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Diseño y ampliación colaborativos de un laboratorio virtual en Biomodel desde Patagonia

  • Marisa G. Avaro

  • Facultad de Ciencias Naturales y de la Salud - Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco (FCNyCS-UNPSJB), Puerto Madryn, Chubut, Argentina.

  • Julieta Sturla Lompré

  • Facultad de Ciencias Naturales y de la Salud - Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco (FCNyCS-UNPSJB), Puerto Madryn, Chubut, Argentina. Centro para el estudio de Sistemas Marinos (CESIMAR - CONICET - CENPAT), Puerto Madryn, Chubut, Argentina.

  • Cynthia Sequeiros

  • Facultad de Ciencias Naturales y de la Salud - Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco (FCNyCS-UNPSJB), Puerto Madryn, Chubut, Argentina. Centro para el estudio de Sistemas Marinos (CESIMAR - CONICET - CENPAT), Puerto Madryn, Chubut, Argentina.

  • Ángel Herráez

  • Bioquímica y Biología Molecular, Departamento de Biología de Sistemas, Universidad de Alcalá, Alcalá de Henares.Dep. de Biología de Sistemas, Universidad de Alcalá (Alcalá de Henares, Madrid).

CONTEXTO Y OBJETIVO

La imposibilidad de realizar actividades dentro de los laboratorios de las universidades en la pandemia reciente llevó a los docentes a pensar estrategias, innovar metodologías de trabajo y ajustar la didáctica de las clases para no afectar a la calidad educativa, promoviendo la autogestión del conocimiento y simulando experiencias que los alumnos hubieran vivido en forma presencial. En particular, en este artículo describiremos nuestra experiencia para identificar y cuantificar sustancias por espectrofotometría UV-visible.

 

PROTAGONISTAS

Docentes y alumnos de la Cátedra de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias Biológicas y Ciencias de la Salud para el primer año de la Licenciatura en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco, sede Puerto Madryn, Chubut, Argentina.

 

 

EL PROBLEMA

¿Cómo lograr que los alumnos aprendan y aprehendan con entusiasmo en la virtualidad, abriendo una ventana al laboratorio desde sus casas?

¿Podemos identificar y cuantificar pigmentos desde casa?

Las debilidades que evidenciamos fueron:

  • Imposibilidad de plantear actividades de laboratorio presenciales.
  • Desarrollar en forma virtual un contenido de laboratorio que requiere equipamiento específico.
  • Presentar una actividad análoga a la experiencia de laboratorio que sea dinámica y atractiva para el alumno.

 

SOLUCIÓN

Las dificultades planteadas precedentemente nos llevaron a pensar en recursos que permitan reemplazar las experiencias de laboratorio y los problemas presentados como guías de estudio por un recurso más didáctico y atractivo. Específicamente, nos enfrentamos a la necesidad de que los alumnos comprendan los conceptos relacionados con la obtención experimental de concentraciones de compuestos de interés, que decidimos que sean pigmentos naturales.

 

Gracias a las herramientas disponibles en Biomodel1 y a la generosa y entusiasta guía de su creador, el Dr. Herráez, hemos trabajado colaborativamente, adaptando un simulador preexistente de registro de espectros UV-visible, que se explica con detalle en un número anterior de esta revista2,3, a un nuevo desarrollo vinculado a los pigmentos. Gracias a ello pudimos brindarles a nuestros estudiantes el laboratorio virtual de espectrofotometría, adaptado a nuestras necesidades siguiendo los lineamientos de las clases impartidas tradicionalmente en nuestra cátedra. 

 

ABORDAJE DE LA SOLUCIÓN

El proyecto se trabajó planteando el análisis cualitativo y cuantitativo de pigmentos en diferentes disoluciones: a) tres pigmentos puros (estándares) (clorofilas a y b, β-caroteno); b) extracto vegetal de espinaca, acelga o microalgas; c) dos fracciones con pigmentos vegetales obtenidas por separarción cromatográfica en columna del extracto vegetal. El diseño y programación de los espectros de pigmentos vegetales que los alumnos obtendrían se basaron en los datos de Clementson y Wojtasiewicz4 . Las composiciones de los extractos vegetales fueron obtenidas de diversas especies: espinaca cruda5 , congelada, blanqueada o sin blanquear7 ; acelga6 ; microalgas Desmodesmus sp., Dunaliella salina y Chlorella sorokinia8 . La incorporación de tan diversas muestras posibilitó contar con datos empíricos tal que cada alumno deba trabajar con una muestra diferente. Este proyecto incluye varias actividades dentro de la pestaña Pigmentos del laboratorio virtual de espectrofotometría3 . Se ofrecen explicaciones e instrucciones para realizar el trabajo de laboratorio virtual, junto con actividades que deben efectuar en sus cuadernos de laboratorio mientras realizan las experiencias “simuladas” (completar tablas, obtener el barrido espectral, graficar curvas de calibrado, realizar cálculos), ejercicios de aplicación o autoevaluación, etcétera.

 

 

ACTIVIDADES PROPUESTAS

En el primer diseño, bajo el título Espectros Patrón, se plantea la obtención, el análisis y la comparación de los espectros de absorbancia de estándares de clorofilas a y b, y β-caroteno. También se enfatiza el análisis de las estructuras químicas de dichos pigmentos, remarcando la importancia de los espectros de absorción en la identificación de compuestos (Figura 1). 

 

El segundo desarrollo, Extractos, plantea la identificación de los pigmentos encontrados en un extracto vegetal y en sus 2 fracciones separadas por cromatografía, mediante el análisis de los espectros y su comparación con el de los estándares (Figura 2).

 

 

En el tercer desarrollo, Concentración, se analiza el efecto de la concentración de un pigmento vegetal sobre su barrido espectral (Figura 3). 

 

El cuarto diseño, Curva de Calibrado, plantea cuantificar la cantidad de pigmentos presentes en una muestra incógnita, mediante la preparación de la curva de calibrado con estándares y con ella determinar la concentración del pigmento en una muestra problema (Figura 4).

 

METODOLOGÍA SEGUIDA EN EL PROYECTO

Inicialmente se trabajó en una plataforma de prueba. Los primeros en probarla fueron los auxiliares docentes de la cátedra, entre ellos licenciados en Ciencias Biológicas, algunos con doctorados orientados a la Química y con amplia experiencia docente. Luego lo hicieron los auxiliares alumnos, quienes cursaron la materia en forma presencial. En la cátedra no se había trabajado la cuantificación por medio de curva de calibrado utilizando pigmentos como analito, sino que para abordar estos contenidos se determinaban nitritos sobre muestras de agua, que tenía la desventaja de requerir varias sesiones de laboratorio. Así, experimentar con la simulación de Curva de Calibrado de Pigmentos fue también una novedad, posibilitando que los auxiliares diversifiquen su práctica docente. Las propuestas de mejora de estos docentes fueron muy valiosas para optimizar las actividades propuestas en cada desarrollo. 

 

 

Esta experiencia didáctica se puso en práctic a con los alumnos de la cohorte 2021. Como actividad de cierre se les solicitó que confeccionen un informe que incluía todo lo trabajado (Figura 5) y, además, que respondan una encuesta no obligatoria. En esta experiencia el docente se constituyó en guía de la construcción del aprendizaje, introduciéndolos al tema, explicando la secuencia didáctica en forma virtual sincrónica, y evacuando dudas en forma sincrónica y asincrónica. 

 

"A MODO DE CONCLUSIÓN..."

Nuestra materia tiene un alto contenido de prácticas de laboratorio, por lo que en pandemia demandó un gran esfuerzo docente transformar los laboratorios presenciales en virtuales. 

 

Se ha dado un salto cualitativo incorporando el uso de las TIC, al trabajar en forma colaborativa modelando simulaciones de experimentos interactivos a partir de datos empíricos con el fin de determinar cualitativa y cuantitativamente pigmentos en diferentes muestras3 . Este diseño “a medida” de las simulaciones fue un recurso que, en la situación de confinamiento obligatorio, permitió cumplir con los objetivos sin afectar a los contenidos, siendo la única herramienta que permitió acercar a los alumnos a experiencias análogas a las vivenciadas en un laboratorio. 

 

 

Los distintos informes confeccionados por los alumnos (Figura 5), los resultados satisfactorios de las encuestas realizadas (Figura 6) y la opinión de los docentes que integran la cátedra indicarían que estas simulaciones son de suma utilidad para la formación de futuros profesionales que se desempeñarán en las áreas de bioquímica, química biológica y otras materias afines.

 

Para la pospandemia, proponemos que estas simulaciones sean utilizadas como complemento al trabajo presencial pues permitirían al alumno practicar lo realizado en el laboratorio en el ámbito y horario que prefiera (asincrónicamente). Tiene la ventaja de que posibilita repetir los ensayos infinidad de veces sin preocuparse por el gasto de insumos, la reposición del instrumental que pudiera dañarse o el impacto ambiental potencial; adicionalmente, es más rápido que en el laboratorio ya que no requiere acondicionamiento previo del material y su posterior lavado.

 

Queremos destacar por último que, como todo el material diseñado dentro del proyecto Biomodel, quedará disponible para todo aquel que tenga interés. Este equipo docente por lo tanto queda a disposición para cualquier consulta.

 

AGRADECIMIENTOS

Al Prof. Ángel Herráez por su calidez, sapiencia, generosidad y dinamismo. A nuestros colegas del equipo docente de la Cátedra de Química Orgánica: Dra. Carmen Mariño; Lic. Franco Sosa; alumnas: Katia Jones; Celeste Müller.

 

A las alumnas que nos permitieron publicar imágenes del Informe de Laboratorio que confeccionaron: Mariángeles Avalos, Melisa Gatti; Araceli Herrera; Loana Tamburrini. 

 

REFERENCIAS

1. Biomodel. Páginas de complemento al estudio de bioquímica y biología molecular. http://biomodel. uah.es/ (visitado: 14/05/2022)

2. Herráez A (2020). Alternativas virtuales: trabaja en casa (casi) como si estuvieras en el laboratorio. SEBBM 206: 38-40. https://revista.sebbm.es/ articulo.php?id=727

3. Herráez A. Espectrofotómetro UV-VIS virtual. http://biomodel.uah.es/lab/abs/espectro.htm.

4. Clementson LA, Wojtasiewicz B (2019). Dataset on the absorption characteristics of extracted phytoplankton pigments. doi.org/hvb2

5. Khachik F, Beecher GR, Whittaker NF (1986). Separation, identification, and quantification of the major carotenoid and chlorophyll constituents in extracts of several green vegetables by liquid chromatography. doi.org/cdkfj7

6. Costa SM, Montenegro MA, Arregui T, de Pinto MIS, Nazareno MA, de Mishima BL (2003). Caracterización de acelga fresca de Santiago del Estero (Argentina). Comparación del contenido de nutrientes en hoja y tallo. Evaluación de los carotenoides presentes. doi.org/bz685z

7. Kidmose U, Edelenbos M, Christensen LP, Hegelund E (2005). Chromatographic determination of changes in pigments in spinach (Spinacia oleracea L.) during processing. doi.org/ hvb3

8. Safafar H, van Wagenen J, Møller P, Jacobsen C (2005). Carotenoids, phenolic compounds and tocopherols contribute to the antioxidative properties of some microalgae species grown on industrial wastewater. doi.org/f8hqtr


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