Equilibrio ácido-base de los aminoácidos (enfoque por competencias)

Fundamentación: La siguiente propuesta ha sido elaborada como tarea del Curso "Las competencias, un nuevo modelo para intentar resolver problemas viejos". Consiste en la planificación de una unidad didáctica sobre el equilibrio ácido-base de los aminoácidos, enmarcado en el tema proteínas y usando la metodología del aprendizaje basado en competencias. Tiene una duración total de 15 horas de clase (de 45 minutos cada una).

Competencias e indicadores para el eje temático: Para el eje temático seleccionado se indica en la tabla que se encuentra a continuación la dimensión de la competencia científica que se trabajará y los indicadores de aprendizaje para cada una de dichas dimensiones.

El siguiente recurso resume cuáles son las dimensiones de la competencia científica.

Objetivos de enseñanza:

Enseñar a los estudiantes:

• Que el modelo de equilibrio químico y el principio de Le Châtelier nos permiten explicar las diferentes zonas de la curva de titulación y la acción como solución reguladora de la solución del aminoácido estudiado.
• Que la definición de ácidos y bases según la teoría de Brønsted-Lowry nos permite explicar las formas ionizadas de los aminoácidos según el pH del medio.
• Que los aminoácidos se presentan en sus formas catiónicas, aniónicas y de zwitterion.
• Que puedan realizar una actividad práctica de titulación de un aminoácido a partir de la cual puedan determinar el punto isoiónico realizando la curva o gráfica e identificando la zona media del “salto” en el pH.
• Que puedan identificar cada zona de la curva de titulación y predecir la carga eléctrica del aminoácido (positiva, neta neutra y negativa).
• Que el punto isoiónico es el pH característico en el que la carga eléctrica neta es cero.
• A elaborar un informe de la actividad completo que incluya objetivo, marco teórico con las citas correctamente realizadas, materiales, medidas de seguridad, procedimiento, tabla de datos, resultados, conclusiones y bibliografía.
• Que la electroforesis es una técnica que permite separar moléculas aplicándoles un campo eléctrico basándose en las diferencias de tamaño de las mismas.
• A construir e interpretar gráficas como las curvas de titulación.

Contenidos:

Conceptuales:

• Formas ionizadas de los aminoácidos.
• Curva de titulación de un aminoácido.
• Punto isoiónico.
• Punto isoeléctrico.
• Electroforesis.

Procedimentales:

• Construcción de curvas de titulación e interpretación de las mismas.
• Construcción de tabla de datos.
• Interpretación de textos.
• Utilización correcta del material de laboratorio al realizar la titulación.
• Aplicación de las medidas de seguridad al trabajar en el laboratorio.
• Interpretación de la información contenida en un resumen de una investigación.
• Formulación de la pregunta investigable a partir de la lectura de un resumen de una investigación identificando las variables dependiente, independiente y de control.
• Elaboración de un informe de la actividad práctica.
• Expresión de los datos obtenidos tomando en cuenta el número correcto de cifras significativas.
• Utilización correcta de tablas con datos teóricos.

Actitudinales:

• Valoración de las medidas de seguridad aplicadas al trabajar en el laboratorio.
• Valoración de la electroforesis en estudios relacionados con la salud.

Metodología: Se han seleccionado como estrategias metodológicas para el desarrollo de esta unidad didáctica la indagación guiada y la resolución de problemas.

Secuencia de actividades: 

Clase 1 (3 horas): Se inicia entregando la ficha 1 (Fenilalanina en refrescos) a los estudiantes. Se los divide en grupos de dos integrantes para que puedan resolverla. Los estudiantes buscan información sobre el origen de la fenilalanina en los refrescos y la fenilcetonuria. Además identifican las variables dependiente, independiente y de control para poder diseñar una actividad práctica con el fin de identificar la fenilalanina en refrescos. Redactan la pregunta investigable y el diseño de la actividad. Como tarea domiciliaria deberán traer los refrescos que vayan a analizar en la siguiente clase.

El docente revisa los diseños experimentales cuidando de que se tengan los materiales para realizarlo en la siguiente clase.

El objetivo es que los estudiantes realicen la búsqueda bibliográfica y seleccionen la información obtenida, identifiquen la relación entre este aminoácido y la salud, y sean capaces de identificar las variables del experimento, redacten la pregunta investigable y puedan diseñar el experimento que dé respuesta a su pregunta.

Fases de la estrategia empleada:

• El análisis de la etiqueta sería parte de la fase de motivación. En el caso de la fase planteamiento del problema la actividad se enmarca en el trabajo de la unidad didáctica proteínas, en especial aminoácidos, que ya fueron trabajados con anterioridad, incluyendo la estructura de los 20 que forman a los seres vivos.
• Los estudiantes deberán buscar información sobre cómo detectar experimentalmente este aminoácido en refrescos, fase diseño de las fuentes de información y planificación de la metodología de trabajo.
• Para la siguiente fase, emisión de hipótesis, los estudiantes deberán identificar claramente cuáles son las variables que intervienen en su experimento y clasificarlas, en independiente, dependiente y de control.
• En la fase de diseño experimental 1, los estudiantes deberán proponer el diseño experimental de su actividad analizando cómo medir las variables que han seleccionado, y cómo mantener las de control en esa condición.
• En la fase diseño experimental 2, deberán planificar los pasos a seguir, cómo van a organizar los datos que obtengan, y cuáles serán las medidas de seguridad que deberán tomar en cuenta según los productos químicos que utilizarán.

Clase 2 (3 horas): Los grupos formados en la clase anterior ponen en práctica la actividad experimental que han diseñado. Toman los datos y los organizan para elaborar conclusiones. Se realiza una puesta en común para analizar los resultados de cada equipo.

Como tarea domiciliara deberán realizar en equipo un breve informe que incluye, objetivos, materiales y sustancias/soluciones, hipótesis, medidas de seguridad, pregunta investigable, procedimiento, datos, análisis de resultados y conclusiones. Se repasarán estos aspectos antes de finalizar la clase para que los tomen en cuenta al realizar dicho informe.

Las posibles preguntas investigables a las que se puede llegar serían:

• Para el caso que solamente se trabaje con refrescos que contienen aspartamo: ¿Qué sucede con la concentración de fenilalanina en los refrescos endulzados con aspartamo según la marca?
• Si se utilizan en el estudio refrescos con diferentes edulcorantes: ¿Qué refrescos analizados contienen fenilalanina?

Para el primer caso se utilizarían diferentes refrescos endulzados con aspartamo. En el segundo caso se usarían refrescos en donde lo que cambia es el edulcorante.

En esta clase se trabajarán las fases realización del experimento, análisis de los resultados y conclusiones finales. La comunicación la realizarán como tarea domiciliaria a través del informe escrito que elaborarán en equipos.

Clase 3 (2 horas): Se trabaja con la ficha 2 (Propiedades ácido-base de los aminoácidos). Los estudiantes contestan las preguntas que los guían para analizar los principales aspectos teóricos del tema.

Clase 4 (3 horas): Como aplicación experimental de los conceptos vistos en la clase anterior se realiza la titulación de un aminoácido. Los estudiantes realizan la actividad práctica para determinar la curva de titulación de la solución 0,1 mol/L del aminoácido asignado. Toman los datos, construyen la gráfica, identifican las zonas de la misma. Como tarea domiciliaria elaboran un informe de la actividad y lo entregan en la siguiente clase.

Se analiza con ellos cuáles serían los datos que se obtienen, cómo organizarlo en una tabla de datos, cuáles son las variables que intervienen en dicha actividad, cuál es la independiente y cuál la dependiente, y qué relación guardan éstas con la curva.

Clase 5 (2 horas): Se trabaja con la ficha 3 (aminoácidos y salud) de consolidación de los diversos aspectos trabajados. Cada estudiante la resuelve de manera individual.

Propuesta de evaluación: Como técnica de evaluación se ha diseñado el siguiente trabajo escrito que incluye también aspectos referidos a las proteínas, sus niveles estructurales y funciones.

Rúbrica para evaluar la propuesta: La siguiente rúbrica ha sido elaborada para evaluar el desempeño de cada estudiante en el trabajo escrito.

Bibliografía consultada:

• Ambrós, A. La programación de unidades didácticas por competencias. Aula de Innovación Educativa núm 180.
• Cañal, P. (2012). ¿Cómo evaluar la competencia científica? Investigación en la Escuela, 78.
• Cañal, P. (2012). La evaluación de la competencia científica requiere nuevas formas de evaluar los aprendizajes. En E. Pedrinaci. El desarrollo de la competencia científica. Barcelona, España: Graó.
• Coll, C., y otros (2010). Desarrollo, aprendizaje y enseñanza en la educación secundaria. Barcelona, España: Graó.
• Duran, D. GAPPISA, una guía para el análisis de pruebas evaluativas desde la perspectiva PISA.
• Giné, N., Parcerisa, A. (2007). Evaluación en la educación secundaria. Elementos para la reflexión y recursos para la práctica. (2da edición). España: Graó.
• Laborde, G. (2015). La Enseñanza de las Ciencias desde un enfoque basado en competencias. México, Sapiens.
• Laborde, G. (2015). Enseñar Química por competencias. ¿Cómo evaluar competencias? México, Sapiens.
• Laborde, G. (2016). Metodología de enseñanza en un modelo competencial. Material de apoyo al curso de Didáctica III. I.P.A.
• Laborde, G. (2017). Una unidad didáctica basada en el desarrollo de competencias. Dimensiones de análisis de un sistema. 
• Pedrinaci, E., Caamaño, A., Cañal, P. y de Pro, A. (2012). 11 ideas clave. El desarrollo de la competencia científica. Barcelona, España: Graó.
• Roegiers, X. ¿Qué es el EPC? Enfoque por las competencias y pedagogía de la integración explicadas a los educadores. 
• Sanmartí, N. (2007). 10 ideas clave. Evaluar para aprender. España: Graó.
• Zabala, A. y Arnau, L. (2008). Cómo aprender y enseñar competencias. Barcelona, España: Graó.