El Aprendizaje basado en la investigación (ABI) constituye una estrategia didáctica caracterizada por una participación muy activa de los estudiantes en el proceso de aprendizaje. Para ello, se trabaja integrando la teoría y la práctica, con el principal objetivo de aplicar los conocimientos adquiridos y sus habilidades para encontrar soluciones viables y realistas a problemas específicos, lo que permite proporcionar a los estudiantes bases sólidas y mejora de su aprendizaje, favoreciendo la adquisición de competencias genéricas y específicas como las siguientes:

• la habilidad para diseñar y realizar experimentos así como para analizar e interpretar datos
• la habilidad para comunicar eficazmente
• el reconocimiento de la necesidad y la habilidad para comprometerse al aprendizaje continuo

Entre las diferentes estrategias incluidas en el ABI se encuentran las siguientes:

• realización de prácticas de laboratorio relacionadas con los contenidos didácticos impartidos en el aula
• diseño de actividades de indagación en la que a partir de una pregunta los estudiantes deben realizar una búsqueda de información, desarrollar una metodología que puede o no implicar la realización de una actividad de tipo experimental
• puesta en práctica de herramientas educativas

La propuesta que aquí se presenta se estructura en torno a tres asignaturas de diferentes titulaciones impartidas por el Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente:

• Materiales Poliméricos (MP), asignatura 2º curso de Grado en Ingeniería de Materiales.
• Química I (QI), asignatura de 1er curso en las titulaciones de Grado en Ingeniería Química (GIQ), Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales (GITI) y Grado en Ingeniería de Organización (GIO).
• Recursos para la Didáctica de las Ciencias (RD), asignatura del Máster Universitario en Formación del Profesorado de Educación Secundaria Obligatoria, Bachillerato y Formación Profesional (especialidad de Física y Química).

Las dos primeras asignaturas (Materiales Poliméricos y Química I) presentan una distribución de créditos en las que se incluyen clases teóricas, resolución de problemas y prácticas de Laboratorio. Las clases teóricas son impartidas habitualmente mediante las tradicionales “lecciones magistrales”, en la que el profesor realiza una exposición de los contenidos teóricos de la asignatura y su correspondiente explicación. Esta metodología docente que, especialmente en el caso de grupos muy numerosos es la más habitual, presenta una serie de desventajas, ya que

• no se favorece especialmente la participación de los alumnos.
• constituye un mecanismo de transmisión de conocimiento y no de construcción del mismo.
• es difícil llevar a cabo un control directo sobre lo aprendido por los alumnos.
• la relación profesor-alumno no se promueve especialmente
• las fuentes de información se suelen limitar a las seleccionadas por el profesor.
• su efectividad está fuertemente ligada al grado de atención del alumno.

Por su parte, las prácticas de laboratorio tienen por objeto enseñar de forma aplicada los conocimientos adquiridos en las clases teóricas. En el laboratorio, el número de alumnos se reduce notablemente, por lo que algunos de los inconvenientes señalados anteriormente desaparecen. Si el enfoque de las prácticas de laboratorio se aparta del modelo tradicional basado únicamente en seguir los pasos de un guion y se estructura de manera que el estudiante durante la realización de la práctica deba ir planteándose preguntas, indagando, relacionando conceptos…todo ello supervisado por el profesor, contribuirá de manera muy eficaz al proceso de enseñanza-aprendizaje.

La asignatura Materiales Poliméricos es una asignatura que se imparte en el tercer semestre de la titulación de Grado en Ingeniería de Materiales y en la que el número de alumnos matriculados suele ser ligeramente superior al centenar. Desde que se comenzó a impartir la titulación se ha venido realizando una sesión práctica de laboratorio en la que los estudiantes, entre otras actividades, realizan medidas de viscosidades de disoluciones de polímeros utilizando un viscosímetro capilar tipo Cannon-Fenske. La realización de esta actividad permite que los alumnos, en ocasiones por primera vez, se enfrenten a lo que supone un trabajo experimental de laboratorio: observación, recogida de datos, análisis… Año tras año, los alumnos valoran muy positivamente la práctica de laboratorio y en las encuestas docentes sugieren como aspectos a mejorar la realización de más prácticas de laboratorio.

Durante el presente curso 2020/21 y debido a que las prácticas han sido individuales por la situación derivada de la Covid 19, se ha constatado una realidad que otros años había pasado desapercibida al realizarse las prácticas por parejas: alumnos que presentan algún tipo de deficiencia visual encuentran serias dificultades para realizar la toma de datos experimentales.

Por eso, la primera propuesta (P1) en este proyecto va encaminada a favorecer el aprendizaje de estos alumnos, estudiando la sustitución de los reactivos utilizados actualmente en la práctica de viscosimetría por otros.

P1. Medida de viscosidades de disoluciones de polímeros mediante un viscosímetro capilar

La medida de las viscosidades con el viscosímetro capilar suele resultar algo complicada para alumnos con poca experiencia en laboratorio: se trata de medir el tiempo empleado por la disolución en pasar entre dos marcas del viscosímetro. Además, el hecho de que las disoluciones del polímero (polivinil alcohol) en agua sean incoloras, aumenta la dificultad. Proponemos modificar ligeramente los materiales empleados en la práctica, sustituyendo las disoluciones incoloras por disoluciones coloreadas y contribuyendo así a una mejora de resultados de aprendizaje de aquellos estudiantes que presenten algún tipo de dificultad visual. Antes de la implementación en el laboratorio con los estudiantes (curso 2022/23), es necesario realizar las siguientes actividades, que forman parte de esta propuesta:

1. Selección de colorantes
2. Preparación de disoluciones coloreadas del polímero (polivinilalcohol) de diferentes concentraciones. Comprobación de su estabilidad.
3. Preparación de disoluciones del polímero en ausencia de colorante.
4. Medida de las viscosidades con los dos tipos de disoluciones.
5. Comparación de los datos obtenidos.

Estas actividades las realizarán, entre otros, los profesores encargados de la impartición de las prácticas de laboratorio de la asignatura (Marina Arrieta, Freddys Beltrán, Victoria Alcázar).

La segunda propuesta se centra en la preparación de un polímero biobasado. Recientemente se ha publicado un artículo (Cassandra et al. Dyeing to Degrade: A Bioplastics Experiment for College and High School Classrooms, Journal of Chemical Education, 2019, 96 (11), 2565-2573) en el que se describe la síntesis de varios polímeros a partir de reactivos como el ácido cítrico, la glicerina o el almidón de fuentes naturales como la patata, el maíz o la tapioca. Tomando como referencia el artículo anterior, y contando con la experiencia en este campo de varios de los participantes en el proyecto, nos proponemos poner a punto una nueva práctica de laboratorio que podría adaptarse para resultar adecuada a estudiantes de cualquiera de las tres asignaturas mencionadas anteriormente.

P2. Plásticos a partir de una patata y otros plásticos biobasados

Con la finalidad de realizar una experiencia que permita demostrar a los estudiantes que los materiales plásticos tradicionalmente derivados del petróleo se pueden reemplazar por materiales más sostenibles obtenidos de fuentes renovables, se procederá a extraer almidón de una patata y se plastificará con glicerol y sorbitol, lo que permitirá obtener un material plástico flexible (Making plastic from potato starch. Education. Inspiring your teaching and learning, RSC, 2016). Esta experiencia resulta adecuada para las tres asignaturas, ya que involucra temas de las asignaturas de Grado Materiales Poliméricos (polimerización, preparación de mezclas poliméricas…) y Química I (Equilibrio ácido-base), siendo además una experiencia atractiva para la asignatura de Máster Recursos para la Didáctica de las Ciencias.

Con esta propuesta se consiguen simultáneamente varios objetivos:

• Se consideran los objetivos de desarrollo sostenible (ODS12: Producción y Consumo Responsable y ODS13: Acción Por El Clima) y competencias de sostenibilidad, al tratarse de la preparación de un polímero biobasado que se completa con el estudio de su degradación
• Se contribuye a la mejora de los resultados de aprendizaje, ya que el diseño del experimento implica conceptos como síntesis de polímeros o su degradación, equilibrio ácido-base, incluidos en los contenidos de las asignaturas Materiales Poliméricos y Química I.
• Se promueve la motivación e implicación de los estudiantes ya que, además de tratarse de una actividad experimental que de entrada siempre resulta atractiva a los estudiantes, el hecho de que los reactivos químicos empleados sean no tóxicos, baratos y fácilmente asequibles, permite su realización en prácticamente cualquier laboratorio. Y nos parece especialmente adecuada para los alumnos del Máster universitario en Formación del Profesorado, ya que podrían utilizar este recurso en su futura vida profesional como docentes en Institutos de Educación Secundaria.

Esta propuesta será desarrollada, entre otros,  por los profesores Marina Arrieta, Freddys Beltrán, Ascensión Fernández, Gabriel Pinto y Victoria Alcázar.

La asignatura Recursos para la Didáctica de las Ciencias (RD) del Máster Universitario en Formación del Profesorado suele contar con un número de estudiantes más reducido (alrededor de 30) y es una de las últimas asignaturas teóricas que los estudiantes cursan antes del inicio de su periodo de prácticas en los centros de enseñanza. En esta asignatura se presentan y analizan una gran diversidad de recursos para promover el proceso de enseñanza y aprendizaje de la ciencia en general, y de la física y la química en particular como los juguetes e ingenios científicos, las demostraciones divulgativas, la utilización y realización de maquetas, búsqueda y uso de applets para la enseñanza de la física y la química, realización de actividades fuera del aula, participación en concursos o ferias científicas… Durante su periodo de prácticas en los centros de secundaria algunos estudiantes ya pueden aplicar recursos presentados en la asignatura y los valoran muy positivamente. Sin embargo, la mayoría de los estudiantes no tienen ocasión de aplicarlos ya que, al estar realizando las prácticas, deben atenerse a la metodología establecida por los profesores tutores de los centros de secundaria, encargados de la impartición de las asignaturas. Por otra parte, y en el momento actual, muchos de los estudiantes que finalizan el Máster, se incorporan rápidamente a la vida laboral, superando la oposición o trabajando como profesores interinos. En cualquiera de estas situaciones, los egresados del Máster dispondrán ya de la autonomía necesaria y del tiempo para poder implementar con sus alumnos de educación secundaria, bachillerato o FP, lo aprendido en la asignatura de Recursos para la Didáctica de las Ciencias. La incorporación al mundo laboral puede resultar, en algunos casos, una situación algo estresante que puede verse acentuada por la falta de experiencia. Disponer, en estas circunstancias, de herramientas o recursos que resulten motivadores para los estudiantes y que hayan sido ya contrastadas con éxito en situaciones similares, puede facilitar considerablemente la labor docente. Nuestra tercera propuesta se orienta en este sentido.

P3. Creación de un espacio común (Moodle) donde compartir las aplicaciones de los recursos estudiados entre egresados y alumnos del Máster de Formación de Profesorado

En la actualidad, se encuentra disponible en la red una gran cantidad de información donde consultar estrategias empleadas por los docentes de enseñanza secundaria en asignaturas de Ciencias como la Física y la Química. Pero el hecho de disponer de tanta información requiere una gran dedicación de tiempo para seleccionar la información más adecuada y veraz. En la asignatura Recursos para la Didáctica de las Ciencias ya se han analizado muchos de los recursos existentes, por lo que los estudiantes egresados no necesitan realizar nuevamente esta búsqueda. Si los estudiantes egresados dispusieran adicionalmente de un espacio común donde compartir las experiencias que van realizando, basadas en recursos de la asignatura o en otros distintos, podría resultar muy enriquecedor y motivador, ya que al compartir sus experiencias con antiguos compañeros de clase, la comunicación e interacción será muy fluida. Además, la cercanía entre ellos, tiene la ventaja adicional de facilitar la autonomía, la confianza e iniciativa personal.

Para el éxito de esta propuesta es necesario involucrar a los estudiantes que actualmente (curso 20/21) están cursando la asignatura, para que se comprometan a compartir las actividades que desarrollen en su futura experiencia profesional.

Con esta propuesta se consiguen objetivos como:

• potenciar el aprendizaje autónomo y flexible, así como en formación continua (LifeLong Learning)
• promover la motivación e implicación de los estudiantes mediante su aprendizaje experiencial y su aplicación profesional

Esta propuesta será desarrollada, entre otros, por los profesores encargados de la impartición de la asignatura, Gabriel Pinto y Victoria Alcázar.

La asignatura Química I es una asignatura que se imparte durante el primer semestre de primer curso de los Grados en Ingeniería Química (GIQ), Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales (GITI) y Grado en Ingeniería de Organización (GIO), por lo que se dirige a un elevado número de alumnos. Muchos de los profesores participantes en el proyecto imparten en la actualidad esta asignatura, que como ya se ha comentado, incluye la realización de prácticas de laboratorio. Guiados por la idea de ir mejorando e innovando las prácticas de laboratorio, se plantea la cuarta propuesta de este proyecto.

P4. Propuesta de nuevas experiencias y/o mejora de las prácticas actuales de Química I

Entre las experiencias prácticas que se pretende mejorar y complementar, se citan las siguientes:

• Determinación experimental del calor de combustión de algunos alimentos, como frutos secos, y comparación del valor obtenido con el aportado en la información comercial. Se parte de medios sencillos (mechero, agua, recipiente con agua, balanza, termómetro y un alimento, como un fruto seco), que permiten calcular el calor de combustión a través de la medida de variación de temperatura del agua y del recipiente, al calentarse con la llama producida al arder el alimento. Los profesores participantes disponen de experiencia previa (Pinto, G.; Prolongo, M., Experiencias sobre la Energía y la Espontaneidad de Reacciones Químicas, Alambique, Didáctica de las Ciencias Experimentales, en prensa). Se intentará mejorar el aspecto práctico, trabajando con los alumnos, para disminuir las pérdidas energéticas en el proceso.
• Profundización en los efectos que intervienen en la cinética de fusión del hielo en varios medios acuosos (agua pura, disoluciones de distinta concentración de cloruro de sodio, etc.). Basado en un trabajo anterior (Pinto, G.; Lahuerta, P., Velocidad de Fusión del Hielo en Distintas Disoluciones: un Ejemplo de Aprendizaje Activo de la Ciencia, Educació Química, 2015, 21, 54-62), se pretende estudiar con los alumnos la influencia de estos fenómenos en las corrientes termohalinas de los océanos, tan importantes en efectos como el transporte de microplásticos, así como determinar la influencia de las temperaturas de las capas limítrofes entre el agua líquida y el hielo (temática estudiada desde hace años por la profesora María Martín Conde).

Con esta propuesta se consiguen simultáneamente varios objetivos:

• • Se consideran los objetivos de desarrollo sostenible (ODS12: Producción y Consumo Responsable y  ODS13: Acción Por El Clima)
  •  Se contribuye a la mejora de los resultados de aprendizaje
  • Se promueve la motivación e implicación de los estudiantes

Esta propuesta será desarrollada, entre otros, por los profesores Marina Arrieta, Freddys Beltrán, Ascensión Fernández, María del Mar de la Fuente, Patricia García, María M. Conde, Joaquín Martínez, M. Carmen Matías, Isabel Paz, Gabriel Pinto, Jorge Ramírez y M. Dolores Robustillo.

A continuación se desglosan los objetivos del proyecto, indicando su relación con las diferentes propuestas:

• Contribuir a la mejora de resultados de aprendizaje de los estudiantes, y muy especialmente a los mecanismos para facilitar la atención y los recursos a alumnado con mayor dificultad (P1, P2, P4).
• Objetivos de desarrollo sostenible y sostenibilidad ODS12: Producción y Consumo Responsable. ODS13: Acción Por El Clima (P1, P2, P4).
• Promover la motivación e implicación de los estudiantes mediante su aprendizaje experiencial y su aplicación profesional (P1, P2, P3 y P4).
• Potenciar el aprendizaje autónomo y flexible así como en formación continua (LifeLong Learning)(P3).
• Facilitar la formación de competencias transversales de los estudiantes (P1, P2, P3 y P4).
• Promover entre el profesorado la cultura de creación de nuevas propuestas de aprendizaje basado en la indagación para alumnos de distintas titulaciones de la UPM.(P1, P2, P3 y P4).

Tal como se ha comentado en la descripción de la propuesta, se trata de un proyecto que involucra cuatro titulaciones de Grado (estudiantes de los primeros cursos) y una titulación de Máster.

La propuesta pretende contribuir a la mejora de la calidad ya que incide en los siguientes aspectos:

• Atención a los alumnos con dificultades visuales para la realización de las prácticas de laboratorio.
• Mayor implicación de los estudiantes en el proceso de enseñanza-aprendizaje, al incluirse nuevas propuestas de prácticas de laboratorio y si es posible, aumentar el número de prácticas que se realizan.
• Contribución a los objetivos de desarrollo sostenible, llevando a cabo la preparación de un bioplástico.
• Contribución a incrementar la interacción entre los estudiantes y los profesores, dando lugar a una mejora del aprendizaje.
• Creación de vínculos entre estudiantes egresados mediante la compartición de experiencias.
• Aumento de la comunicación entre estudiantes y egresados.
• Mayor motivación de los alumnos, haciendo que se conviertan en los protagonistas de su propio proceso de aprendizaje.
• Mayor motivación del profesorado, favoreciendo la colaboración entre docentes de diferentes asignaturas.

Y de forma más general, con las propuestas planteadas se incide en la adquisición de competencias transversales como el trabajo en equipo, capacidad de análisis o comunicación.

Siguiendo la normativa el proyecto, caso de ser concedido, se iniciaría en febrero de 2022 finalizando antes del 15 de noviembre de 2022, de acuerdo con el siguiente desarrollo cronológico:

Febrero 2022- Mayo 2022

Durante este periodo se pretenden realizar las siguientes acciones:

1. Distribución de los participantes entre las diferentes propuestas.
2. Puesta a punto, por parte de los profesores responsables, de la práctica que constituye la propuesta P1. Medida de viscosidades de disoluciones de polímeros mediante un viscosímetro capilar.
3. Puesta a punto, por parte de los profesores responsables, de la práctica que constituye la propuesta P2. Plásticos a partir de una patata y otros plásticos biobasados.
4. Puesta a punto, por parte de los profesores responsables, de la práctica que constituye la propuesta P4. Propuesta de nuevas experiencias y/o mejora de las prácticas actuales Química.
5. Gestión para conseguir un espacio en Moodle y contacto con egresados del Máster de los cursos anteriores, cursos  2019/20 y 2020/21 (propuesta P3).

Junio 2022- Julio 2022

Una vez completadas las acciones de la fase anterior, es ahora el momento de llevar a cabo las siguientes acciones:

1. Elaboración de las nuevas herramientas educativas (guiones de prácticas, problemas, cuestiones…) correspondientes a las propuestas P1, P2 y P4. 
2. Diseño y organización del espacio de Moodle.

Julio 2022- Noviembre 2022

Durante esta última fase, las acciones a desarrollar serán:

1. Implementación de las modificaciones y de las nuevas prácticas (P1, P2 y P4) en los laboratorios de Química de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, con los estudiantes del curso 21/22. No es seguro que esta acción pueda completarse, teniendo en cuenta las fechas de finalización del proyecto (principios de noviembre) y de inicio del curso (septiembre). Además, hay que considerar que, en ocasiones, las prácticas no se realizan hasta mediados del mes de octubre, cuando los alumnos ya han adquirido en las clases teóricas los fundamentos necesarios para la realización de la actividad experimental.
2. Actualización de datos de los estudiantes egresados del Máster, con información como centros de destino, asignaturas que imparten y posibles aplicaciones en el aula de las herramientas y recursos aprendidos en la asignatura de Máster.
3. Difusión de resultados, participando en las jornadas destinadas a este fin (UPM, ICE, RSEF, RSEQ…) o mediante la redacción de artículos. En el caso de publicación en una revista en lengua inglesa, hay que señalar que una participante del proyecto es del área de conocimiento de Filología Inglesa.
4. Finalización del proyecto.

Teniendo en cuenta las fases de desarrollo del proyecto, se propone realizar un seguimiento en los meses de junio-julio donde se hará un análisis de las tareas completadas hasta la fecha, respondiendo a las siguientes cuestiones:

• ¿Se ha completado la puesta a punto en el laboratorio de las prácticas de laboratorio asignadas? Y si no ha sido posible, razones para ello.
• ¿Se han redactado los correspondientes guiones, incluyendo cuestiones, bibliografía…?
• ¿Se ha podido contactar con alumnos egresados del Máster dispuestos a colaborar?
• ¿Se ha asistido a alguna jornada para la difusión de los resultados?

Finalmente y si ha sido posible la incorporación de las nuevas prácticas al laboratorio con estudiantes durante los meses de septiembre y octubre del curso 21/22, se valorará el grado de satisfacción de los estudiantes mediante encuestas. Asimismo, se responderá a las siguientes cuestiones:

• ¿Se ha puesto a punto el espacio para alumnos del Máster con los datos de estudiantes egresados? Por la naturaleza de esta propuesta, el seguimiento y evaluación no puede realizarse completamente en el curso académico que implica el proyecto de innovación educativa.
• ¿Se ha realizado la difusión de resultados de manera satisfactoria?

Se espera generar los siguientes productos:

• Material didáctico como guías de prácticas de laboratorio
• Creación de un espacio en Moodle para la compartición de experiencias de los alumnos de Máster
• Artículos en revistas del campo de didáctica de las ciencias
• Ponencias en jornadas/congresos

Se incluyen en este apartado:

• El artículo en revista de didáctica o innovación docente
• El propio espacio creado en Moodle que estará disponible para los nuevos estudiantes del Máster
• El material (póster, ppt…) aportado en las jornadas o congresos
• Difusión en redes sociales: además de redes sociales UPM, hay participantes del proyecto con blogs y perfiles propios.

Dada la naturaleza de la propuesta y el hecho de que algunos de los profesores participantes pertenecen a la Real Sociedad Española de Física y/o Real Sociedad Española de Química, siendo además miembros muy activos del Grupo de Didáctica e Historia de la Física y la Química, se plantean las siguientes colaboraciones:

• Real Sociedad Española de Física
• Real Sociedad Española de Química
• Grupo de Didáctica e Historia de la Física y la Química

Teniendo en cuenta que, en el caso de prosperar, la propuesta P3 involucra a egresados del Máster de Formación de Profesorado que pueden encontrarse trabajando en diferentes centros educativos de enseñanza secundaria, se contempla una posible colaboración con los mismos.