Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo

131 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Cycle of teaching improvement in Genetics practices: Genotype-Phenotype correlation analysis Maikel Castellano-Pozo ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4134-9025 Universidad de Sevilla Departamento de Genética mcastellano[email protected] DOI: http://dx.doi.org/10.12795/9788447227631.009 Pp.: 131-143 132 133 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Resumen En la educación universitaria es fundamental incorporar métodos que impulsen habilidades cruciales para el desarrollo académico y profesional de los estudiantes. A menudo, las prácticas convencionales en laboratorios siguen un enfoque estándar, donde se presenta un concepto teórico y a continuación se sigue un protocolo preestablecido sin estimular el pensamiento crítico del estudiante. Con la intención de solventar esta carencia, en este capítulo se describe el diseño y la aplicación de un ciclo de mejora docente en las prácticas de la asignatura Genética I, del Grado en Biología. Este ciclo de mejora se basa, principalmente, en la aplicación de la metodología del aula invertida, con el objetivo de fomentar una mayor adquisición de conocimientos y habilidades prácticas a través del razonamiento crítico durante todo el proceso de enseñanza. La aplicación de esta nueva metodología en las prácticas de laboratorio ha generado un mayor interés y motivación entre los estudiantes, evidenciándose en una mayor participación, mejor asimilación y comprensión de los contenidos. La satisfacción de los alumnos con este enfoque refleja el éxito de su implementación. Palabras clave: Genética, docencia universitaria, innovación docente, competencias prácticas, desarrollo profesional docente. Abstract In university education, it is crucial to incorporate methods that promote crucial skills for students’ academic and professional development. Often, conventional laboratory practices follow a standard approach, presenting a theoretical concept and then following a pre-established protocol without stimulating students’ critical thinking. To address this deficiency, this chapter describes the design and implementation of a teaching improvement cycle in the laboratory practices of the subject Genetics I in the Biology degree. This improvement cycle is primarily based on the application of the flipped classroom methodology, aiming to foster greater acquisition of knowledge and practical skills through critical reasoning throughout the teaching process. The application of this new methodology in laboratory practices has generated increased interest and motivation among students, evident in greater participation, improved assimilation, and understanding of the content. Students’ satisfaction with this approach reflects the success of its implementation. Keywords: Genetics, University Teaching, Teaching Innovation, Practical Skills, Teacher Professional Development. 133 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Introducción La educación universitaria debe adaptarse a las demandas cambiantes de la sociedad y fomentar habilidades cruciales para el crecimiento académico y profesional de los estudiantes (Unceta, 2008). A pesar de la importancia de las prácticas de laboratorio, a menudo hay una brecha entre las habilidades adquiridas y las necesarias para sobresalir en el mercado laboral (Weller, 2007). Las competencias esenciales incluyen aplicar conceptos teóricos, usar bases de datos, organizar y analizar información, interpretar conocimientos, resolver problemas, participar en discusiones colaborativas y presentar resultados. La metodología tradicional de laboratorio, con una parte teórica seguida de la implementación práctica, presenta limitaciones en el desarrollo de habilidades. La desconexión entre teoría y práctica impide a menudo la correlación, resultando en una formación incompleta en habilidades prácticas profesionales (Unceta, 2008). La enseñanza invertida emerge como una alternativa efectiva, centrando a los estudiantes en el aprendizaje activo (Samuel, 2021). Esta metodología promueve la comprensión profunda y habilidades como el trabajo en equipo y el pensamiento crítico, complementada con fases de autoevaluación y reflexión (Chikeleze y Gibson, 2018). Para abordar los aspectos teóricos, los docentes deben adaptar técnicas de enseñanza activa. Diseño previo del CIMA Porlán (2017) y Rodríguez, Gil y otros (1996) sostienen que la observación en el aula es una de las herramientas más valiosas, proporcionando información detallada sobre cómo suceden los acontecimientos y el resultado que tienen. Después de llevar a cabo prácticas de laboratorio, se han identificado carencias en la adquisición de competencias específicas, como el análisis de información, la interpretación de conocimientos y la resolución de problemas, así como en la adquisición de habilidades y destrezas particulares. Para abordar estas carencias, se ha elegido principalmente la metodología del aula invertida como alternativa al enfoque tradicional. Esta acción se ha implementado en las prácticas de la asignatura «Genética I», una asignatura obligatoria del segundo año del Grado en Biología de la Universidad de Sevilla. Cada grupo de prácticas consta de 4sesiones de 2 horas cada una, donde se intercala el desarrollo de 3 prácticas diferenciadas (este ciclo de mejora solo se ha implantado en una de ellas), con alrededor de 14 alumnos por grupo de manera presencial. Tradicionalmente, la metodología seguía una introducción teórica respaldada por una presentación de PowerPoint, seguida de la ejecución de 134 135 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) la parte práctica según un protocolo establecido y concluía con la discusión de los resultados. Con la implementación de este ciclo de mejora, se han introducido cambios para centrar más la actividad en el alumno (Postareff y Lindblom-Ylänne, 2008) fomentando que reflexionen sobre el qué, el cómo y el porqué del procedimiento en cada bloque práctico. Con ello se pretende: — Fomentar conexión entre teoría y práctica, ya que a menudo los alumnos no saben aplicar los conocimientos teóricos en las prácticas. — Promover una actitud activa del alumno en las prácticas, eliminando la pasividad al implicarlos en la toma de decisiones. — Estimular una actitud crítica mediante debates grupales, donde se discuten las diversas hipótesis planteadas por los alumnos para resolver los problemas prácticos. — Identificar las dificultades de los alumnos en la adquisición de conocimientos. Mapas de contenidos y problemas claves El bloque de prácticas de laboratorio de «Genética I» amplía el enfoque del anterior CIMA centrado en el análisis genotípico (CastellanoPozo, Iglesias-Sigüenza y otros, 2023). La novedad de este CIMA reside en la correlación del genotipo de cada alumno con su fenotipo asociado, examinando la capacidad de percepción del sabor amargo de la sustancia química feniltiocarbamida (PTC) (figura 1). Las prácticas de esta asignatura seguían un formato tradicional, mientras que el CIMA propuesto se enfoca especialmente en abordar las dificultades de los estudiantes con el diseño experimental e interpretación de resultados, adoptando una metodología basada en el método científico, organizando el aprendizaje a través de problemas de interés para los alumnos, permitiéndoles construir conclusiones a partir de sus propias hipótesis y observaciones. El ciclo de mejora comienza con una pregunta inicial sobre las técnicas de biología molecular para determinar el genotipo relacionado con la percepción del sabor amargo de la PTC (figura 1). La práctica se centra en el gen TAS2R38, que influye en la percepción del sabor amargo de la PTC debido a polimorfismos de un solo nucleótido. Se analizarán dos alelos, PAV y AVI, dominante y recesivo, y su relación con la capacidad de percibir la PTC. La práctica incluirá un análisis fenotípico mediante el testeo del compuesto y la clasificación de los alumnos como «catadores» o «no catadores» y un análisis genético que implicará la extracción y amplificación del ADN, seguido de la visualización en un gel de electroforesis para determinar el genotipo de cada alumno y su relación con el fenotipo. 135 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Figura 1. Mapa de contenidos para la práctica de laboratorio de la asignatura Genética I del Grado de Biología, dedicada al análisis de los genomas y su expresión. Modelo metodológico y secuencias de actividades El enfoque metodológico del CIMA propuesto (figura 2) se fundamenta en dos conceptos clave: la formulación de un problema que aborde los conceptos a tratar durante la práctica y la promoción de una actitud activa entre los alumnos, estimulando habilidades como la reflexión y la relación de ideas y conceptos previos (Bain, 2007; De Alba y Porlán, 2017; Porlán, 2017). Este modelo busca mejorar el aplicado anteriormente en las prácticas de Genética Humana del Grado en Biología (Castellano-Pozo, Iglesias-Sigüenza y otros, 2023), enfocándose en potenciar actividades exitosas, como el análisis crítico grupal de propuestas experimentales de los 136 137 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) alumnos. Además, extiende la temática de análisis genómico a un enfoque más atractivo, vinculándolo con la capacidad de percepción del sabor de un compuesto químico por parte de cada alumno. Figura 2. Modelo metodológico propuesto para la práctica de laboratorio de Genética I dedicada al estudio de los genotipos y su expresión. El modelo incluye cuatro sesiones con actividades de contraste ( figura2; tabla 1). Primero, los alumnos responden a la pregunta inicial en pequeños grupos, compartiendo conocimientos y organizando una hoja de ruta experimental. A través de discusiones grupales y preguntas guía del profesor, se espera que identifiquen los pasos experimentales necesarios, centrando la atención en la extracción de ADN, la amplificación de una región específica y la visualización por electroforesis. El desarrollo de la práctica se detalla en el modelo metodológico, categorizado en contenido conceptual, aptitudinal y actitudinal (García-Díaz, Porlán y otros, 2017), con preguntas indicadas en rojo para guiar el aprendizaje. Después de elaborar respuestas iniciales, los grupos exponen sus protocolos, debaten y llegan a un consenso final. El profesor sintetiza los puntos esenciales y aborda preguntas menos desarrolladas. Se introduce la 137 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) parte teórica para profundizar en aspectos técnicos, y los alumnos preparan el laboratorio en cada sesión, siguiendo una metodología gradual para una asimilación efectiva y duradera (Larkin, 2012). Se realizan diversas actividades de contraste a lo largo del proceso (tabla 1). Cabe destacar que este modelo puede ajustarse según el conocimiento previo, la evolución del proceso o la experiencia del docente (Porlán, 2017). Cuestionario inicial-final En la aplicación de este CIMA cabe destacar el uso de cuestionarios inicial y final, una herramienta clave que permite tanto la evaluación de los conocimientos iniciales de los alumnos, así como adaptar las actividades venideras a dicho nivel, y medir el éxito en la adquisición de conocimientos al efectuar el ciclo de mejora (Rivero y Porlán, 2017). El cuestionario se basa en dos preguntas, principalmente: Pregunta 1. Necesitamos analizar por PCR los diferentes polimorfismos de un gen que existen en un grupo de personas. Para ello el diseño de oligos en regiones concretas del ADN es clave, ya que nos permite diferenciar sobre la presencia de variaciones alélicas en una región concreta del ADN. Dibuja dónde diseñarías los oligos para estos casos, siempre teniendo en cuenta diferenciar cada caso de la versión silvestre (En esta pregunta se presentan varios ejemplos de alelos silvestre, delecionado, con inserción y con traslocación, mostrando los tamaños en pb de los distintos fragmentos) Pregunta 2. Tras la realización de una PCR se suele realizar una electroforesis para la separación de los amplicones. ¿Qué posibles bandas obtendrías al realizar una PCR con los oligos que has señalado anteriormente? Dibújalas simulando un gel de electroforesis, justificando los tamaños en pares de bases (pb). ¿Podría saber si un individuo es homocigoto o heterocigoto para esos alelos? Indícalo en el gel si así lo crees. Aplicación del CIMA Se han diseñado actividades de contraste para implementar este CIMA, basándose en premisas de «Lo que hacen los mejores profesores universitarios» (Bain, 2007). Estas actividades buscan una enseñanza sólida y de calidad, abordando las ideas iniciales de los alumnos, promoviendo el razonamiento disciplinar y habilidades críticas, captando su atención. La tabla 1 detalla la secuencia cronológica de estas actividades. 138 139 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Tabla 1. Secuencia de actividades Sesión 1 Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 1Ideas Previas Cuestionario Inicial 35 min Desarrollo de la actividad: Se comunica a los alumnos sobre el tema de la práctica. Se les proporciona el cuestionario inicial. Se enfatiza que no es un examen y que será anónimo, utilizando pseudónimos que deben mantener a lo largo de la práctica. El cuestionario servirá para medir el nivel de partida y los conocimientos adquiridos tras la práctica. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 2Ideas Previas Debate diseño experimental 20 min Desarrollo de la actividad: Debate grupal sobre las diferentes hipótesis para responder a la pregunta inicial basada en un problema: «Si la percepción del sabor amargo de la PTC depende de la variación alélica en un locus determinado, ¿qué técnicas seriadas harías en un laboratorio de biología molecular para saber su genotipo?». El profesor guiará a los alumnos para llegar al consenso más lógico, y que a continuación se llevará a la práctica. Sesión 2 Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 3Ideas Previas Introducción: TAS2R38 y fundamentos PCR 25 min Desarrollo de la actividad: Introducción sobre la temática de la práctica. Con ayuda de un PowerPoint (material del programa de la asignatura) se profundiza en los conceptos teóricos más importantes y sobre los fundamentos generales de la técnica de PCR. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 4Pre-PCR Análisis Fenotípico 10 min Desarrollo de la actividad: A cada alumno se le reparte dos tiras de papel, una impregnada con PTC, y otra no impregnada y que servirá de control negativo. Los alumnos anotarán si son catadores o no catadores, y la intensidad de la percepción del sabor. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 5Pre-PCR Preparación del laboratorio 15 min Desarrollo de la actividad: A los alumnos se les facilita el protocolo de prácticas a seguir. Los alumnos deberán leerlos detenidamente y adecuar el laboratorio, según las necesidades. El docente ha de ir guiando continuamente a los alumnos. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 6Pre-PCR Extracción ADN genómico 40 min Desarrollo de la actividad: Desarrollo de la práctica de extracción de ADN genómico. La muestra celular se recoge de la cavidad bucal de cada alumno, y se sigue el protocolo de extracción. En los tiempos de incubación, se razona sobre el objetivo lógico de cada uno de los pasos, intentando desarrollar su capacidad crítica y relacionar conceptos teóricos. 139 Ciclo de mejora docente en las prácticas de Genética: análisis de correlación genotipo-fenotipo Maikel Castellano-Pozo Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 7PCR Preparación de muestras de PCR 20 min Desarrollo de la actividad: los alumnos desarrollan el protocolo de PCR, preparando las muestras. Durante el proceso se razona con los alumnos sobre qué estrategia a seguir para el diseño de cebadores. Se analizan otros ejemplos como polimorfismos basados en deleciones, inserciones o traslocaciones. Calculo del tamaño de los amplicones esperados. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 8PCR Uso del Termociclador 15 min Desarrollo de la actividad: Diseño de la plantilla de ciclos seriados de temperatura en el Termociclador. Se deja que los alumnos diseñen el programa en el Termociclador, promoviendo un enseñanza actitudinal, a la vez que procedimental. Sesión 3 Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 9Post-PCR Preparación geles de agarosa 15 min Desarrollo de la actividad: preparación de los geles de agarosa. Los alumnos han de pensar cuántos geles han de preparar para cargar las muestras de la clase. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 10 Post-PCR Intro: fundamentos de la electroforesis 25 min Desarrollo de la actividad: con ayuda de un PowerPoint se profundizaron en los conceptos de Electroforesis y puntos clave de esta técnica. Se intenta promover la participación y debate entre los alumnos, sobre conceptos tratados en teoría. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 11 Post-PCR Carga del gel de agarosa 40 min Desarrollo de la actividad: Carga de la PCR en el gel de electroforesis por los alumnos. Sesión 4 Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 12 Análisis Resultados Análisis de electroforesis 35 min Desarrollo de la actividad: Los alumnos analizan los resultados de su genotipo cada uno para cada locus analizado. Análisis grupal de los amplicones resultantes. Conclusiones. Actividad Bloque Nombre de la actividad Tiempo 13 Análisis Resultados Cuestionario final 30 min Desarrollo de la actividad: los alumnos realizan el mismo cuestionario inicial. Se les recuerda que no se calificaran las respuestas y que vuelvan a usar el mismo pseudónimo.