Page 1

22 número

2016

Educació Química

EduQ

Química a la xarxa Omplim de simulacions la classe de química! Jmol para enseñar y aprender química Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química

Societat Catalana de Química - Filial de l’Institut d’Estudis Catalans Breu introducció a la digitalització de la informació química Usem la Viquipèdia per ensenyar química?


Educació Química EduQ Octubre 2016, número 22

Editors Fina Guitart, CESIRE-CDEC, SCQ, Barcelona Aureli Caamaño, SCQ, Barcelona Pere Grapí, INS Joan Oliver, Sabadell

Consell Editor Josep Corominas, Escola Pia, Sitges Jordi Cuadros, IQS-URL, Barcelona Josep Durán, UdG, Girona Mercè Izquierdo, UAB, Barcelona Claudi Mans, UB, Barcelona Àngel Messeguer, CSIC, Barcelona Neus Sanmartí, UAB, Barcelona Montse Tortosa, INS Ferran Casablancas, Sabadell Amparo Vilches, UV, València

ÍNDEX Editorial Química a la xarxa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Jordi Cuadros, Fina Guitart i Pere Grapí

3

Monografia: Química a la xarxa Omplim de simulacions la classe de química! . . . . . . . . Jordi Cuadros i Núria Marimon

4

Jmol para enseñar y aprender química . . . . . . . . . . . . . Angel Herráez i Robert M. Hanson

13

Consell Assessor Consell Assessor Catalunya / Espanya Joan Aliberas, INS Puig i Cadafalch, Mataró Miquel Calvet, INS Castellar, Castellar del Vallès Francesc Centellas, UB, Barcelona Regina Civil, Escola Sakado, Barcelona Anicet Cosialls, INS Guindàvols, Lleida Carlos Durán, Centro Principia, Màlaga Xavier Duran, TV3, Barcelona Josep M. Fernández, UB, Barcelona Dolors Grau, UPC, Manresa Paz Gómez, INS Provençana, l’Hospitalet de Llobregat Elvira González, Centro de Ciencias, Bilbao Pilar González Duarte, UAB, Barcelona Ruth Jiménez, UAL, Almeria Teresa Lupión, Centro de Recursos UMA, Màlaga María Jesús Martín-Díaz, IES Jorge Manrique, Madrid Conxita Mayós, Departament d’Ensenyament, Barcelona José María Oliva, UCA, Cadis Gabriel Pinto, UPM, RSEQ, Madrid Marta Planas, UdG, Girona Anna Roglans, UdG, Girona Núria Ruiz, URV, Tarragona Olga Schaaff, Escola Rosa dels Vents, Barcelona Marta Segura, Escola Pia Nostra Senyora, Barcelona Rosa Maria Tarín, UAB, Barcelona Romà Tauler, IDAEA-CSIC, Barcelona Gregori Ujaque, UAB, Barcelona Nora Ventosa, ICMAB-CSIC, Barcelona Josep Anton Vieta, UdG, Girona

Consell Assessor Internacional María del Carmen Barreto, Universitat de Piura, Perú Liberato Cardellini, U. Politecnica delle Marche, Itàlia Agustina Echeverria, Universitat Federal de Goiás, Brasil Sibel Erduran, Universitat de Bristol, Regne Unit Odilla Finlayson, Universitat de Dublín, Irlanda Lidia Galagowsky, Universitat de Buenos Aires, Argentina Marcelo Giordan. Universitat de São Paulo, Brasil Gisela Hernández, UNAM, Mèxic Èric Jover, Observatori de la Sostenibilitat d’Andorra Isabel Martins, Universitat d’Aveiro, Portugal Eduardo Mortimer, Universitat de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil Carlos Javier Mosquera, Universitat Distrital, Bogotà, Colòmbia Fátima Paixão, Castelo Branco, Portugal Vincent Parbelle, Lycée La Martinière, Lió, França Ilka Parchmann, Universitat de Kiel, Alemanya Mario Quintanilla, Pontifícia Universitat Catòlica, Xile Santiago Sandi-Urena, Universitat de Tampa, Florida, EUA Wilson dos Santos, Universitat de Brasília, Brasil Vicente Talanquer, Universitat d’Arizona, EUA

Societat Catalana de Química (SCQ) http://blogs.iec.cat/scq/ President: Carles Bo filial de l’

Institut d'Estudis Catalans (IEC) Barcelona. Catalunya. Espanya Impressió: Gráficas Rey ISSN: 2013-1755 Dipòsit Legal: B-35770-2008

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química Xavier Prat-Resina

22

Breu introducció a la digitalització de la informació química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Roger Estrada-Tejedor i Jordi Cuadros

31

Usem la Viquipèdia per ensenyar química? . . . . . . . . . . . . Jordi Cuadros, Xavier Dengra i Roger Marginet

38

Intercanvi Programa de desenvolupament professional per a docents de química basat en els principis de la investigació i la innovació responsables . . . . . . . . . . . . . Silvia Alcaraz-Domínguez i Mario Barajas Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori . . . . Carme Grimalt-Álvaro, María Isabel Hernández Rodríguez, Montserrat Pagès Blancafort, Maria Teresa Pujol Bosch i Maria Dolors Ribera Vall

48

54


Editorial Monografia: «Química a la xarxa»

S

ovint, en congressos i reunions diverses sobre didàctica de la química, coincideixen tres perfils professionals: els docents, els investigadors i els desenvolupadors. Els primers solen presentar-hi el que fan a classe i busquen idees per millorar la praxi. Els investigadors es preocupen per millorar el coneixement de l’aprenentatge de la química. I els desenvolupadors hi presenten i ofereixen els recursos que han creat. Tot i això, sol ser habitual que aquests tres perfils dialoguin poc entre si, de forma que els desenvolupadors, a vegades, no responen a les necessitats dels docents i no escolten els resultats dels investigadors, mentre que els docents difícilment troben en els recursos creats eines que encaixin en el seu ritme i metodologia didàctics. Això no obstant, des de fa més de vint anys, s’han anat posant a disposició de professors, estudiants i professionals de la química diferents recursos digitals que, d’una banda, obren oportunitats didàctiques i, de l’altra, canvien la manera d’accedir i gestionar la informació química. Només per esmentar alguns exemples, el Concord Consortium (creadors del Molecular Workbench) es funda el 1994; The IrYdium Project (ara ChemCollective) neix el 1999; la Viquipèdia i Jmol apareixen el 2001; PhET és de l’any 2002; PubChem es fa pública el 2004… Encara que semblin recents, hi ha un bon nombre de recursos consolidats (i gratuïts) que poden ser molt útils per aprendre química. Posar-los a la disposició dels lectors i la comunitat educativa és l’objectiu principal d’aquest monogràfic. El monogràfic inclou cinc articles. Els tres primers se centren a presentar diversos recursos interactius creats amb objectius didàctics, mentre que els dos darrers són útils per a químics, a més de professors de química, i posen l’èmfasi en la informació química que hi ha disponible a la xarxa. En el primer article, «Omplim de simulacions la classe de química!», Jordi Cuadros i Núria Marimon seleccionen i presenten diferents recursos interactius per utilitzar-los en cadascun dels blocs de continguts que constitueixen el currículum de primer i de segon de batxillerat en el sistema català.

Finalment, el cinquè article, «Usem la Viquipèdia per ensenyar química?», de Jordi Cuadros, Xavier Dengra i Roger Marginet, se centra en el funcionament de la Viquipèdia. S’hi explora la fiabilitat d’aquest recurs i la informació que conté en l’àmbit de la química. Entenem que aquests cinc articles donen, en conjunt, una visió àmplia dels recursos que la xarxa ofereix sobre química i per a l’ensenyament de la química. Òbviament, altres recursos han hagut de quedar fora: llibres electrònics com els LibreTexts de química, demostracions en vídeo del canal de YouTube de The Royal Institution o les publicades per Steve Spangler al canal Sick Science, o bé utilitats com ara WebElements. Esperem que els recursos presentats en aquest monogràfic ens ajudin a considerar tot el que podem compartir i aprendre de química plegats usant la xarxa. Fora del monogràfic, l’article «Programa de desenvolupament professional per a docents de química basat en els principis de la investigació i la innovació responsables», de Sílvia AlcarazDomínguez i Mario Barajas, en el marc del projecte europeu «Engaging science», presenta un programa de desenvolupament professional per ajudar els docents a treballar controvèrsies sociocientífiques. En darrer lloc, per tancar el número, l’article «Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori», de Carme Grimalt-Álvaro, María Isabel Hernández Rodríguez, Montserrat Pagès Blancafort, Maria Teresa Pujol Bosch i Maria Dolors Ribera Vall, presenta una unitat didàctica sobre propietats i estructura interna de la matèria que proposa als alumnes un procés de modelització orientat per mitjà de preguntes clau, analogies i ús de les TIC. Esperem que el número sigui del vostre interès i que el contingut del monogràfic i les aportacions dels autors contribueixin a donar-vos una visió introductòria de la situació de la química a la xarxa.

L’article «Jmol para enseñar y aprender química», d’Angel Herráez i Robert M. Hanson, presenta setze webs orientats a l’ensenyament de la química que fan ús d’aquesta eina de visualització i manipulació d’informació molecular. Hi trobem tant eines per visualitzar orbitals com recursos per a l’ensenyament de l’espectroscòpia o la determinació estructural. Sense deixar totalment de banda les representacions moleculars, el tercer article, «Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química», de Xavier Prat-Resina, proposa una aproximació didàctica diferent: indagar a partir de dades. I ho fa presentant-nos dos webs seleccionats per utilitzar-los a l’aula amb l’objectiu de facilitar l’exploració de dades químiques. Amb l’article següent, «Breu introducció a la digitalització de la informació química», de Roger Estrada-Tejedor i Jordi Cuadros, el monogràfic deixa al marge els recursos didàctics per centrar-se en la informació química que hi ha disponible a la xarxa. S’hi presenten les formes més usades en la presentació i la catalogació de la informació química (SMILES, InChI i CAS RN), així com algunes de les principals bases de dades d’entitats químiques (PubChem i ChemSpider).

Jordi Cuadros Coordinador del monogràfic

Fina Guitart i Pere Grapí Editors d’Educació Química EduQ


DOI: 10.2436/20.2003.02.161 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Omplim de simulacions la classe de química! Let’s bring simulations into the chemistry classroom Jordi Cuadros i Núria Marimon / IQS Universitat Ramon Llull

resum 4

Les simulacions són una eina útil per a l’ensenyament de la ciència. L’ús de simulacions facilita la il·lustració dels conceptes científics i el desenvolupament d’activitats d’indagació en què l’alumne descobreix o aplica els continguts

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 4-12

curriculars. D’altra banda, el nombre de simulacions per ensenyar química als alumnes és cada vegada més notable. Tot i així, sovint no és fàcil integrar-les a la praxi docent. Seleccionem en aquest article algunes simulacions per a la seva incorporació al currículum de química del batxillerat.

paraules clau Simulació, currículum, batxillerat, Internet.

abstract Interactive simulations are a useful tool to teach science. The use of these simulations helps to illustrate scientific concepts and also to develop inquiry activities in which the student is able to practice the curriculum contents. In addition, the number of simulations for chemistry teaching is increasing. Nevertheless, is not always easy to integrate these tools in the teaching practice. In this paper, some simulations are selected for its incorporation into the Catalan upper high school chemistry classes.

keywords Simulation, curriculum, upper high school, Internet.

Introducció La potencialitat creixent de les simulacions, els laboratoris en línia, els jocs digitals i altres recursos informàtics interactius fa que aquest conjunt d’eines sigui recurrentment reconegut en els informes Horizon com un desenvolupament rellevant per al futur de l’educació en les etapes infantil, primària i secundària (referides globalment com a K-12). Així, els informes dels anys 2010, 2011 i 2012 destaquen l’aprenentatge basat en jocs; l’informe del 2013 parla de laboratoris virtuals i remots; el del 2014, de jocs i ludificació, i el del 2016 es refereix a l’aprenentatge en línia (Horizon report, 2016).

Tot i reconèixer que sovint un joc digital inclou elements de simulació, però centrant-nos específicament en l’ús didàctic de les simulacions, també comença a ser abundant la recerca que apunta els beneficis que aporta la integració docent d’aquest tipus de recursos. Honey i Hilton (2011) indiquen que les evidències suggereixen que les simulacions milloren l’aprenentatge dels conceptes en ciències i afavoreixen l’interès de l’alumnat. Plass et al. (2012) observen millores en l’aprenentatge de la química en introduir una seqüència didàctica basada en simulacions, especialment per als alumnes amb menys coneixements de partida. Jong,

Linn i Zacharia (2013) destaquen els avantatges didàctics que s’obtenen en combinar laboratoris reals i virtuals. Finalment, Rutten, Joolingen i Veen (2012) apunten que els efectes potencials de les simulacions ben dissenyades són elevats i que és important tenir en compte, de cara a la seva utilització, com s’integren la simulació, el contingut objecte d’estudi, l’alumne i el docent. Tenint en compte aquestes evidències i l’existència de recursos accessibles tant en l’àmbit tecnològic com en el dels costos, no s’esperaria que fossin més presents a les nostres aules?


Simulacions i aplicacions interactives per aprendre química D’acord amb la normativa vigent a Catalunya («Decret 142/2008…», 2008), l’assignatura de química de batxillerat s’estructura en els blocs de contingut següents: a primer curs, «Els orígens del model atomicomolecular de la matèria», «Els gasos, líquids i solucions», «Un model

Els orígens del model atomicomolecular de la matèria El primer bloc de l’ensenyament de la química a primer curs de batxillerat es basa en la teoria «particulada» de la matèria per introduir els àtoms i les seves propietats, així com la nomenclatura i la formulació de les substàncies químiques. Això implica reprendre la visió microscòpica de

la matèria i la comprensió de les relacions entre els fenòmens macroscòpics i el comportament microscòpic de les partícules. Un entorn de simulació molt interessant per treballar la visió microscòpica de la matèria és el Molecular Workbench (Molecular Workbench, 2013), que es troba disponible a http://mw.concord.org/ modeler/. L’aplicació està basada en Java i, per tant, és preferible descarregar-la i executar-la en local. Una simulació interessant per reprendre la discussió sobre la visió microscòpica de la matèria pot ser el model anomenat «What determines a phase (3D)» (fig. 1). A partir d’aquesta simulació d’un metall, es poden discutir els comportaments microscòpics de les partícules en les diferents fases de la matèria i la influència d’algunes propietats (atòmiques i del sistema) en els canvis de fase. Aquest bloc conceptual acaba amb la discussió de la taula periòdica. Una eina molt útil per introduir-la posant l’èmfasi en les periodicitats de les propietats és l’aplicació desenvolupada per la Royal Society of Chemistry que es troba a http://www.rsc.org/periodictable (Periodic table, 2016) (fig. 2).

Figura 1. Molecular Workbench. Pàgina d’inici i simulació «What determines a phase (3D)».

Monografia / Recursos didàctics

per als àtoms», «Estructura dels materials», «L’enllaç entre àtoms i molècules», «El món de la química orgànica» i «Les reaccions químiques», i a segon curs, «La radiació, els àtoms i les molècules», «Els canvis d’energia en les reaccions químiques», «Equilibri de fases i equilibri químic», «Equilibris químics iònics», «L’espontaneïtat i velocitat de les reaccions químiques» i «Les piles i cel·les electrolítiques». Aquesta mateixa estructura serà la que se seguirà en aquest article per presentar les simulacions seleccionades. Òbviament, altres simulacions poden ser tan o més adequades. L’objectiu del present article és més presentar i documentar l’existència de simulacions adients per als diferents temes de química que no escollir les «millors» simulacions.

5

Omplim de simulacions la classe de química!

Objectius D’acord amb les evidències presentades més amunt, l’objectiu d’aquest treball és seleccionar simulacions adequades per a la seva integració a la docència dels diferents blocs que componen el currículum de química del batxillerat («Decret 142/2008…», 2008). Aquesta selecció es basa en el treball realitzat en el marc de dues activitats formatives dutes a terme a l’Institut Químic de Sarrià (IQS) durant el curs 2014-2015: la Jornada IQS per a Professors de Batxillerat en l’Àmbit de la Química i el curs «Usar i dissenyar activitats basades en simulacions i laboratoris virtuals per ensenyar química», realitzat en el marc de la vuitena edició del Programa Professors i Ciència de la Fundació Catalunya-la Pedrera.


Educació Química EduQ

número 22

6

Figura 2. Taula periòdica de la Royal Society of Chemistry amb les tendències del potencial d’ionització.

Aquest recurs presenta una taula periòdica interactiva que ens permet visualitzar informació dels elements amb relació a la seva història i les seves propietats (clicant la posició d’un element a la taula periòdica). També mostra visualment les diferents agrupacions dels elements que constitueixen la taula periòdica (grups, períodes i blocs). Tal com es pot observar, és molta informació i ben elaborada. D’altra banda i d’una manera molt útil, ens permet visualitzar a la taula periòdica les tendències de les propietats principals: densitat, radi atòmic, electronegativitat, punts de fusió i d’ebullició o potencial d’ionització. Un recurs semblant, també molt ben elaborat, menys interactiu però encara amb més informació, es pot trobar a https://www.web elements.com (Winter, 2016). Pot ser un bon recurs, si voleu que els alumnes investiguin característiques d’algun element.

Els gasos, líquids i solucions El bloc següent del currículum inclou l’estudi de les lleis dels gasos i l’expressió de la composició de mescles homogènies. Una simulació que permet la visualització d’un gas posant en

relació el comportament microscòpic amb els valors de les propietats macroscòpiques és la miniaplicació del projecte PhET (Wieman, Adams i Perkins, 2008) sobre propietats dels gasos (https://phet.colorado.edu/ es/simulation/gas-properties) (fig. 3).

Figura 3. Miniaplicació del projecte PhET sobre simulació de les propietats d’un gas.


ple, simulacions dels experiments de Thompson, Millikan o Rutherford (The King’s Centre for Visualization in Science, 2016).

El món de la química orgànica Per al bloc de continguts referit a la química orgànica i per estudiar la formulació de diferents compostos, els recursos MolView i Models 360, esmentats més amunt, podrien ser una bona opció. Per a l’estudi de les relacions entre propietats físiques i químiques i l’estructura dels compostos del carboni, un altre recurs recomanable és ChemEd X Data (http://chemdata.umr.umn.edu/ chemedXdata/index.html), que també es presenta en un altre article ja citat d’aquest monogràfic (Prat-Resina, 2016).

Estructura dels materials. L’enllaç entre àtoms i molècules El bloc següent del currículum es refereix a l’enllaç químic i entra també en l’estudi de les forces intermoleculars i la relació entre estructura i propietats. Un dels recursos més interessants per presentar els enllaços i les estructures de molècules reals és Models 360 (http://www.chem eddl.org/resources/models360/ models.php). Tenint en compte que aquesta aplicació es discuteix en un altre article d’aquest monogràfic (Prat-Resina, 2016), us hi remetem per a més informació. Usant el mateix recurs, així com MolView (Bergwerf, 2015), es poden trobar diferents propostes d’activitats a Cuadros, Estrada i Ros (2016). També pot ser interessant en aquest bloc de continguts usar la

Les reaccions químiques El currículum català de química segueix amb la presentació de les reaccions químiques. Aquest bloc inclou la interpretació submicroscòpica i simbòlica de la reacció química, els càlculs estequiomètrics corresponents a reaccions completes i la descripció de les reaccions àcid-base, les de precipitació, les de reducció i oxidació i les de polimerització. Per a la visualització microscòpica, són recomanables les simulacions del projecte Molecular Workbench (Molecular Workbench, 2013), que s’ha esmentat més amunt. Una activitat que incorpora diversos models útils per aprofundir en la comprensió de la reacció química és l’anomenada «Chemical reactions and stoichiometry». Un d’aquests models es mostra a la fig. 5.

Figura 4. Miniaplicació del projecte PhET sobre composició de dissolucions.

Seguint aquest tema, també poden ser rellevants les diverses activitats que es poden fer usant el laboratori virtual de ChemCollective (Yaron et al., 2010). En seria un exemple el problema anomenat «Sucrose problem», en què s’estudia la composició en sacarosa d’un refresc de cola (Cuadros, 2010). El laboratori virtual es pot descarregar a http:// www.chemcollective.org o http:// asistembe2.iqs.edu/expvirtuales/ index_ca.htm. Un model per als àtoms El currículum català de química segueix amb la discussió sobre les característiques dels àtoms. Per a aquest tema, una miniaplicació interessant és Build-a-Bohr, desenvolupada amb Scratch per Becker (2010) i disponible a http://scratch.mit.edu/ projects/867623/. Aquesta aplicació permet construir partícula a partícula un àtom, mentre en el procés es presenten algunes de

miniaplicació del PhET (Wieman, Adams i Perkins, 2008) anomenada Molecule Shapes (https://phet. colorado.edu/en/simulation/moleculeshapes), que permet l’estudi de les formes de les molècules a partir de la seva estructura en termes d’enllaços i parells electrònics no enllaçants, i que aplica la teoria de la repulsió de parells d’electrons de la capa de valència.

Monografia / Recursos didàctics

les fites històriques que n’han permès construir el model actual. Altres simulacions interessants són les reproduccions dels experiments clàssics creades per The King’s Centre for Visualization in Science que es poden trobar a http://www.kcvs.ca/site/projects/ physics.html. Inclouen, per exem-

7

Omplim de simulacions la classe de química!

Per parlar de la composició de dissolucions i sense marxar del projecte PhET, trobem una miniaplicació que permet treballar aquests conceptes tant qualitativament com quantitativa. La miniaplicació es troba a https://phet.colorado.edu/es/simula tion/molarity i es mostra a la fig. 4.


En la dimensió macroscòpica, són interessants diversos dels problemes i activitats que trobem en el laboratori virtual de ChemCollective que inclou espectres d’infraroig, ressonància nuclear de protó i carboni i de masses per a una col·lecció de molècules senzilles. Per a cada un dels espectres, s’inclouen visualitzacions moleculars que en faciliten la interpretació i la comprensió (fig. 7).

Educació Química EduQ

número 22

8

Figura 5. Molecular Workbench. Part de l’activitat «Chemical reactions and stoichiometry».

En la dimensió macroscòpica, són interessants diversos dels problemes i activitats que trobem en el laboratori virtual de ChemCollective. En l’àmbit qualitatiu, una opció que pot resultar interessant és el problema «Identificació de substàncies il·legals» (Artigas, Cuadros i Guitart, 2013), que es troba a http://asistembe2.iqs. edu/expvirtuales/index_ca.htm. Per a la part quantitativa, les opcions són molt diverses; alguns problemes interessants poden ser «El oráculo», «Jello problem», «Determinació i eliminació de la duresa de l’aigua» o «Permanganato por valoración redox». La radiació, els àtoms i les molècules El bloc de contingut següent té com a element principal l’estudi de la interacció entre la radiació i la matèria. En aquest tema, es presenta la utilització de les tècniques d’infraroig, espectroscòpia de masses i ressonància magnètica nuclear per a la identificació de compostos químics. Per abordar-lo, són molt interessants els recursos que

s’ofereixen sota la categoria «Chemistry» a The King’s Centre for Visualization in Science (2016) (http://www.kcvs.ca/site/projects/ chemistry.html). Val a destacar, per exemple, les miniaplicacions CFCs in the Atmosphere (fig. 6), Infrared Spectral Windows i Mass Spectrometer. També és un recurs interessant Animated Spectra (https:// undergrad-ed.chemistry.ohio-state. edu/anim_spectra/) (Spinney, 2016),

Els canvis d’energia en les reaccions químiques La introducció a la termoquímica constitueix el bloc de contingut següent del currículum de química del batxillerat. Per a aquest tema, podem suggerir una altra vegada diversos dels problemes que incorpora el laboratori virtual de ChemCollective. Són problemes interessants per a aquest tema «De càmping», «Investigació de l’entalpia d’hidratació» i «Thermochemistry problem 1», que es poden trobar a

Figura 6. Miniaplicació CFCs in the Atmosphere, del The King’s Centre for Visualization in Science.


Equilibri de fases i equilibri químic El temari, amb la introducció de l’equilibri, incorpora tant l’equilibri de fases com l’equilibri químic i tant la visió submicroscòpica com la macroscòpica. Com ja s’ha comentat en altres apartats, hi ha algunes propostes interessants per a la dimensió submicroscòpica en els materials del Molecular Workbench (Molecular Workbench, 2013). Una simulació rellevant és l’anomenada «Seeing chemical equilibrium», que es mostra a la fig. 9. En l’àmbit macroscòpic, diversos experiments del laboratori virtual de ChemCollective poden ser útils per presentar i discutir diferents aspectes d’aquest tema. Un experiment clàssic és l’equilibri entre el complex aquós i el complex clorat del cobalt en dissolució, que està reproduït en l’activitat «Complejos de cobalto» del laboratori virtual (fig. 10). Equilibris químics iònics Els equilibris iònics, especialment els equilibris àcid-base i els de solubilitat, constitueixen el bloc de contingut següent. Per a la part dels equilibris àcid-base, poden ser útils les miniaplicacions Acid-Base

Monografia / Recursos didàctics Figura 7. Visualització de l’espectre de ressonància nuclear de protó de la propan-2amina a Animated Spectra.

9

Omplim de simulacions la classe de química!

la versió del laboratori virtual que hi ha a http://asistembe2.iqs.edu/ expvirtuales/index_ca.htm. Dues miniaplicacions que també són interessants per treballar aquest tema són Calorimetry Measuring Heats of Reaction (http://employees.oneonta.edu/ viningwj/sims/calorimetry_s.html) (Vining, 2016), que es mostra a la fig. 8, i Energy Exchanges Associated with Dissolving Salts in Water (http://group.chem.iastate.edu/ Greenbowe/sections/projectfolder/ flashfiles/thermochem/heat_soln. html), del Chemical Education Research Group de la Universitat Estatal d’Iowa (Greenbowe, 2005).

Figura 8. Miniaplicació Calorimetry Measuring Heats of Reaction.

Figura 9. Molecular Workbench. Simulació «Seeing chemical equilibrium».

Solutions (https://phet.colorado.edu/ en/simulation/acid-base-solutions) i pH Scale (https://phet.colorado.

edu/en/simulation/ph-scale), del projecte PhET (Wieman, Adams i Perkins, 2008).


Educació Química EduQ

número 22

10

Figura 10. Activitat «Complejos de cobalto», del laboratori virtual de ChemCollective.

També són interessants, entre d’altres, les activitats «Unknown acid and base problem» i «Aspirina», del laboratori virtual de ChemCollective (Yaron et al., 2010). Es poden trobar més idees per treballar aquest tema amb el laboratori virtual a Hernández (2012). Un darrer recurs menys visual però que pot ser interessant en treballar aquest tema és el simulador ChemReaX (ChemReaX…, 2016), que es troba a http://www.scienceby simulation.com/chemreax/Analyzer AB.aspx i que en la pàgina dedicada als càlculs àcid-base permet obtenir la corba de valoració per a diferents àcids i bases. Per als equilibris de solubilitat, són recomanables les miniaplicacions Molarity (https://phet. colorado.edu/en/simulation/molarity) i Salts & Solubility (https://phet. colorado.edu/en/simulation/legacy/ soluble-salts), del projecte PhET, i l’activitat «Solubilitat i temperatura», del laboratori virtual de ChemCollective.

L’espontaneïtat i velocitat de les reaccions químiques El bloc de contingut següent és el que fa referència a l’estudi de l’espontaneïtat de les reaccions i la cinètica química.

Les simulacions més rellevants per treballar les piles i les cel·les electrolítiques es troben entre les miniaplicacions creades pel Chemical Education Research Group de la Universitat Estatal d’Iowa En aquest apartat, es pot suggerir l’ús de la miniaplicació del PhET anomenada «Velocidades de reacción» (https://phet. colorado.edu/es/simulation/reactionsand-rates) i del conjunt de simulacions «Homogeneous catalysis», del Molecular Workbench.

Per a la part dels equilibris àcid-base, són interessants les activitats «Unknown acid and base problem» i «Aspirina», del laboratori virtual de ChemCollective Les piles i cel·les electrolítiques El darrer bloc de contingut fa referència a les reaccions redox, incloent-hi la discussió de les piles electroquímiques i les cel·les electrolítiques. Les simulacions més rellevants per treballar-lo es troben en les miniaplicacions creades pel Chemical Education Research Group de la Universitat Estatal d’Iowa (Greenbowe, 2005). En concret, són d’un interès especial les simulacions «Electrochemical cell experiment» (http://group.chem. iastate.edu/Greenbowe/sections/ projectfolder/flashfiles/electroChem/


Figura 11. Simulació «Electrochemical cell experiment», del Chemical Education Research Group de la Universitat Estatal d’Iowa.

voltaicCell20.html) (fig. 11) i «Electrolysis electrochemical cell experiment» (http://group.chem. iastate.edu/Greenbowe/sections/ projectfolder/flashfiles/electroChem/ electrolysis10.html). Aquestes simulacions permeten experimentar tant amb una pila com amb una cel·la electrolítica, dissenyar el sistema i observar diferents aspectes de la reacció resultant. Conclusions D’acord amb la selecció presentada en aquest article, s’observa que hi ha un nombre notable de simulacions i altres recursos interactius adequats per a la seva incorporació al currículum de química del batxillerat, en particular, en relació amb l’expressió normativa en l’àmbit català («Decret 142/2008…», 2008). Tot i així, tal com assenyalen Rutten, Joolingen i Veen (2012), és important integrar la simulació i el contingut objecte d’estudi amb l’alumne i el docent, de manera que es facin activitats didàctiques escaients a cada aula real. Això, lamentablement, no es

Tal com assenyalen Rutten, Joolingen i Veen (2012), és important integrar la simulació i el contingut objecte d’estudi amb l’alumne i el docent, de manera que es facin activitats didàctiques escaients a cada aula real pot fer des de cap article, revista o espai de suport a la docència. Seran els equips docents els qui finalment s’hauran de sentir prou còmodes, satisfets o encuriosits per aquests recursos per fer que formin part de la seva praxi docent. Això no obstant, en aquest darrer esforç, els professors tampoc no estan sols. Esmentem només per finalitzar dos espais en els quals els docents d’arreu del món comparteixen activitats basades en simulacions. Són l’apartat «Teacher resources» (2016) del projecte PhET (https:// phet.colorado.edu/en/teaching-resour ces), esmentat més amunt, i el

Monografia / Recursos didàctics

Referències ArtigAs, C.; CuAdros, J.; guitArt, F. (2013). «Activitats contextualitzades en el laboratori virtual». Educació Química EduQ, núm. 14, p. 48-55. BeCker, R. (2010). «Build-a-Bohr». A: Scratch [en línia]. Cambridge: MIT Media Lab. <https://scratch.mit.edu/ projects/867623/> [Consulta: 29 desembre 2016]. Bergwerf, H. (2015). «MolView: an attempt to get the cloud into chemistry classrooms». 2015 Fall CCCE Newsletter [en línia], s. núm., s. p. <http://confchem. ccce.divched.org/2015FallCCC ENLP9> [Consulta: 30 desembre 2016]. ChemReaX [recurs electrònic]: A chemical reaction modeling and simulation app from Science By Simulation (2016). S. ll.: Science By Simulation. <http://www. sciencebysimulation.com/ chemreax/Analyzer.aspx> [Consulta: 2 gener 2016]. CuAdros, J. (2010). «Portant el laboratori virtual a l’aula de química: alguns coms i alguns perquès». Educació Química EduQ, núm. 6, p. 4-12. CuAdros, J.; estrAdA, R.; ros, L. (2016). «Simulaciones para aprender sobre enlaces y estructuras». Alambique, núm. 86, p. 34-38. «Decret 142/2008, de 15 de juliol, pel qual s’estableix l’ordenació dels ensenyaments de batxillerat» (2008). DOGC, núm. 5183, p. 59042-59401. greenBowe, T. (2005). Chemistry experiment simulations, tutorials and conceptual computer animations for introduction to college chemistry (aka general

11

Omplim de simulacions la classe de química!

recurs Inquiry Spaces (Inquiry Spaces, 2016), del Go-Lab Consortium (http://www.golabz.eu/spaces). De ben segur que hi podreu trobar idees interessants i, per què no, animar-vos a compartir les vostres.


Educació Química EduQ

número 22

12

chemistry) [en línia]. Ames: Universitat Estatal d’Iowa. <http://group.chem.iastate. edu/Greenbowe/sections/ projectfolder/animations index.htm> [Consulta: 2 gener 2016]. Hernández, J. A. (2012). «Estudi de reaccions àcid-base amb ajuda de les eines del laboratori virtual de química». Ciències, núm. 23, p. 11-14. Honey, M. A.; Hilton, M. (ed.). (2011). Learning science through computer games and simulations. Washington: The National Academies Press. Horizon report [en línia] (2016). S. ll.: The New Media Consortium. <http://www.nmc.org/publica tion-type/horizon-report/> [Consulta: 5 gener 2016]. Inquiry Spaces [recurs electrònic] (2016). S. ll.: Go-Lab Consortium. <http://www.golabz.eu/spaces> [Consulta: 7 gener 2016]. Jong, T. de; linn, M. C.; zACHAriA, Z. C. (2013). «Physical and virtual laboratories in science and engineering education». Science, vol. 340, núm. 6130, p. 305-308. tHe king’s Centre for VisuAlizAtion in sCienCe (2016). Modern physics [en línia]. Edmonton: The King’s University. <http:// www.kcvs.ca/site/projects/ physics.html> [Consulta: 29 octubre 2016]. Molecular Workbench [recurs electrònic] (2013). Concord: The Concord Consortium. <http://mw.concord.org/ modeler/> [Consulta: 17 desembre 2016]. Periodic table [recurs electrònic] (2016). Londres: Royal Society of Chemistry. <http://www.rsc. org/periodic-table> [Consulta: 18 desembre 2016]. PlAss, J. L.; Milne, C.; HoMer, B. D.; sCHwArtz, R. N.; HAywArd, E. O.; JordAn, T.; Verkuilen, J.; ng, F.; wAng, Y.; BArrientos, J. (2012). «Investigating the

effectiveness of computer simulations for chemistry learning». Journal of Research in Science Teaching, vol. 49, núm. 3, p. 394-419. PrAt-resinA, X. (2016). «Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química». Educació Química EduQ, núm. 22, p. 22-30. rutten, N.; Joolingen, W. R. van; Veen, J. T. van der (2012). «The learning effects of computer simulations in science education». Computers & Education [en línia], vol. 58, núm. 1, p. 136-153. sPinney, R. (2016). Animated Spectra [recurs electrònic]. Columbus: Universitat Estatal d’Ohio. <https://undergrad-ed. chemistry.ohio-state.edu/ anim_spectra/> [Consulta: 1 gener 2016]. «Teacher resources» (2016). A: PhET [en línia]: Interactive simulations. Boulder: Universitat de Colorado. <https://phet.colorado.edu/ en/teaching-resources> [Consulta: 7 gener 2016]. Vining, W. J. (2016). General chemistry interactive simulations [en línia]. Albany: Universitat Estatal de Nova York. <http:// employees.oneonta.edu/ viningwj/sims/index.html> [Consulta: 2 gener 2016]. wieMAn, C. E.; AdAMs, W. K.; Perkins, K. K. (2008). «PhET: simulations that enhance learning». Science, vol. 322, núm. 5902, p. 682-683. winter, M. (2016). The periodic table by WebElements [recurs electrònic]. Sheffield: Universitat de Sheffield. <https://www. webelements.com> [Consulta: 18 desembre 2016]. yAron, D.; kArABinos, M.; lAnge, D.; greeno, J. G.; leinHArdt, G. (2010). «The ChemCollective: virtual labs for introductory chemistry courses». Science, vol. 328, núm. 5978, p. 584-585.

Jordi Cuadros És professor titular a l’Institut Químic de Sarrià (IQS) de la Universitat Ramon Llull (URL), dins del Departament de Mètodes Quantitatius. És doctor en química per la URL i llicenciat en pedagogia per la UNED. Ha estat treballant durant dos anys en el projecte ChemCollective de la Universitat Carnegie Mellon (Pittsburgh, EUA) i actualment és l’investigador principal del grup de recerca ASISTEMBE (Analytics, Simulations and Inquiry in STEM and Business Education). Col·labora en la coordinació dels cursos de formació per a docents de batxillerat que s’ofereixen a l’IQS en l’àmbit de les ciències. A/e: jordi.cuadros@iqs.edu.

Núria Marimon És graduada en química per la Universitat de Barcelona, màster en química farmacèutica per l’Institut Químic de Sarrià (IQS) de la Universitat Ramon Llull i màster en cosmètica i dermofarmàcia pel Centre d’Estudis Superiors de la Indústria Farmacèutica. Durant tres anys, ha estat col·laborant en tasques docents a l’IQS, a les assignatures de física i informàtica. Així mateix, ha col·laborat en diverses activitats de formació de professorat en l’àmbit de la química. Actualment, treballa a la indústria química com a investigadora. A/e: nmarimon@kao.es.


Jmol per ensenyar i aprendre química Jmol for teaching and learning chemistry Angel Herráez / Universidad de Alcalá. Departamento de Biología de Sistemas Robert M. Hanson / St. Olaf College. Departamento de Química (Northfield, Minnesota, EUA)

DOI: 10.2436/20.2003.02.162 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Jmol para enseñar y aprender química

13

Se revisa el uso de Jmol en visualización molecular para la enseñanza y el aprendizaje de la química, tanto en forma de programa Java ( Jmol) como de aplicación HTML5 incluida en páginas web ( JSmol). Se presentan en este artículo dieciséis sitios web destacados de entre los cientos que utilizan la versión de JSmol sin Java.

palabras clave Jmol, estructura molecular, visualización, modelos tridimensionales, interactivo.

resum Es revisa l’ús de Jmol en visualització molecular per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química, tant en forma de programa Java (Jmol) com d’aplicació HTML5 inclosa en pàgines web (JSmol). Es presenten en aquest article setze llocs web destacats entre els centenars que utilitzen la versió de JSmol sense Java.

paraules clau Jmol, estructura molecular, visualització, models tridimensionals, interactiu.

abstract The use of the Jmol molecular visualization in chemical education is reviewed, both as a stand-alone Java application ( Jmol) and as a web-based HTML5 application ( JSmol). Sixteen among the hundreds of web sites utilizing the non-Java version of JSmol are presented in this article.

keywords Jmol, molecular structure, visualization, three-dimensional models, interactive.

Introducción Jmol es un proyecto comunitario de código abierto para la visualización y el análisis interactivos de la estructura de moléculas ( « Jmol», 2016), en una amplia diversidad de disciplinas científicas y educativas que incluyen todas las ramas de la química, desde la química general a la inorgánica, orgánica, fisicoquímica y bioquímica. Se usa, asimismo, en áreas interdisciplinares

tales como la ciencia de materiales y la biofísica. Programado inicialmente en lenguaje Java, hoy Jmol se desarrolla activamente utilizando una técnica que permite generar en paralelo una versión Java y otra JavaScript. De este modo, Jmol está disponible como programa o aplicación Java autónoma ( Jmol.jar), como miniaplicación Java ( JmolApplet. jar, que sigue siendo útil para usos especializados dentro de

Jmol es un proyecto comunitario de código abierto para la visualización y el análisis interactivos de la estructura de moléculas una página web) y como aplicación HTML5 en páginas web ( JSmol), tremendamente popular y compatible igualmente con

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 13-21

resumen


abanico completo de prestaciones y capacidades de Jmol. Recursos basados en la web Química general e inorgánica Orbitales del hidrógeno El concepto orbital atómico puede resultar bastante confuso para los estudiantes: nodos planos y radiales, fases, el concepto orbital como una descripción de la «probabilidad» de encontrar el electrón en una posición determinada del espacio, etc. Las imágenes sobre el papel no transmiten lo mismo que un objeto puntillista, manipulable y realista, generado mediante el método

Educació Química EduQ

número 22

14

dispositivos táctiles como las tabletas. Como mérito adicional, la interfaz de Jmol/JSmol está disponible en veintidós idiomas, incluidos inglés, español, catalán y vasco, y automáticamente detecta y adopta el idioma que tenga el sistema del usuario. Los datos de uso de JSmol demuestran su fuerte implantación en la red: más de cien mil usuarios al mes acceden a más de veinte mil páginas web que lo utilizan. A lo largo de dos años, entre el 1 de abril de 2014 y el 1 de abril de 2016 (fig. 1), casi tres millones de usuarios de todo el mundo utilizaron JSmol en más de doce millones de visitas.

Figura 1. Estadística de uso de JSmol.

En este artículo, comenzaremos con una presentación de cómo pueden emplear JSmol los docentes de química sin necesidad de entrenamiento ni experiencia en el diseño de páginas web, en HTML o en JavaScript. Primero, nos centraremos en cómo pueden usarse directamente las páginas web existentes, escritas por educadores en química de todo el mundo, para demostraciones en el aula, actividades y el estudio individual. Estas páginas se han seleccionado por su popularidad, su sencillez de uso o su utilidad general. Terminaremos presentando los posibles usos del programa autónomo Jmol ( Java) en actividades de aprendizaje que pueden explorar el

de Montecarlo en tiempo real y diferente cada vez que lo recreas (fig. 2). Los alumnos pueden experimentar y disfrutan retando a su profesor con un orbital 5gz4. ¿Cuántos nodos tiene?

The Jmol molecular viewer (Universidad Estatal de Ohio) Este sitio (fig. 3) proporciona un servicio muy completo que incluye cuatro recursos: un panel VSEPR (TRePEV o RPECV) con ejemplos de geometrías moleculares diversas, desde lineal hasta bipirámide pentagonal (incluyendo los pares electrónicos aislados, si se desea); un visor molecular predefinido con ejemplos desde inorgánicos a biológicos (muchos incluyen mapas de potencial electrostático y varios muestran resonancia de enlaces mediante animaciones); una herramienta para investigar estructuras cristalinas, y más de cuatrocientas estructuras procedentes de la ya desaparecida Klotho: Biochemical Compounds Declarative Database (Klotho..., 2002). Cool molecules. A molecular structure explorer Este, que fue el primer sitio con Jmol creado por uno de los autores (BH), ofrece una colección verificada de más de novecientas sesenta estructuras cristalinas con distancias y ángulos reales (no idealizados) que se muestran empleando una escala absoluta. Su propósito es destacar que los ángulos idealizados que se estudian en el primer año de Química están distorsionados

Figura 2. Orbitales del hidrógeno. http://chemapps.stolaf.edu/jmol/orbitals/ (en inglés).


Figura 3. The Jmol molecular viewer (Universidad Estatal de Ohio). https://under

en las moléculas reales por razones reales (fig. 4). El sitio se basó en un libro impreso, Molecular origami. Precision scale models from paper (Hanson, 1995), y proporciona modelos que se pueden imprimir, recortar y plegar, produciendo modelos de papel que se pueden examinar y manipular. Casi oculto en este sitio, se incluye un simulador de vibraciones animadas «diséñalo tú mismo». ¿Podrías predecir cómo es el modo de flexión simétrica fuera del plano del triyoduro de boro (BI3)? ¡Quizá te sorprendas! (Hanson, 2013). Visualizaciones en química Esta extensa sede web emplea JSmol para mostrar modelos tanto de compuestos como de procesos, incluyendo animaciones de los átomos y moléculas. Contiene, asimismo, cuestionarios con autoevaluación. Los contenidos están dirigidos a la enseñanza secundaria, el bachillerato y los primeros cursos de universidad (fig. 5). Se abarcan estructuras químicas (orgánicas e inorgánicas), mecanismos de reacción en química inorgánica y simulaciones de procesos. Una sección adicional titulada «Test conceptuales» aborda específicamente aquellos conceptos fundamentales que a menudo los estudiantes tienen dificultad para asimilar.

Monografia / Recursos didàctics 15

Jmol para enseñar y aprender química

grad-ed.chemistry.ohio-state.edu/jmol-viewer/ (en inglés).

El concepto orbital atómico puede resultar bastante confuso para los estudiantes: nodos planos y radiales, fases, el concepto orbital como una descripción de la «probabilidad» de encontrar el electrón en una posición determinada del espacio, etc.

Figura 4. Cool molecules. A molecular structure explorer. http://www.stolaf.edu/ depts/chemistry/mo/struc/ (en inglés).

Figura 5. Visualizaciones en química. http://uv.es/quimicajmol/ (en español, parte en inglés).

Symmetry@Otterbein Cuando se trata de demostrar los elementos de simetría molecular (ejes propios e impropios, planos especulares, centros de inversión, etc.), no hay sitio web que se aproxime al valor de este (fig. 6). Comprende tres secciones: una guía interactiva sobre grupos puntuales; un «reto de simetría»

que emplea moléculas reales junto a un diagrama de flujo interactivo que cabecea negando cuando cometes un error, y una galería con más de cien ejemplos de moléculas en cuarenta y un grupos puntuales diferentes. ¿En cuántos ejemplos químicos puedes pensar para el grupo puntual S4? En este sitio hay cinco.


Figura 6. Symmetry@Otterbein. http://

16

symmetry.otterbein.edu/ (en inglés).

Educació Química EduQ

número 22

Química orgánica Moléculas sencillas Este cautivador sitio permite tanto a profesores como a estudiantes mostrar sobre la marcha moléculas que pueden o no haberse sintetizado alguna vez. Aprovechando un potente servicio ofrecido por el National Cancer Institute en Frederick (Maryland, EUA), puedes escribir nombres IUPAC para que se muestre su estructura, o bien comenzar con una y modificarla tú mismo con las herramientas que incluye. Una animación del volteo del anillo de ciclohexano demuestra cómo el cambio desde una conformación en silla a la otra no exige pasar por una en bote (fig. 7). El modo de minimización «arrastra y suelta» ofrece horas de diversión adictiva: el usuario puede apuntar a un átomo con el puntero del ratón y arrastrarlo fuera de su lugar, con lo que los enlaces se deforman; nada más soltar el puntero, se ejecuta una minimización de energía que devuelve el átomo a una posición en la que las longitudes y los ángulos de enlace sean razonables (pero no

Brico-moléculas permite una conversión rápida entre las representaciones 2D y 3D de cualquier molécula

Figura 7. Moléculas sencillas. http://chemapps.stolaf.edu/jmol/jsmol/simple2.htm (en inglés).

necesariamente idéntica a la conformación original). Galería visual 3D de moléculas. Química del carbono Este sitio incluye modelos de casi cien estructuras orgánicas frecuentes, adecuadas para la enseñanza secundaria y el bachillerato (fig. 8). La presentación predefinida utiliza la versión WebGL (WebGL..., 2016) de JSmol. Los cuestionarios asociados permiten a los estudiantes evaluar su destreza en la nomenclatura de

compuestos orgánicos en español. Brico-moléculas. DIY-molecules Esta página permite una conversión rápida entre las representaciones 2D y 3D de cualquier molécula (fig. 9). Al igual que otros sitios presentados antes, utiliza el servidor CACTUS (NIH..., 2016) para obtener las estructuras a partir de su nombre, así como para convertir entre 2D y 3D. También es posible obtener estructuras de la base de datos PubChem (PubChem, s. a.), que contiene más de noventa millones de entradas.

Figura 8. Galería visual 3D de moléculas. Química del carbono. http://iesbinef.edu ca.aragon.es/fiqui/jmol/organica.htm (en español). Téngase en cuenta que este sitio no ha adoptado las últimas recomendaciones de nomenclatura de la IUPAC.


Figura 9. Brico-moléculas. DIY-molecules. http://biomodel.uah.es/en/DIY/JSME/

CheMagic virtual model kit Bajo el lema «Reach out and touch a molecule» («Alarga la mano y toca una molécula»), aquí se explora como en ningún otro lugar la increíble extensión de las capacidades de Jmol. Este notable sitio web (fig. 10) conecta con todo tipo de recursos, incluyendo PubChem (PubChem, s. a.), NMRDB («Nmrdb.org tools for NMR spectroscopists», s. a.) (un predictor de espectros de RMN) y la colección de datos espectrales del NIST Chemistry WebBook (2016), utilizando un ingenioso diseño de búsquedas de imágenes en Google a partir de identificadores químicos (https://goo.gl/qxwMPa). Enfocado a que cada uno elabore sus propios modelos moleculares, este recurso se ha diseñado con una elevada compatibilidad para los dispositivos táctiles, como tabletas y teléfonos. ChemTube3D Yendo mucho más allá de lo que la fig. 11 sugiere, ChemTube3D proporciona una colección, sin parangón en internet, de reacciones orgánicas animadas que cubren el espectro completo de la química orgánica para la universidad. El sitio permite mostrar de forma interactiva las reacciones de principio a fin,

Monografia / Recursos didàctics 17

Jmol para enseñar y aprender química

(en español, inglés y francés).

ChemTube3D proporciona una colección, sin parangón en internet, de reacciones orgánicas animadas que cubren el espectro completo de la química orgánica para la universidad. El sitio permite mostrar de forma interactiva las reacciones de principio a fin

Figura 10. CheMagic virtual model kit. http://chemagic.org/molecules/mini.html (en inglés).

Figura 11. ChemTube3D. http://chemtube3d.com/ (en inglés).

incluyendo la formación de intermediarios y estados de transición. Las páginas están diseñadas

tanto para el estudio personal como para presentaciones en gran formato en el aula.


Educació Química EduQ

número 22

18

Predicción de RMN Esta página (fig. 12) aparentemente simple combina la potencia de JSmol en 3D, el editor de estructuras químicas en 2D JSME y JSpecView, un visor de espectros con múltiples prestaciones (los tres, programados en JavaScript). Permite la predicción rápida de espectros RMN de 1H (pronto incluirá también 13C) a partir de la estructura dibujada o del nombre del compuesto, usando una conexión con el servidor de predicción NMRDB, ubicado en Lausana (Suiza). La correlación tanto del dibujo en 2D como del modelo tridimensional con las líneas del espectro se consigue simplemente pulsando sobre los átomos o los picos del espectro. Los espectros se pueden ampliar y reducir, integrar, comparar y enviar a documentos PDF.

Figura 12. Predicción de RMN. http://chemapps.stolaf.edu/jmol/jsmol/jsv_ predict2.htm (en inglés).

Bioquímica Biomodel Esta sede web hace un uso intenso de JSmol acompañado de guiones y texto adecuados para el aprendizaje autónomo (fig. 13). Se divide en cuatro secciones principales. La primera muestra proteínas, ácidos nucleicos y los complejos entre ambos, a nivel universitario. La segunda se dedica a componentes lipídicos y modelos de la bicapa. La tercera incluye un muestrario de moléculas adecuadas para la educación secundaria y el bachillerato, diseñado para poderlo usar en una sesión práctica de una hora u hora y media con los alumnos. La cuarta sección es una guía sobre los aspectos estructurales fundamentales del ADN (evolución de un diseño original de Martz, 1995) y se ha traducido a doce idiomas.

Figura 13. Biomodel. http://biomodel.uah.es/ (en español e inglés).

BioMóvil Con un diseño liviano que utiliza una versión simplificada de JSmol, esta aplicación está concebida para su uso en el teléfono móvil (fig. 14). Puedes elegir un nombre y se mostrará la estructura, o bien ver una estructura al azar e intentar responder cuál es su nombre. Incluye los veintidós aminoácidos proteicos y las cinco bases nitrogenadas más comunes.

Predicción de RMN combina la potencia de JSmol en 3D, el editor de estructuras químicas en 2D JSME y JSpecView para predecir espectros de RMN de 1H

Figura 14. BioMóvil. http://biomodel. uah.es/m/ (en español, inglés, francés, italiano, portugués y turco).


RCSB Protein Data Bank y Protein Data Bank in Europe Estos dos portales dan acceso al repositorio de referencia para estructuras de macromoléculas obtenidas de la experimentación con cristalografía de rayos X, difracción de electrones, RMN y otras técnicas (fig. 16). JSmol es uno de los principales visores que se ofrecen para observar en línea las estructuras en 3D. RCSB proporciona una vista singular de los ligandos en su bolsillo de unión, en la que se destacan en color los contactos (rojo) y los huecos libres (azul). Proteopedia. Life in 3D Esta enciclopedia gratuita y colaborativa en 3D de las proteínas y otras moléculas es un entorno similar a Wikipedia, mantenido por la comunidad de usuarios, que incluye herramientas de edición para crear páginas en las que la lectura se ilustra con visualizaciones interactivas mediante JSmol (fig. 17). Resulta ser así una versión de la base de datos PDB con contenido producido por la comunidad. ¡Una plataforma estupenda para proyectos de aula!

Monografia / Recursos didàctics Figura 15. Estructura de biomoléculas y macromoléculas en UIB. http://gmot.uib.es/

19

difusion.html (en español). Jmol para enseñar y aprender química

Estructura de biomoléculas y macromoléculas en UIB Este sitio trata con estructuras más complejas (tales como asociaciones entre ADN y proteínas, complejos enzimáticos grandes y proteínas implicadas en el cáncer), pero también presenta los fundamentos de todos los tipos de biomoléculas (fig. 15). Complementa las visualizaciones en JSmol con explicaciones detalladas y algunos gráficos animados. Parte del sitio está aún pendiente de su conversión de Jmol/Java a JSmol.

Figura 16. RCSB Protein Data Bank. http://rcsb.org/pdb. Protein Data Bank in Europe. http://pdbe.org.

Figura 17. Proteopedia. Life in 3D. http://proteopedia.org/.


Educació Química EduQ

número 22

20

Opciones de uso autónomo Todo lo que se ha presentado hasta ahora son contenidos ya preparados que se pueden usar tal cual y de forma inmediata en el aula. Algunos de los recursos se han elaborado con poca o ninguna programación, tan solo la escritura de unos pocos guiones (tanto en JavaScript como en instrucciones de Jmol). Otros son el resultado de un trabajo mucho más elaborado por parte de sus autores, que actúa tras bambalinas de formas ingeniosas y complejas. Pero, además de integrado en todas estas páginas, Jmol está disponible también en forma de programa Java que puede ejecutarse en sistemas Windows, MacOS o Linux (las restricciones de seguridad impuestas sobre las «aplicaciones» Java solo afectan a su uso en un navegador de internet, no como programas autónomos). En este formato, es posible utilizar toda la potencia de Jmol mediante menús desplegables y contextuales, así como en una consola de instrucciones y con guiones grabados en archivos (fig. 18). Al ejecutarse mediante Java, solo está limitado por la memoria del equipo y puede, por ejemplo, leer fácilmente la información de modelos con más de medio millón de átomos y permitir su manejo fluido con el ratón o en animaciones. Hay guías para su uso en diversos lugares de la red (por ejemplo, «Section 1. Using Jmol as a computer visualization tool», 2010). La documentación completa para los guiones de Jmol está disponible en Hanson (2016). Consigue tu molécula Algunos de los ejemplos de recursos en internet reseñados en este artículo ya han demostrado formas de obtener una estructura en 3D, pero aún hay más: — Utilizando el menú de la barra superior en la ventana del programa Jmol: — «Archivo > Conseguir un PDB» localiza y descarga una macromolécula desde la base de datos RCSB

Figura 18. El programa Jmol con su consola de instrucciones.

PDB, si conoces su código o identificador PDB (cuatro caracteres alfanuméricos). — «Archivo > Conseguir un MOL» localiza y descarga una molécula desde el servidor NCI CACTUS, si proporcionas uno de sus nombres en inglés (nombre común, sistemático o comercial) o algún identificador químico (número CAS, InChI, SMILES). — Descargando el archivo desde los portales de las bases de datos. — Es posible descargar una copia del archivo que usa una página web (aunque a menudo el procedimiento para conseguirlo no es sencillo). — Puedes dibujar en 2D la molécula que deseas, conseguir su conversión a 3D y, a continuación, descargar ese archivo. Esto es posible en algunos de los sitios antes descritos, así como en el portal CACTUS (NIH..., 2016). — También se puede construir la molécula directamente en 3D utilizando el programa Jmol (en su modalidad model kit mode), o una página web como CheMagic (ya descrita; Rothenberger, s. a.), o un programa como Avogadro (Avogadro..., 2016). Lleva la molécula en el bolsillo Sin dominar demasiado Jmol, cualquier profesor o estudiante

puede fácilmente aprovechar el programa para preparar de antemano una presentación de la molécula y luego mostrarla en el aula rápidamente, sin necesidad de instalar programas especiales (salvo Java). Brevemente, estos serían los pasos a seguir: 1. Consigue el archivo de una molécula en alguna página web o, especialmente, en una base de datos como NCI, PubChem o PDB. Guárdalo en tu disco local (habitualmente, se tratará de un archivo .mol o .pdb). 2. Descarga el paquete de «distribución» de Jmol (un archivo .zip) desde https://sf.net/projects/ jmol/files/ y extrae o descomprime de él tan solo el archivo Jmol.jar. 3. Inicia el programa Jmol (por ejemplo, haciendo doble clic en el archivo Jmol.jar) y abre en él el archivo de la molécula. Usando el ratón y el menú de Jmol, orienta el modelo como prefieras y aplica el estilo que mejor destaque lo que quieres contar de esa molécula. 4. Una vez estés satisfecho con lo que se ve, haz clic con el botón derecho del ratón y elige «Archivo > Guardar > Guardar como archivo PNG/ JMOL». El archivo que se guarda parece un típico archivo de imagen, pero, en realidad, contiene también toda la información que necesita Jmol para recrear la escena interactiva en 3D.


Conclusión Confiamos en que este artículo proporcione al lector una percepción de las amplias y diversas aplicaciones educativas de Jmol, así como del potencial para el desarrollo de más sitios web diseñados por educadores. Se trata de una selección necesariamente limitada entre todo lo que hay disponible; por ejemplo, una búsqueda escribiendo «Jmol» en la sede del Journal of Chemical Education en internet rinde más de ciento setenta y cinco artículos, y una en Google devuelve cerca de medio millón de resultados. Tanto si quieres orientar a tus alumnos hacia sitios existentes como si estás dispuesto a unirte al grupo creciente de educadores que han encontrado en Jmol una salida a su imaginación y su deseo de comunicar la ciencia de forma divertida, activa y participativa, Jmol está a tu disposición. Referencias Avogadro [recurso electrónico]: An open-source molecular builder and visualization tool (2016). <http://avogadro.cc> [Consulta: 22 octubre 2016]. HAnson, R. M. (1995). Molecular origami: Precision scale models from paper. Sausalito: University Science Books. — (2013). Animation of normal modes of vibration, trigonal planar XA3 [recurso electrónico]. [S. l.: s. n.]. <http://goo.gl/UdyHzQ> [Consulta: 22 octubre 2016]. — (2016). Jmol/JSmol interactive scripting documentation [en línea]. [S. l.: s. n.]. <https://chemapps.stolaf.edu/ jmol/docs> [Consulta: 22 octubre 2016].

<http://cbm.msoe.edu/ includes/pdf/JmolTrainingGui de-Section1.pdf> [Consulta: 22 octubre 2016]. WebGL [recurso electrónico]: Mozilla developer network (2016). Mountain View: MDN. <https:// developer.mozilla.org/en-US/ docs/Web/API/WebGL_API> [Consulta: 22 octubre 2016].

Monografia / Recursos didàctics

«Jmol» (2016). En: Wikipedia [en línea]: La enciclopedia libre. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://es.wikipedia.org/ wiki/Jmol> [Consulta: 22 octubre 2016]. Klotho [en línea]: Biochemical Compounds Declarative Database (2002). [S. l.: s. n.]. <http://web.archive. org/web/20011205065732/ http://www.ibc.wustl.edu/klo tho> [Consulta: 22 octubre 2016]. MArtz, E. (1995). «DNA RasMol “movie” script». En: RasMol scripts for classroom projection [en línea]. Boston: Universidad de Massachusetts. <http://www. umass.edu/microbio/rasmol/ scrip_mz.htm#dna> [Consulta: 22 octubre 2016]. NIH [en línea]: Chemical identifier resolver (2016). Rockville: National Cancer Institute. <http://cactus.nci.nih.gov/ chemical/structure> [Consulta: 22 octubre 2016]. NIST Chemistry WebBook [en línea] (2016). Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. <http://webbook. nist.gov/chemistry/> [Consulta: 22 octubre 2016]. «Nmrdb.org tools for NMR spectroscopists» (s. a.). En: NMRDB [en línea]. Lausana: École Polytechnique Fédérale de Lausanne; Cali: Universidad del Valle. <https://www.nmrdb.org> [Consulta: 22 octubre 2016]. PubChem [en línea] (s. a.). Bethesda: National Center for Biotechnology Information. <https:// pubchem.ncbi.nlm.nih.gov> [Consulta: 22 octubre 2016]. rotHenBerger, O. (s. a.). CheMagic [recurso electrónico]. Universidad Estatal de Illinois. <http://chemagic.org> [Consulta: 22 octubre 2016]. «Section 1. Using Jmol as a computer visualization tool» (2010). En: Jmol training guide [en línea]. Milwaukee: Milwaukee School of Engineering. Center for Biomolecular Modeling.

21

Angel Herráez Licenciado en Química y profesor titular de universidad de bioquímica y biología molecular. Se ha especializado en el desarrollo de materiales en línea para la docencia y el estudio en su sede web Biomodel, de acceso libre. Es autor de dos ediciones de Biología molecular e ingeniería genética, miembro del FEBS Education Committee y editor de FEBS Open Bio. Education Section. C. e.: angel.herraez@uah.es. Web: http://biomodel.uah.es.

Robert M. Hanson Es el principal responsable del desarrollo de Jmol desde 2007 y profesor en la universidad St. Olaf College, en Northfield (Minnesota, EUA), donde enseña química orgánica, química médica, química general, farmacología y nanociencia. Actualmente investiga en el área de computación en ciencia de materiales y en métodos para convertir a JavaScript los programas Java en general. C. e.: hansonr@stolaf.edu. Web: http://www.stolaf.edu/people/hansonr.

Jmol para enseñar y aprender química

5. Lleva contigo (por ejemplo, en un dispositivo USB) el archivo Jmol.jar y el archivo .png que grabaste. Una vez en el aula, inicia tu copia de Jmol y emplea «Archivo > Abrir» (o bien arrastra el archivo .png y suéltalo sobre la ventana de Jmol).


DOI: 10.2436/20.2003.02.163 http://scq.iec.cat/scq/index.html

22

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química Models360 and ChemEd X Data: web platforms to navigate, represent and interpret chemical data

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 22-30

Xavier Prat-Resina / Universitat de Minnesota. Center for Learning Innovation (Rochester, Minnesota, EUA)

resum Les pàgines web que aquí es presenten, Models360 i ChemEd X Data, estan dissenyades per cobrir unes necessitats emergents en la didàctica de la química, com són explorar, visualitzar i interpretar dades científiques. Models360 és una base de dades visual que mostra informació molecular com ara propietats estructurals, electrostàtiques i vibracionals. ChemEd X Data és un navegador de dades per representar tendències i periodicitats de resultats experimentals. Es mostren exemples de possibles activitats, així com un cas d’implementació i avaluació.

paraules clau Visualització 3D, dades científiques, activitats basades en dades, ensenyament al web, aprenentatge per descobriment.

abstract The websites presented in this paper, Models360 and ChemEd X Data, are designed to cover an emerging set of skills in chemistry instruction, that is, being able to navigate, visualize and interpret scientific data. Models360 is a visual database that shows molecular information like structure, electrostatic and vibrational properties. ChemEd X Data is a data browser tool to represent trends and periodicities between experimental results. We show a list of possible activities as well as an example of delivery and assessment.

keywords 3D visualization, scientific data, data-oriented activities, web learning, discovery learning.

Introducció Des de la irrupció d’Internet, els professionals de l’educació han mirat d’esbrinar el paper que els continguts en línia poden desenvolupar com a eina educativa. Per exemple, el material en línia permet, gairebé per definició, una navegació no seqüencial i no lineal i, per tant, requereix un nivell alt d’autoregulació i autoavaluació per part de l’alumne, que molt sovint en cursos introductoris de química no es posseeix (Devolder, Braak i Tondeur, 2012; Moore, Herzog

i Perkins, 2013; Moos i Azevedo, 2009). Per tant, cal concebre el material en línia no com un substitut dels llibres de text, sinó com una eina complementària per a la qual cal preparació. El fet que un contingut en línia sigui molt visual o molt interactiu no significa que tingui valor pedagògic en qualsevol context. Tot i que aquesta discussió va més enllà de l’objectiu d’aquest article, és important destacar des del començament que les eines que aquí es descriuen només podrien tenir un efecte

pedagògic positiu quan es considera detingudament el context didàctic en el qual es fan servir. En aquest article es descriuen dues aplicacions web interactives que miren de cobrir dues necessitats en la didàctica de la química ben diferenciades. D’una banda, Models360 (Prat-Resina, Holmes i Moore, 2009) se centra en l’exploració de propietats moleculars de compostos i com aquestes propietats estan relacionades amb l’estructura en 3D molecular o reticular del


pàgines. Les diferents activitats aquí exposades miraran de cobrir diferents tipus de necessitats pedagògiques en la didàctica de la química. Models360: una biblioteca en 3D interactiva La primera versió de Models360 es va idear i desenvolupar gràcies al projecte Chemical Education Digital Library (http:// www.chemeddl.org), que pertanyia al programa National Science Digital Library (http://www.nsdl.org) de la National Science Foundation (NSF) (DUE-0632303 i DUE0938039, sota la direcció de John Moore). Tot i que la idea estava basada en una aplicació anterior anomenada Inorganic Molecules: A Visual Database, que estava entre les aplicacions de subscripció del Journal of Chemical Education, es va decidir ampliar la col·lecció de molècules (de setanta a set-centes), calcular de manera quantitativa propietats moleculars i fer les pàgines web més interactives fent servir el visualitzador molecular Jmol ( Jmol..., s. a.). El criteri amb el qual es van escollir els compostos orgànics i inorgànics va ser, sobretot, pensant en la llista de compostos que els cursos de química general farien servir. Érem conscients que massa compostos farien la cerca i la navegació més difícils i, alhora,

disminuiria necessàriament la qualitat de la informació i el manteniment seria més feixuc. La mida que es va decidir és d’uns set-cents compostos moleculars. Construcció de la base de dades Cada molècula de la nostra col·lecció té tres tipus de dades diferents: descriptors, dades obtingudes per quimioinformàtica i dades calculades amb eines de la química quàntica. — Descriptors quimioinformàtics: cada molècula té associada una sèrie de descriptors (InChi, InChiKey, SMILES, nom IUPAC, PubChem i índex CAS) que permeten identificar de forma unívoca el compost. Amb un únic descriptor, es va poder connectar amb altres eines i bases de dades [CIR (NIH. Chemical identifier resolver, 2009-2016), Wikipedia, PubChem] per obtenir la resta dels descriptors. — Dades quimioinformàtiques: gràcies a les eines provinents de la quimioinformàtica, es poden automatitzar càlculs moleculars d’una manera molt senzilla. Es van fer servir eines com ara OpenBabel/Pybel (O’Boyle, Morley i Hutchison, 2008) per calcular de manera automàtica masses moleculars, estructura en 2D i connectivitat, així com per identificar compostos aromàtics, amb anells, amb diferents grups funcionals o per classificar cadenes alquíliques ramificades i lineals. — Càlculs quàntics acurats: tot i que les eines de la quimioinformàtica poden predir estructures en 3D de molècules o càrregues atòmiques, en el moment en què la molècula conté un àtom més enllà del segon període, la capacitat predictiva decau considerablement. Així, doncs, per a cada molècula, es va realitzar una sèrie de càlculs quàntics amb el funcional de la densitat b3LYP i amb base doble zeta amb

Monografia / Noves tecnologies

Una de les característiques principals de les dues plataformes web que aquí es descriuen és que les dues compilacions de dades científiques són obertes i lliures per a la descàrrega perquè qualsevol les pugui fer servir

23

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química

compost. És ben sabut que alumnes de cursos introductoris de química tenen dificultat a l’hora de visualitzar propietats moleculars com ara càrregues, moments dipolars i estructura en general i, per tant, no poden connectar estructura i propietat de manera completa (Bucat i Mocerino, 2009). La característica principal de Models360 és que mostra una única substància per pàgina i ofereix un gran ventall de propietats moleculars calculades amb les eines computacionals. D’altra banda, ChemEd X Data (Eklund i Prat-Resina, 2014) posa a disposició una interfície de taules i gràfics on l’alumne pot fàcilment navegar i representar propietats experimentals fisicoquímiques de diversos compostos a la vegada. En aquest cas, l’èmfasi de ChemEd X Data rau a deixar que l’alumne pugui comparar propietats i descobrir per si sol relacions entre estructura i propietat, a la vegada que ha de poder identificar excepcions i descobrir regularitats i lleis físiques de manera semiautònoma. Una de les característiques principals de les dues plataformes web que aquí es descriuen és que les dues compilacions de dades científiques són obertes i lliures per a la descàrrega (Prat-Resina, 2014a; Prat-Resina, 2014b) perquè qualsevol les pugui fer servir. De fet, en l’article es descriurà com altres investigadors o professionals de l’educació poden adaptar la informació que nosaltres hem compilat. L’article es divideix en tres parts principals. La primera i la segona tracten sobre el disseny, el desenvolupament i el manteniment d’aquestes eines web. La tercera és la descripció de l’ampli ventall d’activitats que es poden implementar a l’aula o fora d’aquesta i que fan ús d’aquestes


Educació Química EduQ

número 22

24

polarització. Totes les estructures moleculars han estat optimitzades a aquest nivell i s’hi ha fet un càlcul de les segones derivades de l’energia que permet calcular les freqüències i els modes normals de vibració. Una anàlisi de la funció d’ona amb l’estratègia NBO (Weinhold i Landis, 2001) permet també calcular càrregues atòmiques parcials i, fins i tot, predir diferents estructures ressonants amb els pesos corresponents. Tant l’ús del funcional b3LYP com el tractament NBO són tècniques estàndard de la química quàntica i estan àmpliament descrites en llibres de text com ara Cramer (2004). Quan es va dissenyar la base de dades, es va fer pensant que també es pogués utilitzar per a altres propòsits, a banda de Models360. Tot i que no es vegi a la plataforma web, Models360 genera la informació fent servir una API (application programming interface). Les instruccions per fer servir aquesta API es van descriure a Prat-Resina (2014c), el seu ús és públic i està a l’abast de tothom. Aquesta feina feta «entre bambolines» permet que altres aplicacions, a part de Model360, puguin fer ús de la base de dades. És el cas de les aplicacions que es troben a http://www.chemeddl.org, com ara Periodic Table Live!, ChemPrime, ChemPaths i WikiHyperglossary. Gràcies a aquesta API, l’eina de cerca de Models360 permet buscar compostos sobre la base de les seves propietats, com ara grups de simetria, es-tructura RPECV, grups funcionals i quiralitat. Una aplicació menys tècnica i més accesible a tots els usuaris són les eines per poder inserir una molècula en un blog, un correu electrònic o qualsevol altra pàgina digital. La pestanya

«Export» permet copiar el codi HTML d’una molècula específica. El web Models360 Per a cada molècula, a part de visualitzar dades estructurals com ara les distàncies, els angles, les càrregues i els moments dipolars, les propietats que es poden visualitzar estan classificades en quatre àmbits diferents: — Propietats electrostàtiques: a partir de les càrregues atòmiques NBO, el visualitzador Jmol calcula i mostra mapes electrostàtics al voltant de la molècula. Així, doncs, es poden veure superfícies d’isopotencial (vermell i blau per al potencial negatiu i positiu, respectivament) i tant superfícies de Van der Waals com superfícies planes on es projecta un color depenent del valor del potencial electrostàtic (fig. 1). El criteri per als colors també es pot canviar quan s’indica el valor de tall.

— Propietats de vibració molecular: les freqüències de vibració són les calculades en el nivell de teoria descrit més amunt, en fase gas. Així, doncs, els valors propis de la hessiana de l’energia són les constants de força de vibració harmònica i els vectors propis són els modes normals de vibració. És important entendre que aquests valors de freqüència poden ser molt diferents dels que es poden trobar experimentalment. Cal recordar que els càlculs són en fase gas. Tot i així, es pot veure un espectre infraroig teòric i, clicant sobre cada pic de l’espectre, identificar la vibració molecular a la qual correspon. La intensitat del pic també es pot predir teòricament: com més canviï el moment dipolar durant la vibració, més intens serà el pic de l’espectre (fig. 2). — Orbitals moleculars: els orbitals moleculars es poden visualitzar també gràcies a Jmol. Es mostren en forma d’isosuperfícies

Figura 1. Models360: mapa electrostàtic de l’àcid acètic projectat sobre un pla.


Monografia / Noves tecnologies Figura 2. Models360: vibracions moleculars sincronitzades amb les línies de l’espectre infraroig.

en les quals el valor de la funció d’ona té dos colors: per al valor positiu i per al negatiu. Com qualsevol funció de tres coordenades, per representar-la en 3D cal tallar-la d’acord amb un valor. D’aquí ve que l’aplicació permeti establir un valor de tall que determinarà la mida de l’orbital molecular. — Propietats de simetria puntual: l’estructura de les molècules es va optimitzar buscant el mínim absolut d’energia. D’aquí ve que, tot i que moltes molècules de la col·lecció tenen diverses estructures conformacionals, normalment es mostra l’estructura de més baixa energia, que sovint també és la més estable i la més simètrica. Inicialment, es va fer servir un codi desenvolupat per Serguei Patxkóvski per calcular els elements de simetria (Patchkovskii, 2004). Tot i així, les últimes versions de Jmol permeten trobar les operacions de simetria puntual automàticament. Models360 per a l’estat sòlid Dins la col·lecció de Models 360, hi ha una subcol·lecció d’estructures de sòlids que,

bàsicament, és la versió interactiva i millorada d’una altra eina anomenada A Window on the Solid State, també disponible només per a subscriptors del Journal of Chemical Education. Aquesta subcol·lecció millorada és oberta a tothom i té cinc subseccions: — Estructura sòlida d’elements químics: es mostra l’estructura cristal·lina més comuna de cada element químic. — Estructura d’empaquetaments metàl·lics: es mostra la

cel·la elemental de diferents empaquetaments metàl·lics, així com les capes de repetició que ajuden a diferenciar les diferents disposicions atòmiques. Vegeu la fig. 3 com a exemple il·lustratiu d’aquesta subcol·lecció. — Estructures primàries de sòlids iònics: permet distingir els llocs ocupats per anions i els forats ocupats per cations, així com diferents mides de cel·la. — Estructures de sòlids moleculars: estructura cristal·lina del gel, CO2 i sofre, que permet

Figura 3. Models360: sòlids. Quatre cel·les de l’estructura primària compacta centrada en el cos.

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química

25


Educació Química EduQ

número 22

26

diferenciar enllaços covalents i interaccions intermoleculars. — Estructures de sòlids covalents: ofereix les diferents formes al·lotròpiques del carboni i òxids de silici. Per exemple, s’hi poden veure el quars, la zeolita, el diamant, el grafit, diversos nanotubs de carboni i, sobretot, diferents mides de ful·lerè. En l’últim cas, es pot veure com una combinació de pentàgons i hexàgons permet la curvatura d’un pla de carboni en el qual tots els àtoms tenen hibridació sp2. ChemEd X Data: navegació, representació i comparació gràfica ChemEd X Data va néixer de la necessitat d’ensenyar com cal interpretar dades científiques a alumnes que feien cursos introductoris de química. En assignatures de química general, es cobreixen una sèrie de lleis i teories que permeten entendre la connexió entre l’escala atòmica i la macroscòpica (Bucat i Mocerino, 2009). Tot i així, sovint es posa massa l’èmfasi a presentar les teories i periodicitats des del començament, sense deixar que els resultats parlin per si sols. Per tal de deixar que els alumnes poguessin navegar i representar dades de manera fàcil però desestructurada, calia trobar un punt d’equilibri entre evitar una estructura i una representació massa rígides i una estructura massa desendreçada que fes la navegació impossible. Al cor d’aquest disseny, es troba l’objectiu que els alumnes practiquin l’autoregulació i l’autoavaluació (Devolder, Braak i Tondeur, 2012), i ha calgut fer diverses iteracions de disseny o implementació i l’opinió dels alumnes per aconseguir la versió última de l’aplicació que aquí es presenta. Col·lecció de dades ChemEd X Data té tres seccions principals: una de propie-

tats de compostos orgànics, una altra de propietats d’elements químics i compostos inorgànics i una tercera de valors termodinàmics per a reaccions químiques. Per a les substàncies orgàniques, es va fer una llista dels grups funcionals més comuns en cursos que fan una introducció a la química orgànica. Per a cada grup funcional, es van incloure compostos entre un i deu àtoms de carboni, incloent-hi compostos ramificats, amb anell i aromàtics. Les dades experimentals que es van extreure de forma semiautomàtica del NIST Chemistry WebBook (2016) són els punts d’ebullició i fusió, les entalpies de vaporització i fusió, les capacitats calorífiques del gas i el líquid i les entalpies normals de formació i combustió del gas i el líquid. L’estratègia que segueix el Chemistry WebBook és fer una mitjana de les dades que més consens tenen. Aquesta estratègia li dóna una de les millors fonts per a dades experimentals de qualitat. Per a la secció inorgànica, les propietats dels elements químics (punt de fusió i ebullició, radi atòmic, afinitat electrònica i energia d’ionització) es van agafar de la Wikipedia. En aquest cas, es va preferir aquesta segona opció, ja que molts dels nostres compostos no es trobaven al Chemistry WebBook i la Wikipedia ha demostrat últimament que la qualitat de les seves dades científiques supera la d’altres bases de dades de renom (Williams, Ekins i Tkachenko, 2012). Pel que fa als compostos inorgànics, estan classificats com a òxids, oxoàcids, oxosals, hidrurs, halurs i d’altres. Les propietats que es van recollir són només el punt d’ebullició i el punt de fusió i l’energia reticular iònica.

Navegació de dades a ChemEd X Data La pàgina de ChemEd X Data que es carrega per defecte és la de les substàncies orgàniques amb la propietat «Punts d’ebullició» i el grup funcional «Alcohols». Evidentment, aquesta preselecció es pot canviar. S’hi pot incloure més d’un grup funcional, però només una propietat a la vegada. Gràcies a la taula interactiva que apareix a la dreta, es poden ordenar els centenars de molècules preseleccionades per nom, propietat, nombre d’àtoms de carboni o massa molecular. La taula també permet filtrar per paraules clau i seleccionar compostos específics (fig. 4). El botó «Desar selecció» guarda la selecció específica de molècules en un únic URL. Aquesta és una eina ideal per compartir dades a classe, sigui perquè el professor vol mostrar una selecció específica de molècules o, com es veurà a l’apartat següent, perquè els estudiants realitzin la seva particular selecció de molècules i se’ls pugui avaluar per les capacitats d’exploració, selecció i interpretació de dades. El botó «View3D!» permet esbrinar si les tendències o excepcions que un pot veure en la representació gràfica poden ser explicades sobre la base de l’estructura molecular. La pàgina que es carrega quan es prem el botó «View3D!» mostra l’estructura de tantes molècules com s’hagin seleccionat a la taula. Gràcies al visualitzador Jmol, la pàgina mostra propietats com ara càrregues atòmiques, mapes electrostàtics, moments dipolars i operacions de simetria (fig. 5). Cal dir que aquestes propietats normalment són força acurades, però no tenen el rigor que tenen les propietats que es mostren a Models360.


Monografia / Noves tecnologies Figura 4. ChemEd X Data: punts d’ebullició de les molècules seleccionades a la taula.

Per a la secció inorgànica, ChemEd X Data permet seleccionar els compostos a través d’una taula periòdica interactiva. Com es pot veure a la fig. 6, s’hi poden incloure els elements o compostos clicant sobre l’element, el període o el grup de la taula periòdica. La taula interactiva permet ordenar i filtrar la selecció de la mateixa manera que ho fa per a la secció orgànica.

Figura 5. «View3D!» mostra propietats moleculars dels compostos que s’han seleccionat a la taula interactiva.

Exemples d’aplicació didàctica Models360 s’ha fet servir en diversos contextos didàctics, sigui per a demostracions a classe, laboratoris virtuals, projectes i deures, sigui com a font d’informació per a altres tasques. Una llista important d’activitats està disponible a la base de dades de la ChemEd DL («Models360 activities», s. a.), o bé es pot fer una cerca a la conferència biennal d’educació química («Presentations using Models360 at BCCE 2012», 2012). En les referències que aquí es

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química

27


Educació Química EduQ

número 22

28

Figura 6. La secció inorgànica de ChemEd X Data permet la representació de propietats d’elements i compostos seleccionant grups i períodes de la taula periòdica.

proporcionen, es pot fins i tot descarregar l’activitat en qüestió. La majoria de les activitats se centren en la visualització de la polaritat, l’estructura molecular i la simetria i com aquestes propietats moleculars tenen conseqüències en les propietats macroscòpiques del compost. Tot i que propietats com els orbitals i les vibracions moleculars podrien creure’s massa sofisticades per ser emprades en cursos d’educació secundària, cal destacar un treball en el qual s’estudia la interacció llum-matèria al batxillerat fent servir l’espectre vibracional de Models360 (Rios i Pintó, 2013). L’aplicació didàctica de ChemEd X Data és molt més concreta i, tot i que el contingut s’adequa millor a cursos universitaris, també es pot emprar a secundària. Si pensem en termes de la taxonomia de Bloom, sovint en cursos introductoris ensenyem habilitats de baix nivell (memorització i aplicació) i deixem les d’alt nivell (anàlisi, creació i avaluació)

per a cursos més avançats. El problema rau quan s’ensenya química a alumnes que no necessàriament es llicenciaran en química. Cal llavors pensar en quins són els coneixements i les habilitats que volem que els nostres alumnes adquireixin. Aquesta pregunta és encara més rellevant en el context del rol d’Internet en el coneixement, ja que hi ha molta informació en línia, però no necessàriament es tenen les capacitats per navegar, analitzar i interpretar una tal quantitat d’informació. En aquest sentit, ChemEd X Data pot ajudar a adquirir aquestes habilitats d’alt nivell en el context de la manipulació i la interpretació d’informació química. Per exemple, de més baix a més alt nivell, enumerarem els tipus d’activitats que es poden fer amb ChemEd X Data: — Capacitat d’explicar una observació: el professor preselecciona un grup de compostos i demana als alumnes que expliquin l’observació. La resposta correcta és única. Exemple: observa la figura 6 i explica la

periodicitat del radi atòmic a la taula periòdica. — Resolució de problemes: el professor preselecciona un grup de compostos i demana als alumnes que expliquin una aparent contradicció. La resposta correcta és única. Exemple: observa la figura 4; si sabem que com més massa té una molècula més alt és el punt d’ebullició, com expliques que el metanol tingui un punt d’ebullició més alt que el diclorometà? — Construcció d’un experiment i demostració: el professor posa a disposició dels alumnes l’ús de ChemEd X Data i els demana que construeixin un experiment controlat (control of variables strategy o estratègia de control de variables) que mostri una evidència d’un factor que influeixi en una propietat. La resposta correcta no és única. Exemple: escull una sèrie de compostos que mostrin una evidència que els enllaços d’hidrogen són més forts que les interaccions dipol-dipol. — Construcció de coneixement: el professor posa a disposició dels alumnes l’ús de ChemEd X Data i els demana que trobin els


A tall d’exemple, mostrem breument una part dels resultats d’una activitat fent servir ChemEd X Data en què s’avaluen les dues habilitats de més alt nivell de la llista anterior, és a dir, la construcció d’un experiment controlat i la interpretació de l’experiment. L’activitat es basa a investigar els diferents factors que poden afectar el punt d’ebullició de substàncies orgàniques: la massa, el tipus d’interacció intermolecular i l’estructura. Els seixanta-tres alumnes que van completar aquesta activitat són estudiants de química general de segon any de la llicenciatura en ciències de la salut. Els estudiants ja posseïen prou nivell de química orgànica per poder identificar els diferents grups funcionals i la seva estructura. La primera part de l’activitat pretén avaluar els coneixements de nivell baix, com ara identificar diferents grups funcionals, els tipus d’interacció intermolecular que donen i quins interaccionen d’una manera més forta. A la segona part de l’activitat, es demana als alumnes que dissenyin un experiment controlat i l’interpretin. Per exemple: 1. Fent servir ChemEd X Data, selecciona quatre compostos per investigar l’efecte que la massa té sobre el punt d’ebullició de compostos moleculars. 2. Quines conclusions en treus? Aquestes dues preguntes es repeteixen amb relació l’efecte que té la ramificació de la molècula. Es mostra un resum dels resultats a la taula 1, on a la primera

correcte, vam voler saber quants alumnes sabrien interpretar la seva pròpia representació. En aquest cas, l’efecte de la massa sembla més fàcil d’interpretar que l’efecte lineal/ramificat. Per tant, una de les conclusions que es treu d’aquesta breu anàlisi és que cal invertir temps a classe per practicar aquests tipus d’activitats d’alt nivell, tant pel que fa al disseny d’experiments com a l’avaluació. Conclusions En aquest article, hem descrit dues eines web, Models360 i ChemEd X Data, que s’han dissenyat pensant en dues necessitats pedagògiques ben diferents. Models360 se centra en la visualització en 3D de propietats moleculars, sobretot, estructurals i electrostàtiques. ChemEd X Data, en canvi, pretén posar en relleu la necessitat dels alumnes de saber explorar, seleccionar i interpretar dades científiques. Es mostren diversos exemples pràctics sobre com es poden fer servir aquestes eines a classe depenent del nivell dels alumnes i del tipus d’habilitat que es vulgui aprendre. Referències BuCAt, B.; MoCerino, M. (2009). «Learning at the sub-micro level: structural representations». A: gilBert, P. J. K.; treAgust, P. D. (ed.). Multiple representations in chemical education. Dordrecht: Springer, p. 11-29. CrAMer, C. J. (2004). Essentials of computational chemistry: Theo-

Taula 1. Resultats de dues activitats en què es pregunta sobre l’efecte de la massa i el de l’estructura de la molècula sobre el punt d’ebullició fent servir ChemEd X Data. S’hi mostra la fracció d’estudiants que construeixen un experiment vàlid i la fracció que sap interpretar-lo

Efecte de la massa

Efecte lineal/ramificat

Construeix un experiment vàlid?

69,8 % Sí

30,2 % No

40 % Sí

La interpretació és conseqüent amb l’experiment ?

88 % Sí

12 % No

40 % Sí

60 % No 44 % Ambigu

16 % Es contradiu

Monografia / Noves tecnologies

fila es pot veure la fracció d’estudiants que construeixen un bon experiment controlat, és a dir, els que seleccionen una sèrie de molècules en què només el factor que s’estudia és variable. Seguidament, es mostra quina fracció d’estudiants, independentment de si han tret la conclusió correcta, són almenys conseqüents i, per tant, saben interpretar la selecció de molècules. Per exemple, un estudiant que per investigar l’efecte de la massa hagi seleccionat metà, età, propà i butà haurà fet una bona selecció. En canvi, un estudiant que seleccioni metà, clorometà, metanol i fluorometà no haurà fet una bona selecció, ja que en aquesta segona sèrie també canvien els grups funcionals i, per tant, no només estarem avaluant l’efecte de la massa. En aquest últim cas, l’estudiant, a causa de la incorrecta selecció de molècules, ha d’acabar concloent que la molècula més massiva (el clorometà) no és la que té el punt d’ebullició més alt (metanol). Una lectura similar es pot fer de l’efecte de cadena lineal o ramificada sobre el punt d’ebullició. Tot i que les dades de la taula 1 són només els resultats d’un estudi preliminar, podem dir que, si bé la majoria dels estudiants coneixia els continguts necessaris per fer l’activitat, una fracció significativa no va saber escollir el conjunt de molècules per fer un experiment controlat. Independentment de si el conjunt de molècules escollides era el

29

Models360 i ChemEd X Data: plataformes web per navegar, representar i interpretar informació química

factors que afecten una certa propietat. La resposta correcta no és única. Exemple: investiga quines propietats moleculars afecten la capacitat calorífica; escull una sèrie de compostos que mostrin una evidència de les teves conclusions.


Educació Química EduQ

número 22

30

ries and models. Nova York: Wiley. deVolder, A.; BrAAk, J. van; tondeur, J. (2012). «Supporting self-regulated learning in computer-based learning environments: systematic review of effects of scaffolding in the domain of science education». Journal of Computer Assisted Learning [en línia], vol. 28, núm. 6, p. 557-573. eklund, B.; PrAt-resinA, X. (2014). «ChemEd X Data: exposing students to open scientific data for higher-order thinking and self-regulated learning». Journal of Chemical Education, vol. 91, núm. 9, p. 1501-1504. Jmol [recurs electrònic]: An open-source Java viewer for chemical structures in 3D (s. a.) [S. ll.: s. n.]. <http://www.jmol. org> [Consulta: 23 març 2016] «Models360 activities» (s. a.). A: ChemEd DL [en línia]: Chemical Education Digital Library. Washington: American Chemical Society. <http://serc. carleton.edu/sp/chemed-dl/ activities.html?search_text= models+360&Search=search> [Consulta: 23 octubre 2016]. Moore, E. B.; Herzog, T. A.; Perkins, K. K. (2013). «Interactive simulations as implicit support for guided-inquiry». Chemistry Education Research and Practice [en línia], vol. 14, núm. 3, p. 257-268. Moos, D. C.; AzeVedo, R. (2009). «Learning with computerbased learning environments: a literature review of computer self-efficacy». Review of Educational Research, vol. 79, núm. 2, p. 576-600. NIH [en línia]: Chemical identifier resolver (2009-2016). Rockville: National Cancer Institute. <http://cactus.nci.nih.gov/ chemical/structure> [Consulta: 23 octubre 2016]. NIST Chemistry WebBook [en línia] (2016). Gaithersburg: National

Institute of Standards and Technology. <http://webbook. nist.gov/chemistry/> [Consulta: 23 octubre 2016]. o’Boyle, N. M.; Morley, C.; HutCHison, G. R. (2008). «Pybel: a Python wrapper for the OpenBabel cheminformatics toolkit». Chemistry Central Journal, vol. 2, núm. 1, p. 5. PAtCHkoVskii, S. (2004). «S. Patchkovskii brute force symmetry analyzer». A: GitHub [en línia]. San Francisco: GitHub. <https:// github.com/nquesada/sym metry> [Consulta: 23 març 2016] PrAt-resinA, X. (2014a). «ChemEd X Data dataset. July, 30». A: Figshare [en línia]. Londres: Boston: Nova York: s. n. <http://fig share.com/articles/ChemEd_X_ Data_dataset/1121665> [Consulta: 23 octubre 2016]. — (2014b). «Models360 dataset. August, 15». A: Figshare [en línia]. Londres: Boston: Nova York: s. n. <http://figshare. com/articles/Models_360_ dataset/1140328> [Consulta: 23 octubre 2016. — (2014c). «Using molecular and element data from Models360 with ChemEd DL API». A: Bits and bytes of learning [en línia]. [S. ll.: s. n.]. <http://xaviera tumr.blogspot.com/2014/08/ using-molecular-and-ele ment-data-from.html> [Consulta: 23 octubre 2016]. PrAt-resinA, X.; eklund, B. P. (2014). ChemEd X Data web platform [en línia]. Rochester: Universitat de Minnesota. <http://chemdata. r.umn.edu/chemedXdata/> [Consulta: 23 octubre 2016]. PrAt-resinA, X.; HolMes, J.; Moore, J. W. (2009). «ChemEd DL application: Models360». A: ChemEd DL [en línia]: Chemical Education Digital Library. Washington: American Chemical Society. <http://www.chem eddl.org/resources/mod els360/> [Consulta: 23 octubre 2016].

«Presentations using Models360 at BCCE 2012» (2012). A: Online program guides archive [en línia]. Washington: American Chemical Society. Biennial Conference on Chemical Education. <http://www.bcceprogram. haydenmcneil.com/?s=models +360&submit.x=0&submit.y=0)> [Consulta: 23 octubre 2016]. rios, R.; Pintó, R. (2013). «Seqüència d’ensenyament-aprenentatge per a l’estudi de la interacció llum-matèria a secundària». Ciències: Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària, núm. 24, p. 2-8. weinHold, F.; lAndis, C. R. (2001). «Natural bond orbitals and extensions of localized bonding concepts». Chemistry Education Research and Practice, vol. 2, núm. 2, p. 91-104. williAMs, A. J.; ekins, s.; tkACHenko, V. (2012). «Towards a gold standard: regarding quality in public domain chemistry databases and approaches to improving the situation». Drug Discovery Today, vol. 17, núm. 13-14, p. 685-701.

Xavier Prat-Resina És llicenciat en química (UB) i doctor en química teòrica (UAB). És assistant professor al Center for Learning Innovation de la Universitat de Minnesota a Rochester. Els seus interessos de recerca giren entorn del disseny d’eines web per ajudar en la implementació i l’avaluació d’innovacions pedagògiques. En particular, desenvolupa eines per a ensenyament actiu, flipped classroom i avaluació continuada per a classes de química general i de termodinàmica. A/e: pratr001@r.umn.edu.


Brief introduction to the digitalization of chemical information Roger Estrada-Tejedor i Jordi Cuadros / IQS Universitat Ramon Llull

DOI: 10.2436/20.2003.02.164 http://scq.iec.cat/scq/index.html

Breu introducció a la digitalització de la informació química

resum La informació química, que tradicionalment s’havia gestionat a través de llibres, paradigmàticament, a través del

31

Chemical Abstracts Service i dels diversos handbooks, ha migrat progressivament a la xarxa. Actualment, a la xarxa hem tingut a l’abast. Però accedir-hi requereix assolir algunes destreses que fins ara no han trobat un lloc en els estudis oficials de l’àmbit de la química. Aquest article presenta una breu introducció a les notacions i codis que s’usen per identificar les espècies químiques en entorns informàtics, al mateix temps que s’hi mostren algunes de les bases de dades d’informació química que són accessibles de forma gratuïta.

paraules clau Informació química, bases de dades químiques, notació lineal, SMILES, InChI.

abstract Chemical information, once managed in books, paradigmatically in Chemical Abstracts Service and several handbooks, has now migrated to the Internet. Nowadays, many large databases, both commercial and freely available, have much more information than we have ever had. But accessing them requires some skills that are not yet taught in the official chemistry degrees. This paper presents a brief introduction to the notations and codes that are currently used to identify the chemical species in computer environments. At the same time, some freely available chemistry databases are presented.

keywords Chemical information, chemistry databases, line notation, SMILES, InChI.

Introducció Si heu buscat mai una substància química a la Viquipèdia, haureu observat que en el ChemBox («Wikipedia:Chemical infobox», 2016) apareix tot un reguitzell d’identificadors que s’usen per identificar la substància en el món digital (fig. 1). Perquè, com ha anat passant amb altres tipus de dades (llibres, imatges, vídeos, mapes, etc.), la informació química s’emmagatzema i es processa cada vegada més en entorns i formats digitals. Explicar què signifiquen aquests identificadors i, de forma més general, com es pot treballar

digitalment amb la informació química disponible a la xarxa, una habilitat que de ben segur serà fonamental per als qui es dediquin a la química en els propers anys, ha estat l’objectiu del darrer OLCC (OnLine Chemistry Course) (Belford, 2016) i també és el de la breu introducció que presentem en aquest article. En aquest article, es discutiran, d’una banda, les notacions lineals més usades per a la descripció d’estructures químiques i, de l’altra, els identificadors de registre més usats i les bases de dades químiques que en són l’origen.

Notació lineal de les estructures químiques La necessitat d’expressar i emmagatzemar la informació estructural d’una substància química de forma que aquesta es pugui processar informàticament apareix a mitjan segle xx, quan els primers ordinadors comencen a trobar el seu lloc en empreses i centres de recerca. Des de llavors, s’han generat diferents alternatives per representar aquesta informació de forma compacta (Heller et al., 2013), entre les quals hi ha les notacions lineals, que destaquen per la facilitat de processament i d’interpretació

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 31-37

hi ha grans bases de dades, tant comercials com d’accés gratuït, que contenen molta més informació de la que mai


Educació Química EduQ

número 22

32

Figura 1. Identificadors digitals de l’acetona segons la Wikipedia en anglès («Acetone», 2016).

bàsiques, interpretar i expressar fàcilment la major part de les molècules orgàniques habituals. A la fig. 2 es representa la molècula de l’acetat d’etil per mitjà dels tres tipus de notacions lineals comentats fins al moment. Encara que no tinguem cap coneixement previ dels SMILES, hom pot adonar-se de seguida de la seva utilitat. Tal com es pot observar a l’exemple de la figura, la notació SMILES representa els àtoms pel seu símbol. Els àtoms corresponents a dos símbols consecutius poden estar enllaçats mitjançant un enllaç senzill (–), doble (=) o triple (#), segons el símbol emprat. Tanmateix, els enllaços senzills es poden obviar i, normalment, no s’indiquen en la notació SMILES. Una de les característiques que facilita més la lectura dels SMILES és el fet d’indicar les ramificacions entre parèntesis.

A partir d’aquí, hom pot trobar expressions més complexes que permeten descriure característiques específiques. Per exemple, l’aromaticitat s’indica amb els símbols químics en minúscules, i els símbols @@ i @ informen si els substituents d’un centre quiral s’indiquen en sentit horari o antihorari, o s’empren números per indicar substitucions isotòpiques en àtoms específics de l’entitat química. Un dels avantatges dels SMILES és que es poden crear a partir de gairebé qualsevol punt de la molècula i obtenir, independentment del camí recorregut, una notació correcta. Per exemple, la propan-2-amina està representada com a CC(N)C a la taula 2, però també es podria expressar com a CC(C)N o C(C)(C) (N). Però aquest avantatge també facilita que cada programa pugui emprar un algorisme

tant pels humans com per part d’ordinadors. Entre les notacions lineals sorgides al llarg dels anys, dues són actualment les més reconegudes i utilitzades: SMILES (simplified molecular input line entry system) i InChI (international chemical identifier). Figura 2. Representació en notació WLN, ROSDAL i SMILES de la molècula d’acetat

SMILES i OpenSMILES La notació SMILES (Weininger, 1988) va suposar un punt d’inflexió en els sistemes de notació lineal. Si bé les notacions anteriors ja permetien codificar la connectivitat molecular, ho feien a partir de la codificació dels elements i grups funcionals enllaçats (Wiswesser line notation, WLN) (Wiswesser, 1954) o a partir de la numeració dels àtoms implicats (representation of organic structures description arranged linearly, ROSDAL) (Barnard, Jochum i Welford, 1989). A diferència de les anteriors, els SMILES fan possible que tothom pugui, amb unes poques regles

d’etil: a) WLN, b) ROSDAL, c) SMILES. Taula 1. Llista d’algunes de les regles bàsiques que ens poden ajudar a interpretar fàcilment la notació SMILES amb un exemple de cada tipus

1. Els àtoms més comuns són representats pel seu símbol químic (B, C, N, O, F, P, S, Cl, Br i I), sempre que el seu estat d’oxidació sigui el més baix compatible amb el nombre d’enllaços entre els estats d’oxidació comuns de l’element. Els símbols corresponents a altres àtoms o estats d’oxidació, entre claudàtors. Els hidrògens s’ometen, excepte aquells lligats a un àtom expressat entre claudàtors. 2. Els enllaços simples, dobles i triples es representen mitjançant els símbols –, = i #, respectivament. Els enllaços simples es poden ometre. 3. Les ramificacions es representen entre parèntesis. 4. S’empren números per indicar els àtoms que defineixen un anell. Els números apareixen duplicats i indiquen que els àtoms que els precedeixen estan units per un enllaç simple.


SMILES

2-etilhexà

CC(CC)CCCC

propan-2-amina

CC(N)C

1,4-diaminobenzè

c1(N)ccc(N)cc1

biciclo[5.3.0]decapentaè

c1ccc2cccc2cc1

L’InChI va ser presentat públicament el 2005, després de cinc anys de treballs d’una comissió mixta de la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) i el NIST (National Institute of Standards and Technology) de construcció diferent, cosa que en dificulta la interrelació. Els SMILES creats per programes informàtics s’anomenen canònics, en el sentit que són únics per a cada estructura química. Malgrat això, els SMILES canònics de diferents programes solen ser diferents. Per aquest motiu, la comunitat Blue Obelisk ha publicat l’estàndard OpenSMILES (http://open smiles.org/), que posa a l’abast de la comunitat científica un dialecte obert dels SMILES, alhora que ofereix una plataforma interactiva per debatre i establir uns criteris que s’adeqüin a les necessitats actuals ( James, 2016). Per les seves característiques, els SMILES constitueixen un dels formats comunament emprats per realitzar cerques en les bases de dades d’estructures químiques. Aquesta finalitat requereix adaptar els SMILES a una notació molt més flexible que permeti cercar fragments estructurals concrets. Els SMARTS (SMILES arbitrary target specification) permeten descriure

patrons i facilitar la cerca de subestructures. A més, incorporen operadors lògics i caràcters comodí per admetre, per exemple, diferents àtoms en una mateixa posició. Una altra extensió dels SMILES són els SMIRKS, utilitzats per descriure reaccions químiques. Tal com succeïa també en els casos anteriors, cada implementació de SMIRKS utilitza una estratègia diferent per representar la reacció química. Normalment, els reactius i productes s’expressen en notació SMILES o SMARTS, amb la mateixa numeració i separats pel símbol >>.

Figura 3. InChI del 2-metilfenol obtingut amb la versió actual per a Windows del programa de l’InChI Trust.

Monografia / Noves tecnologies

Compost

InChI i InChIKey L’InChI va ser presentat públicament el 2005 (Coles et al., 2005), després de cinc anys de treballs d’una comissió mixta de la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) i el NIST (National Institute of Standards and Technology). L’objectiu que es persegueix amb la seva elaboració és crear un identificador que pugui ser usat de forma consistent en qualsevol base de dades o programa informàtic. Això implica que l’algorisme usat per crear un identificador estàndard ha de ser obert (Heller et al., 2013). A més, es tracta d’un identificador pensat per ser codificat amb el suport d’algorismes automàtics, encara que la interpretació pot fer-se sense suport computacional. Actualment, la gestió i el control de l’InChI està a les mans de l’InChI Trust i la documentació

33

Breu introducció a la digitalització de la informació química

Taula 2. Exemples de la utilització dels SMILES


Educació Química EduQ

número 22

34

actualitzada pot trobar-se al web http://www.inchi-trust.org/ (InChI Trust, 2016). La versió actual és la 1.04 i data del 2011. La fig. 3 mostra l’InChI del 2-metilfenol obtingut amb aquesta versió del programari oficial, InChI=1S/C7H8O/ c1-6-4-2-3-5-7(6)8/h2-5,8H,1H3. Com es pot veure i pel fet de ser una notació lineal, l’InChI és una cadena de text. Està constituït per un prefix i fins a sis capes diferents d’informació. Només es presentarà en aquesta breu introducció el prefix i l’estructura de la capa principal. El prefix indica la versió de l’identificador; en el cas de l’InChI estàndard (el més recomanat des de la versió 1.02 de l’algorisme), és InChI=1S. La capa principal, que és la primera que apareix a l’InChI i l’única que s’usa en el cas d’estructures senzilles, està formada per tres elements: — La fórmula, com a fórmula molecular escrita en l’ordre de Hill. En el cas del 2-metilfenol, és /C7H6O. — La subcapa de connectivitat, que indica quins àtoms (excloent-ne hidrògens) estan connectats entre si. En el cas del 2-metilfenol, aquesta subcapa correspon al fragment /c1-6-4-23-5-7(6)8. Per a la interpretació de la capa, cal tenir present que els àtoms es numeren començant pels carbonis i continuant pels heteroàtoms seguint l’ordre alfabètic dels símbols químics; a l’exemple que s’està seguint, l’àtom 8 correspon a l’oxigen. — La subcapa d’hidrògens, que indica a quins àtoms hi ha hidrògens enllaçats. Per al 2-metilfenol, aquesta subcapa és /h2-5,8H,1H3 i indica que el carboni 1 té tres hidrògens i que els àtoms 2, 3, 4, 5 i 8 tenen un hidrogen enllaçat. El carboni 6, el que té el grup metil, i el carboni 7, el que té el grup hidroxil, no tenen hidrògens.

Paral·lelament a les notacions lineals, l’altra estratègia que s’ha usat i s’usa per identificar entitats químiques són els identificadors de registre. De forma simple, un identificador de registre és un codi únic, normalment breu, que permet identificar unívocament un registre en una taula de dades La resta de les capes de l’InChI permet indicar, opcionalment, la càrrega i l’estat de protonació, la isomeria geomètrica, la presència d’isòtops, la tautomeria i les interaccions entre tautomeria i substitucions isotòpiques. Paral·lelament a l’InChI, se sol trobar un altre identificador derivat d’aquest, l’InChIKey, una cadena de longitud fixa (vint-i-set caràcters) que s’obté a través d’una funció resum (hash) aplicada a l’InChI. No és interpretable, però presenta com a avantatges que és més compacte i que es pot usar com a paraula de cerca en cercadors d’Internet per localitzar informació sobre compostos químics. Per exemple, per trobar informació de la substància química aigua, es pot usar la crida següent: https://www.google.es/ search?q=XLYOFNOQVPJJNPUHFFFAOYSA-N. Identificadors de registre i bases de dades d’estructures químiques Paral·lelament a les notacions lineals, l’altra estratègia que s’ha usat i s’usa per identificar entitats químiques són els identificadors de registre. De forma simple, un identificador de registre és un codi únic, normalment breu, que

permet identificar unívocament un registre en una taula de dades. Aquests identificadors no contenen informació química i, per tant, la conversió entre una espècie química i el seu codi només es pot fer a través de la taula de dades on apareixen ambdues informacions. Aquest és el motiu pel qual parlar d’un identificador implica parlar d’una base de dades i viceversa. Hi ha gairebé tants identificadors com bases de dades d’informació química. Si bé, per definició, la relació entre identificador i base de dades hauria de fer que els identificadors no tinguessin sentit més enllà d’aquesta, l’existència de bases de dades que incorporen més d’un identificador i la possibilitat de creuar els registres a través de les notacions lineals permeten que alguns esdevinguin identificadors comuns. Entre aquests, destaquen, per la seva utilització, el CAS RN (chemical abstract service registry number), el CID (compound identifier) i el SID (substance identifier), de PubChem, i el CSID (ChemSpider identifier), de ChemSpider. Altres identificadors es poden veure a la fig. 1. En qualsevol cas, hi ha un aspecte fonamental que cal tenir en compte quan s’usen aquests identificadors: quines són les entitats de la taula de dades a què es refereixen? CAS RN En la data d’escriptura d’aquest article, gener de 2016, el Chemical Abstracts Service ha atorgat més de dos-cents milions de CAS RN. L’identificador correspon a una seqüència de fins a deu dígits separada en tres blocs, el darrer dels quals és un dígit de control. Cada CAS RN correspon a una entitat química diferent, i la taula de dades inclou els tipus d’entitats següents: compostos orgànics i inorgànics, metalls,


Monografia / Noves tecnologies

PubChem és una base de dades desenvolupada pel National Institute of Health que conté molta informació sobre compostos químics. Inclou informació química, estructural, bioquímica i bibliogràfica de més de vuitanta-nou milions d’espècies químiques

PubChem: CID i SID PubChem és una base de dades desenvolupada pel National Institute of Health que conté molta informació sobre compostos químics (Kim et al., 2016). Inclou informació química, estructural, bioquímica i bibliogràfica de més de vuitanta-nou milions d’espècies químiques. Entre altres opcions, s’hi pot

Figura 4. Pàgina corresponent a l’hexan-1-ol al NIST Chemistry WebBook.

Figura 5. Pàgina corresponent a l’hexan-1-ol al ChemIDplus.

cercar per nom, mitjançant les notacions lineals esmentades anteriorment o emprant l’identificador propi de la base de dades, el CID, un número enter que identifica, de forma inequívoca, una estructura química continguda a PubChem. Se’n mostra un exemple a la fig. 6. PubChem és, funcionalment, un agregador d’informació, és a dir, es basa a reunir i relacionar informacions aportades des d’altres proveïdors. De fet, PubChem permet traçar l’origen de cada informació. Per a cada parella de compost i proveïdor,

s’assigna un identificador anomenat SID, que és l’identificador de l’entitat química en el context del proveïdor. Per exemple, l’aspirina disposa d’un CID, el 2244, i correspon a múltiples SID, un per cada proveïdor d’informació: per exemple, la informació proveïda per SigmaAldrich té el SID 24890623 i la proporcionada per Life Chemicals, el 315361071. ChemSpider: CSID El darrer identificador i base de dades que es presenten en aquest article és ChemSpider.

Breu introducció a la digitalització de la informació química

aliatges, minerals, compostos de coordinació, compostos organometàl·lics, substàncies elementals, isòtops, ions, partícules subatòmiques, proteïnes i àcids nucleics, polímers, materials de composició variable... («CAS REGISTRY and CAS RN FAQs», 2016). Conté referències a les entitats químiques citades en la literatura científica des del 1957. A més de ser l’identificador principal per a entitats químiques de les bases de dades de l’American Chemical Society, com l’SciFinder (http://www.cas.org/ products/scifinder) (SciFinder…, 2016), diverses bases de dades d’accés gratuït també usen el CAS RN com a identificador. Alguns exemples són el NIST Chemistry WebBook (http://webbook.nist.gov/ chemistry/) («Libro del web de química del NIST», 2016) (fig. 4) o el ChemIDplus (https://chem.nlm. nih.gov/chemidplus/) («ChemIDplus Advanced…», 2013) (fig. 5).

35


Com PubChem, ChemSpider és un agregador de continguts de fonts diverses que manté les referències degudes a les fonts d’origen de la informació

Figura 6. Pàgina corresponent a l’hexan-1-ol a PubChem.

Educació Química EduQ

número 22

36

Conclusions Com s’ha dit al començament, la informació química que sempre havíem cercat en llibres ara està disponible a través de diferents bases de dades. Conèixer-les i saber com s’hi pot accedir obre les portes a un volum d’informació que anirà creixent. S’han presentat en aquest article dues de les notacions lineals més usades, SMILES i InChI, i els identificadors més comuns, CAS RN, CID i CSID. Són les claus que donen accés a aquest creixent volum d’informació estructurada. S’hi han citat també, a tall d’exemple, algunes bases de dades d’accés gratuït, com són PubChem, ChemSpider, el NIST Chemistry WebBook i el ChemIDplus. Només són alguns exemples per tal d’introduir els lectors en el món que la política de dades obertes està obrint en l’àmbit de la química.

Figura 7. Pàgina corresponent a l’hexan-1-ol a ChemSpider.

Creat el 2008 (Williams, 2008), fou adquirit per la Royal Society of Chemistry el 2009. Conté més de cinquanta-vuit milions d’estructures moleculars i, de forma anàloga a l’anterior, cada compost contingut en aquesta base de dades té assignat un identificador únic, el CSID. Per exemple, a l’aspirina li correspon el CSID 2157 i a l’hexan-1-ol, el 7812 (fig. 7).

Com PubChem, ChemSpider és un agregador de continguts de fonts diverses que manté les referències degudes a les fonts d’origen de la informació. Com a diferències principals, cal esmentar el model de curació que usa ChemSpider, amb la participació d’usuaris i experts, l’ús d’un nombre més gran de fonts d’informació i una vinculació al món biomèdic menys destacada.

Referències «Acetone» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia. org/w/index. php?title=Acetone&old id=755212721> [Consulta: 15 octubre 2016]. BArnArd, J. M.; JoCHuM, C. J.; welford, S. M. (1989). «RODAL: a universal structure/substructure representation for


Monografia / Noves tecnologies

opensmiles.html> [Consulta: 25 octubre 2016]. kiM, S.; tHiessen, P. A.; Bolton, E. E.; CHen, J.; fu, G.; gindulyte, A.; HAn, L.; He, J.; He, S.; sHoeMAker, B. A.; wAng, J.; yu, B.; zHAng, J.; BryAnt, S. H. (2016). «PubChem substance and compound databases». Nucleic Acids Research, vol. 44, núm. D1, p. D1202-D1213. «Libro del web de química del NIST» (2016). A: NIST [en línia]: National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. <http://webbook. nist.gov/chemistry/> [Consulta: 17 gener 2016]. SciFinder [recurs electrònic]: A CAS solution (2016). Columbus: CAS. <https://scifinder. cas.org> [Consulta: 17 gener 2016]. weininger, D. (1988). «SMILES, a chemical language and information system. 1. Introduction to methodology and encoding rules». Journal of Chemical Information and Computer Sciences, núm. 28, p. 31-36. «Wikipedia:Chemical infobox» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia. org/w/index.php?title= Wikipedia:Chemical_ infobox&oldid=745874507> [Consulta: 20 octubre 2016]. williAMs, A. (2008). «ChemSpider and its expanding web: building a structure-centric community for chemists». Chemistry International [en línia], vol. 30, núm. 1, s. p. <https://www.iupac.org/ publications/ci/2008/3001/ic_ chemspider.html> [Consulta: 20 octubre 2016]. wiswesser, W. J. (1954). A line-formula chemical notation. Nova York: Thomas Crowell.

Roger Estrada-Tejedor És llicenciat en química per la IQS School of Engineering de la Universitat Ramon Llull (URL) i doctor per la mateixa Universitat, així com màster en estadística

37

per la UNED. Actualment és professor a l’Institut Químic de Sarrià de la URL i desenvolupa la recerca al Departament de Química Orgànica i Farmacèutica. Ha participat en diversos projectes de recerca i innovació docent i en cursos per a docents en l’àmbit de la física i la química. A/e: roger.estrada@iqs.edu.

Jordi Cuadros És professor titular a l’Institut Químic de Sarrià (IQS) de la Universitat Ramon Llull (URL), dins del Departament de Mètodes Quantitatius. És doctor en química per la URL i llicenciat en pedagogia per la UNED. Ha estat treballant durant dos anys en el projecte ChemCollective de la Universitat Carnegie Mellon (Pittsburgh, EUA) i actualment és l’investigador principal del grup de recerca ASISTEMBE (Analytics, Simulations and Inquiry in STEM and Business Education). Col·labora en la coordinació dels cursos de formació per a docents de batxillerat que s’ofereixen a l’IQS en l’àmbit de les ciències. A/e: jordi.cuadros@iqs.edu.

Breu introducció a la digitalització de la informació química

PC-host communication». Chemical Structure and Information Systems: Interfaces, Communication, and Standards, núm. 400, p. 76-81. Belford, R. E. (2016). «IUPAC OLCC talk». A: YouTube [en línia]. San Bruno: YouTube. <https://www. youtube.com/watch?v=dSO mbBsmbJY> [Consulta: 15 octubre 2016]. «CAS REGISTRY and CAS RN FAQs» (2016). A: CAS [en línia]: A division of the American Chemical Society. Columbus: American Chemical Society. CAS. <https://www.cas.org/ content/chemical-substances/ faqs> [Consulta: 20 octubre 2016]. «ChemIDplus Advanced: chemical information with searchable synonyms, structures, and formulas» (2013). A: ChemIDplus [en línia]: A Toxnet database. Bethesda: US National Library of Medicine. <https:// chem.nlm.nih.gov/chem idplus/> [Consulta: 20 octubre 2016]. Coles, S. J.; dAy, N. E.; MurrAy-rust, P.; rzePA, H. S.; zHAng, Y. (2005). «Enhancement of the chemical semantic web through the use of InChI identifiers». Organic & Biomolecular Chemistry, núm. 3, p. 1832-1834. Heller, S.; MCnAugHt, A.; stein, S.; tCHekHoVskoi, D.; PletneV, I. (2013). «InChI: the worldwide chemical structure identifier standard». Journal of Cheminformatics [en línia], vol. 5, núm. 7, s. p. <https://jcheminf.springer open.com/articles/10.1186/ 1758-2946-5-7> [Consulta: 20 octubre 2016]. InChI Trust [recurs electrònic] (2016). Cambridge: InChI Trust. <http://www.inchi-trust.org/> [Consulta: 7 gener 2016]. JAMes, C. A. (2016). «OpenSMILES specification». A: OpenSMILES [recurs electrònic]. [S. ll.: s. n.]. <http://opensmiles.org/


DOI: 10.2436/20.2003.02.165 http://scq.iec.cat/scq/index.html

38

Usem la Viquipèdia per ensenyar química? Can we use Wikipedia to teach chemistry? Jordi Cuadros / IQS Universitat Ramon Llull Xavier Dengra / Universitat de Copenhaguen / Amical Wikimedia Roger Marginet / Projecte IEC-Viquipèdia

resum

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 38-47

Tots hem emprat alguna vegada la Viquipèdia. I tots hem escoltat recels sobre la seva validesa acadèmica. Des de l’origen, l’any 2001, les reflexions sobre la seva fiabilitat i la manera adequada d’usar-la en entorns acadèmics s’han anat succeint periòdicament. Tanmateix, cada cop es desenvolupen més projectes, tant dins la mateixa Viquipèdia com en el seu entorn, orientats a la seva utilització en àmbits educatius i pedagògics. En aquesta contribució, es revisen els valors i límits de la Viquipèdia com a recurs didàctic i se n’emfasitzen aquells aspectes més significatius per a l’ensenyament de la química.

paraules clau Viquipèdia, fiabilitat, recurs didàctic, química.

abstract Anyone of us have used Wikipedia at some point. And anyone of us has listened to the concerns that exist over its academic use. Since its origin, back in 2001, many discussions on its reliability and on the right ways to use it have come to light. At the same time, many projects have evolved to make it relevant in educational and pedagogical settings. In this contribution, we revise the virtues and the limits of using Wikipedia as a teaching resource. Most attention will be placed on the most significant aspects for chemistry education.

keywords Wikipedia, reliability, teaching resource, chemistry.

Introducció Pràcticament qualsevol persona utilitza la Viquipèdia; de fet, la Viquipèdia en anglès era, el maig de 2016, el cinquè lloc web més visitat segons el rànquing d’Alexa («Wikipedia.org traffic…», 2016). En el context acadèmic, diversos estudis (Aibar et al., 2015; Head i Eisenberg, 2010; Selwyn i Gorard, 2016) indiquen que la Viquipèdia és emprada tant pel professorat com per l’alumnat. Al mateix temps, però, com a docents, manifestem sovint dubtes sobre el seu ús (Jemielniak i Aibar, 2016). Altrament, sovint trobem que cercadors com ara Google i

knowledge graphs com el de Google o el de WolframAlpha reconeixen la vàlua d’aquesta informació i la utilitzen per alimentar les seves bases de dades semàntiques (fig. 1). Davant d’aquestes incoherències i dubtes, en aquest article proposem fer un recorregut pel funcionament de la Viquipèdia i pel que coneixem de la seva validesa i fiabilitat, per després seguir presentant les eines que l’enciclopèdia lliure i els seus projectes germans ofereixen per a l’aprenentatge de la química. Acabarem fent menció dels projectes (viquiprojectes) en curs per millorar els continguts

disponibles a la Viquipèdia en català en l’àmbit de la química i, en particular, del projecte IECViquipèdia, iniciat l’any 2016. El desenvolupament d’aquest treball se centra, pel que fa a les versions idiomàtiques del web, en la Viquipèdia en anglès (Wikipedia) i en català. Tanmateix, s’oferiran al lector interessat diversos recursos per reproduir la mateixa anàlisi en qualsevol altra llengua. Sobre la Viquipèdia Què és la Viquipèdia? Entre d’altres, la definició estàndard que proporciona la


Figura 1. Referències usades per WolframAlpha per a les dades dels elements químics.

mateixa Viquipèdia és la següent («Viquipèdia:Quant a la Viquipèdia», 2015):

Una enciclopèdia de contingut lliure que és fruit de la col·laboració de gent de tot arreu. És una plana web wiki, el que vol dir que tothom pot modificar qualsevol article ara mateix fent clic a l’enllaç modifica que apareix a dalt de la plana (a excepció d’algunes planes protegides).

La Viquipèdia va néixer el gener de 2001 per obrir a l’edició collaborativa un projecte d’enciclopèdia anterior, la Nupedia («History of Wikipedia», 2016). L’edició en català es va inaugurar el març de 2001 i es va convertir en la primera versió no anglesa de l’enciclopèdia en línia a acollir contingut amb l’article «Àbac» («Viquipèdia:Quant a la Viquipèdia», 2015). Actualment, l’edició anglesa conté més de 5,4 milions d’entrades i ha estat editada més de vuit-cents noranta milions de vegades per la seva comunitat, de la qual més de trenta milions són usuaris registrats («Wikipedia:Statistics», 2016).

L’edició catalana, per la seva banda, conté més de cinc-cents mil articles de contingut editats més de divuit milions de vegades, i té més de dos-cents cinquanta mil usuaris registrats («Especial:Estadístiques», 2016). Hi ha edicions en dues-centes quaranta-una llengües i l’edició catalana és la dissetena en nombre d’entrades («Estadístiques de la Viquipèdia:Mapa del lloc», 2016). I com es gestiona la Viquipèdia? El projecte global, que inclou les diverses viquipèdies i projectes germans, està administrat per la Wikimedia Foundation (Wikimedia Foundation, 2016), una organització sense ànim de lucre amb base a San Francisco que es manté per mitjà de donatius. A més de l’organització principal, els usuaris poden constituir diferents grups de suport als projectes de l’organització Wikimedia. Aquests grups poden optar a tres models d’afiliació a la Wikimedia Foundation: capítols territorials, organitzacions temàtiques i grups d’usuaris («Wikimedia movement affiliates», 2016). En l’àmbit català, l’associació Amical Wikimedia és una organització temàtica reconeguda per la Wikimedia Foundation i dedicada a promoure la llengua i

Com es gestionen els usuaris i els continguts de la Viquipèdia? Com ja s’ha comentat, la Viquipèdia es va creant de forma viva a partir de les contribucions dels usuaris. Però com s’aconsegueix que aquest procés d’edició compartida funcioni de manera coordinada? A «Wikipedia:Editorial oversight and control» (2016), es recullen els diferents mecanismes que s’usen per controlar aquesta creació compartida. Resumint-ho, s’hi destaquen nou procediments principals: 1. La vigilància dels usuaris de bona fe, que corregeixen els errors i les edicions de mala fe habitualment de forma ràpida. 2. La creació col·laborativa de coneixement, de manera que cada usuari contribueix en allò que més bé coneix. 3. L’estructura wiki, que permet una única pàgina per tema i força positivament el debat i la col·laboració. 4. L’existència i el respecte dels principis i les polítiques de funcionament. 5. L’ús d’una ètica basada en el consens, de manera que es promou la discussió d’aquells aspectes que generen desacord. 6. L’existència de procediments d’escalat i de resolució de conflictes.

Monografia / Noves tecnologies 39

Usem la Viquipèdia per ensenyar química?

la cultura catalanes tant a la Viquipèdia en català com a la resta de les viquipèdies. És una associació, doncs, sense ànim de lucre i basada en subvencions de la Wikimedia Foundation, donatius i quotes dels membres (Amical Wikimedia, 2016). Més enllà dels aspectes administratius, el contingut de les viquipèdies està autogestionat pels usuaris en línia i les filiacions de la Wikimedia Foundation no hi tenen poder editorial. Per tant, per entendre’n i valorar-ne el contingut, cal entendre com s’organitzen aquestes enciclopèdies virtuals.


7. El monitoratge de les edicions i l’existència d’elements de programari que alerten quan es produeixen els canvis. 8. El bloqueig d’usuaris i els sistemes de protecció de continguts. 9. La utilització de marques diverses, que permet identificar amb facilitat les característiques d’una entrada determinada.

Educació Química EduQ

número 22

40

Com es pot observar, alguns d’aquests criteris es basen en l’establiment de diferents nivells d’usuaris. Sense entrar en tota la tipologia d’usuaris que permet la Viquipèdia («Wikipedia:User access levels», 2016), és bo tenir-ne presents els tipus principals: usuaris anònims, usuaris registrats, usuaris actius, usuaris confirmats, administradors, buròcrates i bots. Habitualment, quan naveguem per la Viquipèdia, ho fem com a usuaris anònims. En aquesta situació, estem identificats per la nostra adreça IP i, si editem una pàgina, aquesta és la informació que queda registrada. Els usuaris registrats són aquells que han creat un compte a la plataforma i s’han identificat en usar-la. És recomanable accedir com a usuari registrat quan s’edita una pàgina de la Viquipèdia. Són usuaris confirmats aquells que tenen una antiguitat i una experiència tals que els capaciten per realitzar funcions que tenen una certa protecció. Els buròcrates poden, en alguns casos determinats, atorgar ad hoc aquest estat de confirmació. De manera similar, s’anomenen usuaris actius aquells que han fet alguna edició en els darrers trenta dies. A més d’aquests usuaris comuns, n’hi ha que, per elecció entre la comunitat d’usuaris actius, tenen assignats rols especials: són els administradors i els buròcrates. Els administradors tenen més atribució sobre el control del contingut i els buròcrates tenen com a funció

principal la gestió dels nivells d’usuaris (previ consens). Tant administradors com buròcrates s’escullen dins el marc de cada Viquipèdia i de forma independent. Amb més atribucions, hi ha usuaris que tenen rols d’administració global entre projectes i llengües: els stewards. Finalment, els bots són usuaris robot programats per altres usuaris que duen a terme, sota el control dels seus creadors, diferents tasques de control i revisió que poden ser automatitzades: correcció d’errades tipogràfiques, identificació automàtica de vandalisme o plagis, creació d’enllaços entre viquipèdies en idiomes diferents, identificació de pàgines buides, creació d’alertes o avisos, etc. Sobre la fiabilitat de la Viquipèdia Un dels prejudicis més recurrents amb què des de l’àmbit acadèmic es desacredita la Viquipèdia és la manca de fiabilitat. Però això és cert? És fiable el contingut de la Viquipèdia? Per entendre una mica millor la fiabilitat de la Viquipèdia, explorarem en aquest apartat quatre aspectes concrets: 1. L’autocontrol de la fiabilitat a través de polítiques concretes. 2. Els estudis que hi ha fets sobre la qualitat i la fiabilitat de la Viquipèdia. 3. Els criteris que s’usen per qualificar un article com a article de qualitat. 4. L’ús de la Viquipèdia en les publicacions científiques. Com s’autocontrola la fiabilitat de la Viquipèdia? Com s’ha dit abans, entre els mecanismes de coordinació de la creació compartida, hi ha l’establiment de principis i polítiques de funcionament. Algunes d’aquestes polítiques responen als esforços que les comunitats d’editors han fet per millorar la qualitat i la fiabilitat dels continguts de la Viquipèdia.

Destacarem en aquest apartat les polítiques sobre admissibilitat, verificabilitat i neutralitat. L’admissibilitat es refereix als criteris que s’estableixen per decidir si un article té sentit a la Viquipèdia o no. Inclou dos criteris principals: el que correspon a la naturalesa enciclopèdica del contingut («Wikipedia:What Wikipedia is not», 2016) i el de la notabilitat dels articles («Wikipedia:Notability», 2016). En resum, un article només pot formar part de la Viquipèdia si té la rellevància suficient i correspon a un resum del coneixement sobre un tema determinat. Respecte a la verificabilitat, cal entendre que la Viquipèdia no té veracitat per si sola, sinó que qualsevol dels seus articles es verifica a través de les referències que se citen en el text i es recullen al final del cos del text. Qualsevol secció, paràgraf o, fins i tot, oració polèmica han d’estar recolzats per fonts fiables, és a dir, publicades per tercers amb expertesa reconeguda en la matèria («Wikipedia:Verifiability», 2016). Òbviament, pot succeir que hi hagi errors en les fonts de referència. En aquesta situació, la Viquipèdia recomana als editors fer ús del sentit comú i l’esperit crític tot contrastant fonts diverses per garantir la total fiabilitat del text. Quant al tercer punt que es vol destacar, la neutralitat, cal remarcar que qualsevol article ha de reproduir de manera proporcionada, neutral i no esbiaixada els diferents punts de vista que sobre el tema han estat publicats en fonts fiables («Wikipedia:Neutral point of view», 2016). Encara que això no sempre és fàcil, és un requisit indispensable a fi de garantir l’objectivitat i la fiabilitat dels continguts de l’enciclopèdia en línia. Aquests criteris i polítiques són controlats per la mateixa comunitat d’editors. Quan un editor detecta un problema en un


https://ca.wikipedia.org/wiki/Plantilla:Falta_verificar_admissibilitat, https://ca.wikipedia.org/wiki/Plantilla:Falten_referències, https://ca.wikipedia.org/wiki/Plantilla:Neutralitat.

article i no pot corregir-lo, pot fer servir algunes de les diferents plantilles d’avís disponibles (fig. 2). Això permet, d’una banda, la categorització de l’article com a article a revisar i, d’altra banda, constitueix un avís als lectors que la informació continguda en aquella pàgina pot no complir els criteris esperats de qualitat. La recerca sobre la fiabilitat de la Viquipèdia I quin impacte real sobre la fiabilitat tenen tots aquests sistemes de control i de bones pràctiques? La revista Science ja va posar per primera vegada sobre la taula l’any 2005 una igualtat entre la precisió de continguts de la Viquipèdia en anglès (llavors amb només quatre anys de vida) i de l’Enciclopèdia britànica (Giles, 2005). I, el 2012, la consultora Epic Consulting i la Universitat d’Oxford van publicar un nou estudi en el qual ja no només es ratificaven aquestes afirmacions, sinó que s’arribava a confirmar que la fiabilitat de les versions anglesa, castellana i àrab de la Viquipèdia ja era superior a la dels seus equivalents clàssics (Casebourne et al., 2012). Altres estudis en la mateixa línia i també altres de més crítics amb la qualitat de la Viquipèdia es poden consultar a l’article que la Viquipèdia en anglès dedica a la seva pròpia fiabilitat («Reliability of Wikipedia», 2016).

En una revisió sistemàtica de la recerca científica sobre el contingut de la Viquipèdia, Mesgari et al. (2015) apunten que els diferents estudis sobre la fiabilitat de l’enciclopèdia en línia mostren resultats mixtos (encara que n’hi ha més de favorables), i que la qualitat dels articles individuals depèn de les característiques de les comunitats d’editors que hi ha al darrere i de la rellevància pública del tema. Dit això, sembla important abordar la pregunta següent… Com podem jutjar la qualitat d’un article de la Viquipèdia? Dos tipus d’informació són els que tindrem en compte en aquest article a l’hora de jutjar la qualitat d’un article de la Viquipèdia: l’avaluació a Viquiprojectes i les característiques dels articles que la recerca ha associat de forma significativa a la qualitat d’aquests. Una de les funcions de Viquiprojectes, que és un espai de coordinació d’un grup d’editors entorn d’una temàtica o tasca concreta, és l’avaluació dels articles d’aquell àmbit de coneixement («Wikipedia:WikiProject Council/Assessment FAQ», 2016). Per fer-ho, els articles es classifiquen en diferents categories, entre les quals la més alta és la que correspon als articles de qualitat (en la versió anglesa, featured articles). Els criteris per considerar un article com a article de qualitat

Podem usar i citar la Viquipèdia? Llavors, si la fiabilitat de la Viquipèdia no és pitjor que la d’altres fonts i hi ha criteris establerts per saber si un article té bona qualitat o no, podem usar-la (com a mínim, els articles bons i els de qualitat) per aprendre i fer recerca? En el context acadèmic, diversos estudis (Aibar et al., 2015; Head i Eisenberg, 2010; Selwyn i Gorard, 2016) indiquen que la Viquipèdia és emprada de forma regular i percebuda com a útil tant pel professorat com per l’alumnat, especialment per cercar informació introductòria o complementària. Però, al mateix temps, els docents mostren sovint dubtes sobre el seu ús per l’existència d’informacions menys fiables i una confiança limitada en els editors de la Viquipèdia, que no sempre són experts reconeguts en la matèria (Jemielniak i Aibar, 2016). Davant d’aquesta situació,

Monografia / Noves tecnologies 41

Usem la Viquipèdia per ensenyar química?

Figura 2. Exemples de plantilles d’avís a la Viquipèdia en català. Fonts:

són una redacció correcta i un contingut complet, entenedor, concret, verificat, neutral i estable. Els articles de qualitat, i també els articles bons, es marquen amb una icona específica que permet identificar-los (fig. 3). Altres criteris que ens poden ser útils per valorar la qualitat d’un article són els recollits per Dang i Ignat (2016). Segons el resum d’aquests autors, un article és més probable que sigui d’una qualitat acceptable si ha estat editat per molts autors de manera col·laborativa, fa temps que no ha canviat, el nombre de paraules que no s’hi han canviat des de fa temps és elevat, té un nombre de paraules elevat, presenta un nombre elevat de referències citades en el text, està estructurat amb encapçalaments de segon i de tercer nivell, presenta una o més infotaules, té un nombre elevat d’enllaços a altres pàgines, conté moltes imatges i està categoritzat en les categories adequades.


42 Figura 3. L’article «Acetic acid» de la Viquipèdia en anglès és un article de qualitat,

Educació Química EduQ

número 22

marcat amb una estrella a la part superior dreta. L’article «Atomic theory» és un article bo i està marcat amb un signe positiu, encerclat i de color verd. En català, les icones distintives són diferents, però s’ubiquen al mateix lloc.

Selwyn i Gorard (2016) assenyalen que té poc sentit desaconsellar l’ús de la Viquipèdia i que el més aconsellable és ajudar els estudiants a usar de forma crítica i competent aquest recurs. Respecte a la recerca, Tomaszewski i MacDonald (2016) han analitzat la presència de citacions a la Viquipèdia a les revistes indexades al Web of science, i han conclòs que el nombre de citacions a la Viquipèdia és creixent i que això implica una acceptació cada vegada més gran per part d’autors, revisors i editors. En un treball semblant però limitat a l’àmbit de les ciències, Bould et al. (2014) apunten que moltes d’aquestes citacions són inadequades, ja que se citen fonts terciàries, quan la praxi acadèmica recomana l’ús de fonts primàries. La química a la Viquipèdia i en projectes germans I pel que fa a la química, què? Ens serveix la Viquipèdia per aprendre química? En aquest apartat, explorarem el contingut sobre química que hi ha a la Viquipèdia en anglès i en català i també als projectes germans de la Viquipèdia, de manera que pugueu explorar-lo, difondre’l i, per què no, ampliar-lo.

Els continguts de química a la Viquipèdia Com era previsible, la situació dels continguts sobre química a la Viquipèdia no està representada de la mateixa forma a totes les versions lingüístiques del projecte. Però el que sí que és comú és la manera d’accedir-hi. Sovint, arribem a una pàgina de la Viquipèdia directament des d’un cercador d’Internet, i sovint les pàgines de la Viquipèdia apareixen a la primera posició (fig. 4).

ament, es pot usar el cercador intern de la plataforma Mediawiki, però també es pot accedir a la informació de forma més estructurada a partir d’algunes pàgines especials, com són les pàgines de categoria, els portals i els projectes. Les pàgines de categoria agrupen els articles d’un mateix tema i funcionen de manera semiautomàtica com a taules de contingut. Els portals són articles elaborats com a pàgines d’aterratge o pàgines principals de la Viquipèdia sobre un tema concret; solen destacar contribucions seleccionades i notícies i projectes de l’àmbit. Finalment, els projectes (o viquiprojectes) són, com ja s’ha comentat prèviament, espais de coordinació d’editors respecte a un determinat tema o tasca. En l’àmbit de la química i centrant-nos en la Viquipèdia en català, la pàgina de categoria principal per a la química és https:// ca.wikipedia.org/wiki/Categoria: Qu%C3%ADmica. El juliol de 2016, conté referències a vint-i-sis categories i vint-i-tres pàgines. Segons les dades que s’obtenen amb PetScan («PetScan», 2016) desenvolupant l’arbre d’enllaços

Figura 4. Cerca del terme ferro al cercador Google.

Tot i això, la Viquipèdia permet accedir a la informació d’un àmbit determinat d’altres maneres, sense recórrer a un cercador extern. Òbvi-

fins al segon nivell, aquesta categoria dóna accés a mil vuit-cents setanta-sis articles relacionats amb la química. D’aquests, set estan


des de forma fàcilment accessible contenen taules de dades molt significatives i rellevants per als químics. Algunes d’aquestes pàgines, entre moltes d’altres, són les que s’indiquen a continuació: — https://en.wikipedia.org/wiki/ Solubility_table. — https://en.wikipedia.org/wiki/ Elastic_properties_of_the_elements_ (data_page).

Figura 6. Pàgina principal del viquiprojecte «Chemicals».

A més dels continguts dels articles sobre química, químics, estudiants i docents de la matèria requereixen informació ben estructurada per resoldre problemes i tasques diverses. També en aquest aspecte, la Viquipèdia ofereix informació rellevant i, fins i tot, millor que altres bases de dades d’informació química (Williams, Ekins i Tkachenko, 2012).

Monografia / Noves tecnologies

Per a la Viquipèdia en anglès, la categoria principal és «Chemistry» i es troba a https://en.wikipedia.org/wiki/ Category:Chemistry. El juliol de 2016, conté cent vint-i-quatre articles i setanta-dues subcategories. Expandint-lo fins al segon nivell, l’arbre de continguts abasta vint-i-cinc mil dos-cents setanta-vuit articles, dels quals trenta-cinc són articles de qualitat i cent quatre estan categoritzats com a bons articles. La Viquipèdia en anglès té cinc portals sobre química. El principal es troba a https://en.wikipedia.org/ wiki/Portal:Chemistry i hi ha portals específics de química analítica (https://en.wikipedia.org/wiki/ Portal:Analytical_chemistry), química orgànica (https://en.wiki pedia.org/wiki/Portal:Organic_chem istry), química física (https://en. wikipedia.org/wiki/Portal: Physical_chemistry) i cristal·lografia (https://en.wikipedia.org/wiki/ Portal:Crystallography).

Quant a projectes, el directori https://en.wikipedia.org/wiki/ Wikipedia:WikiProject_Council/ Directory/Science#Chemistry recull deu viquiprojectes, tres dels quals estan inactius. Els projectes principals són «Chemistry» (https:// en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia: WikiProject_Chemistry) i «Chemicals» (https://en.wikipedia.org/wiki/ Wikipedia:WikiProject_Chemicals). A la fig. 6, es mostra la pàgina del viquiprojecte «Chemicals».

43

Usem la Viquipèdia per ensenyar química?

Figura 5. Portal «Química» a la Viquipèdia en català.

Les principals formes d’accedir a dades químiques les constitueixen les pàgines de dades que acompanyen alguns articles de substàncies químiques, les taules de dades en articles ordinaris i les infotaules chembox i drugbox, que formen part d’articles de substàncies químiques i de substàncies farmacològicament actives, respectivament. En aquests moments, quan cerquem dades, la Viquipèdia en anglès és l’opció de preferència, i per això ens referirem essencialment a l’enciclopèdia en aquest idioma en els paràgrafs següents. Les pàgines de dades de substàncies químiques es troben recollides a la categoria «Chemical data pages» (https://en.wikipedia. org/wiki/Category:Chemical_data_pa ges). Aquesta categoria recull, incloent-hi subcategories, cent seixanta-set pàgines de dades de substàncies diferents. Altres pàgines que desafortunadament no estan categoritza-

categoritzats com a articles de qualitat i dos, com a bons articles. El portal sobre química es troba a https://ca.wikipedia.org/ wiki/Portal:Qu%C3%ADmica (fig. 5). Actualment, hi ha sis viquiprojectes en la categoria «Química», que es poden consultar a https:// ca.wikipedia.org/wiki/Categoria: Viquiprojectes_de_qu%C3%ADmica. D’aquests, dos estan inactius i dos són projectes docents vinculats a assignatures universitàries.


— https://en.wikipedia.org/wiki/ Standard_electrode_potential_(data_ page).

Figura 8. Projectes de la Wikimedia Foundation. Font: https://ca.wikibooks.org/ wiki/Plantilla:Portada/Germans.

— https://en.wikipedia.org/wiki/ Van_der_Waals_constants_(data_page).

44

Educació Química EduQ

número 22

La darrera font de dades que esmentarem és la que constitueixen les infotaules que acompanyen els articles de substàncies químiques (chembox, ‘infotaula química’) o de substàncies amb activitat farmacològica (drugbox, ‘infotaula de fàrmac’). D’aquests quadres, el juliol de 2016, se’n troben setze mil nou-cents vuitanta-nou a la Viquipèdia en anglès i sis-cents noranta-vuit a la Viquipèdia en català. Se’n pot veure un exemple a la fig. 7. La química en els altres projectes de la Wikimedia Foundation Paral·lelament, el ventall de projectes col·laboratius i amb llicència oberta de la Wikimedia Foundation permet aprendre química des d’altres enfocaments, més enllà del purament enciclopèdic. Són Viquillibres, Wikidata, Viquitexts, Viquidites, Viquinotícies, Wikimedia Commons, Viquiespècies (Wikispecies), Viquiversitat (Wikiversity) i Viquiviatges (Wikivoyage). Aquests es recullen de forma gràfica a la fig. 8. Es presentaran especialment els recursos corresponents a Viquillibres i Wikidata, que són els que contenen informació més rellevant per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química.

Figura 7. Infotaula química corresponent a l’àcid màlic.

Viquillibres: llibres de text interactius Entre tots aquests projectes, el més interessant i amb potencial a

l’aula és Viquillibres, el portal destinat a oferir manuals i llibres de text modificables en línia. El sistema d’edició i la interfície són pràcticament idèntics a la Viquipèdia; en aquest cas, però, els volums s’estructuren en subpàgines que funcionen com a capítols i s’indexen sota una portada inicial. També pren les particularitats d’admetre una major atribució de l’autoria, consta d’una classificació segons el nivell de completesa dels llibres, permet aprofundir considerablement en la complexitat de la informació que s’hi vol plasmar i ofereix un recurs prou interessant com és l’extensió Quiz, per afegir qüestionaris interactius a cada capítol o al final del llibre. Cal remarcar l’ús recent d’aquesta plataforma per part de tècnics de la Generalitat de Catalunya en llibres de polítiques de joventut i d’alumnes de la Universitat Politècnica de Catalunya en continguts d’aplicacions informàtiques. L’àmbit de la química a Viquillibres, no obstant això, es veu escassament representat tant a la versió en català com a l’anglesa (Wikibooks) i té un marge de creixement manifestament ampli. Pel que fa a la versió catalana, hi ha dos llibres sobre aquesta temàtica (https://ca.wikibooks.org/wiki/ Categoria:Qu%C3%ADmica), amb una completesa força justa i orientats a la comprensió bàsica de la química a secundària; cap presenta una bibliografia o un material multimèdia de suport consistents. El projecte en anglès, per la seva


Wikidata: dades químiques estructurades Wikidata (creat inicialment amb el suport de Google) constitueix una base de dades estructurades que vol unificar i sistematitzar les dades que apareixen a les taules i infotaules de la Viquipèdia, independentment de l’idioma que s’estigui usant. Com a repositori de dades que és, té una cura especial a mantenir una referència adequada per l’origen de les dades i la seva fiabilitat. Encara que aquest recurs és menys usable que altres projectes, la informació que conté és de gran valor. A tall d’exemple, els dos enllaços següents: — https://www.wikidata.org/ wiki/Q47512 és la pàgina corresponent a l’àcid acètic. S’hi recullen dades que van des del nom del compost en diferents idiomes fins a la mínima dosi letal o la tensió superficial a diferents temperatures. — https://query.wikidata.org/# SELECT %3Fcompound %3Fcompound Label %3FpKa %3Fsource %3FsourceLa bel %3Fdoi%0AWHERE%0A{%0A %3Fcompound wdt%3AP31 wd%3A Q11173 %3B p%3AP1117 %3Fstate ment .%0A %3Fstatement rdf%3Atype wikibase%3ABestRank %3B%0A

Altres corpus de contingut destacables Quant a la resta dels projectes de la Wikimedia Foundation, convé destacar Wikimedia Commons, com a repositori multimèdia que acull diversos centenars de milers de fitxers categoritzats en la disciplina de la química. Viquidites i Viquitexts, finalment, també resulten pràctics des d’un punt de vista històric: el primer és una recopilació de citacions de personatges cèlebres i el segon, una biblioteca de publicacions científiques (els drets d’autor de les quals ja han prescrit i poden ser transferits lliurement a la xarxa sota domini públic). El viquiprojecte «IEC» D’acord amb l’ús i el valor que estudiants i usuaris en general donen a la Viquipèdia, l’any 2016, l’Institut d’Estudis Catalans i Amical Wikimedia van posar en marxa el viquiprojecte «IEC» (https://ca.wikipedia.org/wiki/ Viquiprojecte:IEC). Els objectius són, d’una banda, millorar els continguts sobre l’Institut que figuren a la Viquipèdia en català i també a les principals edicions internacionals i, d’altra banda, ampliar i assegurar la qualitat dels temes relacionats amb ciència i tecnologia a la Viquipèdia catalana, especialment els que són avaluats a les proves d’accés a la universitat (PAU). La finalitat d’aquest projecte a mitjà o llarg termini és que els estudiants puguin accedir a la Viquipèdia en català com a font d’informació i hi

trobin materials curriculars explicats correctament, en català i amb una redacció adequada per a la seva comprensió. Per assolir aquest objectiu, s’han seleccionat prop de cent cinquanta articles relacionats amb el temari del batxillerat cientificotecnològic, actualment insuficients i que s’haurien de millorar, corregir o completar amb il·lustracions, infografies o material multimèdia. Vint-i-set d’aquests temes són de química. Els temes estan organitzats en taules per assignatura i temari seguint les indicacions oficials de les PAU (https://ca.wikipedia.org/ wiki/Viquiprojecte:IEC/taules). Animem a la participació de qualsevol persona interessada. Els coordinadors del projecte agrairan que se’ls avisi de l’interès a participar-hi fent un correu a iecviqui pedia@gmail.com per poder gestionar millor la metodologia de treball i avisar sobre qualsevol circular relacionada amb el tema. Conclusions La contribució aquí presentada es pot resumir en dues idees fonamentals. D’una banda, hi ha un nombre creixent d’estudis que documenten que les estratègies i els esforços posats per la comunitat d’editors de la Viquipèdia aconsegueixen que la informació sigui tan o més vàlida i fiable com la d’altres fonts comparables. D’altra banda, la informació existent en l’àmbit de la química és més que notable en quantitat, qualitat i extensió, especialment a la Viquipèdia en anglès. A la Viquipèdia en català, els continguts, encara que més modestos, també superen els que es poden trobar en qualsevol altra font no especialitzada, amb més de mil vuit-cents articles i dades de vora set-cents compostos químics. Així i tot, és a les nostres mans participar-hi i contribuir a convertir aquest projecte en un recurs de més

Monografia / Noves tecnologies

ps%3AP1117 %3FpKa .%0A OPTION AL {%0A %3Fstatement prov%3Awas DerivedFrom%2Fpr%3AP248 %3F source .%0A OPTIONAL { %3Fsource wdt%3AP356 %3Fdoi . }%0A }%0A SERVICE wikibase%3Alabel { bd%3 AserviceParam wikibase%3Alanguage “en”. } %23English label%0A} cerca les substàncies químiques que tenen una constant de dissociació àcida i les recull junt amb el seu nom. En surten cent vuitanta-dues.

45

Usem la Viquipèdia per ensenyar química?

banda, conté una secció específica de química (https://en.wikibooks.org/ wiki/Category:Subject:Chemistry) amb trenta-set llibres (un 1,2 % respecte al total dels del lloc web), dels quals set estan acabats o semiacabats i tenen un nivell significativament alt de completesa i profunditat científica (malgrat la manca de suport gràfic i visual). Cal no confondre Viquillibres amb els llibres de la Viquipèdia, que corresponen a agrupacions d’articles de l’enciclopèdia en línia indexats i que es poden descarregar de forma conjunta. A la Viquipèdia en anglès, es troben categoritzats a https:// en.wikipedia.org/wiki/Category: Wikipedia_books_on_chemistry.


abast i qualitat. En aquest sentit, considerem d’especial valor esforços com els de l’Institut d’Estudis Catalans i Amical Wikimedia per apropar i millorar els continguts que els alumnes de batxillerat poden necessitar en l’aprenentatge de la química i les ciències afins.

Educació Química EduQ

número 22

46

Referències AiBAr, E.; llAdós-MAsllorens, J.; Meseguer-ArtolA, A.; Minguillón, J.; lergA, M. (2015). «Wikipedia at university: what faculty think and do about it». The Electronic Library [en línia], vol. 33, núm. 4, p. 668-683. <https://www.re searchgate.net/publication/ 262798019_Wikipedia_at_uni versity_What_faculty_think_ and_do_about_it> [Consulta: 30 octubre 2016]. Amical Wikimedia [en línia]: Organització independent de voluntaris en pro de la llengua i cultura catalanes (2016). S. ll.: Amical Wikimedia. <https://www.wikimedia.cat/> [Consulta: 30 octubre 2016]. Bould, M. D.; HlAdkowiCz, E. S.; Pigford, A. A. E.; ufHolz, L. A.; PostonogoVA, T.; sHin, E.; Boet, S. (2014). «References that anyone can edit: review of Wikipedia citations in peer reviewed health science literature». BMJ, núm. 348, p. g1585. CAseBourne, I.; dAVies, C.; fernAndes, M.; norMAn, N. (2012). Assessing the accuracy and quality of Wikipedia entries compared to popular online encyclopaedias [en línia]: A comparative preliminary study across disciplines in English, Spanish and Arabic. Informe tècnic. Brighton: Epic; Oxford: Universitat d’Oxford. <http:// commons.wikimedia.org/wiki/ File:EPIC_Oxford_report.pdf> [Consulta: 30 octubre 2016]. dAng, Q. V.; ignAt, C. L. (2016). «Measuring quality of collaboratively edited documents: the case of Wikipedia». A: Proceedings of the 2nd IEEE International Conference on Collaboration and

Internet Computing (CIC-16) [en línia]. Pittsburgh: Universitat de Pittsburgh, p. 266-275. <http:// toc.proceedings.com/ 33130webtoc.pdf> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Especial:Estadístiques» (2016). A: Viquipèdia [en línia]: L’enciclopèdia lliure. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://ca. wikipedia.org/wiki/Especial: Estad%C3%ADstiques> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Estadístiques de la Viquipèdia:Mapa del lloc» (2016). A: Wikimedia [en línia]. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://stats.wikimedia.org/ CA/Sitemap.htm> [Consulta: 30 octubre 2016]. giles, J. (2005). «Internet encyclopaedias go head to head». Nature, vol. 438, núm. 7070, p. 900-902. HeAd, A. J.; eisenBerg, M. B. (2010). «How today’s college students use Wikipedia for course-related research». First Monday [en línia], vol. 15, núm. 3, s. p. <http://firstmonday.org/ article/view/2830/2476> [Consulta: 30 octubre 2016]. «History of Wikipedia» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=History_of_ Wikipedia&oldid=779611534> [Consulta: 9 maig 2016]. JeMielniAk, D.; AiBAr, E. (2016). «Bridging the gap between Wikipedia and academia». Journal of the Association for Information Science and Technol ogy [en línia], vol. 67, núm. 7, p. 1773-1776. <http://www.uoc. edu/webs/eaibar/_resources/ documents/Jemielniak_Aibar_ 2016.pdf> [Consulta: 30 octubre 2016]. MesgAri, M.; okoli, C.; MeHdi, M.; nielsen, F. Å.; lAnAMäki, A. (2015). «“The sum of all human knowledge”: a systematic review of scholarly research on

the content of Wikipedia». Journal of the Association for Information Science and Technology, vol. 66, núm. 2, p. 219-245. «PetScan» (2016). A: Meta [en línia]: Discussion about Wikimedia projects. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://meta. wikimedia.org/w/index. php?title=PetScan/en&oldid =16795605> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Reliability of Wikipedia» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=Reliability_of_ Wikipedia&oldid=790064199> [Consulta: 30 octubre 2016]. selwyn, N.; gorArd, S. (2016). «Students’ use of Wikipedia as an academic resource: patterns of use and perceptions of usefulness». The Internet and Higher Education, núm. 28, p. 28-34. toMAszewski, R.; MACdonAld, K. I. (2016). «A study of citations to Wikipedia in scholarly publications». Science & Technology Libraries, vol. 35, núm. 3, p. 246-261. «Viquipèdia:Quant a la Viquipèdia» (2015). A: Viquipèdia [en línia]: L’enciclopèdia lliure. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://ca.wikipedia.org/w/ index.php?title=Viquip%C3%A 8dia:Quant_a_la_Viquip%C3% A8dia&oldid=16107693> [Consulta: 30 octubre 2016]. Wikimedia Foundation [en línia] (2016). San Francisco: Wikimedia Foundation. <https:// wikimediafoundation.org/wiki/ Home> [Consulta: 13 abril 2016]. «Wikimedia movement affiliates» (2016). A: Meta [en línia]: Discussion about Wikimedia projects. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://meta.wikimedia.org/w/index.php?title= Wikimedia_movement_ affiliates&oldid=16475332> [Consulta: 30 octubre 2016].


Ha estat treballant durant dos anys

Jordi Cuadros

Roger Marginet

És professor titular a l’Institut Químic

És estudiant d’enginyeria biomèdica

de Sarrià (IQS) de la Universitat

a la Universitat Politècnica de

Ramon Llull, dins del Departament

Catalunya. Col·labora i coordina

de Mètodes Quantitatius. És doctor

amb l’Institut d’Estudis Catalans el

en química per la mateixa Universitat

projecte IEC-Viquipèdia des del 2016.

i llicenciat en pedagogia per la UNED.

A/e: roger.marginet@gmail.com.

en el projecte ChemCollective de la Universitat Carnegie Mellon (Pittsburgh, EUA) i actualment és l’investigador principal del grup de recerca ASISTEMBE (Analytics, Simulations and Inquiry in STEM and Business Education). Col·labora

Monografia / Noves tecnologies

<https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=Wikipedia:Veri fiability&oldid=790072926> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Wikipedia:What Wikipedia is not» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en. wikipedia.org/w/index. php?title=Wikipedia: What_Wikipedia_is_ not&oldid=788290995> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Wikipedia:WikiProject Council/ Assessment FAQ» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=Wikipedia: WikiProject_Council/Assess ment_FAQ&oldid=786952996> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Wikipedia.org traffic, demographics and competitors» (2016). A: Alexa Internet [recurs electrònic]. San Francisco: Amazon Inc. <http://www. alexa.com/siteinfo/wikipedia. org> [Consulta: 30 octubre 2016]. williAMs, A. J.; ekins, S.; tkACHenko, V. (2012). «Towards a gold standard: regarding quality in public domain chemistry databases and approaches to improving the situation». Drug Discovery Today, vol. 17, núm. 13, p. 685-701.

en la coordinació dels cursos de formació per a docents de batxillerat que s’ofereixen a l’IQS en l’àmbit de les ciències. A/e: jordi.cuadros@iqs.edu.

47

Xavier Dengra És graduat en biotecnologia amb l’especialitat de processos industrials per la Universitat Autònoma de Barcelona. Ha estat professor i actualment cursa un Màster Europeu de Tecnologia Ambiental a la Universitat de Copenhaguen. És membre de l’associació Amical Wikimedia, en nom de la qual ha col·laborat i ha promogut diversos projectes educatius de promoció del coneixement lliure a través de la Viquipèdia en l’àmbit municipal, amb la Generalitat de Catalunya i amb diverses universitats catalanes. A/e: xavier6d@gmail.com.

Usem la Viquipèdia per ensenyar química?

«Wikipedia:About» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en. wikipedia.org/w/index.php?title =Wikipedia:About&oldid=7749 59658> [Consulta: 11 abril 2016]. «Wikipedia:Editorial oversight and control» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en. wikipedia.org/w/index. php?title=Wikipedia:Editorial_ oversight_and_control&oldid= 765031552> [Consulta: 12 febrer 2016]. «Wikipedia:Neutral point of view» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia. org/w/index.php?title= Wikipedia:Neutral_point_of_ view&oldid=789816002> [Consulta: 9 juliol 2016]. «Wikipedia:Notability» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=Wikipedia:Not ability&oldid=785281139> [Consulta: 12 juny 2016]. «Wikipedia:Statistics» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en.wikipedia.org/w/ index.php?title=Wikipedia:Sta tistics&oldid=779842361> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Wikipedia:User access levels» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <https://en. wikipedia.org/w/index. php?title=Wikipedia:User_ac cess_levels&oldid=785608545> [Consulta: 30 octubre 2016]. «Wikipedia:Verifiability» (2016). A: Wikipedia [en línia]: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation.


DOI: 10.2436/20.2003.02.166 http://scq.iec.cat/scq/index.html

48

A professional development program for Chemistry teachers following the principles of responsible research and innovation

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 48-53

Programa de desenvolupament professional per a docents de química basat en els principis de la investigació i la innovació responsables Silvia Alcaraz-Domínguez i Mario Barajas / Universitat de Barcelona. Facultat d’Educació. Departament de Didàctica i Organització Educativa

resum Estem experimentant un canvi en l’ensenyament de la química i d’altres ciències experimentals a l’educació secundària. Les innovacions tecnològiques apunten a aspectes relacionats amb la nostra vida i el nostre entorn en general: la seguretat alimentària i les energies renovables en són exemples. Partint del fet que això suposa un repte per al professorat, però també una oportunitat, presentem un programa de desenvolupament professional basat en el marc de la investigació i la innovació responsables per ajudar els docents a aplicar aquests canvis a la pràctica.

paraules clau Investigació i innovació responsables, aprenentatge basat en la indagació, argumentació científica, controvèrsies sociocientífiques, competències.

abstract The way we teach Chemistry and other experimental sciences is changing. Technological innovations focus on aspects from our daily life and our environment, such as food safety and renewable energies. Considering that this sets out a challenge for teachers, and also an opportunity, we present a responsible research and innovation teacher development program aiming to help teachers to apply these changes in their practice.

keywords Responsible research and innovation, inquiry-based learning, scientific argumentation, socio-scientific dilemma, competencies.

Introducció Context El canvi cap a l’ensenyament basat en competències afecta l’ensenyament de la química i d’altres àrees de les ciències experimentals a l’educació secundària. Avui dia, àrees de ciències com la

biologia, la geologia, la física o la química ja no es poden ensenyar com un conjunt de coneixements factuals, sinó que hem d’ajudar el nostre alumnat a connectar aquests coneixements per resoldre problemes concrets i contextualitzats en la vida quotidiana.

Les proves d’avaluació externa fan èmfasi en l’aplicació i la realització d’experiments per part de l’alumnat. Tenint-ho en compte, sembla lògic que aquests eixos es puguin desenvolupar mitjançant projectes d’indagació científica que facin servir contextos científics propers a l’alumnat.


Implicacions per al professorat Quines implicacions tenen aquests canvis per al professorat? Una és la necessitat d’incorporar activitats orientades a fer que l’alumnat s’expressi, on es puguin valorar diferents visions d’un mateix fet científic, on s’analitzi com es tracten les notícies científiques als mitjans de comunicació i on es valorin les implicacions dels avenços científics i novetats tecnològiques en el context més proper a l’alumnat. En definitiva, es tracta de fomentar que l’alumnat s’impliqui en la ciència com la millor manera d’entendre els continguts i, alhora, desenvolupar competències científiques. Per tal de donar suport al professorat en aquest procés, en el marc del projecte «Engaging science» o «ENGAGE»,1 s’ha elaborat 1 «Equipping the next generation for an active engagement in science (ENGAGE)». La Universitat de Barcelona participa com a sòcia en aquest projecte fi-

una llista de vuit habilitats d’indagació que d’alguna manera ja són presents en el currículum i en les proves d’avaluació externa, i que són coherents amb els principis de la investigació i la innovació responsables (Okada, Young i Sherborne, 2015) (taula 1). Encara que molts professors de ciències volen incloure aquestes habilitats a la seva àrea, possiblement no estan acostumats a planificar, dur a terme o avaluar activitats orientades a posar-les a la pràctica. Els dilemes i les controvèrsies científiques quotidianes poden ser una bona estratègia per introduir aquests aspectes, alhora que activem l’interès de l’alumnat pels continguts curriculars. Propostes El projecte «Engaging science» respon a aquests reptes i du a terme diferents accions orientades a ajudar el professorat a introduir controvèrsies científiques que ajudin a la comprensió dels fenòmens des d’una perspectiva de recerca i innovació responsables. Aquest enfocament se centra en l’intercanvi i la reflexió sobre la pròpia pràctica (Schön, 1983), una visió que s’aplica al desenvolupament professional del professorat de ciències experimentals (Bell i Gilbert, 1994). El projecte ofereix al professorat recursos educatius oberts, formació i una comunitat de pràctica. A continuació, expliquem cada estratègia en detall. Recursos educatius digitals oberts El projecte posa a l’abast dels docents el repositori digital http:// www.engagingscience.eu/es/, en el qual es publiquen recursos didàctics oberts que parteixen d’una notícia científica recent i real (el repositori comptarà amb seixanta nançat per la Comissió Europea (7è Programa Marc), en el qual l’investigador principal és el professor Mario Barajas.

Formació del professorat

Concretament, podem observar que el currículum de la majoria de les àrees de ciències de l’educació secundària inclou habilitats coherents amb aquests canvis. Per exemple, la LOE inclou objectius com ara «comprender la importancia de utilizar los conocimientos de las ciencias de la naturaleza para satisfacer las necesidades humanas y participar en la necesaria toma de decisiones en torno a problemas locales y globales a los que nos enfrentamos» («Llei Orgànica 2/2006…», 2006). A Catalunya, una de les competències pròpies de les ciències naturals és «utilitzar el coneixement científic per argumentar de manera fonamentada i creativa les actuacions com a ciutadans i ciutadanes responsables, especialment les relacionades amb la gestió sostenible del medi, la salut pròpia i la comunitària, i l’ús d’aparells i materials en la vida quotidiana» (Currículum…, 2009).

49

Programa de desenvolupament professional per a docents de química...

Darrerament, a molts països de la Unió Europea, l’ensenyament de la química i d’altres ciències experimentals també està inspirat per una tendència que s’observa en les polítiques públiques anomenades investigació i innovació responsables. Segons aquesta visió, cal que activitats com la investigació i la innovació científiques comptin amb la participació i el seguiment de persones, associacions, governs, empreses i altres agents socials. L’objectiu és assegurar que els avenços tecnològics o els descobriments científics es desenvolupen de manera coherent amb els valors i principis de la societat en la qual s’inscriuen (Responsible research and innovation…, 2014). En definitiva, estem vivint un procés orientat a una més alta implicació de la ciutadania (que inclou els estudiants) en la ciència. Així ho demostra, per exemple, el fet que els programes de difusió del coneixement siguin cada vegada més presents i actius a les universitats i als centres de recerca, molts dels quals van dirigits a l’educació obligatòria i al batxillerat. La comunicació científica pren cada vegada més força a les xarxes socials, s’organitzen cafès científics, nits dels investigadors, notícies de premsa, etc. És per això que a l’aula de química, i en les d’altres àrees de les ciències experimentals, avui dia cal parar una especial atenció a aquells aspectes del currículum relacionats amb la formació de futurs ciutadans i ciutadanes capaços no només d’adquirir uns coneixements de ciència, sinó també de tenir un rol actiu i participatiu en el seu avenç. Això implica ajudar l’alumnat a entendre que la ciència i la tecnologia afecten molts aspectes de la vida quotidiana i que es troben en constant evolució, influïdes per factors econòmics, polítics o ètics al voltant dels quals tenim molt a dir.


Taula 1. Habilitats d’indagació basades en els principis de la investigació i la innovació responsables

Interrogar les fonts

Avaluar la validesa i la fiabilitat de les fonts d’informació o evidència científica.

Fer servir l’ètica

Entendre que l’activitat científica implica prendre decisions per a les quals cal tenir en compte judicis ètics i morals.

Examinar les Valorar diferents solucions a problemes globals baconseqüències sant-se en evidències científiques, però també en consideracions econòmiques, socials, ambientals i ètiques.

Educació Química EduQ

número 22

50

Valorar els riscos

Mesurar riscos i beneficis a partir de la probabilitat i la magnitud de les seves conseqüències.

Analitzar dades

Interpretar dades, identificar patrons i realitzar inferències.

Criticar afirmacions

Comprovar la solidesa de les afirmacions científiques observant la relació lògica entre l’evidència i l’afirmació científica.

Justificar opinions

Sintetitzar coneixements científics, implicacions i perspectives en una opinió informada que descrigui els arguments que la sostenen.

Comunicar idees

Ser capaç de comunicar opinions i resultats en diversos formats emprant les característiques del llenguatge científic.

recursos didàctics al final del projecte). Cada recurs didàctic planteja una controvèrsia científica que ha de ser resolta a l’aula. Per tal de resoldre-la, l’alumnat du a terme un procés al llarg del qual aplica les idees de ciència prèviament apreses. A partir de la controvèrsia plantejada, es proposen activitats d’indagació basades en el model de les 5E (Bybee et al., 2006). El docent es pot descarregar els recursos didàctics del repositori després d’un senzill procés de registre gratuït al web http://www. engagingscience.eu/es. Cada recurs inclou una presentació gràfica i fitxes per a l’alumnat, que es poden imprimir i fer servir a l’aula. Igualment, cada recurs inclou una guia per al professorat. Aquests arxius són editables, de manera que cada docent pot modificar-los segons les seves necessitats.2

En aquest article, seleccionem dos recursos d’aquest repositori, orientats a l’àrea de química, que s’analitzen a continuació. Cal prohibir les bosses de plàstic? En el repositori es poden trobar recursos de l’àrea de química, un dels quals parteix de la pregunta «Cal prohibir les bosses de plàstic?». Aquesta controvèrsia mostra clarament que els coneixements científics i la ciència afecten la vida de l’alumnat i demana que es posicioni, la qual cosa fa que s’impliqui en l’aprenentatge. Aquest recurs està pensat per al seu ús a l’àrea de física i química de 4t d’ESO, tot i que es pot fer servir en altres nivells introduint les modificacions que consideri necessàries el docent. El recurs permet aplicar continguts

2

Llicència Creative Commons CC-BYSA, que permet compartir i adaptar el recurs amb la condició de citar la font original, incloure un enllaç a la llicèn-

cia i indicar els canvis realitzats. La llicència de l’obra derivada ha de ser la mateixa que la de l’original.

curriculars de l’àrea de química a una situació procedent de l’entorn més proper a l’alumnat, com és el fet que, d’un temps ençà, les bosses de plàstic són de pagament a la majoria dels establiments de venda al públic. La controvèrsia científica plantejada és «Cal prohibir les bosses de plàstic?». Per tal de resoldre-la, es comença amb una activitat en la qual l’alumnat recorda o descobreix que, per la seva estructura polimèrica, el polietilè de baixa densitat és flexible i resistent. Per aquesta raó, entenen per què aquest és el material més adient per fabricar aquest tipus de bosses. A continuació, el professor recorda a l’alumnat que, malgrat que aquestes propietats el converteixen en un material molt adequat per a la fabricació de bosses, el polietilè presenta una problemàtica derivada de la seva capacitat de descomposició com a residu. Quan s’aboquen al medi ambient, aquestes bosses hi romanen durant molts anys, perquè els fongs i els bacteris no poden descompondre el polietilè. En aquest punt, podem aprofitar per proposar a l’alumnat que pensi alternatives a les bosses de plàstic, com ara les bosses reutilitzables o degradables. Per tal d’indagar en continguts de l’àrea de química, tot seguit se centra l’atenció dels alumnes a valorar dues alternatives a les bosses de polietilè, com són les bosses oxodegradables i les biodegradables. Després d’explicar-ne breument les diferències, es proposa a l’alumnat la realització de l’activitat principal d’aquest recurs, que consisteix a respondre la pregunta «Quina és la millor alternativa a les bosses de plàstic convencionals?». Per respondre-la, es realitza una activitat basada en la tècnica del joc de rol. El recurs inclou els rols de científic de materials,


Figura 1. Diapositiva del recurs descarregable perquè el docent presenti a l’alumnat els dos tipus de bosses degradables que es consideraran en el debat.

ambientòleg, veterinari i estadístic. Es proporciona una fitxa per a cada rol, que inclou preguntes i respostes útils per respondre la pregunta. Per exemple, la fitxa del científic de materials inclou informació directament relacionada amb el currículum de química i amb les idees que l’alumnat ha de fer servir per poder respondre-la. Un d’aquests conceptes fa referència als polímers, a la seva estructura i a la reacció química de degradació o trencament de la cadena polimèrica amb conservació de la massa. Es comparen les similituds i diferències entre el polietilè, un plàstic d’ús freqüent i molt difícil de degradar, i els plàstics oxodegradables i biodegradables. En llegir la fitxa, l’alumnat recordarà que les molècules de polietilè són molt llargues i que es formen a partir de l’agrupació d’un nombre molt elevat de molècules d’etilè unides per enllaços forts, difícils de trencar. També explica que l’etilè està format per àtoms de carboni i hidrogen i que procedeix de substàncies presents en el petroli. Mentre cada alumne es familiaritza amb el seu rol, uns altres

Figura 2. Els docents experimenten amb les fitxes per a l’alumnat.

preparen preguntes per formular a aquests experts. Les preguntes estan formulades en una fitxa, de manera que l’alumnat les prioritza segons l’ordre d’importància que els atribueixen. Amb les respostes a aquestes preguntes, l’alumnat podrà prendre una decisió sobre quina és la millor alternativa a les bosses de plàstic convencionals. Un cop s’ha reflexionat sobre la resposta a les preguntes i s’ha pres una decisió, té lloc la sessió plenària amb tot l’alumnat. En aquest moment, es comparteix la decisió presa amb el grupclasse i es reflexiona al voltant d’aspectes relacionats amb la

Cigarretes electròniques Aquest recurs permet aplicar continguts curriculars de l’àrea de física i química de 4t d’ESO, però, com l’anterior, es pot fer servir en nivells més avançats, si el docent ho considera adequat. Concretament, es relaciona amb la identificació de sistemes materials, com substàncies i solucions, i amb la valoració de la importància i les aplicacions de barreges d’especial interès. Igualment, és útil per aprendre a diferenciar entre àtoms i molècules, així com entre substàncies simples i compostes en situacions d’ús freqüent i conegut, i per elaborar explicacions utilitzant el model cinètic de la matèria. Aquest recurs permet que l’alumnat apliqui els seus coneixements de química a un fet present al seu entorn, com és l’ús de les cigarretes electròniques. Es comença preguntant a l’alumnat si pensa que el vapor és innocu per a l’organisme. Un cop hem captat la seva atenció i interès, amb l’ajuda del recurs didàctic, podem fer una breu exposició sobre com funciona una cigarreta electrònica i els efectes de la nicotina sobre el cos humà. Un cop queda clar que el vapor té riscos per a l’organisme, es formula la pregunta que motiva la indagació posterior per part de l’alumnat: «Donaries suport a una prohibició d’àmbit europeu de la cigarreta electrònica en llocs públics tancats?». Per respondre al problema plantejat, el recurs proposa dues activitats d’aprenentatge motivades per preguntes relacionades. En la primera activitat, l’alumnat ha d’esbrinar si hi ha prou evidèn-

Formació del professorat 51

Programa de desenvolupament professional per a docents de química...

resolució de la controvèrsia plantejada. Això afavoreix l’autoavaluació de l’aprenentatge, ja que, per exemple, es demana a l’alumnat que pensi si ha fet servir els seus coneixements sobre els polímers per prendre la decisió.


Educació Química EduQ

número 22

52

cies científiques que demostrin que la nicotina de les cigarretes electròniques pot afectar les persones del voltant de qui la fa servir. Els alumnes treballen amb unes fitxes que contenen informació sobre el comportament de les partícules (molècules) que es troben en la solució que hi ha dins de la cigarreta electrònica i en l’aire que exhala la persona que en fa ús. Un cop han entès la informació sobre el contingut de la solució que hi ha a les cigarretes i l’aerosol expirat pels fumadors, els alumnes fan un diagrama de la distribució i les agrupacions de les partícules (molècules) que formen la solució (nicotina, propan-1,2,3-triol i aigua) i l’aerosol exhalat (nicotina, propan-1,2,3-triol, aigua, nitrogen, oxigen, diòxid de carboni). Utilitzen el concepte substància i diferents tipus de mescles (solucions, aerosols) i representen diagrames de partícules per explicar els fenòmens emprant el model cinètic de la matèria. Les representacions i explicacions s’adeqüen en funció dels coneixements dels alumnes. En la segona activitat, recuperem la pregunta inicial («Donaries

suport a una prohibició d’àmbit europeu de la cigarreta electrònica en llocs públics tancats?») i, a mà alçada, observarem si després de l’activitat anterior els alumnes han canviat d’opinió. A continuació, l’alumnat ha de valorar si val la pena assumir els riscos d’aquesta possible prohibició, comparats amb els beneficis. Per fer-ho, juguen a un joc tipus quiz en el qual aprenen diferents maneres d’avaluar els riscos de diferents situacions del seu entorn. Un cop han après les diferents maneres de valorar un risc, els alumnes les apliquen a la pregunta inicial sobre la prohibició de les cigarretes electròniques. S’aixequen i se situen al llarg d’un eix segons si hi estan a favor o en contra i, en aquesta posició, té lloc el debat final, en el qual l’alumnat expressa l’opinió, presenta les evidències en les quals s’ha basat i de quina manera han influït en la seva decisió. Formació permanent per al professorat Els recursos educatius oberts que es poden descarregar del repositori digital http://www.engaging

Figura 3. Fitxa imprimible on l’alumnat ha de representar la solució que contenen les cigarretes electròniques i l’aire exhalat pels fumadors.

science.eu/es estan dissenyats per ajudar el professorat a fer-los servir a l’aula. Malgrat això, per tal d’aconseguir el canvi a la pràctica, cal oferir al professorat accions de formació orientades al coneixement, la pràctica i la reflexió al voltant de les metodologies que fonamenten aquests recursos. S’ofereixen tres nivells de formació, segons si el docent està poc, força o molt familiaritzat amb les metodologies proposades en els recursos didàctics. En el primer nivell, s’afavoreixen la comprensió i la pràctica de la controvèrsia científica i el debat en petits grups. En el segon nivell, el docent aprèn sobre la metodologia de la resolució de problemes i la conversa científica. En el tercer nivell, els docents tracten l’aprenentatge basat en projectes i l’avaluació d’aquest tipus d’activitats. S’han realitzat diversos tallers de formació, d’una durada aproximada de tres hores, en els quals els docents han pogut experimentar amb els recursos didàctics en primera persona, reflexionar sobre com aquestes metodologies poden ajudar a implicar l’alumnat a les classes de química i de ciències experimentals, entendre les característiques d’una bona controvèrsia científica i aprendre trucs per establir debats productius a l’aula, entre d’altres. No obstant això, també s’ofereixen cursos de formació virtual en els quals el professorat pot conèixer, posar a la pràctica i reflexionar sobre aquestes estratègies didàctiques. A més, el curs té un clar component d’intercanvi d’experiències, recomanacions, reptes i possibles solucions conjuntes entre docents i amb l’ajut d’experts. Comunitat de pràctica El projecte vol estimular la creació d’una comunitat de docents units per l’interès d’ajudar l’alumnat a desenvolupar habilitats pre-


Conclusions Resultats preliminars A falta de resultats d’un estudi sistemàtic, que estaran disponibles en acabar el projecte, presentem alguns resultats preliminars. El repositori de recursos didàctics conté més de vint recursos publicats (seixanta al llarg del 2016). La comunitat de docents fa augmentar constantment el nombre d’usuaris, així com el nombre de descàrregues de recursos. Els recursos s’utilitzen també a diferents centres d’educació secundària de Catalunya i de l’Estat espanyol. Els comentaris que van publicant els docents al repositori donen una idea de l’impacte del projecte en el professorat i en l’alumnat. L’activitat sobre les bosses de plàstic acumula el nombre més gran de comentaris de tots els recursos que hi ha al repositori. Molts d’aquests comentaris destaquen que el model proposat és positiu i que es pot fer servir tant per introduir un tema nou com per tancar una unitat didàctica. Els recursos també s’apliquen el curs 2014-2015 a la formació inicial del professorat de ciències a la Universitat de Barcelona i en accions de formació permanent del professorat. Malgrat que les conclusions del projecte seran més clares un cop hagi finalitzat, aquest satisfà una necessitat de suport al professorat de ciències de secundària, que no està habituat a dur a terme activitats de debat o jocs de rol a l’aula de ciències experimentals. L’intercanvi de pràctiques i la

Propers passos del projecte «ENGAGE» S’aniran publicant nous recursos al repositori digital, que es corresponen amb les estratègies pedagògiques del nivell més avançat del professorat. Aquests recursos els serviran d’ajuda per dur a terme projectes d’indagació en els quals l’alumnat assoleix el màxim grau de responsabilitat envers el seu aprenentatge al llarg de les diferents fases del procés d’indagació. Ho faran en collaboració amb un investigador o investigadors i guiats en tot moment pel professor, que seguirà les indicacions del recurs didàctic descarregat del repositori.

eLearning Papers, vol. 44, núm. 1, p. 64-73. Responsible research and innovation [en línia]: Europe’s ability to respond to societal challenges (2014). Brussel·les: Unió Europea. <https://ec.europa.eu/ research/swafs/pdf/pub_rri/ KI0214595ENC.pdf> [Consulta: 30 gener 2015]. sCHön, D. A. (1983). The reflective practitioner: How professionals think in action. Londres: Temple Smith.

Silvia Alcaraz-Domínguez És professora associada al Departa-

Referències Bell, B.; gilBert, J. (1994). «Teacher development as professional, personal, and social development». Teaching and Teacher Education, núm. 10, p. 483-497. ByBee, R. W.; tAylor, J. A.; gArdner, A.; sCotter, P. van; Powell, J. C.; westBrook, A.; lAndes, N. (2006). The BSCS 5E instructional model: Origins and effectiveness. Colorado Springs: BSCS, p. 88-98. Competències bàsiques de l’àmbit cientificotecnològic: Educació secundària (2014). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. Currículum: Educació secundària (2009). Barcelona: Generalitat de Catalunya. Departament d’Ensenyament. «Llei Orgànica 2/2006, de 3 de maig, d’Educació» (2006). BOE, 4 maig, núm. 106, p. 17158-17207. okAdA, A.; young, G.; sHerBorne, T. (2015). «Innovative teaching of responsible research and innovation in science education». Open Education Europa Journal:

ment de Didàctica i Organització Educativa de la Facultat d’Educació de la Universitat de Barcelona. És ajudant de recerca dins el projecte «Engaging science» i ha participat en altres projectes europeus del 7è Programa Marc i d’altres programes relacionats amb la tecnologia educativa. A/e: silvia.alcaraz01@gmail.com.

Mario Barajas És professor titular al Departament de Didàctica i Organització Educativa de la Facultat d’Educació de la Universitat de Barcelona. És el coordinador nacional del projecte «Engaging science» i té una àmplia trajectòria en la direcció de projectes de recerca competitius finançats per la Comissió Europea en l’àmbit de la tecnologia educativa i l’ensenyament de les ciències. A/e: mbarajas@ub.edu.

Formació del professorat

reflexió afavoreixen la creació d’una comunitat que contribueix a l’adaptació dels recursos actuals i a la creació de nous recursos seguint aquest model.

53

Programa de desenvolupament professional per a docents de química...

sents en el currículum i que es poden relacionar amb els principis de la investigació i la innovació responsables. Per això, els usuaris registrats al repositori poden interactuar entre si mitjançant la publicació de comentaris o la possibilitat d’indicar que els agrada un recurs o comentari en concret.


DOI: 10.2436/20.2003.02.167 http://scq.iec.cat/scq/index.html

ISSN 2013-1755, SCQ-IEC Educació Química EduQ número 22 (2016), p. 54-62

54

Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori Going into the matter, work about the interactions between particles from laboratory experiences Carme Grimalt-Álvaro i María Isabel Hernández Rodríguez / Centre de Recerca per a l’Educació Científica i Matemàtica (CRECIM) Montserrat Pagès Blancafort / Institut Puig Castellar (Santa Coloma de Gramenet) Maria Teresa Pujol Bosch / Institut Arraona (Sabadell) Maria Dolors Ribera Vall / Institut de Matadepera

resum Es presenta una unitat didàctica sobre propietats i estructura interna de la matèria destinada a alumnat de 4t d’ESO. Aquesta unitat es caracteritza per un plantejament didàctic que parteix de l’experimentació d’unes determinades propietats físiques de substàncies per interpretar-les posteriorment en termes del model d’interaccions entre partícules. El procés de modelització de l’alumnat està orientat per mitjà de preguntes clau, analogies i ús de TIC que faciliten la visualització de representacions del model.

paraules clau TIC, secundària, estructura, laboratori, enllaços.

abstract A teaching sequence on properties and internal structure of matter addressed to 10th graders is presented here. This sequence is characterised by a teaching approach that promotes experimentation of certain physical properties of substances and interpretation of these properties in terms of the model of particles interaction. Students’ modelling process is oriented through key questions, analogies and use of ICT to facilitate the visualisation of the representations of the model.

keywords ICT, secondary school, structure, laboratory, bonds.

Introducció En aquest article es presenta una unitat didàctica sobre propietats i estructura interna de la matèria destinada a alumnat de 4t d’ESO i que s’ha desenvolupat en el marc del treball del grup de professors DIATIC. El grup DIATIC es constituí el curs 2012-2013 a l’entorn de professorat de ciències de secundària amb una àmplia experiència docent i provinent de diferents centres educatius de Catalunya.

Un dels objectius que comparteixen aquests professionals és el que dóna nom al grup: la integració i l’ús de les TIC en les propostes d’aula per tal d’afavorir l’ensenyament i l’aprenentatge de les ciències. Així, els docents que integren aquest grup s’organitzen per elaborar i pilotar activitats contextualitzades que siguin bons exemples per millorar el procés educatiu mitjançant l’ús de les TIC a les classes de ciències.

La interacció entre les partícules de la matèria, contingut conceptual La interacció entre les partícules de la matèria és un contingut conceptual que s’introdueix a 3r d’ESO i es treballa de manera extensiva a 4t d’ESO, a l’assignatura optativa de física i química («Decret 187/2015...», 2015). El model d’interacció entre partícules parteix de la teoria cineticomolecular i és un dels models més recurrents al llarg de la química.


diants la construcció del model d’interacció entre partícules. No obstant això, la relació entre les observacions experimentals i els models teòrics obliga a sintetitzar els models utilitzats a l’aula i a identificar quines són les idees clau. Per aquest motiu, la proposta que es presenta se centra en els enllaços interatòmics o interaccions fortes. A la taula 1 es presenten les idees clau que es tractaran al llarg de les activitats. Tal com s’observa, a l’hora de presentar els sòlids moleculars, serà necessari considerar que hi ha altres tipus d’interaccions

Taula 1. Resum dels continguts conceptuals que es tracten a la unitat didàctica

Model conceptual (nivell micro)

Interacció tipus enllaç iònic

Interacció tipus enllaç covalent

Interacció tipus enllaç metàl·lic

Relació amb les propietats observades de les substàncies Ductilitat/mal·leabilitat i fragilitat

Conductivitat elèctrica en estat sòlid

Conductivitat elèctrica en solució aquosa

Unió d’ions de signe oposat per atracció electrostàtica. Donen lloc a macroestructures reticulars.

Són fràgils. Una força aplicada a una estructura basada en enllaços de tipus iònic pot desplaçar part d’aquesta estructura i generar repulsions entre càrregues similars

Són sòlids no conductors. Els electrons es troben fixos en l’estructura de l’anió i, per tant, no poden moure’s lliurement per conduir l’electricitat.

En solució aquosa, són conductors. Els ions es dissocien a l’aigua, fet que facilita el moviment d’electrons a través d’aquest medi.

Compartició d’electrons entre àtoms. Donen lloc a macroestructures reticulars o bé sòlids moleculars (en conjunció amb interaccions intermoleculars febles).

Són fràgils. Les interaccions covalents són direccionals (succeeixen entre dos o més àtoms distribuïts a l’espai).

Són sòlids no conductors. En estat sòlid, els electrons no es poden moure fàcilment per l’estructura.

Si són solubles, no condueixen l’electricitat. Les partícules formades per enllaços covalents no estan carregades. Els electrons compartits estan units fermament i, per tant, no permeten el moviment de la càrrega.

Unió electrostàtica de cations per un núvol deslocalitzat d’electrons. Donen lloc a macroestructures reticulars.

Són dúctils i mal·leables. Els cations poden lliscar els uns sobre els altres. Els electrons deslocalitzats impedeixen que es generi repulsió entre els cations que formen la xarxa cristal·lina.

Són sòlids conductors. Els electrons circulen lliurement per la xarxa cristal·lina. Aquest moviment és el que es coneix com a conducció elèctrica.

No es dissolen en aigua. La deslocalització dels electrons és més forta que la possible interacció amb les partícules de l’aigua.

notA: A la taula es descriu el model conceptual i la seva relació amb les propietats observables.

Estratègies didàctiques

propietats observables i mesurables de diversos materials (com ara la conductivitat, la solubilitat o el punt de fusió o d’ebullició). Aquesta observació de les diferències entre les propietats mesurables de diversos materials i la seva explicació en termes dels tipus d’interaccions que es poden establir entre els àtoms, ions i molècules permet establir un vincle entre el món observable i el món abstracte dels models. La unitat didàctica que es planteja a continuació parteix justament d’un enfocament similar per facilitar als estu-

55

Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori

L’ensenyament del model d’interacció entre partícules presenta un repte especialment dificultós per als estudiants de secundària, ja que esdevé quelcom abstracte i desconnectat d’un significat pràctic. És a dir, es presenta com un conjunt de models i teories que no tenen cap relació amb fenòmens experimentals (Gillespie, Spencer i Moog, 1996a). Per aquest motiu, diversos autors, com Merino i Izquierdo (2011), recomanen relacionar els conceptes abstractes (per exemple, la compartició dels electrons en els diferents tipus d’interaccions) amb les


Educació Química EduQ

número 22

56

entre les partícules de la matèria (com ara interaccions intermoleculars). No obstant això, les interaccions intermoleculars no són una idea central de la unitat didàctica que ara es presenta, sinó que el seu estudi es realitzaria en una fase d’ampliació posterior. De la mateixa manera, si bé les propietats descrites a la taula 1 són suficients per permetre la distinció entre els tres tipus d’interaccions entre partícules, també es podrien considerar en una fase d’ampliació posterior altres propietats de les substàncies, com ara la temperatura de fusió, la solubilitat o la duresa. Igualment, si bé la distribució dels electrons en nivells d’energia és un contingut conceptual que es considera en el currículum de ciències de 4t d’ESO («Decret 187/2015...», 2015) i pot ser utilitzat per aprofundir en el model d’interacció entre les partícules de la matèria, no considerem que sigui apropiat tractar-lo en aquesta etapa. En efecte, els orbitals atòmics que s’utilitzen per presentar i explicar la compartició dels electrons en els enllaços són funcions d’ona que surten de la solució de les equacions de Schrödinger per a un àtom d’hidrogen. Aquestes equacions i les seves solucions no s’introdueixen a secundària, la qual cosa provoca que el concepte orbital tingui poc significat per als estudiants i que les seves diferents formes no deixin de ser un misteri (Gillespie, Spencer i Moog, 1996b). Així, deixant també aquest contingut per a una etapa d’ampliació posterior, volem reforçar en aquesta el vincle entre els conceptes de la química i els fets experimentals. Val a dir que, al llarg del procés de construcció del model conceptual d’interaccions entre partícules de la matèria a les

classes de química, els estudiants poden generar idees que no es corresponen amb el model acceptat per la comunitat científica. Aquestes idees alternatives dels estudiants respecte al model d’interaccions estan resumides a la taula 2.

los per interpretar fenòmens, sinó també que comprenguin com es construeix la ciència, és a dir, com sabem el que sabem (Osborne, 2014). Per aquest motiu, en els darrers anys, s’ha fet un esforç per promoure el desenvolupament de les compe-

Taula 2. Resum de les idees alternatives principals relacionades amb el model de matèria

Els enllaços intermoleculars, com les forces de Van der Waals, són més forts que els enllaços intramoleculars (Coll i Treagust, 2002). Les xarxes cristal·lines covalents, com el SiO2, o iòniques, com el NaCl, estan formades per espècies moleculars. Els estudiants apliquen el concepte interacció intermolecular en contextos no apropiats (Coll i Treagust, 2002). L’atracció entre dues espècies amb càrrega oposada resulta en la neutralització de la càrrega en comptes de la formació d’un enllaç (Coll i Treagust, 2002; Taber, 1998). La formació d’enllaços covalents implica la transferència completa d’electrons entre els diversos àtoms (Coll i Treagust, 2002). L’enllaç metàl·lic és menys important que la resta de les interaccions (Coll i Treagust, 2002).

Així, més enllà de conèixer quins continguts clau cal ensenyar, el disseny de les diverses activitats i la posterior realització han de possibilitar que els estudiants prenguin consciència d’aquestes idees alternatives i puguin fer-les evolucionar. Per aquest motiu, és necessari considerar-ne també el plantejament didàctic. Plantejament de la unitat didàctica Com es promou la construcció de coneixement de l’alumnat? L’aprenentatge (en particular, l’aprenentatge de les ciències) és un fenomen complex: desenvolupar el coneixement de l’alumnat implica no només que els estudiants coneguin els principals models i sàpiguen aplicar-

tències científiques de l’alumnat. Ser competent científicament implica disposar i mobilitzar els coneixements científics per comprendre i actuar en un context determinat, així com disposar d’uns valors determinats que permetin a l’estudiant situar-se personalment en el món com a ciutadà (OCDE, 2014). Les competències científiques, per tant, articulen tres tipus de coneixement: el conceptual, el procedimental i l’epistèmic (OCDE, 2014). Per articular aquests tres tipus de coneixement, és necessari implicar els estudiants en una pràctica científica autèntica a l’aula (Osborne, 2014). És a dir, cal partir d’un plantejament a l’aula que reprodueixi aspectes de les pràctiques científiques reals per tal que els estudiants


Estratègies didàctiques Figura 1. Model de l’activitat científica. Adaptació d’Osborne (2014).

entenguin què és la ciència i com es genera. Aquesta pràctica científica que pretén explicar els fets del món real mitjançant teories o models es resumeix en tres grans processos (fig. 1): investigar, avaluar i desenvolupar explicacions i/o solucions (Osborne, 2014). D’acord amb el marc presentat, les activitats que es plantegen en aquest article pretenen oferir a l’alumnat una oportunitat per poder desenvolupar la competència científica. Per aquest motiu, un element important de la unitat és el procés de modelització de l’alumnat, ja que es promou que els estudiants parteixin dels models inicials propis i elaborin models explicatius en termes de les interaccions entre partícules per interpretar les propietats observades de les substàncies. Amb aquesta finalitat, la unitat didàctica dissenyada inclou activitats de recollida i anàlisi de dades que permeten que l’alumnat s’aproximi als fenòmens reals que haurà d’interpretar en termes de models explicatius.

I què aporten les TIC al plantejament de la unitat didàctica? Una altra de les inquietuds de les autores en el desenvolupament de la unitat didàctica que es presenta és la incorporació de diverses TIC (tecnologies de la informació i la comunicació) que puguin facilitar l’aprenentatge de l’alumnat. Més enllà del desenvolupament de competències transversals de l’alumnat, les TIC posseeixen diverses potencialitats per promoure l’aprenentatge de les ciències. Així, els dispositius mòbils (com ara portàtils, telèfons o tauletes) permeten disposar de manera ràpida d’una gran quantitat d’informació actualitzada. Disposar d’aquesta informació no només esdevé una ajuda important en la contextualització de l’ensenyament i l’aprenentatge de les ciències, sinó que també promou que els estudiants realitzin preguntes i puguin dissenyar investigacions per resoldre-les (Osborne i Hennessy, 2003). A més, la capacitat de les TIC (en especial, la pissarra digital interactiva, PDI) per a la representació gràfica de la informació facilita que els estudiants puguin

explicitar el seu coneixement previ respecte del model que es pretén desenvolupar (Roschelle et al., 2001). Les aplicacions per a la realització de mapes mentals o esquemes, així com el programari de modelització i programació, també poden facilitar aquesta explicitació del pensament de l’alumnat, que, d’altra banda, esdevindria més dificultosa sense aquest suport gràfic. Una altra característica de les TIC és el seu potencial per facilitar el disseny i la realització d’investigacions. En particular, les simulacions ofereixen als estudiants un entorn òptim per familiaritzar-se amb el laboratori i provar diversos dissenys de recerca. Certament, les simulacions no han de substituir el treball experimental real, però ofereixen una resposta immediata que ajuda l’alumnat en el disseny i la revisió d’investigacions (Roschelle et al., 2001). Les exercitacions virtuals, els jocs educatius, els entorns oberts com Algodoo (http://www.algodoo.com/) o els laboratoris virtuals també disposen d’un gran potencial en aquest sentit.

Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori

57


Educació Química EduQ

número 22

58

En relació amb el treball experimental, les TIC (en particular, els captadors automàtics de dades o els dispositius mòbils) faciliten l’adquisició de dades. Així, agilitzen la presa d’aquestes i possibiliten que els estudiants disposin de més temps per a la discussió dels resultats. A més, els fulls de càlcul, el programari per a l’anàlisi de vídeos i altres aplicacions similars optimitzen el tractament posterior de les dades recollides i la representació gràfica. Aquestes capacitats faciliten la identificació de patrons o tendències en les dades (Osborne i Hennessy, 2003). En particular, a la unitat didàctica que es presenta a continuació, s’ha considerat la utilització d’una simulació i d’animacions o vídeos. La tria d’aquests recursos, a més de les potencialitats anteriorment esmentades per a l’ensenyament i l’aprenentatge de les ciències, està motivada per la voluntat que siguin fàcils d’utilitzar i es puguin fer servir en diversos contextos educatius. Estructura de la unitat didàctica D’acord amb el plantejament descrit, la unitat didàctica ha estat estructurada en sis activitats: — Una activitat experimental inicial en la qual els estudiants puguin expressar els seus coneixements previs sobre les interaccions entre les partícules i l’estructura de la matèria. Aquesta activitat està centrada en l’observació de diverses propietats macroscòpiques de substàncies diferents i en la identificació de patrons o similituds en les propietats observades. — Una segona activitat centrada en els sòlids iònics que pretén que l’alumnat desenvolupi un model explicatiu de les propietats observades.

En relació amb el treball experimental, les TIC (en particular, els captadors automàtics de dades o els dispositius mòbils) faciliten l’adquisició de dades. Així, agilitzen la presa d’aquestes i possibiliten que els estudiants disposin de més temps per a la discussió dels resultats — Una tercera activitat centrada en els sòlids covalents. Partint del model anterior, els estudiants hauran de refinar-lo per explicar les propietats observades d’aquest grup de substàncies. — Una quarta activitat centrada en els sòlids metàl·lics i basada, igualment, en la revisió del model dels estudiants. — Una cinquena activitat que pretén que els estudiants realitzin una síntesi dels conceptes apresos. — Una sisena activitat d’aplicació dels conceptes apresos en un nou context. Per qüestions d’espai, es comentaran de manera extensiva les activitats primera i segona i, menys profundament, la resta. No obstant això, la unitat completa es pot consultar a l’enllaç https://goo.gl/bz0lUh. Descripció de les activitats A continuació, es presenten les diverses activitats de la unitat didàctica, que pretenen que els estudiants construeixin explicacions científiques per interpretar i predir les propietats físiques dels materials en termes de l’estructura interna i, en particular, en termes del model d’interacció entre partícules de la matèria.

Activitat 1. Què en sabem, de les propietats dels materials? La unitat comença proposant als estudiants la visualització d’un fragment de vídeo sobre el grafè (https://youtu.be/JICxb9T0I4k) (fig. 2). En el vídeo es parla de les propietats d’aquest material i de la seva estructura. Igualment, es posen de manifest algunes diferències respecte del grafit. Aquesta introducció pot motivar una discussió inicial a classe sobre com l’estructura que conformen les partícules dels materials pot condicionar les seves propietats macroscòpiques, per exemple, a partir de preguntes com ara «Per què creieu que el grafit i el grafè són tan diferents, si estan fets de les mateixes partícules? Com ho podeu explicar?». A continuació, es proposa una activitat pràctica que estructurarà la construcció del model d’interacció entre partícules de la matèria. Per realitzar l’activitat, els estudiants disposaran de diversos materials sòlids, com alumini, coure (si pot ser, en forma de fils o làmines), sal comuna (NaCl), grafit (una mina de llapis gruixuda, tipus 2 mm), hidrogencarbonat de sodi, diòxid de silici (en forma de sorra o quars), sucre... o d’altres similars. Els estudiants recolliran dades sobre les propietats següents: — Característiques visibles a ull nu: color, mal·leabilitat1 i fragilitat. — Conductivitat en estat sòlid (per observar aquesta propietat i la següent es necessitarà un polímetre, tot i que també es pot mesurar la conductivitat muntant un petit circuit amb una bombeta i veure si s’encén). — Conductivitat en solució.

1 La capacitat d’un material d’estendre’s en làmines per l’acció d’un esforç extern, segons el Diccionari de la llengua catalana de l’Institut d’Estudis Catalans.


Estratègies didàctiques Figura 2. Imatge d’un vídeo sobre l’electrònica basada en el grafè. Font: Universitat Autònoma de Barcelona.

Activitat 2. Substàncies conductores en solució aquosa però no en estat sòlid Aquesta activitat és una continuació de l’anterior. Se centra en el grup de substàncies iòniques. La finalitat de l’activitat és que els estudiants desenvolupin un model per explicar el tipus d’interaccions que hi ha entre les partícules que conformen cada substància d’aquest grup i el relacionin amb les propietats observades. Així, en primer lloc, és recomanable preguntar als estudiants

quines són les seves idees prèvies amb relació al tipus d’interaccions. Algunes preguntes que poden ser útils per guiar la discussió són les següents: «Com ens imaginem que deuen ser les partícules que conformen aquestes substàncies?», o bé «De quina manera poden estar unides per formar una substància determinada?». Convé destacar la possible càrrega de les partícules i la seva relació amb la conducció de l’electricitat en dissolució aquosa. També és convenient posar de manifest les altres propietats observades (fragilitat, no-conducció en estat sòlid...) i intentar explicar-les sobre la base dels coneixements previs. Un recurs que pot ser útil per relacionar la teoria dels enllaços iònics amb la pràctica observada (la fragilitat dels compostos) és realitzar una analogia amb diversos imants. Així, es repartiran diversos imants en grups petits de forma que el pol N d’un imant quedi unit al pol S de l’altre. D’aquesta manera, es poden arribar a construir macroestructures que queden ben unides. En canvi, si es realitza una petita força que desplaci una fila de forma que els pols iguals coincideixin o s’apropin, les dues files se separen per repulsió (fig. 3). Certament, l’analogia anterior posseeix diverses potencialitats, però no ajuda a explicar per què els compostos iònics no són

59

Figura 3. Representació de l’analogia amb imants. A la primera imatge es mostren diversos imants col·locats amb els pols de manera alternada formant una superfície. A la segona imatge es realitza una petita força en el sentit que marquen les fletxes. A la tercera imatge, els imants s’han separat a conseqüència del desplaçament de l’estructura i la repulsió entre els pols generada.

conductors en estat sòlid (les forces d’atracció electrostàtiques impedeixen el moviment dels

Un recurs que pot ser útil per relacionar la teoria dels enllaços iònics amb la pràctica observada (la fragilitat dels compostos) és realitzar una analogia amb diversos imants. Així, es repartiran diversos imants en grups petits de forma que el pol N d’un imant quedi unit al pol S de l’altre

Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori

L’objectiu d’aquesta sessió és que els estudiants siguin capaços d’identificar algun patró que es repeteix en les dades recollides, és a dir, una característica que sigui comuna en alguns materials i en d’altres, no (per exemple, la conductivitat en estat sòlid o el color). Aquesta identificació i classificació de regularitats emula el procés de modelització que els investigadors duen a terme a l’hora de generar models científics. És important que aquest procés es realitzi de manera iterativa, és a dir, revisant la classificació pròpia i contrastantla amb la d’altres. Així, en aquesta etapa, pot ser útil combinar el treball en petits grups i en gran grup. Al final, caldria que els alumnes haguessin identificat tres grups de substàncies, que posteriorment tractaran en detall.


Educació Química EduQ

número 22

60

ions) i, en canvi, sí que ho són en dissolució aquosa (on les diverses partícules carregades se separen). Com a procés de construcció del coneixement científic, és important evidenciar aquesta característica, així com intentar explicar amb els estudiants què és el que pot estar succeint. Per a aquesta mateixa finalitat, hi ha algunes eines que poden ser útils i, en particular, el treball amb simulacions adquireix un paper destacat. De la pàgina web PhET es pot descarregar una simulació gratuïta que s’anomena Sucre i solucions salines (https://phet. colorado.edu/sims/sugar-and-saltsolutions/sugar-and-salt-solutions_ ca.jnlp). Aquesta simulació és particularment interessant, perquè ofereix tres nivells de representació: 1) un primer nivell macroscòpic, en el qual es pot comparar la conductivitat del sucre i la sal comuna en dissolució aquosa; 2) un segon nivell que combina una representació macroscòpica i una de microscòpica, en el qual es representa més en detall el procés de dissolució del sucre i la sal comuna, i 3) un tercer nivell completament microscòpic, en el qual es representa la relació entre les partícules d’aigua i la sal comuna i el sucre en dissolució (fig. 4). Algunes preguntes que poden ajudar a desenvolupar el model són les següents: «Quins són els elements que es representen en la simulació?»,2 «Què succeeix en l’àmbit de les partícules quan el clorur de sodi es dissol en aigua?» i «Quina relació podem trobar entre la simulació i el que hem observat al laboratori?».

2

El fet d’explicitar els elements d’una simulació amb els estudiants és important per poder entendre i interpretar el model que s’hi representa.

Figura 4. Captura de pantalla de la simulació Sucre i solucions salines, en què es representa la dissolució de la sal comuna i del sucre en aigua a tres nivells: 1) completament macroscòpic, en el qual es pot mesurar la conductivitat; 2) una combinació del macroscòpic i el microscòpic, i 3) una representació del nivell microscòpic. Font: Universitat de Colorado (2004-2011).

Algunes preguntes que poden ajudar a desenvolupar el model són les següents: «Quins són els elements que es representen en la simulació?», «Què succeeix en l’àmbit de les partícules quan el clorur de sodi es dissol en aigua?» i «Quina relació podem trobar entre la simulació i el que hem observat al laboratori?»

Cal destacar que, si bé aquesta simulació posseeix grans potencialitats per treballar el model d’interaccions entre partícules d’un compost iònic, és necessari evidenciar a l’aula amb els estudiants algunes de les seves limitacions (per exemple, tot i que pretén ser una representació realista, permet treure el solut «sense més» de la dissolució). En cas que aquestes limitacions no s’evidenciïn a l’aula, els estudiants poden desenvolupar dificultats a l’hora de comprendre i aplicar el model desitjat, tal com descriu extensament López (2014). En particular, recomanem evitar la pestanya de la simulació en la qual s’observa una barreja entre la representació macroscòpica de l’aigua i una representació microscòpica del sucre o de la sal (segona imatge de la fig. 4). Aquesta barreja de representacions pot induir idees errònies respecte del model cineticomolecular (López, 2014). Per exemple, pot fer creure que l’aigua no està formada per partícules, que les partícules de l’aigua no es mouen o que les partícules de l’aigua no influeixen en la dissolució del sucre o de la sal. Activitat 3. Substàncies no conductores Després de l’aproximació a les substàncies iòniques, es tornen a recuperar els resultats de la part experimental inicial. Així, un segon grup de substàncies identificat eren aquelles que no eren conductores ni en estat sòlid, ni en estat líquid, i, fins i tot, manifestaven poca solubilitat en alguns casos: es tracta dels sòlids covalents. Per seguir desenvolupant el model d’interaccions, es continua treballant amb la simulació presentada anteriorment, que permet establir comparacions tant a nivell macro com a nivell micro entre la sal comuna i el


ques, es tornen a recuperar els resultats de la part experimental inicial. Així, un segon grup de substàncies identificat eren aquelles que no eren conductores ni en estat sòlid, ni en estat líquid, i, fins i tot, manifestaven poca solubilitat en alguns casos: es tracta dels sòlids covalents sucre (o altres compostos iònics i covalents). La confrontació de les diferències dels compostos que es poden observar en la simulació s’ha d’estendre també a les diferències observades en l’experimentació inicial per desenvolupar un model que pugui explicar-les. Aquesta connexió entre el model i les propietats observades facilita la construcció de conceptes més abstractes. Igualment, el procés de construcció d’aquesta nova explicació és recomanable que primer l’intentin realitzar els estudiants en petits grups i, després, en una posada en comú. Activitat 4. Substàncies conductores en estat sòlid i no solubles Finalment, tornant als resultats de l’experimentació inicial, cal destacar un tercer grup identificat de substàncies les propietats de les quals no es poden explicar amb els enllaços iònics i covalents: es tracta dels sòlids metàl·lics. Per tant, es necessita una nova idea clau del model d’interaccions per explicar les propietats observades. La proposta i revisió progressiva de models explicatius també permet

Activitat 5. Síntesi de la unitat En acabar les diverses activitats, es proposa realitzar una síntesi dels conceptes treballats, per exemple, amb un mapa conceptual.3 Per tal de facilitar la tasca als estudiants, es poden destacar algunes de les paraules clau que s’han treballat durant la unitat i que han d’aparèixer en el mapa. Activitat 6. Del grafit al grafè Després de la realització de la síntesi (i tornant novament als resultats experimentals), es destaca el cas del grafit. Caldria evidenciar que, si bé es tracta d’una substància no soluble en aigua, és capaç de conduir l’electricitat en determinades direccions. Així, seria interessant discutir amb els estudiants quina possible estructura pot tenir per concloure que, en alguns casos, la disposició de les partícules que conformen les substàncies pot donar lloc a diversos tipus d’interaccions entre partícules. Per a aquesta etapa, es poden utilitzar diversos recursos gràfics per tal de motivar la participació de l’alumnat.4 En aquest punt,

3 Hi ha nombrosos recursos digitals que faciliten la realització i compartició de mapes conceptuals, com ara https://www.mindmup.com, http://www. wisemapping.com/ o https://bubbl.us/. 4 Per exemple, vídeos com https://youtu.be/ fuinLNKkknI o pàgines web com http:// goo.gl/oPMghA.

es proposa recuperar el vídeo inicial del grafè i intentar-ne explicar les propietats a la llum del que s’ha après. Igualment, també és recomanable considerar altres propietats de les substàncies, com ara la temperatura de fusió, per posar a prova el model d’interaccions entre partícules que s’ha construït i ampliar-lo. En una fase d’ampliació posterior o en nivells escolars superiors, es poden considerar altres conceptes relacionats amb el model, com són l’estructura de l’àtom i la distribució dels electrons en nivells d’energia o la seva electronegativitat. Avaluació de l’experiència Les diverses activitats descrites es van implementar en dos grups de 4t ESO (de vint-i-quatre i de vint alumnes). Els alumnes amb els quals es va implementar la unitat no estaven habituats a treballar de forma autònoma amb eines TIC i, per tant, va ser necessari dedicar algunes estones a l’aprenentatge d’aquestes eines. Per aquesta raó, la durada total de les activitats descrites es va incrementar respecte de la durada prevista inicialment, que era de dotze hores. De la mateixa manera, és necessari disposar d’un bon equipament i infraestructura a l’aula per garantir un bon desenvolupament de les activitats. No obstant això, el grau d’aprenentatge dels estudiants va ser satisfactori: durant les posades en comú, i un cop acabada la unitat, la majoria van ser capaços de donar resposta a les qüestions plantejades pel docent. Referències Coll, R. K.; treAgust, D. F. (2002). «Learners’ use of analogy and alternative conceptions for chemical bonding: a cross-age study». Australian Science

Estratègies didàctiques

a les substàncies iòni-

als estudiants aprendre com es genera el coneixement científic. Algunes preguntes que poden suggerir el debat són les següents: «Els àtoms en els metalls no poden estar units amb una interacció de tipus iònic perquè són bons conductors en estat sòlid. Com podríem explicar aquest comportament?» i «Com us imagineu que poden estar unides les partícules dels sòlids metàl·lics?».

61

Entrant en matèria, treball de les interaccions entre les partícules a partir d’experiències al laboratori

Després de l’aproximació


Educació Química EduQ

número 22

62

Teachers’ Journal, vol. 48, núm. 1, p. 24-32. «Decret 187/2015, de 25 d’agost, d’ordenació dels ensenyaments de l’educació secundària obligatòria» (2015). DOGC, 28 agost, núm. 6945, s. p. gillesPie, R. J.; sPenCer, J. N.; Moog, R. S. (1996a). «Demystifying introductory chemistry. Part 1: electron configurations from experiment». Journal of Chemical Education, vol. 73, núm. 7, p. 617-622. — (1996b). «Demystifying introductory chemistry. Part 2: bonding and molecular geometry without orbitals. The electron domain model». Journal of Chemical Education, vol. 73, núm. 7, p. 622-627. lóPez, V. (2014). Les dificultats dels estudiants de secundària en la lectura d’imatges científiques representades en simulacions de física. Cerdanyola del Vallès: Universitat Autònoma de Barcelona. Merino, C.; izquierdo, M. (2011). «Aportes a la modelización según el cambio químico». Educación Química, vol. 22, núm. 3, p. 212-223. OCDE (2014). PISA 2015 draft science framework. Brussel·les: OCDE. osBorne, J. (2014). «Teaching scientific practices: meeting the challenge of change». Journal of Science Teacher Education, núm. 25, p. 177-196. osBorne, J.; Hennessy, S. (2003). Literature review in science education and the role of ICT: Promise, problems and future directions. Bristol: NESTA Futurelab. rosCHelle, J. M.; PeA, R. D.; HoAdley, C. M.; gordin, D. N.; MeAns, B. M. (2001). «Changing how and what children learn in school with computer-based technologies». The Future of Children, vol. 10, núm. 2, p. 76-101.

tABer, K. S. (1998). «An alternative conceptual framework from chemistry education». International Journal of Science Education, vol. 20, núm. 5, p. 597-608.

d’innovacions didàctiques i l’anàlisi d’aquestes innovacions. A/e: MariaIsabel.Hernandez@uab.cat.

Montserrat Pagès Blancafort És llicenciada en ciències químiques per la Universitat de Barcelona Carme Grimalt-Álvaro

i catedràtica de l’institut Puig

És llicenciada en química per la

Castellar (Santa Coloma de

Universitat de Barcelona i doctora

Gramenet). Combina la tasca

en didàctica de la matemàtica i

docent amb la participació al

les ciències experimentals per la

grup d’innovació didàctica DIATIC.

Universitat Autònoma de Barcelona.

A/e: mpages17@xtec.cat.

Des de l’any 2011, treballa al Centre de Recerca per a l’Educació Científica i Matemàtica (CRECIM). El seu interès en la recerca se centra en la utilització de la tecnologia per a l’ensenyament i l’aprenentatge de les ciències. És membre del grup d’innovació DIATIC. A/e: Carme.Grimalt@uab.cat. Maria Teresa Pujol Bosch És llicenciada en ciències químiques per la Universitat de Barcelona i catedràtica de l’institut Arraona (Sabadell). Combina la tasca docent amb la participació al grup d’innovació didàctica DIATIC. A/e: mpujol@xtec.cat. María Isabel Hernández Rodríguez És llicenciada en ciències físiques i doctora en didàctica de les ciències experimentals per la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). Treballa al Centre de Recerca per a l’Educació Científica i Matemàtica (CRECIM) com a investigadora i també és professora associada

Maria Dolors Ribera Vall

del Departament de Didàctica de

És llicenciada en ciències químiques

la Matemàtica i de les Ciències

per la Universitat de Barcelona i

Experimentals de la UAB. El seu

catedràtica de l’institut de Matadepe-

interès principal està relacionat

ra. Combina la tasca docent amb la

amb el desenvolupament de les

participació al grup d’innovació

competències científica i digital

didàctica DIATIC.

de l’alumnat a través del disseny

A/e: mribera5@xtec.cat.


NORMES DE PUBLICACIÓ Preparació dels manuscrits Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana. Els treballs han de tenir una extensió màxima de 25.000 caràcters sense espais i han de ser escrits amb un espaiat d’1,5 i han de tenir el nombre de caràcters amb espais especificat en cadascuna de les seccions de la revista. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12. La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès. Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat. Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s'han d'enviar en arxius separats en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw. L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el sistema internacional d’unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat. Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents:

Per a llibres: VILCHES, A.; GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994).

Per a articles: SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N. (2000). «Ensenyar a argumentar científicament: un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las Ciencias, vol. 18, núm. 3, p. 405-422. Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000).

Per a documents digitals (webs): OCDE (2006). PISA 2006 [en línia]: Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura. París: OCDE. <http://www.oecd.org/dataoecd/59/2/39732471.pdf> [Consulta: 11 setembre 2013]. Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista. Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles Els articles han de ser enviats per correu electrònic a l’adreça següent: EduQ@iec.cat.

Revisió dels articles Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible, les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

SECCIONS ACTUALITZACIÓ DE CONTINGUTS Articles que revisen i posen al dia continguts propis de la disciplina o en relació a altres àmbits del coneixement, i que faciliten i promouen un ensenyament actualitzat de la química.

APRENENTATGE DE CONCEPTES I MODELS Articles que tracten sobre conceptes i models químics, des del punt de vista de les concepcions alternatives dels alumnes i les dificultats d’aprenentatge conceptuals, així com les estratègies didàctiques per a l’elaboració i l’aplicació dels models químics a l’aula.

CURRÍCULUM, PROJECTES I UNITATS Presentació i anàlisi dels currículums de química de diferents països, de projectes curriculars i unitats i seqüències didàctiques.

DIVULGACIÓ DE LA QUÍMICA Articles que presenten temes d’actualitat química amb caràcter divulgatiu i que posen de manifest les relacions de la química amb la societat i altres àmbits del coneixement o bé presenten activitats i experiències de caire divulgador de la química adreçades a l’alumnat o al públic en general.

ESTRATÈGIES DIDÀCTIQUES Presentació i anàlisi d’enfocaments i estratègies didàctiques per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química: modelització, indagació, resolució de problemes, treball cooperatiu, avaluació, etc.

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT Propostes i investigacions sobre la formació inicial i en actiu del professorat de química i ciències en general que contribueixin al seu desenvolupament professional.

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA Articles sobre la història i la naturalesa de la química i sobre l’interès didàctic d’aquestes disciplines en l’ensenyament de la química. Activitats per treballar aspectes de la naturalesa de la ciència.

INNOVACIÓ A L’AULA Articles que descriuen la planificació i l’experimentació a l’aula d’experiències didàctiques de caràcter innovador. La secció pretén ser un espai per compartir experiències d’aula.

LLENGUATGE, TERMINOLOGIA I COMUNICACIÓ Articles relacionats amb l’aprenentatge de les habilitats comunicatives (llegir, escriure i parlar) en relació amb l’aprenentatge de la química. I també sobre el llenguatge i la terminologia científics.

NOVES TECNOLOGIES Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament de la química: simulacions, ús d’Internet, mitjans audiovisuals, laboratoris virtuals, experiències amb equips de captació de dades, etc.

QUÍMICA EN CONTEXT Articles que presenten contextos rellevants –de la vida quotidiana, tecnològics, industrials, socials, mediambientals, de salut o culturals– que puguin ser presos com a punt de partida per a un ensenyament de la química en context i per promoure l’alfabetització científica.

QUÍMICA, EDUCACIÓ AMBIENTAL I SOSTENIBILITAT Articles que facin palesa l’estreta de relació entre la química i els aspectes del medi ambient, i temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química, així com propostes educatives per a la sostenibilitat

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA Articles que difonguin investigacions didàctiques d’utilitat per a la millora de l’ensenyament de la química. Descripció i resultats d’experiències didàctiques que hagin estat avaluades de forma qualitativa o quantitativa.

RECURSOS DIDÀCTICS Articles que presentin qualsevol tipus de recurs i material didàctic per a l’ensenyament de la química. Poden incloure, entre d’altres, audiovisuals, jocs, visites, textos dels mitjans de comunicació, etc.

TREBALL EXPERIMENTAL Articles sobre diferents tipus de treballs pràctics experimentals: demostracions, experiències interpretatives, aprenentatge de tècniques, investigacions, etc.

TREBALLS DE RECERCA DELS ALUMNES Articles descriptius de treballs de recerca dels alumnes dins l’àmbit de la química. En aquesta secció, els alumnes són els autèntics protagonistes.


Properes monografies Especial ECRICE 2016 Productes quĂ­mics

Educació Química: EduQ  
Educació Química: EduQ  

Número 22 - Octubre de 2017