Acevedo Jones, Elba

Barrios Ríos, Oscar

Said Navarro, Antonio

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOMODULOS EXPERIMENTALES INTERACTIVOSEN BIOTECNOLOGIA: UNA ESTRATEGIA DIDACTICAPARA LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALESEN EDUCACION MEDIASAID NAVARRO, ANTONIO; BARRIOS RÍOS, OSCAR Y, ACEVEDO JONES, ELBAUniversidad Metropolitana de Ciencias de la Educación. Santiago. Chile.Palabras clave: Método científico; Microorganismos; Biotecnología; Módulos experimentales; Enseñanza interactiva.OBJETIVOSEl objetivo general del proyecto fue contribuir al aprendizaje de las ciencias a través de la experimenta-ción, diseño y elaboración de módulos experimentales representativos de procesos biotecnológicos. Los objetivos específicos fueron: 1. Caracterizar morfológica, bioquímica y genéticamente microorganismos que se emplean en investigacióncientífica básica y aplicada a procesos biotecnológicos.2. Manipular el material genético de microorganismos y aprender técnicas básicas  que se emplean enmicrobiología industrial y en biotecnología.3. Diseñar módulos interactivos experimentales y módulos interactivos de auto-aprendizajes para la ense-ñanza y aprendizaje de la biotecnología utilizando microorganismos mediante recursos convencionalesy las NTIC.MARCO TEÓRICOEn relación a las habilidades que la Educación Media debe fomentar se encuentran: las de investigación,que tienen relación con la capacidad de identificar, procesar y sintetizar información de una diversidad defuentes; organizar información relevante acerca de un tópico o problema; revisar planteamientos a la luzde nuevas evidencias y perspectivas; suspender los juicios en ausencia de información suficiente; las habi-lidades comunicativas, que se vinculan con la capacidad de exponer ideas de manera coherente y funda-mentada, haciendo uso de diversas y variadas formas de expresión; las de resolución de problemas, las deanálisis, interpretación y síntesis de información y conocimiento; de comparar similitudes y diferencias, deentender el carácter sistémico de procesos y fenómenos; de diseñar, planificar y realizar proyectos; de pen-sar; monitorear y evaluar el propio aprendizaje; de manejar la incertidumbre y adaptarse a los cambios enel conocimiento. Teniendo en consideración lo anterior se realizó un proyecto enmarcado en el proceso de enseñanza ydivulgación de las ciencias con estudiantes de Enseñanza Media de la Región Metropolitana (Santiago), através del desarrollo de actividades experimentales de laboratorio convencional y el uso de las NTIC en un2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOproceso de enseñanza no formal, pero proyectado al aula en los colegios. Este proyecto se planteó con uncarácter experimental donde los estudiantes trabajaron durante cuatro semestres académicos en activida-des experimentales en laboratorio convencional, en procesos de fermentación a escala de laboratorio conel uso de sensores y, en didáctica de las Ciencias Naturales donde los estudiantes se capacitaron en el dise-ño de módulos de aprendizaje y su posterior aplicación al diseño y elaboración de módulos experimenta-les interactivos transponibles al aula.Considerando la importancia que tiene la biotecnología, el avance científico experimentado en este campo,el enfoque interdisciplinario necesario para su estudio y, que está considerado como un tema transversal anivel de enseñanza media en los colegios, se propuso trabajar en el proyecto con microorganismos dada laimportancia que estos tienen en diversos procesos biotecnológicos de interés industrial y, por el rol funda-mental que cumplen en la biosfera. Por una parte, el hombre obtiene beneficios de ciertos microorganis-mos (elaboración de algunos alimentos, producción de antibióticos y, otros productos), como también, losmicroorganismos juegan un rol importante en la mantención del equilibrio dinámico de los ecosistemas(Prescott, Harley y  Klein, 1999). Lo anterior, sin duda, plantea la necesidad que los jóvenes estudiantespuedan conocer y manejar técnicas experimentales de biología molecular básica y aplicada para que pue-dan proyectarlas en el diseño y elaboración de módulos experimentales interactivos de procesos biotecno-lógicos donde participen los microorganismos.DESARROLLO DEL TEMA1 Público objetivo: participaron 90 estudiantes que cursan de primero a tercer año de enseñanza media dedoce colegios de la Región Metropolitana, con la colaboración de 15 Profesores de Biología y CienciasNaturales de los respectivos colegios.En la etapa de divulgación científica los productos del proyecto fueron dados a conocer a un total aproxi-mado de 32.000 estudiantes de Enseñanza Básica y de Enseñanza Media y, unos 300 Profesores del áreacientífica pertenecientes a 24 comunas de la Región Metropolitana 2 Estrategia metodológica: se aplicó el método de aprendizaje cooperativo tomando en consideración lassugerencias de Yager (2000) de aplicación del modelo de aprendizaje constructivista. Se enfatizó en elmétodo de indagación científica interactiva a través de la investigación bibliográfica y el conocimientopráctico (Storey y Carter, 1992), la búsqueda de información mediante consulta a profesionales o especia-listas en la materia (Gibbs y Fox, 2000)  y, de discusión de trabajo grupal de los estudiantes mediante laincorporación del debate formal estructurado como medio de fortalecer el aprendizaje y el desarrollo delpensamiento crítico (Mead  y  Scharmann, 1994).  Se enfatizó el trabajo de laboratorio empleando el método científico deductivo basado en la observaciónde fenómenos y principios biológicos, el planteamiento de situaciones problemas, la formulación de hipó-tesis, el diseño y elaboración de experimentos, la obtención y discusión de los resultados experimentales y,las conclusiones.Se trabajó mediante el empleo del portafolio grupal e individual como una estrategia didáctica de ense-ñanza y aprendizaje de biología molecular y de biotecnología. Lo anterior, permitió monitorear y evaluarlos logros obtenidos en el conocimiento científico y de las habilidades y destrezas para la búsqueda, orga-nización y clasificación de información especializada. Se capacitó a los estudiantes en la estructuración de un diseño experimental tipo para que pudiesen ela-borar sus propios módulos experimentales. Los estudiantes elaboraron un informe final que fue presenta-do y discutido en debate formal. En forma paralela, cada grupo de trabajo elaboró material didácticoaudiovisual de apoyo al módulo experimental.3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOLos módulos experimentales fueron presentados en las diversas actividades de difusión (Semana de laCiencia y de la Tecnología, y, en las exposiciones científicas programadas en el marco del ProyectoExplora-Conicyt). Además, se presentaron tres módulos al XXVI Congreso Chileno de Microbiología.3 Plan de Trabajo: contempló la selección de los estudiantes basado en el interés personal de cada uno deellos una vez conocidos los objetivos del proyecto; la conformación de grupos de trabajo; la capacitaciónde los estudiantes en técnicas básicas de manipulación y caracterización morfo-fisiológica y genética demicroorganismos; y de técnicas básicas de biología molecular y de biotecnología; la capacitación en elmanejo de interfase y de sensores y su aplicación a procesos fermentativos a escala de laboratorio; capaci-tación en la búsqueda y selección científica relevante a partir de diversas fuentes bibliográficas; capacita-ción en el diseño de proyectos; selección de temas o problemas de interés en biología molecular y en bio-tecnología;  selección y diseño de módulos experimentales interactivos y actividades de divulgación de losmismos a la comunidad estudiantil. 4 Resultados experimentales Los grupos de trabajo diseñaron y elaboraron seis módulos experimentales interactivos en biología mole-cular y de procesos biotecnológicos (“Extracción y purificación de ácidos nucleicos mediante matrices debajo costo”; “Biorremediación: aislamiento de bacterias de desechos contaminados con hidrocarburos”;“Genotoxicidad en levaduras”; “Transformación genética de Escherichia coli”; “`Búsqueda de un métodode desalinización biológica” e, “Inmovilización de células de Saccharomyces cerevisiae y su aplicación enprocesos fermentativos”).1. Módulo experimental: “Inmovilización de células de Saccharomyces cerevisiae y su aplicación enprocesos fermentativos”).IntroducciónLa inmovilización de células es la unión o su incorporación en un sistema de fase sólida específica que per-mite el intercambio de sustratos, productos, inhibidores, etc. Pero, al mismo tiempo,  separa la biomasacelular catalítica de la fase que contiene los sustratos y productos. La tecnología de inmovilización celular disminuye la mayoría de los problemas que plantea la fermenta-ción utilizando  células libres. Este sistema tiene la ventaja de poder manejar la densidad celular, previa alinicio de la fermentación. Además, facilita el sistema de operación del proceso de fermentación continua,evitando el paso de eliminar las células del fermentador. La inmovilización celular desacopla el crecimien-to microbiano de los procesos metabólicos de interés industrial. Es así, que diversos grupos de investiga-ción han empleado este sistema de células inmovilizadas para la obtención de variados productos de inte-rés industrial, como asimismo, en el tratamiento de desechos de residuos líquidos y sólidos. HidromielEl hidromiel es una de las bebidas fermentadas más antiguas que el hombre ha consumido. El hidromiel esproducto de la fermentación alcohólica de la miel diluida con agua mediante la acción de levaduras perte-necientes al género Saccharomyces.HipótesisLa inmovilización de células de Saccharomyces cerevisiae en una matriz inerte optimiza el proceso de fer-mentación alcohólica de hidromiel, en relación a la fermentación de este sustrato utilizando células libresde esta levadura.Objetivo generalEvaluar la actividad fermentativa de células inmovilizadas de Saccharomyces cerevisiae utilizando hidro-miel como sustrato de fermentación.    Objetivos específicos1. Inmovilizar células de Saccharomyces cerevisiae en matrices inertes de alginato de sodio.4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO2. Preparar hidromiel a partir de miel de Ulmo.3. Comparar la actividad fermentativa de la levadura en un fermentómetro utilizando levadura inmovili-zada y levadura no inmovilizada.Resultados experimentales1. Determinación del número de células viables por esfera de alginatoLa viabilidad del cultivo de levaduras evaluada con la tinción vital de azul de metileno fue de un 96%. Loanterior, nos permitió determinar que en la mezcla de alginato de sodio y de células de levaduras, se teníaun número total de 1,76 x 109 células. Dado que, se generó un total de 525 esferas de la mezcla alginato-levadura, esto nos dio una relación de 3,35 x 106 células de levaduras atrapadas en cada esfera de algina-to. De manera similar, en el ensayo de fermentación control se utilizó el mismo número de levaduras libresen la mezcla de fermentación. 2. Evolución de la fermentación alcohólicaEl comportamiento de la fermentación alcohólica del sistema con células inmovilizadas respecto a aquél deun sistema de células libres, usando hidromiel como sustrato, se evaluó a través de la determinación de losgrados Brix.En la tabla adjunta se presentan los valores de grados Brix determinados en las dos condiciones experi-mentales señaladas anteriormente. El sistema de células libres como el de células inmovilizadas presenta, hasta el octavo día de fermentación,un descenso de 62,0 % de los grados Brix.3. Determinación del grado alcohólicoLa determinación cualitativa de la presencia de alcohol mediante la reacción de color con el reactivo nitra-to cérico amoniacal, demostró la presencia de etanol entre el tercer y quinto día de fermentación en ambossistemas experimentales.La determinación cuantitativa de alcohol mediante destilación al noveno día de fermentación en ambos sis-temas, fue de 4,8 grados alcohólicos.CONCLUSIONESa. El sistema de inmovilización celular en matriz de alginato de sodio permite mantener la viabilidad celu-lar durante todo el desarrollo del proceso fermentativo.b. La fermentación alcohólica de hidromiel mediante células de levaduras inmovilizadas disminuye la dura-ción del proceso fermentativo, respecto al sistema de células libres.5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOc. La inmovilización celular, a diferencia del sistema convencional que utiliza un cultivo partidor de leva-duras libres en suspensión, impide la formación de sedimento celular permitiendo, de esta manera, simpli-ficar el proceso de recuperación del producto de la fermentación alcohólica.d. Ambos sistemas de fermentación alcohólica de hidromiel, en las condiciones experimentales ensayadas,producen  un grado alcohólico similar.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASGIBBS, W. y FOX, D. (2000) Tendencias en Educación: Enseñanza de las Ciencias. Investigación y Ciencia, Vol. 282(3),  pp. 77-81.MEAD, J.M. y  SCHARMANN, L.C. (1994). Enhancing critical thinking through structured academy controversy. TheAmerican Biology Teacher, Vol. 56 (7), pp. 416-419.PRESCOTT, L. M., HARLEY, J. P. y  KLEIN, D. A. (1999). Microbiology. United States of America: Mc Graw – Hill.STOREY, R y CARTER, J. (1992) Why the scientific method? Science Teacher, Vol. 59 (9),  pp.  18-21.YAGER, R. E. (2000). The constructivist learning model. Science Teacher, Vol. 67 (1), pp. 44-45. 

Modulos experimentales interactivos en biotecnologia : una estrategia didactica para la enseñanza de las ciencias experimentales en educacion media

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