¿Por qué mi dedo puede controlar cosas en la pantalla táctil de mi teléfono celular?

Si dejáramos al alumno responderla solo, podríamos encontrar resultados en un claroscuro entre una respuesta superficial, que copiaron y pegaron de algún sitio en internet pero que no tiene que ver con el uso de la Tabla Periódica; o bien un texto muy largo y confuso que trata de cumplir, pero que no lo logra cabalmente. En el ABP no dejamos solo al estudiante, sino que le proporcionamos andamiaje. La pregunta es abierta precisamente porque no queremos posicionarnos en el esquema de las “respuestas correctas”, sino mejor propiciar un proceso largo y riguroso de indagación en el cual los estudiantes hacen preguntas, buscan recursos, seleccionan y aplican la información. El docente diseña las actividades de aprendizaje, con un entendimiento lúcido de lo que desea conseguir (aprendizajes esperados), lo que podríamos llamar el “espacio del problema”. Así, el ABP se concreta a partir del modelo de diseño hacia atrás (^{Wiggins & McTighe, 2005}), estableciendo un alineamiento constructivo (^{Biggs, 1996}) entre los objetivos de aprendizaje, las actividades y la evaluación. En la Tabla 1 se muestra el cuadro con los aprendizajes esperados sugeridos.

En el caso de esta propuesta, las Grandes Ideas que abordamos son: “los elementos están compuestos por átomos” (Atkins, en ^{Talanquer, 2013}), “los átomos muestran periodicidad cuando se acomodan de acuerdo con su número atómico” y “las fuertes fuerzas electrostáticas de atracción que mantienen unidos a los átomos en una unidad se denominan enlaces químicos” (College Board Standards, en ^{Talanquer, 2013}). Las preguntas esenciales, que nos llevan a una aproximación teórica en este caso, son: de análisis, ¿qué es la conductividad eléctrica?, en el contexto de los elementos químicos que puedo reconocer forman parte de un celular; y de modelado, ¿cómo la explico a partir de la electronegatividad?, cuando identifico que los átomos de elementos químicos no exhiben por si solos la propiedad de conductividad eléctrica. Esta propiedad emerge al nivel macroscópico, cuando varios átomos se estructuran para formar compuestos elementales como los metales, ya que requiere de la corriente eléctrica para manifestarse. Un átomo no tiene conductividad, un conjunto de átomos en una red cristalina elemental metálica, puede conducir la corriente eléctrica por las características propias del enlace metálico. Si consideramos al material metálico, y en particular a los electrones que forman parte del enlace metálico, como una “alberca” de electrones, que es una analogía que puede funcionar como modelo explicativo, entonces al aplicar una perturbación adecuada (del tipo eléctrica o magnética, es decir, de carga) a este sistema, este responde exhibiendo un fenómeno emergente de transporte de carga al que llamamos conductividad eléctrica, y que es característico del material. Los electrones en la “alberca” se pueden mover libremente de un átomo a otro sin cambiar las características químicas de la sustancia.

Entonces, cuando aproximamos al estudiante al uso de la Tabla Periódica para pensar, tenemos que asegurarnos de que el trabajo que ellos realicen los conduzca a establecer las particularidades de las propiedades mostradas en ella. El radio atómico, por ejemplo, es una propiedad que se indica para un átomo elemental en el nivel nanoscópico; mientras que la electronegatividad es algo que se define desde la interacción entre dos átomos elementales; y la densidad es una propiedad que resulta, en el nivel macroscópico, de la unión de N átomos elementales conformando una estructura particular.

Para resolver el problema de por qué podemos manipular con el dedo las opciones que aparecen en la pantalla táctil del celular, solo abordaremos la naturaleza conductora de la electricidad de los materiales que la componen. Para lo cual es indispensable que los estudiantes reconozcan que los metales son conductores de la electricidad, y los óxidos metálicos no lo son (son semiconductores). Que el enlace metálico solo puede formarse entre dos elementos “metálicos”; y los óxidos metálicos se forman entre elementos metálicos y el oxígeno (que es no metálico), y tienen un enlace que puede definirse como covalente polar que tiende a iónico. Y finalmente, que, para reconocer dicho enlace, podemos ayudarnos estableciendo la diferencia de electronegatividades (Dχ) de los elementos que participan del enlace, pero considerando las simplificaciones que se introducen a usarla. Debemos recordar que todo modelo tiene limitaciones, y es el caso de la potencialidad de uso de la diferencia de electronegatividad para predecir tipos de enlace químico (^{Sproul, 2001}). En particular, cuando se divide a los compuestos iónicos de los covalentes, e incluso para conceptualizar al enlace metálico, de la manera en que se propone en este trabajo, se hacen generalizaciones demasiado amplias y esquematizadas (dividir con un valor específico de Dχ en la escala de tipificación de enlace como se observa en la Tabla 5), lo que tiene que manejarse con tiento. Si tomamos la definición que hace Pauling de la electronegatividad: la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia sí, la mitad de la información inherente a los dos valores de electronegatividad se pierde con la Dχ, y esto también genera problemas cuando se unen más de dos átomos elementales distintos. Sin embargo, se usará como una primera aproximación con el afán de simplificar un concepto tan complejo como es el del enlace químico.

Las actividades de aprendizaje y el uso de las TIC para interactuar con la clase

Debemos considerar que para llevar a cabo un buen planteamiento de actividades en el ABP existen etapas y condiciones en el espacio del problema. Primero, el estudiante trabaja individualmente para que contextualice en su esquema cognitivo. Luego, formamos equipos pequeños (3-4 alumnos) de trabajo colaborativo, para que puedan establecer negociaciones de significados, y que éstas sean efectivas porque las conciertan a partir de sus zonas de desarrollo próximo (ZDP). Los docentes actuamos como facilitadores del aprendizaje, dándoles a los estudiantes el espacio, el tiempo y los instrumentos adecuados para que actúen reflexiblemente. Si usamos la taxonomía SOLO (Structure of the Observed Learning Outcome) (^{Collis & Biggs, 1982}), podemos proponer actividades de aprendizaje de acuerdo con la complejidad del aprendizaje esperado. La pregunta propuesta requiere de una respuesta con explicación, que relacione causas con efectos. El nivel relacional es una HPOS compleja que se consigue transitando tres niveles iniciales (obviando el prestructurado, pero que es importante explorar con una evaluación diagnóstica), para dirigir a los estudiantes desde la incompetencia hacia la competencia: uniestructurado, multiestructurado, y relacional. En Tabla 2 se muestra el cuadro de actividades sugeridas de acuerdo al nivel. Para realizarlas, se utilizan diferentes recursos y el apoyo de una plataforma de aprendizaje (por ejemplo Edmodo, Google Classroom, o Moodle). De ésta manera, podemos establecer una comunicación más efectiva, sobre todo para grupos grandes.

En la Tabla 3 se presentan los recursos que se piden en las actividades de la Tabla 2, su liga para los que están disponibles en línea, y una breve descripción. El primer recurso es la presentación que engancha (Video 1 de la Tabla 3). A partir de un video que muestra, de manera atractiva, cómo funcionan las pantallas capacitivas de los dispositivos móviles, se introduce al alumno a que enfoque la atención en la conductividad eléctrica. Después se le pide que analice la infografía que se muestra en la Figura 1. En el documento original de ^{COMPOUND INTEREST (2014)} se señalan los elementos químicos del teléfono celular; pero en esta reformulación, quitamos los elementos químicos porque es lo que queremos que los alumnos vayan consiguiendo, y solo presentamos las partes del teléfono: pantalla, carcasa, pila, electrónica; y se describe de qué compuestos está hecha cada parte.

Figura 1 Infografía de los elementos del teléfono celular. Tomado de ^{COMPOUND INTEREST (2014)}, traducido al español y modificado para esta propuesta. 

Actividades en el nivel uniestructurado. Los estudiantes las hacen individualmente, y lo que pretendemos con ellas es desarrollar en ellos un aspecto relevante: identifica, nombra, sigue un procedimiento simple. En la actividad a) de la Tabla 2 pedimos al alumno que reconozca elementos de la pantalla del teléfono móvil, a partir de inspeccionar lo que dice la infografía mostrada en la Figura 1. Esta actividad es el primer peldaño, y se ubica como una habilidad de pensamiento de orden inferior (HPOI). Es importante subrayar que para que se desarrollen HPOS, siempre partimos de HPOI. Para la actividad b), se intenta hacer visible la noción que tiene de elemento, cada estudiante, en su esquema mental antes de pasar por las demás actividades. En estas dos primeras situaciones los estudiantes estarían en realidad funcionando en el nivel preestructurado, pero las actividades los va conduciendo para ir estructurando un aspecto. Les preguntamos qué saben de esos elementos antes de que investiguen más de ellos, para hacer una evaluación diagnóstica que nos muestre ideas previas. También, sabemos cómo se “ven” los aprendizajes esperados, así que en puntos intermedios de logro podemos ir conduciéndoles hacia ellos, por ejemplo, por medio de cuestionamientos. Así, podemos hacer la evaluación formativa y la realimentación, necesarias para el ciclo de mejora del aprendizaje.

De esta manera es que vamos planteando las demás actividades que necesitan solo de HPOI, y que intentan ir estructurando el pensamiento individual.

Con el propósito de ir guiando la información que van obteniendo, siempre es necesario que tengamos en mente un documento estructurador, como el presentado en la Tabla 4. Allí, los estudiantes van registrando los “elementos químicos” que reconocen en la pantalla, los asocian a su nombre en español y en inglés (siempre es recomendable para que se acostumbren al inglés), su número, y que investiguen el significado de dicho número. Todas estas son actividades de indagación dirigida.

En las actividades también se propone el uso de varios tipos de Tablas Periódicas (Tabla 3), que muestran información desde divertida y general, hasta específica disciplinar. Todas se pueden consultar en línea, o se pueden imprimir para que los estudiantes las consulten físicamente, por ejemplo, si no hay internet o no disponen del dispositivo móvil. Se les pide que identifiquen usos, y que busquen información acerca de sus propiedades. Se les pide que vayan haciendo tarjetas individuales con toda esta información para cada elemento. A partir de una Tabla Periódica que solo tiene números atómicos, se les pide a los estudiantes que vayan poniendo algunos elementos de los que ya investigaron su electronegatividad (χ).

Actividades en el nivel multiestructurado. Se desarrollan, en el estudiante, algunos aspectos relevantes independientes: combina, describe, enumera, desempeña una serie de habilidades. Este nivel ya requiere que los aprendices interaccionen entre sí, habiendo formado con anterioridad un esquema individual de entendimiento acerca de lo que planteamos en los objetivos de aprendizaje. Son ocho actividades de aprendizaje, señalados en la Tabla 2, que intentan reconfigurar dicho esquema mental inicial. Uno de ellos considera, por ejemplo, que discutan en equipo y propongan líneas de tendencia para la electronegatividad. En este nivel todavía se trabaja con HPOI, pero como se requieren de muchas de ellas, el trabajo en equipo colaborativo disminuye la dificultad de la tarea, y permite la discusión de las ideas en las ZDP.

Finalmente, los estudiantes empiezan a construir la idea de los compuestos a partir de asociar dos elementos, para calcular su diferencia de electronegatividades como se propone en la Tabla 5. Deben identificar el tipo de compuesto formado, y que asocien este compuesto con el tipo de material conductor, semiconductor o aislante que forma.

Actividades en el nivel relacional. Los estudiantes deben analizar, aplicar, argumentar, comparar, contrastar, criticar, explicar causas, relacionar, justificar. Desarrollan el conocimiento integrado en una estructura, esto es, consiguen HPOS. Las actividades deben diseñarse para que haya discusión, entre los aprendices, que posibilite la negociación de significados y la compartición de estrategias, de tal forma que puedan identificar los procesos metacognitivos que involucraron los resultados exitosos. La explicación científica es una de las habilidades de pensamiento más difíciles y complejas, así que no es trivial pedir a los estudiantes que expliquen y esperar que lo hagan en el nivel de expertos solo por pedírselos.

Conclusiones

En este trabajo he propuesto usar a la Tabla Periódica como una herramienta para pensar. A partir de una pregunta inicial que puede motivar al estudiante, desde la perspectiva del ABP, los llevamos a sumergirse en la argumentación de ideas complejas, como la conductividad eléctrica, de la misma forma que los expertos disciplinares lo hacen -como una práctica epistémica. Este es un ejercicio deseable que puede llevarlos a desarrollar HPOS, y a usar la argumentación como una herramienta para aprender conceptos y resolver problemas.