“LIVING MACHINE”: MÓDULO EDUCATIVO MULTINIVEL – MULTIPROPÓSITO PARA LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS
“Living Machine”: Modulo Educativo Multinivel - Multipropósito Para La Enseñanza De Las Ciencias
Andrea Velásquez; Juan M. Castaño y Juan C. Berrio.
Grupo de investigación Ecología, Ingeniería, y Sociedad
Facultad de Ciencias Ambientales
Universidad Tecnológica de Pereira
Esta investigación fue financiada por la Vicerrectoría de Investigación, Innovación y extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, a través del banco de proyectos de investigación 2012-2013.
Correspondencia concerniente a este artículo puede ser direccionada a Andrea Velásquez, Grupo de investigación Ecología, Ingeniería y Sociedad, Facultad de Ciencias Ambientales, Universidad Tecnológica de Pereira. Edificio 10. Oficina F-213. Vereda La Julita, Pereira, Risaralda. Dirección Postal: 660003. Email: andvelasquez@utp.edu.co
Resumen
En el contexto de la problemática ambiental actual se requieren estrategias encaminadas al desarrollo de la gestión ambiental partiendo desde la educación ambiental, sin embargo, aún no se han implementado herramientas que articulen dicho proceso en los currículos en la educación formal.
Por lo anterior se planteó la creación de un sistema de tratamiento de aguas residuales a escala denominado “living Machine”, el cual se basa en las interrelaciones presentes en los ecosistemas naturales acuáticos para la depuración de las aguas residuales mediante la absorción de la materia orgánica y los nutrientes disueltos en el agua.
Adicionalmente se construyó un sistema de monitoreo para conocer en tiempo real las variaciones físico químicas que se presentan al interior del sistema y las afectaciones externas al mismo, se monitorean variables como pH, oxígeno disuelto, temperatura, oxido reducción, radiación solar y humedad relativa.
Finalmente, se proyectó la aplicación permanente de la “living machine” en el proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias articulando los lineamientos de la educación ambiental, para ello se desarrollaron guías temáticas para la educación básica primer ciclo y el programa de educación superior Administración Ambiental.
PALABRAS CLAVE: living machine; educación ambiental, tratamiento de aguas residuales, instrumentación y ecosistemas acuáticos.
Abstract
In the context of current environmental problems to the development strategies of environmental management starting from the environmental education needed however, have not yet been implemented tools to articulate this process in curricula in formal education.
Therefore the creation of a system of wastewater treatment scale called "Living Machine", which is based on the relationships found in natural aquatic ecosystems for the purification of waste water by absorbing organic matter, was raised and nutrients dissolved in water.
Additionally, a monitoring system was built for real-time chemical physical changes that occur within the system and external to the affectations, variables such as pH, dissolved oxygen, temperature, oxide reduction, solar radiation and relative humidity are monitored.
Finally, the ongoing implementation of the "living machine" was screened in the teaching and learning of science articulating the environmental education guidelines for this topic guides were developed for basic education and the first cycle higher education program administration Environmental.
Keywords: living machine; environmental education, waste water treatment, instrumentation and aquatic ecosystems.
Introducción
Actualmente, a nivel mundial se han evidenciado innumerables transformaciones en diversos ámbitos, por ejemplo, en la educación se han cambiado los paradigmas y con ello la inclusión de un enfoque basado en competencias, transformando la forma de enseñar y con ello de aprender.
En este sentido, las nuevas tendencias giran en torno a la inclusión de herramientas tecnológicas en las aulas, sin embargo, en el contexto local estas transformaciones no han sido bien recibidas ni aplicadas, ya que aún se evidencia un modelo tradicional de enseñanza basado en la repetición. Además, otros factores que impiden el cambio de paradigma son la incipiente investigación en enseñanza de las ciencias y la educación ambiental y las dificultades para abordar las complejas problemáticas ambientales de manera interdisciplinar.
En vista de ello, el propósito de la investigación fue la de contribuir mediante la generación de una herramienta práctica denominada “living machine” en la enseñanza de las ciencias para facilitar los proceso educativos, orientados desde los lineamientos de estándares de competencias. Además, dado que la educación debe ser contextualizada, será preciso mostrar que dicha herramienta cuenta con una influencia local en sus componentes, ya que todos fueron colectados en la cuenca del río Otún, en el Municipio de Pereira, Risaralda, Colombia, la cual es una cuenca con una alta importancia a raíz de los servicios ecosistemicos que brinda, entre ellos el de provisión del recurso hídrico.
Habría que decir también, que la investigación fue desarrollada de manera interdisciplinar con aportes de las ciencias de la educación, ambientales y básicas.
Métodos
La presente investigación se desarrolló para contribuir a la facilitación del proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias, propendiendo con ello una articulación y coherencia curricular y normativa; el principal aporte de la investigación es la construcción y aplicación en algunos casos de estudios de una herramienta práctica denominada “Living Machine”.
Una “living machine” es una herramienta que cuenta con varios casos exitosos a nivel global de aplicación en diversos ámbitos, incluido el educativo. Sin embargo, el diseño utilizado en la presente investigación aunque retoma principios del eco diseño, su distribución, enfoque, características y recirculación lo convierten en una herramienta única. En particular, en el proceso de construcción de la herramienta se tuvo en cuenta los (12) principios planteados por Todd & Josephson (1996) los cuales son: diversidad mineral, reservas de nutrientes, gradientes pronunciados, altas tasas de intercambio, pulsos periódicos y aleatorios, diseño celular y la estructura de mesocosmos, mínimo número de subecosistemas, comunidades microbianas, fundamentos fotosintéticos basados en energía solar, diversidad animal, intercambios biológicos más allá del mesocosmos y relaciones microcosmos, mesocosmos y macrocosmos.(p 112-125)
Hay que mencionar, además que basados en la definición de ecosistema acuático modelado, se tuvo en cuenta la jerarquía alimenticia o red trófica de los ecosistemas, es decir, en la figura 1, se presenta el orden de inclusión de elementos basados en el criterio expuesto:
Gráfico . Orden de elementos incluidos en la “living machine”, dicho orden surgió de la jerarquía alimenticia de los ecosistemas acuáticos.
Por otra parte, la investigación pretendía generar una herramienta multinivel, en este sentido, surge la instrumentación de variables de la herramienta como un plus para abarcar temáticas más complejas para los niveles de educación superior, tales como pregrados, maestrías e incluso doctorados. Sin embargo, en la validación solo se contempló educación básica primaria y el pregrado de administración ambiental.
El proceso de validación contempló tres etapas, la primera orientada hacia el análisis de las competencias y lineamientos en ciencias para los niveles de formación de cada caso de estudio, seguido de la realización de guías prácticas que articulen los objetivos del aprendizaje y las temáticas abordables con la herramienta y finalmente la validación en con un enfoque cualitativo descriptivo y cuantitativo.
Continuando con lo mencionado previamente, el diseño metodológico de validación de las guías prácticas consiste en la enseñanza de una misma temática en dos o más grupos, en unos con el tratamiento (tomando la implementación de la “living machine” como el tratamiento) y otro de forma tradicional (grupo control) y en cada grupo se realizan pre y post test. Adicional a esta evaluación, enfocada en los estudiantes, se realizó una entrevista semi estructurada a los docentes y especialistas que orientan los cursos en los cuales se desarrollaron las diferentes guías. En esta entrevista, se indagó por los pros y contras de la implementación de la “living machine” como herramienta didáctica, así como también por posibles investigaciones y usos de la misma.
En cuanto a lo cuantitativo, el diseño se considera experimento verdadero ya que analiza la evolución de los grupos antes y después del tratamiento experimental; para el caso de estudio utilizaron tres tipos de diseños auténticos: diseño con postest únicamente y grupo control, el diseño pretest y post prueba y grupo control y se adaptó el diseño de cuatro grupos de Solomon a tres grupos. (Hernández Sampieri, Fernández Collado, & Baptista Lucio, 1998)
El siguiente aspecto trata el equipo del proyecto, desde la construcción de la propuesta se conformó un equipo heterogéneo formado por 12 personas, de las cuales pueden ser agrupadas en tres grandes grupos de las ciencias, el primero orientado a las ciencias ambientales, el segundo con las ciencias de la educación y el tercero corresponde a las ciencias básicas. Además, el proyecto integró personas con formación de pregrado, maestría y doctorado.
Avanzando en nuestro razonamiento, el análisis de la interdisciplinariedad del proyecto se realizó mediante el análisis de redes sociales ARS (social network analysis), también denominado análisis estructural, como herramienta de medición y análisis de las estructuras sociales que emergen de las relaciones entre actores sociales diversos (individuos, organizaciones, naciones, etc.). El ARS es un conjunto de técnicas de análisis para el estudio formal de las relaciones entre actores y para analizar las estructuras sociales que surgen de la recurrencia de esas relaciones o de la ocurrencia de determinados eventos (Sanz, 2003). Dicho análisis comienza prestando atención especial al estudio de las estructuras sociales, es decir, en la comprensión de los condicionantes estructurales de sus acciones. La asunción básica del análisis de redes es que la explicación de los fenómenos sociales mejoraría analizando las relaciones entre actores.
En definitiva, la investigación tiene un enfoque de análisis sistémico interdisciplinar que parte de la teoría de los sistemas complejos, donde convergen las ciencias a la luz del objeto de investigación. Este enfoque difiere marcadamente de la práctica de investigación orientación mecanicista y neopositivista que se interesa únicamente por el descubrimiento de "hechos", así como de relaciones aislables y específicas entre fenómenos, y que se limita a recopilar los resultados obtenidos por grupos de especialistas que aportan respuestas parciales a problemas parciales.
Resultados
Con respecto a los resultados de la investigación, se puede iniciar con la construcción de la herramienta, la cual es un sistema de recirculación donde se presentan cinco (5) tanques siguiendo los principios de diversidad y de especialidad según unas funciones determinadas para las características de cada hábitat, es decir condiciones aeróbicas (organismos productores y consumidores) y anaeróbicas (bio-filtro y organismos descomponedores), tal como se ilustra a continuación:
Gráfico .Ilustración gráfica del sistema "living machine"
Consideremos ahora que posterior a la construcción del sistema se deben caracterizar los componentes para el desarrollo de temáticas abarcables con la herramienta; en primer lugar se expone el componente vegetal y luego el componente físico- químico.
Componente biológico
En particular para el componente biológico se realizó unas caracterizaciones de especies vegetales, algas y animales las cuales se presentan seguidamente:
Caracterización de especies vegetales
Las plantas acuáticas son uno de los grupos de mayor aporte a la productividad primaria de los ecosistemas, por su valor ecológico en la provisión de alimento, hábitat y/o sitios de reproducción a diversos organismos (plancton, peces, aves, mamíferos, artrópodos y herpetos), además poseen valor paisajístico así como capacidad para absorber minerales disueltos, y por tanto ayudan a la depuración del agua. Su diversidad es considerablemente menor que la de las plantas terrestres, más aún en los ecosistemas acuáticos tropicales y en zonas por encima de los 2.000 msnm. En el caso de estudio las plantas fueron extraídas de la cuenca del río Otún (ubicada entre 1800 y 2300 msnm).
De manera específica, este tipo de plantas son conocidas como plantas acuáticas, macrófitas e hidrofitas, y son aquellas plantas que desarrollan sus ciclos de vida en cuerpos de agua continentales o marinos. Este conjunto de plantas incluye los grupos Charophyta (algas), Bryophyta sensu lato (musgos y hepáticas), Monilophyta (helechos) y Angiospermas (plantas con semilla y flor).
Según Posada & López, (2011); Las plantas acuáticas se pueden clasificar de acuerdo a su hábitat, así:
Sumergidas: pueden o no estar arraigadas al fondo. Frecuentemente las estructuras reproductivas emergen de la superficie.
Libre flotantes: no arraigadas, flotan sobre la superficie del agua.
Arraigadas flotantes: enraizadas en el fondo de aguas poco profundas, flotan sobre la superficie.
Anfibias: crecen en aguas fluctuantes. Inicialmente tienen una fase acuática y cuando el nivel del agua desciende adoptan formas terrestres (plasticidad fenotípica). Normalmente solo son fértiles en la fase terrestre.
Emergentes: permanecen en el agua durante las primeras fases de desarrollo y emergen en la fase reproductiva.
De humedales: plantas terrestres que pueden sobrevivir periodos de inundación total sin cambios morfológicos significativos.
En el caso particular se presentan 13 especies, las cuales se clasifican tomando algunos criterios anteriores:
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Fotografía . Pistia stratiotes (Lechuga de agua)+
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Fotografía . Salvinia auriculata (Oreja de ratón)
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Fotografía . Lemna minor (lenteja de agua)
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Fotografía .Eichhornia crassipes (Buchón o jacinto de agua)
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Fotografía . Hydrocotyle leucocephala (sombrerillo)
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Fotografía . Heteranthera reniformis sp (Buche de gallina)
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