Presentación de las Conferencias del Año Internacional de la Quimica

El día 28 de febrero asistí al acto de presentación del Ciclo de Conferencias con el que se pretende dar a conocer que el año 2011 es el Año Internacional de la Química.

Están organizadas por la Real Academia de Ciencias de Zaragoza y la Facultad de Ciencias, entre otras muchas organizaciones.

Tras la presentación, la primera de las conferencias ha sido realizada por el Dr. Miguel Ángel Alario.

"Materiales para la energía"

El objetivo de esta serie de conferencias es presentar la ciencia, no solo como ciencia, sino como parte que es de nuestra cultura, es decir, ¿cultura científica? o simplemente, cultura.

Si nos centramos únicamente en los "materiales para la energía" se han nombrado dos tipos:

Los materiales capaces de producir energía eléctrica a partir de la luz, es decir, los semiconductores fotovoltaicos.

La producción de energía eléctrica a partir del sol se logra usando materiales basados en el silicio, dopados con diferentes elementos. Estos materiales, a pesar de ser aislantes en un primer momento, su banda prohibida es lo suficientemente estrecha como para que los fotones de luz incidentes sobre el material puedan hacer saltar a los electrones de valencia a la banda de conducción.

No voy a explicar en detalle como al unir dos tipos de semiconductores, uno  de tipo P y otro de tipo N, se consigue que estos electrones que han saltado a la banda de valencia, se desplacen en una dirección, logrando de esta forma una corriente eléctrica. Simplemente saber que si se sustituye el silicio por boro, con un electrón menos en la capa de valencia, obtendremos un material con un déficit de electrones de conducción (Tipo P). Y si sustituimos átomos de silicio por fósforo, que tiene un electrón más, obtendremos un superavit de electrones (Tipo N). Juntando capas de estos dos materiales, lograremos que los electrones fluyan de donde hay más hacia donde hay menos.

El principal problema para aprovechar de esta forma la gran cantidad de fotones cargados de energía que nos llegan del sol, es la baja eficiencia que tienen estos materiales, es decir, que la mayor parte de los fotones que inciden no excitan a los electrones, sino que simplemente calientan el material. Además, estas celdas necesitan un espesor de silicio bastante importante para que se exciten los suficientes electrones como para que haya una corriente apreciable.

Resultan mucho más interesantes las celdas fotovoltaicas sensitivizadas con colorantes, o celdas Grätzel. Estas celdas usan un proceso completamente diferente. Usan una capa de moléculas capaz de capturar fotones de una longitud de onda (lo mismo que hace la clorofila en las plantas), o de toda una franja, usando una mezcla de diversas sustancias. Los electrones excitados pasan a una capa de semiconductor, en este caso, dióxido de titanio. Lo bueno es que se pueden apilar capas y capas mientras los fotones sean capaces de llegar a esa profundidas (el TiO₂ es bastante transparente a este grosor). La eficiencia de este tipo de celdas, aún en estado experimental, está en torno al 11%, frente al 10-15% de las celdas de silicio de última generación. Su principal ventaja es su bajo peso, y menor coste, por lo que serían útiles en entornos de producción reducidos, donde el coste y la ligereza sea importante.



Los materiales capaces de transmitir la energía eléctrica sin pérdidas, es decir, los superconductores.
Aqui podría enrollarme a contar cosas y cosas, por lo que será mejor dejarlo para otra entrada.

Finalmente, se habló del Sahara Solar Breeder Project, un proyecto que pretende aprovechar la gran cantidad de capacidad de producción de energía eléctrica solar que tiene el desierto del Sahara, para producir energía, la cual se reutilizaría para la producción de nuevos paneles solares a partir de la arena del desierto, y así construir más plantas de producción. La energía se transportaría mediante cables superconductores.refrigerados con nitrógeno líquido fabricado también gracias a la misma energía. Su objetivo es alcanzar a suministrar el 50% de la energía mundial en el año 2050.

Pulsa en la imagen para verla ampliada

Ligado a este mismo proyecto, se realizaría un programa de reforestación, para lo cual se construirían plantas desalinizadoras en la costa, y estaciones de bombeo que llevarían el agua hacia el interior del desierto.

Se me ocurren dos tipos de reflexiones sobre esta conferencia:

• ¿cual es la capacidad real de este tipo de producción de energía para imponerse a gran escala?

Cada vez vemos más edificios con paneles solares, granjas solares que revenden la energía producida, pero todo ello es a pequeña escala, mientras que el grueso de la producción de energía sigue en manos de la térmica, nuclear y cada vez más la eolica. Sin embargo, si nos limitamos a energías con capacidad de regular su capacidad de producción, nos quedamos únicamente con las no renovables, y en especial las térmicas de carbón y petróleo. El principal problema que sigue teniendo la producción de energía es la imposibilidad del almacenaje a gran escala de la corriente alterna.

• ¿Cómo se podría transponer estos conocimientos a nivel de 4 de la ESO?

En ese curso ya conocen las fuentes de energía y los rudimentos de la transformación de la energía, y cual es el camino que recorre desde la central de producción hasta nuestras casas. Conocen la problemática ambiental y las perspectivas de futuro de las nuevas fuentes de energía. Quizás se podría llevar por ese camino. 

Contenidos mínimos - innovación

Este es el índice de los contenidos mínimos de la asignatura “Evaluación e innovación docente”. Enlace al índice general. 

Mapa conceptual de la evaluación.


Proyecto de innovación educativa. (enviado en pdf)

¿qué se entiende por didáctica de las ciencias?

El conocimiento de la ciencia, en especial de las ramas de física y química, esta fuertemente relacionado con la interpretación que hacemos del mundo que nos rodea. La ciencia utiliza modelos cognitivos y simbólicos para interpretar la realidad:

• Cognitivos: La obtención de conocimientos útiles empieza por los sentidos, que captan los fenómenos y los interpretan. Seguidamente podemos realizar clasificaciones, agruparlos en categorías y establecer modelos que expliquen globalmente cada tipo de fenómenos.
• Simbólicos: A continuación, para poder expresar los conocimientos, hay que crear modelos simbólicos que puedan transmitirse de forma unequívoca entre las personas, al igual que hacemos con el lenguaje. Lso modelos simbólicos de la ciencia están basados en el leguaje matemático, pero posteriormente, cada rama o categoría de conocimientos ha creado sus sistemas propios.

Todo este conjunto de conocimientos, basado en modelos, es por lo tanto una doble abstracción de la realidad, pero que tiene las siguientes características:

• Es Universal: Aunque el origen primero del método científico se sitúa en el Renacimiento Europeo, hoy en día es universal. Buena parte de los conocimientos y avances actuales se realizan en países asiáticos como Japón, China o India. Y si nos fijamos históricamente en la nacionalidad de origen de muchos científicos estadounidenses, veremos también la universalidad de la ciencia. (Esto entra en total contradicción con el Anarquismo Epistemológico de Feyerabend).
• Es Objetiva. A pesar de tener que pasar dos filtros, el cognoscitivo y el simbólico, la ciencia tiene mecanismos para mantener la neutralidad y permanecer objetiva, ya que las abstracciones obtenidas deben seguir fieles al mundo real.
• Es Compleja. ¿pero qué no lo es, cuando se quiere ser preciso y seguro? Sin embargo, la complejidad depende del modelo simbólico y del nivel de abstracción que se utilice. Por ejemplo, el nivel de complejidad del análisis de estructuras es diferente si se utiliza un modelo de sólidos rígidos o se tiene en cuenta la elasticidad y plasticidad de los materiales. Y nuevamente, la complejidad del modelo aumenta si se tiene en cuenta el efecto de soldaduras, remaches o bulones. Cada modelo se aproxima progresivamente más a la realidad, pero cada uno tiene su nivel de utilidad.
• Es Racional. Esto significa que:
• No tiene contradicciones internas. O por lo menos, su objetivo es que no las tenga, y que, cuando aparezcan, se diluciden lo antes posible, normalmente creando un modelo superior que englobe los anteriores eliminando las incongruencias.
• Es comprensible y cognoscible. Por muy abstrusa y extraña que parezca la ciencia, siempre existe al menos una ruta para llegar a los conocimientos desde una base anterior, como cuando se escala una montaña.
• No es completa. Y posiblemente nunca lo será. Basada en el lenguaje matemático, Gödel demostró que cualquier sistema axiomático contendrá proposiciones que son indecidibles (que no se puede saber si son verdad o mentira) usando los axiomas del sistema únicamente. Esto no significa esto que la ciencia no sea válida, sino que simplemente, tiene su ámbito de aplicación, y tiene unos límites, que aunque se amplíen, siempre seguirán existiendo.

Según Ronald Giere, la ciencia puede entenderse como un mapa, que se va construyendo e interpretando a la vez que se avanzan los conocimientos que se tienen sobre el mundo. Como todos los mapas, su contenido está regido por un convenio, únicamente contiene los datos interesantes para el lector y nunca son completamente fiables o completos.

¿Qué es la física? ¿Y la química?

La física es la ciencia cuyo objeto de estudio es el mundo en general y sus propiedades. Mediante la experimentación, se dedica a descubrir bajo qué leyes funciona y comprobar que sirven para realizar predicciones futuras. Es la ciencia más antigua y fundamental. Se puede suponer que engloba otras ciencias como la química, la biología o la astronomía.

La química se centra en el estudio de la materia, y en particular sus propiedades, su estructura y composición  y sus cambios.

“El filósofo [científico] debe estar dispuesto a escuchar todas las sugerencias, pero también tener determinación para juzgar por sí mismo. No debe dejarse influir por las apariencias.”

Michael Faraday (1791-1867)

Cada ciencia tiene su lenguaje propio, pero todas comparten una base de conocimientos comunes, una serie de procedimientos y un método para obtener resultados.

¿qué es la didáctica de las ciencias? ¿cómo se relaciona con otros conocimientos («saber sabio»)?

La didáctica de las ciencias es el ámbito de conocimiento que aborda los problemas del aprendizaje de las ciencias y cómo solucionarlos. Según la investigadora en la educación científica Rosalind Driver, la base de la que se debe partir para la enseñanza de las ciencias debe abarcar los siguientes principios:

• Existen dificultades conceptuales en el estudio de las ciencias.
• El conocimiento es de naturaleza simbolica y social.
• El objeto de la ciencia no es la naturaleza, sino los modelos y constructos empleados por la ciencia.
• La didáctica de la ciencia debe tener en cuenta estos modelos y no basarse en la realidad.
• El dominio de modelos permite pasar a modelos mas avanzados

Enseñar ciencias es algo más que reproducir conceptos y teorías

El profesor de ciencias debe mostrar una actitud positiva hacia la ciencia y demostrar tener conocimientos sobre la materia y recursos para su enseñanza. Pero no es suficiente. Así pues, el objetivo de la didáctica de las ciencias es el estudio del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Este objetivo básico y último tiene como finalidades:

• Que los alumnos puedan comprender el mundo que les rodea.
• Saber interpretar las situaciones que se les puedan plantear, relacionadas con CTS.
• Obtener una visión global sobre las ciencias: como funcionan, pará que sirven, cómo influyen en la tecnología, la sociedad y la cultura.
• Conocer el método científico.
• Interiorizar una actitud crítica, racional y coherente en todos los momentos de su vida. Muchas veces los alumnos adquieren conocimientos sin que lleguen a sustituir sus ideas previas, llegando a una esquizofrénica situación en la que mantienen dos sistemas de conocimiento del mundo completamente contradictorios.

La base del proceso de enseñanza-aprendizaje es el trío profesor-alumnos-materia:

Los conocimientos científicos no se pueden enseñar tal cual, debido a su dificultad intrínseca. Es necesario realizar una transposición didáctica: una transformación del conocimiento científico en conocimiento susceptible de ser enseñado. La complejidad de esta tarea me lleva a desarrollarla en una entrada diferente.

Innovación en la didáctica de la ciencia.
Desarrollado en una nueva entrada (sin redactar aún) 

Pulsar en la imagen para ampliar.

¿debería ser obligatorio enseñar ciencias a todo el mundo en la Escuela Secundaria?

No puedo ser imparcial, pero absolutamente sí, se deben enseñar a todo el mundo:

La ciencia, nos guste o no, forma parte de nuestra cultura y nuestro mundo, tanto como nuestro lenguaje, nuestra historia, nuestro arte o nuestra literatura. Todos tenemos el derecho y la obligación de conocerlos. Es importante conocerlas porque:

• Son herramientas imprescindibles para un mundo más justo y solidario. Como cualquier herramienta, también podrían emplearse para lo contrario, pero eso depende de nosotros, no de la ciencia.
• Transmiten honestidad y valores humanistas.
• Confieren autonomía personal.

Referencias:
Wikipedia
Curso Introducción a la didáctica de las ciencias (¡¡Muy interesante!!)
Naturaleza de la Ciencia, Didáctica de las Ciencias

Mapa conceptual de la Evaluación

Pulsa sobre la imagen para aumentarlo de tamaño, se abre en otra página:

¿a qué conclusión se puede llegar observando este (complejo completo) mapa?

La evaluación es una parte integrante esencial de la enseñanza. No puede haber enseñanza sin que haya evaluación. No hay que confundir evaluación con calificación, ni con la evaluación exclusivamente del alumno por parte del profesor.

En realidad este mapa conceptual no es tan complejo. Muestra las bases principales en las que se basan las evaluaciones, que son los objetivos, la metodología, los contenidos, la comunicación en el aula y el entorno de aprendizaje. También muestra los criterios de evaluación externos (curriculum, programas de calidad), la atención a la diversidad y la actualidad, como factores que influyen de forma fundamental, y los dos protagonistas del drama: el profesor y los alumnos.
Seguidamente se desglosan cada una de las bases en sus elementos más significativos. Puede que falte alguno, o haya alguno mal colocado, o que también pueda colocarse en otros sitios. Finalmente se clasifican por sectores comunes y se establecen relaciones de dependencia entre algunos factores.

Hay muchas formas de realizar mapas conceptuales, algunos más sencillos y más fáciles de comprender, pero menos completos, ya que únicamente pueden contener las ideas o conceptos básicos. También se pueden realizar mapas más detallados, pero se corre el mismo peligro que con los mapas topográficos; que el exceso de información sature al lector. Espero que mi mapa sea legible y se pueda encontrar en él la información buscada.

tablas periódicas alternativas

Cuando se enseñan los elementos químicos en física y química en 3º de la ESO, y se explica la tabla periódica de Mendeleïev y cómo a partir de su clasificación se llega al modelo actual del Sistema Periódico, se nombra que existieron otras formas de ordenar la tabla. Y es que esta tabla tiene algunos problemas:

• La posición del hidrógeno, que puede colocarse en varias posiciones diferentes, y no coincide en propiedades en ninguna de ellas con exactitud.
• La falta de espacio para los lantánidos y los actínidos, que tienen que ponerse fuera de la tabla, debajo de ella.

Una forma de solucionar ese problema es recurrir a dimensiones extra, colocando cada tipo de orbital en un eje diferente. De esta forma se pueden colocar todos los elementos en la tabla, y en la posición en que deberían estar. El problema de esta disposición es la ilegibilidad.

En esta página hay una explicación para construir tu propia tabla en 3D, mediante el sistema de Alexander 

Esta representación me encanta. Diseñada por Theodor Benfey en 1964, permite colocar todos elementos, ordenados por número atómico, conservando los periodos, incluyendo lantánidos y actínidos, mostrando que los metales de transición también son algo especial, y además seguirá disponiendo de hueco para cuando, si, se descubren elementos superiores al 120, cuando supuestamente aparecería un nuevo tipo de orbital, superior al f. Esta disposición deja espacio para añadir propiedades a la lista de elementos.

Para terminar, presento las fotografías de varias tablas periódicas vistas durante la visita al Museo de la Ciencia de Tarrasa:

mapas conceptuales

Añado aqui unos cuantos mapas conceptuales que he realizado para la asignatura "Contenidos disciplinares de química"

La entalpía (pulsad para ampliar)

La energía interna (pulsad para ampliar)

La entropía (pulsad para ampliar)

Definiciones mejoradas

¿que es un ser vivo?
Pregunta peliaguda, susceptible de muchas definiciones, algunas peores que otras, a veces incompatibles. Su definición y precisión depende del nivel científico que se le quiera dar, de los conocimientos de química, física y biología. Existen muchas definiciones, por ejemplo:

• Un ser vivo es un ser capaz de nacer, crecer, reproducirse y morir.

 Esa es la definición que nos enseñaban en biología en el colegio, y es bastante errónea.

• Un ser vivo es un sistema en equilibrio con su ambiente, capaz de interaccionar con él, intercambiando materia y energía, de una  forma ordenada. (Wikipedia en español)
• Es un objeto que tiene y mantiene procesos químicos (biológicos) diferentes a  los objetos que no están vivos. Los seres vivos mantienen un metabolismo, homeostasis, son capaces de crecer, responder a estímulos, multiplicarse y, por medio de la evolución, adaptarse al medio que les rodea. (Wikipedia en inglés).
• Un ser vivo es un organismo de alta complejidad que nace, crece, alcanza la capacidad para reproducirse y muere. Estos organismos están formados por una gran cantidad de átomos y moléculas que constituyen una estructura material organizada y en constante relación con el ambiente. (Definicion.de)
• Ser vivo es el método que utilizan las moléculas de ADN o ARN para protegerse del medio ambiente, mantenerse en el tiempo y multiplicarse mediante la reproducción. (Explicación de la biología evolutiva)

¿son los virus seres vivos? 

Esta es una de las preguntas que todavía no tienen respuesta, por culpa de la indefinición, o múltiples definiciones de ser vivo que existen. De acuerdo con la biología evolutiva, sí que lo es, ya que son el método que emplean las moléculas de ADN o ARN vírico para protegerse del medio, y, mediante un método indirecto, mantenerse en el tiempo y reproducirse, así como mutar para adaptarse al medio.

En ninguna de las definiciones anteriores pone como requisito esencial que la reproducción deba ser exclusivamente utilizando los medios materiales biológicos disponibles por ese organismo en concreto, por lo tanto, SI, son seres vivos.

¿Qué es la energía?
La energía es en principio un concepto bastante intuitivo. Todos sabemos cuando algo o alguien tiene mucha energía. Se mueve, está activo, realiza muchas tareas. Es por ahi por donde se podría definir.  Pero veamos algunas definiciones:

• Es la capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento (pero no dice de quién) (Wikipedia en español)
• Una habilidad que tienen los sistemas físicos para realizar trabajo sobre otros sistemas. (Wikipedia en inglés)
• La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. (Proyecto Newton del MEC)
• Capacidad para obrar o producir un efecto (Diccionario Larousse) 

Se han añadido algunos conceptos que pueden ayudar, como que la energía es una habilidad, una capacidad, es decir, una propiedad de los cuerpos. También se añade el concepto de trabajo, lamentablemente la definición de trabajo a la que lleva Wikipedia es una referencia circular, definiendo el trabajo como la energía transferida durante un proceso.

La energía es una propiedad de los cuerpos o sistemas materiales. Esta propiedad les da la capacidad o habilidad para realizar transformaciones o cambios, sobre si mismos o sobre otros cuerpos. Durante esta transformación se produce un intercambio de energía, ya entre los cuerpos o con el entorno que les rodea. A esta energía intercambiada, sin la cual no sería posible el cambio, se denomina trabajo.

Sin embargo, esta definición no tiene en cuenta el calor, que también es una transferencia de energía, que se da, no cuando hay una transformación, sino cuando hay una temperatura diferente entre los cuerpos o con el entorno que les rodea. 

Desarrollando la creatividad

Este fin de semana voy a ir a ver la nueva versión de Tron: Tron Legacy. Tron fue una película de los 80, que aunque no tuvo demasiado éxito comercial, se convirtió en un clásico de culto. Con fans, juegos, comics, versiones de todo tipo, en definitiva.

Tengo un recuerdo muy especial de esta película, no solo porque me encantó, sino por algo que sucedió poco antes, en clase. Creo recordar que sería la clase de lenguaje, de 6º o 7º de EGB. Nos mandaron de trabajo para casa hacer una redacción larga, de 10 páginas, sobre el tema que quisiéramos, con libertad absoluta. Sobre algo que nos había pasado, alguna excursión que hubiéramos hecho, lo que se nos ocurriera, en definitiva.

Yo estaba por entonces empezando a interesarme por la ciencia ficción. Imagino que ya me había leído todo lo de Julio Verne y el resto de autores clásicos que tenía por casa, y ya había descubierto a Asimov en la biblioteca del colegio. Así que para el trabajo me inventé una historia fantástica sobre unos tipos que inventan un rayo reductor y que acaban dentro de un ordenador y tienen que encontrar la salida. Nota: Recordemos cómo eran los ordenadores personales en aquellos tiempos. El argumento era un poco tonto, del estilo de "cariño, he encogido a los niños", ojalá pudiese encontrar esa redacción hoy, pero gustó tanto que incluso la leyeron mis compañeros. Luego, cuando al mes mas o menos se estrenó Tron (en la televisión*, no en el cine), decían que me había copiado, una especie de plagio retroactivo contra-temporal, supongo. Me pasa a veces.

Creo que esa fue mi primera historia escrita, aunque no retomé la escritura hasta que un profesor del instituto (de filosofía) nos hizo escribir reflexiones sobre temas que salían en clase. Y después ya por mi cuenta, sobre los temas que me interesaban, ciencia-ficción principalmente, y de fantasía cuando descubrí El Señor de los Anillos ya en la Universidad.

Todo esto viene a que se debería fomentar la creatividad desde el colegio, apoyar la expresión personal. Tengo alumnos de bachillerato a los que una redacción de 200 palabras en inglés se les hace una cuesta arriba insuperable, incluso de un tema elegido por ellos mismos. ¿que harán en selectividad? Centrándome en el estudio de las ciencias, una buena y bonita actividad podría ser:

• Elige un tema que te interese. Una historia que te haya sucedido, algo que te gustaría hacer, un sueño que hayas tenido, una idea curiosa que se te haya ocurrido. Tan solo pido que tenga que ver aunque sea sólo de refilón con la ciencia. Si trata de una excursión, que sea a un museo de la ciencia. O de un viaje a ver como despega un transbordador a Cabo Kennedy. Si es una historia inventada, que haya algún componente científico o tecnológico. Escribe una redacción de 1-2 páginas.
• Una vez revisada la redacción, propongo a cada alumno una forma de ampliarla hasta convertirla en una historia corta. Lo más seguro es que sea algo escrito en forma descriptiva en primera persona. Cambiando de punto de vista, se pueden añadir descripciones, diálogos, y hacerlo más rico en la profundidad de los personajes. También propongo sitios donde puedan consultar si hay algo sobre el tema que desconozcan. Y que la amplíen hasta unas diez páginas. En realidad no es tan difícil, estoy hablando de páginas escritas a mano, seguramente pasadas a ordenador se quedan en 5 o menos.

Después se ponen en común en clase, seguro que hay algunas que llaman más la atención y se puede establecer un diálogo sobre ellas. Incluso, seguro que hay algún alumno "de  letras" que es un verdadero escritor, y se le puede animar a que la presente a algún concurso.

Esto sólo es una idea.

* Y en aquella época sólo existía la 1 y la 2, e internet únicamente era un sueño.