctiques dissenyades en el context de les begudes,en concret, sobre l’elaboració de vi, alhora que analitzen la seva contribució al desenvolupament de la competència científica en l’educació secundària obligatòria.

L’article de Judith Linacero, Álvaro Mata i Rosina Malagrida, del Parc Científic de Barcelona, que porta per títol «Portal educatiu NANOYOU»,ens introdueix a la diversitat de la tipologia dels materials didàctics que es troben publicats en aquest portal (http://www.nanoyou.eu),en concret, a una de les activitats experimentals: l’anàlisi de les propietats dels nanomaterials en funció del seu grau d’hidrofobicitat.

El treball de Maija Katariina Aksela, «Engaging students for meaningful chemistry learning through Microcomputer-based Laboratory (MBL) inquiry», presenta els resultats obtinguts per aquesta professora finlandesa, actualment directora de la Unitat d’Educació del Professorat de Química a la Universitat de Hèlsinki, referents a l’ús de sensors a les classes de química per part d’estudiants de secundària.

Josep Corominas,en l’article «Química dels gasos a petita escala. “Química talla S”»,ens proposa demostracions de química amb gasos en les quals s’utilitzen muntatges amb materials casolans i petites quantitats de reactius. El seu treball ens mostra com es poden fer aquestes demostracions a l’aula i els resultats obtinguts pels estudiants.

A l’article «Unes quantes demostracions de química espectaculars i útils», el professor Maurice Cosandey presenta experiències pràctiques de química que ha utilitzat a les seves classes com a professor de secundària d’alumnes suïssos de disset i divuit anys. Es proposa als alumnes la descripció i interpretació de les experiències observades, i en ocasions, fer càlculs en relació amb l’estequiometria de la reacció.

El treball «L’aigua, sempre aigua? Una proposta indagativa per al Global Experiment de l’AIQ 2011», escrit per Mercè Izquierdo, Beatriz Cantero i Montserrat Tortosa, presenta el taller de química del Campus Ítaca per a alumnes de 3r d’ESO que es va fer l’any 2011 a la Universitat Autònoma de Barcelona,amb motiu de l’Any Internacional de la Química. En aquesta proposta,els alumnes treballen de manera indagativa i col·laborativa,alhora que realitzen les activitats del Global Experiment i envien els resultats a la base de dades internacional d’aquest projecte.

La portada d’aquest número monogràfic reprodueix la del llibre Els elements,de Theodore Gray, del qual inclou una àmplia ressenya. Traduït al català per la doctora Pilar GonzálezDuarte, aquesta obra constitueix una excel·lent contribució de l’Institut d’Estudis Catalans a la celebració de l’Any Internacional de la Química.

Els membres del Consell Editorial hem preparat aquest número de la revista amb el desig que gaudiu d’una lectura interessant i que us pugui ajudar i animar a portar a les aules propostes noves com les que us presentem.

Aureli Caamaño, Fina Guitart i Montserrat Tortosa Consell Editorial d’EduQ

Predecir, observar, explicar e indagar: estrategias efectivas en el aprendizaje de las ciencias

Predir, observar, explicar i indagar: estratègies efectives en l’aprenentatge de les ciències

Predict, observe, explain and explore: effective strategies in science learning

Gisela Hernández Millán y Norma Mónica López Villa / Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química Departamento de Química Inorgánica y Nuclear

resumen

Generalmente, los trabajos prácticos no forman parte de las estrategias didácticas de los profesores mexicanos de ciencias en el nivel de secundaria debido, entre otros factores, a la infraestructura escolar con la que cuentan. Para fomentar la incorporación de este tipo de actividades, se desarrollaron cuatro experimentos con materiales de fácil adquisición, utilizando las metodologías POE y por indagación. Además del aprendizaje de conceptos, se propició el desarrollo de habilidades fundamentales en ciencias.

palabras clave

Secundaria, experimentos, indagación, POE, química, formación de profesorado.

resum

Generalment, els treballs pràctics no formen part de les estratègies didàctiques dels professors mexicans de ciències en el nivell de secundària a causa, entre altres factors, de la infraestructura escolar amb la qual compten. Per fomentar la incorporació d’aquest tipus d’activitats, es van desenvolupar quatre experiments amb materials de fàcil adquisició, utilitzant les metodologies POE i per indagació. A més de l’aprenentatge de conceptes, es va propiciar el desenvolupament d’habilitats fonamentals en ciències.

paraules clau

Secundària, experiments, indagació, POE, química, formació de professorat.

abstract

Generally, practical work is not included as part of the teaching strategies of Mexican science teachers at secondary school level due to, among other factors, the school infrastructure. To promote the incorporation of this type of activity, we developed four experiments with materials of easy acquisition, using POE and inquiry methodologies. In addition to the learning of the concepts, this proposal allowed the development of fundamental skills in science.

keywords

Secondary, experiments, inquiry, POE, chemistry, teacher’s training.

Introducción

Predecir, observar y explicar (POE) es una estrategia de enseñanza que permite conocer qué tanto comprenden los alumnos sobre un tema al ponerlos ante tres tareas específicas: primero,el alumno debe predecir los resultados de algún experimento que se le presenta o que él mismo realiza, a la vez que debe justificar su predicción; después, debeobservar lo que sucede y registrar sus observaciones detalladamente, y, finalmente, debeexplicar el fenómeno observado y reconciliar cualquier conflicto entre su predicción y sus observaciones.

Esta metodología no es reciente,ya que Champagne, Kopler y Anderson (1980) la propusieron en 1979 para investigar el pensamiento de estudiantes de primer año de Física de la Universidad de Pittsburg. Se la conoció con las siglas DOE (demostrar, observar y explicar) y,posteriormente,Gunstone y White (1981) transformaron la idea de DOE en POE.

Gunstone (1992) menciona que este enfoque ha tenido éxito al promover el cambio conceptual en física. Sin embargo, White y Gunstone consideran que los estudiantes con frecuencia interpretan sus resultados experimentales de manera que sean consecuentes con sus predicciones iniciales.

Por su parte, Hofstein et al. (2004) proponen los trabajos prácticos como actividades por indagación, a través de las cuales se fomenta el desarrollo de habilidades de aprendizaje como la identificación de supuestos, el uso del pensamiento lógico y crítico y la consideración de explicaciones alternativas.Estos autores proponen una etapa inicial llamada preindagación, en que los alumnos observan un experimento o bien lo realizan siguiendo un protocolo tipo «receta de cocina», pero cuyos resultados son lo suficientemente interesantes como

A través de los cursos, hemos tenido la oportunidad de constatar que la realización de trabajos prácticos bajo los enfoques por indagación y POE fomenta el desarrollo de algunas de las habilidades necesarias para aprender ciencia y, a la vez, aprender cómo se genera el conocimiento científico

para que surjan algunas preguntasque pueden ser contestadas realizando un trabajo experimental(ahora sí,por indagación). En una segunda fase llamada indagación, los estudiantes formulan hipótesis relacionadas con la pregunta que quieren contestar, diseñan un experimento para contestar dicha pregunta y,finalmente,analizan si se comprobó o no su hipótesis.

A través de los cursos que hemos impartido tanto a alumnos de los primeros semestres de la Facultad de Química como a profesores de ciencias de nivel básico, hemos tenido la oportunidad de constatar que la realización de trabajos prácticos bajo los enfoques por indagación y POE fomenta el desarrollo de algunas de las habilidades necesarias para aprender ciencia y,a la vez,aprender cómo se genera el conocimiento científico, todo ello en el marco de la ciencia escolar. Además, al compartir con los profesores de ciencias esta manera de realizar experimentos en el aula, se ha fomentado la realización de pequeños proyectos escolares en que los trabajos prácticos están vinculados a problemáticas locales como la reforestación, el reciclaje de basuras o las campañas de nutrición para niños y adolescentes.

A continuación describimos las estrategias de enseñanza y los experimentos realizados bajo estas propuestas, los cuales,al ser sencillos y de rápida realización,nos permitieron dedicar más tiempo a la comunicación, a la discusión y al análisis de losresultados. Las actividades experimentales 1 y 2 se tra-

bajaron de acuerdo con la propuesta de Hofstein;la 3 y la 4,utilizando el enfoque POE.

Actividad experimental 1: «Un desayuno metálico»

Esta actividad se realizó con profesores de secundaria en el marco de un curso de actualización. El objetivo fue mostrarles una metodología de trabajo experimental para que posteriormente ellos mismos propusieran una actividad que realizarían sus estudiantes de manera similar.

A cada equipo de maestros se le entregó cereal fortificado con hierro, un vaso de precipitados de 250 mL, agua del grifo, una parrilla de calentamiento con agitación magnética, una barra magnética y unas pinzas para crisol (fig.1).

Durante lafase preindagatoria,realizaron lo siguiente:llenaron el vaso de precipitados con el cereal y agregaron agua hasta cubrirlo,introdujeron la barra magnética en el vaso, lo colocaron sobre la parrilla de agitación y lo dejaron en agitación durante 20 min (fig. 2). Después, con las pinzas,sacaron la barra y la enjuagaron cuidadosamente.

Figura 1. Materiales y equipo para el experimento «Un desayuno metálico».

Tabla 1. Clasificación de algunas de las preguntas que propusieron los profesores

Preguntas de nivel bajo

¿Por qué le ponen hierro al cereal?

¿Es dañino el consumo excesivo de hierro?

¿Cuál es la ingesta diaria de hierro adecuada para el ser humano adulto?

¿Qué enfermedades nos trae la falta de hierro?

¿Cómo puedo consumir el hierro metálico y para qué?

¿Qué alimentos contienen hierro?

Preguntas de nivel alto

¿Qué función tienen los jugos gástricos para procesar el hierro metálico que ingerimos?

Si se espera un tiempo y se oxida el polvo, ¿es posible que se pueda utilizar el imán y obtener el mismo resultado?

¿Cómo puedo verificar que lo que se pegó en la barra es hierro?

¿El hierro que se sacó con la barra es el mismo con el que se fabrican los tornillos y las tuercas?

¿Por qué se prefiere adicionar el hierro en forma metálica y no como una sal como el sulfato ferroso?

¿El hierro de las verduras se puede extraer de la misma manera que lo hicimos con el cereal?

Cuando la pasta de cereal se ha agitado durante un tiempo, en la barra magnética queda adherido hierro metálico, como se muestra en la fig.3.

Este resultado sorprendió mucho a los profesores,ya que no se imaginaban que en el cereal que consumen hubiera hierro metálico, lo que dio lugar, durante la fase indagatoria,a la formulación de diversas preguntas que clasificamos entre todo el grupo (tabla 1). De acuerdo con Hofstein (2005), las preguntas se clasificaron entre aquellas que se contestan consultando un libro o al profesor (preguntas de nivel bajo) y cuyas respuestas son breves (de una palabra, una frase o una pequeña explicación) y las que solo se pueden responder a través de la realización de otros experimentos o bien de una investigación más profunda (preguntas de nivel alto).

Después de realizar la clasificación anterior y concluir que las preguntas de nivel alto resultaban más interesantes porque fomentaban el desarrollo de algunas habilidades necesarias para lograr un mejor aprendizaje de la ciencia, cada equipo de profesores seleccionó una pregunta y diseñó un experimento para darle respuesta. A continuación describimos lo que realizaron dos de los equipos.

Pregunta1. ¿Cómo puedo verificar que lo que se pegó en la barra es hierro?

Un equipo eligió investigar cómo se podría saber que el sólido extraído era realmente hierro. Para ello, sus miembros investigaron algunas reacciones específicas del hierro y encontraron que muchos metales se disuelven en ácidos minerales como el clorhídrico o el nítrico y que,al hacer reaccionar tiocianato de amonio o de potasio con hierro (III),se forma un compuesto de un color rojo intenso, de acuerdo con la siguiente ecuación:

Figura 2. Extracción del hierro en el cereal fortificado.

Figura 3. El hierro del cereal fortificado se puede recoger con una barra imantada.

Fe3+ + SCN- ⇄ FeSCN2+ amarillo rojosangre

El color rojo se debe a la presencia del ion sulfociano hierro (III),y para obtenerlo mezclaron 1 mL de una disolución de nitrato de hierro (III) 0,1M con 1 mL de una disolución de tiocianato de potasio 0,1M (fig. 4).

De acuerdo con la información obtenida, procedieron a disolver el hierro extraído de la siguiente manera:colocaron la barra con hierro en un vaso de precipitados con 15 mL de ácido clorhídrico 6M y lo calentaron bajo agitación durante 5min; observaron que la disolución se torna de color amarillo y se disuelve el hierro;finalmente, realizaron la identificación del hierro extraído del cereal haciendo reaccionar la disolución amarilla con la disolución de tiocianato de potasio, comprobando que sí se forma el color rojosangre típico del ion FeSCN2+

Pregunta2. ¿El hierro de las verduras se puede extraer de la misma manera que lo hicimos con el cereal?

Un segundo equipo se dedicó a responder esta pregunta. Después de investigar cómo se determina el hierro en alimentos, sus miembros trajeron espinacas, brócoli, pasas, moronga (morcilla), frijoles, etcétera,y procedieron a identificar el hierro realizando el experimento que a continuación se describe (American Chemical Society, 1998): colocaron en una cápsula de porcelana aproximadamente 2,5 g de alguno de los alimentos anteriores; la fijaron sobre un triángulo de porcelana y la calentaron con un mechero Bunsen hasta obtener cenizas, tapando la cápsula para evitar que las cenizas volaran por las corrientes de aire; dejaron que se enfriara;

pasaron las cenizas a un vaso de precipitados; le agregaron 15 mL de HCl 6M y lo calentaron suavemente;filtraron la disolución resultante; tomaron 5 mL del filtrado y le agregaron un poco de tiocianato de amonio sólido; finalmente, observaron la coloración final.

Cabe mencionar que algunas de las hipótesis giraron alrededor de qué alimentos tendrían más hierro;por ejemplo, esperaban que fuera la espinaca (por lo que se dice en el cómic de Popeye el Marino). Aun cuando este experimento se realizó de forma cualitativa, la intensidad del color rojo del ion FeSCN 2+ que se obtuvo en las diferentes muestras contribuyó a confirmar o a rechazar algunas de las hipótesis.

Después, en una sesión plenaria, los equipos presentaron los resultados de sus investigaciones y todos aprendimos más acerca de los diferentes temas tratados, como,por ejemplo,el mecanismo de absorción del hierro en nuestro organismo, la reglamentación de la adición de hierro en alimentos, las reacciones químicas para disolver el hierro y para identificarlo, la composición de los jugos gástricos, etcétera.

Actividad experimental 2: «En frío y en caliente» Como parte de otro curso de actualización de profesores, realizamos la siguiente actividad, cuyo objetivo fue presentar a los profesores esta metodología como una opción valiosa para potenciar el aprendizaje y desarrollar en los alumnos habilidades del pensamiento científico mediante actividades experimentales. Las instrucciones que entregamos por escrito fueron las siguientes:

Instrucciones

Se realizará ante el grupo una demostración experimental sencilla. Obsérvela con atención y realice lo siguiente:

1. Describa con detalle lo que observó.

2. De acuerdo con lo que ha observado, ¿qué preguntas se haría? Escríbalas,por favor.

3. Elija una de esas preguntas para realizar una investigación.

4. Escriba una hipótesis congruente con dicha pregunta.

5. Sugiera un experimento con el que pueda verificar si su hipótesis es correcta.

6. Realice el experimento.

7. De acuerdo con los resultados que obtuvo, ¿a qué conclusiones puede llegar?

Figura 4. Identificación de hierro (III). El tubo 3 contiene el ion sulfociano hierro (III).

A continuación realizamos frente a ellos el siguiente experimento:en dos matraces Erlenmeyer con la misma cantidad de agua pero a diferente temperatura (20 °C y 80°C),dejamos caer simultáneamente una tableta de Alka-Seltzer;observamos que en ambos matraces había desprendimiento de burbujas, pero que en el agua caliente ese burbujeo era mayor y que la tableta se disolvía más rápidamente (fig. 5).

Después, cada profesor respondió a los puntos 1 a 5 de las instrucciones, se formaron equipos y compararon sus respuestas. Eligieron una pregunta de las que propusieron y decidieron qué experimento realizar para darle respuesta (fig. 6).

En la tabla 2 se reúnen algunas de las preguntas de nivel alto que surgieron.

Una vez que cada equipo realizó sus experimentos, ambos expusieron ante el resto del grupo lo que hicieron y a qué conclusiones llegaron.

Uno de los equipos decidió investigar si pasaba lo mismo que en la demostración al utilizar solo una fracción de la pastilla, así que sus miembros registraron lo que sucedía al disolver 2,5 g del Alka-Seltzer en volúmenes iguales de agua pero a 70°C y 50°C. Como observaron el mismo efecto que con la pastilla completa, concluyeron que la masa que se usa no es un factor relevante.

Otro de los equipos eligió la pregunta: ¿ese antiácido tiene el mismo efecto si nos lo tomamos en agua fría que en agua caliente? Para responderla, sus miembros disolvieron una tableta de Alka-Seltzer en agua fría y otra en agua caliente,y una de las maestras se bebió ambos preparados; registraron el tiempo que tardó en eructar en cada caso y concluyeron que es mejor tomarlo en agua caliente,ya que se eructa más pronto. El grupo no

el experimento del

¿Pasará lo mismo si en vez de agua se usa otro líquido?

¿Por qué una de las pastillas se disuelve más rápidamente?

¿Sucederá lo mismo con otra pastilla?

¿Pasa lo mismo si se utiliza una pastilla de otro tamaño o si se usa otro volumen de agua?

¿Ese antiácido tiene el mismo efecto si nos lo tomamos en agua fría que en agua caliente?

¿Cuál de los ingredientes del Alka-Seltzer es el responsable del burbujeo?

estuvo de acuerdo con su diseño experimental argumentando que el efecto es diferente en cada persona, que el hecho de eructar no significaba que ya se hubiera neutralizado la acidez estomacal y que no eran fiables sus resultados, ya que para el segundo ensayo la maestra había ingerido una doble dosis del antiácido. Un tercer equipo investigó lo que sucedería al agregar la misma masa de Alka-Seltzer en agua a la misma temperatura, pero usando la pastilla pulverizada. Sus miembros concluyeron que la presenta-

ción de la pastilla (entera o pulverizada) sí influye en la rapidez con que se disuelve este antiácido, ya que la pastilla en polvo se disolvió más rápidamente. El cuarto equipo se dedicó a investigar por qué la pastilla se disuelve en menor tiempo en agua caliente, teniendo como hipótesis que «el agua caliente ejerce una fuerza en los sólidos».Su experimento consistió en agregar una grajea de chocolate confitada en agua fría y otra en agua caliente para observar lo que sucedía,concluyendo que el agua a mayor

Figura 5. Resultados del experimento del Alka-Seltzer. a)Adición de la tableta; b) disolución en agua fría; c) disolución en agua caliente.

Figura 6. Maestros trabajando en la actividad.

Tabla 2. Algunas preguntas de los profesores sobre

Alka-Seltzer

temperatura hace que el sólido se ablande o se decolore modificando su estado inicial y descomponiéndolo en menor tiempo. Para responder a esta pregunta, era necesario recurrir a un modelo que explicara lo que sucede a nivel nanoscópico, cosa que no puede lograrse a partir de un experimento tan sencillo.

Otro de los equipos revisó lo que decía el folleto del antiácido sobre los ingredientes y se dedicó a investigar qué ingrediente del Alka-Seltzer era el responsable del burbujeo que se observa al agregarlo en el agua.De este modo, sus miembros disolvieron cada uno de los ingredientes en agua a temperatura ambiente, comprobando que en ninguna de esas disoluciones se desprendían burbujas, por lo que decidieron mezclarlas de dos en dos;entonces comprobaron que el burbujeo solo se daba al mezclar la disolución de bicarbonato de sodio con la de ácido acetilsalicílico,o bien con la de ácido cítrico, que son los tres componentes de este antiácido, concluyendo que era la interacción entre estos la que ocasionaba el burbujeo en el agua.

Al escuchar las explicaciones de los maestros, hicimos hincapié en la importancia de manejar un lenguaje claro y preciso, en la importancia del diseño experimental para responder adecuadamente a lo que se investiga y del manejo y control de variables. Respecto a la estrategia de enseñanza, se resaltó que con este tipo de actividades experimentales se fomenta el desarrollo de habilidades como la predicción, la observación, el diseño de experimentos, la argumentación y la comunicación entre pares, todas ellas muy importantes en la formación de nuestros alumnos.

Como parte del trabajo final para aprobar estos cursos, los

profesores modificaron alguna de las actividades experimentales que ya venían realizando, convirtiéndolas en actividades por indagación, y las aplicaron a sus grupos. Actualmente se encuentran en la etapa de análisis y evaluación de los resultados obtenidos.

Ha resultado realmente interesante trabajar de esta forma, pues tanto alumnos como profesores han mostrado mucho interés y entusiasmo en el diseño y la realización de sus experimentos. Consideramos que ello se debe principalmente a que trataban de responder a una pregunta que surgió de ellos mismos y que no fue impuesta por un tercero.

Actividad experimental 3:

«¡Detengan el huevo!»

Esta tercera actividad experimental se realizó con catorce alumnos que cursaban el segundo semestre en la Facultad de Química con la finalidad de familiarizarlos con esta estrategia y saber si lograban establecer predicciones y plantear explicaciones argumentadas respecto a un evento sencillo (fig. 7).

Se entregaron por escrito las siguientes instrucciones:

Instrucciones

Contarás con un plato, un huevo crudo y un huevo cocido. Coloca el huevo crudo en el centro del plato y hazlo girar; mientras gira, tócalo suavemente para detenerlo y observa lo que sucede. Realiza lo mismo con el huevo cocido.

a) Antes de realizar el experimento, responde a lo siguiente: ¿qué va a suceder con cada huevo?, ¿por qué?

b) Realiza el experimento y registra todas tus observaciones.

c) Explica a qué piensas que se deben los resultados obtenidos en este experimento.

Hicimos hincapié en la importancia de manejar un lenguaje claro y preciso y en la importancia del diseño experimental

Figura 7. Alumnos realizando el experimento «¡Detengan el huevo!».

El 43% del grupo no realizó el experimento según las instrucciones. Al parecer, los alumnos no leyeron con atención lo que se solicitó, pues pusieron a girar los huevos y no los detuvieron. En la tabla 3 se muestran algunas respuestas a la pregunta del ítem a que dieron los alumnos que sí siguieron las instrucciones.

Tabla 3. Algunas predicciones y explicaciones de los alumnos

¿Qué va a suceder con cada huevo?

El huevo crudo se detendrá más fácilmente por su cascarón poroso,que ayuda a la fricción; el huevo cocido tiene un cascarón menos poroso

Al tocar el huevo crudo,cambiará su trayectoria y perderá el equilibrio,porque su interior es líquido. Al tocar el huevo cocido,su trayectoria se mantendrá firme sin perder el equilibrio,porque es un sólido.

Huevo crudo: al tocarlo,perderá equilibrio,porque su interior es líquido; el cocido será más firme,porque su interior es sólido.

El huevo crudo se detendrá más fácilmente porque es una sustancia viscosa que absorbe la energía que se le proporciona; el huevo cocido,no.

El huevo crudo no se detendrá al instante,porque su masa no está bien distribuida en su volumen; el huevo cocido tiene la masa mejor distribuida.

Ambos se detienen por igual porque su estructura interna es igual.

Es más fácil detener el huevo cocido porque es más rígido que el crudo.

El huevo cocido se detiene porque,al ser sólido, su centro de masa no cambia, lo que no ocurre con el crudo.

Una vez que todos los alumnos entregaron sus respuestas, estaban muy interesados en que les explicáramos por qué el huevo cocido se detiene al tocarlo, mientras que el crudo sigue girando. Es importante mencionar que este experimento está pensado para analizar las manifestaciones de la inercia y que solo un alumno mencionó ese concepto en su explicación.

Un 62,5% de las explicaciones que dieron esos ocho alumnos al fenómeno observado se refiere al diferente estado de agregación del contenido de los huevos (cocido: sólido; crudo: líquido), argumentando que cambia la estructura interna del huevo o la rugosidad del cascarón, que es diferente la manera en que cada uno absorbe la energía suministrada o bien que tienen diferente estabilidad frente al movimiento giratorio.

Uno de los alumnos da la explicación que consideramos más adecuada:menciona que la inercia del contenido del huevo crudo hace que el huevo continúe moviéndose, mientras que al hablar del huevo cocido dice que,

debido a que su contenido es sólido, si se detiene su movimiento, se detendrá y ya no girará más.

Como cierre de esta actividad, se reflexionó sobre los diversos conceptos que se relacionaron con este fenómeno y acerca de la importancia de argumentar en base a evidencias.

Actividad experimental 4: «El globo en el matraz»

Este experimento fue realizado en dos ámbitos diferentes: un curso de actualización de profesores y un curso regular de química general para estudiantes de primer semestre universitario (fig. 8).

El objetivo de presentar este experimento a los profesores fue que aplicaran el modelo cineticocorpuscular que ya habían construido a la explicación del fenómeno. Con los estudiantes, nuestro propósito fue partir de este experimento para construir el modelo cineticocorpuscular que,si bien ya lo han estudiado, hemos comprobado que no lo tienen suficientemente claro, por lo que posteriormente presentan dificultades en la comprensión de temas como la reacción química.

Las instrucciones que se dieron fueron las siguientes:

Instrucciones

Coloca un poco de agua del grifo en un matraz Erlenmeyer y caliéntala hasta que hierva durante un par de minutos.Retira el matraz del calentamiento y coloca un globo en su boca. Deja que se enfríe un poco y luego mételo en un recipiente con hielo.

a) Antes de realizar el experimento, responde lo siguiente: ¿qué va a suceder con el globo que tapa el matraz?, ¿por qué?

b) Realiza el experimento y registra tus observaciones.

c) ¿Coincidieron tus predicciones (ítem a) con lo que sucedió en el experimento (ítem b)?

d) Explica a qué piensas que se debe el fenómeno observado en este experimento.

Figura 8. Alumnos analizando sus resultados experimentales durante la actividad «El globo en el matraz».

El 42% de los estudiantes predijo que el globo se inflaría. En la tabla 4 se enlistan algunas de las predicciones que hicieron.

Tabla 4. Predicciones y explicaciones de los estudiantes durante el experimento «El globo en el matraz»

¿Qué sucederá con el globo?

El vapor de agua buscará la forma de expandirse y se inflará el globo.

Cuando el globo esté en el matraz, con el agua caliente se inflará, y cuando se ponga hielo al matraz, se desinflará,porque las moléculas del gas se expandirán al aumentar la temperatura y se comprimirán cuando disminuya. ¿Son las moléculas las que se expanden o el gas?

Se inflará,porque cuando el agua se haga vapor se expandirá,pues las moléculas de gas tienen un mayor espacio intermolecular que el agua caliente.

Al disminuir la temperatura,el aire caliente en el matraz se contraerá,haciendo que el globo entre en el matraz, inflándose inversamente debido a una disminución de presión. Se habla del aire y no del vapor. Explicaciones incompletas.

Se inflará, puesto que al poner en contacto el matraz caliente con el hielo se liberará vapor de agua,lo que provocará que se infle un poco.

Al poner el globo cuando el agua esté caliente, se inflará un poco, pero cuando el matraz se introduzca en hielo, el globo se desinflará, porque la presión dentro del matraz será menor que la atmosférica, ya que el vapor de agua se condensará.

Ni los alumnos ni los profesores explican el fenómeno en términos de la condensación del vapor de agua y, por lo tanto, de la disminución del número de partículas en la fase gaseosa y la consiguiente disminución de presión. Sin embargo, los alumnos dan explicaciones más completas que los profesores de secundaria, probablemente porque han cursado un bachillerato y están estudiando una carrera científica. La formación de los profesores de secundaria no es necesariamente científica: la carrera normalista pone más énfasis en los aspectos pedagógicos que en las disciplinas.

Al conducir las sesiones de discusión para esta actividad, nos encontramos que los profesores con frecuencia atribuyen propiedades macroscópicas a las partículas, como el estado de agregación o la temperatura, ya que como argumentos a sus explicaciones dicen que las partículas «se condensan, se comprimen, se calientan o se expanden».

Varios alumnos y profesores dijeron que el globo entra al matraz porque «el vacío lo succiona». Esta es otra idea errónea que hay que erradicar, por lo que explicamos el fenómeno en tér-

Varios alumnos y profesores dijeron que el globo entra al matraz porque «el vacío lo succiona». Esta es otra idea errónea que hay que erradicar, por lo que explicamos el fenómeno en términos de la mayor presión que ejerce el mayor número de partículas por unidad de volumen fuera del matraz (aire) comparada con la que existe dentro de él después de que el vapor de agua se ha condensado debido al enfriamiento

minos de la mayor presión que ejerce el mayor número de partículas por unidad de volumen fuera del matraz (aire) comparada con la que existe dentro de él después de que el vapor de agua se ha condensado debido al enfriamiento.

Ambos grupos describen los estados de agregación correctamente.Sin embargo, es necesario constatar de alguna otra manera si lo que mencionan en su discurso es realmente lo que piensan, por ejemplo, mediante un dibujo, pues también encontramos que algunos dibujan las partículas que forman el vapor localizadas

Figura 8. Maestros analizando sus resultados experimentales durante la actividad «El globo en el matraz».

en una zona específica del matraz, en vez de distribuirlas de manera uniforme, como se puede ver en la fig. 9.

Figura 9. Esquema dibujado por un profesor de secundaria para explicar por qué se infla el globo al calentar el matraz (a) y por qué se mete en el matraz al enfriarlo (b).

Comentarios finales

Definitivamente,los enfoques por indagación y POE son una excelente alternativa para diagnosticar lo que se sabe respecto a un tema, para fomentar la reflexión de contenidos conceptuales y procedimentales y para usar los trabajos prácticos como una herramienta valiosa en el aprendizaje de las ciencias naturales.

En nuestros cursos de actualización para profesores,tuvieron una gran aceptación, reconociéndose que bajo esta metodología de trabajo, aunque los alumnos son los protagonistas en su aprendizaje, el profesor continúa teniendo un papel fundamental como diseñador y guía en todo el proceso.

Nuestros alumnos de la Facultad de Química también se han mostrado interesados al realizar este tipo de actividades y la gran mayoría participa activamente. Iniciar nuestros cursos de química general con esta modalidad de trabajos prácticos y con experimentos que se realizan con materiales cotidianos les hace perder un poco el miedo a la química y expresar de manera más libre sus dudas y propuestas. Posteriormente, cuando trabajamos otros contenidos del curso, muchos ya se animan a preguntar y a experimentar con una mirada más crítica ante sus resultados.

Referencias

bibliográficas

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY (1998). QuimCom: Química en la comunidad. 2ª ed. Buenos Aires: Addison-Wesley Iberoamericana.

CHAMPAGNE, A. B.; KLOPFER, L. E.; ANDERSON, J. H. (1980). «Factors influencing the learning of classical mechanics». American Journal of Physics, 48: 1074-1079.

GUNSTONE, R. F.; GRAY, C. M. R.; SEARLE, P. (1992). «Some longterm effects of long-term uninformed conceptual change». Science Education, 76: 175-197.

GUNSTONE, R. F.;WHITE, R. T. (1981). «Understanding of gravity» Science Education, 65: 291-299.

HOFSTEIN, A.;NAVON, O.;KIPNIS, M.; MAMLOK-NAAMAN, R. (2005). «Developing students’ ability to ask more and better questions resulting from inquirytype chemistry laboratories». Journal of Research of Science Teaching, 42(7): 791-806.

HOFSTEIN, A.;SHARE, R.;KIPIS, M. (2004). «Provided high school chemistry students with opportunities to develop learning skills in an inquirytype laboratory: A case study». Int. J.Sci. Educ., 26(1): 47-62.

Norma Mónica López Villa es licenciada en química por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), egresada de la maestría en docencia para la educación media superior y profesora en la Facultad de Química de la UNAM desde 1992. Es coautora de varios libros de química para el nivel secundario y ponente en diversos cursos de actualización para profesores de ciencias de nivel básico y medio-superior. Su campo de interés es la didáctica de la ciencia: trabajos prácticos, evaluación de los aprendizajes y uso de analogías.

C.e.: nmvilla@hotmail.com

Gisela Hernández Millán es profesora titular a tiempo completo en la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Ha diseñado e impartido varios cursos para diplomados y maestrías en enseñanza de las ciencias. Es coautora de quince libros para diversos niveles educativos, así como de artículos en revistas arbitradas,y ha presentado más de cien trabajos en congresos nacionales e internacionales.

C.e.: ghm@unam.mx

Actividades prácticas en el contexto de las bebidas y competencia científica1

Activitats pràctiques en el context de les begudes i competència científica

Practical activities in the context drinks and scientific expertise

Ángel Blanco López / Universidad de Málaga

Luis F. Garrido Jiménez / IES Portada Alta (Málaga)

resumen

Las actividades prácticas constituyen una de las características distintivas de la enseñanza de la química. La introducción de las competencias básicas como referente curricular obliga a analizar y repensar la finalidad de las mismas. En este artículo se describen diversos tipos de actividades prácticas diseñadas en el contexto de las bebidas (en concreto,sobre elaboración de vino)y se analiza su contribución al desarrollo de la competencia científica en la educación secundaria obligatoria.

palabras clave

Educación secundaria obligatoria, competencia científica, actividades prácticas, contexto, elaboración de vino.

resum

Les activitats pràctiques constitueixen una de les característiques distintives de l’ensenyament de la química. La introducció de les competències bàsiques com a referent curricular obliga a analitzar i repensar la finalitat d’aquest tipus d’activitats. En aquest article es descriuen diversos tipus d’activitats pràctiques dissenyades en el context de les begudes (en concret, sobre elaboració de vi) i s’analitza la seva contribució al desenvolupament de la competència científica en l’educació secundària obligatòria.

paraules clau

Educació secundària obligatòria, competència científica, activitats pràctiques, context, elaboració de vi.

abstract

Practical work is one of the distinctive features of teaching chemistry. The introduction of key competences as referenceto the curriculum forces us to analyse and to rethink their objectives. In this paper different kinds of practical work designed within the context of beverages (in particular, about about wine making) are described. Their contribution to the development of scientific competence in the compulsory secondary education is discussed.

keywords

Compulsory secondary education, scientific competence, practical work, context, wine making.

1.Este artículo forma parte del proyecto de I+D+i «Diseño y evaluación de un modelo para el fomento de la competencia científica en la educación obligatoria (10-16 años)» (EDU2009-07173),financiado por la Secretaría de Estado de Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación en la convocatoria de 2009.

Introducción

Las actividades prácticas constituyen una de las características distintivas de la enseñanza de las ciencias en general (Barberá y Valdés, 1996) y de la química en particular (Caamaño, 2004). Como indica Hodson (1994), la importancia del trabajo práctico ha permanecido incontestada desde los comienzos de la educación científica y, aunque haya sido en ocasiones calificado como «pérdida de tiempo», existe un amplio consenso entre el profesorado sobre su destacado papel en la enseñanza y en el aprendizaje. Ahora bien, lo que no parece que haya existido es un consenso claro sobre los objetivos de los trabajos prácticos ni sobre su aportación específica a la educación científica (Barberá y Valdés, 1996). Diferentes profesores pueden mostrar su preferencia, incluso su entusiasmo, por este tipo de actividades teniendo en mente objetivos muy diversos: motivar a los estudiantes, afianzar el aprendizaje de conocimientos, aprender técnicas de laboratorio, conocer cómo trabajan los científicos, desarrollar actitudes científicas, etc. También hay que tener presente que los objetivos y las finalidades (¿para qué?) de la enseñanza de las ciencias cambian y que las modificaciones en los currículos oficiales suelen introducir cambios y novedades en los mismos. Nos encontramos en el momento actual con un currículo de la educación secundaria obligatoria («Real Decreto 1631/2006», 2007)que ha apostado, como referente, por el desarrollo de competencias básicas entre las que se encuentra la competencia en el conocimiento e interacción con el mundo físico (en adelante, competencia científica). La enseñanza de las ciencias en la educación secundaria obligatoria debe contribuir fundamental-

mente al desarrollo de esta competencia, así como también al de las restantes siete competencias básicas incluidas en este currículo.

La introducción de la competencia científica como referente obliga a repensar el sentido y la finalidad de las actividades de enseñanza y, en concreto, de las actividades prácticas

La competencia científica es considerada como la «habilidad para interactuar con el mundo físico, tanto en sus aspectos naturales como en los generados por la acción humana, de tal modo que se posibilita la comprensión de sucesos, la predicción de consecuencias y la actividad dirigida a la mejora y preservación de las condiciones de vida propia, de las demás personas y del resto de los seres vivos» («Real Decreto 1631/2006», 2007), y puede entenderse compuesta por un conjunto amplio y diverso de habilidades y destrezas más específicas y de una serie de actitudes y valores asociados a esta competencia (Cañas, Martín-Díaz y Nieda, 2007). Los conocimientos, que no están incluidos en la descripción de la competencia, aparecen en otro apartado del currículo del área de ciencias de la naturaleza.

La introducción de las competencias en el currículo plantea algunos desafíos para la enseñanza de las ciencias que Sanmartí (2008) y Jiménez-Aleixandre, Sanmartí y Couso (2011) concretan en los siguientes aspectos:

– La necesidad de partir de situaciones relevantes en la vida diaria.

– La integración de saberes conceptuales, destrezas y actitudes.

– El énfasis en la puesta en práctica de los saberes, en la aplicación de lo aprendido a contextos y situaciones nuevas.

Se considera que el desarrollo de la competencia científica en las aulas implica la necesidad de partir de situaciones relevantes en la vida diaria. Para ello, se ha propuesto contextualizar la ciencia que se enseña, lo que ha sido una seña de identidad de los enfoques CTS y de alfabetización científica (Caamaño, 2005) y se ha incorporado a los programas de evaluación de estudiantes como PISA (OCDE, 2006).

El énfasis en la aplicación de lo aprendido es una cuestión importante, ya que se considera que uno de los grandes problemas del aprendizaje escolar en ciencias es la incapacidad de una gran proporción del alumnado para aplicar los conocimientos y las habilidades a situaciones nuevas (Jiménez-Aleixandre, Sanmartí y Couso, 2011).

La introducción de la competencia científica como referente obliga a repensar el sentido y la finalidad de las actividades de enseñanza y,en concreto,de las actividades prácticas. Con objeto de ilustrar cómo dar respuesta a los desafíos mencionados, en este artículo se describen y analizan diversos tipos de actividades prácticas diseñadas en el contexto de las bebidas y,concretamente,en torno a la elaboración de vino. Estas actividades prácticas forman parte de materiales didácticos del grupo Quimesca (Uraga et al., 2005; Uraga et al., 2006; Garrido, Blanco y Barea, 2007)que se han llevado a la práctica durante varios años en distintos niveles de la educación secundaria obligatoria y el bachillerato, y que fueron elaborados desde una perspectiva CTS con el objetivo de relacionar la química con la vida cotidiana (Blanco, 2007).

La pregunta que nos surge ahora es si estos materiales didácticos siguen siendo útiles para el desarrollo de la competencia científica y, en su caso, qué modificaciones serían necesarias. Estas tareas forman parte de un proyecto de investigación sobre el fomento de la competencia científica en la educación obligatoria (Blanco, España y González, 2010). A continuación,describiremos una de las secuencias elaboradas, la de la elaboración de vino, y analizaremos si cumple los requisitos para el desarrollo de la competencia científica.

La elaboración de vino

1. Descripción de la secuencia didáctica

Se trata de una secuencia de actividades, muchas de ellas prácticas, relacionadas unas con otras con el objetivo de elaborar un producto: el vino,en este caso. El procedimiento que seguimos para su elaboración es una adaptación del método propuesto en Seymour (1998) y es de fácil realización con los medios disponibles en un centro de secundaria, aunque requiere una dedicación añadida a la de las

clases y una atención prolongada en el tiempo. Más detalles sobre estos aspectos pueden obtenerse en Garrido, Blanco y Barea (2007).

El programa de actividades puesto en práctica y evaluado, organizado en torno a la obtención de vino y su posterior destilación, contempla los siguientes apartados:

a)Preparación del mosto.

b) Densidad del mosto.

c)Fermentación.

d)¡Ya tenemos vino!

e)Obtención de alcohol.

Se describe a continuación, de forma esquemática, la secuencia de actividades de enseñanzaaprendizaje en que se incluyen las actividades prácticas. No se presentan aquí, por motivos de espacio, las explicaciones del profesor y otros aspectos que son necesarios para el desarrollo de la propuesta didáctica:contextualización y planteamiento del problema, gestión del aula, actividades de evaluación, etc.

a) Preparación del mosto

Vamos a comenzar la elaboración de vino. Para ello, necesitaremos los productos y materiales que se muestran en la tabla 1.

– Arranca las uvas del racimo, colócalas en el recipiente hondo y desmenúzalas con las manos. Coloca sobre la mesa el otro recipiente hondo y,encima,el pasapurés. Vierte en este las uvas desmenuzadas y procede a triturarlas (fig. 1). El líquido obtenido es el mosto. Cuélalo y viértelo en el vaso de precipitados de 1 L. – ¿Qué aspecto tiene el mosto que se ha obtenido? Descríbelo.

– Busca información sobre el mosto y escribe cómo lo definen en dos o tres fuentes distintas.

b) Densidad del mosto

El mosto es un sistema vivo y va a experimentar un proceso muy sensible y delicado (fermentación alcohólica). Por ello,es necesario controlar su densidad a lo largo de dicho proceso (fig. 2).

– ¿Cómo se define la magnitud densidad?

– ¿Cómo lo harías para determinar la densidad de un líquido?

– Tu profesor te va a enseñar el uso del densímetro. ¿Sabrías indicar en qué principio se basa su funcionamiento?

– Determina la densidad del mosto por los dos métodos y confronta los resultados obtenidos.

Productos y materiales

1 kg de uva

Azúcar

Balanza

Pasapurés

2 recipientes hondos

Vaso de precipitados de 1 L

Colador

Probeta de 250 mL

Densímetro (1-1,1 g/cm3)

Matraz Erlenmeyer de 800 mL

Tapón de corcho horadado

Tubo de seguridad

Film transparente de cocina

Figura 1. Preparación del mosto.

Figura 2. Control de la densidad durante el proceso de fermentación.

Tabla 1. Productos y materiales para la elaboración del vino

– Si a un zumo de uva (mosto) le añadimos azúcar (sacarosa), ¿qué crees que le va a ocurrir a su densidad? ¿Por qué?

– Si la densidad del mosto que has obtenido es inferior a 1,1 g/cm3, añádele azúcar hasta alcanzar dicha densidad.

c) Fermentación

– Vierte el mosto azucarado en el vaso de precipitados de 1 L y tápalo con un paño sujetándolo con una gomilla. Déjalo en un lugar ventilado. Agítalo periódicamente para que la capa superior se mezcle bien con el líquido.

– Vamos a controlar el proceso de fermentación del mosto midiendo periódicamente su densidad. Anota en la tabla 2 los datos que vayas obteniendo. Durante la fermentación alcohólica,los azúcares presentes en el mosto son transformados en alcohol por un tipo de levaduras llamadas saccharomices

– ¿Qué diferencias crees que existirán en el producto final de la fermentación de un mosto de uva natural y otro al que le hemos añadido azúcar? ¿Por qué?

– Repasa tus conocimientos de biología y explica en qué consiste la fotosíntesis. ¿Qué productos se obtienen?

– De acuerdo con la pregunta anterior, ¿cómo crees que afectará a la producción de glucosa por parte de una planta la mayor o menor cantidad de luz solar a la que esté sometida?

– ¿Por qué crees que en Alemania los productores de vino están autorizados a añadir azúcar al mosto antes de su fermentación, mientras que en España esto está prohibido?

– ¿De dónde proceden las levaduras responsables de la fermentación del mosto? Te damos diferentes posibilidades, elige la que creas oportuna y razona tu elección: a) de los pies de los pisadores; b) del aire; c) de la piel de las uvas; d) otras.

– Busca una botella de vinagre y lee su etiqueta. Seguramente leerás en la etiqueta algo así como«vinagre de vino». ¿Qué significa esto?

El proceso de fermentación alcohólica que estamos siguiendo consta de dos etapas: una primera que se ha hecho al aire libre y una segunda que necesariamente hay que llevar a cabo en ausencia de aire (fermentación anaeróbica).

– ¿Qué se obtiene en lugar de vino si se deja hacer toda la fermentación al aire?

– A veces, al dejar abierta una botella de vino durante muchos días,se dice que el vino «se pica». Busca información acerca del significado de este término.

– Cuando la densidad del mosto sea de 1,01 g/mL, pasa el mosto sin filtrar al matraz Erlenmeyer y tápalo con el corcho que deberá llevar el tubo de seguridad. Sujeta el tapón al Erlenmeyer con la ayuda de un poco de film transparente para evitar que los gases

que se produzcan expulsen el tapón.Añade,con ayuda de una pipeta,un poco de agua dentro del tubo de seguridad (fig. 3).

– Deja el Erlenmeyer en reposo y observa el burbujeo que se produce (puede durar varios días). Cuando cese el burbujeo, quita el tapón y,con cuidado, decanta el contenido del Erlenmeyer (puedes terminar filtrando los posos). En este momento ya tienes el vino preparado.

– ¿Qué crees que les ha pasado a las levaduras en esta segunda fermentación, que ha sido realizada en ausencia de aire?

– Utilizando la teoría cineticomolecular, ¿sabrías explicar por qué al principio la reacción de fermentación anaeróbica es tan rápida y al final es tan lenta?

d)¡Ya tenemos vino!

– ¿Qué aspecto tiene el vino? Descríbelo (fig. 4).

– Lee la etiqueta de alguna botella de vino. Indica cómo apa-

Fecha Densidad Observaciones sobre la apariencia y el estado del mosto

Figura 3. Observación de la fermentación.

Tabla 2. Recogida de datos del control del proceso de fermentación

rece en ella el grado alcohólico de dicho vino. ¿Qué significado tiene el valor que has indicado?

– ¿Qué podríamos hacer para saber cuál es el grado alcohólico del vino que acabas de preparar? Haz una relación del material que necesitarías y detalla el procedimiento a seguir.

e) Obtención de alcohol

Para obtener alcohol,se utiliza un procedimiento llamado destilación (fig. 5).

– Con ayuda del profesor,procede a separar el alcohol del vino y mide el volumen de alcohol obtenido.

– ¿Cuál ha sido el contenido alcohólico?

– ¿Cómo puedes estar seguro de que el líquido que has obtenido en la destilación es alcohol?

– ¿Habría variado este valor en el caso de no haber añadido azúcar al mosto en un principio?

– Busca ejemplos de productos cotidianos que utilicen alcohol en su composición. ¿Cuál es su función?

2. Contribución a la competencia científica

A continuación,se analizará si la secuencia de actividades descrita reúne los requisitos de relevancia, integración de saberes y aplicación de conocimientos a contextos y situaciones nuevas.

Tratar la elaboración de vino permite acercar el alumnado a procesos con una gran tradición social, aunque poco conocidos por su parte; procesos que hoy en día son de una gran importancia industrial y comercial, pero desde siempre se han llevado a cabo como actividad doméstica en el ámbito rural

¿Constituye la elaboración de vino una cuestión relevante?

Como se ha indicado en la introducción, uno de los desafíos que plantea el enfoque de la competencia científica es tratar en las clases cuestiones que sean consideradas relevantes y que interesen a los alumnos.

Tratar la elaboración de vino permite acercar el alumnado a procesos con una gran tradición social, aunque poco conocidos por su parte. Dichos procesos gozan hoy en día de una gran importancia industrial y comer-

cial, pero desde siempre se han llevado a cabo como actividad doméstica en el ámbito rural (Uraga et al., 2006).

Aunque pueda no ser considerada de entrada como una cuestión relevante en la vida diaria, la experiencia docente muestra que la tarea de elaborar un producto conocido(aun cuando inicialmente los alumnos piensan que será compleja y que estará alejada de sus posibilidades)logra mantener su interés a lo largo de toda la experiencia. Así, el grado de interés y de implicación mos-

Figura 4. ¡Ya tenemos vino!

Figura 5. Destilación del vino.

Tabla 3. Conceptos, técnicas y destrezas que se pueden enseñar tratando la obtención y la destilación de vino. Tomado de Uraga et al. (2006)

Conceptos

Bebidas destiladas

Bebidas fermentadas

Densidad

Concentración

Densímetro

Destilación

Fermentación aerobia

Fermentación anaerobia

Fotosíntesis

Glucosa

Grado alcohólico

Hollejo

Levadura

Mosto

Punto de ebullición

Sacarosa

Vinagre

trado por alumnos de Física y química de 4º de ESO y de Química de 2º de bachillerato hacia esta experiencia ha sido muy superior al que manifiestan habitualmente en otras actividades prácticas realizadas.

¿Implica la integración de saberes conceptuales, destrezas y actitudes?

La secuencia de enseñanza descrita incluye un buen número de actividades prácticas de diversos tipos: manipulación de productos e instrumentos, registro de observaciones, etc., que según el currículo actual («Real Decreto 1631/2006», 2007) estarían incluidas en temas correspondientes a distintos cursos e incluso asignaturas. En la tabla 3 se muestran los conceptos, las técnicas y las destrezas que se trabajan. También se pueden incluir en esta propuesta didáctica observaciones al microscopio de levaduras y enlazarlas con los aspectos biológicos de estos seres vivos.

En cuanto a las habilidades recogidas en la competencia científica («Real Decreto 1631/2006», 2007), en esta propuesta didáctica se hace especial énfasis en «aplicar nociones, conceptos científicos

Técnicas y destrezas

Medida de masas y volúmenes

Uso del densímetro

Medida de densidades

Filtración

Triturar y machacar uva

Uso de la pipeta

Montaje de aparatos para destilar

Destilación

y procedimientos previamente aprendidos», «realizar observaciones directas o indirectas con conciencia del marco interpretativo que las dirige», «localizar, obtener y analizar información cualitativa»y, sobre todo, «plantear hipótesis y predicciones»y «planificar procesos y pruebas».

De forma transversal, pretendemos que las ideas y los conocimientos sobre la elaboración de vino y alcohol ayuden a los alumnos a tomar una postura responsable ante el fenómeno social que actualmente representa el consumo de alcohol, puesto que, con independencia de la relación que nuestros alumnos tengan con él, es un tema relevante en nuestra sociedad y,especialmente,en el entorno de los jóvenes. Así, esta propuesta didáctica permite abordar de forma muy directa las actitudes y los valores recogidos en la competencia científica («Real Decreto 1631/2006», 2007) tales como «hábitos de consumo racional y responsable en la vida diaria», «adoptar una disposición a una vida física y mental saludable»y la «protección de la salud individual y colectiva». No obstante, es preciso reconocer

De forma transversal, pretendemos que las ideas y los conocimientos sobre la elaboración de vino y alcohol ayuden a los alumnos a tomar una postura responsable ante el fenómeno social que actualmente representa el consumo de alcohol

que los aspectos actitudinales y las cuestiones sociales no están suficientemente recogidos en la secuencia presentada y requieren de una mayor atención.

¿Promueve la aplicación de conocimientos a contextos y situaciones nuevas?

En esta propuesta didáctica, los estudiantes tienen la oportunidad de aplicar al contexto de la elaboración de vino y la obtención de alcohol un buen número de conocimientos y procedimientos aprendidos, probablemente, en otros contextos y situaciones:

– Concepto de densidad y su determinación.

– Fotosíntesis y factores que intervienen en ella.

– Separación de los componentes de una mezcla.

– Destilación.

– Concepto de concentración Grado alcohólico.

– Teoría cineticomolecular.

Conclusiones

La introducción de la competencia científica como referente en el currículo de la educación secundaria obligatoria obliga a analizar y repensar el sentido y la finalidad de las actividades de enseñanza-aprendizaje y,en concreto,de las actividades prácticas.Tres aspectos han sido identificados como importantes desde este punto de vista: la contextualización de la enseñanza en problemas relevantes y de interés para el alumnado;la integración de conocimientos, habilidades y actitudes,y el énfasis en la aplicación de conocimientos y habilidades a nuevos contextos y situaciones.

Se ha analizado en qué medida estos aspectos están recogidos en una propuesta didáctica sobre la elaboración de vino (Garrido, Blanco y Barea, 2007), elaborada y puesta en práctica antes del enfoque de una enseñanza basa-

da en las competencias. Los resultados del análisis muestran que esta propuesta, con algunas modificaciones y con un mayor énfasis en los aspectos sociales y actitudinales, puede seradecuada para el desarrollo de la competencia científica.

Los resultados del análisis muestran que esta propuesta, con algunas modificaciones y con un mayor énfasis en los aspectos sociales y actitudinales, puede ser adecuada para el desarrollo de la competencia científica

Además, los tres aspectos citados pueden ser utilizados como criterios para valorar la adecuación de propuestas didácticas (nuevas o ya existentes)a una enseñanza basada en el desarrollo de la competencia científica.

Referencias bibliográficas

BARBERÁ, O.; VALDÉS, P.(1996). «El trabajo práctico en la enseñanza de las ciencias: Una revisión». Enseñanza de las Ciencias, 14(3): 365-379.

BLANCO, A. (2007). «Alfabetización química y educación para la ciudadanía». Cooperación Educativa, 85: 27-31.

BLANCO, A.; ESPAÑA, E.; GONZÁLEZ, F. J. (2010). «Un proyecto de investigación para el fomento de la competencia científica en la educación obligatoria».

En:QUESADA, A.;ABRIL, A. [ed.]. Actas de los XXIV Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Jaén: Junta de Andalucía,p.729-735.

CAAMAÑO, A. (2004). «Los trabajos prácticos de física y química: presentación de la monografía». Alambique, 39: 5-7.

— (2005). «Presentación de la monografía“Contextualizar la ciencia:Una necesidad en el nuevo currículo de ciencias”». Alambique, 46: 5-8.

CAÑAS, A.; MARTÍN-DÍAZ, M.; NIEDA, J.(2007). Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. La competencia científica. Madrid: Alianza.

GARRIDO, L.; BLANCO, A.; BAREA, J. A. (2007). «Elaboración de vino: Propuesta didáctica de enseñanza de la química y vida cotidiana». En: Actas de las II Jornadas Nacionales sobre la Enseñanza de la Química. Murcia: Asociación de Químicos de Murcia.

HODSON, D. (1994). «Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio». Enseñanza de las Ciencias, 12(3): 299-313.

JIMÉNEZ-ALEIXANDRE, M.; SANMARTÍ, N.; COUSO, D.(2011). «Reflexiones sobre la ciencia en la edad temprana en España: La perspectiva de la enseñanza de las ciencias». En: Informe

ENCIENDE. Enseñanza de las Ciencias en la Didáctica Escolar para edades tempranas en España. Madrid: Confederación de Sociedades Científicas de España, p.57-74.

OCDE(2006). PISA 2006. Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en ciencias, matemáticas y lectura. Madrid: Santillana.

«Real Decreto 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la educación secundaria obligatoria. Boletín Oficial del Estado de 5 de enero de 2007» (2007). Madrid: Ministerio de Educación y Ciencia.

SANMARTÍ, N.(2008). «Què comporta desenvolupar la competència científica?». Guix, 344: 11-16.

SEYMOUR, J. (1998). El horticultor autosuficiente. Barcelona: Blume.

URAGA, C.; BLANCO, A.; BAREA, J.; GARRIDO, L.; GUIJARRO, F.;GUIJARRO, M.; PIANO, J.; POZAS, R. (2005). «Elaboración de materiales didácticos sobre el alcohol y las bebidas alcohólicas». Enseñanza de las Ciencias, nº extra: 1-5.

URAGA, C.; BLANCO, A.; GARRIDO, L.; BAREA, J.; PIANO, J.; POZAS, R.; GUIJARRO, F.;GUIJARRO, M. (2006). «Actividades CTS en torno a las bebidas». En:BLANCO, A. [et al.] [coord.]. Las relaciones CTS en la educación científica. Málaga: Universidad de Málaga.

Ángel Blanco López es licenciado en Ciencias Químicas y doctor en Ciencias de la Educación. Ha sido profesor de EGB, de educación secundaria y asesor de formación del profesorado. Actualmente ejerce comoprofesor titular de Didáctica de las ciencias experimentales en la Universidad de Málaga. Sus campos de interés son las relaciones entre la enseñanza de la química y la vida cotidiana y la competencia científica en la educación obligatoria. C.e.: ablancol@uma.es

Luis F. Garrido Jiménez es licenciado en Ciencias Químicas y catedrático de Física y química en el IES Portada Alta de Málaga. Es también miembro del grupo de trabajo Quimesca desde 1996, a la vez que coautor de artículos y de publicaciones sobre enseñanza de la química y vida cotidiana, CTS.

C. e.: garrido7@gmail.com

Portal educatiu NANOYOU

Educational resource NANOYOU

Judith Linacero Blanco i Álvaro Mata Chavarria / Parc Científic de Barcelona. Plataforma de Nanotecnologia

Rosina Malagrida Escalas / Parc Científic de Barcelona resum

La rellevànciaila transcendènciade les nanotecnologieshancrescutexponencialment enlesúltimesdècades. Els avenços aconseguits en el desenvolupament de noves tecnologies i de nous materials han fet que les nanotecnologies tinguin cadacopmésaplicacions endiferentsbranquesde la ciència, com ara la medicina, la química o les energies renovables. El gran impacte d’aquestes a les nostres vides ha dut el Parc Científic de Barcelona, juntament amb altres institucions europees, a desenvolupar eines educatives per apropar-les a les aules. En aquest article s’introdueix la diversa tipologia dels materials didàctics que es troben publicats al portal NANOYOU (http://www.nanoyou.eu) i, en concret, una de les activitats experimentals: l’anàlisi de les propietats dels nanomaterials en funció del seu grau d’hidrofobicitat.

paraules clau

Nanotecnologies, eines educatives, NANOYOU, nanomaterials, superhidrofòbia.

abstract

The relevance and the importance of nanotechnologies has grown exponentially in recent decades.The progresses in new technologies and materials have increasingly allowed nanotechnologies to find applications in diverse fields, such as medicine, chemistry and renewable energy.The impact of this on our lives has lead the Barcelona Science Park, together with other institutions in Europe, to develop educational tools to approach this field of science within the classroom. This article introduces the different educational tools, which are published in the NANOYOU portal (http://www.nanoyou.eu), as well as one of its experimental activities, which analyses the properties of nanomaterials based on their degree of hidrophobicity.

keywords

Nanotechnologies, educational tools, NANOYOU, nanomaterials, superhidrophobicity.

Nano-, del grec nánnos, ‘nan’, significa «una mil milionèsima (10-9) part» i s’aplica a noms d’unitats de mesura per designar-ne el submúltiple corresponent (símbol, n). Així, un nanòmetre es defineix com la mil milionèsima part d’un metre (1 nm = 1 × 10-9 m). Tal com veiem a la fig. 1, un nanòmetre equival aproximadament al radi de la doble hèlix de l’ADN. La fig. 1 mostra imatges amb exemples per ajudar a situar què entenem per nano-.

Les nanotecnologies engloben, doncs, l’estudi dels fenòmens i de la manipulació dels materials a escala nanomètrica. Els materials reduïts a aquesta escala poden mostrar propietats molt diferents en comparació amb les que presenten a escales més grans, la qual cosa permet obtenir possibles aplicacions úniques. Per exemple, algunes substàncies opaques arriben a ser transparents (coure), alguns materials inerts es converteixen en catalitzadors (platí),

alguns sòlids es converteixen en líquids a temperatura ambient (or) i alguns aïllants es converteixen en conductors (silici). Materials com l’or, químicament inerts a escala macromètrica, poden servir com a potents catalitzadors químics a escala nanomètrica. Una de les característiques de les nanotecnologies és la seva interdisciplinarietat entre diversos camps de la ciència. La física desenvolupa un rol important tant en la construcció del microscopi

utilitzat per investigar tals fenòmens com en l’aplicació de totes les lleis de la mecànica quàntica. La química té un paper important en el desenvolupament i en la caracterització de l’estructura dels materials desitjats.

Així, doncs, la formació de grups científics multidisciplinaris i els avenços tecnològics introdueixen les nanotecnologies en sectors tan amplis com el tèxtil, l’automobilístic, el tractament d’aigües, la farmacologia, la cosmètica, les pintures i els sensors per a aplicacions mèdiques, entre d’altres (fig. 2).

Actualment s’estan investigant els nous avantatges que poden aportar les nanotecnologies mitjançant el disseny, la

caracterització i la producció de noves estructures, nous mecanismes i nous sistemes manipulant la forma, la mida i, per tant, les propietats dels materials a escala nanomètrica.

La incorporació de les nanotecnologies en els departaments d’R+D de les empreses es perfila com un avantatge competitiu essencial. No obstant això, la seva implementació i la seva utilització requereixen d’un gran esforç tant econòmic com infraestructural i de personal especialitzat. Aquest esforç es pot solucionar mitjançant plataformes tecnològiques com la Plataforma de Nanotecnologia del Parc Científic de Barcelona.

Plataforma de Nanotecnologia

La naturalesa ens mostra innombrables exemples de com la capacitat de crear materials a escala molecular i nanomètrica genera estructures i mecanismes altament precisos, sofisticats i funcionals a escala macroscòpica. Per exemple, l’estructura laminar del grafit amb els àtoms de carboni enllaçats per enllaços covalents en el mateix pla genera macroscòpicament el grafit (conductor), mentre que l’estructura tridimensional amb carbonis amb enllaços dirigits cap als vèrtexs del tetraedre dóna lloc al diamant (no conductor) (fig. 3). Aquest és un exemple clar de com manipulant i controlant àtoms i molècules (com els aminoàcids, etc.) la natura genera estructures i mecanismes que tot just estem començant a comprendre. És per això que l’home, mitjançant les nanotecnologies, explora diferents tècniques de nanofabricació amb l’afany de reproduir aquests materials i estructures altament sofisticats i funcionals.

Per entendre millor aquests processos de fabricació, podem classificar les nanotecnologies, en funció de la seva tècnica d’aplicació, en nanotecnologies de baix cap a dalt (bottom-up) i nanotecnologies de dalt cap a baix (top-down). El terme bottom-up es refereix a la construcció d’estructures i dispositius a partir d’elements fonamentals (àtoms i molècules) mitjançant un procés de muntatge o autoassemblatge fins a obtenir el material desitjat. Un bon exemple per entendre-ho és l’ús de

Figura 3. Estructura del diamant i del grafit. Font: http://spin.udg.edu.

Figura 1. Què és nano-?

Figura 2. Àrees d’aplicació de les nanotecnologies.

Figura 4. Analogia per a la representació del terme bottom-up. Font: http://www.nath ansawaya.com.

petites peces de Lego per construir estructures de baix cap a dalt, tal com dóna a entendre la fig. 4.

Els principals avantatges d’aquesta tècnica inclouen el control biomolecular únic, el comportament biomimètic i el potencial per crear materials amb propietats sofisticades amb una única funcionalitat. Per contra, el principal desavantatge és el desordre a escala macroscòpica inherent als materials.

El terme top-down fa referència a dissenyar i miniaturar la mida d’estructures i mecanismes a escala nanomètrica. Aquest tipus de tècnica ha estat el més freqüent fins a avui a les nanotecnologies, més concretament en l’àmbit de l’electrònica, en el qual predomina la miniaturització. L’analogia, en aquest cas, seria l’elaboració d’una escultura que, tot utilitzant una varietat d’eines a partir d’un material a granel, «grava» acuradament cap a avall fins a definir les formes més petites (fig. 5).

En aquest cas, com a principals avantatges, caldria citar la seva versatilitat, la miniaturització, la precisió, la reproductibilitat i la capacitat per fabricar en lots. Per contra, l’accés limitat a les instal·lacions de fabricació, la capacitat limitada per aconseguir la tridimensionalitat i la baixa biocompatibilitat dels materials són alguns dels seus inconvenients.

Com a exemple d’aplicació d’aquestes tècniques per al desenvolupament de nous materials

top-down.

funcionals, actualment la Plataforma de Nanotecnologia del Parc Científic de Barcelona treballa activament en diferents àrees, com la dels biomaterials o la medicina regenerativa, entre d’altres, tot utilitzant estratègies conjuntes bottom-up i top-down. Com a exemples, cal citar els següents:

1) Desenvolupament de superfícies amb microestructures, nanoestructures dissenyades per estimular, controlar i dirigir el comportament cel·lular d’implants mitjançant tècniques topdown (fig. 6).

2) Desenvolupament de membranes autoassemblades amb materials biomimètics i biodegradables mitjançant tècniques bottom-up per estimular la regeneració de teixits d’os, teixit cardíac i teixit de la paret abdominal (fig. 7).

3) Desenvolupament d’estructures tridimensionals per recrear in vitro l’ambient extracel·lular de teixits in vivo per poder generar implants injectables per a la regeneració de teixits.

4) L’àrea dels biosensors i els sistemes de diagnòstic actualment es troba en plena expansió en el desenvolupament de nous materials amb unes millors sensibilitat i selectivitat. El camp de la medicina és el que més claraments’ha beneficiat (i possiblement ho continuarà fent) amb el desenvolupament dels biosensors, no només en el camp de les anàlisis clíniques, en el qual es facilita un diagnòstic precoç de malalties, sinó també en el camp del descobriment de nous fàrmacs, en el del desenvolupament d’òrgans artificials o en la monitorització in vivo dels pacients.

Podem, doncs, finalitzar afirmant que el nivell actual de precisió en la fabricació de nous materials ha revolucionat d’una manera molt positiva l’àrea de la medicina i permet el desenvolupament de materials bioactius, intel·ligents, biomimètics i biodegradables amb la capacitat d’interaccionar amb la biologia a nivells fonamentals.

Figura 7. Les imatges il·lustren el creixement de les cèl·lules sobre una superfície de postes de 10 µm de diàmetre, 4 µm d’altura i separades per 20 µm. a) Imatges realitzades mitjançant un microscopi electrònic d’escaneig (SEM); b) imatges de microscopi de fluorescència del citosquelet d’actina; c) mitjançant imatges de SEM de més alta resolució, podem veure com les cèl·lules apareixen ben connectades a les microestructures, tot arribant fins i tot a rodejar-les completament. Font: Tejeda-Montes et al. (2011).

Figura 5. Analogia per a la representació del terme

Figura 6. Superfície de silici amb microtopografies i nanotopografies. PTNano.

El Parc Científic de Barcelona i la divulgació científica

L’any 2003, el Parc Científic de Barcelona va posar en marxa el seu extens programa de divulgació «Recerca en societat», i fins a l’actualitat ha anat ampliant l’oferta d’activitats presencials. En aquests moments, el programa ofereix més de cent vint activitats anuals dirigides a prop de sis mil persones. Aquestes activitats inclouen una fira, exposicions, tallers experimentals, visites als laboratoris en forma de jocs de pistes, jornades de debat, visites guiades, etc.

El fet que les nanotecnologies siguin tècniques relativament joves, així com el seu ampli rang d’aplicació, tant científic com tecnològic, fa necessari emprendre accions per ajudar a la implantació i l’apropament de les nanotecnologies al nostre sistema educatiu actual. Malgrat els beneficis específics per als quals es desenvolupen les nanotecnologies, algunes d’aquestes noves aplicacions poden tenir efectes perjudicials. Per això, la ciutadania en general ha d’estar informada per poder col·laborar activament en la futura presa de decisions fent un balanç ponderat dels beneficis enfront dels hipotètics riscos. Per aquests motius, el Parc Científic de Barcelona, juntament amb altres institucions europees, es va plantejar d’ampliar l’abast de les activitats de divulgació desenvolupant un portal europeu de divulgació entorn de les nanotecnologies.

Figura 8. Alumnes participant a les Jornades NANOYOU. Font: http://www.nano you.eu.

NANOYOU (Nano for Youth) és un projecte europeu de divulgació i educació entorn de les nanotecnologies finançat pel 7è Programa Marc de la Comissió Europea, fruit de la col·laboració de vuit institucions europees, entre les quals trobem el Parc Científic de Barcelona, la Universitat de Cambridge i la Cité des Sciences et de l’Industrie de París, entre d’altres. L’European Schoolnet és el soci europeu encarregat de dinamitzar un programa de promoció dels continguts educatius de NANOYOU a les escoles europees. Aquesta promoció es veu reflectida en una mitjana de quatre mil visites al mes al portal NANOYOU. En concret, algunes eines, com ara els vídeos, han comptat amb més de seixanta mil visites. El programa de difusió inclou jornades de formació del professorat, que s’han organitzat tant a Brussel·les com a Cambridge i Barcelona, on s’han dut a terme dues edicions amb previsió de futures jornades. Aquestes jornades han facilitat l’organització d’un ampli ventall d’activitats educatives en centres educatius d’arreu d’Europa (fig. 8). Cal destacar la tasca de les cinquanta escoles de vint països europeus diferents (Alemanya, Àustria, Bèlgica, Dinamarca, Finlàndia, França, Eslovàquia, Espanya, Grècia, Hongria, Itàlia, Letònia, Lituània, Portugal, el Regne Unit, la República Txeca, Romania, Suècia, Turquia i Xipre) que van participar en el programa d’escoles pilot, ja que van ser les primeres a accedir a les activitats del portal NANOYOU i van aportar-hi les seves impressions, que es poden consultar a l’apartat «Nanoeducadors» del portal.

Figura 9. El portal NANOYOU.

Portal educatiu europeu NANOYOU

D’altra banda, coordinada pel Centre de Cultura Científica i Tecnològica de Grenoble, el projecte també ha tingut present la producció d’una exposició itinerant amb activitats presencials destinades a més de quatre mil joves i que, entre altres museus, ha estat acollida pel Museu de la Ciència de París, l’anomenada Cité des Sciences et de l’Industrie.

NANOYOU té com a objectiu principal el fet d’incrementar en els joves d’entre onze i vint-i-cinc anys els coneixements bàsics d’aquesta nova ciència. Aquest projecte neix, doncs, amb la finalitat d’apropar la investigació a l’educació.

La facilitat d’accés a aquesta aplicació a través d’un portal web, l’ampli rang d’eines multimèdia i el gran nombre d’activitats presencials proposades a escoles i museus de tot Europa fan de NANOYOU una eina útil per a la comunitat educativa en concret i per a qualsevol persona en general interessada a descobrir què són les nanotecnologies i quines són les seves possibles aplicacions en les nostres vides.

Aquest portal (fig. 9) ofereix, per exemple, un espai de fòrums virtuals en el qual els estudiants poden establir diferents diàlegs amb altres alumnes sobre els dilemes que presenten les nanotecnologies, tot compartint les seves pròpies reflexions. En el portal s’ofereixen activitats per participar en laboratoris virtuals en els quals els alumnes prenen el rol d’investigadors fent experi-

ments simulats. NANOYOU també ofereix recursos per dur a terme activitats pràctiques a les aules amb la finalitat d’estudiar les diferents propietats de la nanoescala i aprendre algunes de les seves aplicacions. A més a més, el portal ofereix jocs de cartes i jocs de rol que proposen als alumnes debats d’opinió sobre diverses nanotecnologies.

El portal NANOYOU és, per tant, una eina excel·lent per a alumnes, escoles i educadors que facilita informació de primera mà sobre les nanotecnologies a partir de centres de recerca europeus d’excel·lència, tot fent una especial èmfasi en les implicacions ètiques i socials, en la seguretat i en els límits presents i futurs del desenvolupament científic.

Eines educatives del portal NANOYOU

Les activitats i els materials desenvolupats per NANOYOU s’agrupen en cinc seccions o formats diferents.

Què és nano-?

En aquesta secció, es proporciona informació sobre la nanociència i les nanotecnologies i sobre els seus àmbits d’aplicació. S’hi troben documentals, pòsters i altres eines per acostar els alumnes a l’escala nano-.

Documental NANOYOU

És un breu documental (fig. 10) realitzat per la Universitat de Cambridge que explica els conceptes

bàsics de la nanociència, alguns projectes en els quals s’estan aplicant les nanotecnologies i les possibilitats que ofereixen per al futur.

Pòsters i PowerPoint

Són materialsrealitzats per la Universitat de Cambridge que introdueixen dins els secrets del nanomón i els beneficis i riscos que les nanotecnologies poden comportar tant per als països desenvolupats com per als països en vies de desenvolupament. Entre ells, hi ha una presentació PowerPoint anomenada Descobreix els secrets del món nano- (fig. 11). També es poden visitar galeries d’imatges i de projectes artístics relacionats amb la nanociència i les nanotecnologies.

Nanolaboratori

En aquesta secció, els visitants troben informació sobre experiments en nanotecnologies, alguns d’ells basats en la investigació actual, que es poden realitzar de manera virtual, i d’altres lligats a conceptes més bàsics per realitzar-los en laboratoris escolars.

Laboratori virtual

Els experiments virtuals (fig. 12), desenvolupats pel Parc Científic de Barcelona, són una oportunitat única per recrear de manera virtual experiments reals que s’estan duent a terme en centres de recerca.

Experiments

Desenvolupats per l’Interdisciplinary Nanoscience Centre at

Figura 10. Imatge del documental NANOYOU

Figura 11. Exemple de presentació. Font: http://www.nanoyou.eu

Figura 12. Laboratori virtual. Font: http://www.nanoyou.eu

13. Diàleg virtual. Font: http://www.nanoyou.eu.

Aarhus University, són propostes senzilles que es poden dur a terme a l’escola i que permeten als alumnes el fet de comprovar algunes de les propietats que els materials tenen a escala nanomètrica.

Nanodiàleg

Aquesta secció agrupa eines que permeten al visitant el fet de reflexionar i debatre els aspectes ètics, legals i socials associats a les nanotecnologies.

Diàleg virtual

La secció «Diàleg virtual» (fig. 13) proposa dilemes virtuals que enfronten els participants amb els aspectes ètics, legals i socials associats a les nanotecnologies. Un cop analitzats el problema, la solució i els possibles efectes, es convida els participants a donar la seva opinió sobre el dilema presentat. Aquests diàlegs virtuals promouran el debat entre els estudiants sobre diferents temes relacionats amb les nanotecnologies, la qual cosa els permetrà de comunicar-se entre ells a través d’un fòrum.

Jocs de rol

Els jocs de rol permeten convertir els alumnes en part interessada de diversos dilemes sobre les nanotecnologies que es presenten en aquesta secció de NANOYOU. Els alumnes representen diversos rols i han de defensar els seus punts de vista mentre intenten arribar a un acord amb altres parts interessades (fig. 14).

14. Joc de rol. Font: http://www.nanoyou.eu.

Concurs de fotografia

A través d’aquesta secció, es convida els internautes a participar en un concurs de fotografia per identificar i retratar la manera com les nanotecnologies formen part de la nostra vida. Al portal es poden visualitzar les fotografies que van participar al concurs (fig. 15).

Nanojocs

Aquesta secció ajuda a aprendre, a entendre i a experimentar nous conceptes en l’àmbit de la nanociència i de les nanotecnologies a través d’una sèrie de jocs divertits.

Màquina del temps

L’activitat «Màquina del temps» permet al visitant el fet de descobrir com han canviat amb el temps les solucions que els homes han donat a les seves necessitats, alhora que presenta les opcions que les nanotecnologies ofereixen per solucionar aquestes necessitats en un futur (fig. 16).

Joc de memòria

El joc de memòria posa a prova la memòria i els coneixements sobre les nanotecnologies mitjançant grups de cartes. Els participants han de relacionar imatges amb informació sobre la nanociència i les nanotecnologies. Hi ha diferents paquets de cartes que es poden descarregar del portal i que tracten diferents temàtiques (fig. 17).

Figura 15. Concurs de fotografia. Font: http://www.nanoyou.eu

Figura 16. Màquina del temps. Font: http://www.nanoyou.eu.

Figura 17. Imatge de cartes del joc de memòria. Font: http://www.nanoyou.eu.

Figura 18. Cartes del trencaclosques. Font: http://www.nanoyou.eu.

Figura

Figura

Trencaclosques

El trencaclosques permet conèixer quines característiques i aplicacions de les nanotecnologies s’amaguen darrere de quatre imatges aparellant les diferents cartes per descobrir fets sorprenents sobre les aplicacions de les nanotecnologies que ja formen part de la nostra vida (fig. 18).

Nanoeducadors

Aquesta secció proporciona informació i materials als educadors perquè puguin realitzar activitats relacionades amb l’ensenyament de les nanotecnologies i promoure la discussió dels aspectes ètics, legals i socials que porten associats. Inclou també algunes propostes sobre com es poden organitzar lliçons o dies complets dedicats a les nanotecnologies. Els paquets de formació per a educadors es divideixen en dos mòduls teòrics (conceptes fonamentals de nanociència i nanotecnologies, aplicacions de les nanotecnologies) i un mòdul experimental. Cada mòdul es divideix, al seu torn, en diferents capítols que contenen informació, gràfics i referències sobre diferents conceptes de la nanotecnologia. Cada mòdul experimental es relaciona amb els mòduls teòrics pertinents.

Experiment per identificar materials superhidrofòbics

Introducció

Les nanotecnologies no només es nodreixen de nous desenvolupaments i materials. Tal com estudia la biomimètica, la naturalesa ha estat i continua sent la principal font d’inspiració dels científics. La fulla de lotus és altament repel·lent de l’aigua. Tal com veurem en aquest experiment, el comportament superhidrofòbic de la fulla de lotus a causa de la seva superfície nanoestructurada ha servit de font d’inspiració per al desenvolupament de teixits

que no es mullen, ja que tenen propietats molt hidrofòbiques. L’explicació de la superhidrofòbia es troba en la seva nanoestructura superficial.Les superfícies hidrofòbiques són més resistents a les taques i, per tant, requereixen menys neteja. La utilització de teixits superhidrofòbics en la indústria tèxtil permetria millorar la gestió dels recursos naturals, ja que facilitaria l’estalvi d’aigua per la reducció dels cicles de neteja. D’aquesta manera, s’aconseguiria un impacte positiu en el medi ambient a causa de la reducció de sabons i detergents.

Fonament teòric

La propietat d’una superfície d’interaccionar més o menys amb l’aigua es defineix amb el concepte mullabilitat. La mullabilitat està relacionada amb la interacció de l’aigua amb les molècules de la superfície, que poden ser hidròfiles (afinitat per l’aigua) o hidròfobes (repel·lents de l’aigua), de manera que parts hidròfiles i hidròfobes no interaccionen entre si. Les molècules dels fosfolípids de les membranes biològiques (fig. 19) tenen un extrem hidrofòbic i un extrem hidrofílic, i el mateix passa en el cas dels

emulgents i els tensioactius dels detergents. Per síntesi química convencional es poden fabricar materials hidròfobs, però què caldria per preparar superfícies superhidrofòbiques com la fulla de lotus, que és superhidròfoba?

Per tal d’estudiar la superfície d’aquestes fulles, es va utilitzar el microscopi electrònic de rastreig i es van obtenir imatges de la superfície. En aquestes imatges es va detectar la presència de nanocristalls de cera (fig. 20).

Per tant, per tal d’aconseguir aquesta hidrofobicitat, és necessari crear microtopografies o nanotopografies a la superfície, utilitzar eines i estratègies del camp de la nanotecnologia i preparar els materials adequats per fer aquests recobriments superficials de l’escala nano-.

Un dels mètodes per quantificar la mullabilitat d’una superfície és mesurar-ne l’angle de contacte, és a dir, l’angle que forma la superfície d’un líquid o d’un gas en contacte amb una superfície sòlida (fig. 21a).Aquest valor proporciona informació sobre l’energia d’interacció entre la superfície i el líquid. Es pot, per tant, classificar els materials en funció del seu angle de contacte (fig. 21b).

19. Estructura d’un fosfolípid (esquerra) i organització d’una membrana biològica (dreta). Font: http://www.educared.org/wikiEducared/La_membrana_plasm%C3%A1tica.html.

20. Microestructura i nanoestructura d’una fulla de creixen. Imatges de microscopi electrònic de rastreig. Font: http://www.nanoyou.eu a) A. Snyder, Exploratorium; b) i c) A. Marshall, Stanford University; d) A. Otten i S. Herminghaus, Göttingen (Alemanya). Totes les imatges són de materials de la xarxa NISE (http://www.nisenet.org), reimpreses sota les condicions de la mateixa xarxa.

Figura

Figura

Figura 21a. Esquema de la definició d’anglede contacte. Font: http://www.nanoyou.eu.

Figura 21b. Classificació dels materials en funció del valor del seu angle de contacte. Font: http://www.nanoyou.eu.

Les superfícies amb nanoestructures tendeixen a tenir angles de contacte molt alts. Això es pot entendre imaginant que una superfície amb una certa rugositat està formada per una sèrie de pilars molt petits, de manera que la gota està en contacte amb una gran porció d’aire. A mesura que aquesta porció d’aire augmenti, és a dir, a mesura que aquests pilars estiguin més separats, el grau d’hidrofobicitat del material també augmentarà, tal com il·lustra la fig. 22.

Figura 22. Representació d’una superfície superhidrofòbica. Font: http://www.nanoyou.eu.

Un dels materials que analitzarem serà un tèxtil superhidròfob que porta incorporades nanopartícules (nanoteixit). Aquest teixit està dissenyat imitant l’efecte de la fulla de lotus. La seva superfície consta de «fibres» dissenyades mitjançant nanoenginyeria.

Objectius del treball experimental

Els objectius del treball experimental són:

– Comprendre la definició de mullabilitat com una propietat superficial dels materials i quantificar-la amb la mesura de l’angle de contacte.

– Comprendre els conceptes materials hidròfils i materials hidròfobs i classificar diferents materials com a hidròfils o hidròfobs en funció del seu angle de contacte.

– Comprendre que, per tal d’obtenir materials superhidrofòbs, s’han de crear microestructures o nanoestructures a la seva superfície.

– Identificar el nanoteixit per la mesura de la mullabilitat i pel seu comportament, tot comparant-lo amb materials comuns.

Material i productes

Paper de filtre (10 × 10 cm)

Portaobjectes de vidre

Làmina d’alumini (10 × 10 cm)

Fulla de col

Teixit de cotó (10 × 10 cm)

Nanoteixit (10 × 10 cm)

Seguretat

Teixit sintètic (10 × 10 cm)

Pipetes Pasteur

Plats, gots i culleres de plàstic

Aigua, oli de gira-sol

Suc de préssec, vinagre

Maionesa, quètxup

Aquest experiment no utilitza productes químics perillosos, però cal no embrutar-se, per la qual cosa caldrà utilitzar bata i guants. La seguretat és molt important en qualsevol tipus d’experiment.

Procediment experimental

Protocol per dur a terme l’experiment a les aules:

1. Classificació de diferents materials en funció del seu grau de mullabilitat. Conceptes material hidròfil i material hidròfob

– Agafem els cinc materials a estudiar: un portaobjectes de vidre, un paper de filtre, una làmina d’alumini, un recipient de plàstic i una fulla de col. – Omplim un got de plàstic amb aigua. Mitjançant la pipeta Pasteur, afegim un parell de gotes d’aigua sobre la superfície de cada material i col·loquem els materials dins una safata de plàstic per tal de recollir l’aigua.

– Inclinem amb cura cadascun dels materials per poder observar el comportament de les gotes d’aigua sobre la seva superfície. Les gotes llisquen o rodolen? Comprovem la facilitat que tenim per mantenir les gotes immòbils a la superfície del material. Anotem totes les observacions per a cadascun dels materials.

– Basant-nos en l’observació visual del comportament de l’aigua sobre els diferents materials i tenint en compte la classificació dels materials en funció del seu angle de contacte (fig. 19), classifiquem els materials com a hidròfils o hidròfobs.

Es mostra, a tall d’exemple, la forma de gotes d’aigua sobre diferents materials (fig. 23).

Possibles qüestions:

– El paper de filtre es comporta com els altres materials? Si no és així, per què?

– Podem classificar algun dels materials provats com a superhidrofòbic?

Figura 23. Comportament de gotes d’aigua sobre diferents materials. Font: http://www.nanoyou.eu.

2. Estudi comparatiu de diferents teixits convencionals i del nanoteixit dissenyat per reproduir l’efecte de les fulles de lotus (material superhidrofòbic).

– Agafem els tres teixits a estudiar: cotó, sintètic i nanoteixit. Els col·loquem sobre un plat o una safata de plàstic i escrivim en cadascun d’ells el tipus de teixit que és per evitar confusions.

– Preparem dins un got de plàstic o un altre recipient petit una petita quantitat de cadascun dels productes que assajarem: aigua, oli, suc, vinagre, maionesa i quètxup.

– Decidim en quin ordre farem els assaigs sobre els teixits i ordenem els gots i els teixits tal com indica la fig. 24.

– Mitjançant la pipeta Pasteur per als líquids i una cullera per als altres, col·loquem una mica de cada líquid i de cada sòlid en cada teixit (fig. 25). Anotem les observacions del comportament de cadascun dels productes sobre cadascun dels teixits.

– Després d’un temps fixat, retirem suaument el producte de sobre la tela amb un tros de paper de cuina (fig. 26). Anotem per a cada líquid la informació següent: si ha estat absorbit, si ha romàs a la superfície o si ha tacat el teixit.

Possibles qüestions:

– Hi ha una clara diferència entre el nanoteixit i els altres?

– Fins a quin punt ha estat fàcil de netejar les taques de líquid dels teixits?

– Ha estat fàcil de treure les taques dels productes més espessos de sobre els teixits?

– S’ha aconseguit eliminar totes les taques? Quines s’han eliminat?

En funció dels objectius didàctics i del nivell dels alumnes, el professor pot elaborar, a partir del protocol anterior, activitats concretes d’aula com les que es poden trobar a l’Aplicatiu de Recobriment Curricular: http://apliense.xtec.cat/arc/queeslarc

Font: http://www.nanoyou.eu.

Les nanotecnologies són tècniques relativament joves i caldria incorporar-les al sistema educatiu per preparar ciutadans amb coneixements actuals i amb criteri

Algunes consideracions finals sobre la nanotecologia

– La nanotecnologia desenvolupa un paper primordial i cada vegada més transcendental en totes les àrees rellevants de la humanitat.

– El nivell de precisió en la fabricació de nous materials ha revolucionat d’una manera molt positiva en els darrers anys l’àrea de la medicina i ha permès el desenvolupament de materials bioactius, intel·ligents, biomimètics i biodegradables.

– Les nanotecnologies són tècniques relativament joves i caldria incorporar-les al sistema educatiu per preparar ciutadans amb coneixements actuals i amb criteri.

– El portal NANOYOU és un bon recurs per als alumnes, les escoles i els educadors en concret i per a qualsevol persona en general interessada en les nanotecnologies per rebre informació de primera mà de centres de recerca europeus d’excel·lència.

Font: http://www.nanoyou.eu.

Font: http://www.nanoyou.eu

Bibliografia

Protocol de l’experiment de materials superhidrofòbics basat en el protocol desenvolupat per Luisa Filipponi, iNANO, Aarhus University: http://nanoyou.eu/attachments/502_EXPERIMENT%20D1_ Teacher%20document%2011-13.pdf Aquest experiment és en part una adaptació de l’activitat de les aplicacions Nano-Tex: http://mrsec.wisc.edu/Edetc/IPSE/ educators/nanoTex.html

Figura 24. Exemple d’ordenació dels teixits i dels líquids.

Figura 25. Situació de les taques sobre cada teixit.

Figura 26. Intentant eliminar les taques.

Llibres

LANGER, R.; TIRRELL, D. A. (2004). «Designing materials for biology and medicine». Nature, 428: 487-492.

LAURENCIN, C. T.; NAIR, L. S. [ed.] (2008). Nanotechnology and tissue engineering: The scaffold Boca Raton: CRC Press. MATA,A. (2011). «Micro and nanotechnologies for bioengineering regenerative medicine scaffolds». International Journal for Biomedical Engineering and Technology, 5(2/3): 266-291.

NAVARRO, M; PLANELL, Josep A. [ed.] (2011). Nanotechnology in regenerative medicine. Nova York: Humana Press; Springer. (Methodsin Molecular Biology; 811).

SMITH,K. H.; TEJEDA-MONTES,E.; POCH, M.; MATA,A. (2011). «Integrating top-down and self-assembly in the fabrication of peptide and proteinbased biomedical materials». Chemical Society Reviews, 40: 4563-4577.

Judith Linacero Blanco

és llicenciada en ciències físiques per la Universitat de Barcelona (2006), on també ha cursat el grau de màster en biofísica (2008). L’any 2005 va començar a treballar al Parc Científic de Barcelona com a tècnica especialista a la Plataforma de Cristal·lografia de Proteïnes. Actualment, i des de fa gairebé dos anys, treballa a la Plataforma de Nanotecnologia com a tècnica especialista del Microscopi Electronic d’Escaneig i E-Beam Lithography.

A. e.: jlinacero@pcb.ub.cat

STUPP,S. I.; DONNERS,J. J. J. M.; LI,L. S.; MATA A. (2005). «Expanding frontiers in biomaterials». MRS Bulletin, 30: 838-844.

TEJEDA-MONTES,E. [et al.] (2011). «Engineering membrane scaffolds with both physical and biomolecular signaling». Acta Biomater, s. núm. (8 setembre): s. p.

VOGEL, V.; SCHMID, G. (2009). Nanotechnology. Vol. 5: Nanomedicine. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

WHITESIDES,G. M. (2005). «Nanoscience, nanotechnology and chemistry». Small: 1(2): 172179.

Recursos web

Aplicatiu de Recobriment Curricular. Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. <http://apliense.xtec.cat/arc/quees larc>

«Blocs de comentaris del professorat experimentador de les activitats del projecte pilot euro-

Álvaro Mata Chavarria

és llicenciat en enginyeria mecànica per la Universitat de Kansas (EUA), màster en bioenginyeria per la Universitat de Strathclyde (Regne Unit) i doctor en enginyeria biomèdica per la Universitat Estatal de Cleveland (EUA). Ha treballat en el desenvolupament de scaffolds per aplicar-los a la regeneració de teixits i ha desenvolupat materials self-assembling per al control en la diferenciació de les cèl·lules mare i la regeneració òssia. Des del 2008, treballa com a cap de la Plataforma de Nanotecnologia del Parc Científic de Barcelona. Ha rebut els premis Clodomiro Picado Twight Technology (2005) i Baxter Early Career in Biotechnology (2006).

A. e.: amata@pcb.ub.cat

peu». A: NANOYOU. Barcelona: Parc Científic de Barcelona; Cambridge: University of Cambridge; París: Cité des Sciences et de l’Industrie; Grenoble: Centre de Culture Scientifique, Technique et Industrielle; Viena: Centre for Social Innovation; Jerusalem: ORT Israel; Jerusalem: ARTTIC Israel; Brussel·les: European Schoolnet; Aarhus: Aarhus Universiteit. <http://nanoyou.eu/ca/ nanoeducadors/centrespilot.html ?view=alphacontent>.

GUITART, J. «Es mullen o no es mullen?». A: Aplicatiu de Recobriment Curricular. Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. <http://apliense.xtec.cat/arc/node/ 1121>

GUITART, J. «Què diferencia els col·loides de les solucions?». A: Aplicatiu de Recobriment Curricular Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. <http://apliense.xtec.cat/ arc/node/1124>.

Rosina Malagrida Escalas és llicenciada en ciències químiques per la Universitat de Barcelona i màster en comunicació científica per l’Imperial College de la Universitat de Londres. Ha cursat el programa de direcció de la comunicació estratègica d’ESADE i ha treballat al National Science Museum de Londres. Actualment treballa al Parc Científic de Barcelona en el camp del disseny i la implantació d’estratègies de comunicació, entre elles, en el Programa de Recerca en Societat. Col·labora amb l’Institut de Recerca de la Sida IrsiCaixa i actualment coordina el projecte europeu XploreHealth, un portal educatiu sobre recerca biomèdica actual. A. e.: rmalagrida@pcb.ub.es

Engaging students for meaningful chemistry learning through Microcomputer-based Laboratory (MBL) inquiry

Promoure en els estudiants l’aprenentatge significatiu de la química mitjançat treballs pràctics indagatius amb l’ús d’equips de captació de dades amb sensors (MBL)

Maija Katariina Aksela / University of Helsinki. Department of Chemistry. Unit of Chemistry Teacher Education (Finland)

abstract

The Microcomputer-based Laboratory (MBL)is an example of a student-centred learning environment that provides new opportunities to engage secondary-level chemistry students in meaningful learning and higher-order thinking through inquiry.MBL promotes student discussion, planning, measuring and taking responsibility for their own study processes.MBLs support an environmentally benign (green chemistry) approach in the school by reducing the amounts of chemicals needed. This article presents a pedagogical research-based view of its effectiveness, the challenges faced when using and some tips for implementing it in chemistry classrooms at high school level.

keywords

Microcomputer-based Laboratory (MBL), data-logging, chemistry, high school.

resum

La utilització d’equips de captació de dades amb sensors (MBL) pot constituir un exempled’entorn d’aprenentatge centrat en l’alumne que ofereixnovesoportunitatsper acostar els estudiants de química de l’ensenyament secundari cap a un aprenentatge significatiu i cap al pensamentd’ordre superior através de la indagació.L’ús de MBL promou en els alumnes la discussió, la planificació, la mesurai la presa deresponsabilitatdel seus propis processos d’aprenentatge. La tècnica MBL pot contribuir des de l’escola a propostes respectuoses amb el medi ambient (química verda) mitjançant la reducciódelesquantitatsde productesquímicsnecessaris. Aquestarticlepresentauna investigació pedagògica de l’eficàcia d’aquesta tècnica, dels seus reptes d’utilització i alguns consells per implementar el seu ús a les classes de química de secundària.

paraules clau

Equips de registrament de dades amb sensors (MBL), registre de dades, química, ensenyament secundari.

Introduction

The Microcomputer-based Laboratory (MBL, called a datalogging package in the U. K.) has been used in chemistry education since the 1980s. Tinker and his colleagues at Technical Education

Research Center make the MBL possible (Tinker & Stringer, 1978).

MBLs are tools that use microcomputers for data acquisition, display, and analysis(fig. 1).Similar to activities ofchemists, students can use probes and associated software

to direct the computer to collect, record, and graph, for example temperature, voltage, pH, or dissolved oxygen data (e. g. Novak & Krajick, 2004)(fig. 2).

The MBL allows students to complete laboratory activities

that were previously impossible or impractical to implement (e. g. Nakhleh et al., 2002).MBLs also allow possibilities to study chemical phenomena outside of schools, i. e. make field experiments, for example in nature (e. g. Lavonen et al., 2003; Tinker & Krajick, 2001).

MBLs offer new possibilities to integrate experiments in the chemistry classroom. In particular, it allows investigative styles of working: experiments can be readily repeated, generating more data for analysis; or students can manipulate the parameters of experiments, and replicate them (e. g. Newton, 1997). Students can repeat their measurements easily, even using the same screen image, offering possibilities of comparing gathered results easily (Lavonen et al., 2003) Students can compare, for example, two exothermic reactions (Aksela & Heikinaho, 2004) (fig. 3).

MBLs extend experimental possibilities beyond standard laboratory apparatus (e. g. Tortosa, 2008). They assist in managing the collection, display, storage, modeling, and analysis of laboratory data. The MBLs provides opportunities to study the ideas of chemical reactions, even in the context of organic chemistry. In particular,

most organic reactions cannot be readily conducted safely with the available facilities for secondaryschool laboratory work.

MBLs also support an environmentally benign (green chemistry) approach in the school laboratory just as it had done in modern research laboratories. It can reduce the amounts of chemicals needed and providing opportunities to study chemical phenomena (e. g. heat of reaction, pH), even in microscale (Aksela, 2005). This is not easily accomplished with traditional methods in schools.

Conducting experiments in microscale can offer many advantages over conventional methods such as waste reduction, low cost, ease of use, enhanced safety, and shortened work time. The six-well template system can serve as a simple calorimeter. It’s a plastic microscale template for MBL studies with two holes in the lid (fig. 4). One hole is for a temperature probe and the other is to add reactants with a pipet. A magnetic stirrer can be used for stirring the reactants. This system provides an opportunity for students to study six reactions quickly and safely in a green chemistry approach (Aksela, 2005).

3. Graph comparing the temperature evolution with time in two exothermic reactions.

4. Green chemistry approach. A plastic microscale template used as a calorimeter.

The effectiveness of MBL for chemistry instruction

Few studies have focused on MBL environments, on how students construct knowledge (i. e. using their higher-order thinking in chemistry) using MBL, or how MBL, in turn, affects students’ perceptions and interpretations of chemical phenomena, or how MBL can support students’ meaningful learning in conjunction

Figure 1. An example of Microcomputerbased Laboratory (MBL) tools.

Figure 2. Students using a colorimeter of the MBL equipment.

Figure

Figure

with pedagogical models (strategies) (e. g. Lavonen et al., 2003; Nakhleh, 1994).

There can be found many advantages of the use of MBLs in science instruction from research literature. They offer students new possibilities to see data presented in ways that increase the understanding of chemistry (Aksela, 2005). The MBL is effective at communicating scientific data, because MBL (a) represents datain multiple ways, (b) graphs in real time, thereby displaying the physical event with the symbolic graph, (c) allows students to investigate phenomena in a manner similar to scientists, and (d) allows students to concentrate on the interpretation of the graph rather than the production of the graph (Mokros & Tinker, 1987).

In addition, MBLs develop skills of investigation, reflection, and analysis, generate and refine conceptual change, find solutions to problems, and pose questions for further inquiry (McRobbie & Thomas, 2000). Students can become more confident in their own abilities to design experiments, articulate hypotheses, control variables, interpret data, and make conclusions based on

the data and the hypotheses (Zuman & Kim, 1989). MBLs also provide opportunities for more autonomous, independent, and exciting scientific investigations and, thus, engage students in learning chemistry (Linn, 1995; Nakhleh, 1994). According to Lapp & Cyrus (2000), it can also give students a sense ofconfidence in their work.

The MBLs motivate students to study chemistry. Students display considerableinterest in conducting experiments and using MBLs (Adams & Shrum, 1990; Aksela, 2005; Amend &Furstenau, 1992; Atar, 2002; Newton, 1997). The real time connection between the event and developing the graph is particularly motivating for students and promotes their attitudestowards chemistry (Nachmias, 1989), even for those who encounter problems in drawing graphs on their own.

MBLs can support meaningful chemistry learning and higherorder thinking (Aksela, 2005). They canassist in students’ knowledge construction (Nakhleh, Polles & Malina, 2002), and help develop concepts and skills (Igelsrud & Leonard, 1988; Nakhleh & Krajcik, 1994; Tinker,

The immediacy of graph production is one of the most important features of MBL activities

1996). According to Friedler, Nachmias & Linn (1990), the MBL is an appropriate environment, in which to teachscientific reasoning skills, such as prediction and observation. In particular, the value of theMBL learning environment to practical work lies in analyzing and interpreting data (Roger, 1997). According to Nakhleh & Krajick (1994), students increased their levels of understanding of acids, bases, and pH compared to students who used more traditionallaboratory approaches (using pH meters and indicators).

MBLs free students to devote more attention to observation, reflection, and discussion (Rogers, 1996). Students need less time to understand relationships between theory and practise compared to traditional laboratory approaches (Friedler, Nachimias & Linn, 1990).

MBLs conserve lesson time because of the relative ease with which experimental data are captured and presented (Rogers & Wild, 1996). Students in a conventional laboratory setting require twice as much time as those in the microcomputer-based laboratory (e. g. Schecker, 1998). Thus, the MBL environment also allows students more time to discuss, plan, and take responsibility for their study processes (e. g. Domin, 1999).

The benefits of MBLs inpromoting meaningful learning are facilitating immediate observations of data, seekinganswers to questions of about the data, looking for links with other information, makingcomparisons, predicting, and looking for trends —i. e., the benefits of MBL arise fromstimulating the quality of students’ thinking about the data (Roger, 1997).The immediacy of graph productionis oneof the most important features of MBL activities(fig. 5).

Figure 5. A student performing a pH curve registration and the corresponding graphic.

With MBLs, a graph of gathered quantitative data becomes a starting point for studentthinking (Newton, 1997). A graph enables the student to construct a bridge between thephenomenon and its formal presentation. It provides opportunities for viewing a complete process rather than discrete phases of the process, as in an ordinary laboratory setting. Thus, students are free to think and solve problems without being overloaded with technicalities (Nachmias, 1989). Graphs extend memory and facilitate information processing (Tversky, 2000). They are like cognitive tools. Real-time MBL affects student learning placing less of burden on students’ shortterm and long-term memory for processing and maintaining information (Brasell, 1987).

The challenges of MBL for chemistry instruction

Without appropriate conceptual understanding in chemistry, students may fail to observe the phenomenon under investigation or, on occasions, may observe something else entirely (Atar, 2002; Friedler, Nachimias & Linn, 1990). However, it has been found that MBLs do not necessarilypromote learning for all students, especially slow-paced students requires often specialattention (Atar, 2002).

More practice is, however, needed for students to think about data represented by graphs to identify properties and relationships in chemistry, and also for students to gain practice in talking about graphs (Newton, 1997). Students need time to practice describing and using patterns to engage in necessary reflection upon their results and discussions with their teachers (Rogers, 1995). There is a difference between interpreting the findings of real-time data collection and

completing graphs by hand. Students are better at interpreting the MBL-generated graphs (Mokros & Tinker, 1987). Learning from graphs requires skills, such as comparing data, using cursors, performing calculations, fitting curves, and altering scales.

Students need time to practice describing and using patterns to engage in necessary reflection upon their results and discussions with their teachers. Students are better at interpreting the MBL-generated graphs

The interpretation of graphs depends on the ability to understand global features suchas intervals, maxima and minima, and discontinuities (Roger, 1996). According to Atar (2002), students respond differently to the immediacy of data. Some students said that it reinforced their learning and promoted their engagement with the experiment, while others believed it confused them, preventing them from understand, what was really going on in the experiment. There were some things students did not understand about graphing: the sensitivity of the graphing scale, and the way that the MBL displayed data. Effective incorporation of MBLs into laboratories to analyze scientific data is much more related to the graphing skills of students than to their school grade level (Atar, 2002; Rogers, 1995).

Features of graphs are the language of graphs through which meanings about them are conveyed (Dreyfus & Mazouz, 1992). Observations of students using MBLs indicate thattheir talk can lead them to a better

appreciation of the meaning of their data and their skills incommunicating it (Newton, 1997). MBL promotes student-student interactions and peergroup discussions (Nakhleh, 1994). Much of students’ talk about their graphs is, however,descriptive in nature, and much of their voca bulary is unscientific (Aksela, 2005; Newton, 1997). Somestudents may describe patterns in graphs using everyday language without appreciating theunderlying meaning or significance of the graphs themselves. A large proportion of noviceICT-user talk might be termed «operational talk» concerned with students’ setting up andmanaging equipment (Aksela, 2005; Newton, 1997). The students’ choice of words seems to refer to the «behavior» of agraph as a dynamic, changing form, something like a «movie» of the data (Aksela, 2005; Newton, 1997).

The instructional effectiveness of MBL is linked to the pedagogical approach employed(e. g. Aksela, 2005; Krajcik, 1991; Linn, 1995; Nakhleh, 1994; Nakhleh, Polles & Malina, 2002). Students’ activities must be carefully structured. Some student groups spend time apparently doing little more than looking at the MBL hardware log data and presenting a graph (Newton, 1997).

An MBL activity cannot in itself teach anything or enhance student learning in chemistry; the MBL must be embedded within a curriculum, a school, and a social context (Newton, 1997; Tinker, 1996). Instruments can either encourage or hinder cognition about scientific concepts (Malina & Nakhleh, 2001). In particular, some students did not find it easy to provide verbal descriptions of graphs (Barton, 1997).

Thus, the design of a classroom activity is central (Aksela, 2005; Rogers, 1997).

The starting point for planning must be to identify the purpose of the task in terms of anticipated learning outcomes. Student also need to invest time to gain familiarity and confidence in using these software tools, but experience shows that the time needed tobring students to an efficient threshold of skill can be quite modest (Rogers & Wild, 1994).Students’ interactions with the teacher are important in maximizing potential benefits from MBL use (Aksela, 2005; Barton, 1997; Lavonen et al., 2003; Newton, 1997). Whenever possible,teachers should engage students in discussions on the meaning of graphical data (Barton, 1997).

Talking to students about their graphs improves their ability to describe them and encourages them to reflect on their meaning. Using just a few prompting questions that encourage students to think more deeply about what they have said, can significantly affect their interpretations of the data (Barton, 1997). Questions related to investigating a chemicalreaction can be, for example, questions showed in table 1(Rogers, 1997).

In addition, students need also careful task analysis and class discussion to counteract the formulation ofinappropriate concepts (Nakhleh & Krajcik, 1994).

The learning outcomes appropriate to a task clearly depend on the context, but these aresome general objectives (Rogers, 1997): (a) a student is able to use a graph to describe eventsin an investigation; (b) a student is able to make connections between observations and graphshape, (c) a student has knowledge of variables which affect each other; (d) a student describe patterns and relationship between variables; (e) students are aware of the properties of linearrelationships, (f)students interpret data in terms of previously learned theories; (g) studentsunderstand how theories can be tested by examining data; and (h) students make predictionsfrom collected data.

Nahkleh et al. (2002) emphasize the aspects included in table 2 to support meaningful learning through laboratory activities (e. g. MBL).

There is, however, a need for additional research in naturalistic settings within chemistry classes, especially focusing on how stu-

dents construct knowledge in chemistry using MBL, and how MBL, in turn, affects students’ perceptions and interpretation of physical phenomena, or how to support student learning using MBL with various teaching strategies (Aksela, 2005; Lavonen et al., 2003; Nakhleh, 1994).

Nakhleh (1994) reviewed three majorareas of MBL research in science education: (a) students’ understanding of graphing using MBL, (b) students’ development of science concepts using MBL, and (c) students’ understanding of scientific experimentation using MBL. For example, Nakhleh & Krajcik (1993) had studied secondary students’ thoughts during acid-base titrations using either MBL, a pH meter, or an acid-base indicator.

One possible use of the MBLs is to connect practical investigations with computer-based molecular modeling (Aksela & Lundell, 2008). For example, students can first model chemical phenomena studied like chemists through molecular modeling program, second make experiment(s) in laboratory and finally explain the phenomena by using computerbased modeling.

An example of MBL pedagogical use in chemistry instruction

• How long does it take for the reaction to start after the solutions are mixed?

• Does the reaction proceed at a steady rate?

• How do you know when the reaction has finished?

• How long does it take for the reaction to finish?

• If you dilute the solution, how does this affect the reaction time?

• Experiment should have practical, real-world connections.

• Pre- and post-laboratory oral discussions.

• Limited, specific goals of laboratory activities.

• Design labs so that procedural skills or instruments that student useare clustered in several labs.

• Encourage students to ask «What if?» questions to help them explore the boundaries of the topic.

The effectiveness of MBL tools depends much on teachers’ understanding of how to use them(e. g. Lavonen et al., 2003). In this example, students’ higherorder thinking in chemistry is supported through a cooperative learning and learning cycle approach (Aksela, 2005). In particular, the learning diary and concept mapping is assumed to work as metacognitive devices (e. g. White & Frederiksen, 2000) to promote social discourse and, thus, student thinking. Peer interaction can particularly provide necessary positive and supportive

Table 1. Questions to help students in the interpretation of the data in an MBL investigation about chemistry reaction

Table 2. Advice and guidance to support meaningful learning through laboratory activities as MBL

environments for higher-order thinking, encouraging students’ thought and discourse in chemistry. The teacher’s role is seen as a coach who stimulates students’ initial thinking skills and guides them towards the learning goals.

According to Lawson et al. (1986) and Aksela (2005), the learning cycle is suitable teaching method, in particular, when the development of thinking skills is a main goal. A five-stage learning cycle including Exploration, Explanation, Elaboration, Evaluation, and Reporting (EEEER)can be implemented to support meaningful chemistry learning within student-centered MBL inquiry. It can include aspects considered in table 3.

A jigsaw model of cooperative learning (Aronson et al., 1978) can be incorporated in thecomputerassisted MBL inquiry (Aksela, 2005). During the cooperative inquiry,every student can share their thoughts and what they had learned with each other, and reflecton their learning. Working in small groups, students can complete investigations in their homegroups during their first inquiry session, and later, within expert groups. There can be three or four home groups with three to four students in each group in studies. Each group can have its own color (red, blue, green, or white) to easily distinguishthe groups. During the second session, students can teach what they had learned from the first session to other students in their expert group. Then, students can teach to their home groupto reflect on their learning and complete concept maps and a learning diary. Differentroles, selected by students (such as leader, secretary, computer assistant, and assistantworking with chemicals) can be useful in the studies.

Table 3. A five-stage learning cycle including EEEER implemented with student-centered MBL inquiry

• Conducting MBL-based investigations (the Exploration Phase).

• Drawing a concept map of the chemical reactions (the Explanation Phase).

• Conducting a teaching session, where students teach what they have learned to the other team members (the Elaboration Phase).

• Writing a learning diary that provoked students to reflect on their learning during their inquiry within small co-operative teams (the Evaluation Phase).

• Writing a report of their results (the Reporting Phase).

Examples of MBL activities in chemistry

There can be found many MBL school activities from Internet in chemistry (e. g. Aksela & Heikinaho, 2004; Vernier, 2011; Pasco, 2011). It can be studied, for example the following chemical phenomena: (I) endothermic and exothermic reactions, (II) effect of temperature on solubility of a salt, (III)properties of solutions and non-electrolytes, (IV) energy contents of fuels, (V) heat of combustion: magnesium, (VI) acidbase titration, (VII) determining the quantity of Iron in a vitamin tablet, (VIII)acid rain simulation or (IX) ideal gas law.

The MBL investigations can serve as a novel strategy to support students’ learning of ideas of organic reactions (Aksela, 2005). Open inquiry can be studied by given open task instructions, tools, and materials to students. For example, table 4 shows three student investigation tasks within the MBL tool that can be studied.

Table 4. Student investigation tasks within the MBL tool

• Task 1. A study of four chemical reactions (exothermic and endothermic reactions, two acid-base and two esterification reactions), by using a MBL temperature probe.

• Task 2. A study of aspirin synthesis (to determine which factors affect the reaction rate), by using a MBL temperature probe.

• Task 3. A study of the reaction of an organic acid, acetic acid and NaOH (titration).

The open-ended task instructions can be stated as follows, for example: «Study the properties of four chemical reactions using the MBL tool».In particular, the emphasis is on engaging students in higher-order thinking regarding the ideas of chemical reactions through tasks that can «anchor» students’ to meaningful learning. The tasks were re-designed to resemble more real world situations to motivate students to transfer their knowledge and skills. The tasks, with little stories, resemble plays with «chemist» roles where students help a chemist solve problems.

Task 1 consists of the following story (freely translated to English): «A chemist needs to solve the following real problem in a research center. Does a chemical reaction happen between the following substances (acetic acid + natrium hydroxide, formic acid + natrium hydroxide, acetic acid + n-butanol, formic acid + n-butanol)? A chemist asks your help How can you infer it? What happens in each reaction? Compare the reactions and classify them according to their properties. Describe your results in every stage of your inquiry. At the end of your study, please, send

the chemist your answers to the questions concerning your research». Students are assumed to compare, classify and analyze different graphs of data on the same computer screen to make sense of the phenomena (creating/synthezising). Thus, students can confront and resolve real cognitive conflicts. In addition to this, it is also assumed that students start to use their higherorder thinking to understand the difference between the reactions (e. g. heat of reactions, rate of reactions, exothermic and endothermic reactions, acid-base reactions, esterification) and how and why the reactions happened. They can also think them in symbolic level. Students can also generate many questions of their own to investigate.

Students’ comments on the MBL activities used (Aksela, 2005): «It was good to see reactions in practice without being told about» (a view expressed by one senior-level student after the inquiry). In addition, it can inspire students’ chemistry learning: «If only chemistry classes could always be like this!» (a view expressed by one junior-level student after the inquiry).

Conclusions

Student-centered MBL learning environments are needed that encourage and inspire secondarylevel students to strengthen and establish a broad range of conceptual, procedural, and metacognitive knowledge, and also a broader range of cognitive processes (i. e. HOTS) at school. The teacher’s role is important: she/he is like a catalyst who stimulates students’ with right questions and tips.

References

ADAMS, D. D.; SHRUM, J. W. (1990).

«The effects of microcomputerbased laboratory exercises on the acquisition of line graph

construction and interpretation skills by high school biology students«. Journal of Research in Science Teaching, 27: 777-787.

AKSELA, M. (2005). «Supporting meaningful chemistry learning and higher-order thinking through computer-assisted inquiry: A design research approach».

<http://ethesis.helsinki.fi/julka isut/mat/kemia/vk/aksela/sup porti.pdf> [Reading: 31.08.2011]

AKSELA, M.; HEIKINAHO, S. (2004). «MBL activities in Internet». <http://www.helsinki.fi/pro ject/mbl/> [Reading: 31.08.2011]

AKSELA, M.; LUNDELL, J. (2008). «Computer-based molecular modelling: Finnish school teachers’ experiences and views». Chemistry Education: Research and Practice in Europe, 9: 301-308.

AMEND, J. R.; FURSTENAU, R. P. (1992). «Employing computers in the nonscience-major chemistry laboratory». Journal of College Science Teaching, 22(2): 110-114.

ARONSON, E.; BLANEY, N.; STEPHEN, C.; SIKES, J.; SNAPP, M. (1978). The jigsaw classroom. Beverly Hills: Sage.

ATAR, H. Y. (2002). Examining students’ and teachers’ perceptions of microcomputer based laboratories (MBLs) in high school chemistry classes. <http://www.icte.org/T01_Libr ary/T01_182.pdf> [Reading: 31.08.2011]

BARTON, R. (1997). «Computeraided graphing: a comparative study». Journal of Information Technology for Teacher Education, 6(1): 59-72.

BRASELL, H. (1987). «The effect of real-time laboratory graphing on learning graphic representation of distance and velocity». Journal of Research in Science Teaching, 24(2): 385-395.

DOMIN, D. S. (1999). «A review of laboratory instruction styles». Journal of Chemical Education, 76: 543-547.

DREYFUS, A.; MAZAOUZ, Y. (1992). «Assessing the judicious use of the “language” of certain types of graphs by 10th grade biology pupils». Research in Science andTechnology Education, 10(1): 5-21.

FRIEDLER, Y.; MCFARLANE, A. (1997). «Data-logging with portable computers: A study of the impact on graphing skills in secondary pupils». The Journal of Computers inMathematics and Science Teaching, 16(4): 527-550.

KRAJCIK, J. (1991). «Developing students’ understanding of chemical concepts». In: GLYNN,S.; YEANY, R.;BRITTON, B.[ed.]. The psychology of learning science Hillsdale: Erlbaum, p. 117-147.

LAPP, D. A.; CYRUS, V. F. (2000). «Using data-collection devices to enhance students’ understanding». The Mathematics Teacher, 93(6): 504-510.

LAVONEN, J.; AKSELA, M.; JUUTI, K.; MEISALO, V. (2003). «Designing user-friendly data-logging for chemical education through factor analysis of teacher evaluations». International Journal of Science Education, 25(12): 1471-1487.

LAWSON, A.; ABRAHAM, M. R.; RENNER, J. (1989). A theory of instruction: Using the learning cycle to teach science concepts and thinking skills. Monograph 1. Reston: National Association for Research in Science Teaching.

LINN, M. C. (1995). «Designing computer learning environments for engineering and computer science: The scaffolded knowledge integration framework». Journal of Science Education and Technology, 4(2): 103-126.

MALINA, E. G.; NAKHLEH, M. B. (2003). «How students use scientific

instruments to create understanding: CCD spectrophotometers». Journal of Chemical Education, 80(6): 691-698.

MCROBBIE, C. J.; THOMAS, G. P. (2000). «Epistemological and contextual issues in the use of microcomputer-based laboratories in a year 11 chemistry classroom». Journal ofComputers in Mathematics and Science Teaching, 19(2): 137-160

MOKROS, J. R.; TINKER, R. F. (1987). «The impact of microcomputer-based labs on children’s ability to interpret graphs». Journal of Research in Science Teaching, 24(4): 369-383.

NACHMIAS, R. (1989). «The microcomputer based laboratory: Theory and practice». Megamot Behavioural Science Quarterly, 32: 245-261.

NAKHLEH, M. B. (1994). «A review of microcomputer-based labs: How have they affected science learning?». Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 13(4): 368-381.

NAKHLEH, M. B.; KRAJCIK, J. S. (1994). «Influence of levels of information as presented by different technologies on students’ understanding of acid, base and pH concepts». Journal of Research in Science Teaching, 31(10): 1077-1096.

NAKHLEH, M. B.; POLLES, J.; MALINA, E. (2002). «Learning chemistry in a laboratory environment». In: GILBERT, J. K.; JONG, O. de; JUSTI, R.; TREAGUST, D. F.; DRIEL, J. H. van [ed.]. Chemical education: Towards research-based practice Dordrecht: Kluwer, p. 69-94.

NEWTON, L. (1997). «Graph talk: Some observations and reflections on students’ data-logging». School Science Review, 79(287): 49-53.

NOVAK, A. M.; KRAJICK, J. S. (2004). «Using technology to support inquiry in middle school science». In: FLICK, L.; LEDERMAN, N. G. [ed.]. Scientific inquiry and

nature ofscience implications for teaching, Learning and Teacher Education. Dordrecht: Kluwer, p. 75-102. (Science & Technology Education Library; 25).

PASCO (2011). «MBL activities in English». <http://www.pasco.com/chemis try/experiments/online/index. cfm> [Reading: 31.08.2011]

ROGERS, L. T. (1995). «The computer as an aid for exploring graphs». School Science Review, 76(276): 31-39.

ROGERS, L. T. (1996). A study of pupil’s skills of graphical interpretation with reference to the use of data-logging techniques in microcomputer-based labs: Educational research and standards.Brussels: NATO ASI, p. 165-176. (Series F, Computer and Systems Sciences; 156).

ROGERS, L. T. (1997). «New datalogging tools-new investigations». School Science Review, 79(287): 61-68.

ROGERS, L. T.; WILD P. (1994). «The use of IT in practical science: A practical study in three schools». School Science Review, 75(273): 21-28.

ROGERS, L.; WILD, P. (1996). «Datalogging: Effects on practical science». Journal of Computer Assisted Learning, 12(3): 130-145.

TORTOSA, M. (2008). «L’aprenentage de la química amb sensors: Casos pràctics, utilitat i valoració». Educació Química (EduQ), 1: 45-50. <http://publicacions.iec.cat/re pository/pdf/00000052/000000 12.pdf>[Reading: 31.08.2011]

TINKER, R. F.; KRAJICK, J. S. (2001). Portable technologies: Science learning in context. Dordrecht: Kluwer.

TINKER, R. F.; STRINGER, G. A. (1978). «Microcomputers! Applications to physics teaching». The Physics Teacher, October: 436-445.

TVERSKY, B. (2000). «Some ways that maps and graphs communicate». In: FREKSA, C.; BRAUER, W.;

HABEL, C.; WENDER, K. F. [ed.]. Spatial cognition II: Integrating abstract theories, empirical studies, formal methods and practical applications. New York: Springer, p. 72-79.

WHITE, B. Y.; FREDERIKSEN, J. R. (2000). «Technological tools and instructional approaches for making scientific inquiry accessible to all». In: JACOBSON, M. J.; KOZMA, R. B. [ed.]. Innovations in science and mathematics education Mahwah: Lawrence Erlbaum Associates, pp. 321-359.

ZUMAN, J.; KIM, H. (1989). Effects of microcomputer-based laboratories on students’ understanding of scientific experimentation. Paper presented at the annual meeting of the National Association for Research in Science Teaching, San Francisco, CA.

is a doctor professor, head of the Unit of Chemistry Teacher Education in the Department of Chemisty of the University of Helsinki. She also is the head of Finland’s Science Education Centre, called LUMA, in the Faculty of Science at the University of Helsinki. Since 1997 she has been in-service trainer for Chemistry Teachers and Elementary Teachers in Finland. Since 2010 she has been a Finland’s representative for the European commission such as «Thematic working group on math, science and technology», and ALLEA (ALL European Academies), a working group on Science Education. Her main research interests are, especially meaningful chemistry learning and ICT teaching, and teacher education. She has published over 200 articles.

E-mail: maija.aksela@helsinki.fi

Maija Aksela

Química dels gasos a petita escala. «Química talla S»

Chemistry of gases on a small scale. «Size S chemistry»

Josep Corominas Viñas / Escola Pia de Sitges

resum

Per a un desenvolupament correcte dels programes de químicaper als ensenyaments secundaris, cal realitzar una sèrie d’activitats pràctiques entre les quals hi ha les reaccions d’obtenció de gasos i l’estudi de les propietats dels gasos. La necessitat de compaginar les pràctiques ambla reducció dels residus i la màxima seguretat ha donat origen a una química a microescala. En aquest article s’explica comes poden realitzar moltes activitats pràctiques en les quals es manipulen gasos amb total seguretat i amb un material molt senzill i fàcilment assequible, com ara xeringues i claus de tres vies.

paraules clau

Química a microescala, treballs pràctics, gasos, educació secundària.

abstract

For the correct development of chemistry programmes in secondary school, a series of practical activities in which are the reactions to obtain gases and the study its properties is required. The need to combine practices with reduced waste and maximum security has created a micro-scale chemistry. This article explains how to make many practical activities where gases are handled safely using very simplematerial and readily available, such as syringes and 3-ways stop cocks.

keywords

Micro-scale chemistry,practical work, gases, secondary education.

La química a microescala i a mil·liescala

Tots els que podem fer activitats pràctiques de laboratori amb alumnes ens trobem amb la necessitat de reduir residus, minimitzar riscos en la manipulació de productes i emprar materialcòmode de manipular. Des de fa anys, els experts han proposat la química a microescala (Alyea, 1967;Wood, 1990) per a les pràctiques als laboratoris de secundària (Climent,2009; Müller-Carrera et al., 2010).

El terme microescala és adient per a aquelles reaccions en les quals els reactiussón líquids i es

manipulen amb comptagotes; efectivament, si suposem que el volum d’unes trenta gotes equival a1 cm3 i que agafem solucions de concentració de 0,1 mols × dm-3, una gota conté de l’ordre de 3,3× 10-6 mols de solut, és a dir, ens trobem en l’escala de les «microquantitats».En el cas dels gasos, però, seria millor utilitzar el terme mil·liquantitats. Suposant sempre que el gas queda dins d’una xeringa d’una capacitat efectiva màxima de 40 cm3 i que està en condicions estàndard (1 bar i 298 K), el nombre de mols de gas és de l’ordre d’1,7 × 10-3, que correspon a una «mil·liescala».

Aquest terme no és gaire utilitzat, per la qual cosa en aquest article s’ha utilitzat petita escala o, tal com diu el títol, química talla S, per allò de la roba de talla S (small).

Xeringues i claus de tres vies al laboratori de química de secundària

En determinades pràctiques, cal estudiar reaccions de formació de gasos o reaccions en les quals intervenen els gasos com a reactius. En aquests casos,s’ha proposat la utilització de xeringues per recollir els gasos formats (Mattson, 2001). En aquest article s’explica com es poden aprofitar les xeringues i les

2. Clau de tres vies. A dalt a la dreta, la clau connecta les dues xeringues; a baix a la dreta, la clau tanca el pas de les dues xeringues alhora.

claus de tres vies (fig. 1) per disposar d’un sistema tancat i segur.

Aquest material és d’ús habitual en hospitals i clíniquesi es pot trobar fàcilment en cases de subministrament de material sanitari. Les xeringuesgrans tenen un volum de 50mL o 60 mL i les petites, de 10 mL. Totes s’han de poder enroscar a una clau de tres vies (fig. 2).

Tant les xeringues com les claus de tres vies estan dissenyades per a un sol ús. El fet que al laboratori de química les fem servir múltiples vegades obliga a tenir presents unes normes bàsiques d’ús cada vegada que les reutilitzem. Aquestes normes bàsiques són les següents:

– Un cop s’han fet servir les xeringues, cal desmuntar l’èmbol, rentar-lo amb aigua i eixugar-lo per dins i per fora. Cal fer el mateix amb les claus. Les xeringues es guarden amb l’èmbol estirat fins a la part superior; mai no s’han de guardar amb l’èmbol enfonsat, ja que, en assecar-se la goma, s’impossibilitaria el seu moviment.

– Abans de reutilitzar-les, és necessari lubricar-les prèviament. Tan sols cal disposar d’una mica de vaselina o d’oli de silicona i dipositar-ne una petita quantitat a l’extrem superior del cilindre o de l’èmbol de la xeringa.

Aquestmaterial serveix per portar a terme reaccions químiques en les quals els reactius són dos líquids o dues solucions aquoses, un sòlid i un líquid, un gas i un líquid o dos gasos. En cada reacció, primer s’han de col·locar els reactius per separat en cadascuna de les xeringues. Quan interessa iniciar la reacció, es fa passar un dels reactius cap a la xeringa on hi ha l’altre reactiu. Cal procedir lentament, de forma contínua o per etapes, per tal de controlar sempre la reacció i els productes formats.

El muntatge és molt convenient per a reaccions en les quals es genera un gas. En tots els casos, però, cal haver fet un càlcul previ de les quantitats de reactius necessàries, de manera que el volum de gas obtingut no sigui superior a la capacitat de la xeringa. Com que el sistema roman tancat sempre, la massa total és invariable, la qual cosa es

pot comprovar en qualsevol moment del procés col·locant el muntatge en una balança.

Algunes experiències químiques amb gasos emprant xeringues i claus de tres vies

Obtenció del diòxid de carboni

Per obtenir CO2(g) al laboratori,es fa reaccionarhabitualment un carbonat o un hidrogencarbonat amb un àcid. L’equació de la reacció és la següent:

CaCO3(s)+ 2 HCl(aq) CO2(g) + CaCl2(aq) + H2O(l)

Es necessiten dues xeringues grans unides per una clau de tres vies (fig. 3). En una d’elles es posa un trosset petit de carbonat de calci, que pot ser marbre o una petxina. Un senzill càlcul estequiomètric de la reacció, suposant que té un rendiment del cent per cent, indica que 0,17 g de CaCO3 generen uns 40 mL de CO2 en condicions estàndard.

A l’esquema de la fig. 3 s’indica quecal mantenir la xeringa amb l’àcid en posició horitzontal per tal que, en injectar l’àcid, aquest entri dinsde la xeringa on hi ha el carbonat de calcia poc a poc, de manera que es controli l’addició de líquid i es pugui

Figura 1. El material bàsic: xeringues i una clau de tres vies.

Figura

Connexió per xeringa

Connexió per sensor de pressió

Figura 3. Muntatge per a l’obtenció de CO2 (g).

observar el desplaçament de l’èmbol per la formació de gas.

A les tres imatges de la fig. 4 es poden veure les etapes del procés. A la primera imatge,s’està omplintuna xeringa amb la solució d’àcid clorhídric;a la segona, les dues xeringues ja estan connectades,i a la tercera, s’ha injectat l’àcid a la xeringa que contenia el carbonat de calci i s’està omplint de CO2. Si ens interessa tenir a la xeringa únicament el gas obtingut, n’hi ha prou aestirar l’èmbol de la xeringa on hi havia l’àcid i reabsorbirla solució aquosa de clorur de calci formada.

També es poden fer servir com a reactius el vinagre i l’hidrogencarbonat de sodi (bicarbonat). L’equació de la reacció és la següent:

NaHCO3(s) +HCl(aq) CO2(g) + NaCl(aq) + H2O(l)

Si es fa servir vinagre comercial del 6%, el líquid té una concentració en àcid acèticd’1 mol× dm-3. Per obtenir uns 40 mL de CO2, es poden fer servir uns 15 mL de vinagre del 6%.

Quan un dels reactius està en pols, com és el cas del NaHCO3, cal procurar,quan es posa dins de la xeringa,que no obturi el pas de líquid. En aquest cas, convé quela xeringa amb la pols sòlida es mantingui en posició horitzontal.

Mesura de la densitat del CO2

La mesura de la densitat d’un gas és una activitat força interessant de plantejar als estudiants, si se’ls demana que suggereixin un mètode per fer-ho. Moltes respostes proposen tancar el gas en un globus, de manera que es pot saber el volum que ocupa,i pesar-lo a continuació.Evidentment, es pot saber el volum que ocupa el gas, peròcometen un error important pel que fa ala manera de saber-ne la massa: la balança marcarà la resultant de

les dues forces de sentit contrari que actuen sobre el globus, el seu pes i la força d’empenta d’Arquímedes.Permostrar la importància d’aquest error, tan sols cal pesar un globus buit en una balança electrònica, inflar-lo d’aire, lligar-lo i tornar-lo a pesar, ja que la balança marcarà pràcticament el mateix valor, en coincidir el pes del gas introduït amb la força d’empenta, que és exactament igual al pesde l’aire de dins del globus.

La solució és senzilla:cal pesar una xeringa buida i,després,plena amb CO2; la diferència és la massa de gas. Per saber-ne el volum,només cal llegir el volum que ocupa a l’escala graduada de la xeringa.

Caràcter àcid de les solucions aquoses de CO2

Es prepara un vas de precipitatsamb una mica d’aigua destil·lada. Es fa bombollejar el gas a través de l’aigua i es mesura el pH resultant amb una tira de paper indicador.

Una alternativa al procediment descrit és preparar un vas de precipitats amb aigua iun indicador que canviï de coloren passar d’un pH 8 a un pH 5, aproximadament, com arala fenolftaleïna o el blau de bromotimol. Cal injectar el contingut de la xeringa amb CO2 i observar com s’esdevé un canvi en el color de l’indicador:la solucióes torna àcida.

Eliminació del CO2 per reacció amb una solució d’hidròxid de sodi

L’augment del percentatge de diòxid de carboni a l’atmosfera és una de les causes de l’increment de les temperatures mitjanes del planeta.Coneixent les característiques àcides de les solucions aquoses de diòxid de carboni, es planteja als estudiants de química quin reactiu seria convenient per eliminar el gas que, per exemple, llença a l’atmosfera una central tèrmica que crema combustibles fòssils.La resposta és que es podria utilitzar una solució bàsica, com la d’hidròxid de sodi.

Perfer l’experiment, s’utilitza una xeringa amb CO2 i una altra amb soluciód’hidròxid de sodi de concentració 2 mol× dm-3.L’equació de la reacció és la següent:

CO2(g)+ 2 NaOH(aq) Na2CO3(aq) + H2O(l)

La fig. 5 mostra el procediment. A la primera foto,es poden observar les dues xeringues,una d’elles amb el gas carbònic i l’altra amb 10 mL de la solució bàsica.A la segona foto, un cop s’ha fet passar el gas a la solució bàsica, s’aprecia quenomés queda un líquid i que tot el gas ha desaparegut.

Figura 4. Detalls del procediment per a l’obtenció de CO2 per reacció d’un carbonat amb un àcid.

El procediment pot servir per fer un treball de recerca sobre quins podrien ser els absorbents més idonis del diòxid de carboni en diverses circumstàncies (Ticich, 2011). Algunes qüestions que es podrien plantejar serien les següents:

– Per què l’aire de l’interior de l’estació espacial internacionales fa passar a través d’hidròxid de liti?

– Seria igual d’eficaç l’hidròxid de calci?

– Com se’n poden fer mesures quantitatives?

Altres possibles experiències de química a petita escala amb xeringues

El sistema de connexió de dues xeringues per obtenció de gasospermet realitzar moltes altres experiències, com ara les següents:

1. Generar petits volums d’oxigen, hidrogen,òxids de nitrogen, amoníac, acetilè, etc.

a) Els reactius, NaOH(aq) i CO2; b) els productes, Na2CO3(aq) i aigua.

2. Determinar la massa molar d’un gas basant-se en la hipòtesi d’Avogadro, és a dir, per comparació de la massa del gas desconegut amb la massa d’un mateix volum d’airesota les mateixes condicions de pressió i de temperatura (Caamaño i Corominas, 2002).

3. Fer el seguiment d’un canvi químic en el qual s’obté un gas per evolució de la pressió del sistema connectant un sensor de pressió a una xeringa (Corominas, 2010).La fig. 6mostra el muntatge per investigar la velocitat de dissolució del CO2 en aigua. Immediatament després d’injectar l’aigua dins de la xeringa amb el gas, cal activar el sensor de pressió.La gràfica obtinguda amb el sistema de captació de dades es mostra a la fig. 7.

4. Il·lustrar el significat del concepte reactiu limitant. Aquesta activitat pràcticaes pot utilitzar en el curs deFísica i química de

4t d’ESO, quan es treballa el concepte reactiu limitant. El procediment consisteix a connectar una xeringa amb un volum de 10 mL de solució HCl(aq)a una xeringa amb un petit tros de cinta de magnesi (la cinta de magnesi PANREAC® té una densitatlineal d’1,42 g/m, la qual cosa permet calcular quina longitud cal per obtenir un màxim d’uns 40 mL de gas H2). S’injecta la solució àcida en volums d’1mL cada vegada, tot esperant després de cada addició quel’èmbol de la xeringa gran es deixi de moure. Es recullen les dades del volum de gas en funció del volum de solució àcida afegit i es representen gràficament. S’observa que, a partir d’un determinat volum afegit de solució àcida, ja no es genera més gas. A la fig. 8 es poden veure dues de les gràfiquesobtingudes pels estudiants.A l’annexs’inclou una part del guió de l’activitat de 4t d’ESO.

7. Variació de la solubilitat del CO2 en aigua. La pressió disminueix en 6,7 kPa en uns 16 min.

8. Dues de les gràfiques obtingudes amb 3 cm de cinta de Mg i HCl (aq, 2,0 mol dm-3).

Figura 5.

Figura 6. Muntatge per investigar la velocitat de dissolució del CO2 en aigua.

Figura

Figura

Experiències amb gasos tòxics

L’experiència del treball pràctic a miniescala amb gasos ha donat resultats positius, però en alguns casos ha calgut fer canvis en el muntatge. Per exemple, en l’obtenció de gasos que presenten algun perill per la seva toxicitat, com ara els òxids de nitrogen o el diòxid de sofre.

El fet d’obtenir els òxids de nitrogen (una mescla en equilibri de N2O4 i de NO2) o el diòxid de sofre és interessant. En el primer cas,perquè permet estudiar alguns dels factors que controlen un equilibri químic; en el segon cas,per observar les propietats àcides de l’òxid de sofre i perfer simulacions de pluja àcida.

Tanmateix,no és convenient tenir al laboratori diferents grups d’alumnesque estiguin fent una mateixa reacció d’obtenció de gasossense tenir una campana extractora potent per a cada grup. La solució que s’ha trobat consisteix a fer la reacció dins d’un recipient més gran amb una clau de tres vies (fig. 9). Com a recipient,es pot utilitzar un pot de polimetil metacrilat, dels que s’usen per guardar aliments ala cuina i que tanca hermèticament, en el qual cal enganxar una clau de tres vies amb adhesiu epòxid (ARALDITÒ) al punt on prèviament s’ha fet un forat amb un punxó calent. El volum d’aquest pot és aproximadament de 500 mL, més que suficient perpoder extreure diferents volums del gas generat per omplir quatre o cinc xeringues de 50 mL.

Com a conclusió

Els diferents treballs pràctics descrits s’han experimentat en cursos de 4t d’ESO,amb alumnes de la matèria optativa de Física i química, i en cursos de Química del batxillerat. L’experiènciaha mostrat que la tasca de planificar i portar a la pràctica reaccions amb gasos se simplifica molt si es prescindeix de matrassos, tubs de

vidre en colze, connexions amb tubs de goma i altres estris que normalment es fan servir quan es volenobtenir gasos. D’altra banda, els estudiants es familiaritzen ràpidament amb els materials a miniescala (fig.10).

Referències bibliogràfiques

ALYEA, H. N. (1967). «Microchemistry projected (TOPS)». J. Chem. Educ., 44(6): 335-337. CAAMAÑO, A.; COROMINAS,J. (2002). «Com es pot determinar la massa molar d’un gas i d’una

Figura 9. Pot de polimetil metacrilat amb una clau de tres vies per connectar-hi una xeringa.

Figura 10. Grups d’alumnes investigant la reacció entre el magnesi i l’àcid clorhídric.

ANNEX:Fins a quant hi ha reacció química i per què?

Material

• 2 xeringues graduades: una de 50 mL i una de 10 mL

• 1 clau de tres vies

• Vas de precipitats de 50 mL

• Ulleres de seguretat

• 10 mL de dissolució d’àcid clorhídric 2 mol/L

• Cinta de magnesi: 0,042 g

Precaució: ulleres de seguretat per manipular l’àcid clorhídric

Procediment

1. Tallar una longitud de 3,0 cm de cinta de magnesi (equivalent a una massa de 0,042 g).

2. Observar com funciona la clau de tres vies abans de connectar-la a les xeringues. Cal conèixer bé la posició que ha de tenir la clau per obrir o tancar cada via.

3. Preparar dues xeringues, una amb la mostra de magnesi i l’altra amb 10 mL d’àcid clorhídric 2 M. Acoblar la clau de tres vies a la xeringa de l’àcid per tancar-la.

L’àcid clorhídric s’injectarà de 1 mL en 1 mL, esperant cada vegada que finalitzi la formació de gas. Per això cal una xeringa gran per recollir el gas i llegir el volum generat i una xeringa petita de 10 mL per injectar l’àcid d’1 mL en 1 mL.

Les dades es recullen en una taula de dades i es traça la corba de volum de gas en funció del volum de solució emprada.

Abans de començar, convé pensar en el que podrem observar. La reacció química és: Mg(s) + 2 HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq).

• En quina proporció en mols reaccionen el magnesi i l’àcid clorhídric?

• Per 0,042 g de magnesi, quants mol d’àcid haurien de reaccionar?

• Si la solució àcida té una concentració de 2 mol HCl en 1 L, quin volum en litres i en cm3 de solució hauria de ser suficient per reaccionar amb tot el magnesi?

• Tenint en compte les dades anteriors, i sabent que a mesura que es produeix la reacció, es va generant gas hidrogen, quin aspecte creus que tindria una gràfica del volum de gas H2 generat, a mesura que injectem la solució àcida?

Un cop tinguis a punt la teva predicció, has de fer l’experiment:

• Injecta 1 mL d’àcid a la xeringa que conté el magnesi. Espera el temps suficient fins que vegis que ja no es genera més gas. Pren nota del volum de gas format.

• Torna a injectar 1 mL. Espera el temps necessari i pren nota ara del volum de gas.

• Repeteix la mateixa operació fins a haver injectat els 10 mL d’àcid.

• Representa les dades en una gràfica, tal com la que has usat per fer la predicció.

Preguntes

1. Com expliques la forma de la gràfica, és a dir, com expliques que malgrat anar injectant un dels reactius, l’àcid clorhídric, no es forma més gas hidrogen?

2. Compara la gràfica obtinguda amb la de la teva predicció i explica les diferències que poden haver entre el que havies previst i el que s’ha obtingut.

3. Per quin volum de solució àcida pots veure en la gràfica que ja no hi ha reacció? Coincideix amb el càlcul que has fet en la predicció?

4. En química, si un dels reactius sobra, es diu que està en excés. En aquest cas quin seria el reactiu en excés?

5.Quina quantitat en mols d’àcid hi ha en les 10 mL de concentració 2 mol dm-3?I quina quantitat de magnesi caldria perquè tot l’àcid reaccionés?

6. Si necessitéssim un volum d’1 L de gas hidrogen, mesurat de la mateixa manera que en l’experiment, quines quantitats de magnesi i de HCl(aq) es necessitarien?

substància volàtil?». Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. <http://phobos.xtec.cat/ cdec/images/stories/WEB_antiga/ recursos/pdf/TPQ/07_molar.pdf>

[Consulta: juny 2011]

CLIMENT, T. (2009).«Química para un mundo sostenible: ¿Qué hacer desde los laboratorios?». Educació Química EduQ, 4: 21-28. <http://publicacions.iec.cat/repository/ pdf/00000087/00000044.pdf>

[Consulta: juny 2011]

COROMINAS,J. (2010). «Peròxid d’hidrogen, catalasa i cinètica química». Ciències, 15: 8-12.

MATTSON, B. (2001). Microescale gas chemistry. Norwalk: Educational Innovations.

MÜLLER-CARRERA, G.; RIVERO-MÜLLER, A. (2010). «Generación e identificación de gases inorgánicos a microescala». Educació Química EduQ, 7: 48-51. <http://publicacions.iec.cat/repository/ pdf/00000124/00000089.pdf>

[Consulta: juny 2011]

TICICH, T. M. (2011). «Carbon dioxide absorbers: An engaging experiment for the general chemistry laboratory». J. Chem. Educ., 88(2): 189-191.

WOOD, C. G. (1990). «Microchemistry». J. Chem. Educ., 67(7): 596.

Nota:l’Associació de Professors de Física i Química de Catalunya promociona aquest material amb motiu de la celebració de l’Any Internacional de la Química 2011.

Josep Corominas Viñas és llicenciaten química (Universitat de Barcelona) i professor de Física i química a l’Escola Pia de Sitges. Ha impartit cursos de formació del professorat,ha escrit articles sobre treballs pràctics de química en diverses publicacions i ha col·laborat en llibres de didàctica de la química. Ha guanyat premis a Ciencia en Acciónamb demostracions de química. És coordinador del projecte «Química en context»del CESIRE-CDEC. A. e.: jcoromi6@xtec.cat

Unes quantes demostracions de química espectaculars i útils

Some spectacular and useful demonstrations of chemistry

Maurice Cosandey / Vicepresident de l’Associació Suïssa de Professors de Química, promotor de la participació de Suïssa a l’Olimpíada Internacional de Química

resum

A l’article es presenten experiències pràctiques de química que he utilitzat a les meves classes com a professorde secundàriad’alumnessuïssos de disset i divuit anys. Les reaccions i la manera de presentar-les a l’alumnat exposadesen aquest treball m’han demostrat que són útils per a l’aprenentatge de la química i que motiven els alumnes.

Aquestshavien de fer les reaccions, anotarles seves observacions i fer càlculs de determinades quantitats. A l’article es mostren també les respostes esperades de l’alumnat.

paraules clau

Química pràctica,laboratori, reaccions químiques, química a secundària.

abstract

In this article, practical chemistry experiences which I implemented in my upper-secondary classes in Switzerland are presented. The chemical reactions described in this work and the way of presenting them to students, have shown to be useful and help to motivate students to learn chemistry. Pupils had to make the reactions, take notes of their observations and calculate some quantities. In this paper the students’ expected answers are presented.

keywords

Practical chemistry, laboratory, chemical reaction, secondary school chemistry.

Treballs pràctics de química a Suïssa

A Suïssa, l’ensenyament escolar és obligatori fins als setze anys, però la formació en química no és ni sistemàtica, ni obligatòria, i varia molt d’una escola a una altra. No hi ha un ensenyament continuat de la química als diferents cursos, sinó que sovint queda fragmentat, en el sentit que els estudiants poden tenir cursos amb ensenyament de la química i d’altres en els quals no se’n faci. Així, doncs, podem dir que l’ensenyament de la química queda fragmentat. En acabar l’ensenyament obligatori, als setze anys, molts alumnes deixen d’estudiar.

Del total de l’alumnat, aproximadamentuna tercera part continua els estudis,durant tres cursos més,en una escola que a vegades s’anomena gymnase i a vegades lycée,segons els cantons. En sortir d’aquesta escola, els estudiants passen un examen anomenat maturité (maduresa),que els permet accedir a la universitat o a altres escoles superiors.Els alumnes de disset i divuit anys segueixen una formació en química sòlida i organitzada que comprèn un mínim de dues hores de classe setmanals durant,com a mínim, dos anys;la gestió dels treballs pràctics queda sota la responsabilitat del professorat.

Gestió del treball al laboratori

En aquest treball es presenta l’opció que he utilitzat durant els meus anys de professor de química a l’École Polytechnique Fédérale de Lausana(Suïssa)amb l’objectiu de treure el màxim partit de les hores de classepràctiques de química. Els alumnes fan treballs pràctics quinzenals en sessions de dues hores, amb uns dotze alumnes treballant per parelles. L’alumnat és guiat en el seu treball de la manera següent: cada estudiant porta un quadern de laboratori en el qual ha d’anotar el que el professor li demana.

En general, el professor reparteix les instruccions per fer la

pràcticaen un document escrit, de manera que a cada paràgraf hi ha una instrucció determinada (manipulació, observació, càlculs, etc.); cada estudiantretalla amb unes tisores el text en paràgrafsi enganxa els trossos separats al seu quadern, tot deixant espai per escriure-hi les seves observacions i mesures.En general, el professor dóna un full de paper als alumnes que descriu les manipulacions que han d’efectuar. Al final de la sessió de dues hores, els alumnes presenten els quaderns al professor, que els corregeix per a la propera sessió.

A tall d’exemple, la fig. 1mostra una pàgina del quadern d’un alumne.

Demostracions sobre reactivitat dels metalls i orientacions per al professorat

Tot seguit,en aquest article es presenten alguns d’aquests treballs pràctics per estudiar la reactivitat dels metalls. El text que es dóna als alumnes es presenta en caràcters rodons, mentre queles possibles respostes esperades dels alumnes es presenten en caràcters en cursiva i estan intercalades entre els paràgrafs de dades.

Combustió

del magnesi: Mg i estequiometria

Procediment i respostes

1. Peseu un tros de magnesi d’aproximadament5 a 10 cm de llarg. Anoteu aquest pes. Agafeu-lo per un extrem amb una pinça metàl·lica. Mantenint fixament, sense moure-la, la cinta de magnesi a uns 20 cm per sobred’un plat, enceneu l’extrem al bec Bunsen. No fixeu la mirada en la reacció, ja que és enlluernadora, i no us mogueufins al final de la combustió. Observeu el fum blanc que s’escapa (fig. 2). A continuació,deixeu caure les cendres d’òxid de magnesi, MgO, al plat. Escriviu l’equació de la combustió. Quina massade MgO s’hauria d’obtenir?

Resposta

2 Mg+ O2 2 MgO

76 mg Mg, o bé3,1 mmol Mg; 3,1 mmol MgO = 125 mg MgO

2. Peseu a continuacióles cendres blanques de MgO sense l’estellade Mg que no ha cremat (és a dir, la que ha quedat a la pinça). Calculeu el nombre de mil·limols de Mg que han cremat i els de MgO recollits.Quina proporció de Mg (o de MgO) ha marxat en fum?

Resposta

m(MgO)recollit = 24 mg; n(MgO)recollit = 0,6 mmol

m(Mg)restant = 3 mg;m(Mg)cremat = 76 – 3 = 73 mg; n(Mg)cremat = 3,0 mmol

Rendiment: (0,6 g/3,0 g) x 100= 20 %; el 80 % ha marxat enfum.

3. Passeu el residu de MgO a un tub d’assaigamb 3 mL d’aigua. Bulliu-ho. Refredeu-ho amb aigua corrent. Afegiu-hidues gotes de blau de bromotimol. La solució conté una substància que tant pot ser Mg(OH)2 com H2MgO2. Quina de les dues fórmules és la correcta? Per què?

Resposta

MgO+ H2O Mg(OH)2; és una base,perquè l’indicador blau de bromotimol s’ha quedat acolorit de color blau, mentre que si fos un àcid (H2MgO2),seria de color groc.

4. Afegiu-hi 3 mL d’HCl 2 M. Agiteu-ho i escalfeu-ho fins a dissoldre el residu. La solució conté ara MgCl2. Escriviu l’equació. Per què ara la solució és de color groc?

Resposta

Mg(OH)2 + 2 HCl MgCl2 + 2 H2O

La solució és de color groc perquè és el color que agafa el blau de bromotimol a pH inferiors a 6,0. El color groc indica que hi ha un excés d’àcid.

Figura 1. Exemple d’una pàgina del quadern de laboratori amb les respostes de l’estudiant.

Figura 2. L’autor fent la demostració de la combustió d’un metall.

Orientacions per al professorat

En aquest experiment no es té en compte que la combustió del magnesi amb l’aire forma també una mica de nitrur de magnesi, Mg3N2, juntament amb l’òxid, MgO, segons l’equació següent:

3 Mg+ N2 Mg3N2, ni que aquest nitrur reacciona amb aigua: Mg3N2 + 6 H2O 3 Mg(OH)2 + 2 NH3

La solució bàsica obtinguda al pas 3 es deu, en part,a la presència de NH3

Química de l’alumini

Procediment i respostes

L’alumini és un metall molt actiu, però la seva activitat està suprimida per una fina pel·lícula transparent i adherida d’òxid,Al2O3 (o alúmina). Per tal de comprovar-ho,es proposa l’experiment següent:

1. Retalleu un tros de paper d’alumini i aguanteu-lo amb les mans, com si fos un diari, però verticalment, sobre la flama del Bunsen: el metall es fon icau dins la bossa d’alúmina,Al2O3. Queda un full rígid, fràgil i transparent. Observeu-lo per transparència a contrallum: la llum el travessa! Escriviu l’equació de la formació de l’òxid a partir del metall a l’aire.

Resposta 2 Al+ 3 O2 2 Al2O3

2. Prepareu 3 mL d’HCl 2 M en un tub d’assaig i 3 mL de NaOH 2 M en un altre. Afegiu-hi uns trossets d’alumini (no de paper d’alumini, que quedaria enganxat a les parets). A cada tub tenen lloc dues reaccions en sèrie: la primera, invisible, és l’atac del’Al2O3 per HCl o NaOH;la segona, que té lloc bastant ràpidament amb NaOH, allibera bombolles de gas H2: és l’alumini, que és atacat tant pel NaOH com per l’HCl. Es pot inflamar el gas H2 que s’ha format (fig. 3).

3. Escriviu les quatre equacions que es produeixen entre l’Al2O3 o Al,d’una banda, i HCl o NaOH, de l’altra, sabent que els compostos finals són AlCl3 o NaAlO2

Resposta

Al2O3 + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2O

2 Al+ 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2

Al2O3 + 2 NaOH 2 NaAlO2 + H2O

2 Al+ 2 NaOH+ H2O 2 NaAlO2 + 3 H2

4. Poseu una punta d’espàtula de CuCl2 en un tub d’assaig que conté 3 mL d’aigua i la mateixa quantitat de CuSO4 en un altre tub d’assaig. Agiteu-los fins que es dissolguin. Afegiu a cada tub uns trossets d’alumini enrotllatsen forma de cilindres. Tot seguit,s’observa la formació d’un precipitat marró ennegrit de coure metàl·lic al primer tub, però no passa res al segon. L’explicació es troba en el fet que al primer tub es produeixen dues reaccions en sèrie.Primer,l’alúmina reacciona amb l’ió clorur, Cl-, formant el complex AlCl4-, segons la fórmula següent: Al2O3 + 8 Cl- + 3 H2O 2 AlCl4- + 6 OHDesprés,el metall Al alliberat per la desaparició de la capa d’alúmina pot reduir l’ió Cu2+ a coure metàl·lic. Escriviu l’equació. Resposta

3 Cu2+ + 2 Al 3 Cu+ 2 Al3+

Observeu que l’ió SO42- no reacciona amb Al2O3, ja que no existeix un complex entre Al i SO42- semblant a AlCl4-

3. a) Autor retallant paper d’alumini; b) flama causada per la combustió de l’hidrogen produït en la reacció entre l’alumini i la sosa càustica.

Orientacions per al professorat

Respecte a l’apartat 4 d’aquest treball pràctic, tingueu en compte els punts següents:

1)Els alumnes acostumen a tenir dificultats per escriure la darrera equació a causa de l’H2O que apareix a l’esquerra.

2)Alguns autors discuteixen l’existència de NaAlO2 en fase aquosa i prefereixen escriure la fórmula:Na[Al(OH)4] (o l’ió [Al(OH)4]-),que es formaria en aigua segons el següent: NaAlO2 + 2 H2O Na[Al(OH)4].

Figura

Ions Fe2+ iFe3+

Procediment i respostes

1. Introduïu uns 3 mL d’àcid sulfúricconcentrat,H2SO4, en un tub d’assaig ben sec i 3 mL d’aigua en un altre tub d’assaig. Mantenint el tub amb aigua amb una inclinació d’uns 45º, buideu lentament l’àcid sobre l’aigua sense agitar-la. Observeu com l’àcid llisca i queda en una capa inferior a l’aigua. Mai no ho heu de fer a l’inrevés (aigua sobre l’àcid). Per què?

Resposta

Perquè hi ha risc de projeccions d’aigua bullent acidulada.

2. Poseu ara el tuben posició vertical. Introduïu lentament el bulb d’un termòmetrejust a la zona intermèdiaaigua-àcid i bloquegeu la posició del termòmetre amb un dit. Llegiu la temperatura. A continuació,agiteu lateralment el termòmetre, sense desplaçar-lo verticalment. Fins on puja la temperatura? Expliqueu la reacció per la formació d’ions. Resposta

A l’inici:T ≃ 60°C.Al final: T = ≃ 104 °C H2SO4 (aq)+ H2O H3O+ (aq)+ HSO4- (aq)

3. Buideu la meitat de la mescla obtinguda en un tub d’assaig amb 3 mL d’aigua. Llenceu la resta. Afegiu-hiuna mica de llana d’acer enrotllada en forma de feix (no en forma de bola). Es desprèn gas hidrogen,H2, que es pot inflamar. Es formen ions Fe2+ en solució. Escriviu l’equació de la reacció. Quin compost queconté ferro s’obtindria en evaporar la solució?

Resposta

Fe(s)+ 2 H3O+ (aq) Fe2+ (aq)+ H2(g)+ 2 H2O

Després d’evaporar: FeSO4

4. En acabar la reacció, queda un residu negre de carboni,C. D’on ve? Per què no ha reaccionat amb l’àcid? Poseu un embut en un altre tub d’assaig i filtreu-ho. Repartiu el líquid filtrat en quatre parts iguals en quatre tubs d’assaig:A, B, C i D.

Resposta

L’acer és ferro que conté aprox. 1% de C.

El carboni és un no-metall i els no-metalls no reaccionen amb els àcids.

5. Afegiu una mica d’aigua oxigenada,H2O2, concentrada al 3 % als tubs C i D. Es formen l’ió Fe3+ i aigua. Escriviu l’equació redox que descriu aquesta reacció. Quin compost queconté ferro s’obtindria en evaporar la solució?

Resposta

2 Fe2+(aq) + H2(aq)O2 + 2 H3O+ (aq) 2 Fe3+ (aq)+ 4 H2O

Després d’evaporar:Fe2(SO4)3

6. Afegiu uns granets de tiocianat de potassi,KSCN,als tubs B i D i agiteu-ho. En un d’ells es forma un color vermell intens, a causa del compost Fe(SCN)x, on x és desconegut. Per aquest motiu, observeu que KSCN forma amb aigua els ions K+ i SCNEscriviu l’estructura electrònica de l’ió SCN- amb els dobles enllaços.

Resposta

x = 3Fe3+ (aq)+ 3 SCN- (aq) Fe(SCN)3 (aq)

Estructura de l’ió: [S = C = N]-. Noteu l’analogia electrònica amb CO2 quan és [O=C=O].

7. Afegiu unes gotes de NaOH 2 M als tubs A i C i agiteu-los. No s’observa res. Acabeu d’omplir ara completament els tubsA i C amb més solució NaOH 2M. Es formen dos precipitats de colors diferents. Quines són les equacions? No us preocupeu si hi ha una mica d’efervescència, causada per la descomposició de H2O2 en H2O i O2. Per què les primeres gotes de NaOH no han format cap precipitat visible?

Resposta

Fe2+ (aq)+ 2 OH- (aq) Fe(OH)2 (s)precipitat gris verd

Fe3+ (aq)+ 3 OH- (aq) Fe(OH)3 (s)precipitat marró Al principi,el NaOH neutralitza l’excés d’àcid.

Química i fotoquímica del blau de Prússia

a) Química del blau de Prússia

1. Introduïu uns 3 mL d’aigua en sis tubs d’assaig:A, B, C, D, E i F. Afegiu una punta d’espàtula de K3Fe(CN)6 al tub A, i la mateixa quantitat, però de K4Fe(CN)6, al tub B; igualment, però de FeSO4, als tubs C i D,i el mateix,però de FeCl3, als tubs E i F. Agiteu-ho per dissoldre-ho. Indiqueu els noms i els colors dels ions presents a cada solució.

Els alumnes han de trobar que l’ió Fe(CN)64- contéferro(II) complexat amb sis ions CN- i que Fe(CN)63conté ferro(III).

2. Buideu la meitat del tub A dins del tub C i l’altra meitat dins del tub E. Després,buideu la meitat del tub B dins del tub D i l’altra meitat dins del tub F. En dues d’aquestes mescles s’obté un precipitat de color blau fosc, anomenat blau de Prússia, KFe[Fe(CN)6], de nom «hexacianoferrat(?) de ferro(?) i de potassi». Poseu els valors correctes (II o III) en els parèntesis on ara hi ha un interrogant. Escriviu les dues equacions iòniques de formació. Hi hadiverses anomalies a la fórmula i a la reacció de formació del blau de Prússia. Quines són?

Aquí, els alumnes haurien d’escriure el següent:

1) K+ (aq)+ Fe3+(aq)+ [Fe(CN)6]4-(aq) KFe[Fe(CN)6] (s) Formació de hexacianoferrat(II) de ferrro(III) i de potassi.

2) K+(aq)+ Fe2+(aq)+ [Fe(CN)6]3-(aq) KFe[Fe(CN)6](s) Formació d’hexacianoferrat(III) de ferrro(II) i de potassi.

b) Una reacció fotoquímica amb blau de Prússia

3. Buideu i renteu un dels tubs d’assaig de blau de Prússia. A continuació, dissolgueu una punta d’espàtula d’àcid oxàlic, H2C2O4,en 3 mL d’aigua. Es forma l’ió oxalat, C2O42-

4. Prepareu dos o tres objectes plans que serviran per a la prova (una clau, per exemple). Poseu un paper de filtre rodó sobre una placa de vidre i el conjunt sobre un full de paper de diari.Llegiu el paràgraf5 sencer abans de continuar amb les manipulacions.

5. Busqueu una sala propera, a les fosques. Afegiu, a les fosques, la solució marró que conté els ions Fe3+ i [Fe(CN)6]3- a la solució d’àcid oxàlic. Els passos següents s’han de fer a la pica d’aigua: amareu el paper de filtre damunt del vidre amb aquesta solució. A continuació, sempretreballant a les fosques, poseu els tres objectes plans sobre el paper amarat. Porteu el conjunt al sol, amb el diari com a protecció. No moveu els objectes damunt el paper de filtre.

6. El paper exposat al sol es torna blau a causa de la reacció següent catalitzada per la llum:2 Fe3+ (aq) + C2O42- (aq) 2 Fe2+ (aq)+ 2 CO2 (g), i es forma blau de Prússia a partir dels ions Fe2+. Quina és l’equació?

7. Quan el color blau sigui intens, retireu el conjunt de l’exposició al sol i esbaldiu el conjunt amb força aigua després d’haver retirat els objectes plans. Les substàncies solubles s’eliminen i el blau de Prússia queda fixat entre les fibres del paper. S’obté una imatge en negatiu dels objectes col·locats sobre el paper. Eixugueu el paper de filtre amb els fulls de diari i adjunteu la mostra al vostre informe de laboratori.

Observacions per al professorat (a)

Anomalies que s’han de trobar:

1) El precipitat té dos àtoms de ferro amb dos estats d’oxidació diferents.

2) Un dels àtoms de ferro forma part d’un catió i l’altre, d’un anió.

3) El mateix producte final pot tenir dos noms diferents.

4) Un precipitat conté un àtom de potassi, la qual cosa, en principi, no es produeix mai: els compostos de potassi són tots solubles en aigua.

Orientacions i informacions complementàries per al professorat (b)

1) S’ha d’ajudar els alumnes, ja que acostumen a tenir dificultats amb aquestes respostes.

2) Durant molt de temps, es pensava erròniament que el blau de Prússia estava format per hexacianoferrat de ferro, sense potassi(Ware, 2008). Se l’ha utilitzat com a bescanviador d’ions per fixar l’ióCs-137 a Txernòbil.

3) Comentaris sobre la raresa del color:

– És sorprenentla presència d’un color blau al complex del blau de Prússia, ja que els compostos de ferro mai no són blaus.

– És sorprenent també la presència de dos àtoms de ferro amb dos estats d’oxidació diferents, sense que se sàpiga quin dels dos està dins i quin està fora del complex. Aquesta particularitat és la que origina la intensitat del color. Tots els altres compostos amb aquesta particularitat tenen colors intensos: la magnetita, Fe3O4, té un color marró quasi negre(~ FeO + Fe2O3); el mini, Pb3O4,és un pigment de color vermell fort(~ PbO2 + 2 PbO).

4) Un equip francoamericà (Zhang et al., 2010) ha aconseguit sintetitzar un complex que conté una mescla equimolecular de cobalt i ferro, tots dos complexats per grups CN, i en el qual 4 Co i 4 Fe estan situats als vèrtex d’un cub. Aquesta substància té una

propietat molt estranya. La varietat Fe(III)–Co(II) és vermella, magnètica i estable a altes temperatures,mentre que la varietat Fe(II)–Co(III)és de color verd, diamagnètica i estable a baixes temperatures. A més,quan s’irradia amb llum blanca la varietat verda a baixa temperatura, es torna vermella i magnètica, com si l’haguessin escalfat.

Aquest compost respon perfectament a la funció d’emmagatzemar dels components dels discs durs, entre dos estast magnètics i òptics que es poden anomenar 0 i 1. S’obren així noves perspectives en la miniaturització dels ordinadors del futur.

Referències

WARE, M. (2008). «Prussian blue: Artists’ pigment and chemists’ sponge». J. Chem. Ed., 85(5): 612. ZHANG,Y. [et al.] (2010). «Reversible thermally and photoinduced electron transfer in a cyanobridged Fe2Co2 square complex». Angew. Chem. Int. Ed., 49: 3572.

Nota:traducció al català i adaptació de J. Corominas i M. Tortosa.

Maurice Cosandey

és el vicepresident de l’Associació Suïssa de Professors de Química. També és el redactor d’una revista local de química per a professorat.És l’impulsor de la participació de Suïssa a les Olimpíades Internacionals de Química. Va ser professor de química en un institut de Suïssa (gymnasium) amb estudiants de disset i divuit anys. És especialista en demostracions de química a Suïssa i a l’estranger. Ha fet quatre DVD amb demostracions de química que han tingut un gran èxit a Suïssa. A. e.: maurice.cosandey@bluewin.ch

L’aigua, sempre aigua? Una proposta indagativa per al Global Experiment de l’AIQ 2011

Water, always water? An inquiry proposal for the Global Experiment of the IYC 2011

Mercè Izquierdo Aymerich iBeatriz Cantero Riveros / Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Didàctica de les Ciències i les Matemàtiques

Montserrat Tortosa Moreno / IES Ferran Casablancas (Sabadell)

resum

En el marc del Campus Ítaca que la Universitat Autònoma de Barcelona ofereix cada estiu als alumnes de 3r d’ESO, s’ha elaborat un taller de química que proposa als alumnes d’identificar cinc mostres d’aigua. El taller ha estat plantejat per tal que els alumnes participin enviant dades d’aigües locals a la base de dades del Global Experiment, valorin la importància de la cooperació i la compartició de dades i se sentin part de la comunitat escolar internacional en la celebració de l’Any Internacional de la Química (AIQ 2011). El taller, que pot utilitzar-se com una activitat als laboratoris escolars més enllà de l’AIQ, 2011, planteja una petita recerca que condueix els alumnes a la realització de les quatre activitats del Global Experiment i a aprendre sobre la salinitat, la conductivitat, el pH i el tractament de les aigües, una de les contribucions de la química a la cura del medi ambient i de la salut.

paraules clau

Campus Ítaca, Global Experiment, salinitat, conductivitat, pH, tractaments de l’aigua, educació secundària obligatòria, laboratori.

abstract

Every summer, the Universitat Autònoma de Barcelona offers Campus Ítaca to 3rd ESO students. In this context, a chemistry workshop that proposes learners to identify five samples of water has been designed. The workshop had been planned in a way that participants could send data from local waters to the database of the Global Experiment, in a way in which they could appreciate the importance of cooperation, and to feel a part of the international school community in celebrating the International Year of Chemistry (IYC). The workshop could be also used in classroom after the IYC. It requires a small research project that allows students to make the same four activities as the Global Experiment. They also learn about salinity, conductivity, pH and water treatment, which are one of the contributions that chemistry makes towards the care of the environment and the health.

keywords

Campus Ítaca, Global Experiment, salinity, conductivity, water treatment, compulsory secondary education, laboratory.

Introducció

Ha estat un encertproposar que l’estudi de l’aigua sigui, per a les escoles, la manera de celebrar l’Any Internacional de la Química (AIQ 2011). Seria bonic també que aquesta experiència, realitzada en el marc d’una celebració tan solemne, fes que els alumnes se

sentissin part d’una comunitat internacional, una comunitat científica amb uns valors que cal celebrar i unes maneres de fer que cal compartir. Perquè aquesta feina compartida per estudiants de tot el planeta, el conjunt dels granets de sorra que tots ells hi aporten, no és un joc,

sinó que té un objectiu seriós: conèixer millor les «aigües» del planeta de les quals depenem (alguns països viuen aquesta dependència d’una manera dramàtica) i que, amb la seva circulació incessant per mars, rius, núvols, pluges, etc., ens agermanen a tots.

La proposta del Global Experiment de l’AIQ 2011, avalada per la IUPAC i la UNESCO, les entitats organitzadores, consisteix en quatre activitats accessibles des d’Internet, les quals han anat sent traduïdes a diferents llengües, també al català, gràcies a la diligència de la Societat Catalana de Química (SCQ) de l’Institut d’Estudis Catalans(IEC) i del CESIRECDECdel Departament d’Ensenyament. Les esmentades activitats consisteixen en la determinació del pH de diferents aigües, la mesura del seu contingut de sals, els processos de clarificació i desinfecció de les aigües i el muntatge i disseny d’un destil·lador solar.

És ben coneguda l’oferta que la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) fa a les noies i als nois de 3r d’ESO de Catalunya, anomenada Campus Ítaca. Iniciada per Pilar Garciai amb el lideratge actual de Christianne Guerao, consisteix a acollir al Campus de la UAB grups d’escolars i oferir-los tallers i sessions de treball amb professors universitaris de diverses matèries:dret, matemàtiques, química, llengua, ciències socials, etc., sempre d’una manera pràctica i que requereixi la seva participació i el seu interès genuí. Enguany s’han conduït quinze tallers amb vint-i-quatre alumnes cadascun d’ells (un total de trescents seixanta alumnes).

Elsprofessors dels departaments de didàctiques específiques de la Facultat de Ciències del’Educacióde la UAB hem participat al Campus Ítaca amb activitats diverses. Els professors de química, per exemple, vam preparar l’any passat el taller «Noens deixem enganyar per l’aspecte dels materials», del qual ja vam parlar en aquesta mateixa revista (Izquierdo, 2010). Enguany, doncs, ens hem volgut sumar a l’AIQ2011 contribuint a la proposta internacional amb l’estudi de les «nostres»

aigües, tot considerant que un aspecte important per tal que els aprenentatges prenguin sentit ialhora promoguin l’interès dels alumnes és el plantejament d’activitats en contextos rellevants i propers, com poden ser les aigües del seu entorn.

La proposta integra els quatre treballs pràctics del Global Experiment en un treball d’indagació en el qual els estudiants poguessin participar a partir dels coneixements que ja tenien

Plantejament del taller de química del Campus Ítaca 2011 La proposta integra els quatre treballs pràctics del Global Experiment en un treball d’indagació en el qual els estudiants poguessin participar a partir dels coneixements que ja tenien i que, a més a més, els proporcionés nous coneixements i una comprensió nova del valor que té l’aigua per als habitants del planeta Terra. El plantejament de les propostes d’indagació és a la base de la millora per a l’ensenyament de les ciències en aquest nou segle (Rocard et al., 2007). Calia elaborar, doncs,una «narrativa»que fes veure el lligam existent entre els diferents experiments i que plantegés preguntes de recerca que es poguessin respondre durant les dues hores escassesque durava el taller.Per això es va plantejar la situació següent:

Mireu aquestes cinc garrafes. Tenim un problema relacionat amb elles. Volíem participar al Global Experiment de l’AIQ i havíem recollit aigua en garrafes del laboratori,però ens hem distret i no hi hem posat les etiquetes. Les «aigües»eren les següents: aigua de mar, recollida

al Port Olímpic a 22ºC; aigua de pluja, recollida a Barcelona; aigua de les basses del Llobregat, i aigua de l’aixeta de Cerdanyola. Ara veiem que,en lloc de quatre garrafes,en tenim cinc: una d’elles deu ser una solució que havíem preparat per fer pràctiques de química, de manera que no és una aigua de les que circulen per la Terra. Com ens ho farem per poder començar a treballar?

Tota recerca i, per tant, qualsevol pregunta que l’engegui es produeix enun marc teòric, és a dir, requereix una«manera de mirar» amb la qual prenen sentit la pregunta i la resposta que finalment proporciona la indagació que s’ha dut a terme. Peraixò ens va semblar imprescindible el fet de començara recordar allò que els alumnes ja coneixien de l’aigua des de la primària: que és un líquid i per això flueix, s’escampa; que és un bon dissolvent i per això, d’aigua sola (H2O),no se’n troba... Osí? A la pluja?

Aquesta pregunta va donar peu a considerar una de les «rareses»o peculiaritats de l’aigua: que la podem tenir sòlida, líquida o gasosa en les condicions de temperatura i de pressió de la Terra. I això no és poca cosa... El cicle de l’aigua va passar a ser, després d’aquest diàleg inicial, el nostre marc teòric, que es va anar construint a partir de preguntes com les següents: per què l’aigua del mar és salada?, sempre té la mateixa salinitat?, d’on ve la sal del mar?, l’aigua que ens envolta és realment aiguao bé allò que anomenen aigua en realitat són solucions? D’aquesta manera,l’alumnat va recordant i relacionant els canvis d’estat de l’aigua i el seu rol a la natura.El fet de recordar el cicle de l’aigua i relacionar-lo amb el «problema»de la identificació del contingut de les garrafes sense etiqueta (les cinc «aigües») va ser la primera activitat del taller: on les

trobem?, com hi han arribat?, com són? (fig. 1 i 2).

En acabar aquesta activitat,els alumnes van poder identificar una de les garrafes: aquella que era molt acolorida, d’un blau pujat sospitós, havia de ser la del laboratori; una altra, plena d’herbes i tèrbola, probablement era la del riu. I això també va permetre d’idear el destil·lador de les aigües de la Terra, que són «solucions», tot simulant l’acció del sol amb un escalfament al bany de sorra, i també simular la depuració de l’aigua de riu.

Convenia donar a conèixer als estudiants quelcom nou però ben rellevant: la conductivitat de l’aigua quan conté sals. Aquesta experiència, realitzada amb les precaucions necessàriesi amb un muntatgefet a l’INS Puig i Cadafalch de Mataró, va resultar espectacular: l’agua destil·lada no encén la bombeta, però si s’hi afegeix una mica de sal, sí que ho fa. Iamb més sal, més llum...Aquesta experiència dóna sentit a les mesures posteriors del pH i de determinació del contingut de sals, la qual cosaes va assajar amb algunes de les mostres que se’ls havien proporcionat.

A la part inicial de la presentació d’objectius del taller, sempre mitjançant el diàleg mantingut amb els alumnes, van anar sorgint alguns aspectes dels que es desenvoluparan al llarg del taller, com ara quines «aigües» deixaran un residu sòlid en ser evaporades oquin pH cal esperar que tinguin les «aigües»(la de pluja, la de mar, etc.).

A partir d’aquí,la recerca ja estava en marxa. La mesura del pH va donar resultats interessantsque van portar anoves reflexions:en primer lloc, s’obtenien valors aproximadament iguals, però no idèntics, de manera que calia fer-ne una mitjana; també s’obtenien resultats en principi sorprenents, com el pH diferent de 7 de l’aigua de pluja.Podria ser

2. Alumnes treballant sobre el cicle de l’aigua a la part inicial del taller.

que en alguna de les aigües hi hagués algun germen que fes que l’aigua no fos potable?, en quina? Abans de fer la prova, ja esperàvem trobar-ne a l’aigua del riu i no a l’aigua de pluja ni a l’aigua de l’aixeta, tal com va ser.

Al final,es va reflexionar sobre els resultats de les proves realitzades i es va elaborar una interpretació per tal de retornar al context inicial del cicle de l’aigua per argumentar les característiques de les aigües relacionant-les amb el seu recorregut a la natura. Tota aquesta reflexió es va fer en conjunt.

Estructura i materials del taller

Es va confeccionar el material per als alumnes per tal que, en anar esbrinant quina era quina de les cinc mostres d’aigua, les i els estudiants del Campus Ítaca 2011 també participessin en els quatre experiments proposats al Global Experiment de l’AIQ, 2011, en la mesura del possible perquè s’ajustés al temps del qual es disposava (una mica menys de dues hores), i permetés a l’alumnat de 3r d’ESO arribar a resultats per enviar a la base de dades internacional. Us animem a utilitzar-lo.

El taller es va estructurar en quatre parts (A, B, C i D):

A.Què en sabem, de l’aigua que circula per la Terra?

B.Comencem per aquestes dues que ja hem identificat: «netegem» l’aigua de bassa, destil·lem la dissolució del laboratori (blocs experimentals 1 i 2).

C.Ara, totes les altres semblen iguals!!! Què és el que tenen de diferent? (blocs experimentals 3 i 4).

D.Conclusions i enviament de dades.

El taller inclou els quatre experiments del Global Experiment distribuïts en quatre blocs experimentals.

1. Construcció d’un destil·lador solar.

2. Clarificació i desinfecció de l’aigua.

3. Substàncies dissoltes a l’aigua: conductivitat i residu sec. 4. pH de l’aigua.

En la construcció d’un destil·lador solar (bloc 1), els alumnes treballen amb la mostra d’aigua identificada com a «aigua de laboratori» i s’utilitza un bany de sorra, ja que és complicat accedir a un lloc assolellat. Es demana als alumnes que intentin explicar el que ha passat i que ho expliquin als seus companys i que facin suggeriments de com millorar-lo (fig. 3).

En el bloc experimental 2, els alumnes treballen amb la mostra d’aigua identificada visualment com a «aigua de bassa». Es realitza la clarificació de l’aigua utilitzant filtres de sorra i grava construïts amb ampolles de plàstic. S’utilitza un desinfectant de clor (lleixiu) per destruir els gèrmens i esbrinar si l’aigua conté gèrmens o si no en té, i si en conté en major o menor quantitat segons el nombre de gotes de lleixiu que caldrà addicionar abans d’observar clor residual (fig. 4).

Per als experiments dels blocs 3 i 4, es mostra a continuació el material de l’alumne.

Figura 1. Les cinc garrafes d’aigua. Figura

Figura 3. Destil·ladors solars fets pels alumnes del taller.

4. Filtre de sorra i grava.

Figura 5. Muntatges per a la prova de conductivitat: a) amb pila i LED; b) connectat al corrent i amb bombeta.

Figura 6. Demostració de la conductivitat de les solucions salines.

Figura 7. Residu sec de l’aigua de mar.

Bloc 3. Substàncies dissoltes a l’aigua: conductivitat i residu sec

Amb els experiments d’aquest bloc,els alumnes havien d’identificar les tres mostres d’aigua que tenien el mateix aspecte:de pluja, de mar i de l’aixeta. Per començar, es fa un experiment demostratiu (fig.5 i 6) per veure si s’encén o no la bombeta i per deduir si les mostres d’aigua condueixen el corrent elèctric. Després,es du a terme l’evaporació fins a residu sec constant.

Prova de conductivitat

Què significa que un líquid és conductor del corrent elèctric?Per tald’esbrinar si les aigües són conductores, utilitzarem un conductímetre que porta una bombeta; aquesta s’encén més o menys depenent de la intensitat del corrent.

Resultats

A partir de les vostres observacions:

Prova de conductivitat

Resultat(sí/no)

Mostra d’aigua núm. Mostra d’aigua núm. Mostra d’aigua núm.

a) Podríeu descartar alguna o algunes de les aigües a partir dels resultats de la conductivitat?

b) Com justificaríeu la vostra resposta?

Determinació de substàncies dissoltes:residu i verificació de la sequedat S’evaporen les tres mostres d’aigua a sequedat per comprovar si quedaalgun residu sòlid després de l’evaporació. En el cas que hi hagi un residu sòlid significatiu, se’n calcula la salinitat. Cal que els estudiants s’assegurin que el pes del residu sec es manté constant després de tornar-lo a escalfar.

Residu sec

1. Peseu una càpsula de porcellana amb la major precisió possible i anoteu el resultat a la taula (mR).

2. Mesureu el volum d’uns 50 mL d’aigua amb la major precisió possible i anoteu el volum mesurat (VR).

3. Introduïu el volum d’aigua mesurat dins la càpsula. Peseu la càpsula i l’aigua (mR+ A).

4. Evaporeu l’aigua escalfant-la amb un fogonet o una placa calefactora.

5. Quan aparentment tota l’aigua s’hagi evaporat (fig. 10), retireu-la de la font de calor, deixeu-la refredar i peseu el recipient amb la sal;a continuació, anoteu el resultat al full de resultats (mR+ S).

6. Torneu a escalfar la càpsula amb la sal una estona més, deixeu refredar i torneu a pesar. Repetiu aquest procediment fins que la massa de la càpsula i la sal es mantingui constant (fig. 7).

Resultats

Massa de la càpsula,mR (g)

Volum d’aigua,VA (mL)

Massa de la càpsula i de l’aigua,mR+ A

Assecat fins a pes constant

Massa del recipient i la sal. 1r test

Massa del recipient i la sal. 2n test

Càlculs

Massa de sal: ms = mR+ S –mR

Massa d’aigua salada: mA =mR+ A –mR

Salinitat absoluta:

Mostra d’aigua núm.

Figura

Bloc 4. Determinació del pH de l’aigua

En aquest experiment es determina el pH de les tres mostres d’aigua tot relacionant-lo amb els possibles soluts. Aquesta prova aporta noves evidències per identificar les mostres d’aigua i el repte de buscar explicacions per als diferents valors de pH (fig. 8).

Procediment

1.Agafeu dues porcions de mostra d’aigua amb un comptagotes net i ompliu dos tubs d’assaig mitjans fins a 2 cm d’alçada.

2.Afegiu tres gotes d’indicador blau de bromotimol a cada recipient i agiteu-lo per barrejar bé la solució.

3.Utilitzeu la carta de colors (escala de blau de bromotimol) i,per comparació de colors,assigneu un valor de pH a cada tub d’assaig. Anoteu el resultat de cada lectura de pH i,si els valors no coincideixen,feu-ne la mitjana i registreu el resultat de cada recipient amb una xifra decimal.

4.Si el pH de la mostra és inferior a 7,6,no cal continuar amb l’altre indicador. Anoteu aquest pH a la taula de resultats de pH de mostres d’aigua.

5.Si el pH de la mostra és de 7,6 o major, descarteu el resultat obtingut i repetiu la prova seguint els passos 1 i 2, però utilitzant porpra de m-cresol com a indicador,i anoteu els resultats amb una xifra decimal.

6.Utilitzeu la carta de colors (escala del porpra de m-cresol) i,per comparació de colors,assigneu un valor de pH a cada tub d’assaig. Anoteu el resultat de cada lectura de pH i,si els valors no coincideixen,feu-ne la mitjana i registreu el resultat de cada determinació amb una xifra decimal. Anoteu aquest pH a la taula de resultats de pH de mostres d’aigua.

Resultats

Valor mitjà

Porpra de m-cresol

Valor mitjà

A partir de les vostres observacions:

a)Decidiu quin indicador ha donat la millor mesura del pH de la mostra i expliqueu perquè. Anoteu el valor del pH de la mostra.

b)Feu una posada en comú de grup i completeu el valor de pH de les tres mostres (en el cas de tenir més dades, heu de calcular el valor mitjà).

Taula de resultats. Conclusions. Quina és cada aigua?

Poseu en comú les dades del grup, ompliu aquesta taula per acabar identificant cadascuna de les mostres d’aigua.

Mostra d’aigua

Identificació visual

Conductivitat (sí/no)

Salinitat

Gèrmens

Identificació (tipus d’aigua)

Figura 8. Diverses coloracions per a diferents mostres i amb diferents indicadors.

A partir de les vostres observacions, responeu les preguntes a mode de conclusió del taller:

1. Quines són les conclusions dels vostres experiments? Quina etiqueta creieu que cal posar a cada aigua?

La terbolesa ens ha permès identificar ______________________

La conductivitat ens fa descartar __________________________

El color ens ha permès identificar ___________________________

La quantitat i tipus de sal i pH ens permeten diferenciar entre __________________________

El contingut de microorganismes ens permet diferenciar entre

2. Quines aigües es poden beure i per què?

L’aigua de mar(sí/no),perquè

L’aigua de l’aixeta (sí/no), perquè_______________________

L’aigua de la bassa (sí/no), perquè _________________________

L’aigua del laboratori (sí/no), perquè ______________________

L’aigua de pluja (sí/no), perquè _______________________

Al final del taller es fa una posada en comú en la qual cada grup aporta els seus resultats i conclusions i es calculen els valors mitjans,que són els que s’envien a labase de dades del Global Experiment.

Treball

Gestió del taller del Campus Ítaca

Els alumnes es van distribuir en grups de sisper tal dediscutir i compartir les tasques del taller. Aquest treball fet en grups cooperatius s’inicia a partir del moment en el qual els alumnes han identificat visualment dues de les aigües. Algunes tasques les fan en dos subgrups de tres alumnes i d’altres es fan per parelles (fig. 9).

Un aspecte clau és que els grups van treballar de manera col·laborativa, realitzant cadascun d’ells diferents aspectes experimentals i compartint i discutint els resultats obtinguts i les conclusions. La realització dels tallers es va caracteritzar per un diàleg continu entre el professorat i els nois i les noies que hi van participar.

Cada subgrup de tres persones treballa amb una de les dues mostres d’aigua identificades visualment. La tasca de construcció d’un destil·lador solar per tal d’obtenir aigua destil·lada a partir de l’aigua de laboratori la realitza un subgrup de tres alumnes,mentre l’altre subgrup realitza el procés de clarificació de l’aigua de la bassa.A continuació, cada grup posa en comú els resultats dels dos subgrups.

La prova de conductivitat la realitza el professor de manera demostrativa i demana als diferents grups les mostres d’aigua.

Per tal d’optimitzar la durada del taller, es va decidir de fer l’assaig de desinfecció (o prova dels gèrmens)també de manera demostrativa i al final del taller.

Per fer l’evaporació de l’aigua fins a residu seci per determinarne el pH, cada grup de sis alumnes treballa per parelles amb cadascuna de les tres mostres.

Al llarg del taller, hi ha moments per a la discussió en grup i,al final,es fa en conjunt per part de tots els alumnes del taller.

Reflexions sobre les preguntes i els comentaris dels alumnes

El primer pas peridentificar l’origen de cadascuna de les mostres d’aigua és l’observació visual, en la qual les noies i els nois identifiquen l’aigua de bassa i la solució de laboratori. Amb les aigües identificades visualment, es planteja el repte de «destil·larles»i «purificar-les».

Pel que fa al tractament de l’aigua per tal de purificar-la, els alumnes es pregunten per què l’aigua, encara amb una mica de color després de passar pel filtre de sorra i grava, queda transparent en filtrar-la després d’afegirhi el carbó actiu, que és tan negre (fig. 10). En aquest moment els preguntem si es beurien aquesta aigua «transparent»i parlemde la potabilització i del fet que pot haver-hi coses invisibles,com ara bacteris,que encara caldria eliminar.

Els alumnes del subgrup que s’encarrega de la solució de laboratori fabriquen un destil·lador amb material de laboratori (fig. 11) i discuteixen maneres de millorar-lo, alhora que es proposa als participants que reflexionin sobre els possibles usos d’aquesta tècnica per obtenir aigua potable en diverses situacions, no urbanes, en diferents llocs del món.

Aquesta experiència resulta espectacular i sorprenent per als participants, ja que poden obtenir aigua destil·lada a partir d’una solució acolorida i també es podria obtenir a partir de l’aigua de mar.Una de les reflexions va ser que aquesta podria ser una manera d’obtenir aigua per beure en una platja deserta, tot fent palesa la relació entre la química i la vida quotidiana i com el fet de tenir coneixements de química pot ser útil per buscar solucions a situacions com la de la manca d’aigua potable.

També són molt interessants les aportacions que fa l’alumnat sobre com es pot augmentar el rendiment del procés que té lloc al destil·lador solar. La més freqüent és la de recobrir tot el conjunt amb un material fosc (com un plàstic negre) per tal d’aprofitar millor la calor que arriba del Sol. Molts grups van proposar de refredar el sistema per tal que la condensació fos més ràpida.

També es va proposar de modificar l’objecte utilitzat per defor-

Figura 9. Noies i nois treballant en grup durant el taller de química del Campus Ítaca.

Figura 10. Alumnes discutint els resultats després de passar l’aigua pels filtres de sorra i grava.

mar la cobertura i que les gotes caiguessin dins del recipient.

Per continuar la identificació de les tres mostres restants (aixeta, pluja i mar), s’introdueix el concepte de conductivitat i es pregunta si s’encendrà una bombeta d’un circuit connectat quan se submergeixen dos elèctrodes de grafit dins de recipients que contenen cadascuna d’aquestes mostres d’aigua. En primer lloc,es realitzen assaigs de control amb aigua destil·lada i amb aigua destil·lada amb sal dissolta. Amb l’aigua destil·lada no s’encén la bombeta, però amb l’aigua amb sal s’encén amb molta lluentor. Es discuteix sobre quina pot ser la causa d’aquesta diferència i,tot seguit,es demana als alumnes si poden fer prediccions sobre el que passarà en repetir l’experiment amb cadascuna de les mostres d’aigua. Molts alumnes van predir d’una manera encertada els resultats amb duesde les mostres d’aigua. Si la bombeta no s’encén, serà aigua de pluja, i sis’encén amb molta intensitat,serà aigua de mar (fig.12). Amb l’aigua de l’aixeta,la bombeta s’encén d’una manera tènue.

Aquesta prova també es pot realitzar utilitzant una caixeta en la qual hi ha connectats una pila, unLED i dos elèctrodes de grafit. Aquest cop, als alumnes els sorprèn que el LED només s’encengui en submergir-se en una de les mostres (la que és d’aigua de mar) i se’ls demana una possible interpretació.

A partir d’aquests assaigs demostratius de conductivitat,els alumnes van fer hipòtesis sobre quina era cadascuna de les tres aigües i,per validarles respostes, van ferevaporar a residu sec les mostres. L’aspecte visual del residu sec i les dades quantitatives els acabaren de confirmar quina era l’aigua de mar i,en aquest cas, en van determinar la salinitat absoluta per enviar-la a la

base de dades internacional (fig.13).

A continuació,es va realitzar la mesura del pH per duplicat. Els alumnes es van adonar que el valor del pH assignat (amb una xifra decimal) no era exactament igual en les diferents determinacions.Aquest fet va posar de manifest la importància de calcular els valors mitjans, primer, per a cada grup, i,finalment,en la posada en comú per a tot el grup d’alumnes del taller.Es va discutir sobre la necessitat de fer més d’una mesura per tal d’obtenir resultats més representatius i fiables.

Els alumes són capaços d’anar raonant que el pH de les solucions aporta informació dels seus components i constaten que l’aigua de la pluja no tenia pH 7, tal com havien predit, sinó pH una mica inferior a 7; per tant, devia tenir quelcom dissolt, però es van sorprendre en veure que l’evaporació a sequedat no va deixar cap residu sòlid. A través de diverses preguntes i respostes,arriben a la conclusió que l’aigua de pluja pot dissoldre gasos de l’atmosfera,

L’aspecte visual del residu sec i les dades quantitatives els acabaren de confirmar quina era l’aigua de mar i, en aquest cas, en van determinar la salinitat absoluta per enviar-la a la base de dades internacional

Figura 11. Construint un destil·lador solar durant el taller.

Figura 12. Prova de conductivitat amb aigua salada.

Figura 13. a) Càpsula de porcellana amb residu sec de l’aigua de l’aixeta; b) alumnes treballant per determinar la salinitat.

probablement CO2, el qual,dissolt en aigua,posa de manifest el seu caràcter àcid. D’altra banda, s’adonen que una de les aigües, la que més sals conté, té un pH clarament bàsic, superior a 8,i que cal buscar l’explicació a les sals que té dissoltes.

En respondre les preguntes després del procés de clarificació, els grups arribaven a la conclusió que a l’aigua,una vegada filtrada, encara hi quedaven microorganismes i que caldria desinfectar-la per obtenir aigua apta per al consum. Es va plantejar als alumnes com creien que es podrien eliminar els microorganismes que contenial’aigua filtrada de bassa. Es va discutir sobre la necessitat de potabilitzar les aigüesil’ús del lleixiu en quantitats adequades, tant en la seva experiència personal (els alumnes saben que el lleixiu blanqueja i treu les taques) comper potabilitzar aigües de fonts naturalso aigües de consum enpaïsos sense aigua potable. La introducció del concepte de desinfecció de l’aigua va resultar força interessant, ja que,un cop més,es posa de manifest que els ulls no tenen la capacitat d’adonar-se de tot, però que els coneixements de química ens permeten obtenir informació «invisible als ulls».

També es reflexiona en termesquantitatius: quina quantitat de lleixiu és necessària per eliminar els microorganismes?, en quins casos se’n gastarà més o

menys? Els alumnes prediuen el diferent comportament de l’aigua potable i l’aigua crua en afegir lleixiu.

Algunes consideracions respecte als experiments i el material

En la preparació deltaller del Campus Ítaca, es va posar a punt un mètode alternatiuque permetés, d’una manera aproximada, determinar les gotes de lleixiu necessàries per a la desinfecció, però sense haver d’utilitzar les tires reactives de clor.Aquest mètode consisteix aafegir colorant alimentari a l’aigua i comptar les gotes de lleixiu que cal anar afegintfins a la desaparició del color, que seran proporcionals a la quantitat de microorganismes (fig. 14). Cal tenir en compte que el lleixiu reacciona també amb el colorant alimentari, però els resultats obtinguts emprant les tires reactives de clor o la solució de colorant alimentari són molt similars, de manera que el mètode es pot considerar una alternativa aproximada però acceptable.A la vegada, per tal de minimitzar el consum d’aigua i reactius, es va fer a escala reduïda (1/100),de manera que es requerís menys aigua clarificada i el nombre de gotes consumides equivalgués al del protocol inicial.

Aquesta idea de dur a terme els mateixos experiments a escala reduïda ha estat també present

al Global Experiment amb l’aparició de nous protocolsadaptats a microescala. És interessantde consultar aquests protocols, ja que,més enllà d’utilitzar els equipsa microescala, aporten idees per realitzar aquestes activitats amb materials molt simples,fins i tot transportables,per realitzar proves al camp, la qual cosa pot constituir una bona manera d’introduir una tècnica que estalvia recursos, minimitza residus i,en moltes ocasions, suposa un estalvi de temps. Els protocols proposen d’utilitzarper a la desinfecció una soluciód’hipoclorit de calci i les tires reactives de clor incloses als equips, els quals contenen també xeringues amb un suportperpreparar els filtres de sorra i grava (fig.15), així com safates de plàstic amb cavitats per fer les determinacions de pH.

En respondre les preguntes després del procés de clarificació, els grups arribaven a la conclusió que a l’aigua, una vegada filtrada, encara hi quedaven microorganismes i que caldria desinfectar-la per obtenir aigua apta per al consum

Figura 16. Grup d’alumnes durant la realització del taller.

Figura 15. Filtre de sorra i grava a microescala.

Figura 14. Utilització d’un colorant alimentari per detectar clor lliure.

Valoració i conclusions

En general, la participació de l’alumnat va ser molt activa i els comentaris posteriors que ens van fer arribar deien que havien après molt i que també s’havien divertit, perquè havien fet feina de científiques i científics.

Els alumnes valoren molt positivament el treball cooperatiu en la realització dels experiments i en l’obtenció de dades, alhora ques’adonen dels avantatges del treball en equip i de compartir dades, calcular valors mitjans, etc.

També van considerar molt útil el fet d’omplir conjuntament la taula-resum al final, entre tots els grups, ja que això els va proporcionar un espai de discussió col·lectiva molt útil per compartir dubtes i repassar tot el que s’havia treballat al llarg del taller (fig. 16).

La cloenda del taller va consistir en la introducció de les dades de la taula-resum a la base de dades internacional, en la qual prèvia-

Mercè Izquierdo Aymerich és doctora en ciències (química). És catedràtica de didàctica de les ciències a la UAB, on ha fet classes de química, història de la química i didàctica de les ciències. La seva recerca es dedica de manera específica al llenguatge i als aspectes històrics i epistemològics que tenen influència en l’ensenyament de la química. Ha dirigit tesis doctorals i ha participat en programes de formació de professors en actiu i en projectes de recerca col·laboració amb universitats de l’Estat espanyol i de l’Amèrica Llatina. És codirectora de la revista Enseñanza de las Ciencias A. e.: merce.izquierdo@uab.es

ment ens havíem registrat amb un compte específic per al taller de química del Campus Ítaca. Els alumnes tenen l’ocasió de veure a la pantalla delprojector dades d’aigües d’altres indrets aportades per escolars d’arreu del món i senten que,tal com dèiem al començament de l’article, a més d’aprendre sobre les característiques i els tractament de les aigües, han aportat el seu granet de sorra a una efemèride d’àmbit internacional.

Referències bibliogràfiques

IZQUIERDO, M.; MERINO, C.; TORTOSA, M.(2010). «Fer química». Educació Química EduQ, 5: 39-45 <http://publicacions.iec.cat/ repository/pdf/00000103/00000 045.pdf>[consulta: juny 2011]

ROCARD, M.; CSERMELY, P.; JORDE, D.; LENZEN, D.; WALWERGHENRIKSSON, H.; HEMMO, V. (2007). Science education now: A renewed pedagogy for the future of Europe. Brussel·les: European Commission.

és llicenciada en bioquímica. Ha estat professora de Biologia celular i molecular a la USACH, Xile. És màster en didàctica de les ciències experimentals per la UAB. Actualment fa el doctorat en didàctica. Ha treballat sobre aspectes socials de la ciència i comunicació científica, com museus i altres formats comunicatius. Els seus interessos de recerca i formació estan relacionats amb l’activitat científica escolar i la incorporació de la perspectiva de gènere a la classe de ciències experimentals.

A. e.: beacanteror@gmail.com

Algunes adreces web de referència en relació amb el Global Experiment Web internacional del Global Experiment (enviament i consulta de dades): <http://water.chemistry2011.org/web/iyc>.

Activitats del Global Experiment Protocols inicials: <http://blocs.iec.cat/aiq2011/2 011/04/06/lexperiment-mundiallaigua-una-solucio-quimica/>. Protocols a microescala: <http://blocs.iec.cat/aiq2011/2011/ 11/21/protocols-del-globalexperiment-a-microescala/>.

Nota: a l’Aplicatiu de Recobriment Curricular (ARC) del Departament d’Ensenyament, de lliure accés a Internet (http://apliense.xtec.cat/arc/), podeu trobar l’activitat «L’aigua, sempre aigua?», vinculada al currículum de les ciències de la naturalesa de secundària i elaborada a partir del material d’aquest taller i dels protocols inicials i a microescala del Global Experiment, traduïts per la SCQ (http://apliense.xtec.cat/arc/node/1738).

és professora de secundària des del 1984. Actualment és catedràtica de física i química de l’institut Ferran Casablancas de Sabadell i investigadora de la Facultat de Ciències de l’Educació de la UAB. Llicenciada en ciències químiques (1982) i biològiques (1988) per la UAB i doctora en química (2001) per la UPC. Va ser professora associada de química a la UPC (1990-2005), de didàctica de les ciències a la UAB (2009-2011), i investigadora del Centre de Recerca per a l’Educació Científica i Matemàtica (2005-2009).

A. e.: mtortosa@xtec.cat

Treball

Beatriz Cantero Riveros

Montserrat Tortosa Moreno

RESSENYES DE LLIBRES

Els elements. Una exploració visual de tots els àtoms coneguts de l’Univers

Theodore Gray Fotografies de Theodore Gray i Nick Mann Institut d’Estudis Catalans,Publicacions Universitat de València i Servei de Publicacions de la Universitat Autònoma de Barcelona Barcelona i València, 2011

Cap cosa no torna al no-res, ans totes, per la disgregació, tornen als elements de la pròpia matèria.

LUCRECI, De rerum natura, 50 aC

Theodore Gray és un apassionat de la taula periòdica i un col·leccionista d’elements químics. O potser hauríem de dir més apropiadament que ho és de substàncies químiques elementals, de compostos químics i d’objectes constituïts per aquestes substàncies. Elseu llibre Els elements: Una exploració visual de tots els àtoms coneguts de l’Univers,que va publicar l’any 2009 a l’editorial Black Dog & Leventhal Publishers,ha estat traduïtal català i publicat conjuntament per l’Institut d’Estudis Catalans, la Universitat de València i la Universitat Autònoma de Barcelona,amb motiu de l’Any Internacional de la Química. La traducció ha estat realitzada per la professora Pilar González Duarte, catedràtica emèrita de química inorgànica de la Universitat Autònoma de Barcelona, amb la col·laboració de Raquel Ríos i Cristina Rodríguez; la supervisió terminològica de Salvador Alegret, catedràtic emèrit de química analítica de la Universitat Autònoma de Barcelona, i la correcció lingüística de Josep M. Mestres, Martí Sitjà i Sílvia Teulats, del Servei de Correcció Lingüística de l’Institut d’Estudis Catalans.

Els elements és un llibre que crida l’atenció només en veure’l per la bellesa de les fotografies(del mateix Theodore Gray i del fotògraf Nick Mann)i per l’excel·lent maquetació. Roald Hoffmann, escriptor i guanyador del Premi Nobel de Química, n’ha fet el comentarisegüent:

Aquest és el llibre sobre elements que, en estil i contingut, eclipsa tots els altres! Les fotografies, presentades amb un fons negre, són fantàstiques. En els peus que les acompanyen, Gray, amb les paraules justes, esbossa les aplicacions de cada element, en furga la història i no té por de fer comentaris aguts sobre el món.

I Eric Scerri, autor de The periodic table:Its story and its significance,ha dit de l’autor i del llibre:

Theodore Gray és un àvid col·leccionistai fotògraf d’elements i, a més a més, un divulgador científic de primera fila. Ha confegit un llibre excel·lent sobre els elements que atraurà totes les persones interessades en la química i en la ciència en general.

En el pròleg de l’edició catalana, Pilar González Duarte i Salvador Alegret Sanromà fan una excel·lent presentació de la finalitat del llibre:

Al llarg dels segles,l’observació de l’Univers, del planeta Terra i del nostre entorn ha fascinat la humanitat i ha desvetllat la seva curiositat. Avui, la ciència ha permès establir que, més enllà del que podem veure a ull nu, hi ha àtoms, és a dir, elements químics que actuen com a unitats bàsiques de tot el que ens envolta i de nosaltres mateixos. Però quants elements es coneixen? Quin és l’aspecte dels elements en estat pur? Quins compostos formen i quines propietats tenen? Quins elementso compostos són presents (o, fins i tot, essencials)en la vida quotidiana? A aquestes i a moltes altres preguntes dóna resposta el llibre de Theodore Gray.

El llibre comença amb una presentació de la taula periòdica en conjunt i dels grups d’elements més característics: els metalls alcalins i alcalinoterris, els elements del bloc d o metalls de transició, els del bloc p, els gasos nobles, i els lantànids i els actínids. A continuació es dedica una única pàgina a explicar com s’ha arribat al format actual de la taula periòdica. De fet, no s’explica el procés històric de formació,sinó el concepte orbital atòmic i l’ordre d’emplenament dels orbitals d’un àtom com a justificació de la forma de la taula periòdica. L’autor és conscient que difícilment un lector que no sigui químic podrà comprendre aquesta explicació. La pàgina següent inclou la definició de les propietats que es proporcionen de cada elemental marge lateral dret de les pàgines de nombre imparell. Algunes d’aquestes propietats fan referència a l’àtom (propietats atòmiques), tals com el pes atòmic, el radi atòmic i l’ordre d’incorporació dels electrons als orbitals atòmics disponibles, mentre que d’altres corresponen a la substància elemental (propietats macroscòpiques),tals com la densitat, l’espectre d’emissió atòmica i els intervals en els quals la substància és sòlida, líquida i gasosa, si bé no es fa una diferenciació d’aquests dos tipus de propietats. Cal ressaltar l’originalitat dels diagrames que permeten visualitzar algunes d’aquestes propietats.

A continuació, l’autor descriu elselements de manera individual seguint un ordre de nombre atòmic creixent i dedicant dues pàgines a cadascun d’ells, excepte en alguns casos, en els quals en dedica quatre. Atesa la seva raresa, els elements de nombre atòmic 100-118 s’expliquen conjuntament en quatre pàgines. Les fotografies dels elements de les pàgines de nombre parell van acompanyades del nom i del símbol de l’element, a la part superior esquerra, i del nombre atòmic, a la part superior dreta.Les fotografies que apareixen a les pàgines de nombre imparell,relatives a objectes que palesen les aplicacions de la substància elemental o dels compostos químics de l’element mostren clarament la contribució de la química a la vida quotidiana.Tot plegat fa que el llibre es llegeixi amb interès i que es gaudeixi alhora del text i de les fotografies. Vegem-ne alguns exemples:

En forma elemental, el FÒSFOR és bastant perillós, particularment en la varietat al·lotròpica de fòsfor blanc, descoberta l’any 1669 a Hamburg i que el 1943 va contribuir a fer cendres aquesta ciutat en una de les tempestes de foc més grans de la Segona Guerra Mundial.[...]Però,en forma de fosfats (compostos que contenen el grup PO43-), el fòsfor és vital i no disposar-ne va ser el factor limitador del creixement dels cultius durant una bona part de la història de la humanitat. El nom del TITANI és un dels més populars dels ele-

ments químics, fins al punt que, comercialment, s’empra en milers de productes,tant si en contenen com si no. [...]El titani representa la força tant en el nom (que prové dels titans, una estirp de déus de la mitologia grega)com en els fets (s’utilitza en motors d’avió a reacció, en eines i en coets,per la gran resistència que té).

Alhora,és completament inoxidable i no és al·lergogen; tant és així, que ha esdevingut freqüent a l’interior del cos humà, en forma de pròtesis de maluc o d’implants dentals, i també a l’exterior, en forma de joieria corporal.

Aquest llibre constitueix una visió de la química per al gran pública través d’una espectacular presentació visual de les propietats i les aplicacions de les substàncies químiques.També és un bon recurs per als ensenyants de química, pel gran nombre d’aplicacions i de referències històriques que conté. I, finalment, és unaexcel·lent obra de referència per als estudiants, ja que elspermetràcopsar que la química és una ciència imprescindible en la nostra vida quotidiana.

En definitiva,estem davant d’un magnífic llibre de divulgació científica altament recomanable. Una combinació perfecta de química i fotografia artística al voltant dels cent divuit elements químics de la taula periòdica. Només suggeriríem una millora:una diferenciació terminològica més clara entre els nivells de significació atòmica i macroscòpicadels elements químics. En qualsevol cas, deixant de banda aquest aspecte, la seva lectura de bon segur proporcionarà moments de gran gaudi al lector, que a la vegada aprendràmolt sobre les propietats i aplicacions de les substàncies elementals i els compostos químics que se’n deriven.

No hi ha cap dubte que la publicació d’aquest llibre ha estat una excel·lent contribució de l’Institut d’Estudis Catalans a la celebració de l’Any Internacional de la Química. Val la pena gaudir-ne. No se’l perdin.

AURELI CAAMAÑO

Consell Editorial d’Educació Química EduQ

RESSENYES DE REVISTES

«Afinitats electives. Els rostres de la química»

Mètode. Revista de Difusió de la Investigació, núm. 69

Universitat de València, primavera 2011

La revista Mètode, en el seu número de primavera,dedica un monogràfic a la química en el context de la celebració de l’Any Internacional de la Química.Aquest monogràfic, coordinat pels professors Antonio García Belmar i José Ramon Bertomeu Sánchez,pretén mostrar una visió pluridisciplinària del naixement de la química com a ciència i analitzar les sorprenents variacions que la imatge social de la química, les seves afinitats i tensions i els seus múltiples rostreshan sofert des del segle XVIII fins a l’actualitat.

En la introducció, els coordinadors fan una reflexióque dóna una idea de la rapidesa amb la qual la química es va convertir en el segle XVIII en una ciència valorada socialment.

El monogràfic conté articles de Xavier Duran («Goethe i l’afinitat entre química i literatura:Molècules i divorcis en una novel·la romàntica»), Nicholas W. Best («Principis, elements i

«Enseñar química hoy»

substàncies: La influència filosòfica en la revolució química»), Ursula Klein («Amb què experimentaven els químics? El món de les substàncies en la química del segle XVIII»), Marco Beretta («La segona dissort de Lavoisier: Ascensió i caiguda del mite de la revolució química»), Pere Grapí («La visualització del canvi químic: Les taules d’afinitats del segle XVIII»), Agustí Nieto-Galán («Secrets, receptes i resistències:L’art de la tintura i la revolució química»),Santiago Álvarez («Entre la ciència i l’art:Les imatges del laboratori químic»)i Carl Djerassi («La història de l’obra teatral Oxigen:Ciència i literatura, del paper a l’escenari»).

També consta d’una entrevista a Bernadette Bensaude-Vincent,catedràtica d’història i filosofia de la ciència de la Universitat de la Sorbona de París, que porta per títol «La imatge social de la química: entre el temor i l’esperança».

Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, núm. 69

Editorial Graó, Barcelona, 2011

La revista Alambique, en el número 69, dedica una monografia a l’ensenyament de la química,amb motiu de l’Any Internacional de la Química. El monogràfic aborda aspectes fonamentals de l’ensenyament de la química en l’actualitat (contextualització, modelització, idees prèvies i formes de raonament dels estudiants, indagació, ambients virtuals d’aprenentatge i interdisciplinarietat) des d’una perspectiva internacional.

La monografia s’inicia amb una breu presentació a càrrec del coordinador, Aureli Caamaño, i un article d’Ilka Parchmann sobre dues propostes metodològiques per fomentar l’interès dels estudiants i del públic en general per la química.

En el segon article, Aureli Caamaño proposa un ensenyament de la química que integri la contextualització, la modelització i la indagació, i explora el grau d’aplicació d’aquest enfocament en tres projectes de química en context actuals: la Química Salters,el projecte alemany Chemie in Kontext1 i el projecte brasiler Química Cidadã.

En el tercer article, Vicente Talanquer2 aborda el paper de les idees

prèvies dels estudiants en l’aprenentatge de la química, considerant que, a causa de la gran diversitat de concepcions alternatives existents,és difícil treure profit didàctic d’aquest coneixement, si no s’identifiquen les suposicions implícites i les formes de raonament que s’amaguen darrere de moltes d’elles.

En el quart article, Vincent Mas defensa un ensenyament de la química basat en pedagogies obertes, d’acord amb les recents orientacions del currículum francès. Aquesta pedagogia implica una interacció entre el docent, l’alumnat i l’entorn.

En el cinquè article, Marcelo Giordan reflexiona des d’una perspectiva sociocultural sobre les possibilitats i les limitacions que les tecnologies digitals de la informació i de la comunicació poden arribar a tenir en l’ensenyament de la química.

Finalment, en el sisè article, Antonio Cachapuz proposa usar la interdisciplinarietat com a estratègia per fer front al descensís de molts joves respecte de l’estudi de la química, suggerint un diàleg innovador entre la química i l’art.

El recull d’articles ha comptat per a la seva il·lustració amb la col·laboració de dos artistes: el pintor Uliso Alemany, que proposa una sèrie de rostres de químics «entotsolats», i Eugènia Balcells, que mostra alguns dels seus muntatges i instal·lacions multimèdia, que exploren diferents relacions entre ciència i art.

Felicitem la revista Mètode per aquest excel·lent monogràfici recomanem molt especialment la seva lectura.

Aureli Caamaño Consell Editorial d’Educació Química EduQ

La secció «Aula de didàctica»consta d’un article sobre el treball cooperatiu d’Amparo Vilches i Daniel Gil i un altre sobre l’ús de les analogies en l’ensenyament dels models i dels processos de modelització en ciències, de José M. Oliva.

Fina Guitart Consell Editorial d’Educació Química EduQ

1.També presentat per la mateixa autora en l’article «Chemie in Kontext. One approach to realize science standards in chemistry classes» ( Educació Química EduQ, 2, 24-31, 2009).

2.Presentat per Ilka Parchmann en l’article «Chemie in Kontext. Oneapproach to realize science standards inchemistry classes» (Educació Química EduQ, 2, 2431, 2009).

ENCONTRES

IV Jornades sobre l’Ensenyament de la Física i Química - I Trobada d’Educació Química

Els dies 24, 25 i 26 de març de 2011 es van celebrar aBarcelona les IV Jornades sobre l’Ensenyament de la Física i Química i la I Trobada d’Educació Química, organitzades conjuntament pel Col·legi Oficial de Doctors i Llicenciats en Filosofia i Lletres i en Ciències de Catalunya;la Societat Catalana de Química, filial de l’Institut d’Estudis Catalans; la Fundació”la Caixa”;el CESIRE-CDEC, del Departament d’Ensenyament de la Generalitat de Catalunya; l’Associació de Professors de Física i Química de Catalunya,i l’Institut Químic de Sarrià de la Universitat Ramon Llull. La participació va ser molt alta, amb més de dos-cents trenta participants. Aquesta convocatòria, emmarcada en l’Any Internacional de la Química, ha incorporat,per primera vegada,la presentació de comunicacions orals i en format pòster,una modalitat de participació que ha tingut una bona acollida, tal com ho acredita la presentació de més de trenta comunicacions, algunes de les quals eren de participants portuguesos i italians.Les Jornades es van iniciar a la seu de l’Institut d’Estudis Catalans amb la presentació de les comunicacions orals i els pòsters i, després d’una pausa-cafè, van continuar amb la presentació de l’exposició «Marie Curie, 1867-1934»,per part de la doctora Pilar González, que va destacar les virtuts científiques i humanes d’aquesta científica, a la qual se li va concedir ara fa cent anys el Premi Nobel de Química.

Després de l’acte inaugural, amb la presència dels representats de cada una de les institucions organitzadores, va tenir lloc la conferència inaugural,a càrrec de la professora Rosária Justi, de la Universitat Federal de Minas Gerais (Belo Horizonte, Brasil), que va versar sobre «Els reptes actuals de l’educació química i les contribucions de la investigació didàctica a l’ensenyament de la química basada en la modelització».

L’endemà,les Jornades van continuar al CosmoCaixa amb la confe-

rència «La química a la indústria i a la societat com a motivació per a l’aprenentatge»,a càrrec del professor alemany Leo Gros, i una sèrie de tallers, entre els quals cal destacar els dels professors convidats:«Com es poden generar eines educatives amb exemples de la vida quotidiana a l’aula de química?», de Gabriel Pinto, de la Real Sociedad Española de Química, i «Experiències simples sobre la química dels metalls», de Maurice Cosandey.A la tarda,hi va haver una segona tanda de tallers; una taula rodona,amb la presentació de diferents experiències didàctiques per part de professors convidats espanyols i estrangers (Susana García, Cristina Martínez, Liberato Cardellini, Giorgio Häusermann i Pere Alemany), i l’espectacle «Màgia i química», a càrrec dels professors Miquel Duran, Josep Duran i Josep Anton Vieta,de la Universitat de Girona, que van donar un toc lúdic al final de la jornada. Finalment, el dia 26 van tenir lloc la tercera tanda de tallers i la conferència de cloenda, «Experiències curioses per ensenyar química a l’aula», a càrrec dels professors Manuel Fernández i Carlos Durán, del Centro de Ciencia Principia de Màlaga, que van entusiasmar el públic amb un seguit de reaccions químiques espectaculars, tal com va quedar palès en els llargs aplaudiments finals que van rebre.

La conferència inaugural i les comunicacions orals i en format pòster es publicaran en versió digital i es podran descarregar de la pàgina web de la Societat Catalana de Química.

A les paraules de cloenda,la Comissió Organitzadora va agrair la participació dels assistents, dels ponents i dels talleristes, a mésde la col·laboració de totes les institucions,i es va acomiadar fins al 2013, any en el qual tindran lloc les V Jornades sobre l’Ensenyament de la Física i la Química.

Comissió Organitzadora

Educació

XXIII Debat de Química a l’IEC

El dia11 de maig va tenir lloc el XXIII Debat de Química a l’IEC,organitzat per la Societat Catalana de Química,en el qual el doctor Àngel Messeguer,de l’ICAQ-CSIC,va oferir la conferència«Hi haurà química entre nosaltres»i es va fer una breu presentació de les activitats del Global Experiment de l’AnyInternacional de la Química,a càrrec de Cristina Palet, de laUAB, i Fina Guitart, del CESIRE-CDEC. Al llarg de l’acte,es va parlar sobre la manera d’acostar l’alumnat a la química. Les xerrades van mostrar algunes de les aportacions de la química a la nostra societat i arreu del món, amb l’objectiu d’aconseguir que els joves s’engresquin a participar d’aquesta disciplina.

En el decurs de l’acte,es van lliurar els Premis als Treballs de Recerca de Batxillerat dins de l’àmbit de la química,que enguany celebraven lacinquena edició. Els alumnes guanyadors van exposar la seva recerca. Amb l’objectiu de fomentar l’interès dels joves per la química, promoure i premiar l’excel·lència educativai generar entusiasme pel futur creatiu

Notícies

de la química, en aquesta cinquena edició es va iniciar la concessió d’estades científiques als autors dels millors treballs per conèixer i compartir la tasca de grups de recerca. El doctor Romà Tauler, en nom de la Societat Catalana de Química, va expressar el seu agraïment a les entitats que havien col·laborat amb l’oferiment d’estades científiques. Les entitats col·laboradores són l’Institut de Química Avançada de Catalunya del Consell Superior d’Investigacions Científiques (IQACCSIC); la Facultat de Farmàcia i la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona (UB);el Departa-

49èmeCongrès Pluraliste des Sciences

Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix

Namur (Bèlgica)

Del 23 al 25 d’agost de 2011 http://www.congres-des-sciences.be/index.html

9a Conferència ESERA (European Science Education Research Association)

Lió(França)

Del 5 al 9 de setembre de 2011 http://www.esera2011.fr/

XXXIII Reunión Bienal de la Real

Sociedad Española de Física 21º Encuentro Ibérico para la Enseñanza de la Física

Santander (Espanya)

Del 19 al 23 de setembre de 2011 http://rsef2011.unican.es

ment de Química de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB); l’Institut de Tècniques Energètiques de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC); l’Institut Químic de Sarrià de la Universitat Ramon Llull (IQS-URL); el Departament de Química de la Universitat de Girona (UdG); el Departament de Química de la Universitat de Lleida (UdL);la Facultat de Química de la Universitat Rovira i Virgili (URV);l’Institut Català d’Investigacions Químiques (ICIQ),i l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona del Consell Superior d’Investigacions Científiques (ICMAB-CSIC).

XIV Encontro Nacional de Educação em Ciências

Universidade do Minho Braga(Portugal)

Del 29 de setembre a l’1 d’octubre de 2011 http://sites.ie.uminho.pt/xivenec/

VIII Jornada de Física i Química a l’IEC Institut d’Estudis Catalans Barcelona (Catalunya) 19 d’octubre de 2011

V Jornades sobre l'ensenyament de la Química

Barcelona, 10, 11 i 12 de novembre de 2011 http://www.quimics.cat/cat/ensenyament_presen.html

VII Jornadas de la Enseñanza de la Física y la Química CosmoCaixa

Alcobendas (Espanya) 18 i 19 de novembre de 2011

NORMES DE PUBLICACIÓ

Preparació dels manuscrits

Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana.

Els treballs han de ser escrits amb un espaiat d’1,5 i han de tenir el nombre de caràcters amb espais especificat en cadascuna de les seccions de la revista. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12.

La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès.

Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s'han d'enviar en arxius separats en format tif o jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw.

L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el Sistema Internacional d’Unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat.

Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents:

Per a llibres:

VILCHES, A.; GIL, D.(2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994).

Per a articles:

SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N.(2000). «Ensenyar a argumentar científicament: un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las Ciencias, 18:3, 405-422.

Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000).

Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista. Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format tif o jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles

Els articles han de ser enviats per correu electrònic a un dels editors de la revista:

Aureli Caamaño (acaamano@xtec.cat).

Fina Guitart (jguitar3@xtec.cat).

Mercè Izquierdo (merce.izquierdo@uab.es).

Montserrat Tortosa (mtortosa@xtec.cat).

Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat.

Revisió dels articles

Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

SECCIONS

ACTUALITAT QUÍMICA

Aspectes importants que facilitin als docents de la química el fet d’estar al dia i conèixer les implicacions de la química en els temes actuals. Fonts acreditades d’informació per ajudar a construir criteris i opinions fonamentades en la ciència. (Límit: 20.000)

PROJECTES CURRICULARS

Articles que acostin els docents de la química als projectes curriculars del nostre o d’altres països. El contrast entre els currículums de química en les diferents etapes i països enriqueix els docents i els proporciona una visió d’altres sistemes educatius. (Límit: 25.000)

INNOVACIÓ A L’AULA

Articles que descriguin l'experimentació de noves activitats per a la l’aula. La innovació és una font de millora en la manera d’ensenyar dels docents. La secció pretén ser un espai adequat per compartir experiències d’aula. (Límit 20.000)

CONCEPTES I MODELS QUÍMICS

Articles per posar al dia el professorat en l’actualització de continguts. També inclou aquells articles que tractin la construcció de models a l’aula centrats en l’evolució de les idees dels alumnes i que mostrin exemples d’activitats de modelització. (Límit: 20.000)

ESTRATÈGIES I RECURSOS DIDÀCTICS

Articles diversos amb la finalitat de mostrar o presentar materials didàctics. Pretén ser un recull de recursos i d’estratègies per tal que el professorat pugui adaptar-les a la seva tasca docent. (Límit: 25.000)

TREBALL PRÀCTIC AL LABORATORI

El treball pràctic al laboratori ha estat sempre un aspecte clau en l’ensenyament i l’aprenentatge de la química. Aquesta secció pretén donar cabuda a articles referits a treballs pràctics innovadors, atractius i amb caràcter investigador. (Límit: 20.000)

NOVES TECNOLOGIES

Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament-aprenentatge de la química amb l’objectiu de millorar aprenentatges i competències dels alumnes. L’ús eficaç de les TIC és un aspecte clau i d’actualitat en la docència. (Límit: 20.000)

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA

Divulgació d’articles dins l’àmbit de la història i la naturalesa de la química per acostar als docents aquesta temàtica sovint poc coneguda pel professorat. (Límit: 25.000)

QUÍMICA I SOCIETAT

Articles amb relacions ciència-tecnologia-societat, presència de la química en la vida quotidiana i aspectes d’alfabetització científica per a la formació dels alumnes com a ciutadans. Contextos en què la química pot ser rellevant i l’ensenyament de la química en context. (Límit: 25.000)

QUÍMICA I EDUCACIÓ AMBIENTAL

Articles que facin palesa l’estreta relació entre la química i els aspectes del medi ambient, així com temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química. Pretén destacar la utilització de la química d’una manera respectuosa amb el medi i l’educació per a la sostenibilitat. (Límit:25.000)

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA

Articles de didàctica de la química de caràcter divulgatiu. La secció pretén aportar, d’una manera planera i entenedora, propostes i estratègies didàctiques basades en el resultat de la investigació. (Límit: 25.000)

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT

Secció amb aportacions de diferents models de formació del professorat, en el nostre o en altres països. Aspectes de la formació adreçats a millorar la tasca del professorat de química i a contribuir al seu desenvolupament professional. (Límit: 25.000)

TREBALLS DE RECERCA DELS ALUMNES

En aquesta secció, els alumnes seran els autèntics protagonistes. Es publicaran articles descriptius dels treballs de recerca dels alumnes dins l’àmbit de la química. (Límit: 20.000)

QUÍMICA I ALTRES CIÈNCIES

Articles amb una visió global de les ciències experimentals i de caire interdisciplinari. També articles d’altres ciències però que incloguin aspectes de la química. (Límit: 20.000)

LLENGUATGE I TERMINOLOGIA

Reflexions i consideracions didàctiques entorn de les normatives i de l’ús de la terminologia química. Propostes per treballar activitats de comunicació amb un especial èmfasi en el llenguatge i en la terminologia. (Límit: 20.000)