LAS PRÁCTICAS Y LOS LABORATORIOS

PREPARACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON AYUDA DEL VÍDEO

Qué son
Con frecuencia el profesor que desea introducir a sus alumnos en el método científico utilizando un laboratorio se encuentra con alguna de estas situaciones: no le es posible utilizarlo (porque no lo hay, o no es permitido trabajar en él); hay un laboratorio, pero solo para uso de los profesores (o para realizar la experiencia delante del grupo de alumnos) y, por último, lo hay y los alumnos pueden experimentar en él. En cualquiera de los tres casos, el video es un eficaz recurso para el docente, como veremos a continuación, al referirnos a cada uno de estos escenarios.

No es posible utilizar el laboratorio
Esto no debería ser obstáculo para que los alumnos participen en el aprendizaje del método de investigación experimental. El video proporciona dos soluciones (que iremos viendo en estos apartados).

Los alumnos pueden ver una experiencia reproducida en video. Se trata de una solución necesaria en numerosos casos, por ejemplo, por la larga duración de la experiencia (proceso de crecimiento de una semilla), la peligrosidad de la experiencia (cuando es necesario manipular substancias explosivas), por su costo (ensayos nucleares) o por una mezcla de todos estos factores (investigación genética). Además, pueden realizar ciertas experiencias en clase con ayuda del video (en otro apartado se comenta cómo realizar estas experiencias con cámara).

Los alumnos no pueden utilizar el laboratorio

En ocasiones, aún disponiendo de laboratorio, no existen recursos para que todos los alumnos realicen la experiencia. En esos casos, el docente trata de mostrárselas, pero en un grupo de 25 ó 60 estudiantes, el nivel de atención decae y la capacidad de entender el proceso disminuye. En estas circunstancias, el uso del video como “pre-visionado” de la actividad se ha mostrado muy eficaz: el grupo ve la experiencia en video, con la posibilidad de que el docente detenga la imagen y haga preguntas, para mantener elevado el nivel de atención. Después, los estudiantes observan el experimento en vivo, y reconocen el valor de la experiencia real directa, frente a la mediatizada del audiovisual.

Es posible para los alumnos utilizar el laboratorio
Esta tercera situación no se da frecuentemente y quizás es la causa del bajo nivel de interés por la ciencia y la tecnología detectado entre los jóvenes. La masificación de la enseñanza ha cobrado, entre sus víctimas, las prácticas de laboratorio. Incluso, cuando existe el laboratorio, los costos de materiales y productos para que todos los alumnos hagan las prácticas son demasiado elevados.

También aquí el video juega un papel valioso porque, por un lado, el docente puede mostrarles previamente la experiencia que deberán realizar y familiarizarlos con los equipos y procesos que deben llevar a cabo. Por el otro, porque también es posible disponer de sistemas de ayuda audiovisual (por ejemplo, podcast), de modo que, ante una duda, el alumno puede ver cómo debe proceder. Finalmente, el video es un apoyo eficaz en las tareas preparatorias, por ejemplo, para ilustrar los procedimientos (cómo doblar tubos de cristal, preparar soluciones o regular el mechero de gas).

Mostrar en directo una experiencia al grupo de clase
Es frecuente que el docente exponga, en una pantalla grande, una experiencia a los alumnos, tanto si luego estos la repiten, como si no lo hacen. En el segundo caso, puede haber motivos económicos (el costo de los materiales), razones de seguridad (la peligrosidad de la experiencia) o simplemente las limitaciones de tiempo para cubrir todo el programa.

Pero no es una buena idea llevar a cabo la experiencia delante de 20 o más alumnos agolpados alrededor de una mesa, tomando notas en una libreta, con los problemas asociados de manejo del grupo. En cambio, el docente puede realizarla delante de todos, al tiempo que una cámara, con ayuda de un videoproyector, la muestra ampliada en una pantalla. También puede estar frente a los alumnos, mientras estos permanecen sentados tomando las notas que necesiten.

Observar en grupo una experiencia pregrabada

Otra alternativa es la presentación de una experiencia previamente grabada. Esta solución suele preferirse por diferentes motivos: por ejemplo, porque la experiencia requiere más tiempo del que permite una sesión de clase o debido a que los equipos que se requieren son difíciles de transportar, o porque la experiencia debe realizarse en un momento o lugar que no coincide con el horario escolar y, además, porque encierra excesiva peligrosidad. Así, el profesor muestra la experiencia y la comenta de modo similar a como se han tratado otros materiales.

Preparación para una práctica de laboratorio

Uno de los usos más interesantes del video consiste en lograr que los alumnos observen, en pantalla, la experiencia que posteriormente tendrán que realizar. Esto permite mostrarles aspectos claves tales como los materiales que necesitarán; la forma en la que deben organizarlos para la experiencia; la manera de manipularlos (tanto por razones de eficiencia, como de seguridad); los peligros que encierran ciertas acciones y las posibles fuentes de error en las que generalmente se incurre en las mediciones.

El diferente carácter de cada experiencia, así como los objetivos que se pretenden, hacen que en ocasiones esta dinámica “modelizadora” sea más o menos adecuada, frente a una dinámica de “descubrimiento”. Ambos modelos tienen su lugar en un diseño pedagógico complejo.

EJEMPLOS DE PRÁCTICAS CON AYUDA DEL VIDEO EN EL CAMPO DE LAS CIENCIAS
A continuación se recoge una serie de experiencias que pueden utilizarse con los alumnos en las aplicaciones indicadas. También es posible encontrar experiencias en los videos, a partir de los enlaces de este apartado.

Refracción de la luz
Utilizando un prisma y una fuente de luz concentrada, puede mostrarse, grabando desde arriba, cómo se produce la refracción de la luz y su descomposición en los diferentes colores, según sus índices respectivos. Luego se pide a los alumnos que midan los ángulos incidente y refractado para diferentes situaciones, para que calculen los índices de refracción.

Temperatura de congelación del agua
Para la experiencia de la temperatura de fusión del hielo se coloca la webcam delante de un par de vasos de cristal con hielo picado, y sendos termómetros introducidos en los vasos, de modo que las temperaturas que marcan, queden claramente visibles en la cámara. Bastará echar sal en uno de los vasos y remover ambos para ver cómo disminuye la temperatura, la que alcanza valores inferiores en el vaso con sal. Tiene que explicarse por qué las medidas son diferentes y cuáles son sus aplicaciones prácticas.

Movimiento de las estrellas
Grabar el movimiento de las estrellas solo requerirá, además de una cámara suficientemente sensible orientada al Norte (o al Sur, según el hemisferio), un programa en la computadora para que realice una captura cada 5 minutos. En 10 horas se obtendrían 120 imágenes numeradas y en un mismo directorio. Ahora bastará abrir el QuickTime Player y escoger “Abrir secuencia de imágenes”. Luego se guardará como fichero QuickTime seleccionando la velocidad adecuada; por ejemplo, si se colocan 10 imágenes por segundo, se obtendría un clip de 12 segundos. Conociendo la velocidad del clip (10 imágenes por segundo) puede calcularse el ángulo recorrido por las estrellas en una hora (¿cuál sería?).

Características de una especie animal
Puede grabarse un documental sobre la naturaleza, de esos que tanto abundan en la televisión. A continuación, se seleccionan planos de un animal por ejemplo, cazando, descansando o comiendo, para obtener un clip de un minuto o dos (del que se elimina el sonido). A partir de esas imágenes, los estudiantes pueden deducir las características del animal, el tipo de alimentación, zonas de implantación, etcétera.

Análisis de la velocidad de caída de los cuerpos
Sobre un fondo con una retícula métrica (por ejemplo, una cuadrícula a intervalos de un centímetro, dibujada en un papel grande o en la pizarra), se deja caer un objeto con escasa resistencia al aire y gran visibilidad, mientras se graba con una cámara a la máxima velocidad que nos permita.

Analizando la distancia recorrida en cada fotograma (si se conoce el tiempo que transcurre, que depende de la velocidad del video), es posible ver cómo el cuerpo se acelera. Aplicando fórmulas puede calcularse el valor g (el cual no sale exacto por… ¿por qué razón?). Conociendo el valor g teórico (9,8) y el que se obtiene, podría calcularse también la fuerza que genera el rozamiento del aire. Como puede observarse, es posible calcular la velocidad de caída de los cuerpos para varios objetos diferentes. También puede analizarse la velocidad de caída para objetos que ofrezcan igual rozamiento, pero con diferente peso. ¿Caerán a la misma o a diferente velocidad según el peso?

Trayectoria de un cuerpo
Se lanza un objeto horizontalmente, con fuerza, en un descampado y desde una cierta altura, se graba su trayectoria con la cámara quieta y con el eje del objetivo perpendicular al movimiento.
Los alumnos pueden realizar interesantes experiencias con la computadora; se superponen los diferentes fotogramas en modo transparente, con un programa de gráficos, por ejemplo Gimp, y se traza la trayectoria del objeto, junto con los valores matemáticos correspondientes. Hay que señalar que, cuando se les permite, estudiantes, incluso de primaria, manejan perfectamente programas aparentemente tan sofisticados como Photoshop, Gimp o equivalentes.

Clips manipulados para despertar la observación
La facilidad de manejar fotos o clips permite introducir especies de animales o de plantas, o edificios en contextos que no corresponden. Será tarea de los alumnos descubrir el elemento que está fuera de sitio, por no corresponder a dicho entorno.

Grabaciones a velocidad elevada
La grabación en video a velocidad elevada permite ver cómo se desinfla un globo cuando lo alcanza un perdigón y la manera en que se rompe una pieza de un material al aumentar la presión súbitamente.

Otra interesante variante es el uso de velocidades de obturación elevada (aunque la grabación sea a velocidad normal). Por ejemplo, puede grabarse en video un pequeño chorro de agua con velocidad de obturación 1/50 y con velocidad 1/2000. En el segundo caso se verá claramente que el chorro de agua consiste, en realidad, de gotas separadas.

Características del análisis del video en los ejemplos
Para estos análisis, los alumnos o los docentes pueden utilizar diferentes técnicas que van, desde descargar el video y analizarlo, descomponiéndolo, uno por uno, en fotogramas. Para ello basta escoger “exportar” y luego seleccionar como secuencia de imágenes.

He aquí algunas de las actividades que pueden realizarse con los fotogramas una vez separados:
• Imprimir todos o algunos, para luego dibujar sobre ellos o realizar medidas en papel o superponer varios fotogramas, formando una única imagen mediante un programa de gráficos.
• Mezclarlos con otras imágenes, dibujar sobre ellos o deformarlos con programas de gráficos. • Utilizarlos en informes elaborados con documentos de texto.
 • Modificar la imagen con un programa de gráficos (quitar el color, convertir en líneas de negro sobre blanco, solarizar, dar valor a los colores para identificación de elementos no visibles, como plagas, etcétera).

Laboratorios simulados y virtuales
En programas de enseñanza a distancia o en situaciones en las que un centro educativo no dispone de los recursos necesarios para llevar adelante experiencias científicas, es posible valerse de la virtualidad para reproducirlas mediante sistemas computacionales. Existen dos formas de trabajar la virtualidad: las simulaciones y los laboratorios virtuales.

Simulaciones
Ya se han estudiando en el apartado de multimedia. Existen simulaciones de experiencias de física o de química que permiten obviar los siempre elevados costos de reactivos y materiales. Son recursos muy valiosos si el profesor sabe hacer un uso adecuado de ellos; es decir, no como curiosidad o sorpresa, sino para desarrollar la metodología propia de la investigación científica (plantear hipótesis y verificarlas con la experiencia, aunque sea simulada).

Laboratorios virtuales a distancia
Se trata de gestionar a distancia un laboratorio real. En tanto cada vez más procesos de un laboratorio se escapan a la manipulación física, este proceso es especialmente rico en educación superior. Su costo no siempre lo aconseja en niveles básicos de la enseñanza.
El estudiante accede mediante una computadora e Internet a un laboratorio real. A través de la pantalla controla visualmente el proceso, así como los indicadores de las diferentes mediciones. Utilizando el teclado de la computadora o con otros dispositivos, realiza las diferentes acciones, las cuales tienen lugar a distancia en el laboratorio real.

Laboratorios virtuales
Cada vez tienen más repercusión los laboratorios virtuales; es decir, aquellos que funcionan como si fuera uno real con el que interactúa el estudiante, pero que no tienen un equivalente físico. Pueden ser simulaciones muy elaboradas, como las que ya vimos en las simulaciones multimedia.
Sin embargo, con la llegada de mundos virtuales, notablemente Second Life, es posible plantearse también laboratorios en esos entornos. Son representaciones tridimensionales en las que el estudiante puede moverse y realizar las experiencias como si estuviera en un espacio real.
Second Life, es un entorno de realidad virtual que simula un mundo donde es posible comprar, vender, crear, enseñar, aprender, etcétera.

Otras posibilidades del video en relación con la investigación
El video se ha convertido en un excelente instrumento de investigación tanto en manos del docente como de los alumnos. Es una herramienta de investigación desde el aula; en física, en la educación primaria, en experiencias relacionadas con el movimiento de los cuerpos, su capacidad de registro y visionado inmediato es muy útil. Frente al clásico experimento propuesto por el manual de la Unesco,  que utilizaba un plato giradiscos para determinar la velocidad de caída de los cuerpos y su aceleración, el video puede registrar la caída de un cuerpo sobre un fondo con divisiones señaladas de modo que, al pasar la imagen, pueda apreciarse lo que avanza en cada cuadro, es decir, en cada 1/25 de segundo.

En ciencias naturales también es aprovechable su potencial para hacer registros, clasificaciones, etcétera. Progresivamente, la observación de la naturaleza mediante anotaciones escritas será enriquecida por la toma de imágenes.

Otra de las posibilidades del video es su capacidad de ampliación de detalles, lo que permite el visionado y análisis en grupo. Objetos muy pequeños se amplían para ser estudiados por los alumnos.
La indagación a partir de materiales históricos o pseudohistóricos como films, también puede necesitar del video como herramienta flexible y cómoda. El estudio de entornos urbanísticos, hábitos alimenticios o prendas de vestir, y demás, permite acercarse a una historia social de la humanidad. En el mismo sentido, resulta un recurso adecuado para la geografía, planteada en una dinámica de búsqueda e investigación.

En general, el uso del video como instrumento de investigación por parte de los alumnos es más claro en la enseñanza primaria. Con el tiempo y conforme se perfeccione el medio, por ejemplo, permitiendo la filmación cuadro a cuadro a precios accesibles, también sustituirá al cine como instrumento de investigación en enseñanza superior. Los últimos avances en los equipos de video digital, con la capacidad de que cada cuadro registre fracciones muy pequeñas de segundo, solucionan algunos de los problemas planteados; es el caso del estudio del movimiento que puede apreciarse mejor gracias al grado de detalle que las nuevas tecnologías de video llegan a mostrar. A continuación veremos algunos ejemplos.

Grabación de un fenómeno para su análisis
La grabación de objetos, espacios y seres vivos por los alumnos, para luego realizar observaciones y medidas y obtener conclusiones es una buena práctica. En este sentido, la cámara sustituye o complementa al cuaderno de campo: permite grabar la conducta de animales, documentar las características de ciertas plantas, establecer modelos y categorías.
Se trata de desarrollar la capacidad de análisis de los alumnos. Una buena dinámica es asignar grupos para que cada uno trate de llegar a sus conclusiones, a partir de un mismo clip. La posterior puesta en común y discusión de las conclusiones, así como de las estrategias utilizadas para llegar a ellas, serán ejercicios valiosísimos para los alumnos.

Medir distancias
La medición de longitudes puede realizarse filmando personas u objetos (bastones, por ejemplo) de una altura conocida, primero a una distancia controlada y luego a la que pretende medirse. Midiendo los tamaños en pantalla y mediante cálculos trigonométricos, es posible calcularla, con cierta aproximación. Hay que tener en cuenta la distancia focal del objetivo y la horizontalidad del eje de cámara. La medida de la altura de un objeto puede realizarse también por triangulación, utilizando métodos similares.

Movimiento ondulatorio
En determinados experimentos puede obtenerse un mejor análisis, si se registra en video su desarrollo. Un tema adecuado es el movimiento ondulatorio, porque el video no solo registra la imagen, sino que proporciona una referencia del tiempo transcurrido entre dos fotogramas (según la velocidad a la que se haya capturado el video).

Grabación de una experiencia
A diferencia de la aplicación anterior, aquí se trata de grabar vivencias, en la misma línea de lo que se ha visto en el apartado 6.1. Naturalmente, esto queda limitado a aquellas experiencias al alcance de los alumnos. En general, es un trabajo apropiado para realizar en grupo, porque el hecho de utilizar una cámara es altamente incentivador, pero la fascinación por la máquina suele reducir el valor del análisis del fenómeno.

Al principio puede ser interesante que los alumnos repitan alguna experiencia previamente observada. Después, también hay que dejar espacio a la creatividad y a la búsqueda de recursos (¿cómo podrían mostrar que…?). En ese sentido, tener que diseñar una experiencia para probar una ley física, es un ejercicio especialmente interesante para comprender mejor el funcionamiento del método científico.

Grabar el desarrollo de una semilla  o el crecimiento de una planta
Esta experiencia se ha realizado tradicionalmente en clase, colocando un frasco de vidrio con algodón y una semilla. Durante días, los alumnos ven crecer la semilla. Pero es atractivo y permite un interesante análisis, si cada día se realiza una foto, siempre con el mismo ángulo (y similar iluminación); dichas imágenes se agruparán luego en un clip de video que dará animación, en unos pocos segundos, a un proceso que ha durado días. Los alumnos también pueden analizar el clip o las imágenes para obtener conclusiones sobre la diferente velocidad de crecimiento, en diferentes momentos del fenómeno. Sin embargo, desde el punto de vista  práctico, una forma eficaz de realizar el proceso es fijar una webcam orientada al frasco y conectar cada día una computadora portátil o equipo similar para realizar la captura.

LA PRÁCTICA ARTÍSTICA: DIBUJAR POR COMPUTADORA

La práctica en el laboratorio no se limita al campo de las ciencias. Las artes también permiten explorar nuevas fórmulas expresivas con talleres o laboratorios de imagen y sonido.
Aún en computadoras de generaciones anteriores, la “tortuga” del LOGO  dirigido a los niños permitía dibujar. Esto era interesante por diversos motivos, pero aquí no nos referimos a esa actividad, sino a la utilización de programas informáticos específicos para crear gráficos; es decir, programas que permiten pintar en color, e incluso realizar dibujos animados. También incluiremos los programas de retoque fotográfico con capacidad para manipular una ilustración o una foto y crear una imagen totalmente nueva.

Es obvio que estos programas no sustituyen la actividad manual con pinturas o lápices. En cualquier caso, no se pretende aquí polemizar sobre el tema. Pero hay dos hechos que no conviene olvidar. Los alumnos que en su futura vida profesional dentro de 10 ó 20 años necesiten preparar imágenes gráficas lo harán mediante equipos informáticos. Los alumnos que, por distintas razones, se sienten decepcionados de sus resultados en la creación de imágenes también se beneficiarían del uso de estos programas.

Tipos de programas
Los programas de gráficos son básicamente de dos tipos: los que pintan mapas de puntos y los vectoriales; los primeros dibujan puntos; los segundos, objetos. Ambos presentan herramientas similares: brocha, lápiz, selector, cuadrados/rectángulos, circunferencias/ elipses y llenado de trama o color. Pero, una vez introducida una forma en un programa de mapas de puntos, este pierde su carácter de objeto y pasa a ser un conjunto de puntos que pueden ser modificados individualmente. En un programa vectorial, la forma de un objeto puede alargarse, contraerse, girarse, superponerse y trasladarse, independientemente de las otras formas con las que se encuentre.

Una limitación de estos programas de gráficos es la salida: las impresoras capaces de reproducir la paleta de colores que ofrecen los equipos actuales son caras, y la grabación de la señal de video en cinta magnetoscópica presenta problemas de definición y flicking o parpadeo de la imagen. Así que al final tenemos un resultado que solo es visible en la pantalla de una computadora.
Estos programas pueden utilizarse desde que los niños poseen suficiente control de sus manos como para manejar los dispositivos de entrada.

Programas de retoque
Los programas de retoque fotográfico permiten alterar completamente una fotografía. Los alumnos comienzan haciendo desaparecer elementos de la foto, por ejemplo, vehículos que ensucian la imagen. Posteriormente se trabaja en la creación de composiciones a partir de varias imágenes y entonces es cuando se entusiasman: cuando descubren la capacidad de construir mensajes visuales, en función de los elementos que combinan en la pantalla, como si estuvieran pintando un cuadro, pero con representaciones fotográficas. El más conocido es Photoshop, un costoso programa muy utilizado en el campo profesional de las artes gráficas. Existen alternativas en código abierto como Gimp o Fotoflexer.

Cámaras digitales
Las cámaras digitales simplifican la tarea de trabajar con fotos efectuadas por los propios alumnos. Además, es fácil preparar representaciones virtuales con ayuda de QuickTime VR: una serie de 6 u 8 fotografías de un objeto permiten mostrar ese objeto en la pantalla de la computadora, con la posibilidad de manipularlo y voltearlo. En un espacio, la misma técnica admite desplazamientos por él, sin más requisito que mover ligeramente el ratón.

A partir de las fotos digitales pueden crearse nuevas composiciones visuales artísticas, utilizando los programas de retoque. Igualmente, es posible crear imágenes sorprendentes; por ejemplo, manteniendo el obturador abierto y jugando con linternas o pequeños objetos luminosos en movimiento.