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Propuesta para la enseñanza de bioquímica en grado 11 ÁNGELA MARÍA GARCÍA OSORIO Universidad Nacional de Colombia Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales Manizales, Colombia 2017 Propuesta para la enseñanza de bioquímica en grado 11 Ángela María García Osorio Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales Director: Dr. Sc. Héctor Jairo Osorio Zuluaga Universidad Nacional de Colombia Maestria en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales Manizales, Colombia 2017 A mi Madre Por su dedicación, amor y paciencia. A mi Padre Que vela por mi desde el cielo. A Dios Que hace perfecto mi camino. Agradecimientos Al Profesor Héctor Jairo Osorio Zuluaga docente de la Universidad Nacional de Colombia, por su paciencia, por sus sonrisas, su valioso tiempo, por sus enseñanzas como profesor y más importante como persona. Por los aportes dados durante el desarrollo de este trabajo y por creer en mí. Gracias A mi madre María Aracelly por su amor incondicional y su compañía. Resumen y Abstract V Resumen La bioquímica es una ciencia que estudia la composición química de los seres vivos. El presente trabajo permite observar la importancia de enseñar bioquímica como materia en los colegios siendo esta un área integradora de conceptos biológicos y químicos. Como es sabido se presenta una dificultad a la hora de relacionar estos conceptos en el aprendizaje de la bioquímica, se propone enseñar como una materia electiva dentro de los programas curriculares. Se realizó un proceso el cual se inició con una prueba diagnóstico a estudiantes de los últimos grados sobre algunos conocimientos básicos de esta materia, el resultado de la prueba permitió hacer un análisis cualitativo y descriptivo del tema y del grupo con relación al mismo, con base a ello se planteó un programa curricular para bioquímica en los colegios y se propuso enseñar uno de sus temas “las macromoléculas” para el diseño de una unidad didáctica y su implementación en el aula. Uno de los logros esperados y alcanzados con relación al uso de una unidad didáctica basada en enseñanza para la comprensión, fue que esta estrategia ayudara a la construcción y la apropiación del conocimiento por parte del alumno, ya que cuenta con una serie de actividades, laboratorios y proyectos que serían evaluados durante y después de la implementación de esta estrategia metodológica: La evaluación final y la comparación con la prueba de indagación mostró que el desempeño de los estudiantes había mejorado, después de la aplicación de la estrategia usada, aumentando los porcentajes de respuestas correctas con relación al pretest con un porcentaje superior al 70% sobre los contenidos sobre estructura y función de las macromoléculas, sus reacciones y el metabolismo en los organismos. Palabras Claves: EpC, Macromoléculas, carbohidratos, Lípidos, carbohidratos, unidad didáctica. Resumen y Abstract VI Abstract Proposal for the teaching of biochemistry in grade 11. Biochemistry is a science that studies the chemical composition of living beings. This study allows one to observe the importance of teaching biochemistry as a subject in schools and the importance of integrating the area of biological and chemical concepts in the classroom. As is known, there is difficulty relating these diverse concepts when learning biochemistry. Therefore, the subject should be taught as an elective within curricular programs. To ascertain the readiness of the students, a process was carried out which began with a diagnostic test for students in the eleventh grade to observe their basic knowledge. The result of the test provided data for qualitative and descriptive analysis of the subject matter as well as the group being assessed. Based on these results, a curricular program for biochemistry was implemented. A unit on "the macromolecules" was taught first. One of the expected achievements in relation to the implementation of the unit was that this strategy would help students learn and understand more material from the course. Student performance was evaluated in various ways. Since this unit has a series of activities, laboratories and projects that were to be evaluated during and after the implementation of this strategy, and accurate evaluation of student learning was possible. The final evaluation, and the comparison with the diagnostic test, showed that the students' performance had indeed improved. After the application of the strategy, percentages of higher than 70% were observed. It was observed that students could communicate ideas regards to the contents of structure and function of macromolecules, their reactions and metabolism in organisms, all of which was outlined by the curriculum. Keywords: EpC, macromolecules, carbohydrates, lipids, carbohydrates, didactic unit. Contenido VII Contenido Pág. Resumen ………………………………………………………………………………………… V Lista de figuras ………………………………………………………………………………...VII Lista de tablas …………………………………………..………………………………………IX Introducción ……………………………………………………………………………………...1 1. Planteamiento de la propuesta ………..…………………………..…………………….. 4 1.1 Planteamiento del problema ……...….…...…………………………..…………. 4 1.2 Justificación…………………………………………..……………………….……..6 1.3 Objetivos ……………….............……............……………………………………. 8 1.3.1 Objetivo general ……….…….....……………….……………………….…...8 1.3.2 Objetivos específicos …………………………………..…………………….…8 2. Referente teórico …………………………………………………………………………....9 2.1 Epistemología o referente histórico de la bioquímica ……………………………9 2.2 Ideas previas y obstáculos del tema …………..…………..…………………….13 2.3 Constructivismo de unidades didáctica…………………..……………………...16 2.3.1 Unidades didácticas según el modelo propuesto por Mario Quintanilla…...………………………………………………..….22 2.3.2 Enseñanza para la comprensión…………....…..……………….………….23 3. Metodología ……………………………………………..………………………………….26 3.1 Enfoque del trabajo (cualitativo-descriptivo) …..….……………………….……26 3.2 Contexto del trabajo ………………………….……….……………………..…….26 3.3 Diseño de la unidad didáctica. ……………………….…………..……………….27 3.3.1 Diseño de software…………………………………...………………………28 3.4 Fases del trabajo …………………………….……………………………………..29 4. Análisis de resultados ……………..…………..……………………….….……………36 Contenido VIII Pág. 4.1 Análisis pretest ……………………………………………..………….…………....36 4.1.1Preguntas y análisis ……………………………………………………....…....36 4.2 Comparación pretest y postest …..……………………………….….…….…......... 53 4. . 3 Evaluación de competencias en ciencias naturales …….......….….……...…....58 5. Conclusiones y recomendación………………..……………………………..….....…61 5.1 . Conclusiones …………………………………………………….…..…….........….61 5.2 Recomendaciones …………….…………………..………………….…...…...…..63 A. Anexo pretest …….……………………...…………………………………….…......…...64 B. Anexo plan curricular ………………………………………………….…..……….........69 C. Unidad didáctica ……………..……………………………………….………………...…70 Bibliografía………………..…...…………………………………..…….…….…….……127 Contenido IX Lista de figuras Pág. Figura 2-1. Primera estructura del azúcar establecido por Dalton a partir de las estructuras del alcohol y del dióxido de carbono ...…………………….…........10 Figura 2-2. Elementos de una Unidad Didáctica ………….…..………………………......19 Figura 2-3. El ciclo de aprendizaje de acuerdo con con Jorba & Sanmartí……………..21 Figura 4-1. Reconocimiento e identificación de las macromoléculas. ………...……......37 Figura 4-2. Macromoléculas. compuestos bioenergéticos. ……………………..….….....38 Figura 4-3. Reconocimiento e identificación de las estructuras de los carbohidratos....39 Figura 4-4. Carbohidratos como fuente energética y de reserva en los animales… .....40 Figura 4-5. La glucosa en los procesos metabólicos. …………………………..........…..41Figura 4-6. Estructuras de las proteínas y aminoácidos…………………………..….......43 Figura 4-7. Aminoácidos y procesos……………………...………………….…………......44 Figura 4-8. Aminoácidos participación en procesos y reacciones de ADN…...….…..…45 Figura 4-9. Enlaces de las proteínas. ……..……………...……………….…....….…...….46 Figura 4-10. Enlaces de las proteínas. …………………..………….………………..........47 Figura 4-11. Estructura de los ácidos grasos. ………………...……………….….…........49 Figura 4-12. Grasas insaturadas estructuras y características. ………...……...…...…..50 Figura 4-13. Funciones de las grasas y los lípidos. …………..……………….…..…......51 Figura 4-14. Funciones de las grasas y los lípidos. ………………………………..…..…52 Figura 4-15. Comparación porcentajes pretest y postest. …………..……………...…....57 Contenido X Pág. Figura 4-16. Comparación porcentajes pretest y postest por grupos de preguntas …...58 Figura 4-17. Estructura de la prueba de ciencias naturales …………..……………….....59 Contenido XI Lista de tablas Pág Tabla 2-1. Algunos acontecimientos de las macromoléculas a través de la Historia ……..……………………..……………………….……....….….…12 Tabla 2-1. (Continuación)…….…………………….……………………….……....……...…13 Tabla 2-2. Obstáculos en didáctica de bioquímica y los conceptos de macromoléculas………………………………..……...…………...……….…14 Tabla 3-1. Actividades realizadas en la implementación de la unidad didactica.............32 Tabla 3-1. (Continuación) ……….…...………………..………………………………....…...33 Tabla 3-1. (Continuación).…………...……………………………………………..……....….34 Introducción El presente trabajo de grado consistió en desarrollar una propuesta para la enseñanza de bioquímica como una materia electiva, que incluyo diseñar un plan curricular, además se propone la realización y aplicación de una unidad didáctica de uno de los temas tratados en el programa curricular “las macromoléculas”. Dentro de los programas curriculares a nivel nacional asignaturas como biología y química son obligatorias en la educación media vocacional, sin embargo, se enseñan por separado y en diferentes grados escolares, por tal motivo los estudiantes aprenden conceptos propios de la biología y de la química orgánica que, aunque tiene mucho en común pocas veces se enseña de manera integrada. No ocurre lo mismo con la asignatura de bioquímica al no encontrarse dentro de los programas curriculares en los centros educativos de Colombia, siendo esta; un área integradora de temáticas con conceptos, lenguajes y símbolos propios que se trabajan por separado en diferentes materias como fisiología, química orgánica, biología, además una relación con las matemáticas. Los temas trabajados en diferentes grados (glucosa, carbohidratos, lípidos, transporte de membrana, proteínas, reacciones metabólicas, pH) solo hacen parte de una unidad de biología o de química en los programas curriculares, de igual manera se abordan en los libros de ciencias, en grado 9° como una parte de una unidad, ya sea en el sistema digestivo o en la alimentación, en química orgánica de grado 11° se enseña en la última unidad “las macromoléculas” desde un enfoque solo químico, por tal motivo no se afianzan dichos conceptos de una manera más integral y de una manera más amplia, es decir no se puede hacer una relación más directa entre estas materias y no es tan evidente la interdisciplinariedad y la transversalidad en el aprendizaje de los temas que se tratan en las aulas de clase. Introducción 2 Para ello se propuso desarrollar un programa curricular para la enseñanza de bioquímica en los colegios, que facilitó el aprendizaje de los estudiantes, se tuvo en cuenta los aspectos epistemológicos de la bioquímica y la aplicación de las matemáticas en esta materia, dentro de este programa curricular se usó como recurso la elaboración e implementación de una unidad didáctica para uno de los temas “macromoléculas” esta unidad apoyada en los elementos de la enseñanza para la comprensión, contó con diferentes estrategias didácticas y metodológicas permitieron integrar conceptos de diferentes áreas como biología, química, fisiología, genética, matemáticas, entre otras, haciendo una relación entre ellas para un aprendizaje más amplio de los procesos bioquímicos, de su cuerpo y su entorno, también sirvió como base para una futura formación profesional en los estudiantes que ingresarían a programas universitarios relacionados con las ciencias de la salud, ciencias agropecuarias, ciencias exactas y naturales dando las herramientas necesarias para la comprensión de temáticas más profundas como Biología molecular, Fisiología, genética, bioquímica y matemáticas entre otras. La enseñanza de las ciencias se facilita por medio del uso de modelos constructivistas en donde los estudiantes realizan una serie de actividades que les permita reestructurar los conceptos, modificarlos y construir uno nuevo, su propio conocimiento. uno de los recursos usados en los últimos años y que ha sido eficaz para la construcción y apropiación del conocimiento son las unidades didácticas cuyo objetivo debe ser que lo aprendido sea comprendido y perdure para el estudiante, no solo desde los conceptos y la memoria; sino desde el entendimiento y la aplicación de los mismo, las relaciones que puedan hacer con ellos, como los usan en su entorno, y en la solución de situaciones problemas. Se debe partir de los conceptos o ideas previas que tengan los alumnos, en otras palabras, el aprendizaje se facilita cuando se toman unas bases, ideas y conceptos ya existentes que pueden ser modificados, citando a Ausubel (1988) quien llegó a afirmar: “Averígüese lo que el alumno ya sabe y enséñese consecuentemente”. La metodología de esta propuesta se elaboró en fases, la primera se basó en la identificación de los conocimientos previos que tenían los estudiantes por medio de la aplicación de un pretest, los resultados permitieron identificar que tanto sabían sobre las macromoléculas, Identificar conceptos integradores, usados en biología y química, posteriormente realizar un plan curricular. En la fase dos se eligió uno de los temas para Introducción 3 hacer una herramienta metodológica, se desarrolló la unidad didáctica tomando como base las ideas previas de los estudiantes así como también diferentes aspectos epistemológicos de la bioquímica, las macromoléculas, y las unidades didácticas, la UD conformada por tres guías, con actividades, laboratorios y proyectos, además de los conceptos que los estudiantes debían conocer sobre las macromoléculas, en la etapa tres se realizó la aplicación de la unidad didáctica por un periodo de 5 ciclos (3 clases por ciclo) y una última etapa evaluativa en la cual se aplicó un postest, se hizo una recopilación de los resultados que después fueron clasificados y categorizados, se analizaron y posteriormente se hizo una comparación descriptiva que permitió a su vez dar resultados y conclusiones sobre los conocimientos adquiridos por los estudiantes El enfoque del presente trabajo es un estudio de carácter descriptivo, de análisis cualitativo en el que se recopilo la información que se obtuvo a partir de los resultados de evaluaciones (pretest y postest) además de una serie de actividades en las cuales se relacionó conceptos bioquímicos con otras áreas. Su aplicación permitió analizar diferentes aspectos y facilito dar una descripción de los procesos, las situaciones y las habilidades del grupo de personas (población estudiada) que participaron en el análisis, también se pudo ver el proceso de evolución del aprendizaje de los alumnos, dejando como resultado una serie de observaciones. Basándonos en los resultados se pudo concluir que se cumplieron los objetivos y se lograron los aprendizajes esperados en la mayoría delos alumnos, demostrando que la implementación de la unidad didáctica y la evaluación continua son factores influyentes en el aprendizaje de los estudiantes y, por ende, se mejore el desempeño académico. Esto se evidenció no solo con la evaluación final, también con todo el proceso evaluativo que incluyo evaluaciones por rubricas, evaluaciones formativa y evaluación sumativa, además de coevaluaciones y autoevaluaciones de los temas y las actividades, que retroalimentaciones oportunas con las cuales se identificaban, los errores y/o vacíos que quedaban en la clase o en las actividades, abordándolos hasta construir ese conocimiento. La evaluación final y la comparación con la prueba de indagación mostró que el desempeño de los estudiantes había mejorado, aumentando los porcentajes de respuestas correctas con relación al pretest con un porcentaje superior al 70% sobre los contenidos sobre estructura y función de las macromoléculas, sus reacciones y el metabolismo en los organismos. 1. Planteamiento de la propuesta 1.1 Planteamiento del problema. La enseñanza de la bioquímica no está estipulada como una materia en la educación media vocacional. Los conceptos biológicos y químicos se enseñan por separados, perdiéndose algunas de estas ideas con el tiempo, al no ser bioquímica una asignatura de carácter obligatorio, no se da continuidad a la temática, así como tampoco se integra dichos conceptos, de modo que se generan vacíos conceptuales en los estudiantes, adicionando a esto la poca capacidad que tienen de relacionar contenidos científicos y académicos con su vida cotidiana y con los procesos que ocurren en su cuerpo y el universo hace que se desvanezcan los conceptos tratados en las aulas, adicional a lo mencionado anteriormente se ve reflejado también en los bajos promedios en estas áreas específicas en pruebas de estado, en los exámenes de admisión a universidades públicas en carreras de ciencias, al igual que en los bajos niveles de los estudiantes primeros semestres de universidad para quienes logran ingresar a estas carreras relacionadas con las ciencias, se propone enseñar bioquímica como un área integradora de conceptos que a su vez pueden ser relacionados con otras áreas como las matemáticas haciendo así del proceso de enseñanza aprendizaje un proceso interdisciplinar. El estudio de la bioquímica y específicamente de las macromoléculas reúne los conceptos diversos como metabolismos, energía, células, los ácidos nucleicos carbohidratos, las proteínas y lípidos entre otros conceptos de los cuales los tres últimos se presentan como ejes temáticos a trabajar en la unidad didáctica desde los referentes conceptuales biológicos y químicos, haciendo uso de la unidad didáctica como un recurso que permite a los estudiantes la apropiación de conceptos y al docente organizar los conocimientos, las actividades, en un tiempo determinado en el cual se facilite el aprendizaje de los estudiantes y una mayor conciencia al docente de lo que enseña y cómo se enseña para Planteamiento del Problema 5 un mejor aprendizaje. “Si queremos cambiar la forma de aprender de nuestro alumnado, debemos modificar también la forma en la que les enseñamos”. (J. I. Pozo Municio, 2006) Este trabajo cuenta con diferentes actividades, laboratorios, reales y virtuales, como también proyectos de aula, que generen en el estudiante una capacidad de análisis y pensamiento científico en el cual relacionen contenidos de manera interdisciplinar que les permita tener un aprendizaje bajo los parámetros de la enseñanza para la comprensión de la bioquímica y en especial del tema que trabajaremos en ella “las macromoléculas” el no usar estrategias memorísticas y modelos obsoletos, da la posibilidad al estudiante de llevar sus conocimientos a la realidad, acercándolos cada vez más a obtener un pensamiento más crítico, a una mejor capacidad de análisis, observación, además le ayudara a hacer una relación interdisciplinar de estos contenidos, estas metodologías constructivistas amplían el panorama científico a los alumnos y el de enseñanza a los docentes Todo lo mencionado anteriormente permite plantear el problema a tratar para el presente trabajo: ¿Se pueden profundizar en los conceptos biológicos y químicos en los estudiantes de grado 12 por medio de la unidad didáctica de macromoléculas para la enseñanza de bioquímica? Planteamiento del Problema 6 1.2 Justificación Es común que los estudiantes al presentar el examen de estado (Pruebas saber) y los exámenes de ingreso a la universidad obtengan bajos promedios en las áreas de matemáticas y ciencias, problema cuyas causas pueden ser múltiples, algunas pueden ser la mala comprensión lectora de los estudiantes, no conocer el lenguaje propio del área, n el no tener conceptos claros que les permita hacer relaciones y solucionar problemas, la mala aplicación de las matemáticas, la mala preparación en sus colegios y bajos niveles conceptuales hacen que sus resultados no sean los mejores impidiendo el ingreso a las universidades públicas por los promedios del ICFES o de las pruebas de admisión. Según el informe de la OCDE en el año 2016 hay un bajo rendimiento en las escuelas poniendo a Colombia en un lugar no muy destacado y se posiciona entre los países latinoamericanos con más bajo nivel académico, tomando como base de 64 países analizados con los cuales se hizo el estudio. Colombia se encuentra entre los países latinoamericanos con más bajos promedio indicando bajos niveles académicos en áreas como lectura, matemáticas y ciencias, otros países son Perú, Brasil y Argentina. De igual manera para los estudiantes en sus primeros semestres de universidad en carreras de ciencias de la salud materias como bioquímica son de dificultad por su grado de complejidad, y esto demuestra que temas como metabolismos de las macromoléculas, glucolisis, ciclo de Krebs, bioenergética, rutas metabólicas generan mucha angustia en los estudiantes llevándolos a tener bajas notas o perder la materia, esto se debe en parte a la mala preparación que tiene algunos estudiantes, o las insuficientes bases con las que llegan del colegio a la universidad. El presente trabajo tiene como objetivo principal Integrar el conocimiento de los procesos biológicos y químicos de manera significativa por medio de enseñanza de la bioquímica, que genere un aprendizaje en profundidad, es decir que usen el conocimiento para la solución de problemas y relaciones del estudiante con el mismo y con su entorno, además de servir como una base más sólida en sus primeros semestres de universidad. La importancia de este trabajo debe generar un impacto en la institución en la cual laboro y en los estudiantes a quienes enseño bioquímica como una materia electiva en grado 12, mejorando sus promedios en las pruebas de estado en ciencias, aumentando el número Planteamiento del Problema 7 de estudiantes que ingresen a medicina en universidades públicas por medio de exámenes de admisión y mejorando el rendimiento académico de ellos en los primeros semestres en el área de bioquímica en la universidad. El estudio de la bioquímica es de gran importancia para los estudiantes que aspiran ingresar a programas universitarios relacionados en el campo de la ciencias y la salud, ciencias agropecuarias, ingenierías biomédicas entre otras y termina siendo en la mayoría de los casos una materia de gran dificultad en su vida universitaria al no contar con unas bases sólidas de biología y/o química y por ende bioquímica, ya que el estudiante no dimensiona la relación tan estrecha que hay no solo entre los conceptos, sino entre estas áreas, ya que al ser trabajados en las aulas de clase en grados diferentes y en años diferentes(Biología en 8 y 9, química en 10 y 11) por tal motivo no se da un engranaje de los temas vistos convirtiéndose en asignaturas separadas, con conceptos separados sin importar que sean los mismos, por tal motivo estos conceptos se pierden en los estudiantes al pasar de un grado a otro. Puede ser útil a las instituciones educativas que tengan un bachillerato con énfasis en ciencias, como una forma dar apoyo a los estudiantes que se enfocaran como futuros universitarios y profesionales en el campo de las ciencias de la salud, química, la biología, ciencias agropecuarias, ingenierías biomédicas, entre otras, la pregunta que surge es ahora es ¿Cómo va a ser útil? ayudando a los estudiantes a su futuro académico ya que se espera mejores resultados en pruebas de ICFES, pruebas de admisión a la universidad, y ya es sus primeros semestres con unas bases más fuertes y conceptos más sólidos de los temas, además se espera que permita a cada estudiante a adquirir un pensamiento más crítico sobre este tema y llevándolo a que relacione sus conocimientos de una manera interdisciplinar. Planteamiento del Problema 8 1.3 Objetivo 1.3.1. Objetivo general Integrar el conocimiento de los procesos biológicos y químicos de una manera más profunda por medio de enseñanza de la bioquímica. 1.3.2 Objetivos específicos Diseñar un programa curricular de bioquímica para enseñanza en los colegios. Identificar los conceptos que estén relacionados de una manera interdisciplinar. Diseñar una unidad didáctica del tema macromoléculas orientada a estudiantes de grado 11 para la enseñanza de la bioquímica Relacionar aspectos matemáticos y bioquímicos usando los conocimientos en la solución de problemas y situaciones. 2. Referente teórico 2.1 Epistemología o referente histórico de la bioquímica El desarrollo conceptual del término bioquímica fue relacionado en sus orígenes al estudio de la composición química de los seres vivos y al desarrollo de los conceptos propios química orgánica, ya que los seres vivos están constituidos por moléculas de carácter inorgánico muy pequeñas en tamaño y compuestos más estructurados de mayor peso molecular a los cuales se les dio el nombre de macromoléculas, el nacimiento de la bioquímica como disciplina presenta dos momentos que han generado confusión con el origen de la misma, el descubrimiento de la Diatasa hoy conocida como amilasa por Anselme Payen y el proceso de la fermentación alcohólica por Eduard Buchner, surge entonces como una nueva disciplina científica el estudio de la bioquímica a principios del siglo XIX. Aunque el termino bioquímica fue utilizado por primera vez en 1848 mucho antes se hicieron una serie de estudios que llevaron a catalogar la bioquímica como una disciplina, algunos de esos acontecimientos se mencionan a continuación, en sus inicios se pudo establecer que en los seres vivos se daban ciertos procesos químicos como la digestión de los alimentos que se suponía en un principio como un proceso meramente mecánico. Fueron entonces Réaumur en 1752 y Spallanzani en 1783 quienes con sus experimentos determinan el jugo gástrico como un disolvente muy potente, Reaumur concluye que el jugo gástrico de las aves tiene un poder alto de acción química sobre los alimentos, Spallanzani determina que esta sustancia (Jugo gástrico) se encuentra presente en otros animales incluyendo el hombre se encuentra en una vez se reconoce que hay química en los organismos vivos se busca estudiar la composición química de estos. (Acerenza, 1999) https://es.wikipedia.org/wiki/Eduard_Buchner Referente teórico 10 Entre los años 1770 y 1786 se logran aislar algunos ácidos a partir de ciertas sustancias entre ellos se pudo sintetizar urea a partir de la orina. También por este tiempo los estudios de respiración dieron aportes a los estudios realizados por Lavoisier sobre la oxidación (1778), con los cuales llego a la conclusión que la respiración era un proceso de combustión quien concluye además que no es diferente a la combustión de carbón (1780). (Acerenza, 1999) Ddurante algún tiempo se hablaba de los procesos bioquímicos como procesos de química orgánica, fue Berzelius entonces en 1806, quien dio una definición a la química orgánica, dicho con sus propias palabras como: “la parte de la fisiología que describe la composición de los organismos vivos y los procesos químicos que en ellos acontecen, se denomina, química orgánica” (Citado por Acerenza,1999) El mundo de la química estaba dividido en dos, la química de los compuestos inorgánicos y la de los orgánicos, que se creía solo se podían obtener por medio de síntesis de organismos vivos, abriendo una brecha entre la química orgánica y la química inorgánica. (Acerenza, 1999) En 1808. aunque se hablaba de los azúcares y se conocía la existencia de ellos no había una estructura con la cual se representara J. Dalton estableció una estructura tomando como base la estructura del alcohol y dióxido de carbono productos del proceso de fermentación. (Farber, 1969). Figura 2-1: Primera estructura del azúcar establecido por Dalton a partir de las estructuras del alcohol y del dióxido de carbono Tomada de: The Evolution of Chemistry. (Farber, 1969). Desde 1812 ya se estaban realizando experimentos de catálisis y fue Berzelius quien definió que era un catalizador, estos estudios fueron usados en estudios posteriores sobre la respiración por Priestley (1733-1804) y la fermentación. (Acerenza, 1999) Referente teórico 11 El primer compuesto orgánico sintetizo Friedrich Wohler en 1828 a partir de dos sustancias inorgánicas dicho compuesto fue urea, siendo este un logro que permitió avanzar en el área y años después determinar que la química orgánica y la inorgánica no estaban tan distantes una de la otra, Wohler observó que el cianato de plata (AgOCN) tenía una composición química era idéntica a la del fulminato de plata aunque sus comportamientos químicos cambiaban es entonces cuando Berzelius en 1830 introduce el término “isómero” con el cual explicaba este fenómeno, nace así el término “isomería” (del griego, “compuestos por partes iguales”) (Leicester1967,p. 211). Luis Pasteur en el año 1847 al estudiar los isómeros del ácido tartárico se dio cuenta que estas sales podían estar es dos formas levógira y dextrógira de acuerdo al giro que tomara la luz polarizada y que ellas entre si era como un objeto cualquiera y su imagen especular. (Leicester1967). En 1860 Marcellin Berthelot adelantaba trabajos de síntesis de compuestos orgánicos a partir de algunos elementos como el nitrógeno, hidrógeno, carbono y oxigeno (Leicester, 1967, p. 209). En el mismo año Luis Pasteur afirmo después al realizar estudios que la fermentación de originaba a partir de la organización, desarrollo y división de células siendo este un proceso relacionado con la vida, Pasteur no solo estudio el proceso de fermentación demostrando que había levaduras especificas en este proceso y desarrollo un método al cual se le dio nombre de pasterización con este se esterilizaba la leche el vino y la cerveza. (Acerenza, 1999) Eduard Buchner en (1897) determinó que el azúcar se podía fermentar incluso cuando se retiraban las células de un extracto de levadura dándose la fermentación y obteniendo como resultado dióxido de carbono y alcohol, aparece entonces una enzima conocida como “zimasa” y se idéntica que la célula de la levadura no es necesaria para que se dé el proceso de fermentación, ya para el año 1900 estaba bien establecida la química orgánica moderna, en los trabajos realizados de catálisis hasta el momento no fueron realzados teniendo en cuenta como el pH y la mutorrotación podían afectar estos procesos. En 1909 sedeterminó que era el pH y se demostró como este afectaba la actividad enzimática. Gustav Embden y Otto Meyerhof realizan sus estudios sobre el glucólisis en1915, pero solo hasta 1929 se explica y describe este proceso, por esa misma década en 1920 Hermann Staudinger incursiona el termino macromoléculas como “compuestos de alto https://es.wikipedia.org/wiki/Friedrich_Woehler https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cianato_de_plata&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Fulminato_de_plata https://es.wikipedia.org/wiki/Eduard_Buchner Referente teórico 12 peso molecular” este término variaba de acuerdo al enfoque si el área era biología las relacionaba con las moléculas que conforman los seres vivos, en el área de química eran dos o más moléculas unidas por medio de enlaces cuyo grado de disociación era bajo. Hacia el año 1937 Krebs tomando las secuencias de ácidos producidos por Szent-Gyorgyi en 1935 y por Martius y Sknoop postula el ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs que posteriormente se demuestra que este proceso se da en las mitocondrias en 1948 (Kennedy-Lehninger) En James Dewey Watson y Francis deducen la estructura de doble hélice del ADN en el año de 1953. Mitchell en 1961 propone el mecanismo por el cual se explica el transporte de electrones de la cadena respiratoria desde 1950 a 1975 se conocen y profundizan procesos como (ciclo de la urea, ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa y otras rutas metabólicas) se estudia los genes y su código genético y a partir de 1975 hasta principios del siglo XXI, comienza a secuenciarse el ADN. Las macromoléculas Algunos de los trabajos realizados con relación a las macromoléculas por algunos científicos desde 1800 a la actualidad se pueden ver en la siguiente tabla Tabla 2-1 Algunos acontecimientos de las macromoléculas a través de la historia Año Acontecimiento 1808 Jhon Dalton propone la estructura molecular del azúcar 1810 Se descubrió la cistina, extraída de un cálculo urinario por Wallaston en Inglaterra este es el primer aminoácido, en 1935 se descubre la treonina. 1886 se inventa el celuloide plástico sintético a partir de nitrato de celulosa, alcanfor y alcohol. John Hyatt. 1830 Berzelius establece el concepto de “Isómero”. 1938 Berzelius sugirió a Mulder el nombre de proteínas. 1839 Se propuso las sustancias como celulosa, almidón y azúcar que eran similares Carl Schmidt. (Farber, 1969). 1940 Se determina el metabolismo de los carbohidratos (glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa) 1951 Linus Pauling, Herman Branson y Robert Corey, proponen una serie de estructuras secundarias posibles en las proteínas a partir de estudios en polipéptidos sintéticos. (Battaner, 2000). 1857 Se reconoce el funcionamiento del hígado como fuente del azúcar en la sangre. https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_la_urea https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Krebs https://es.wikipedia.org/wiki/Fosforilaci%C3%B3n_oxidativa Referente teórico 13 Tabla 2-1: (continuación) Año Acontecimiento 1883 A finales del siglo, se establecen las exigencias energéticas del organismo humano, reconociendo la importancia de los tres tipos de alimentos: carbohidratos, Max Rubner. 1864 Hoppe-Seyler purificó la hemoglobina hasta su estado cristalino, la hemoglobina es la proteína de la sangre. 1920 Se aísla insulina por Charles Herbert Best 1920 Se determinan que los polímeros son moléculas de gran tamaño formadas por unidades que se repiten. Hermann Staudinger A finales del siglo XX se dieron grandes avances a nivel de investigación en bioquímica, se identifican y estudian los procesos metabólicos a profundidad, alteraciones genéticas, mutaciones, enzimas, las propiedades de las proteínas y sus modificaciones, acciones enzimáticas; gracias a los estudios e investigaciones desarrolladas en los años anteriores se ha llegado a una evolución de los conceptos, teorías y experimentos, llevando a un avance en las ciencias beneficiando a la humanidad ya sea en la detección y tratamiento de enfermedades, en el desarrollo de nuevos medicamentos, en la aplicación de la biología molecular dentro de los procesos bioquímicos y en el uso de nuevas tecnologías que permiten conocer más a fondo los procesos bioquímicos que se dan en los organismos vivos. 2.2 Ideas previas y obstáculos del tema Las ideas previas que presentan los estudiantes sobre un tema que en muchos casos son erradas no deben ser cambiadas por otras (a nivel conceptual) deben ir más allá, tiene que haber una comprensión y un entendimiento genuino del concepto, es decir; que dichas ideas sean transformadas y asimiladas a través de vivencias, para luego llevarlas a su cotidianidad, sin embargo uno de los obstáculos a los que un docente se ve enfrentado en la enseñanza de la bioquímica a nivel universitario o de la educación media vocacional es que falta material didáctico y esto incluye también la falta de creatividad del docente a la hora de preparar sus clases para enseñar temas como transporte de membrana, mecanismos de bomba Na-K, bomba calcio, macromoléculas y metabolismo entre otros temas, así como también hay poco conocimiento por parte de los docentes sobre la didáctica de las ciencias y en este caso de bioquímica. Referente teórico 14 En el tema de las macromoléculas los alumnos presentan dificultades a nivel conceptual, ya sea porque no recuerdan el concepto, son erróneos, o simplemente no los conocen. La dificultad que presentan los estudiantes de carreras como Biología, Química, Medicina y Nutrición en el aprendizaje de los procesos metabólicos de las macromoléculas en los primeros semestres de sus vidas universitarias es evidente. Un estudio realizado en el Departamento de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires, permitió identificar algunos errores u obstáculos conceptuales a la hora de aprender los procesos metabólicos de carbohidratos, dichos errores fueron categorizados en alguna de las dos categorías: la primera relacionada con la falta de construcción de modelos mentales, la segunda en las ideas cerradas y erróneas que tenían los estudiantes. Una vez identificados los obstáculos y analizados dejaron abierta la posibilidad de hacer una selección más correcta de los contenidos y metodologías implementadas en cada una de las asignaturas. (Sofía J. Garófalo, 2014) Tabla 2-2: Obstáculos en didáctica de bioquímica y los conceptos de macromoléculas Categoría Antecedentes Dificultad del concepto Los estudiantes confunden frecuentemente las estructuras de azúcares. Errores conceptuales en los procesos metabólicos. Dificultad en los nombres y procesos que sufren las macromoléculas La gran exigencia cognoscitiva de un problema bioquímico que supera la capacidad del estudiante Ideas previas erróneas y arraigadas Etimología El nuevo vocabulario. Fonéticas similares: glucosa, sacarosa, lactosa, isómeros, monómeros, nucleótidos, nucleótidos, Hidrolisis, glucolisis, etc. Enseñanza Insuficiencia en el nivel conceptual del profesorado. Poca formación didáctica y metodológica del profesorado. Definiciones incorrectas de los términos. Confusión en las estructuras moleculares. Incoherencia entre el libro guía, la instrucción dada. Poco material didáctico. La estrategia metodológica usada por del maestro, puede ser no muy eficaz. Inconsistencias entre maestro, libro de texto y definición científica. Poco conocimiento epistemológico Referente teórico 15 El desconocimiento de un concepto desde su epistemología, su historia, hace que no se comprenda su esencia, por consiguiente, no se dé importancia a su evolución, generando ideas erradas con relación a un concepto, un tema o las ciencias en general. Al presentar los contenidos de química, hay una falta de atención a la historia y naturaleza de la ciencia…cuales fueron las dificultades, los obstáculos que hubo que superar y, por la misma razón, nos impide comprender y resolver muchas de las dificultades que se les presentará a los estudiantes (Furió, 2005). Los conocimientos previos en algunas ocasiones terminan siendo un obstáculo a la hora de adquirir nuevos conocimientos, en algunos casos estas son ideas arraigadas, es decir terminan por convertirse en representaciones mentales, que se resisten y permanecen ante el cambio, generando shock en la mente de los estudiantes ante la diferencia del concepto ya establecido y del nuevo, que conlleva a una oposición o poca aceptación del nuevo concepto. (Bello, 2004) Desde la década de los 70 se ha presentado un mayor interés a las “preconcepciones” llamadas anteriormente “errores conceptuales”, dado que en ciencias hay muchas preguntas que se pueden plantear, también hay respuestas que en la mayoría de los casos son erróneas ya que al ser ideas naturales o espontaneas que surgen de la mente del estudiante, dan solución a las preguntas que se hacen sin importar si la respuesta es correcta o no. El aprendizajes de las ciencias no era ajeno a este tipo de errores, que una vez se identificaban los errores y la posibles causas, se debía buscar las estrategias necesarias, con relación a estos errores Piaget por ejemplo en 1971 (citado en Gil y Guzmán, 2001) planteo el rastreo del origen psicológico de las nociones hasta sus estadios precientíficos, o" del aprendizaje" o Vigotsky en 1973 que habla sobre "prehistoria del aprendizaje" (citado en Gil y Guzmán, 2001) y Ausubel (1978), quien llega hasta afirmar: "si yo tuviera que reducir toda la psicología educativa a un sólo principio, enunciaría este: averígüese lo que el alumno ya sabe y enséñese consecuentemente". Los conocimientos previos a los que Ausubel llamo “anclajes” son las ideas o la información que el estudiante tiene sobre determinado tema a partir de sus vivencias o sus relaciones con la vida cotidiana (medios, televisión, internet) y no necesariamente como un acto académico, las ideas o preconceptos pueden ser modificadas por medio de la recepción de otros nuevos conocimientos, reestructurando los ya existentes, aunque cabe resaltar que es posible que estos conocimientos en algunos casos estén errados y arraigados generando dificultad al momento de ser modificados o sustituidos por otros. Referente teórico 16 Conocer lo que saben los estudiantes de un tema permite al docente identificar y adelantarse a las dificultades conceptuales a las que se verá enfrentado, este conocimiento le permitirá encontrar los métodos más óptimos y eficaces de acuerdo al grupo, para la construcción del conocimiento, facilitara el diseño y la aplicación de nuevas prácticas con actividades en las cuales el conocimiento se construya a partir de una nueva óptica, es necesario diseñar nuevas prácticas y no basarse únicamente en el concepto “Enseñar ciencias es algo más que enseñar conceptos y teorías, se requiere de investigar procesos didácticos que permitan seleccionar adecuadamente qué, porque y cómo se enseña” Sanmartí (2000). El Identificar los conocimientos previos de los estudiantes acerca de un tema le proveen cierta información sobre el grupo con respecto a ese tema, además de servir como un punto de inicio para la elaboración de nuevas y diferentes estrategias y metodologías en el proceso de enseñanza y aprendizaje, estas ideas son de gran apoyo en el momento de desarrollar propuestas metodológicas en las que el estudiante tiene un papel activo y no pasivo, considerando que la forma en que se aprende ha evolucionado también se deben hacer nuevas las formas de enseñar en las cuales se tenga en cuenta, el interés y la motivación del alumno, así como que sabe y que lo limita. 2.3 Constructivismo de unidades didácticas El proceso de enseñanza y aprendizaje sin importar cuál sea el área tiene como finalidad que los estudiantes aprendan y comprendan lo aprendido por metodologías diversas que le permiten jugar un papel más activo en su proceso de aprendizaje y el profesor sea un facilitador de dicho proceso. En los últimos años se habla de enseñanza para la comprensión en otras palabras es que el estudiante desarrolle la habilidad de usar los conocimientos que tiene para actuar, pensar, solucionar problemas, además de crear conocimientos. entendiendo que estos conocimientos no son el fin único de este proceso. Según el modelo de Enseñanza para la Comprensión (EpC) el objetivo es que los procesos de comprensión cada vez sean mejores. En los procesos de enseñanza y aprendizaje es necesario como docentes dejar atrás los métodos tradicionales y memorísticos y buscar estrategias metodológicas que permitan a los estudiantes desarrollar destrezas de carácter cognitivo, de carácter lingüístico, interpretativo y argumentativo más en las áreas que tienen un lenguaje propio, como Referente teórico 17 ciencias que cuentan con una serie de números, fórmulas, símbolos y reacciones; que deben ser interpretadas para que un concepto sea entendido, y a su vez los estudiantes desarrollen habilidades de pensamiento científico y social. Cabe destacar que todos somos constructores de conocimiento pero no siempre no usamos ese conocimiento, y esto sucede desde el mismo momento en que surgen preguntas, ya sea desde la etapa de la niñez, juventud o adultez; a partir de lo que observa y de las relaciones con entorno, de esta manera surgen conceptos que en la mayoría de los casos son asumidos como únicos y verdaderos, pero no todos son correctos y por tal motivo en la educación deberían ser corregidos, sin embargo la forma de enseñar basada en los modelos tradicionales y los modelos memorísticos hace que los errores conceptuales permanezcan incluso hasta en la etapa de estudios universitarios y tecnológicos, entonces se debe iniciar a “Desaprender” para aprender. (Jaramillo, Escobedo & Bermúdez, 2005) Es necesario diseñar nuevas estrategias por medio de las cuales se pueda instruir a los estudiantes y que simultáneamente ellos: 1) puedan crear un nuevo conocimiento a partir de experiencias previas y los conocimientos aprendidos en clase. 2) desarrollen una capacidad de argumentar y comunicar ese conocimiento. 3) dar soluciones a problemas planteados para el conocimiento estudiado. 4) extrapolar ese conocimiento, es decir; llevarlo a contextos diferentes en su vida cotidiana ya sea para hacer una relación o para hacer una aplicación del mismo. El desarrollo e implementación de una unidad didáctica requiere planear una serie de actividades que se desarrollan en un espacio y tiempo determinado basados en un objeto de estudio “concepto” o “Conceptos” a partir de las ideas previas, que juegan un papel importante en el diseño y a implementación de la unidad didáctica, siendo este un recurso que permite una planificación de los contenidos y actividades en un tiempo establecido y teniendo en cuenta los factores que participan y afectan en el proceso de enseñanza aprendizaje, para Antúnez (1992), “la unidad didáctica es la interrelación de todos los elementos que intervienen en el proceso de enseñanza-aprendizaje con una coherencia metodológica de interna y por un periodo de tiempo” (pag. 104). Se puede decir entonces que es necesario para una enseñanza más eficaz en ciencias y un mejor aprendizaje de los alumnos, que hayan docentes capacitados y preparados sobre diversas metodologías, para dar instrucciones diferenciadas a los miembros de un grupo Referente teórico 18 específico de acuerdo a sus diferentes aprendizajes, así como diseñar y aplicar diversas prácticas educativas, con las cuales los estudiantes identifiquen nuevas formas de aprender, construyan conocimiento y den un sentido al mismo, sin quedarse en el simple concepto. “Enseñar ciencias es algo más que enseñar conceptosy teorías, se requiere de investigar 53 procesos didácticos que permitan seleccionar adecuadamente qué, porque y cómo se enseña” (Sanmartí,2000). Las actividades de aprendizaje como los procesos didácticos planteados por el profesor dentro de su unidad didáctica, deben ser cuidadosamente seleccionadas de acuerdo a las necesidades de aprendizaje del grupo, que los involucre con su proceso, permitiendo una conexión entre el concepto y el material didáctico. Las metodologías didácticas empleadas deben estar organizadas y con una secuencia lógica, en la que se lleve un hilo conductor de la temática, para que el aprendizaje no genere vacíos conceptuales, afiance el concepto y de sentido a los estudiantes y al docente del proceso de enseñanza y aprendizaje. Una unidad didáctica está fundamentada en la corriente constructivista que plantea que el conocimiento se construye a partir de experiencias dinámicas e interactivas y conceptos previos y no por medio de la acumulación de datos ya que el conocimiento evoluciona y no es una copia de la realidad, permitiendo a los estudiantes generar modelos explicativos que permiten dar un nivel de comprensión a su cotidianidad, de acuerdo a los diversos autores las unidades didácticas deben ir paralelas a los propósitos de aprendizaje, dichos propósitos se deben ver reflejados desde los objetivos planteados en la unidad hasta la evaluación de la misma para que el aprendizaje sea profundo es decir hasta que se observe que se ha alcanzado el logro de aprendizaje, en ello juega un papel importante los objetivos de aprendizaje y los elementos que intervienen la unidad didáctica se deben tener en cuenta en la elaboración de las actividades y experiencias de aprendizaje que se realizaran en el aula, para García una unidad didáctica es: Sistema que interrelaciona los elementos que intervienen en el proceso de enseñanza- aprendizaje, con una alta coherencia metodológica interna, empleándose como instrumento de programación y orientación de la práctica docente. Se estructura mediante un conjunto de actividades que se desarrollan en un espacio y tiempo determinado para promover el aprendizaje de los estudiantes (García 2004). El seguimiento con retroalimentación, la coherencia entre los objetivos y los contenidos, la estructura de la unidad didáctica y el trabajo cooperativo deben ser enfocados en Referente teórico 19 el aprendizaje de los estudiantes y preguntas como ¿qué', ¿para qué? Y ¿cómo se enseña? Toman un verdadero significado. Figura 2-2: Elementos de una Unidad Didáctica Tomado de García, 2004 Las unidades didácticas pueden tener estructuras diversas, temporalidades diferentes, especificaciones de acuerdo al campo temático, siempre y cuando estén diseñadas para orientar al alumno en su aprendizaje y generar en el estudiante un pensamiento crítico, analítico científico promoviendo así competencias de pensamiento científico, sin embargo, tienen elementos en común de carácter curricular (objetivos, contenidos, actividades, criterios metodológicos y de evaluación, etc.) En los últimos años se ha ido implementando como instrumento en los salones de clase las unidades didácticas pues estas tienen un carácter flexible y dinámico, como una muy buena opción para organizar los conocimientos y de igual manera que una serie de actividades coherentes que permitan al estudiante hacer relaciones entre el conocimiento y su contexto, aunque estas relaciones en algunos de los casos no necesariamente sean de carácter disciplinar. Algunos de los beneficios del uso de las unidades didácticas en el aula de clase para alumnos y profesores; es que sirven como una guía de procesos participativos en la Referente teórico 20 enseñanza y aprendizaje, permite un aprendizaje basado en la comprensión, favorece espacios de reflexión, proyectos de aula, disminuye la dependencia del estudiante al profesor, da un mejor uso del tiempo, permite a los profesores adaptar su trabajo de acuerdo al grupo, brinda diversas alternativas a los docentes de que enseñar, como enseñar y como evaluar lo enseñado, por esta razón las unidades didácticas son entendidas como un engranaje de todos los elementos del aprendizaje, así: Unidades de programación y actuación docente, que da respuesta al qué enseñar (objetivos y contenidos), cómo enseñar (actividades, herramientas de enseñanza, organización del espacio y del tiempo, materiales y recursos didácticos) y cómo evaluar (criterios e instrumentos para la evaluación), se convierten en una herramienta que posibilita hacer de la investigación una acción posible dentro del currículo escolar (MEC, 1992, 87 o 91). Sanmartí (2000) Afirma: “No hay recetas para algo tan complejo como es enseñar, aprender y evaluar”. Los profesores son autónomos en el momento de elaborar una unidad didáctica, y esta puede variar de acuerdo a la temática, al grupo, al contexto, es decir no tiene unos pasos específicos a seguir, pueden elegir como hacerla, implementarla y evaluarla, pero sugiere que las unidades didácticas sean trabajadas en periodos de tiempo en los cuales se realicen actividades didácticas y actividades de enseñanza que deben tener como objetivo el aprendizaje de los alumnos. Las etapas que se deben tener en cuenta en una unidad didáctica para Jorba y Sanmartí son: La etapa de exploración por medio de elementos de evaluación permite al profesor realizar un diagnóstico de los conocimientos o ideas previas que tienen los estudiantes, permitiéndole analizar las dificultades a las que se enfrenta. En la etapa de introducción de nuevos conocimientos, permite a los estudiantes la asimilación a los conocimientos previos y los adquiridos, identificación de estructuras, símbolos o en este caso reacciones, el objetivo en la introducción de otros puntos de vista tanto del concepto como de la forma en que se enseña este. En la etapa de estructuración del aprendizaje el estudiante relaciona símbolos y conceptos y los sistematiza. Referente teórico 21 En la etapa de aplicación, se ponen en práctica los nuevos conceptos por medio de relaciones o en la solución de problemáticas esta etapa le permitirá al profesor saber si el estudiante entiende el concepto y se está aprendiendo con el nuevo modelo de enseñanza. Figura 2-3: El ciclo de aprendizaje de acuerdo con Sanmartí (1995) y con Jorba & Sanmartí (1996) Extraído de Aprender a enseñar ciencias: análisis de una propuesta para la formación inicial del profesorado de secundaria basado en la metacognición (pág 103) Cada etapa debe estar acompañada de actividades de enseñanza y aprendizaje- evaluación, en donde él estudiante puede explorar, descubrir y relacionar lo estudiado para dar un mayor significado a un aprendizaje y una mejor comprensión del mismo, deben llevar al estudiante a integran las ideas previas con los nuevos conocimientos, permitiéndole explicar un suceso cotidiano, en los ciclos de aprendizaje se relacionan estrechamente las ideas previas, las actividades, la evaluación que debe ser continua, el reconocimiento de nuevos modelos de enseñanza, como resultado se da la restructuración de un concepto construyendo así un nuevo conocimiento, que podrá ser aplicarlo a dientes contextos. Referente teórico 22 2.3.1 Unidades didácticas según el modelo propuesto por Mario Quintanilla. “Los estudiantes en su proceso de aprendizaje van generando modelos teóricos que no son iguales a los cotidianos ni a los científicos, pero les posibilitan razonar sobre la interpretación de fenómenos que son relevantes para ellos” (Sanmartí, 2002). Las unidades didácticas son herramientas que pueden ser usadas por los alumnos como una guía a seguir a fin de desarrollar competencias cognitivas, lingüísticas y científicas, además de vincular de una manera coherente y lógica los distintos conceptos y conocimientos que permitirán al estudianteargumentar e interpretar situaciones desde un punto de vista científico. Las unidades didácticas son también medio por el cual los profesores mejoren los procesos dentro del aula además de ser un recurso que servirá de guía para potencializar su creatividad generando una “nueva cultura docente en la enseñanza de las ciencias” (Quintanilla 2010). Para quintanilla quien toma como base a Jorba y Sanmartí, sugiere que la estructura de una unidad didáctica debe contener: 1. Presentación: introducción del campo temático. 2. Planificación docente: describe el trabajo que se realizara en la unidad didáctica dando a conocer el objetivo, los aprendizajes esperados, el campo temático y la temporalidad. 3. El desarrollo de la unidad didáctica: Para el desarrollo de la unidad didáctica Mario quintanilla tiene en cuenta las fases sugeridas que proponen Jorba y Sanmartí, (1996). Exploración: En esta fase se identifican las nociones que tiene el estudiante del tema, los preconceptos o preguntas, permitiendo dar un diagnóstico sobre el tema se sugiere realizar actividades que contribuyan a que los estudiantes realicen preguntas desde sus intereses y vivencias Introducción de nuevos conceptos: La intencionalidad de esta fase es que se construya conocimiento por medio de relaciones, comparaciones, observaciones que a su vez deben de relacionar con el material de estudio, a fin de desarrollar conceptos mejor fundamentados, más sólidos y tener una mayor comprensión de los mismos Sistematización: En esta fase se organizan los contenidos vistos y trabajados para construir un conocimiento de una manera más sólida, como resultado de la Referente teórico 23 intercomunicación con sus compañeros y docente posterior al uso de los conceptos en la solución de problemas Aplicación: En esta fase tiene como objetivo que los estudiantes moldeen, apliquen, experimenten para la comprensión del concepto o conceptos aplicándolo a otras situaciones en las cuales puedan observar, explicar, justificar los diferentes 2.3.2 Enseñanza para la comprensión El modelo de Enseñanza para la Comprensión (EpC) está relacionado con la teoría constructivista en pro de construir conocimiento en donde el estudiante tiene un papel más activo y el del docente es facilitador en el proceso y no solamente la de un transmisor de conocimientos, así el profesor “crear escenarios que posibiliten los cambios y direccionan el aprendizaje para que se oriente a la construcción de significados más potentes, adecuados y complejos” (Tamayo Valencia, 2007). En este modelo la enseñanza y aprendizaje se basa en desempeños y competencias que tienen en cuenta elementos como: 1. Tópicos Generativos entendidos como las ideas principales y la manera como estas se abordarán se enfoca en la pregunta ¿qué debemos enseñar? 2. Metas de Comprensión son las acciones a realizar que deben estar basadas en ¿qué vale la pena comprender? ¿Qué quiero que los estudiantes comprendan? 3. Desempeños de Comprensión son las actividades que llevan a la comprensión del tema el docente debe tener en cuenta la siguiente pregunta ¿cómo debemos enseñar para que un estudiante comprenda? 4.Valoración Continua que permite conocer lo que pueden saber los estudiantes, y lo que sabemos cómo maestros, así como lo que comprenden y como pueden desarrollar una comprensión más profunda. pues la evaluación continua debe estar acompañados de una retroalimentación. “feedback” estos elementos serán analizados de una manera detallada más adelante. Esta propuesta pedagógica adopta diferentes estrategias para generar bases más sólidas en los alumnos y en sus capacidades no solo de aprender también de comprender algo, es un objetivo que el estudiante haya elaborado una o varias experiencias o actividades sobre el tema, que le permitirá desarrollar un aprendizaje colaborativo y un enfoque más Referente teórico 24 amplio llevándolo a entender la naturaleza del concepto o del conocimiento promoviendo el aprendizaje desde la situación real del alumno, como señala Pozo (2006): “Si queremos cambiar la forma de aprender de nuestro alumnado, debemos modificar también la forma en la que les enseñamos”. Los elementos de la EpC Los Tópicos generativos: Cada grado dependiendo el área tiene un currículo con unidades y temáticas específicas, sin embargo, hay algunas ideas centrales y conceptos sobre los que hay más interés por parte del docente que los estudiantes no solo comprendan, sino también que usen ese conocimiento en la toma de decisiones en sus vidas. A partir de los tópicos generativos se pueden establecer relaciones no solo de temas, también de disciplinas, permitiendo a los estudiantes indagar y conectar los temas con los intereses propios, las vivencias (de alumnos como docentes). Los tópicos generativos son entonces “ideas y preguntas centrales, que establecen múltiples relaciones entre estos temas y la vida de los estudiantes, por lo cual genera un auténtico interés por conocer acerca de ellos” (Jaramillo et.al, 2004, p. 532). Metas de comprensión: Al tener clara la temática (tópicos generativos) se deben tener claros los conceptos más relevantes y establecer una serie de acciones a realizar (metas de comprensión) que permiten al estudiante entender el ¿qué? y el ¿por qué? se hace una actividad, así como ¿qué? y el ¿por qué? se enseña un concepto. Las metas deben ser puntuales, ser observables, dar sentido a lo enseñado y alcanzables en un tiempo establecido, dicho de otro modo, son los objetivos propuestos para abordar un tema en específico, Las metas deben ser puntuales, ser observables, dar sentido a lo enseñado y alcanzables en un tiempo establecido, dicho de otro modo, son los objetivos propuestos para abordar un tema en específico, teniendo en cuenta las metas de comprensión se debe generar en los estudiantes un interés autentico . “no importa que se estudie menos temas porque se comprenderán más” (Jaramillo et.al, 2004, p. 532). Desempeños de comprensión son una serie de acciones que llevan a la comprensión del tema, pero deben estar acompañada de reflexiones además se sugieren tres etapas, una de exploración, una de investigación guiada y una etapa en la que se hace un proyecto final. Es claro que el docente se haga la siguiente pregunta ¿Qué es lo que quiero que entiendan de éste tema? Referente teórico 25 Valoración continua: permite dar un orden a los demás elementos de la EpC, así como integrarlos de una manera más coherente, que le facilite en el proceso a los estudiantes y docentes a determinar si se está logrando la comprensión del tema de inicio a fin. Entonces debe estar latente la siguiente pregunta ¿Qué criterios me ayudarán a mí y a los estudiantes a definir qué fue lo que comprendieron? Esta valoración debe ser continua y es de gran importancia en la enseñanza y aprendizaje, si se mira como una forma de mejorar el trabajo por medio de estrategias y herramientas variadas que se realizan para una mejor comprensión, para ello los objetivos y las metas deben ser claros desde el inicio. 3. Metodología 3.1 Enfoque del trabajo El enfoque del presente trabajo es de carácter cualitativo ya que reúne, relaciona y analiza aspectos cualitativos a los cuales se les hace una descripción de los procesos, las situaciones, y las habilidades del grupo de personas que participaron en el análisis, viendo su proceso de evolución en el aprendizaje, esto que permite obtener como resultado una seriede observaciones que se tendrán en cuenta en el proceso de enseñanza de la materia bioquímica como una materia electiva , por tal motivo da una especificación de lo que se va a medir, como de la población que participará en el proceso, es importante resaltar que al trabajar con una población de personas jóvenes en donde las motivaciones son diferentes al igual que sus emocionalidades e intereses, las variables puedes ser sometidas a cambios. 3.2 Contexto del trabajo El trabajo se realizó con un único grupo de 12 estudiantes de grado 11-12 cuyas edades están entre los 17 y 19 años, de un estrato alto de Manizales, el colegio se encuentra ubicado en el corregimiento de la Florida que pertenece al municipio de Villamaria (Caldas). La institución educativa es de carácter privado que cuenta con instalaciones campestres, laboratorios modernos, salas de sistemas, aulas adaptadas y con nuevas tecnologías como tableros interactivos, internet de conectividad constante según el tipo de contrato. El estudiante de la institución tiene alto nivel académico reflejados en los resultados de las pruebas saber, en el examen Michigan y obtienen dos titulaciones la colombiana y la americana. Metodología 27 3.3 Diseño de la unidad didáctica El diseño de la unidad didáctica “Las macromoléculas” es basada en el aprendizaje constructivista, se tiene en cuenta las siguientes fases: 1. Exploración, 2. Introducción de nuevos conceptos, 3. Sistematización y 4. Aplicación, Por último, se propone hacer una quita fase que corresponde a la evaluación mediante proyectos de aula que permiten un aprendizaje más amplio y profundo, es decir mejorar los niveles de comprensión del tema. Cada una de las etapas se hará una breve descripción de los objetivos y las actividades que se realizarán durante los ciclos, además de una serie de indicaciones que se darán a los profesores Con el uso de la (UD) se pretende ser más consiente sobre como los alumnos aprenden, qué se enseña y como se enseña, con el fin de mejorar el proceso enseñanza y aprendizaje y los niveles de comprensión de “Las macromoléculas” La unidad didáctica cuenta con: 1. Presentación Una introducción del eje temático. 2. Planificación docente: corresponde al trabajo del docente para preparar de forma más organizada y detallada que permite organizar la secuencia de aprendizaje dentro de una sesión, en distintas etapas que permitirán al docente y a los alumnos tener un mejor uso del tiempo. a) Objetivos: acciones a realizar con una finalidad clara. b) Aprendizajes esperados: los logros que se pretende que el estudiante adquiera. c) Campo temático: Macromoléculas (carbohidratos, lípidos y proteínas) d) Temporalidad: número de sesiones o de minutos en cada clase. 3. Desarrollo de la unidad didáctica a. Exploración: Se identifican los preconceptos de estudiantiles con respecto a la temática a estudiar, por medio de la aplicación de un pretest. b. Introducción a nuevos conocimientos: Construcción del conocimiento por parte del estudiante y algunos factores que puedan influir en la temática que se estudia, por medio del uso de guías. c. Sistematización: un trabajo practico por medio de proyectos. d. Aplicación (Laboratorios reales y virtuales-actividades. 4. Evaluación Metodología 28 La unidad didáctica debe tener criterios de evaluación que nos servirán como indicadores de los logros de aprendizaje de los estudiantes, así como también nos darán información sobre el desarrollo de habilidades y competencias en estos. 3.3.1 Software de la unidad didáctica (Laboratorios virtuales) La investigación titulada “Propuesta para la enseñanza de la bioquímica en grado 11” cuenta con un laboratorio interactivo de análisis de macromoléculas” que surge a partir de una unidad didáctica, para la enseñanza y aprendizaje de las macromoléculas (Carbohidratos, lípidos y proteínas), que contiene con una fase introductoria a las macromoléculas con una biblioteca con 5 artículos en línea relacionados al tema, tres actividades. Prácticas de laboratorio virtuales: Introducción, guía de laboratorio, tablas de resultados y prácticas. Actividades evaluativas. cabe resaltar que esta herramienta virtual estaba en construcción mientras se implementaba la unidad didáctica, en un inicio fue planteada solo como laboratorios, pero al socializar el trabajo con los alumnos surge la idea de adicionarle algunas actividades introductorias además de una biblioteca con artículos que fue sugerida por la pedagoga y el asesor. Se acude a lenguajes específicos de programación que permiten abordar el proceso de diseño de manera apropiada para los solicitado por el proyecto y el contexto de la Educación Nacional en tanto tecnología disponible, de esta manera se usa HTML5, CSS3, JAVA SCRIP, estos lenguajes de programación permiten, animar, dar movimiento y generar interactividad dentro de la unidad didáctica con un laboratorio virtual propuesto en el proyecto, los lenguajes de programación enunciados con anterioridad son libres y permiten que lo diseñado sea adaptable a diversos sistemas operativos. Este laboratorio interactivo solo es uno de los proyectos seleccionados y promovido por la Dirección Nacional de innovación académica de la Universidad Nacional de Colombia que ejecuta acciones en un proyecto de investigación para desarrollo e implementación de recursos educativos digitales (red) que permitan el a poyo al desarrollo de innovaciones pedagógicas en la Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales, como en la maestría en educación. Metodología 29 Para el diseño de interfaces graficas (laboratorio virtual) se utilizó el programa illustrator un recurso de adobe, que permite diseñar y graficar espacios y la ambientación del mismo dentro de la unidad didáctica, en este caso una práctica de laboratorio que permite identificar azucares reductores y una prueba de que permite identificarla presencia de almidón e en carbohidratos. El software fue desarrollarlo y estructurado por un grupo de profesionales multidisciplinario en pedagogía, como diseñadores gráficos, programadores y pedagogos, este trabajo se realizó en etapas: Etapa 1: Se realizó una serie de reuniones y video llamadas con las instrucciones para hacer una herramienta didáctica como esta, posterior a las reuniones, se inició la elaboración de un guion que describiera uno a uno los pasos a seguir por el equipo de diseño, con las indicaciones, la información conceptual, actividades y laboratorios que se presentarían a los alumnos en la herramienta virtual. Etapa 2: Se hizo la revisión de conceptos, actividades y redacción, además de analizar la secuencialidad de los temas, con el fin de hacer una retroalimentación y correcciones necesarias por el equipo pedagógico del grupo conformado por asesor docente y pedagogos. Etapa 3: El equipo de diseño visual-gráfico realizo la ambientación según la estructura visual que se planteaba en el laboratorio, por último, entró el equipo de y programadores para generar en sí la herramienta virtual hecha bajo los parámetros establecidos por la universidad y se hacían reuniones constantes para ver los avances del trabajo y las correcciones o cambios que podían darse durante esta etapa. 3.4 Fases del trabajo Fase 1: Exploración “Diagnóstico de los conocimientos previos” En esta fase se hicieron dos actividades que permiten identificar los conocimientos del alumno, una de ellas es el desarrollo y aplicación un pretest para examinar las ideas previas de los estudiantes y los obstáculos epistemológicos de los mismos. El pretest tiene 14 presuntas de selección múltiple con única respuesta (anexo 1) estas preguntas surgen debido a que las macromoléculas se han trabajadocomo conceptos básicos y fundamentales en ciencias naturales, biología y química durante los años de bachillerato. La forma en que está elaborada las preguntas permitirán también mirar la comprensión Metodología 30 lectora ya que una buena lectura de la pregunta, facilitara la solución adecuada de las mismas, las preguntas se clasificaron de la siguiente manera: Preguntas 1 y 2: Pretenden determinar los saberes previos que permitirá hacer un análisis sobre que tanto identifican las macromoléculas los estudiantes y las reconocen como compuestos biológicos y energéticos, estas preguntas también permitirán analizar si los estudiantes identifican los compuestos bio-orgánicos o bio-inorgánicos, los estudiantes de grado 12 deberían tener nociones sobre las macromoléculas, si bien este concepto es amplio, también se debe tener en cuenta que es básico en la biología y es enseñado desde los primeros años de bachillerato cuando se trabaja sistema digestivo. Preguntas 3, 4 y 5: Conocimientos de carbohidratos. La indagación de ideas previas sobre la estructura y función de los hidratos de carbono permiten determinar el conocimiento de los estudiantes sobre la función biológica de los carbohidratos en los seres vivos, ya que como tema se enseña en lo grado, además de indagar que tanto conocen de los carbohidratos como estructura química y la clasificación de estos compuestos, como están conformados químicamente (estructuras) y en que procesos bioquímicos se pueden identificar, las estructuras y clasificación de los carbohidratos se enseña en química orgánica grado once, de acuerdo a esto los estudiantes deberían tener una noción sobre este tema. Preguntas 6, 7, 8, 9 y 10: Conocimientos sobre proteínas. Estas preguntas permitirán la indagación de ideas previas sobre las proteínas, estas preguntas se hicieron teniendo en cuenta que los estudiantes deben tener conocimientos mínimos del tema por ya que en ciencias y biología se enseñan cómo conceptos en nutrición y en genética. Preguntas 11, 12, 13 y 14: Conocimientos sobre lípidos. Con estas preguntas se pretende analizar la capacidad de interpretación de textos teniendo en cuenta que es mínima la información tanto de ciencias, como de biología y química que se enseñan en bachillerato. Con la aplicación del pretest se busca conseguir mediciones cuantitativas y conocer las nociones y conocimientos previos de los estudiantes sobre los conocimientos sobre las macromoléculas. Posteriormente, se hará el estudio de las respuestas obtenidas de manera individual y por grupos de preguntas, el análisis de resultados se hizo fue graficado tabulado y graficado en barras en donde se podrá observar los conocimientos del grupo sobre este tema. Metodología 31 Fase 2: Elaboración de la unidad didáctica. La aplicación del pretest permitió identificar las dificultades, fortalezas y obstáculos presentadas por los estudiantes sobre el tema “las macromoléculas” y con base a estos datos se elaboró una unidad didáctica que consta de tres guías una para carbohidratos, una para lípidos y una para proteínas cada una con objetivos, actividades, laboratorios y un proyecto de aula, también se elabora un software (laboratorio virtual). Guía 1: Carbohidratos Guía 2: Lípidos Guía 3: Proteínas Cada guía se hace con la siguiente estructura: 1. Presentación: Titulo especifico de cada macromolécula. 2. Objetivos: Lo que se pretende alcanzar al final de las actividades y la guía. 3. Enfoque disciplinar: Es el conjunto de conocimientos que son específicos y que se pretenden enseñar del tema. Dichos contenidos serán incluidos dentro de cada guía, escogidos de acuerdo al criterio del profesor y a las especificaciones del curso que se ofrece. 4. Actividad: Actividades que pueden ser grupales o individuales con las cuales se desarrollen habilidades de pensamiento científico, estas actividades de construcción del conocimiento, de aplicación o elaboración de conclusiones, y actividades transversales con otras áreas (Matemáticas, emprendimiento) 5. Proyecto: En cada guía se realiza un producto empresarial que tenga como base la macromolécula usada (Carbohidrato, lípido o proteína). Cada guía va acompañada por una práctica de laboratorio que permitirá hacer la experimentación del tema trabajado, será evaluado con un informe de laboratorio que deben entregar tres días después de cada práctica. LABORATORIO No. 1 CARBOHIDRATOS Solubilidad de carbohidratos El carácter reductor de los azúcares Identificación del almidón Metodología 32 LABORATORIO No. 2 LIPIDOS Identificación de lípidos LABORATORIO No. 3 PROTEÍNAS Punto de coagulación de una proteína por temperatura y por ácidos Precipitados de proteínas con ácidos Con la aplicación de esta unidad se pretende resolver algunos de los obstáculos del proceso de enseñanza y el enriquecimiento del mismo, tomando como base el modelo propuesto por Mario Quintanilla, (2010). Fase 3: Aplicación en el aula de la unidad didáctica y evaluación. La implementación de la unidad didáctica se realizó en 5 ciclos académicos de tres sesiones (cada una de 85 minutos). En total 14 sesiones. Como se mencionó anteriormente se toma como base el modelo de unidad didáctica planteado por Quintanilla, 2010. Al inicio de cada ciclo cada estudiante tenía una copia de la guía física, o en su tablet. La actividad 1 de la unidad didáctica es el pretest que se usa para identificar los preconceptos de los alumnos ha sido explicado en la sesión 3.3 (fase uno) además las preguntas realizadas en el postest se adjuntan al presente trabajo como un anexo (anexo 1). A continuación, se presenta una descripción de actividades que se desarrollaron en el salón de clase. (Tabla 3-1). Tabla 3-1: Actividades realizadas en la implementación de la unidad didáctica. Sesión Temas Tiempo (85m) Actividad 1 NA Macromoléculas 30’ 35’ 20’ Se socializa con los estudiantes que es una unidad didáctica, los propósitos y objetivos de la unidad didáctica, se concretan las responsabilidades individuales y grupales. Se comunicó la metodología de trabajo y cómo se evaluarían estas actividades dentro del curso, por último, organización de grupos para laboratorios y proyectos, por último, se entregan las guías. Actividad 3° Introducción de nuevos conocimientos: Lectura: “La importancia de una alimentación balanceada” del libro “Química orgánica 2” de La editorial Santillana. Solución del taller Actividad 4° Estructuración y síntesis: Explicación a los estudiantes acerca de la alimentación balanceada y la función de las sustancias nutritivas por medio de la socialización de las respuestas del taller anterior. Metodología 33 Tabla 3-1: (Continuación) Sesión Temas Tiempo (85m) Actividad 2 Carbohidratos 30’ 40’ 10’ Actividad de introducción de nuevos conocimientos: Se hizo una lectura de la 1° parte de la guía “carbohidratos” ¿qué son?, las funciones, clasificación y actividad óptica de los carbohidratos. Actividad 5 Con el propósito de una identificación de estas moléculas se hizo entrega de una hoja con diferentes estructuras de azúcares para clasificarlas como como monosacáridos, disacáridos, polisacáridos, hexosas, cetosas, triosas, pentosas, hexosas, luego las mismas estructuras se pegaron en el tablero, se explicaba, las respuestas correctas de cada una. Una vez finalizada deben hacer las estructuras propuestas de la hoja con los modelos tridimensionales. Actividad estructuración, síntesis y elaboración de conocimiento: Actividad. Cada estudiante hace un mapa conceptual sobre los carbohidratos. Actividad de aplicación: actividad # 6 de la guía (para la casa). 3 Carbohidratos Metabolismo 85’ Actividad de introducción de nuevos conocimientos: Se hizo la lectura de la 2° parte de la guía “digestión y metabolismo de los carbohidratos” glucolisis y ciclo de Krebs
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