La Química Verde en el campo científico y en la ciencia escolar. Una propuesta de reconstrucción educativa de la Química Verde

Abstract

En el context dels actuals reptes que plantejen les problemàtiques ambientals, l'educació juga un paper fonamental en la construcció d'escenaris futurs més sostenibles i equitatius. Per a complir amb aquest rol, es fa necessària la reestructuració dels continguts de la ciència escolar i dels processos i escenaris d'ensenyament-aprenentatge, que encaminin la transició de la ciència escolar cap a la sostenibilitat. En aquest context, la Química Verda (QV), que representa els esforços per reexaminar i redisenyar les eines científiques per produir, transformar i utilitzar productes químics que augmentin l'eficiència i eficàcia dels processos, al mateix temps que es minimitzen els residus i els danys a l'ésser humà i a l'entorn, es troba en vies de concreció com a camp en l'àmbit educatiu i particularment en l'escolar. Per això, el propòsit d'aquesta tesi és generar una proposta per a la transposició didàctica de la QV a la QV Escolar, des de l'ús del model de reconstrucció educativa (MER), que aporti al repte que continua sent l'ensenyament de la Química Verda, atesa la naturalesa sistèmica dels problemes ambientals i les tensions en el seu abordatge a l'aula. Es va emprar un enfocament qualitatiu per a la recopilació i l'anàlisi de dades, amb la finalitat de desenvolupar 3 objectius, que van concretar les finalitats d'aquesta tesi: 1) Analitzar el contingut científic específic de la Química Verda, per a la seva reconstrucció educativa en l'ensenyament escolar; 2) Caracteritzar i comparar les percepcions de mestres i investigadors d'educació científica respecte a la Química Verda i el currículum escolar i; 3) Caracteritzar seqüències d'ensenyament-aprenentatge, construïdes per mestres en exercici, que incorporin la Química Verda. El primer objectiu es va concretar a través de l'estudi del currículum xilè de ciències, que va permetre identificar vinculacions de la QV amb assignatures científiques escolars, amb una especial èmfasi en la química escolar. Al mateix temps, es van identificar continguts curriculars conceptuals i transversals que facilitarien la integració de la QV a l'escola. La concreció del segon objectiu es va dur a terme a partir de l'estudi de les percepcions de mestres i investigadors respecte a la QV. Els resultats van caracteritzar i comparar les percepcions d'ambdós grups i van permetre descriure un model de continguts curriculars que consta de tres dimensions: i) multidisciplinària, ii) intradisciplinària i iii) interdisciplinària. El tercer objectiu es va concretar mitjançant l'estudi de seqüències d'ensenyament i aprenentatge (SEA) que van ser analitzades d'acord amb els seus objectius, continguts, contextos, avaluació, els principis de la QV que integren i les transformacions que han desenvolupat i va permetre classificar-les en 3 categories, és a dir, SEA amb: i) alta, ii) mitjana i iii) baixa presència de la QV. Al mateix temps, es van analitzar les reflexions que els mestres van realitzar sobre els seus dissenys de SEA, identificant punts forts i febles en les seves formulacions. Per concloure, el MER constitueix un marc metodològic que orienta l'estudi de la pertinència d'ensenyar Química Verda a l'escola, com a resultat d'un procés inclusiu, que inclou les aportacions de la literatura, els mestres i investigadors.

En el contexto de los actuales desafíos que plantean las problemáticas ambientales, la educación juega un papel fundamental en la construcción de escenarios futuros más sostenibles y equitativos. Para cumplir con este rol, se hace necesaria la reestructuración de los contenidos de la ciencia escolar y de los procesos y escenarios de enseñanza-aprendizaje, que encaminen la transición de la ciencia escolar hacia la sostenibilidad. En este contexto, la Química Verde (QV), que representa los esfuerzos para reexaminar y rediseñar las herramientas científicas para producir, transformar y utilizar productos químicos que aumenten la eficiencia y eficacia de los procesos, al mismo tiempo que se minimizan los residuos y los daños al ser humano y al ambiente, se encuentra en vías de concreción como campo en el ámbito educativo y particularmente en el escolar. Es por esto, el propósito de esta tesis es generar una propuesta para la transposición didáctica de la QV a la QV Escolar, desde el uso del modelo de reconstrucción educativa (MER), que aporte al desafío que continúa siendo la enseñanza de la Química Verde, dada la naturaleza sistémica de los problemas ambientales y las tensiones de su abordaje en el aula. Se empleó un enfoque cualitativo para la colección y el análisis de datos, con el fin de desarrollar 3 objetivos, que concretaron la finalidades de esta tesis: 1) Analizar el contenido científico específico de la Química Verde, para su reconstrucción educativa en la enseñanza escolar ; 2) Caracterizar y comparar las percepciones de maestros/as en ejercicio e investigadores/as de educación científica con respecto a la Química Verde y el currículum escolar y; 3) Caracterizar secuencias de enseñanza aprendizaje, construidas por maestros/as en ejercicio, que incorporan la Química Verde. El primer objetivo, se concretó a través del estudio del currículum chileno de ciencias y permitió identificar vinculaciones de la QV con asignaturas científicas escolares, en las que se destaca la química escolar. A la vez, se identificaron contenidos curriculares conceptuales y transversales que facilitarían la integración de la QV en la escuela. La concreción del segundo objetivo se llevo a cabo a partir del estudio de las percepciones de maestros/as e investigadores/as con respecto a la QV. Los resultados caracterizaron y compararon las percepciones de ambos grupos y permitieron describir un modelo de contenidos curriculares que consta de tres dimensiones: i) multidisciplinar, ii) intradisciplinar y iii) interdisciplinar. El tercer objetivo, se concretó por medio del estudio de secuencias de enseñanza y aprendizaje (SEA) que fueron analizadas de acuerdo con sus objetivos, contenidos, contextos, evaluación, los principios de la QV que integran y las transformaciones que han desarrollado y permitió clasificarlas en 3 categorías, es decir, SEA con: i) alta, ii) media y, iii) baja presencia de la QV. A la vez, se analizaron las reflexiones que los/as maestros/as realizaron sobre sus diseños de SEA, identificando fortalezas y debilidades en sus formulaciones. Se concluye que el MER constituye un marco metodológico que orienta el estudio de la pertinencia de enseñar Química Verde en la escuela, como resultado de un proceso inclusivo, que incluye los aportes de la literatura, los/as maestros/as e investigadores/as.

In the current environmental context, education plays an essential role in building more sustainable and equitable future scenarios. To fulfill this role, a restructuring of the contents of school science and the processes and settings of teaching and learning is necessary to steer the transition of school science towards sustainability. In this context, Green Chemistry (GC), which represents efforts to reevaluate and redesign scientific tools for producing, transforming, and utilizing chemicals to enhance process efficiency and effectiveness while simultaneously minimizing waste and harm to both humans and the environment, is in the process of materializing as a field within the educational sphere, particularly within the school environment. Therefore, the purpose of this thesis is to generate a proposal for the didactic transposition of GC into School Green Chemistry, employing the Educational Reconstruction Model (MER), which contributes to the ongoing challenge of teaching Green Chemistry, given the systemic nature of environmental problems and the complexities in addressing them in the classroom. A qualitative approach was employed for data collection and analysis, with the aim of achieving three objectives: 1) To analyse the specific scientific content of Green Chemistry for its educational reconstruction in school teaching; 2) To characterize and compare the perceptions of practicing teachers and researchers in science education regarding Green Chemistry and the school curriculum and, 3) To characterize teaching-learning sequences constructed by in-service teachers that incorporate Green Chemistry. The first objective was realized through an examination of the Chilean science curriculum, which facilitated the identification of connections between GC and school scientific subjects, with a particular emphasis on school chemistry. Additionally, conceptual and cross-curricular curricular contents were identified that would facilitate the integration of GC into the school curriculum. The second objective was pursued by studying the perceptions of teachers and researchers concerning GC. The results served to characterize and compare the perceptions of both groups, enabling the description of a curriculum content model consisting of three dimensions: i) multidisciplinary, ii) intradisciplinary, and iii) interdisciplinary. The third objective was achieved through an investigation of teaching and learning sequences (TLS) that were analysed in terms of their objectives, content, contexts, evaluation, the principles of GC they incorporated, and the transformations they have undergone. This analysis led to the classification of TLS into three categories: TLS with i) high, ii) medium, and iii) low presence of GC. Additionally, the reflections made by teachers on their TLS designs were examined, revealing strengths and weaknesses in their formulations. In conclusion, the MER serves as a methodological framework that guides the study of the relevance of teaching Green Chemistry in schools, as a result of an inclusive process that incorporates contributions from the literature, teachers, and researchers.