Nanopartículas

Este problema se me ocurrió mientras escuchaba un podcast de la serie Discovery de la BBC (los podcast de la BBC me parecen, en general, un material muy interesante, en especial por supuesto para los profesores de centros bilingües. Este es el problema, que creo que sería adecuado para el final de la ESO y Bachillerato.

  1. Tenemos 1 gr de agua en forma de gota esférica. ¿Cuál es su superficie?
  2. Ahora tenemos esa misma cantidad de agua pero formando 10 gotas esféricas iguales. ¿Cuál es ahora la superficie total?
  3. En función del tiempo disponible y del nivel del grupo, se podría repetir el apartado 2 con 100 esferas, o 1000, u obtener directamente la función que expresa la superficie en función del número de partículas.

Lo que se observa es que la superficie aumenta al aumentar el número de partículas. Evidentemente, la razón de este fenómeno es el diferente comportamiento frente al cambio de tamaño de la superficie y el volumen del que se ocupaba la entrada anterior.

La aplicación: la actividad de una sustancia en un entorno, por ejemplo nuestro cuerpo, depende fundamentalmente de la superficie de contacto, porque es ahí donde se desarrollan las reacciones químicas. Un campo de investigación en el área de Nanopartículas consiste en investigar cómo se puede añadir, por ejemplo, sal o azúcar a un alimento en forma de nanopartículas. De esta forma se podría conseguir el mismo sabor con una cantidad menor de producto, con el consiguiente beneficio para la salud. Claro que no todo son luces; algunos críticos sostienen que hay que tener cuidado con las nanopartículas. Precisamente por su pequeño tamaño, es posible que puedieran llegar a lugares donde en su forma usual no llegan, y habría que estudiar cuáles podrían ser los efectos de esto a medio y largo plazo.

Ejercicios y problemas

La última entrada me dejó un sabor agridulce, no sé si me expliqué bien. Pero no voy a cometer el error de volver sobre el tema. Prefiero escribir sobre matemáticas, que creo que es lo que se me da un poco mejor.

No voy a entrar en profundas disquisiciones de qué es un ejercicio y qué es un problema. Para lo que quiero decir es suficiente esta idea:

  • un ejercicio es una tarea rutinaria, que se puede resolver limitándose a reproducir o imitar técnicas o procedimientos ya vistos.
  • un problema es una tarea que requiere, para su resolución, de algún tipo de actividad creativa:  bien porque es necesario adaptar una técnica conocida, bien porque hace falta combinar de una forma nueva algunos hechos conocidos.

Para un buen aprendizaje matemático es imprescidible hacer cierta cantidad de ejercicios. Creo que en eso estaremos todos de acuerdo. Pero también hace falta que los alumnos se enfrenten de forma regular al reto que supone la resolución de problemas, y creo que este aspecto no se está trabajando lo suficiente. Salvo honrosas excepciones, los estudiantes atraviesan nuestro sistema educativo sin enfrentarse a la resolución de problemas. Creo que esto lo pueden corroborar todos los profesores de primer curso de universidad, que ante la propuesta de un problema sólo encuentran, en buena parte de la clase, la reacción casi automática «no sé hacerlo».  Vencer ese horror al «papel en blanco» es tanto más difícil cuanto más tarde se intente y, como en tantos otros aspectos, cuanto antes empecemos mejor. La buena noticia es que es relativamente sencillo proponer auténticos problemas en los primeros cursos de la enseñanza primaria. Es suficiente con proponer problemas de suma o resta, o de reparto, antes de haber introducido los algoritmos correspondientes, tal y como se hace, por ejemplo, en Holanda, según comentaba en una de mis primeras entradas.

Para un niño de 6 años al que se le acaba de introducir en la notación posicional, con el número de dos cifras, la pregunta: «Tengo 36 cromos, y los quiero repartir por igual entre mis dos amigos. ¿Cuántos cromos debo dar a cada uno?» reúne, claramente, todos los requisitos de un buen problema.

Una de las tareas más difíciles, y más importantes, de un buen docente, es ser capaz de proporcionar algún tipo de ayuda a un alumno que está intentando resolver un problema, sin desvelarle más de lo necesario.

No es sencillo proponer un buen problema: no debe ser ni muy sencillo ni muy difícil, lo ideal es que tenga alguna relación con el entorno o que interpele de alguna forma al alumno, o que presente un resultado llamativo. Por ello, una buena colección de problemas es un auténtico tesoro. Me ofrezco desde aquí a arrancar un repositorio de «buenos problemas», para todos los niveles del sistema educativo, y que podrían ser votados por los usuarios.

Y para romper el hielo, aquí va el primero, mi favorito desde que lo descubrí (siento omitir la cita, pero he olvidado donde lo vi, hasta he olvidado cuál era exactamente la versión del problema que vi). Yo diría que es adecuado para el final de la primaria o el principio de la secundaria.

  • Supongamos que la humanidad se pone en fila india. ¿Cuántas veces daría la vuelta a la tierra esa fila india?

No, no he olvidado ningún dato. Parte del problema es que piensen qué datos necesitan, que aprendan a hacer aproximaciones y que hagan suposiciones razonables (como la distancia entre las personas de la fila). Por supuesto, esto obliga a que el problema se resuelva en una sala con algún ordenador, o a que se proponga en la parte final de la clase, se trabaje la parte de ¿qué datos necesito? y se resuelva al día siguiente con los datos obtenidos en casa. El problema tiene dos partes más:

  • Ahora supongamos que toda la humanidad viene a la Comunidad de Madrid -vivo en Madrid, pero este dato es fácilmente generalizable 🙂 -. ¿Cabríamos? ¿Cuánto espacio le tocaría a cada persona?

Y por último (puede ser un poco siniestro, lo sé, pero el resultado merece la pena):

  • El doctor No dispone de un terreno en forma de cuadrado de 1 km de lado, y en él quiere hacer una fosa común donde enterrar a toda la humanidad. ¿De qué profundidad debe hacer la fosa?
    Una alternativa más poética, pero quizá más difícil de entender por un alumno: ¿cuál es el volumen de la humanidad?

Una petición: si alguien se anima a llevar al aula este problema, o cualquier propuesta que aparezca en estas páginas, estaré encantado de recibir algo de feedback, bien con un simple comentario, o con más detalle en mi correo electrónico, que se puede encontrar aquí.

Una última cosa por hoy: en este enlace dejo una copia de las tareas del tema «El área del triángulo», del curso correspondiente a 5º de Primaria, de unos  textos que he descubierto hace poco. Creo que tiene un diseño estupendo, con una gradación perfecta, empezando por sencillos ejercicios, y avanzando de forma gradual, para terminar en auténticos problemas. Compararlo con todos los textos españoles que han caído en mis manos me ha dado bastante en qué pensar.

No entienden el problema

Esta es quizá la frase que más se escucha a los profesores de los primeros cursos de primaria, cuando algunos niños empiezan a mostrar dificultades en la resolución de problemas. Por ejemplo, el niño pregunta: ¿es de sumar o de restar? El tema llega al absurdo de que en algunos libros se llegan a dar recetas del tipo: «Si en el problema aparecen estas palabras  …  seguramente se hará sumando».

Cuando aparece este problema, el diagnósico suele ser el mencionado «no entiende el problema». Mi diagnóstico es que seguramente esté ocurriendo algo muy distinto, y es que el niño no conecta los algoritmos que le han enseñado para sumar, restar, multiplicar y dividir con los conceptos correspondientes. Los lectores escépticos deberían pararse un momento a pensar en la conexión entre «la receta» que el niño ha aprendido para dividir dos números, y el concepto de repartir una cantidad en partes iguales (y algo parecido podría decirse sobre el resto de las operaciones aritméticas). Creo que sería muy interesante hacer estudios sobre este tema, pero en su ausencia quiero mostrar un ejemplo de una forma completamente distinta de hacer las cosas.

En este artículo se describen algunas ideas generales sobre la enseñanza de las matemáticas en Holanda (que es uno de los países que figura, de forma constante, en buenas posiciones en los estudios internacionales sobre aprendizaje de las matemáticas). Una de las cosas que más me llamó la atención en el artículo es leer que los algoritmos tradicionales de la suma y la resta no se aprenden hasta 4º de primaria (sí, no hay ningún error, cuando los niños tienen 9 años). ¿Que qué hacen hasta entonces, si «no saben ni sumar ni restar»? Pues … hacen matemáticas.

Veamos un ejemplo sacado de ese mismo artículo. En la clase de 3º el maestro plantea el siguiente problema:

Hoy tenemos la reunión con los padres. Asistirán un total de 81 personas, y la reunión será en una sala con mesas de esta forma (dibuja un rectángulo en la pizarra). En cada mesa se pueden sentar 6 personas. ¿Cuántas mesas necesitaremos?

Los niños se ponen a trabajar (recordemos que no conocen los algoritmos de la suma ni la resta, mucho menos, por supuesto, el de la división). El maestro se pasea por la clase y da alguna indicación cuando lo considera necesario. Tras 10 minutos de trabajo, estos son algunos ejemplos del trabajo realizado:

¿Qué se ha conseguido con este enfoque?

  • En primer lugar, los niños se han enfrentado a un problema, es decir, a algo que no puede resolverse con una mera aplicación rutinaria de la última técnica aprendida en clase. Por tanto han tenido que ser creativos y han desarrollado sus propias estrategias de resolución. Estas son algunas de las capacidades más valiosas para cualquier persona, y las matemáticas bien presentadas son una herramienta excelente para desarrollarlas.
  • En segundo lugar, han adquirido una profunda comprensión del problema del reparto, de lo que se llamará cociente y lo que será el resto. Cuando se les presente el algoritmo correspondiente, la comprensión será más completa.