Propuesta didáctica para la profesionalización de las actividades experimentales de la asignatura química orgánica a la carrera ingeniería química

Didactic proposal for the professionalization of the organic chemistry subject experimental activities to the chemical engineering career

Inés María San Anastacio Rebollar[1]

Ángela de la Caridad Valdespino García[2]

Luis Mariano Azcuy Lorenz[3]

Resumen

La formación del ingeniero químico requiere estar en consonancia con los avances científicos-tecnológicos. En este proceso, es necesario reforzar, desde las asignaturas básicas, como la Química Orgánica, las aplicaciones de las propiedades de las sustancias, mediante las actividades experimentales. Las principales operaciones del laboratorio de la asignatura y las operaciones y procesos unitarios industriales poseen las mismas bases teóricas, esto permite la vinculación de los contenidos teóricos de la asignatura con el actuar del ingeniero químico. El trabajo presenta una propuesta didáctica para la profesionalización de las actividades experimentales de la asignatura Química Orgánica a la carrera Ingeniería Química.

Palabras clave: actividad experimental; profesionalización; química orgânica; ingeniería química

Abstract

The training of the chemical engineer requires being in line with scientific-technological advances. In this process, it is necessary to reinforce, from basic subjects, such as Organic Chemistry, the applications of the properties of substances, through experimental activities. The main laboratory operations of the subject and the industrial unit operations and processes have the same theoretical bases. This allows the connection of the theoretical contents of the subject with the actions of the chemical engineer. The work presents a didactic proposal for the professionalization of the Organic Chemistry subject experimental activities to the Chemical Engineering career.

Keywords: experimental activity; professionalization; organic chemistry; chemical engineering

Introducción

En la actualidad, debido a la necesidad de formar profesionales capaces de imbricarse en la sociedad y transformarla, la educación superior trabaja constantemente en el perfeccionamiento de los modelos de formación de profesionales con el fin de brindar las herramientas necesarias para que el egresado universitario se desarrolle en su medio laboral. En este contexto, la universidad cubana actual tiene el reto de formar jóvenes profesionales capaces de insertarse en el mundo y lograr transformaciones económicas, sociales y educacionales que permitan el crecimiento del país en cada esfera de la vida.

Particularmente, según Viera et al. (2017) y Borrero et al. (2020), la enseñanza de la química en cursos universitarios se halla en un proceso de desarrollo y cambio. Esto se debe a las evidencias aportadas por la investigación educativa sobre las dificultades de los estudiantes en su aprendizaje (Pozo Rodríguez, 2005; Del Río et al., 2008) y a las demandas de una preparación adecuada a las nuevas necesidades de los puestos de trabajo (Rembado et al., 2007; Roncaglia et al., 2008; Galdeano y Valiente, 2010a; 2010b; Gamboa y Borrero, 2016), en un contexto caracterizado por una disminución de las tareas rutinarias, un aumento de las destrezas de alto nivel intelectual y el trabajo en equipos transdisciplinarios. Para ello no solo es importante la comprensión profunda del contenido conceptual de las distintas disciplinas, sino también la adquisición de destrezas complejas necesarias para desenvolverse competentemente.

En análisis realizado a guías de laboratorio utilizadas en cursos universitarios de Química, González et al. (2020) afirman que paradójicamente, uno de los objetivos genuinos de las prácticas de laboratorio, aprender “qué habría que hacer para…”, no suele recibir la atención necesaria para que los estudiantes puedan alcanzar la autonomía, es decir, para que puedan planificar investigaciones en situaciones novedosas. Esto conlleva a que los alumnos reconozcan que gran parte del trabajo práctico realizado durante su carrera universitaria habría sido perfectamente prescindible y que en la mayoría de las prácticas buscaban los informes de compañeros de cursos anteriores para reproducirlos. 

Lo antes expuesto permite afirmar que, pese a su importancia, las prácticas de laboratorio continúan siendo un problema por resolver desde el punto de vista didáctico. Un problema cuya solución requiere superar concepciones empiristas y ateóricas sobre la ciencia e integrar las prácticas de laboratorio, de forma articulada y justificada, dentro de toda la actividad de enseñanza de las ciencias.

Varios autores coinciden en que el trabajo práctico puede jugar un papel esencial en el aprendizaje comprensivo de las ciencias y de la naturaleza del conocimiento científico (Caamaño, 2005; Martínez et al., 2012) y en la promoción de competencias valoradas en egresados de carreras científico-tecnológicas. López y Tamayo (2012) agrupa en cinco categorías generales sus objetivos, estos son, para motivar, enseñar las técnicas de laboratorio, intensificar el aprendizaje de los conocimientos científicos, proporcionar una idea sobre el método científico y desarrollar la habilidad en su utilización y para promover actitudes científicas, tales como la consideración de las ideas y sugerencias de otras personas, la objetividad y la buena disposición para no emitir juicios apresurados. A esta lista de objetivos Martínez et al. (2012) agregan adquirir autonomía para realizar una investigación de tipo práctico (mucho más frecuente en el nivel universitario).

Se conoce que la relación de una Ciencia Básica con el Modelo del profesional resulta una herramienta importante para llevar a la excelencia el proceso de enseñanza- aprendizaje. Para ello, es necesario que la asignatura básica evidencie su contribución al objeto de trabajo del profesional y que no se limite solo a ofrecer al estudiante conocimientos sobre la rama de la ciencia en cuestión.

Las asignaturas que conforman el currículo, desde los primeros años de la carrera, deben contribuir a formar integralmente al profesional, acorde con su modo de actuación. La meta, como plantean Acuña et al. (2011), está en lograr que el estudiante alcance su desarrollo integral mediante la adquisición de los contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales por lo que es indispensable su motivación planificando estrategias de aprendizaje que sean movilizadoras y generadoras de inquietud por el saber y el saber hacer, mediante el ejercicio de la responsabilidad y el compromiso que le permitirán su autonomía.

Es necesario destacar que específicamente en la enseñanza de la ingeniería se debe garantizar la formación de un profesional que pueda aprender por sí mismo, con una visión integral, con capacidad para trabajar en equipo con profesionales de otras áreas del conocimiento, capaz de manejar la diversidad de recursos humanos y materiales, de organizarlos y utilizarlos de manera eficiente. Indudablemente, esto responde al reclamo de la sociedad actual de una educación que potencie un sujeto integral, por tanto, la educación que se brinde debe tener a su vez esa visión de integralidad, lo que debe lograrse a través del proceso de enseñanza aprendizaje y donde juega un papel fundamental la orientación educativa.

Una compresión teórica y metodológica y su aplicación en la enseñanza superior, permiten que el profesional formado, en su accionar como profesional, reconozca que en el transcurso de sus estudios universitarios adquirió las habilidades necesarias para su vida laboral y se sienta satisfecho con la preparación que como estudiante recibió (González et al., 2020).

En la Educación Técnica y Profesional cubana, se conceptualiza la profesionalización “... como principio básico de estructuración del proceso pedagógico, es requisito indispensable y rector del sistema de preparación de un profesional competente y un proceso inherente al tercer nivel educacional; los Centros de Enseñanza Superior (CES)” (Colunga y García, 2004, p.24). Posteriormente, Martín y García (2018) definen la profesionalización como un proceso de formación en el que se dinamiza la apropiación de contenidos, a partir de la lógica de la profesión, mediante ejercicios con enfoque profesional, jugando un rol fundamental la interrelación teoría-práctica-comunicación-motivación del estudiante, para su desempeño profesional.

En este sentido la enseñanza de la ingeniería reclama necesidades y exigencias para lograr que el proceso de formación responda a las exigencias del contexto, aspecto este que demanda una organización del proceso docente educativo centrado en el estudiante, desarrollado de manera interactiva y colaborativa y que le permita adquirir un aprendizaje para toda la vida. (Capote et al., 2018)

En el caso particular del curso de Química Orgánica para Ingeniería Química, en su impartición tradicional, el aula es el espacio para enseñar contenidos conceptuales y el laboratorio, lo es para aquellos procedimentales, existiendo una marcada división entre ambos. Generalmente el objetivo general de la parte experimental suele dirigirse a la comprobación de los contenidos conceptuales recibidos en el aula. Este tipo de propuesta no coincide con las tendencias actuales que ponen su eje en la formación por competencias.

En los cursos tradicionales de Química Orgánica, el objetivo general de la parte experimental suele conducir solo a la reproducción de procedimientos descritos en libros y guías. Sin embargo, las exigencias del mundo actual requieren su utilización para promover competencias científico-tecnológicas tales como organización y toma de decisiones, destrezas manuales, procedimientos y actitudes investigativas, comprensión conceptual, actitudes sociales y gestión de la información. Además, es necesario integrar contenidos conceptuales de toda la asignatura eliminando la tradicional brecha entre teoría y laboratorio, vinculando ambas, teoría y práctica al quehacer futuro del profesional.

En este trabajo se presenta una propuesta didáctica para el desarrollo de la actividad experimental de la asignatura Química Orgánica en la carrera Ingeniería Química que favorece la explicitación de las ideas de los estudiantes y su confrontación con las de otros, en un ambiente hipotético-deductivo, rico en episodios de argumentación y justificación. Con la misma, se pretende crear un ambiente que facilite la profesionalización del trabajo experimental.

Desarrollo

Caracterización de la asignatura Química Orgánica en la carrera Ingeniería Química

La asignatura Química Orgánica, pertenece a la disciplina Fundamentos Químicos y Biológicos. En el Plan de estudios E de la carrera Ingeniería Química en la Universidad de Camagüey Ignacio Agramonte Loynaz se desarrolla en el primer semestre del segundo año. Cuenta con un total de 60 horas clases de las cuales 14 se dirigen a la actividad experimental. En el momento que se imparte la asignatura, de las materias vinculadas directamente a la profesión el estudiante solo ha recibido Introducción a la especialidad, por lo que resulta indispensable diseñar actividades que le muestren la relación de los contenidos que reciben con su futuro desempeño profesional.

Primeramente, se realiza un análisis crítico del sistema de conocimientos y objetivos de la asignatura, la que está estructurada en dos temas, estos son Hidrocarburos y haluros de alquilo y Compuestos oxigenados y nitrogenados. Son comunes para ambos temas los objetivos: predecir propiedades de los compuestos partiendo de la información estructural, diseñar estrategias para síntesis sencillas y manipular variables que modifiquen la reactividad de las sustancias.

Como se aprecia, la asignatura abarca todo lo referente a la estructura y propiedades (físicas y químicas) de las familias de compuestos orgánicos estudiadas, sin embargo, el tratamiento de las aplicaciones y más específicamente la utilidad de esas propiedades están un tanto limitadas. Si consideramos que, de acuerdo al modelo del profesional, el principal objetivo de la actuación de un ingeniero químico es producir productos químicos y bioquímicos con la calidad requerida, al costo más bajo posible, con la máxima seguridad y el mínimo deterioro ecológico, resulta evidente la necesidad de reforzar desde las asignaturas básicas, la utilidad práctica de las propiedades físicas y químicas de las sustancias.

Otro aspecto a considerar es que, de acuerdo al propio Modelo del profesional, la industria química pasará del desarrollo extensivo al intensivo.  Esto significa que la tendencia será el mejoramiento de la eficiencia de las plantas ya existentes, mediante la sustitución de materias primas, la elaboración de nuevos productos, el empleo más eficiente de portadores energéticos, la reutilización de productos residuales, el incremento de la automatización, entre otras. Esto fundamenta y hace inminente la necesidad del cambio de diseño de las asignaturas hacia un enfoque flexible que permita estar en consonancia con los avances científicos-tecnológicos.

Para lograr este objetivo es necesario desde los primeros años el desarrollo de actividades que propicien una visión integral de fenómenos y procesos, tal como se presentan en la realidad. Es preciso el diseño de los contenidos de asignaturas básicas, como la Química Orgánica, de forma tal que contribuyan al incremento de la cultura técnica. Además, debe propiciarse desde los primeros años el empleo de elementos de metodología de la investigación científica y la realización de trabajos que persigan dar solución a problemas provenientes de actividades propias del ejercicio de la profesión y hacia esta dirección está encaminada la propuesta didáctica que se expone.

Las actividades experimentales ayudan al estudiante de ingeniería a manejar los conceptos básicos de experimentación científica, considerar la importancia de la observación directa de los fenómenos físicos o químicos, adquirir destreza en la manipulación y montaje de equipos especializados, revelar, analizar, validar e interpretar los datos obtenidos experimentalmente; igualmente les promueve llegar a conclusiones y elaborar informes sobre las observaciones y experiencias realizadas y fortalecer la capacidad de autoaprendizaje a través del "aprender haciendo" propio de este tipo de actividad (García et al., 2018).

Además de los elementos expuestos anteriormente, en la propuesta didáctica se tienen en cuenta las principales operaciones que se llevan a cabo en el laboratorio de Química Orgánica: destilación, extracción, cristalización, decantación, disolución, entre otras y que constituyen un importante punto de contacto con la Ingeniería Química. Por ello, su tratamiento permite vincular los contenidos teóricos de la asignatura con el actuar del ingeniero químico.

Propuesta didáctica para la profesionalización de las actividades experimentales

El hecho de que, a pesar de su importancia para el ingeniero químico, en el sistema de conocimientos de la asignatura no se aborden las bases teóricas y prácticas de las principales operaciones del laboratorio de Química Orgánica presupone que la primera actividad esté encaminada a este objetivo. En este sentido y teniendo en cuenta sus características como forma organizativa del trabajo docente, se introduce en la asignatura el estudio de estas bases teóricas y prácticas a través de un seminario.

Una vez que los estudiantes cuentan con los conocimientos necesarios acerca del trabajo en el laboratorio, se organizan equipos con cuatro integrantes como máximo. Luego se informa el tema de trabajo, por ejemplo, la obtención de jabón. Para ello deben extraer una grasa y esencia a partir de productos naturales de libre elección por cada equipo. Los alumnos, a partir de la búsqueda de información, deben planificar todos los pasos a seguir hasta la obtención del jabón.

A continuación, se plantean las diferentes actividades que deben cumplimentar los estudiantes durante el desarrollo de la parte experimental:

      Elaboración de un plan de trabajo.

      Presentación oral del plan de trabajo.

      Desarrollo del plan en el laboratorio.

      Presentación oral del informe final.

En la tabla que aparece a continuación se relacionan los principales aspectos relacionados a cada una de las actividades antes mencionadas:

Tabla 1

Actividades a desarrollar por los estudiantes

Para definir las actividades se utiliza como referencia una propuesta realiza por Viera et al. (2017) para la promoción de competencias científico-tecnológicas en el laboratorio. Se considera que el desarrollo de las mismas permite alcanzar el objetivo que se traza este trabajo. En su investigación, estos autores desglosan las competencias a promover en cada actividad, pero con un tratamiento muy general, necesario a la formación general de todo profesional.

Sin embargo, en el presente trabajo, se contextualiza la asignatura Química orgánica al accionar del profesional de la Ingeniería Química. Para ello, la realización de cada una de las actividades incluye el cumplimiento de tareas que se relacionan con otras disciplinas del ejercicio de la profesión como: Operaciones y procesos unitarios, Principios de Ingeniería química e Ingeniería de procesos.  

Para la elaboración del plan se brinda atención extraclase por parte del docente para la orientación y seguimiento del trabajo. La presentación final se realiza en la última semana del semestre. La parte experimental tiene una valoración del 50 % en la nota final del curso de Química Orgánica.

Durante el período de trabajo se observa el desarrollo de una actitud proactiva en los estudiantes. Realizan preguntas, sugieren estrategias para la solución de inconvenientes surgidos en la realización del plan propuesto inicialmente e intercambian ideas entre sí y con el docente. Se aprecia mejoras en la comunicación oral y en la gestión y organización de la información.

Encuesta realizada a los estudiantes muestra que el 99 % reconoce haber dedicado más tiempo a la asignatura que a otras recibidas de forma más teórica. En su totalidad los alumnos reconocen que es la primera vez que se enfrentan a este tipo de trabajo experimental, pues siempre solo han reproducido una técnica de laboratorio y el 90 % afirma que carecía de conocimientos y habilidades previas necesarias para enfrentarlo por lo que representó un reto para ellos.  El 100 % valora que la asignatura le ha servido para aprender a trabajar y muy especialmente a investigar en el laboratorio y está contento con el resultado final. Reconocen además que les permitió apreciar que conocimientos básicos, que consideraban muy teóricos, son extremadamente prácticos y están estrechamente relacionados con la profesión que eligieron. Esto también se refleja en la recomendación que realizan a los futuros alumnos de Química Orgánica de cursar la asignatura con esta modalidad de trabajo experimental.

A manera de resumen, la propuesta didáctica para la profesionalización de las actividades experimentales de la asignatura Química Orgánica en la carrera Ingeniería Química, consta de las etapas siguientes:

1-     Introducción en la asignatura del estudio de bases teóricas y prácticas de las principales operaciones del laboratorio de Química Orgánica.

2-     Orientación de los resultados a obtener (sustancia)

3-     Preparación y selección por parte de los estudiantes de la vía a utilizar, apoyada por la búsqueda de información.

4-     Procedimiento para el desarrollo de la actividad experimental por parte de los estudiantes.

Conclusiones

En el contexto planteado en el presente trabajo son los estudiantes quienes diseñan el protocolo a seguir y replantean la práctica para la solución de inconvenientes presentados en su ejecución. Por esto, a medida que los alumnos avanzan en su trayecto formativo, se destacan aspectos tales como manejo más crítico de la información de diversas fuentes, mejor organización y mayor claridad en las presentaciones orales y en los documentos escritos, mejor utilización del tiempo, una actitud más crítica, mejor aplicación de pautas metodológicas científicas, actitud proactiva hacia su propio aprendizaje que va más allá del contenido disciplinar específico a aprender, mejor adaptación para cumplir diferentes roles en diferentes equipos de trabajo cooperativo, responsabilidad para cumplir con pautas establecidas, mayor creatividad.

La implementación de la propuesta didáctica incrementó la motivación de los estudiantes hacia la asignatura. Les demostró la vinculación de sus contenidos con tareas propias del Ingeniero químico. En síntesis, los resultados de su implementación son altamente satisfactorios, tanto por la motivación alcanzada por los estudiantes como por la propia valoración del esfuerzo personal realizado, las habilidades y los conocimientos adquiridos.

Referencias

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[1]Licenciada Química. Doctor en Ciencias Técnicas. Departamento Química. Universidad de Camagüey Ignacio Agramonte Loynaz. E-mail: ines.sanaanastacio@reduc.edu.cu. ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3038-3260 

[2] Licenciada en Educación, especialidad Química. M.Sc Enseñanza de la Química. Departamento Química. Universidad de Camagüey Ignacio Agramonte Loynaz. E-mail: angela.valdespino@reduc.edu.cu. ORCID: http://orcid.org/0000-0001-7034-9273

[3] Licenciado en Educación, especialidad Química, M.Sc. Didáctica de la Química. Departamento Química. Universidad de Camagüey Ignacio Agramonte Loynaz. E-mail: luis.azcuy@reduc.edu.cu. ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6956-9284.