el enlace químico en la educación secundaria. estrategias
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El Enlace Químico en la Educación Secundaria. Estrategias didácticas que permitan superar las dificultades de aprendizaje.
TESIS DOCTORAL
Presentada por:
María Esther González Felipe
Directores de Tesis
Dra. Ana Vázquez Moliní
Profesor Titular de Universidad
Universidad de Castilla-La Mancha
Dr. Constancio Aguirre Pérez
Profesor Titular de Universidad
Universidad de Castilla-La Mancha
Departamentos de Química Física y Pedagogía
Facultad de Educación
Universidad de Castilla-La Mancha
Albacete, Julio de 2017
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Índicedecontenidos
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Glosario de abreviaturas .......................................................................................
Capítulo 1: Presentación y objetivos .........................................................................
1.1 Justificación ..........................................................................................
1.2 Planteamiento del problema ...................................................................
1.3 Objetivos generales .............................................................................
1.4 Estructura de la memoria .....................................................................
Capítulo 2: Fundamentos teóricos ........................................................................
2.1 Fundamentos de la epistemología y de la historia del enlace químico ...................................................................................................
2.1.1 Evolución histórica del enlace químico ...................................2.1.2 Epistemología de los modelos de enlace químico ..................2.1.3 Implicaciones didácticas de la historia y de la
epistemología del enlace químico .............................................
2.2.1 Construcción del conocimiento científico del estudiante ..................................................................................
2.2.2 Enlace químico y desarrollo cognitivo del alumno .................
2.3 Fundamento de la didáctica de las ciencias .......................................
2.3.1 Dificultades de aprendizaje relacionadas con el enlace químico ......................................................................................
2.3.2 El concepto de enlace químico en los libros de texto ...........2.3.3 Las concepciones alternativas de los alumnos .....................2.3.4 Propuestas didácticas para la enseñanza del enlace
químico ......................................................................................2.3.4.1 Aprendizaje cooperativo ............................................2.3.4.2 Enseñanza de las ciencias basada en la ����������..................................................................................
2.4 Currículo español .................................................................................
2.4.1 Marco legislativo .......................................................................2.4.2 Marco legislativo aplicado en la tesis .....................................2.4.3 Materias impartidas en secundaria con contenidos de ������� .................................................................................................
Capítulo 3: Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto ............................................................................................................................
3.1 Introducción ..............................................................................................
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�.� ����������� �� �� ���������� ��� ����������� ......................................
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3.2 Artículo I: Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto ..........................................................................................
Capítulo 4: Análisis de las concepciones alternativas de los alumnos ..............4.1 Introducción .............................................................................................4.2 Artículo II: Concepciones alternativas de los alumnos de ��������� ���������� ����� �� ������ ������� .......................................
Capítulo 5: Propuesta didáctica para 3º ESO ........................................................
5.1 Introducción .............................................................................................
5.2 Artículo III: Diseño e implementación de una propuesta didáctica plurimetodológica para introducir el enlace químico en 3º curso de Educación Secundaria Obligatoria (E.S.O.) .....................
5.3 Artículo IV: Motivación de los estudiantes de Educación Secundaria Obligatoria (E.S.O.) ante el estudio de las reacciones químicas mediante una secuencia didáctica plurimetodológica ..................................................................
Capítulo 6: Propuesta didáctica para 1º de bachillerato .......................................6.1 Introducción .............................................................................................6.2 Artículo V: Analysis of a New Teaching Approach to teach �������� ������� �� ���� ������ ������� �������� ..................................
Capítulo 7: Conclusiones finales .......................................................................... 7.1 Conclusiones ....................................................................................... 7.2 Limitaciones .........................................................................................
Capítulo 8: Referencias bibliográficas ..................................................................
Capítulo 9: Anexos ....................................................................................................
9.1 Anexo I: Currículo LOMCE .................................................................
9.2 Anexo II: Análisis cualitativo del concepto de enlace químico en los libros de texto .............................................................................
9.3 Anexo III: Transcripciones de las entrevistas de 4º de ESO 9.4..........
�.� Anexo IV Transcripciones de las entrevistas de 1º de Bachillerato ..................................................................................................9.5 Anexo V Carta de envío del artículo II. Revista Eureka sobre
Enseñanza y Divulgación de las Ciencias ............................................
9.6 Anexo VI Ficha de consentimiento de los padres ................................
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9.7 Anexo VII Relación de preguntas correctas respondidas por los alumnos de 3º ESO ............................................................................
9.8 Anexo VIII Resultados del tratamiento estadístico de los datos de los alumnos de 3º ESO .....................................................................
9.9 Anexo IX Carta de envío del artículo III. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias ...........................................
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GLOSARIO DE ABREVIATURAS
AC: Aprendizaje cooperativo
CLOA: Combinación Lineal de orbitales Atómicos
CG: Control group
EG: Experimental group
ECBI: Enseñanza de las Ciencias Basada en la Indagación
EN: Electronegatividad
ESO: Educación Secundaria Obligatoria
IBSE: Inquirg Based Science Education
IES: Instituto de Educación Secundaria
GC: Grupo control
GE: Grupo experimental
LO: Learning Objetives
LOMCE: Ley Orgánica para la Mejora de la Calidad Educativa
MC: Mecánica cuántica
NTA: New Teaching Approach
TOM: Teoría de Orbitales Moleculares
SP: Sistema Periódico
SPSS: Software package for Social Sciences
TEV: Teoría de Enlace de Valencia
TTA: Traditional Teaching Approach
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Capítulo1:PresentaciónyObjetivos
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Presentación y Objetivos
1. PRESENTACIÓN Y OBJETIVOS
1.1 Justificación
La enseñanza de la Química es una tarea compleja, pues es una materia
que suele resultar difícil para los estudiantes, debido al alto nivel de abstracción
que requiere, el uso de un lenguaje específico altamente simbólico, en el que
los tres niveles de representación macroscópico, microscópico y simbólico se
interrelacionan continuamente (Chamizo, 2006). Tras varios años de docencia de
Química en Educación Secundaria, tanto en Educación Secundaria Obligatorio
(E.S.O.) como en Bachillerato, en diferentes Institutos de Enseñanza Secundaria
(I.E.S.) de Castilla-La Mancha, me di cuenta de que la forma en que se introduce
y enseña la Química en estos niveles educativos no es del todo adecuada para
que los alumnos consigan los objetivos propuestos. En general, es una
enseñanza demasiado tradicional, en la que impera la impartición de las clases
teóricas y el seguimiento de un libro de texto. No quiero decir con ello, que la
enseñanza tradicional no sea necesaria, sino que, puede ser complementada
con otros enfoques más motivadores. La lectura de los libros “Comenzando a
aprender Química” de Juan Antonio Llorens Molina (1991) y “Procesos cognitivos
en la comprensión de la Ciencia: Las ideas de los adolescentes sobre la
química” de J. I. Pozo, M. A. Gómez Crespo y M. Limón (1991), me llevó a
plantearme que otra forma de enseñar ciencia era posible y a querer
profundizar en los problemas de la enseñanza/aprendizaje de la Química, y de
sus posibles soluciones mediante la realización de la presente Tesis Doctoral.
La elección del tema sobre el que centrar la investigación no fue fácil, ya que la
Química es una ciencia experimental que impregna multitud de aspectos de
nuestras vidas desde las estrellas, origen de los elementos químicos, hasta la
gran variedad de compuestos químicos que empleamos en nuestro ambiente
cotidiano, como los combustibles, las medicinas, los productos para la
agricultura, los nuevos materiales, etc. El objeto de estudio de la Química, al
igual que el de otras Ciencias Experimentales como la Física o la Biología, es
la materia. Pero lo que diferencia a la Química de éstas, es que relaciona la
composición, propiedades y transformaciones que sufre la materia con las
partículas que la constituyen y las fuerzas que las mantienen unidas. Así el
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Presentación y Objetivos
currículum de Química de Secundaria, tanto de ESO como de Bachillerato,
incluye una gran variedad de contenidos, desde el estudio de la estructura de la
materia, los principios por los que se rigen los cambios químicos, tanto
termodinámicos como cinéticos, y los distintos tipos de reacciones hasta
contenidos básicos de Química Orgánica.
Me propuse central mi investigación en un concepto básico, que se
iniciará en los primeros años de secundaria y se estudiará en los diferentes
niveles educativos y qué fuera uno de los conceptos fundamentales de la
Química. Después de realizar un estudio del currículum de Química en ESO y
Bachillerato me decide por el concepto de enlace químico.
El concepto de enlace químico es uno de los conceptos estructurantes
de la Química (Gagliardi y Giordan, 1986), que permite entender las
propiedades de los distintos tipos de sustancias, los estados de agregación de
la materia, los procesos que ocurren en el transcurso de las reacciones
químicas, en las que tiene lugar la ruptura y formación de enlaces, los procesos
de disolución, la síntesis de nuevos materiales y multitud de aspectos de la
química como la termodinámica, la cinética y el equilibrio químico. Desde hace
años se viene considerando el concepto de enlace químico crucial a la hora de
desarrollar distintos aspectos de la Química, la Física y la Biología (Solbes y
Vilches, 1991). En palabras de Pauling “El concepto de enlace químico es el
concepto más valioso de la Química” (Pauling, 1992 citado en Alvarado, 2005).
El enlace químico es un concepto que se introduce en los primeros
cursos de la ESO que incluye la concepción de las partículas que constituyen
la materia y de cómo se unen entre sí, para explicar los diferentes estados de
agregación de la materia, hasta los distintos modelos de enlace que permiten
explicar la formación de moléculas, redes cristalinas y estructuras
macroscópicas, y deducir las propiedades de los diferentes tipos de sustancias,
contenidos que se estudian en segundo curso de Bachillerato. Por otra parte, el
concepto de enlace químico es uno de los que presentan mayores dificultades
para los estudiantes ya que se trata de un concepto de elevado grado de
abstracción, no se percibe a través de los sentidos y requiere el uso de
diferentes modelos y teorías según los fenómenos que se quieren explicar. Por
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14
Presentación y Objetivos
estas mismas razones es también un concepto que resulta complejo de
enseñar a los profesores.
La revisión bibliográfica muestra que existen diversas publicaciones que
tratan sobre las concepciones de los estudiantes sobre el enlace químico en los
diferentes niveles educativos (Özmen, 2004; De Posada, 1999; Riboldi, Pliego
y Odetti, 2004; Erman, 2017) y también hay varias propuestas de diferentes
estrategias de enseñanza-aprendizaje (Levy Nahum, Mamlok-Naaman,
Hofsteint y Taber, 2010; Frailich, Kesner y Hofstein, 2009; Levy Nahun,
Mamlok-Naaman y Hofsteint, 2007). Sin embargo, las diferentes propuestas
didácticas no parecen ser del todo efectivas para lograr el aprendizaje
significativo y modificar las concepciones erróneas de los estudiantes sobre el
enlace químico. Por este motivo, es de gran importancia el desarrollo de
nuevas propuestas de enseñanza.
La realización de la presente Tesis Doctoral pretende llevar a cabo una
investigación profunda del concepto de enlace químico, de las dificultades que
presenta su enseñanza y de cómo se enseña en los distintos niveles
educativos, para basándose en los datos obtenidos, proponer una alternativa
de enseñanza que permitiera a los estudiantes superar las dificultades y llegar
a un aprendizaje significativo enmarcado en el modelo constructivista de
aprendizaje (Ausubel, Novak y Hanesian, 1978) y que les permita comprender
que los distintos modelos de enlace son representaciones mentales creados
por los científicos para interpretar los datos experimentales y predecir el
comportamiento de las sustancias y que estos modelos se modifican y
cambian.
1.2 Planteamiento del Problema
El estudio de la Química pretende conseguir que los alumnos
comprendan el mundo que les rodea y que sean capaces de interpretar los
fenómenos relacionados con la química que ocurren en su vida diaria. Sin
embargo, la Química, como disciplina científica, suele resultar difícil y aburrida
a la mayoría de los estudiantes. La enseñanza de la Química no es sencilla, en
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15
Presentación y Objetivos
parte por la propia dificultad de la disciplina y en parte debido a la falta de
motivación de los estudiantes ante su estudio.
La enseñanza de la Química implica trabajar en un plano
fenomenológico, observacional y descriptivo y utilizar representaciones de
entidades no visibles. Conceptos como electrón, molécula, átomo, enlace
químico, transferencia de electrones, etc., son difíciles de asimilar por los
estudiantes ya que están más allá de los sentidos y los estudiantes no tienen
experiencias previas ni cotidianas sobre los mismos. Los alumnos se enfrentan,
en el estudio de esta disciplina, a conceptos nuevos, por lo general que
requieren un alto nivel de abstracción y que además requieren la utilización de
un lenguaje, altamente simbólico, que es desconocido para ellos. El concepto
del enlace químico es uno de los conceptos más difíciles y abstracto al que los
estudiantes tienen que enfrentarse en el estudio de la química. Además, es uno
de los conceptos que se trata a lo largo de los distintos niveles educativos con
distintos grados de profundidad utilizando, para su estudio, distintos modelos
que se van añadiendo y superponiendo a lo largo de los distintos cursos.
El problema de la enseñanza del enlace químico es crucial y debe de ser
abordado desde una perspectiva constructivista que permita al estudiante la
reorganización de su estructura cognitiva y que aporte las herramientas
necesarias para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje de este
concepto en los distintos niveles educativos.
1.3. Objetivos Generales
El objetivo general que se persigue con esta Tesis Doctoral es contribuir
a mejorar la enseñanza de la Química, concretamente del concepto de enlace
químico, en la educación secundaria.
Este objetivo general se pretende alcanzar a través de los siguientes
objetivos específicos:
1. Realizar una revisión bibliográfica de la evolución histórica y de la
epistemología del concepto de enlace químico.
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Presentación y Objetivos
2. Analizar el tratamiento dado al concepto de enlace químico por los libros
de texto más frecuentemente utilizados en la enseñanza de la química
en los distintos niveles educativos.
3. Elaborar un cuestionario que permita detectar las ideas previas de los
alumnos relacionadas con el enlace químico.
4. Analizar las ideas previas o concepciones erróneas de los alumnos
relacionadas con el enlace químico
5. Conocer la evolución o persistencia de dichas ideas conforme avanzan
los alumnos en los distintos cursos de la educación secundaria.
6. Diseñar una propuesta didáctica dirigida a los alumnos de 30 de E.S.O.
que permita introducir el concepto de enlace químico
7. Implementar dicha secuencia didáctica y analizar los resultados de dicha
implementación.
8. Analizar la motivación de los estudiantes al emplear dicha propuesta.
9. Diseñar e implementar una propuesta didáctica para el estudio, en
mayor profundidad del enlace químico, para alumnos de 10 de
Bachillerato.
10. Analizar los resultados de la implementación de la propuesta didáctica
desarrollada para 10 de Bachillerato.
11. Extraer implicaciones para la enseñanza del enlace químico.
1.4. Estructura de la Memoria
La presente Memoria de Tesis Doctoral se presenta en la modalidad de
compendio de publicaciones. La Memoria consta de un total de cinco artículos,
dos de ellos publicados en revistas dentro del ámbito de la Didáctica de las
Ciencias Experimentales de la Educación, uno como capítulo de un libro y otros
dos artículos que han sido enviados para su publicación. Los artículos han sido
referenciados con números romanos de I a V.
La presente Memoria está estructura en nueve capítulos.
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Presentación y Objetivos
En el presente capítulo 1, se ha presentado la Justificación del trabajo
realizado, el planteamiento del problema, así como los objetivos que se
pretende alcanzar.
En el capítulo 2, Fundamentos teóricos, se hace una revisión
bibliográfica del estado de la cuestión. En primer lugar se revisa la evolución
histórica del concepto del enlace químico, la epistemología de los modelos de
enlace y las implicaciones didácticas de la historia y la epistemología del enlace
químico. Conocer la historia de la ciencia y su epistemología es fundamental
para comprender los problemas a los que tuvieron que enfrentarse los
científicos y qué solución les dieron. Las investigaciones llevadas a cabo sobre
la utilidad didáctica de la ciencia ponen de relieve que la utilización de distintos
aspectos relacionados con la forma en que se elabora la ciencia, sus avances a
lo largo del tiempo, los cambios de paradigma, la filosofía en las distintas
etapas de construcción, los obstáculos epistemológicos que se han tenido que
superar, los descubrimientos accidentales y su interpretación, etc., contribuyen
de forma relevante no sólo a lograr una adecuada comprensión de la propia
naturaleza de la ciencia, sino también a mejorar y/o clarificar las concepciones
muchas veces distorsionadas que tanto profesores como alumnos tienen de la
misma. De acuerdo con Croft y de Berg (2014) el análisis de la historia de la
ciencia puede ayudar a proponer mejoras en la enseñanza del enlace químico
en la educación secundaria.
Se presenta, así mismo, una revisión bibliográfica de los fundamentos de
la psicología del aprendizaje, con la finalidad de comprender cómo aprende el
alumno y qué factores afectan a la construcción de su conocimiento científico,
así como qué dificultades pueden presentar los alumnos en cuanto al enlace
químico en función de su desarrollo cognitivo. Finalmente, se hace una revisión
bibliográfica de las aportaciones de la didáctica de las ciencias al problema que
nos ocupa, señalando las dificultades de la enseñanza/aprendizaje del
concepto de enlace químico, cómo se presenta este tema en los libros de texto,
las ideas previas de los alumnos y diferentes propuestas didácticas que han
surgido para su enseñanza. Se termina este capítulo con un análisis de las
leyes educativas españolas y que contenidos sobre el enlace químico o
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Presentación y Objetivos
relacionado con el mismo se incluyen en los distintos cursos de educación
secundaria, tanto en la E.S.O. como en el Bachillerato.
Los capítulos 3 a 6 incluyen cada uno de ellos una breve introducción
sobre el trabajo realizado. A continuación, se incluyen el trabajo o trabajos
correspondientes en la forma en que han sido publicados (o enviado para su
publicación) en las revistas científicas. Por tanto, los apartados
correspondientes a materiales y métodos, así como a resultados y discusión
están incluidos en cada uno de los artículos publicados o pendientes de
publicar.
En el capítulo 3, se presenta un estudio sobre el tratamiento dado al
enlace químico, en algunos de los principales libros de texto españoles, de los
distintos niveles educativos. Los libros de texto son el principal recurso utilizado
por el profesorado y pueden ser una buena indicación de la forma en que el
tema del enlace químico es tratado en los distintos cursos. Frecuentemente los
libros de texto presentan conceptos de forma no correcta o incluso de forma
errónea o pueden inducir en los alumnos ideas alternativas por las
explicaciones dadas, ejemplos puestos o imágenes empleadas. Por estos
motivos, hemos considerado conveniente revisar la forma en que el enlace
químico se presenta en los libros de texto de secundaria.
En el capítulo 4, se presenta el estudio realizado sobre las ideas previas
de los alumnos relacionadas con el enlace químico en estudiantes de distintos
cursos de E.S.O. y Bachillerato con el objetivo de conocer que modelos
mentales utilizan en un concepto tan abstracto como el enlace químico y si
dichas ideas evolucionan o permanecen tras el proceso de
enseñanza/aprendizaje.
En el capítulo 5, se presenta una propuesta didáctica dirigida a alumnos
de 30 de E.S.O. para introducir el concepto de enlace químico, surgida desde la
necesidad de interpretar determinados hechos experimentales. Dicha
propuesta se implementa en alumnos de 30 E.S.O. y se analizan sus
resultados. Así mismo se lleva a cabo un estudio sobre cómo afecta, la
propuesta didáctica implementada, en la motivación de los estudiantes para el
estudio del enlace químico.
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Presentación y Objetivos
En el capítulo 6, una vez presentada la propuesta para 30 de E.S.O de
introducción del concepto de enlace químico, se plantea una propuesta
didáctica dirigida a alumnos de 10 de Bachillerato para tratar el enlace químico
en mayor profundidad. Se implementa dicha propuesta y se analizan los
resultados.
El último capítulo de la presente Memoria, capítulo 7, está dirigido a
presentar las conclusiones de los trabajos llevados a cabo y a presentar las
perspectivas de futuro que permitirían ampliar y complementar la investigación
realizada, así como las posibles aplicaciones didácticas de la misma.
En el capítulo 8 de referencias bibliográficas, se incluyen todas las
referencias consultadas a lo largo de la realización de la presente Memoria,
tanto en la Fundamentación teórica de la misma como en los distintos artículos
que la componen. Se han referenciado los diferentes artículos de acuerdo a las
normas (APA).
Finalmente, el capítulo 9 se dedica a los anexos, e incluye todo aquel
material que no se encuentra en los correspondientes artículos, pero que
creemos que puede ayudar en la comprensión de los mismos. Los Anexos
están numerados con números romanos en el orden consecutivo según
aparecen en los distintos capítulos de la presente Memoria.
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Capítulo2:Fundamentosteóricos
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Fundamentos teóricos
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1. Fundamentos de la epistemología y la historia del enlace químico
2.1.1 Evolución histórica del enlace químico
Según Fernández González (2000) el saber científico es producto del
saber humano que se produce en un momento histórico determinado y en una
situación social propicia para ello. El enfoque tradicional de la enseñanza de la
ciencia no aporta una comprensión profunda de los conceptos y las teorías
científicas puesto que ofrece una imagen ahistórica de los mismos,
presentándolos fuera de su contexto histórico y social y de la problemática de
la que surgieron. Esto implica que la ciencia se muestra al alumno ya resuelta,
sin plantear problemas. Incluir Historia de la Ciencia a la hora de estudiar los
conceptos químicos permite dar a la enseñanza un enfoque más real y
contribuye a mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Para Pedrinacci
(1996) la enseñanza tradicional de la ciencia no dedica mucho tiempo a
estudiar cómo los científicos fueron construyendo la ciencia. La visión
dogmática de la ciencia que poseen muchos estudiantes no es casual. El
mismo Pedrinacci se pregunta ¿Hay mejor forma de evitar una visión
dogmática y acabada de la ciencia que analizar cómo van sustituyéndose unas
teorías a otras, y como las teorías son potenciales?
El estudio de la historia de la ciencia permite que:
• Se tenga una vivencia aproximada de las mismas situaciones y los
mismos problemas que los científicos tuvieron en el desarrollo de sus
investigaciones y de cómo consiguieron superar sus dificultades.
• Se realice una mejor secuenciación de contenidos en el aula, mediante
algunas de las experiencias que permitieron los desarrollos científicos en
cada momento de la historia.
En los libros de texto, por lo general, no se habla apenas de la historia,
salvo alguna referencia a la biografía de los científicos más relevantes, pero
en ningún caso se comenta cual ha sido la evolución de las diferentes teorías,
excepto en algunos temas como el del Sistema Periódico (S.P.) que suele
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23
Fundamentos teóricos
incluir las distintas propuestas de ordenación de los elementos químicos
anteriores a Mendeléiev. Diversos estudios sobre libros de texto ponen en
evidencia la presentación de los contenidos en un lenguaje
descontextualizado, sin mencionar los diversos paradigmas científicos,
simplemente se aceptan con el fin de poder clarificar conceptos (Chamizo y
Gutiérrez, 2004).
El estudio histórico de la evolución del concepto del enlace químico y de
los distintos modelos empleados nos permitirá proponer una secuencia
didáctica adecuada para una mejor comprensión del enlace químico. A lo largo
de toda la historia se han ido esbozando los modelos que hoy conocemos de
enlace químico.
Alrededor del año 440 a.C. Leucipo de Mileto (Siglo V a.C.) y Demócrito
de Abdera (460 a.C.-370 a.C.) postulan una serie de preceptos sobre partículas
diminutas que teóricamente constituían la materia. A estas partículas las llamaron
átomos (palabra griega que significa “no divisible” En sus ideas sobre el átomo y la
interacción entre ellos se cita lo que quizás es el primer esbozo del concepto de
enlace químico “las diferentes sustancias con sus cualidades distintas están
hechas de átomos con diferentes formas, arreglos y posiciones. Los átomos están
en continuo movimiento en el vacío infinito y colisionan constantemente unos con
otros. Durante estos choques pueden rebotar o pegarse o permanecer juntos
derivado a anzuelos o púas en sus superficies. Así tras los cambios en el mundo
perceptible, se da así un cambio constante que es causado por la combinación y
disociación de los átomos” (Espinoza, 2004).
Las ideas sobre el átomo encontraron fuertes oponentes en Platón (427-
347 a.C.) y en Aristóteles (384-322 a.C.), el más influyente de los filósofos
griegos, que mantenían la teoría de los cuatro elementos. La materia estaba
constituida por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego. Estos elementos
eran combinaciones de dos pares de propiedades opuestas: frío y calor,
humedad y sequedad.
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24
Fundamentos teóricos
Figura 2.1: Los cuatro elementos de los griegos.
Las propiedades opuestas no podían combinarse entre sí. Se forman
cuatro posibles parejas distintas, cada una de las cuales dará origen a un
elemento: calor y sequedad, fuego; calor y humedad, aire; frío y sequedad,
tierra; frío y humedad, agua. Aristóteles supuso la existencia de un quinto
elemento que llamó éter y al que consideró como perfecto, eterno e
incorruptible.
El término afinidad aparece en el siglo XII, según una visión
antropomórfica según la cual los cuerpos se unen entre ellos o bien se
rechazan, debido a “simpatías” o “enemistades”.
Hasta el siglo XVII la preocupación de los científicos era saber de qué
estaba formada la materia y si cambian las propiedades físicas y químicas de
las partículas que constituyen las sustancias cuando se produce una
combinación o descomposición química, y no parecía ser un problema para
ellos como estaban unidas esas partículas entre sí. En el siglo XVII con la
revolución industrial se abandonan prácticamente las teorías Aristotélicas que
durante tantos años habían estado presentes. Descartes (1596-1650) en su
filosofía mecánico-corpuscular lanza la idea de que según la forma que
adopten las partículas constituyentes de las sustancias esto se reflejará en las
propiedades macroscópicas, y concibe que los átomos se mantienen unidos
mediante pequeños ganchos. Es una concepción que mezcla lo macroscópico
con lo microscópico (concepción sustancialista), es decir, iguales propiedades
Tierra
Agua
Aire
Fuego
Frio
Húmedo
Seco
Caliente
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25
Fundamentos teóricos
de las partículas que de las sustancias. Robert Boyle (1627-1691), propuso que
partículas diminutas de materia primaria se combinan de diversas maneras
para formar lo que él llamo corpúsculos, y que todos los fenómenos
observables son el resultado del movimiento y reestructuración de los
corpúsculos.
Los historiadores llaman “químicos mecanicistas” a aquellos químicos
que atribuyen a los átomos solo propiedades “primarias” (extensión, forma,
impenetrabilidad y masa) (Bensaude-Vicent y Stengers, 1997). En esta
categoría de “químico mecanicista” podríamos incluir a Nicolás Lemery
(1645-1715) quien formuló una teoría química corpuscular, estrictamente
mecanicista, ya que, según él, todas las sustancias están formadas por
partículas con las mismas propiedades, aunque según el tipo de sustancia,
las partículas tienen formas diferentes y, los procesos químicos son el
resultado de la interacción mecánica entre esas partículas (Sánchez,
Hernández y Perdomo, 2003). La química del siglo XVIII aparece como una
ciencia experimental donde el tratamiento cuantitativo de los resultados es
fundamental. Quedan así experimentalmente establecidas las leyes
ponderales de las reacciones químicas y comienzan los primeros estudios
sobre el enlace químico.
Isaac Newton (1643-1727) en “Query 31” de su Opticks, esbozó su
teoría de enlace al considerar que los átomos se unen entre si por algún tipo de
fuerza. Estas fuerzas, cuando las partículas entran en contacto, son
excesivamente grandes y desaparecen próximas a las partículas (sería lo que
actualmente conocemos como distancia de enlace y que a distancias más
próximas las fuerzas de repulsión aumentan muchísimo y el sistema es
inestable). Se denominó afinidad y no atracción a la tendencia a la unión de
ciertos elementos para formar sustancias compuestas. La noción de afinidad se
usó para distinguir entre uniones físicas y químicas.
Georg Ernst Stahl (1660-1734), médico y químico alemán, considera que
en Química hay que diferenciar la agregación de la unión mixtiva o mixtión.
Esta última es un fenómeno químico, mientras que la agregación es un
fenómeno físico, pues se trata de una unión mecánica. (Bensaude-Vicent y
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Fundamentos teóricos
Stengers, 1997). Stahl utiliza la idea de afinidad y establece que “lo semejante
se une lo semejante”.
Bergman (1735-1784) y Bertholet (1748-1822) a finales del siglo XVIII
atribuye la afinidad química a las fuerzas newtonianas de gravitación universal
Sin embargo este tipo de fuerzas no podía explicar la mayor estabilidad del
agua frente al óxido de mercurio, mucho más pesado.
El conocimiento de la naturaleza eléctrica de la materia cambió la
concepción sobre el enlace químico. Hamphry Davy (1778-1829) fue el que
introdujo las primeras ideas sobre la naturaleza eléctrica del enlace. Encontró
que cuando pasaba una corriente eléctrica a través de algunas sustancias,
estas sustancias se descomponían. La primera descomposición química por
medio de una pila fue llevada a cabo por Nicholson (1753-1815) y Carlisle
(1768-1840), quienes obtuvieron hidrógeno y oxígeno a partir del agua y
descompusieron las soluciones acuosas de una gran variedad de sales. Davy
entendió que la acción de la electrólisis y de la pila era la misma. Por tanto,
propuso que los elementos de un compuesto químico eran sostenidos juntos
por fuerzas eléctricas.
En 1804, John Dalton (1766-1844) expondría su teoría atómica.
Postuló la existencia de átomos como partículas indivisibles en las
reacciones químicas, retomando las ideas de los atomistas griegos, aunque
difieren en su concepción e imagina los átomos enganchados para formar
moléculas.
El descubrimiento en 1877 del electrón por J. J. Thomson (1856-1940)
hizo que los químicos se planteasen el papel del electrón en los enlaces
químicos. En 1812, a raíz de la invención de la pila voltaica, Berzelius (1779-
1848) desarrolló una teoría de combinación química, introduciendo
indirectamente el carácter electropositivo y electronegativo de los átomos
combinantes.
La teoría de valencia, que intenta explicar el número de uniones que un
átomo puede presentar con otros, aplicado fundamentalmente a los
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27
Fundamentos teóricos
compuestos orgánicos, fue desarrollada a mediados del siglo XIX por
Frankland (1825-1899), Kekulé (1829-1896), Couper (1831-1892), Butlerov
(1828-1886) y Kolbe (1818-1884).
A principios del siglo XX, existe una gran confusión sobre la naturaleza
del enlace químico, pero la descripción del modelo nuclear y de los niveles
electrónicos en la corteza atómica, así como la formulación de una nueva ley
periódica para las propiedades de los elementos químicos basada en la carga
nuclear de los átomos, constituyeron el inicio al estudio de la naturaleza del
enlace químico.
En 1904, J. J. Thomson intento explicar la formación del enlace en
términos de los electrones. Propuso que los electrones se transferían de un
átomo a otro quedando así los átomos cargados con distinta carga que se
atraían para formar un compuesto (Shaik, 2007). Se aceptó esta teoría del
enlace iónico para explicar los enlaces en cualquier tipo de sustancia, incluso
en el caso de moléculas no polares.
En 1916, el químico G.N. Lewis (1875-1946) presentó el modelo de
enlace covalente y desarrolló el concepto de enlace de par de electrones, en el
que dos átomos pueden compartir desde dos hasta seis electrones, formando
el enlace de un solo electrón, enlace simple, enlace doble o enlace triple con el
fin de alcanzar la configuración electrónica de gas noble. En las propias
palabras de Lewis:
“Un electrón puede formar parte de las envolturas de dos átomos
diferentes y no puede decirse que pertenezca a uno simplemente o
exclusivamente”, (Lewis 1916).
Este modelo de enlace covalente fue muy cuestionado por los
químicos de la época ya que no se podía explicar la estabilidad de dos
cargas negativas coexistiendo en una misma región sin experimentar
repulsión. Ese mismo año, Kossel (1853-1921) profundizó en el modelo de
enlace iónico. Lewis y Kossel estructuraron sus modelos de enlace a partir de
la regla de Abegg (1869-1910) conocida como “la ley de Abbeg de la
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Fundamentos teóricos
valencia y la contravalencia” formulada en 1904 y que establecía que la
diferencia entre el máximo y el mínimo número de oxidación de un
elemento químico es frecuentemente ocho. En 1919, Langmuir (1881-1927)
reúne los dos modelos y establece que hay dos tipos de enlaces: el
covalente y el electrovalente, y admite que los enlaces se forman por
compartir o ceder electrones para construir un “octeto”, siendo esta teoría
una generalización de los trabajos de Kossel y Lewis. Los primeros trabajos
sobre el enlace metálico fueron desarrollados por Drude (1863-1906) y
Lorentz (1853-1928) que propusieron que los metales deberían contener
electrones libres que les permitieran conducir la electricidad. En 1913 Lewis
establece la existencia de tres tipos de enlaces: iónico, covalente y
metálico.
Pero la necesaria profundización llegó a partir de 1927, cuando se
introducen en el pensamiento químico las ideas de la mecánica cuántica
(M.C.) desarrollada por Hund (1986-1997), London (1900-1954) y Heitler
(1904-1981) y que fueron aplicadas al problema del enlace químico (Solbes,
Silvestre y Furió, 2010). En 1926, el físico austríaco Erwin Schrödinger
(1887-1961), publica un artículo donde describe el modelo mecano-cuántico
del átomo, en el que los electrones se concebían como ondas que se
identifican mediante una ecuación de onda. La ecuación de Schrödinger
describe la evolución en el tiempo y en el espacio de dicha onda. Un año más
tarde, el físico alemán W. Heitler (1904-1981) y el físico inglés F. London
(1900-1954), desarrollaron el cálculo mecánico cuántico de la molécula de
hidrógeno, que dio una explicación cuantitativa al enlace químico. Se
demostró que cuando se acercan dos átomos con electrones de spines
opuestos aumenta la densidad de la nube electrónica entre los núcleos
disminuyendo considerablemente la energía del sistema, que se hace así
más estable, lo que explica la formación del enlace. (Solbes et al., 2010).
Sin embargo la resolución exacta de la ecuación de Schrödinger es
imposible para moléculas polielectrónicas, por lo que se utilizaron
diferentes aproximaciones para su resolución. La teoría de enlace de
valencia (TEV) construye la función de onda de la molécula como pares de
electrones localizados entre dos átomos. Slater (1900-1976) y Pauling
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Fundamentos teóricos
(1901-1994) mejoraron y difundieron esta teoría. Pauling escribió el libro “The
Nature of de Chemical Bond” publicado en 1939. Sobre la base de estos
principios desarrollan la teoría de hibridación de orbitales atómicos que
explica la capacidad de combinación de los átomos y la geometría de las
moléculas.
A pesar de ser aceptada, la TEV, no pudo dar explicación a
determinados hechos experimentales como el paramagnetismo de la
molécula de oxígeno. Este hecho sí pudo ser justificado por la teoría de
orbitales moleculares (TOM) elaborado por R. Mulliken (1896-1986). De
acuerdo a esta teoría los orbitales atómicos al solapar forman orbitales
moleculares, dando un orbital molecular enlazante y otro antienlazante. Los
electrones atómicos se localizan en un conjunto de orbitales moleculares
deslocalizados por toda la molécula que se ocupan de menor a mayor energía
de forma similar a lo que ocurría en los átomos. Por sus estudios ampliando el
conocimiento de los enlaces químicos y la estructura electrónica de las
moléculas, se le concedió el Premio Nobel de Química en 1966. Comienzan a
surgir conceptos nuevos para explicar el enlace químico: orbital molecular,
energía de enlace, distancia internuclear, densidad electrónica y orden de
enlace (Solbes et al., 2010).
Los trabajos de Bloch (1905-1983), Peierls (1907-1995) y Bethe (1906-
2005) allanaron el camino a la teoría de bandas, una extensión de la TOM,
que permite explicar la conducción eléctrica de los sólidos metálicos. El
enlace metálico se considera una extensión del enlace covalente (Kragh,
1999).
En 1929, Lennard-Jones (1894-1954) introdujo el método de
combinación lineal de orbitales atómicos (CLOA), en el que un orbital
molecular se representa por combinación lineal de –n- orbitales atómicos
cada uno multiplicado por su correspondiente coeficiente. Minimizando la
energía total del sistema se obtiene el conjunto de coeficientes apropiado.
Esta aproximación se conoce como el método de Hartree-Fock. Muchos
cálculos cuantitativos en química cuántica moderna usan la TOM o TEV
como punto de partida, aunque existe una tercera aproximación, la teoría
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Fundamentos teóricos
del funcional de la densidad, desarrollada por Walter Kohn (1923-2016),
“Premio Nobel en Química en el año 1998, por su desarrollo de la teoría
funcional de la densidad, la cual ha revolucionado la comprensión actual de
la estructura electrónica en los átomos con las consiguientes implicaciones
sobre la teoría del enlace” (Espinoza, 2004). La teoría funcional de la
densidad calcula la energía y la distribución electrónica de la molécula
utilizando la función de densidad electrónica en vez de la función de onda y
es empleada para calcular, por ejemplo, “la energía de enlace de las
moléculas químicas y la estructura de bandas de los sólidos en la física”
(Capelle, 2006). Esta nueva teoría abre las puertas a una nueva teoría de
enlace, quizás para volver a romper paradigmas y así superar más
obstáculos epistemológicos, permitiendo a la química avanzar en el
conocimiento de la naturaleza del enlace químico.
En el análisis de las teorías y modelos utilizados a lo largo de la
historia para explicar los átomos y los enlaces vemos como los modelos de
enlace químico va unidos a los distintos modelos atómicos propuestos. En la
tabla 2.1 se muestran los modelos que convivieron en los distintos
momentos.
Tabla 2.1: Modelos y marcos teóricos de átomo y enlace químico
ÁTOMO ENLACE QUÍMICO Modelo clásico Dalton Átomos enganchados Modelo precuántico Bohr y Sommerfeld Teoría de Lewis Modelo cuántico Schrödinger TEV, OM y la teoría de
bandas
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31
Fundamentos teóricos
2.1.2. Epistemología de los modelos de enlace químico
En el apartado anterior sobre la evolución histórica del enlace químico
ha quedado demostrada la dificultad intrínseca de este concepto. En este
apartado nos detendremos a presentar una reflexión sobre las implicaciones
epistemológica de los modelos de enlace químico tanto de los diferentes
modelos históricos esbozados en el apartado anterior como de los modelos
utilizados en el proceso de enseñanza. Creemos que los estudiantes presentan
muchas dificultades a la hora de interpretar adecuadamente los distintos
modelos de enlace químico, que se presentan en el proceso de enseñanza-
aprendizaje.
Un modelo es una representación de una idea, objeto o fenómeno que
se construye en un contexto determinado con un objetivo específico
(Chamizo, 2010). La Química es una disciplina en la que se utilizan los
modelos para explicar los datos, predecir y ayudar a comprender el
comportamiento químico de las sustancias. Los químicos utilizan una gran
variedad de modelos para interpretar los enlaces químicos con distintos
dominios de validez. Un modelo será tanto más válido cuando explique un
conjunto más amplio de fenómenos (Dominio de validez de un modelo). Para
determinar el dominio de validez de un modelo hay que tener en cuenta su
coherencia, y simplicidad así como su poder explicativo y predictivo
(Waliser, 1977, citado en Barboux, Chomat, Larcher y Meheut, 1987). Los
modelos utilizados por los científicos suelen presentar un alto nivel de
abstracción.
En la tabla 2.2 se muestran los dominios de validez de los modelos de
enlace vistos en el apartado anterior.
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Fundamentos teóricos
Tabla 2.2: Relación de los distintos modelos de enlace y sus dominios de validez
MODELOS DE ENLACE DOMINIOS DE VALIDEZ Leucipo y Demócrito Daniel Sennert Robert Boyle
• Cambios químicos como reorganización de átomos
Newton • Distinción entre elementos ycompuestos
• Cambios químicos comoreorganización de átomos
• Afinidad como atracción paradistinguir uniones físicas de químicas
Hamphry Davy • Fenómenos de electrización y deelectrolisis
John Dalton • Distinción entre elementos ycompuestos
• Cambios químicos comoreorganización de átomos
Frankland, Kekule, Couper, Butlerov y Kolbe
• , Poder combinante por atracciónentre polos opuestos
Lewis • Enlace covalente• Fenómenos de electrización• Explicación de propiedades de las
sustanciasKossel • Enlace iónicoLangmuir • Enlace covalente y electrovalente
• Formación del enlace porcompartir o ceder electrones paraconseguir el octeto
Schrodinger • Explicación de electrones comoondas de materia
London • Explicación cuantitativa al enlacequímico
Mulliken • Explicación al paramagnetismo dela molécula de oxígeno
Lennard-Jones • Explicación del enlace covalentemediante orbitales moleculares
Walter Kohn • Explicación de la distribuciónelectrónica mediante la función dedensidad, no la función de onda
Para explicar y predecir cómo se unen los átomos, así como las
propiedades que presentan las distintas sustancias, se utilizan los modelos de
enlace, que permiten representar las situaciones en las que al unirse los
átomos maximizan las interacciones atractivas y minimizan las repulsivas. Los
modelos de enlace químico se clasifican en tres grandes tipos: metálico, iónico
y covalente, que representan casos límite de esta situación.
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33
Fundamentos teóricos
Figura 2.2: Mapa conceptual de modelos de enlace. Tomado de García-Franco et al., 2008
Para el enlace metálico existen dos modelos: el modelo del mar de
electrones y la teoría de bandas. El modelo del mar de electrones es un modelo
sencillo que se utiliza para explicar las propiedades de los metales
maleabilidad, conductividad eléctrica, brillo metálico y densidad. La teoría de
bandas es un modelo que deriva de la TOM y posee un mayor poder
explicativo. Para el enlace iónico hay dos modelos: un modelo electrostático
basado en la estabilidad de la configuración electrónica de la capa completa y
el modelo basado en el cálculo de la fuerzas presentes en las estructuras
reticulares que es más complejo y con más cálculos matemáticos. El primero
es útil para determinados aspectos de las sustancias iónicas como la
estequiometria de los compuestos pero no útil para explicar su estructura. Para
el enlace covalente se han utilizado hasta cuatro modelos diferentes: la regla
del octeto, la TEV, la TOM y la teoría de del campo de ligandos. La regla del
octeto es rudimentaria y permite explicar la estequiometria pero no las
propiedades de los compuestos covalentes. La TEV permite explicar
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34
Fundamentos teóricos
propiedades como la electronegatividad y la polaridad de los enlace covalente.
La teoría de orbitales moleculares explica la mayoría de las propiedades de las
sustancias covalente sin modificaciones, sin embargo, es bastante complicado
y abstracto especialmente para compuesto moleculares grandes. La teoría del
campo de ligandos es una teoría desarrollada para interpretar los propiedades
inusuales de los complejos de los metales de transición (Coll y Treagust, 2001).
2.1.3 Implicaciones didácticas de la historia y la epistemología del
enlace químico.
El análisis histórico-epistemológico puede ser de gran ayuda ya que se
ha presentado cierto paralelismo entre determinados conceptos difíciles de
comprender y algunos de los problemas que se presentaron a lo largo de su
construcción en la historia de la ciencia (Furió, Hernández y Harris, 1987).
¿Puede el estudio histórico del desarrollo del concepto de enlace
químico ayudarnos a comprender las dificultades que presentan los estudiantes
a la hora de comprender dicho concepto? Es más, tendríamos que
preguntarnos: ¿Cómo se construyó históricamente el concepto de enlace
químico? ¿Cuáles son las principales ideas y dificultades de los estudiantes de
educación secundaria respecto al concepto de enlace químico? ¿En qué
medida las dificultades que se opusieron a los avances históricos se asemejan
a los principales problemas de comprensión del alumnado respecto a dicho
problema?
Diversas investigaciones (Blanco y Níaz, 1998; Fischler y Lichtfeld, 1992;
Harrison y Treagust, 2000; Kalkanis, Hadzidaki y Stavrou, 2003; Solbes, 1996)
muestran como el aprendizaje sobre enlace químico presenta grandes
dificultades y una proporción alta de estudiantes no consigue una comprensión
adecuada de los aspectos básicos del mismo. La solución a estas dificultades
podría encontrarse recurriendo al análisis histórico en cuanto a las teorías y
modelos más utilizados para explicar los átomos y sus enlaces (Croft y de
Berg, 2014).
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35
Fundamentos teóricos
Por ejemplo, la historia del concepto de valencia se inicia con las leyes
de las proporciones definidas y múltiples, a partir de las cuales Thomas
Thomson (1813) pudo concluir que cada elemento tiene un número
característico de puntos de unión, coincidiendo con lo que 40 años después
propuso Frankland (1852) al decir que cada elemento tiene una atomicidad
definida, considerada ésta como la capacidad de combinación de los átomos
de cada elemento. Posteriormente, y gracias a la proposición de los modelos
atómicos se estableció la relación entre los electrones más externos del átomo
y la capacidad de combinación de los mismos, y se propuso como valencia de
un átomo el número de electrones de su capa más externa. Este fue el
concepto de valencia que utilizaron Lewis (1916) y Languimir (1919) para
desarrollar sus teorías del enlace químico, y que permaneció hasta cuando
Limus Pauling (1932) lo explicó mediante la MC.
Los estudios histórico-epistemológicos pueden proporcionar las bases
para entender los procesos de aprendizaje de las ciencias, ya que permiten:
a) Identificar los cambios conceptuales y los obstáculos epistemológicos
presentados en la construcción de los conceptos.
b) Definir los conceptos estructurantes que pueden favorecer la superación
de obstáculos conceptuales en los alumnos.
c) Presentar en las clases de ciencias argumentos que posibiliten
discusiones sobre la producción, la apropiación y el control de los
conocimientos en el ámbito social e individual, aspectos que se han
convertido en referencia obligada en el profesorado para privilegiar la
construcción del conocimiento de los estudiantes.
Por tanto, se pueden registrar algunas semejanzas entre problemas
encontrados en modelos históricos anteriores y las dificultades de los
estudiantes. Por consiguiente; existe una relación fructífera entre la psicología
del aprendizaje y la epistemología de la ciencia, no sólo para idear estrategias
didácticas sino también para secuenciar contenidos y actividades en el proceso
de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Seguir el devenir de los problemas
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36
Fundamentos teóricos
históricos nos va a permitir avanzar hipótesis didácticas sobre posibles
dificultades de aprendizaje.
A lo largo de la historia, algunos modelos y teorías se han ido
modificando para poder interpretar los nuevos datos experimentales que se
iban obteniendo, tal es el caso de la modificación del modelo atómico de Bohr
para dar lugar al modelo de Sommerfeld que amplió las orbitas circulares a
orbitas elípticas que explicaba el desdoblamiento de las líneas del espectro del
átomo de hidrógeno. En otros casos los nuevos modelos han supuesto un
verdadero cambio de paradigma, que ha requerido mucho tiempo su
aceptación por parte de toda la comunidad científica. La teoría de Bohr, incluso
con el perfeccionamiento de Sommerfeld sólo podía aplicarse al átomo de
hidrógeno o átomos hidrogenoides, fue necesario un verdadero cambio de
paradigma con la MC para poder interpretar los espectros atómicos de los
distintos átomos. El proceso de construcción de conocimiento por parte del
alumno puede igualmente suponer una adaptación o modificación de sus ideas
previas, se produce entonces lo que se conoce como un proceso de “captura
conceptual”, o bien consistir en un cambio total de sus ideas previas por
aquellas que son científicamente más correctas, en cuyo caso hablamos de un
proceso de “cambio conceptual”, lo que requiere mucho tiempo y puede
explicar la gran dificultad de los alumnos para la comprensión de los nuevos
conceptos (Cubero, 1997). Esta idea debe reflejarse a la hora de diseñar el
currículum de ciencias, puesto que para que realmente se produzca un
aprendizaje significativo los contenidos más difíciles para los alumnos, como
los relacionados con el enlace químico, deben tratarse dentro de un currículum
vertical a lo largo de los diferentes cursos. Por otro lado, de acuerdo con
Mortimer (Mortimer, 1995) la secuenciación de contenidos es interesante que
se base en la fundamentación epistemológica de la ciencia a enseñar.
La enseñanza tradicional, la mayor parte de las veces, se limita a dar las
definiciones de los conceptos científicos sin más, y a la realización de ejercicios
o al seguimiento más o menos mecánico de guías para las prácticas de
laboratorio.
31
37
Fundamentos teóricos
Diversos trabajos sobre textos de enseñanza (Cuéllar Fernández, 2004;
García Torres, 2004; Camacho González 2005) confirman que los libros de
texto transmiten una enseñanza limitada a las definiciones y al uso de
algoritmos. Los libros de texto atribuyen poca importancia a la historia de las
ciencias y no hace objeto de trabajo en el aula las correspondientes teorías o
modelos. La falta de perspectiva histórica en la enseñanza muestra un
aprendizaje deficiente de la misma (Solbes y Traver, 1996). Las teorías y
modelos se muestran como algo cerrado y no conectados con el entorno
cultural, social, político y económico en el que los científicos formularon un
modelo y se olvida que las teorías no nacen completas en la mente de los
“genios” ni son el producto de individuos geniales y aislados (Truesdell, 1975).
Un aspecto que conviene no olvidar en la enseñanza del enlace químico
es el destacado papel que desempeñan los modelos en la interpretación
científica del mismo. En ciencia, los modelos son construcciones humanas que
utilizan los científicos para interpretar los datos experimentales de que
disponen, por lo que cada modelo se ajusta a determinados hechos
experimentales y proporciona una perspectiva de los mismos, es decir, los
modelos son parciales. Los modelos científicos son útiles y prácticos para
determinados objetivos, pero no reproducen la realidad.
La transposición didáctica de los modelos científicos es el proceso
mediante el cual los modelos científicos son convertidos en la ciencia que se
transmite en las instituciones escolares. El análisis de la transposición didáctica
de algunos conceptos científicos (Lombardi, 1997) demuestra la importancia
del conocimiento de la historia de la ciencia.
Podemos distinguir entre modelos didácticos y modelos científicos. Los
modelos didácticos son los modelos que se utilizan en la enseñanza y que
generalmente son simplificaciones de los modelos científicos, realizados
mediante la transposición didáctica (Justi, 2006). Para explicar entidades no
observables como los átomos y el enlace químico muchos profesores y libros
de texto utilizan analogías y modelos, en muchos casos confusos por lo que los
estudiantes utilizan los modelos de manera limitada y frecuentemente creen
que hay una correspondencia 1:1 entre un modelo y la realidad e interpretan el
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38
Fundamentos teóricos
modelo como una forma de describir un fenómeno (Coll y Treagust; 2001).
Algunos estudios indican que esta confusión puede deberse a la forma en la
que se introducen los modelos en la enseñanza. Silvestre, Solbes y Furió
(2010) han encontrado en el análisis de libros de texto de ESO y Bachillerato
que muchos textos presentan las aproximaciones de un modelo como una
descripción real y correcta y olvidan que todo modelo tiene sus limitaciones y
es útil en un determinado contexto.
La didáctica de la modelización ha de concebirse como un proceso
mediante el cual el profesor de ciencias introduce en el aula un modelo
científico determinado. Para ello hay que recurrir a la historia de la construcción
y admisión de tal modelo, delimitando conceptual y metodológicamente los
problemas que hicieron necesaria su formulación. También el profesor debe
dar razones didácticas y pedagógicas de por qué mantiene en el aula un
modelo científico que fue abandonado.
Solbes et al. (2010) proponen seguir para la enseñanza de los modelos
del átomo y del enlace una secuenciación histórica más que presentar todos
los modelos en todos los cursos. Así el modelo clásico debería introducirse en
30 de ESO, el precuántico en 40 de ESO y 10 de Bachillerato y el cuántico en 20
de Bachillerato, mostrando en cada curso los límites tanto teóricos como
experimentales de cada modelo. Estos mismos autores señalan que
frecuentemente la presentación de los distintos modelos de enlace impide una
visión unitaria del enlace químico. Esta visión unitaria se podría basar en el
carácter eléctrico de las interacciones entre átomos. Coll y Treagust (2001)
señalan que los estudiantes prefieren los modelos mentales simples para el
enlace químico. Los profesores de ciencias utilizan frecuentemente en sus
clases analogías, es decir modelos analógicos, para generar en sus alumnos
representaciones que posibiliten la construcción del conocimiento (Galagovsky
y Adúriz-Bravo, 2001). Los profesores no suelen ser conscientes de cómo
influyen las representaciones que usan en sus enseñanzas en las dificultades
que presentan los estudiantes para comprender el enlace químico (Bergqvist,
Drechsler y Chang Rundgren, 2016). El modelo didáctico-análogo ha de
constituirse en el mediador entre las concepciones histórico-epistemológicas,
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39
Fundamentos teóricos
didácticas y pedagógicas del profesor y las concepciones de los estudiantes
(Gallego Badillo, 2004). Todo lo expuesto anteriormente exige necesariamente
la transposición didáctica o la recontextualización didáctica que introducirá a los
estudiantes en la construcción del modelo científico, evitando simplificaciones
pedagógicas en las que las analogías tergiversan los modelos científicos. El
análogo crea el ambiente, para que los estudiantes elaboren el concepto
científico.
El desarrollo histórico de los conceptos químicos nos indica que han de
introducirse y relacionarse primero desde el punto de vista macroscópico para
que los estudiantes se apropien de referentes empíricos. A partir de aquí, la
enseñanza ha de ayudar a que los estudiantes a emitir hipótesis que expliquen
microscópicamente el comportamiento químico de las sustancias. De esta
forma se favorecerá el establecimiento de relaciones adecuadas entre los
niveles macro y micro de representación y con ello la comprensión de los
cambios químicos de forma parecida a como sucedió históricamente.
2.2. Fundamentos de la psicología del aprendizaje
2.2.1. Construcción del conocimiento científico del estudiante
Las investigaciones en Didáctica de las Ciencias han puesto de
manifiesto que el mejor modelo didáctico para que el alumno adquiera
conocimientos científicos es el modelo constructivista. Este modelo se basa en
la teoría del aprendizaje de Ausubel (Ausubel, Novak y Hanesian, 1983) según
la cual el alumno construye de forma activa sus conocimientos basándose en lo
que ya conoce. Sin embargo, paradójicamente, los alumnos tienden a concebir
el aprendizaje como un proceso pasivo, de acuerdo a un modelo didáctico de
transmisión-recepción, más que como un proceso de construcción de
conocimientos. Muchos alumnos piensan que aprender ciencias es aprender,
fundamentalmente, fórmulas que permiten resolver ejercicios o aprender
hechos y fenómenos que los científicos han ido descubriendo a lo largo del
tiempo (Campanario y Otero, 2000).
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40
Fundamentos teóricos
El aprendizaje, de acuerdo con el modelo constructivista, requiere que
se establezcan relaciones entre las ideas previas del alumno con las ideas y
conceptos que se pretenden enseñar. El proceso de aprendizaje es, por tanto,
un proceso de reestructuración de la estructura cognitiva del que aprende en el
que es imprescindible una actividad autoconsciente del sujeto (Riboldi et al.,
2004). Una enseñanza por transmisión, que no tiene en cuenta las ideas
previas de los alumnos, difícilmente va a poder modificarlas. Las ideas previas
son muy difíciles de modificar y frecuentemente los estudiantes mantienen una
doble perspectiva; por un lado, los conocimientos académicos sobre
fenómenos, teorías y leyes que son útiles en “la clase de ciencias” pues
permiten “aprobar los exámenes” y por otro, las ideas que realmente utilizan
para interpretar la realidad y el mundo que les rodea.
Las ideas previas de los alumnos deben ser el punto de partida de todo
proceso de enseñanza y deben tenerse en cuenta, como condición necesaria
aunque no suficiente, para que se produzca un aprendizaje significativo. De
acuerdo con Driver y Scott (1996) una secuencia constructivista de enseñanza
debe comenzar con el explicitación de las ideas previas de los estudiantes,
continuar con diversas actividades que ayuden a reestructurar sus ideas y
finalmente proporcionar oportunidades a los estudiantes para que revisen y
consoliden las nuevas ideas. En la figura 2.3 se representan las fases de esta
estrategia de enseñanza (Garcia-Franco y Garritz, 2006).
4. Consolidación.Aplicacióndelosmodelosconstruidos
3. Confrontaciondelasideasdelosestudiantes
2. Trabajoexperimental.Construccióndeexplicaciones
1.ExplicitacióndelasideasestudianCles
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41
Fundamentos teóricos
Figura 2.3 Fases de una estrategia de enseñanza Modificada de (García-Franco y
Garritz, 2006)
La etapa de explicitación de ideas previas, es fundamental, no solo para
que el profesor conozca cuales son las ideas previas de sus alumnos sino
también para que los alumnos sean conscientes de sus propias ideas y de esta
forma puedan constatar cómo se modifican sus ideas a lo largo del proceso de
enseñanza/aprendizaje. Si el objetivo de esta etapa de explicitación de ideas
previas fuese exclusivamente que el profesor conociese las ideas previas de
sus alumnos, posiblemente un profesor experimentado podría evitar esta etapa
de la estrategia didáctica ya que es sabido, que aun siendo construcciones
personales de los sujetos existen muchas semejanzas entre las ideas que
presentan los alumnos, incluso entre alumnos de distintos países y sistemas
educativos (Campanario y Otero, 2000).
Como hemos indicado anteriormente, no siempre que se incluye la etapa
de explicitación de ideas previas de los alumnos se produce un aprendizaje
significativo, pues ésta es condición necesaria pero no suficiente. Puede ocurrir
que, tras el proceso de enseñanza, las ideas previas de los alumnos queden
inalteradas, o incluso, se refuercen. Para que los alumnos cambien o
modifiquen (captura o cambio conceptual) sus ideas deben de sentir
insatisfacción con ellas, para lo cual es necesario enfrentarles a una situación
de conflicto cognitivo, es decir, plantearles una situación problemática que no
puede ser resuelta con sus ideas. Esta situación de conflicto cognitivo
demanda la búsqueda de soluciones y es el momento en el que el profesor
debe aportar nueva información, introducir las ideas científicamente correctas
de una forma coherente y asequible para el alumno. Para que los estudiantes
consideren la concepción científica deben poderla aplicar, aunque sea de forma
superficial, y deben encontrarle la utilidad pues, en caso contrario, seguirán
manteniendo sus ideas previas. La nueva idea debe de “ser mejor” y más útil
para interpretar sus experiencias que sus ideas previas (Posner, Strike,
Hewson y Gertzog, 1982).
La integración y asimilación de la nuevas ideas requiere varias
actividades de confrontación y reflexión y es un proceso lento que lleva su
tiempo, tal como ha ocurrido a lo largo de la historia de la ciencia que pone de
36
42
Fundamentos teóricos
manifiesto que la aceptación de los nuevos modelos y teorías por parte de la
comunidad científica ha sido también un proceso largo y tedioso.
Harlen (2007) establece entre las funciones del profesor el ayudar a los
alumnos a desarrollar sus ideas, ampliar sus experiencias, dar nueva
información en forma de ideas alternativas sin presentarlas como “correctas”
sino como más útiles para interpretar los fenómenos o experiencias y
proporcionar al alumnado la oportunidad de revisar sus experiencias anteriores
en relación a la nueva idea.
2.2.2. Enlace químico y desarrollo cognitivo del alumno.
El nivel de desarrollo en el que se encuentran los alumnos en relación
con las habilidades intelectuales necesarias para la comprensión de un tema,
es crucial para saber qué son capaces de hacer y aprender (Sánchez y
Valcárcel, 1993).
El enlace químico se imparte en educación secundaria en los niveles de
3º y 4º de ESO y su estudio se profundiza en 1º y 2º de Bachillerato. En ESO
(14-16 años) el alumno se encuentra en el estado de pensamiento operatorio
concreto. En este nivel de desarrollo nos encontraremos (sobre todo en los
niveles de ESO) que algunos alumnos siguen pensando en una estructura
continua de la materia, sin embargo otros alumnos (principalmente los de
bachillerato) están ya familiarizados con la existencia de átomos y moléculas y
con el concepto de cargas eléctricas (García-Franco y Garritz, 2006). La
mayoría de los alumnos de bachillerato se encuentran en un estadio de
desarrollo cognoscitivo “formal inicial” y “formal avanzado”. El enlace químico
es un tema abstracto. No se puede “ver” un átomo, su estructura o cómo se
une con otro átomo (Galagovsky, Rodríguez, Stamati y Morales, 2003). Muchos
alumnos tienen dificultad en comprender estos conceptos y hay un gran
potencial para la formación de concepciones alternativas (Kim-Chwee y
Treagust, 1999). Por otra parte, la interacción entre los niveles microscópico,
submicroscópico y simbólico (Han y Roth, 2005) es una fuente de dificultad
para muchos estudiantes (Ünal, Calik, Ayas y Coll, 2006). El problema surge
37
43
Fundamentos teóricos
cuando al alumno se le plantea la relación existente entre el conocimiento
científico y la realidad externa. No comprenden que existen distintos niveles de
representación de la materia: el macroscópico de las sustancias con sus
propiedades, interacciones y cambios; y el microscópico que es el que la
química modeliza a base de átomos, iones o moléculas con sus propiedades.
(Gabel 1996; Treagust, Chittleborough y Mamiola, 2003).
La teoría de Ausubel propone que, para que se pueda producir un
aprendizaje significativo, es necesaria la existencia previa de ideas inclusoras
en las mentes de los alumnos, conceptos más generales deben ser inclusores
de conceptos más específicos (De Posada, 1999). En el tema del enlace
químico, el concepto más general es la estructura de la materia, que es un
concepto abstracto, asociado a un aparato matemático muy complejo que
requiere de un pensamiento lógico y formal que el alumno de 14-16 años no
posee. Esto hace que tanto la enseñanza como el aprendizaje de los modelos
cuánticos (necesarios para la comprensión de los enlaces químicos) tengan un
carácter problemático para profesores y alumnos (Solbes, Calatayud, Climent y
Navarro, 1987). El estudio de la estructura de la materia y de las uniones
químicas conlleva una introducción de conceptos fundamentales de física
cuántica que hace que dificulte el aprendizaje del concepto por parte del
alumno que no posee un pensamiento lógico y formal. Los alumnos de
secundaria y de bachillerato no pueden entender la abstracción de los
conceptos cuánticos (De la Fuente et al., 2003), incluso los alumnos de
Universidad que estudiaron un curso de química cuántica presentan confusión
con estos conceptos (Tsaparlis, 1997; Tsaparlis y Papaphotis, 2002). En ESO
y bachillerato parece más apropiado no utilizar aspectos de la mecánica
cuántica para el tema del enlace químico, sino que todo el análisis científico
debe de basarse en la ley de Coulomb y en un modelo de átomo precuántico
como el de Lewis.
2.3. Fundamentos de la didáctica de las ciencias
2.3.1 Dificultades de aprendizaje relacionadas con el enlace químico
38
44
Fundamentos teóricos
El enlace químico es una de los conceptos más abstractos y complejos
de la química (Levy et al., 2010), pero al mismo tiempo es un concepto clave en
la enseñanza de la química. Se puede afirmar que el estudio del enlace
químico permite responder a diversas cuestiones como:
• La fórmula química y estequiometría determinada de cada sustancia o
compuesto químico.
• La justificación de las propiedades físicas y químicas de las distintas
sustancias existentes.
• La existencia o no de átomos en estado libre, de moléculas o de
estructuras cristalinas.
• Las clases de uniones que se rompen y se forman entre átomos en el
transcurso de las reacciones químicas
Por tanto, vemos que el enlace químico se encuentra presente en
muchos contenidos de Química siendo imprescindible para la comprensión de
los mismos, incluso lo podemos trasladar a otros campos de la ciencia como la
biología. Según Gagliardi y Giordan (1986) se puede considerar un “concepto
estructurante”.
Al mismo tiempo el concepto de enlace químico puede considerarse
como uno de los conceptos más abstractos y complejos de la Química, en el
que los estudiantes presentan mayores dificultades para su comprensión, tal
como demuestra la gran variedad de errores conceptuales que presentan los
estudiantes.
Las dificultades de aprendizaje pueden deberse a (Caamaño y Oñorbe,
2004):
a) Dificultades intrínsecas y terminológicas de la propia disciplina.
b) Al pensamiento y procesos de razonamiento de los estudiantes.
c) A la forma de enseñanza.
En las tablas 2.3 a 2.5 se señalan las principales dificultades debidas a
cada uno de los aspectos indicados.
39
45
Fundamentos teóricos
Tabla 2.3: Dificultades de aprendizaje intrínsecas al concepto de enlace químico.
Existencia de tres niveles descriptivos de la materia
Una de las dificultades conceptuales de la química es la existencia de tres niveles de descripción de la materia: macroscópico (observacional), microscópico (atómico-molecular) y representacional (símbolos, fórmulas, ecuaciones)
Carácter evolutivo de modelos y teorías
El uso de modelos y teorías con grados de complejidad creciente para describir un mismo fenómeno, requiere que los alumnos realicen procesos de integración y diferenciación conceptual a lo largo del aprendizaje. Entre los modelos que obligan a estos procesos son los modelos de enlace.
Ausencia del término apropiado para un nivel estructural determinado
A veces no se dispone de un término adecuado para un determinado nivel estructural. Para referirnos a la entidad microscópica representada por la formula NaCl, no podemos hablar de moléculas como en el caso del agua. Podríamos decir que se trata del par de iones Na+Cl-, que forman parte de la estructura multiiónica del cloruro de sodio.
Términos con distinto significado según el contexto
Hay muchos términos cuyo significado varía según el contexto teórico. Por ejemplo el diferente significado de fuerzas intermoleculares según se utilice haciendo referencia a las fuerzas dentro de una macromolécula , o para referirnos al enlace existente entre moléculas en un sólido molecular.
Fórmulas con significado múltiple
Las fórmulas químicas presentan significados muy diferentes según sean fórmulas empíricas, formulas moleculares o fórmulas de estructuras gigantes.,
Términos con significado diferente al de la vida cotidiana
El término cristal que en la vida cotidiana se refiere al vidrio, en química hace referencia a una estructura cristalina.
Uso de códigos representativos diversos
La diversidad de representaciones que se utilizan (bolas en contacto, enlaces representados por una raya, modelos de bolas con palillos, redes cristalinas con varillas, etc.) pueden presentar dificultades de interpretación.
40
46
Fundamentos teóricos
Tabla 2.4 Dificultades debidas a la forma de enseñanza (Levy Nahum et al., 2008).
Enlace covalente versus enlace iónico
Se presentan de forma dicotómica: Compartición/transferencia de electrones.
Se excluye la realidad de una escala continua covalente-iónica.
Aunque los enlaces covalente puros existen entre átomos idénticos no sucede lo mismo con los iónicos ya que todos se encuadran dentro de una escala de diferentes electronegatividades (EN).
Electronegatividad y polaridad del enlace
Se explica el concepto sólo en el contexto de la predicción del carácter polar o apolar del enlace o de su carácter iónico o covalente.
Se obvia la existencia comprobada experimentalmente de enlaces de marcado carácter covalente entre átomos con grandes diferencias en sus EN.
La “regla” del octeto
Relegando su naturaleza meramente algorítmica o instrumental, se presenta como condición obligatoria para formar enlaces propiamente dichos y además con carácter “explicativo” de los mismos.
Enlace metálico
Explicación en función de sus propiedades físicas y químicas obviando que ésas propiedades no son comunes a todos los metales existiendo una gran variabilidad en esos parámetros (Tf; Tb; brillo, conductividad térmica o eléctrica, maleabilidad, ductilidad, etc.).
Se suele hacer referencia al modelo de “iones flotando en un mar de electrones” que se presenta como un modelo completamente diferente al del enlace covalente por “compartición” de electrones, cuando la realidad también se puede explicar en términos de la teoría de bandas.
Fuerzas intermoleculares
Se les presenta como simples “fuerzas” en contraposición al término de enlace sin tener en cuenta la fuerza relativa de los diferentes tipos de enlace y su importancia ya que incluso las débiles “fuerzas” de unión pueden tener importantes consecuencias químicas (bioquímica).
Se reduce el enlace de H tan sólo cuando se da entre el H y los átomos de de N, O y F, cuando se pueden dar entre otros átomos o grupos de átomos.
41
47
Fundamentos teóricos
Tabla 2.5: Dificultades de aprendizaje debidas al pensamiento y proceso de razonamiento de
los alumnos.
Tendencia a transferir las propiedades macroscópicas al nivel microscópico
La dureza del diamante se atribuye a la dureza de los átomos.
Tendencia a dar explicaciones antropomórficas
Explicar el hecho de que los átomos se unen porque “quieren” o “necesitan” alcanzar la configuración de gas noble.
Dificultad de transferir los conceptos a distintas situaciones
Utilización del concepto de ion sólo al estudiar los electrolitos, pero no ver su relación con el enlace iónico en los sólidos..
Modificación de los modelos y construcción de modelos híbridos
Con frecuencia los alumnos modifican los modelos que se les presentan para hacerlos compatibles con sus ideas previas o porque no comprenden el contexto teórico de cada modelo y construyen modelos híbridos: por ejemplo la visión molecular de representaciones multiiónicas de NaCl como consecuencia de ver parejas de átomos dentro de la estructura ininterrumpida de átomos (modelo híbrido estructura gigante- estructura molecular)
2.3.2. El concepto de enlace químico en los libros de texto
El análisis de los libros de texto es una herramienta muy útil para
conocer cómo se enseña un determinado tema de Química en la Educación
Secundaria, ya que es el recurso didáctico principal, y en ocasiones el único,
utilizado por el profesorado. Los libros de texto guían al profesorado sobre el
qué, cómo y cuándo enseñar (Bergqvist y Chang Rundgren, 2017). Además, en
los últimos años, han incorporado nuevos recursos como guías y material
informático (Malhue, Moraga y Lazo, 2011) Además, los libros de texto son la
principal fuente de información utilizada por los estudiantes (Sikorova, 2012).
En general los libros de texto de ciencias se estructuran y construyen,
siguiendo tendencias similares, para cumplir las necesidades de la educación
en ciencias, especialmente para ayudar a los estudiantes a tener éxito en los
exámenes. Sin embargo la descripción e interpretación de fenómenos que se
da a menudo en los libros de texto son liosos y la transposición de
aproximaciones basadas en propiedades macroscópicas de sustancias y
materiales a otras basadas en características submicroscópicas son
frecuentes.
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48
Fundamentos teóricos
Los resultados del análisis cuantitativo de textos de Química hecho por
Chiappetta, Sethna y Fillman (1991) demuestran que la mayor parte de los
libros de Química analizados muestran la ciencia como un cuerpo cerrado de
conocimiento, le dan poca importancia a la "ciencia como modo de investigar",
y a la "interacción de ciencia , tecnología y sociedad" y prácticamente ninguna
a "la ciencia como manera de pensar" (cómo los químicos descubren ideas y
experimentos, el desarrollo histórico de conceptos químicos, las relaciones
causa-efecto, evidencias y pruebas, y el autoexamen del pensamiento en la
búsqueda del conocimiento).
Guisasola, Almurí y Furió (2005) analiza las graves visiones
distorsionadas de la ciencia, en la organización y secuenciación de los
contenidos de electrostática, en libros de texto de bachillerato, demostrando
que los libros se caracterizan por presentar una visión aproblemática,
definida como la ausencia explícita del problema o problemas generales que
se pretende abordar; la presentación de nuevos conceptos se hace de forma
arbitraria, sin mencionar la problemática de la que surgieron y a la que
intentan dar solución; se hace una presentación acumulativa lineal, no
teniendo en cuenta saltos cualitativos ni reformulaciones conceptuales, y
con una visión excesivamente analítica olvidando las conexiones con otros
conocimientos.
Guirao y Jaen (1997) afirman que en la mayor parte de los libros los
contenidos se presentan como hechos probados, sin dar posibilidades a su
cuestionamiento, no se plantean situaciones conflictivas para que los alumnos
traten de buscar evidencias que refuercen o contradigan sus teorías. Tampoco
se incluyen aspectos relacionados con el desarrollo de esta ciencia como
estrategia didáctica, que podría ayudar al alumno a construir sus conocimientos
utilizando algunos de los problemas que se plantearon a lo largo de la historia,
sino que, en el caso de referencias históricas, éstas son esencialmente de tipo
biográfico.
Gonzáles y Sánchez (2014) han analizado la evolución temporal de los
contenidos de estructura atómica y molecular en los libros de texto españoles
de Química General desde 1928 a 1978. Pascual, Araceli y Martín (2005)
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49
Fundamentos teóricos
realizaron un análisis del tratamiento dado a la química en los libros de texto de
la ESO y concluyeron que ninguna de las editoriales analizadas se adecuaba
íntegramente al currículo oficial y que además los libros de texto presentaban
numerosas inexactitudes y errores químicos.
Numerosas investigaciones sobre libros de texto se han dirigido a
analizar los errores conceptuales que aparecen en los libros (Quilez-Pardo y
Quílez-Díaz, 2015; Luxford y Bretz, 2014; Erman, 2017). Si hacemos un
análisis de los libros de texto que los profesores utilizan generalmente en las
aulas para impartir su materia, podemos ver que muchas de las ideas previas
(concepciones alternativas) que presentan los estudiantes vienen
supuestamente del tratamiento que los libros de texto dan a los contenidos. En
muchos textos se tergiversan las ideas por querer simplificarlas y esto provoca
que el estudiante adquiera algunas concepciones alternativas Por este motivo,
Alvarado (2005) resalta, entre otras consideraciones que es necesaria una
rigurosa selección de los libros de texto para evitar la adquisición de errores
conceptuales que aparecen repetidos de forma recurrente en diversos textos.
Las múltiples formas en que las uniones químicas se pueden presentar
y la falta de profundización en las mismas es uno de los motivos de las
dificultades de aprendizaje. Matus, Benarroch y Perales (2008) y Matus,
Benarroch y Nappa (2011) clasificaron las representaciones utilizadas en los
libros de texto según el grado de iconicidad y tipo de lenguaje y han analizado
las imágenes sobre enlace químico usadas en los libros de texto de
Educación Secundaria de Argentina y han encontrado una relación escasa
texto-imagen y un predominio del texto de tipo expositivo.
Bergqvist, Derchsler, De Jong y Rundgren (2013) han analizado los
modelos de enlace químico en libros de texto de secundaria de Suecia y han
demostrado que los modelos utilizados pueden ser la causa de las
concepciones alternativas y las dificultades de aprendizaje de los estudiantes.
Estos autores señalan que los autores de los libros de texto ignoran las
investigaciones llevadas a cabo sobre las dificultades de aprendizaje del
concepto de enlace químico e indican la necesidad de enfatizar lo que
presentan en común, es decir, la naturaleza electrostática de todos los tipos de
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50
Fundamentos teóricos
enlaces y reducir el uso de la regla del octeto que presenta serios
impedimentos pedagógicos tal como se muestra en la figura 2.4:
Figura 2.4 Impedimentos pedagógicos Modificada de Bergqvist, 2013
La mayoría de los libros de texto introducen los distintos modelos de
enlace en el orden; iónico, covalente, covalente polar, metálico y fuerzas
intermorleculares (Dhindsa y Treagust, 2014). El enlace iónico se presenta
como una fuerza electrostática de atracción entre iones de signo contrario. Los
iones se forman por transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro.
La regla del octeto se utiliza para explicar la estabilidad de la configuración
electrónica de los iones. El ejemplo que se utiliza para explicar el enlace iónico
es el del cloruro de sodio. El enlace covalente se describe como una identidad
OctetoMarcodereferencia
Usodelaregladeloctetoysuenfoqueen
configuracioneselectrónicas
Faltaderazónporlaqueseproduce
launión
NoseñalandoqueelenlacequímicosedebeafuerzaselectrostáCcas
Enfoqueenátomosseparados
Descripcionesantropomórficasdeprocesosquímicos
Impedimento 2
Los estudiantes ven todas las
partículas enlazadas como si se tratase de
moléculas discretas.
Impedimento 3
Los estudiantes pueden
desvincular cualquier cosa
que no encaje con la descripción de
“compartir electrón” o “transferir electrón”.
Impedimento 4
Los estudiantes pueden ser
incapaces de entender los tipos
de enlaces intermedios como
el enlace covalente polar.
Impedimento 1
Los estudiantes mantienen una
idea incorrecta e inapropiada de
cómo se produce el enlace.
45
51
Fundamentos teóricos
que se produce por la compartición de pares de electrones y se enfatiza la
tendencia de los átomos a adquirir la configuración electrónica de gas noble
siguiendo la regla del octeto. Se utilizan los ejemplos de las moléculas de H2,
Cl2 y F2, aunque algunas veces se presenta el ejemplo de moléculas formadas
por átomos diferentes. El enlace covalente polar se presenta como una entidad
distinta que se produce por la compartición desigual del par de electrones,
justificado por la diferente electronegatividad de los átomos. Su estabilidad se
explica, igualmente, en base a la regla del octeto. El enlace covalente
coordinado no se suele presentar en los libros de texto de secundaria. El
enlace metálico se describe como la deslocalización de los electrones de
valencia en todo la estructura cristalina constituida por iones positivos (modelo
del mar de electrones). La fuerza del enlace metálico se asocia con el número
de electrones deslocalizados. Cada tipo de enlace se presenta como
independientes unos de otros y entre los que no hay ninguna asociación entre
ellos.
Una revisión de cómo se enfoca el problema en los libros de texto
israelíes ha sido llevada a cabo por Levy et al. (2008), la mayoría de los cuales
presentan un enfoque tradicional según el cual se clasifica la materia en cuatro
categorías principales: iónica, covalente, molecular y metálica, de acuerdo con
sus propiedades físicas macroscópicas, tales como los puntos de fusión y
ebullición, la conductividad eléctrica o la solubilidad en agua. Los diferentes
tipos de enlace se presentan como entidades conceptuales independientes que
emanan de los distintos modelos explicativos de dichas propiedades. Aunque
este tipo de enfoque, que responde a motivos históricos, presenta las
observaciones experimentales que han conducido en cada momento a la
elaboración de modelos y teorías explicativas, no es menos cierto que la
coexistencia de modelos y teorías en los libros de texto que se van adicionando
según los estudiantes van alcanzando niveles superiores puede originar en
ellos una gran confusión, ya que diversas teorías y modelos tratan de dar una
explicación en diferentes textos y etapas al mismo fenómeno. Por otra parte,
este enfoque tradicional, tan universalmente extendido, se ha realizado al
precio de establecer simplificaciones y generalizaciones que se han convertido
en lo que podríamos denominar “impedimentos de aprendizaje”.
46
52
Fundamentos teóricos
2.3.3. Las ideas previas de los alumnos
Los alumnos tienen unas ideas previas o preconcepciones sobre los
contenidos científicos, que suelen ser erróneas, y que es un factor clave que se
debe tener en cuenta en un aprendizaje significativo de las ciencias.
(Campanario y Otero, 2000). Las ideas previas son “una especie de filtro
conceptual que permite a los alumnos entender de alguna manera, el mundo
que los rodea” (Giordan, 1996).
Las ideas previas se desarrollan en edades muy tempranas y se
mantiene a lo largo de los años a pesar de la enseñanza. Cada alumno
construye sus propias ideas espontáneas, pero existen muchas semejanzas
entre ellas, incluso entre alumnos de diferentes culturas y distintos
rendimientos académicos (Pintó, Aliberas y Gómez, 1996). Es de destacar,
también, que suele existir un paralelismo entre muchas de las ideas previas de
los alumnos y determinadas teorías que se han dado a lo largo de la historia de
la ciencia, generalmente precientíficas (Pozo y Carretero, 1987).
El origen de las ideas previas es muy diverso. Cabe destacar que
muchas de las ideas previas de los alumnos no sólo tienen su origen en la
propia experiencia (Preece, 1984), sino en el uso de analogías defectuosas en
los centros escolares (Pozo, Sanz, Gómez y Limón, 1991).
Como intento de explicar de manera general los orígenes de las también
llamadas concepciones alternativas (ideas previas), que tienen los alumnos
sobre cualquier fenómeno químico, algunos autores (Carrascosa, 2005)
clasifican estas concepciones en:
1. Concepciones espontáneas, de carácter intuitivo, son las ideas que
los alumnos interiorizan a partir de su propia experiencia en sus actividades
cotidianas. Estas concepciones son muy persistentes ya que se basan en los
sentidos más que en la lógica.
2. Concepciones inducidas, que son las que el alumno adquiere del
entorno sociocultural y de la propia enseñanza (Carrascosa, 2006). Por
ejemplo, el uso de analogías no adecuadas en la enseñanza y/o la utilización
de determinados términos del lenguaje cotidiano o expresiones ya superadas
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53
Fundamentos teóricos
científicamente puede fomentar ideas no deseables en los estudiantes. Raviolo
y Lerzo (2014) muestran como al comparar la estequiometría de una reacción
química con la formación de un sándwich se puede fomentar la idea de la
reacción química como una mezcla.
3. Concepciones analógicas, que son las que el alumno genera cuando
no dispone de ideas acerca de los conocimientos científicos tratados e intenta
activar ideas analógicas ya existentes que le permitan comprender los
conceptos científicos.
Las ideas previas de los alumnos suelen ser científicamente incorrectas
pero tienen sentido para los alumnos y les permiten interpretar su mundo. No
se trata de ideas aisladas, sino que suelen presentar cierta organización,
generalmente basada en una causalidad simple y se caracterizan por ser muy
persistentes y resistentes al cambio. Los alumnos tienden a mantener sus
ideas previas y frecuentemente consideran las evidencias empíricas que
contradicen sus ideas como “la excepción que confirma la regla”. Estas ideas
tienen un carácter implícito, esto hace que no sea verbalizadas por los alumnos
lo cual dificulta su detección y su modificación.
Aunque no existe un único método que permita lograr un aprendizaje
significativo, toda estrategia debe de inducir a los alumnos a realizar cambios
en sus ideas previas. La enseñanza tradicional no parece cumplir estas
condiciones. Algunos autores han señalado que es necesario un cambio en la
metodología de enseñanza para lograr un cambio conceptual en los alumnos y
señalan que es necesario exponer a los estudiantes a situaciones repetidas en
las que tengan que emitir hipótesis consistentes con sus ideas, diseñar
experimentos, realizarlo y analizar los resultados para sacar conclusiones
(Campanario y Otero, 2000). Así pues, la enseñanza de las ciencias basada en
la indagación (ECBI) se presenta como una metodología apropiada para
conseguir que los alumnos modifiquen sus ideas previas.
Los principales errores conceptuales detectados en la literatura
científico-didáctica relacionados con el enlace químico vienen recogidos en la
tabla 1 en la introducción del artículo: “Concepciones alternativas de los
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54
Fundamentos teóricos
estudiantes de educación secundaria sobre el enlace químico” en el capítulo 4
de la presente Memoria.
Croft y de Berg (2014) señalan seis concepciones alternativas inducidas
por la enseñanza sobre el enlace químico identificadas en la literatura:
1) Igual número de cargas positivas y negativas se cancelan entre sí
para dar una molécula neutra (Taber, 1994; Coll y Treagust, 2002)
2) El enlace iónico en una red cristalina solo existe en los átomos
entre los que se produce una transferencia de electrones, así el
enlace iónico se identifica con el proceso de transferencia de
electrones y no con la atracción entre iones de carga opuesta
(Taber, 2002, 2013; Levy Nahum et al., 2010)
3) El enlace se identifica con una entidad material y no con una
fuerza. (Taber et al., 2012; Ünal et al., 2006)
4) Un ion Na+ tiene un electrón más que el átomo neutro Na, y el ión
Cl- tiene un electrón menos que el átomo Cl neutro. (Taber, 1994)
5) Los alumnos presentan dificultad en distinguir la estructura
atómica y las propiedades de un átomo neutro y sus iones.
(Taber, 1994)
6) Se utiliza la regla del octeto como justificación de la formación de
enlaces tanto iónico como covalente (Taber, 2013; Taber y Coll,
2002; Tan y Treagust, 1999)
Podemos destacar que los alumnos suelen considerar que las uniones
químicas se producen para formar moléculas y no para formar otras estructuras
cristalinas más complejas. Alvarado (2005) manifiesta que existe una marcada
confusión con respecto a si el enlace químico consiste en la unión o en la
interacción de átomos, electrones, moléculas, cargas, compuestos, sustancias,
orbitales o iones. No comprenden muy bien que un enlace químico no se
establece únicamente a nivel interatómico, sino que también existen
interacciones entre moléculas La idea del enlace químico como interacción
electromagnética casi no aparece en alumnos de secundaria, para la mayoría
el enlace es diferente en función de la posición de los elementos en la tabla
49
55
Fundamentos teóricos
periódica). Los distintos modelos de enlace son independientes y son
considerados como descripción real de la realidad.
2.3.4. Propuestas didácticas para la enseñanza del enlace químico
Muchos de los errores conceptuales y la falta de comprensión del enlace
químico que presentan los estudiantes están asociados a la forma en que se
enseña. Diversos autores, que se indican a continuación, han señalado el
fracaso de la enseñanza tradicional. De acuerdo con Sibanda y Hobden (2015)
los problemas que se presentan en la enseñanza tradicional son:
- La presentación del enlace químico como una entidad propia.
- La clasificación de los enlaces químicos en cuatro categorías estancas.
- La percepción de los estudiantes de los modelos como descripciones
absolutas de la realidad más que como formas de interpretar esa
realidad.
Estos autores señalan que la mayoría de los profesores prefieren
empezar por el nivel microscópico (fuerzas atractivas entre átomos) y terminar
con el nivel macroscópico (sustancias y sus propiedades), secuencia
designada como “bottom_up approach” (aproximación de abajo-arriba) por
Levy Nahum et al. (2007,2008 y 2010). Esta es la secuencia didáctica que la
mayoría de los profesores utilizan para la enseñanza del enlace químico
comenzando con la estructura del átomo para a continuación introducir el
enlace químico como las uniones que se producen entre los átomos y clasificar
a las sustancias de acuerdo con el tipo de enlace que presentan, para terminar
con las propiedades de los materiales que se explican en función del tipo de
enlace. (Sibanda y Hobden, 2015). Esta secuencia no parte de la experiencia
diaria de los estudiantes, lo que dificulta su aprendizaje. Croft y de Berg (2014)
han señalado las limitaciones que presenta esta aproximación.
Psicológicamente, los estudiantes aprenden partiendo de lo que es conocido
para ellos, lo que les permita establecer relaciones con los nuevos conceptos y
lograr así un aprendizaje significativo. (Dunlosky, Rawson, Marsh, Nathan y
50
56
Fundamentos teóricos
Willingham, 2013), para que esto ocurra el punto de partida del proceso de
enseñanza/aprendizaje puede ser una situación problema relacionada
preferentemente con contextos reales que despierten la atención y el interés
del estudiante. En el capítulo 5 presentamos una secuencia didáctica para la
enseñanza del enlace químico basada en este principio.
Por otra parte, diversos autores han señalado que algunas de las
dificultades que presentan los estudiantes en el aprendizaje del enlace químico
pueden estar asociadas a la secuencia de enseñanza que se utiliza (Dhindas y
Treagust, 2014; Taber, 2011; Levy et al., 2013). Los profesores utilizan, sin
pensarlo demasiado, la secuencia que encuentran en los libros de texto.
Generalmente el estudio del enlace químico se comienza con el enlace iónico,
seguido del covalente, el metálico y las fuerzas intermoleculares (Dhindas y
Treagust, 2014). El mayor problema asociado con el orden de enseñanza del
enlace químico es que los estudiantes aprenden que los distintos tipos de
enlaces son independientes y que no existe ningún tipo de asociación entre ellos.
Para Taber (1997) para lograr una comprensión del enlace químico en
la enseñanza secundaria debería de partirse de la construcción de un
esquema basado en los principios electrostáticos y no en el marco explicativo
de que los átomos “quieren tener ocho electrones en su última capa”. Este
mismo autor (Taber; 2001) propone que el estudio del enlace debería
comenzar con el enlace metálico, seguido del iónico y posteriormente del
enlace covalente, en estructuras reticulares como el diamante, y finalmente el
enlace covalente en moléculas con el objeto de evitar que los estudiantes
piensen en la existencia real de moléculas iónicas y metálicas. Dhindas y
Treagust, (2014) sugieren, sin embargo, que el enlace covalente debería ser
enseñado en primer lugar seguido del enlace covalente polar y a continuación
el enlace iónico y proponen introducir el enlace metálico como un tipo de
enlace covalente. Para estos autores el enlace químico debería enseñarse en
tres etapas:
1) Enlace covalente, covalente polar y iónico
2) Enlace en estructuras reticulares
3) Fuerzas inter e intramoleculares
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57
Fundamentos teóricos
Caamaño (2016) ha presentado una propuesta de secuenciación
didáctica para el aprendizaje del enlace químico en 4º curso de la ESO y 1º
de bachillerato, que se inicia con la diferenciación entre estructuras
multimoleculares y estructuras gigantes. A continuación propone modelizar
el enlace covalente en las moléculas, y posteriormente en los sólidos
reticulares, covalentes, iónicos y metálicos.
García-Franco, Garritz y Chamizo (2008) hacen las siguientes
recomendaciones para la enseñanza del enlace químico a nivel de bachillerato:
- Hacer énfasis en la naturaleza electrostática del enlace químico
- Evitar la dicotomía enlace iónico-enlace covalente
- En el caso del enlace iónico debe hacerse más énfasis en las
interacciones electrostáticas entre iones y la estructura de la red
cristalina que en la formación de los iones
- Evitar que los alumnos desarrollen la noción de que todas las sustancias
están compuestas por moléculas.
- Desarrollar la idea de que los enlaces químicos ocurren en un continuo
“covalente-iónico-metálico”, más que considerar estos modelos como
entidades independientes.
- Evitar hacer énfasis en la regla del octeto como principio explicativo.
- Tener especial cuidado en no manejar indiscriminadamente un lenguaje
antropomórfico (los átomos comparten, necesitan, etc.).
- Explicar las propiedades de las sustancias utilizando el modelo que
mejor se ajuste y mostrar que hay sustancias con propiedades
intermedias que no pueden explicarse con un único modelo de enlace.
Uno de los objetivos de los profesores de química debe ser el desarrollo
de estrategias didácticas que permitan la enseñanza del enlace químico de
forma más eficaz y efectiva. Creemos que un enfoque constructivista de la
enseñanza puede ayudar a los estudiantes a una mejor comprensión de un
tema tan complejo como el enlace químico. Este enfoque requiere que la
secuencia didáctica comience con la explicitación de las ideas previas de los
estudiantes sobre el tema que se va a tratar para, a continuación, promover
actividad que les permitan la reestructuración de las mismas hacia las
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58
Fundamentos teóricos
concepciones científicas aceptadas al tiempo que los estudiantes son
conscientes de lo que han aprendido.
De acuerdo con Driver y Scott (1996) las fases de esta una estrategia
didáctica son:
1. Explicitar las ideas de los estudiantes.
2. Trabajo experimental. Construcción de explicaciones.
3. Confrontación de las ideas de los estudiantes.
4. Consolidación. Aplicación de los modelos construidos.
El aprendizaje cooperativo (AC) y la enseñanza de las ciencias basada
en la indagación (ECBI) son dos de las técnicas que se pueden emplear dentro
de esta estrategia didáctica.
2.3.4.1. Aprendizaje cooperativo
Según Cooper (1995) el AC “es una técnica instruccional por la cual los
estudiantes trabajan juntos en pequeños grupos fijos sobre una tarea
especialmente estructurada”. El hecho de trabajar en grupos podría traer
ventajas como por ejemplo que los estudiantes sean responsables de su propio
aprendizaje y con esta experiencia se motiven en el estudio hacia el tema en
cuestión. El AC también prepara a los alumnos a trabajar en equipos
comprometidos con los valores sociales y los principios de la solidaridad.
(Barbosa y Jófili, 2004). Es como una forma efectiva de promover el
aprendizaje y que consiste en construir significados interactuando con las
personas del grupo (Herron, 1996). El AC se diferencia claramente del
aprendizaje tradicional, ya que los estudiantes, al trabajar en pequeños grupos,
invierten más tiempo en las tareas de aprendizaje y hablen más entre ellos, lo
que lleva a que los alumnos menos capaces aprendan de los más capaces y
que las ideas se repitan más dándose así la oportunidad de compartir más
ideas y con ello estimular el aprendizaje del grupo. Por el contrario se debe
evitar un ambiente de aprendizaje competitivo y que se cree una
interdependencia negativa en la que los esfuerzos algunos alumnos sean
53
59
Fundamentos teóricos
perjudiciales para el resultado del aprendizaje del grupo y generalmente
potenciada en el aprendizaje tradicional (Johnson y Johnson, 2009; Johnson,
Johnson y Smith, 2007). La interdependencia positiva es uno de los rasgos
característicos del AC.
Las actitudes de los alumnos hacia el trabajo en grupo están
relacionadas con experiencias anteriores de trabajo en grupo y
fundamentalmente con el hecho de que el profesor explique claramente el
objetivo a alcanzar mediante el trabajo en grupo. Por tanto el profesor,
inicialmente, tiene que facilitar que los alumnos de cada grupo se sientan
integrados y motivados y dejar muy claro las tareas a realizar. Igualmente debe
servir de guía adelantándose a los posibles obstáculos que puedan encontrar
los alumnos, y en todo momento recordar cual es el objetivo del trabajo.
La mayoría de los estudiantes que han realizado trabajos mediante
aprendizaje cooperativo, valoran positivamente los aspectos sociales de
trabajar con sus compañeros, pero no están de acuerdo en que este tipo de
aprendizaje ayude a obtener mejores resultados en las tareas evaluadas
(Hammond, Bithell y Jones, 2010). Herrmann (2013), en un estudio sobre la
participación de los estudiantes en aprendizaje cooperativo, concluye que este
tipo de aprendizaje es potencialmente muy valioso, pero los profesores, para
que el aprendizaje cooperativo sea efectivo, deben tener:
1. Los contenidos a trabajar en grupo deben ser desafiantes para el
alumnado pero no difíciles.
2. El profesor tiene que encontrar un equilibrio para que el apoyo al
alumno no sea una explicación muy amplia del tema a tratar.
El AC ha sido utilizado en la enseñanza de la Química en los distintos
niveles educativos en cursos completos (Cooper, 1995) o en determinados
temas (Doymus, 2007; Karacop y Doymus, 2013; Can y Boz, 2016; Tarhan y
Sesen, 2012) entre los que se incluye el enlace químico (Doymus, 2007, 2008;
Acar y Tarhan, 2008; Eymur y Ömer, 2017).
Las experiencias llevadas a cabo demuestran que el AC da lugar a una
mejor adquisición de los conceptos científicos frente al aprendizaje tradicional y
54
60
Fundamentos teóricos
además aumenta la motivación de los estudiantes por el aprendizaje y las
habilidades sociales de estos (Simsek, 2012).
El AC ha sido utilizado conjuntamente con la enseñanza de las ciencias
basada en la indagación (ECBI) para la enseñanza de conceptos químicos
(Hemrag-Benny y Beckford, 2014) lo que aumenta el potencial de ambas
metodologías.
2.3.4.2. Enseñanza de las ciencias basada en la indagación
Jhon Dewey en 1910 fue el primero en proponer metodología indagatoria
para la enseñanza de las ciencias mediante la utilización del método científico,
con el fin de fomentar las competencias científicas en los alumnos (Uzcategui y
Betancourt, 2013). La metodología indagatoria permite a los estudiantes
aprender ciencias siendo ellos los protagonistas de sus propias experiencias
que facilitan el aprendizaje no sólo de los contenidos sino también de los
procesos (Uzcátegui y Betancourt, 2013).
El paso más contundente que contribuyo a la implantación de la
metodología indagatoria se produjo en Francia, con una propuesta didáctica
basada en indagación, por iniciativa de Georges Charpak, Pierre Lena, Yves
Quéré y la Academia de Ciencias Francesas, en el año 1996. Esta propuesta
llevaba por nombre «La main à la pâte» (manos a la obra), y tenía como meta
lograr el aprendizaje científico, la alfabetización y propiciar una educación
ciudadana. A partir de la propuesta de Francia son diversos los países en los
que se llevan a cabo iniciativas semejantes: Estados Unidos: National Science
Resources (1996); Colombia: Pequeños científicos (2000); Brasil: ABC na
Educaçao Científica – Mão na Massa (2001); China: «Learning by Doing»
(2001); Chile: Programa de Educación de Ciencias Basado en la Indagación
(2003); España: Proyecto PROFILES (Professional Reflection Oriented Focus
on Inquiry-based Learning and Education through Science) (2010).
Los pasos a seguir en el proceso de aprendizaje según ECBI se
muestran en la figura 2.5. Se basan en las etapas del método científico
deductivo.
55
61
Fundamentos teóricos
Figura 2.5: Fases del aprendizaje basado en la indagación
En la ECBI los alumnos participan activamente en el proceso de
aprendizaje y el profesor actúa de guía (Garritz, 2010). El papel del profesor es
clave en la práctica de la ECBI. Según Garritz (2012) la indagación incluye seis
actividades:
1. Identificar y plantear problemas que puedan se respondidos mediante
indagación.
2. Definir y analizar bien el problema.
3. Reunir información bibliográfica.
4. Formular explicaciones al problema planteado.
5. Diseñar y realizar trabajos de investigación.
6. Compartir con otros mediante la argumentación lo aprendido.
En la tabla 2.6 se muestran las principales diferencias entre la ECBI y la
enseñanza tradicional.
Nuevaexperiencia/problema
Posibleexplicación
Predicción
Planificaciónyejecucióndelainvestigación
Interpretacióndedatos
Conclusión
IdeaExistenteIdeamásgrande
Ideasalternativas
56
62
Fundamentos teóricos
Tabla 2.6: Comparación entre educación basada en la indagación y educación tradicional
(Garritz, 2010)
ECBI TRADICIONAL Enfoque en el uso y aprendizaje de contenidos como un medio para desarrollar procesamiento de la información y las habilidades para resolver problemas.
Enfocarse en el dominio de los contenidos y menos énfasis en el desarrollo de habilidades.
Centrada en el estudiante. Centrada en el profesor. Docente como facilitador del aprendizaje. El docente se centra en dar la información y
los alumnos deben recibirla. Énfasis en “cómo llegamos a saber lo que sabemos”.
Énfasis en “lo que sabemos acerca de la ciencia”.
Los estudiantes están más involucrados en la construcción de conocimiento a través de la participación activa.
Los alumnos son los receptores de los conocimientos y se esperan menos cuestionamientos.
La evaluación se centra en el progreso del desarrollo de habilidades y la comprensión del contenido.
La evaluación se centra en la respuesta correcta.
Los estudiantes son animados a buscar y hacer uso de recursos más allá del aula y la escuela.
Los recursos son limitados a lo que está disponible en la escuela y no hay énfasis en el uso de los recursos fuera de ella.
Énfasis en el aprendizaje a través de la experimentación.
Énfasis en la memorización de conceptos científicos.
Por tanto, la ECBI permite al alumno desarrollar la curiosidad científica y
la capacidad de análisis y aplicarlo a los problemas de la vida cotidiana
(Romero-Ariza, 2017).
Desgraciadamente a pesar de que la ECBI es una buena metodología,
el profesorado encuentra dificultades en el aula para implementarla (Grigg,
Kelly, Gamoran y Borman, 2013). Por tanto, es necesario diseñar y evaluar
programas de desarrollo profesional que apoyen al profesorado en este ámbito.
Según Quevedo-Blanco, Ariza y Buela-Casal (2015) estos deben ser
programas fundamentados en la formación eficaz de los profesores de
ciencias que los capaciten para guiar la investigación del alumno, hacer
preguntas que fomenten el razonamiento para que el alumno construya
sobre lo que ya sabe y que la evaluación sea una herramienta de
aprendizaje.
57
63
Fundamentos teóricos
2.4 Currículo español
A continuación, se va a presentar un breve recorrido por el sistema
educativo español, para posteriormente centrarnos en cómo se han tratado los
contenidos referentes al enlace químico.
2.4.1 Marco legislativo
En este primer punto se citan las leyes, Reales Decretos y Decretos más
recientes:
• LGE: Ley 14/1970, de 4 de Agosto, General de Educación y
Financiamiento de la Reforma Educativa. Publicado en BOE nº 187 de 6
de Agosto.
• LOECE: Ley Orgánica 5/1980, de 19 de Junio, por la que se regula el
Estatuto de Centros Escolares. Publicado en BOE nº 154 de 27 de
Junio.
• LODE: Ley Orgánica 8/1985, de 3 de Julio, Reguladora del Derecho a la
Educación. Publicado en BOE nº 159, de 4 de Julio.
• LOGSE: Ley Orgánica 1/1990, de 3 de Octubre, de Ordenación General
del Sistema Educativo. Publicado en BOE nº 238, de 21 de Noviembre.
• LOPEG: Ley Orgánica 9/1995, de 20 de Noviembre, sobre Participación,
la Evaluación y el Gobierno de los Centros Docentes. Publicado en BOE
nº 278, de 21 de Noviembre.
• LOCE: Ley Orgánica 19/2002, de 23 de Diciembre, de Calidad de la
Educación. Publicado en BOE nº 307 de 24 de Diciembre.
• LOE: Ley Orgánica 2/2006, de 3 de Mayo, de Educación. Publicado en
BOE nº 106, de 4 de Mayo.
• LOMCE: Ley Orgánica 8/2013, de 9 de Diciembre, para la mejora de la
calidad educativa. Publicado en BOE nº 295 de 10 de Diciembre.
• Real Decreto 1467/2007, de 2 de Noviembre, por el que se establece la
estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas.
58
64
Fundamentos teóricos
• Decreto 85/2008, de 17-06-2008, por el que se establece y ordena el
currículo del Bachillerato en la Comunidad Autónoma de Castilla-La
Mancha.
• Real Decreto 1631/2006, de 29-12-2006, por el que se establece la
estructura de la ESO y se fijan sus enseñanzas mínimas.
• Decreto 69/2007, de 29-05-2007, por el que se establece y ordena el
currículo de la ESO en la Comunidad Autónoma de Castilla- La Mancha.
2.4.2. Marco legislativo aplicado en la tesis.
• LOE: Ley Orgánica 2/2006, de 3 de Mayo, de Educación. Publicado en
BOE nº 106, de 4 de Mayo.
• LOMCE: Ley Orgánica 8/2013, de 9 de Diciembre, para la mejora de la
calidad educativa. Publicado en BOE nº 295 de 10 de Diciembre.
• Decreto 69/2007, de 29-05-2007, por el que se establece y ordena el
currículo de la ESO en la comunidad de Castilla-La Mancha.
• Decreto 85/2008, de 17-06-2008, por el que se establece y ordena el
currículo del Bachillerato en la Comunidad Autónoma de Castilla- La
Mancha.
2.4.3. Materias impartidas en Secundaria con contenidos de química.
Anexo I: Currículo LOMCE
59
65
Capítulo3:Análisisdeltratamientodelenlacequímicoenloslibrosdetexto
60
66
Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto
3. ANÁLISIS DEL TRATAMIENTO DEL ENLACE QUÍMICO EN LOS LIBROSDE TEXTO
3.1. Introducción
El concepto de enlace químico se encuentra incluido en los contenidos de
la programación de física y química en los distintos cursos de la Educación
Secundaria de la Ley Orgánica para la Mejora de la Calidad Educativa (LOMCE),
tal como hemos señalado en el capítulo 2, apartado 2.4. Los contenidos de
enlace químico en la programación contemplada en el currículo oficial abarcan
desde la concepción de partículas y unión entre ellas para explicar los diferentes
estados de agregación de la materia (contenidos que se estudian en 2º ESO),
hasta el modelo de enlace para comprender la formación de moléculas, cristales
y estructuras gigantes y utilizarlo para deducir algunas de las propiedades de los
diferentes tipos de sustancias (contenidos que se estudian en 2º de
Bachillerato). El currículo debe secuenciar los contenidos, adaptarlos a cada
nivel educativo y utilizar una la terminología apropiada a cada nivel. Además,
como ya hemos señalado, el enlace químico es un concepto fundamental que
permite comprender otros conceptos químicos así como, aspectos de otras
disciplinas científicas. Por otra parte, por mi experiencia como profesora, me he
dado cuenta que es un concepto que los alumnos no acaban de entender.
Existen diferentes estudios que señalan las dificultades de aprendizaje del
enlace químico y que indican que los alumnos presentan una comprensión
insuficiente de los conceptos implicados (De Posada, 1997, 1999b; Matus Leites,
2003; Furió, Calatayud, y Bárcenas, 2000; Alvarado, 2005). Creemos que es
necesario conocer las causas de estas dificultades, para poder diseñar una
propuesta didáctica que permita a los alumnos superarlas y lograr un
aprendizaje significativo. Uno de los motivos que pensamos que, en gran
medida, influye es el tratamiento que se da al enlace químico en los libros de
texto.
A lo largo de mi experiencia docente he utilizado una gran variedad de
libros de texto de diferentes editoriales y he observado que, en numerosas
ocasiones, los libros de texto presentan deficiencias, definiciones no correctas,
imágenes que pueden inducir errores conceptuales en los alumnos,
61
67
Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto
contradicciones en los distintos niveles educativos, etc. Ante esta situación,
hemos creído necesario comenzar nuestra investigación analizando el
tratamiento del enlace químico en los libros de texto más frecuentemente
utilizados en la enseñanza de la física y la química en la educación secundaria
en España.
Ya en 1983, un estudio realizado por Gabel (Gabel, 1983) sobre el enlace
químico en los libros de texto señalaba que los contenidos incluidos eran
excesivamente teóricos y matemáticos, y que se presentaban los modelos
teóricos como hechos establecidos, sin ninguna relación con los datos
experimentales que los sustentan y que, por tanto, propiciaban un aprendizaje
por memorización más que por comprensión.
En primer lugar, tuvimos que seleccionar la muestra de libros a incluir en
el estudio. La mayoría de las editoriales se limitan a plasmar la programación,
que para cada curso, determina la ley, generalmente siguiendo un mismo orden
(el marcado por la ley). Por esto, los libros se seleccionaron considerando
aquellos, que de acuerdo, a mi experiencia docente, son más utilizados en los
diferentes centros escolares en los que he impartido clases. Se han incluido
libros de los distintos niveles educativos en los que el currículum incluye el
concepto de enlace químico u otros conceptos directamente relacionados con el
mismo. Por tanto, la muestra incluye libros de texto de diferentes editoriales de
3º y 4º de ESO y 1º y 2º de Bachillerato.
La muestra seleccionada la componen 11 libros de texto de la asignatura
“Física y Química” de 3º y 4º de ESO y 1º de Bachillerato y de “Química” de 2º
de Bachillerato, de tres editoriales Oxford, Santillana y edebé. De esta última
editorial no se incluyó el libro de 3º ESO. La editorial Santillana se seleccionó por
ser una de las editoriales más frecuentemente utilizada en España. Edebé era la
editorial que se estaba utilizando en el centro escolar en el que impartía clases
en el momento de iniciar el estudio y Oxford fue seleccionada al azar entre otras.
La muestra de libros analizados no ha pretendido ser exhaustivo sino tan sólo
una muestra de cómo se trata el concepto de enlace químico por las diferentes
editoriales; sin embargo, es bastante representativa ya que casi todas las
62
68
Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto
editoriales incurren, en mayor o menor medida, en confusiones terminológicas,
conceptuales y epistemológicas similares.
La primera fase del análisis de los libros consistió en un análisis cualitativo
tanto de las explicaciones teóricas como de los ejercicios incluidos. En el Anexo II
se incluye el estudio realizado para cada uno de los libros incluidos en la
muestra. Posteriormente, y basándonos tanto en estudios previos como en la
propia experiencia, se seleccionaron seis categorías:
• Secuenciación de los contenidos
• Causas de la formación de enlaces
• Terminología utilizada
• Clasificación de las sustancias según tipos de enlace
• Modelos de enlace
• Estudio de las fuerzas intermoleculares
Que fueron analizadas de acuerdo a un cuestionario, formado por una
serie de ítems para cada categoría, que fue elaborado a tal fin. Los resultados
del estudio llevado a cabo se presentan en el artículo “Estudio del tratamiento
del Enlace Químico en libros de texto españoles” publicado en la Revista
Electrónica de Investigación Educativa.
3.2 Artículo I
Estudio del tratamiento del enlace químico en los libros de texto españoles.
63
69
ARTÍCULO I: Análisis del tratamiento del enlace químico en los libros de texto
64
1
Estudio del tratamiento del enlace químico en los libros de texto españoles
Resumen:
En este trabajo se presenta un análisis del tratamiento del concepto de enlace
químico en los libros de texto de Educación Secundaria en España. Se ha realizado
un estudio de casos comparativo de tres de las principales editoriales más
frecuentemente utilizadas, para lo cual, se ha elaborado una rúbrica que incluye
seis categorías: secuenciación de los contenidos, causa de la formación del enlace,
terminología utilizada, clasificación de las sustancias según tipo de enlace, modelos
de enlace y estudio de las fuerzas intermoleculares. Se concluye que entre las
distintas editoriales no hay diferencias en cuatro de los seis puntos, pero si en dos:
la terminología empleada y el tratamiento de las fuerzas intermoleculares. Se
aconseja al profesorado hacer uso de la rúbrica diseñada para analizar el
tratamiento del enlace químico en los libros de texto y decidir cual utilizar en sus
clases.
Palabras clave: libros de texto, enlace químico, concepciones alternativas,
dificultades de aprendizaje.
Title: Treatment of chemical bonding in Spanish textbooks
Abstract:
The present report shows an analysis of the treatment of the Chemical Bonding
concept in textbooks of Secondary Education in Spain. This is a case study of the
three mostly used Spanish Secondary Education textbook publishers performed after
creating a rubric that includes six categories: contents sequence, causes for bond
formation, vocabulary used, substances’ classification based on the kind of bonding,
2
chemical bonding models and the consideration of intermolecular forces. The
conclusion is that although in these textbooks there are not differences in four out of
the six categories, there are differences in two: the vocabulary used and the
consideration of intermolecular forces. It is suggested the use of this rubric by
teachers in order to choose the textbook that best deals with this topic.
Keywords: textbooks, chemical bond, misconceptions, learning difficulties.
I. Introducción
El concepto de enlace químico es uno de los conceptos más abstractos y complejos
de la Química (Levy Nahum, Mamlok-Noaman, Hofstein y Kronik, 2010), siendo al
mismo tiempo un concepto clave y fundamental ya que permite responder a
diversas cuestiones como:
• La fórmula química y estequiometría determinada de cada sustancia o
compuesto químico.
• La justificación de las propiedades físicas y químicas de las distintas
sustancias.
• La existencia de átomos en estado libre, moléculas o estructuras cristalinas
• Las clases de uniones que se rompen y se forman en el transcurso de las
reacciones químicas.
Por tanto, el enlace químico podría ser considerado un “concepto estructurante”,
según la terminología de Gagliardi y Giordan (1986). Sin embargo, es considerado
por alumnos y profesores un concepto “muy complicado” (Taber, 2001; Riboldi,
Pliego y Odetti, 2004). La comprensión del enlace es básica para que los alumnos
comprendan y expliquen las propiedades físicas y químicas de las sustancias y la
3
forma en la que se unen las partículas, así como la importancia que tiene esto en la
síntesis de nuevos compuestos y su incidencia en la mejora de la calidad de vida.
Los libros de texto son los recursos materiales más ampliamente utilizados por los
profesores en la enseñanza secundaria y en numerosas ocasiones el único (Calvo
Pascual y Martín Sánchez, 2005). Los libros de texto influyen en lo que los
profesores enseñan y, por lo tanto, en cómo aprenden los estudiantes (Fernández,
Jiménez y Solano, 1997), por lo que el análisis de los libros de texto es de suma
importancia (Justi y Gilbert, 2003).
La forma en que la química se presenta en los libros de texto de todo el mundo ha
sido estudiada por diversos autores en las últimas décadas (Abraham, Grzybowski,
Renner y Marek, 1992; Matus, Benarroch y Perales, 2008; Matus, Benarroch y
Nappa, 2011). Calvo Pascual y Martín Sánchez (2005) que analizaron el tratamiento
dado a la Química en los libros de texto de ESO con el objetivo de determinar si se
adaptaban adecuadamente al currículo oficial, señalan que no hay gran diferencia
en la secuenciación de los contenidos entre editoriales y destacan la frecuencia con
que aparecen imprecisiones o inexactitudes o incluso errores químicos, como no
incluir los últimos elementos del Sistema Periódico (S.P.), utilizar la nomenclatura
antigua para nombrar los grupos del S.P. o no diferenciar claramente entre
sustancia pura y mezcla o entre los distintos tipos de mezclas. Furió y Guisasola
(1997) estudiaron las visiones distorsionadas de la Ciencia transmitida por los libros
de texto así como las carencias epistemológicas de los mismos.
A pesar de la importancia del concepto de enlace químico en la enseñanza de la
Química, el análisis del tratamiento dado al mismo en los libros de texto no ha
recibido demasiada atención, especialmente en el mundo de habla hispana. Existen
algunos estudios relacionados con el tratamiento del enlace químico en los libros de
4
texto (Ashkenazi y Kosloff, 2006; Hurst, 2002; Justi y Gilbert, 2003). Solbes y
Vilches (1991) encontraron que los libros de texto suelen presentar los modelos de
enlace químico como descripciones reales más que como representaciones
mentales. Además se ha comprobado que los modelos de enlace químico que se
presentan en los libros de texto influyen en las concepciones alternativas que
presentan los estudiantes (Bergqvist, Drechsler, De Jong y Rundgren, 2013). De
Posada (1999) se centró en el tratamiento del enlace metálico en los libros de texto
indicando que pocos libros de texto aportan pruebas sobre la realidad de los iones y
sus diferencias con los átomos. Matus y col. (2008; 2011) centraron su investigación
en las imágenes usadas para la enseñanza del enlace químico en libros de texto
argentinos y concluyeron que el grado de iconicidad o referencialidad disminuye a
medida que aumenta la edad de los destinatarios, al tiempo que el lenguaje gráfico
es sustituido paulatinamente por lenguajes más formales y el contenido conceptual
de la imagen se va enriqueciendo.
Levy Nahum y col. (2008) elaboraron un esquema ilustrativo del enfoque tradicional
que se suele dar en los libros de texto al enlace químico. En la mayoría de ellos, los
diferentes tipos de enlace se presentan como entidades independientes. Este
enfoque se explica por motivos históricos, pero se realiza a costa de establecer
simplificaciones y generalizaciones que terminan por convertirse en “impedimentos
de aprendizaje”. En la Tabla I se presentan algunos impedimentos pedagógicos,
señalados por estos autores, relacionados con la enseñanza tradicional del
concepto del enlace químico.
5
Tabla I.- Impedimentos pedagógicos atribuibles a la enseñanza tradicional del enlace químico (Levy
Nahum et al. 2008).
Enlace covalente versus enlace iónico
Se presentan de forma dicotómica: Compartición/transferencia de electrones. Se excluye la realidad de una escala continua covalente-iónica. Aunque los enlaces covalente puros existen entre átomos idénticos no sucede lo mismo con los iónicos ya que todos se encuadran dentro de una escala de diferentes electronegatividades (EN).
Electronegatividad y polaridad del enlace
Se explica el concepto sólo en el contexto de la predicción del carácter polar o apolar del enlace o de su carácter iónico o covalente. Se obvia la existencia comprobada experimentalmente de enlaces de marcado carácter covalente entre átomos con grandes diferencias en sus EN.
La “regla” del octeto Relegando su naturaleza meramente algorítmica o instrumental, se presenta como condición obligatoria para formar enlaces propiamente dichos y además con carácter “explicativo” de los mismos.
Enlace metálico
Explicación en función de sus propiedades físicas y químicas obviando que ésas propiedades no son comunes a todos los metales existiendo una gran variabilidad en esos parámetros (Tf; Tb; brillo, conductividad térmica o eléctrica, maleabilidad, ductilidad, etc.). Se suele hacer referencia al modelo de “iones flotando en un mar de electrones” que se presenta como un modelo completamente diferente al del enlace covalente por “compartición” de electrones, cuando la realidad también se puede explicar en términos de una escala continua que incluye diferentes grados de deslocalización electrónica.
Fuerzas intermoleculares
Se les presenta como simples “fuerzas” en contraposición al término de enlace sin tener en cuenta la fuerza relativa de los diferentes tipos de enlace y su importancia ya que incluso las débiles “fuerzas” de unión pueden tener importantes consecuencias químicas (bioquímica). Se reduce el enlace de H tan sólo cuando se da entre el H y los átomos de de N, O y F cuando se pueden dar entre otros átomos o grupos de átomos.
Como se ha indicado anteriormente, los libros de textos pueden ser una importante
fuente de adquisición de errores conceptuales. Muchos de estos errores
conceptuales resultan del uso en los libros de texto de modelos “sobre simplificados”
y de metodologías tradicionales que presentan una imagen limitada e incorrecta del
enlace químico (Levy Nahum, Mamlok-Noaman, Hofstein y Taber 2010). En este
sentido un análisis del distinto tratamiento dado en los libros de texto puede ayudar
a entender los errores conceptuales de los alumnos. Teniendo en cuenta el papel
crucial de los libros de texto en la enseñanza de la química, y más concretamente
del enlace químico, se ha llevado a cabo el presente trabajo. En primer lugar, se
desarrollará una herramienta de análisis (rúbrica) que se empleará en el análisis de
6
los libros en este trabajo y podrá ser usada por los docentes a la hora de elegir el
libro de texto que mejor trate dicho tema. En segundo lugar, se investigará el
tratamiento dado al enlace químico en los libros de texto de Educación Secundaria
Obligatoria (ESO) y Bachillerato más frecuentemente utilizados por el profesorado
en España, en base a la rúbrica elaborada.
II. Metodología
Se aborda la investigación mediante un estudio de casos de tipo comparativo y
analítico en el que cada caso lo constituye el análisis del tratamiento del enlace
químico que hace un determinado libro de texto de una editorial y de un curso o
nivel concreto. En el currículum español, el enlace químico se trata en los distintos
niveles educativos desde 3º de ESO hasta 2º de Bachillerato, pero con distinto grado
de profundidad siguiendo un modelo en espiral (De Posada, 1999). Por ello, el
estudio realizado incluye, todos estos niveles educativos. Los libros de texto,
elegidos entre los más ampliamente utilizados en España, se indican en la Tabla II.
Tabla II: Libros de texto analizados y códigos asignados a cada uno de ellos
Editorial Nivel Año Autor ISBN Código Santillana 3ºESO 2010 Rosa Marín 978-84-294-3027-1 1 Oxford 3ºESO 2010 Isabel Piñar 978-84-673-5334-0 2 Santillana 4ºESO 2008 Rosa Marín 978-84-294-0984-0 3 Oxford 4ºESO 2008 Isabel Piñar 978-84-673-3859-1 4 edebé 4ºESO 2008 Antonio Garrido 978-84-236-8753-4 5 Santillana 1ºBAC 2008 Rosa Marín 978-84-294-0987-1 6 Oxford 1ºBAC 2008 Mario Ballesteros y Jorge Barrio 978-84-673-3881-2 7 edebé 1ºBAC 2008 Antonio Garrido 978-84-236-8590-5 8 Santillana 2ºBAC 2009 Rosa Marín 978-84-294-0993-2 9 Oxford 2ºBAC 2009 Jaime Peña y Mª Carmen Vidal 978-84-673-5098-2 10 edebé 2ºBAC 2009 Antonio Garrido 978-84-236-9282-8 11
Para realizar el estudio se asignó un código numérico a cada libro de texto, se
seleccionaron los temas que hacían referencia al enlace químico, y se sometieron a
un primer análisis cualitativo de forma individualizada. Se elaboró una rúbrica con la
que analizar esos temas considerándose compuesta por seis categorías
7
determinadas de acuerdo con los primeros datos obtenidos y la bibliografía referente
a las dificultades de aprendizaje de los estudiantes. Las seis categorías
consideradas fueron: secuenciación de los contenidos, causas de la formación de
enlaces, terminología utilizada, clasificación de las sustancias según tipo de enlace,
modelos de enlace utilizados y estudio de las fuerzas intermoleculares.
Posteriormente, con objeto de realizar un análisis más profundo se elaboró un
cuestionario específico con ítems correspondientes a cada una de las categorías
incluidas en la rúbrica. El cuestionario, correspondiente a cada una de estas
categorías, se muestra en las Tablas III a VIII. Dos investigadores completaron el
cuestionario individualmente. El resultado del análisis realizado por sendos
investigadores fue coincidente al 90%. Las diferencias fueron posteriormente
analizadas por los autores, llegándose a un acuerdo sobre las mismas.
III. Resultados y discusión
A continuación se discuten los resultados obtenidos tras usar la rúbrica elaborada
en el análisis de los temas de enlace químico incluidos en los libros de texto
analizados.
3.1. Secuenciación de los contenidos:
Tabla III: Análisis de los libros de texto en relación a la secuenciación de contenidos
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Dedica un tema al estudio del enlace químico X X X X X X X 2 El enlace químico forma parte de un tema más
amplio X X X X
3 Explica las propiedades de las sustancias y a continuación los diferentes enlaces que presentan
4 Explica las propiedades a continuación de explicar cada tipo de enlace X X X X X X
5 Explica los tipos de enlace y a continuación presenta las propiedades de las sustancias con cada tipo de enlace
X X X
6 Inicia el estudio de los tipos de enlace con el enlace iónico X X X X X X X X
7 Inicia el estudio de los tipos de enlace con el enlace X
8
covalente 8 Inicia el estudio de los tipos de enlace con el enlace
metálico
Al igual que señalan Calvo Pascual y Martín Sánchez (2005) en su estudio sobre el
tratamiento de la Química en los libros de texto, no hay gran diferencia en la
secuenciación entre editoriales. Ninguna de las editoriales dedica un tema al estudio
del enlace químico en 3º ESO, tratándolo como un apartado dentro de otro tema, y
solamente la editorial Oxford le dedica un tema en 4º ESO. En 1º y 2º de
Bachillerato todas las editoriales dedican un tema al estudio del enlace químico. Los
libros de 4º de la ESO (código 3), y 1º y 2º de Bachillerato (códigos 8 y 11)
presentan los distintos tipos de enlace y a continuación estudian las propiedades de
las sustancias; el resto presenta las propiedades de las sustancias después de cada
tipo de enlace, pero ninguno de los libros comienza con el estudio de las
propiedades de las sustancias. Es de destacar que la única editorial que utiliza la
misma secuenciación en todos los cursos es Oxford.
Todos los libros comienzan el estudio del enlace con el enlace iónico, excepto uno
(código 4) que lo hace con el enlace covalente. Ninguno de los libros analizados
comienza con el estudio del enlace metálico. Esto no esta de acuerdo con lo
señalado por Bergvist y col. (2013) que indican que comenzar el estudio del enlace
con el enlace covalente es una práctica común. Según Taber (2001), se debería
comenzar con el estudio del enlace metálico, cosa que no hace ninguno de los libros
analizados, continuar con el iónico y finalizar con el covalente, para estudiar de esta
forma en primer lugar los cristales (metálico e iónico) y terminar con las moléculas
discretas covalentes, para evitar el error conceptual frecuentemente presentado por
los estudiantes de pensar en la existencia real de moléculas iónicas y de que los
cristales iónicos están formados por moléculas.
9
3.2. Causa de la formación del enlace:
Tabla IV: Análisis de los libros de textos en relación con la causa de la formación del enlace
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Relaciona la estabilidad de las sustancias con la formación del enlace X X X X X
2 Relaciona la estabilidad de las sustancias con la regla del octeto X X X X
3 Los átomos se enlazan para cumplir la regla del octeto X X X X
4 Los átomos se enlazan para adquirir configuraciones estables X X X
5 Los átomos se enlazan para adquirir un estado de mínima energía X X X X X
6 Relaciona estabilidad de las sustancia con un estado de mínima energía X X X
7 Relaciona distancia de enlace con un estado de mínima energía X X X X X X
Generalmente no se presentan las causas de la formación de enlaces y se justifica
la formación del enlace solamente por la tendencia de los átomos a adquirir la
configuración electrónica de gas noble o cumplir la regla del octeto. Únicamente 4
de los libros analizados, tres de Bachillerato (códigos 8, 9 y 10) y uno de 4º de ESO
(código 5), señalan que la causa de la formación del enlace es la “minimización de
la energía”, y solamente 3 (códigos 8, 10 y 11) relacionan la estabilidad de las
sustancias con el estado de mínima energía. Por ejemplo en el libro de código 8 se
dice “Los átomos se unen para formar agrupaciones de mayor estabilidad y menor
energía que la que tenían los átomos por separado” y en el libro de código 11 se
dice “Para que se forme cualquier tipo de enlace estable, el sistema resultante debe
tener menor energía que el que constituían las partículas aisladas. Es más cuanto
mayor sea la disminución de energía mayor será la estabilidad del enlace y del
sistema formado”.
De acuerdo con Levy Nahum y col. (2010) el interrogante principal debería ser:
¿Cuál es la causa de que los átomos interaccionen y formen un enlace? No plantear
este interrogante lleva a los alumnos a pensar que la formación del enlace es algo
10
totalmente “misteriosa” e “inexplicable”, cuando no hay nada de misterioso en la
formación del enlace químico si se introduce en primer lugar la naturaleza eléctrica
de las partículas químicas (átomos, iones y moléculas) y se explica que el enlace es
la consecuencia de las atracciones y repulsiones entre núcleos y electrones y se
introduce el concepto de estabilidad que corresponde al estado de mínima energía
que se da cuando las cargas opuestas están lo más cerca posible y las iguales lo
más lejos.
Prácticamente todos los libros explican la formación del enlace iónico en términos
de transferencia de electrones y la del enlace covalente en términos de compartición
de electrones. Ninguno de los libros analizados emplea la existencia de fuerzas
electrostáticas para explicar la formación de todos los tipos de enlace. La mayoría
habla de fuerzas electrostáticas en el caso del enlace iónico pero nunca en el caso
de los enlaces covalente y metálico. Esta forma de presentar tanto el enlace iónico
como el covalente ha sido fuertemente criticada por miembros de la comunidad
científica (Bergvist, Drechsler, De Jong y Rundgren, 2013) al considerar que explicar
el enlace iónico como un proceso de transferencia de electrones y no como un
equilibrio de fuerzas puede llevar a los alumnos a interpretar que el enlace iónico
solamente existe entre átomos que han transferido electrones entre ellos (Taber,
2001), y que las fuerzas de atracción en un cristal iónico solamente se dan entre
pares de iones y no entre cada ion y todos sus vecinos en la red.
3.3. Terminología utilizada
Tabla V: Análisis de los libros de textos en relación a la terminología utilizada
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Define las moléculas como agrupaciones de átomos X X X X
2 Define sustancia molecular como conjunto de moléculas X
3 Define molécula como conjunto de átomos unidos X X X
11
por enlace covalente 4 Presenta los cristales como un tipo de sustancias X X X X
5 Utiliza distintas terminología para referirse a un mismo concepto (ej: cristal, estructura cristalina, sólido cristalino, redes cristalinas)
X X X X X X X X X X
6 Define enlace como unión entre átomos sin especificar su naturaleza X
7 Define enlace como unión entre átomos por fuerzas electrostáticas X X X X
8 Define enlace como fuerzas que mantienen unidas a los átomos y a las moléculas X X
9 Define enlace covalente como la unión entre átomos X X X X X
10 Define enlace metálico como la unión entre átomos X 11 Define enlace iónico como la unión entre iones X X X X X X X X 12 Define fuerzas intermoleculares como la unión
entre moléculas X X X X
13 Define enlace como de fuerzas de atracción entre átomos X X X
14 Se diferencia enlace covalente polar y covalente apolar X X X X X X
15 Introduce el concepto de molécula dipolo pero no define momento dipolar X
16 Define dipolo eléctrico o momento dipolar X X X X X X 17 Define enlace iónico puro como un caso límite de
enlace covalente polar X
18 No define enlace químico, aunque habla de la combinación de átomos del mismo o diferentes elementos
X X
19 Define enlace como fuerzas que mantienen unidas a los átomos, iones o moléculas X X X
Se observa un gran confusionismo en la terminología utilizada. Todos los libros
excepto uno (código 1) utilizan distinta terminología para referirse a un mismo
concepto. Así mismo se observa que en una misma editorial se utilizan diferentes
definiciones y terminologías para un mismo concepto en las diferentes etapas
educativas.
Es frecuente el uso de términos que no se definen y que se dejan sin aclarar o que
se definen muy posteriormente. Por ejemplo, en el libro con código 3 dice: “Los
compuestos iónicos son sólidos cristalinos”, sin embargo no define sólido cristalino.
Más adelante introduce el concepto de cristal y dentro de este incluye los cristales
iónicos diciendo: “Cristales iónicos: las partículas que forman el cristal son iones”.
En este caso se utilizan indistintamente los términos de sólido cristalino y cristal,
12
pero sin indicarlo previamente. ¿Se puede dar por sabido que cristal y sólido
cristalino son sinónimos? ¿No quedaría mucho más claro si se dijera “los
compuestos iónicos son sólidos cristalinos o cristales”?
Se utiliza terminología confusa y que puede inducir a errores conceptuales en los
alumnos, por ejemplo al llamar “sustancias formadas por átomos” a los cristales
atómicos covalentes frente a las “sustancias formadas por moléculas”, lo que puede
llevar a pensar que estas últimas no están formadas, en último término, también por
átomos.
Las distintas editoriales utilizan distinta terminología para designar el mismo
concepto: así por ejemplo la editorial Santillana utiliza el término “sustancias
simples” para designar a las sustancias formadas por moléculas de elementos como
el O2, N2, etc., mientras que la editorial Oxford emplea el término “elementos
moleculares”. Las uniones entre moléculas se designan como fuerzas
intermoleculares, uniones intermoleculares o enlaces intermoleculares dependiendo
de la editorial. En numerosas ocasiones se utiliza una terminología complicada,
como por ejemplo “compuestos covalentes reticulares” o “cristales moleculares
covalentes” empleados en el libro con código 4, en lugar de intentar simplificar al
máximo los términos utilizados. Esto puede crear confusión en los alumnos sobre
todo si se utiliza en los niveles de educación inferiores. Complica más la situación el
hecho de que frecuentemente se utiliza distinta terminología en casos en los que
podría utilizarse la misma: por ejemplo, en el caso de un cristal iónico se habla de
red cristalina iónica, mientras que para el metálico se habla de cristal metálico (libro
con código 4). Los cristales atómicos covalentes como por ejemplo el Cdiamante, se
nombran como “sólidos covalentes cristalinos” (código 7), “cristales atómicos
13
covalentes” (código 4) o incluso “sólidos reticulares” (código 11). La unificación de la
terminología utilizada puede ayudar a evitar confusiones en los alumnos.
3.4. Clasificación de las sustancias según tipo de enlace
Tabla VI: Análisis de los libros de textos en relación a la clasificación de las sustancias y los tipos de enlace
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Clasifica los cristales en iónicos , covalentes y metálicos X X
2 Clasifica los cristales en iónicos, covalente, metálicos y moleculares
3 Clasifica las sustancias como átomos aislados, sustancias moleculares y cristales X X
4 Clasifica las sustancias como agrupación de los átomos en los elementos y agrupación de los átomos en los compuestos
X
5 Clasifica los elementos como átomos aislados, moléculas y cristales X
6 Clasifica los compuestos en moléculas y cristales X 7 Clasifica las sustancias covalentes en moléculas y
cristales atómicos covalentes X X X
8 Clasifica los cristales en iónicos, covalentes moleculares, atómicos covalentes y metálicos X X X X
9 Clasifica los enlace en tres tipos: iónico, covalente y metálico X X X X X X
10 Clasifica los enlaces en iónico, covalente, metálico y fuerzas intermoleculares X X X
Una misma editorial utiliza distintas definiciones y criterios de clasificación de los
enlaces, dependiendo del curso en el que trate el tema. Los distintos criterios de
clasificación utilizados, según los cursos y editoriales, dan lugar a clasificaciones
muy diferentes y dispares: desde la situación más simple, elementos y compuestos,
hasta la más compleja que incluye siete tipos de sustancias: moléculas en las
sustancias simples, cristales atómicos covalentes, cristales covalentes moleculares,
compuestos covalentes moleculares, compuestos covalentes reticulares,
compuestos iónicos y metales. Esta gran disparidad de criterios puede llevar a
pensar a los alumnos que lo estudiado en los cursos anteriores ya no es válido al
pasar a un curso superior.
14
La mayoría de los libros clasifica los enlaces en tres tipos: iónico, covalente y
metálico, y solamente tres (códigos 8, 9 y 11) incluyen las fuerzas intermoleculares
como un tipo de enlace.
Para evitar este confusionismo los distintos tipos de sustancias pueden ser
clasificados en sustancias reticulares y no reticulares. Dentro de las sustancias
reticulares hay tres tipos de sustancias: las metálicas, las iónicas y las covalentes.
Las sustancias no reticulares pueden ser moleculares y atómicas. Solamente los
gases nobles se presentan como átomos sueltos.
3.5. Modelos de enlace
Tabla VII: Análisis de los libros de textos en relación a los modelos de enlace utilizados
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Explica el enlace iónico mediante transferencia de electrones X X X X X X X X
2 Explica el enlace covalente por compartición de electrones X X X X X X X X X
3 Ejemplo usado para el estudio del enlace iónico: cloruro de sodio X X X X X X
4 Ejemplo usado para el estudio del de enlace iónico distinto al NaCl X X X X
5 Explica el ciclo de Born-Haber X X X X X 6 Utiliza el diagrama de Lewis para el enlace
covalente X X X X X X X
7 Utiliza el diagrama de Lewis para el enlace covalente y el iónico X
8 Utiliza la TEV para el estudio del enlace covalente X X X 9 Utiliza la TRPECV para el estudio del enlace
covalente X X X
10 Utiliza la teoría de hibridación en el estudio del enlace covalente X X X
11 Utiliza la teoría de orbitales moleculares para el estudio del enlace covalente
12 Explica el enlace metálico como atracción entre electrones de valencia y los iones positivos X X X X X
13 Explica el enlace metálico como pérdida de electrones para adquirir configuración de gas noble X X
14 Explica el enlace metálico mediante el mar de electrones de Drude X X X
15 Explica el enlace metálico mediante la teoría de bandas X X X
15
Sin duda la enseñanza del enlace químico está dominada por el uso de distintos
modelos para explicar los distintos enlaces. En la enseñanza del enlace químico nos
encontramos frecuentemente modelos simplificados en exceso, sobre todo en los
cursos inferiores, y que a medida que los estudiantes van alcanzando niveles
superiores se van adicionando nuevos modelos y teorías, sin aclarar el papel de las
empleadas con anterioridad. Por ejemplo, los libros con código 3, 4 y 5,
correspondientes a 4º de la ESO de las tres editoriales analizadas explican la
formación del enlace metálico por atracción de los electrones de valencia y los
cationes y en los cursos superiores (código 10 y 11) se utiliza para su explicación la
teoría del mar de electrones y la teoría de bandas. Igualmente ocurre con la teorías
teoría de electrones de valencia (TEV), Teoría de repulsión pares de electrones de
la capa de valencia (TRPECV) y de hibridación que son solamente utilizada en el
curso superior (2º de Bachillerato) para explicar el enlace covalente. Es de destacar
que ninguno de los libros, ni los del curso superior, utiliza la Teoría de Orbitales
Moleculares (TOM). Indudablemente este hecho puede explicarse por el distinto
nivel madurativo de los alumnos en los diferentes cursos, pero de acuerdo con Levy
Nahum y col. (2008) muchos de los errores conceptuales relacionados con el enlace
químico se deben a la simplificación y generalización de los modelos utilizados en
los libros de texto que presentan una visión limitada e incorrecta del enlace y dan
lugar a “impedimentos de aprendizaje”. Como se observa en la tabla IV,
prácticamente todos los libros de textos analizados utilizan el diagrama de Lewis
para la representación del enlace covalente, tanto en los niveles inferiores como en
los superiores, pero solamente uno de los libros (código 10) lo emplea también para
el enlace iónico.
16
Frecuentemente los estudiantes confunden los modelos con la realidad (Grosslight,
Unger, Jay y Smith, 1991) posiblemente debido a que en la mayoría de los casos los
modelos se presentan como si fueran el fenómeno en sí mismos. Por ejemplo se
explica que los metales están constituidos por electrones libres y por cationes, pero
no se dice que esto es un modelo teórico y no una realidad. Ninguno de los libros
de texto analizados resalta el hecho de que se pueden utilizar distintos modelos
para explicar el enlace químico y que los modelos se han ido modificando y
cambiando a lo largo de la historia. Así por ejemplo el modelo del mar de electrones
explica la conductividad eléctrica de los metales por la movilidad de los electrones
pero ésta también puede ser explicada mediante la teoría de bandas. La
coexistencia de varios modelos confunde a los estudiantes al no distinguir entre
modelo y realidad (Treagust, Chittleborough y Mamiala, 2002), lo que puede ser
debido a que en los libros no se explica en ningún momento la naturaleza de los
modelos, ni tampoco sus funciones y limitaciones.
3.6. Estudio de las fuerzas intermoleculares
Tabla VIII: Análisis de los libros de textos en relación tratamiento dado al estudio de las fuerzas intermoleculares
ÍTEMS CÓDIGOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 No define las fuerzas intermoleculares X X X X 2 Define fuerzas intermoleculares como fuerzas-unión
entre moléculas X X X X
3 Define las fuerzas intermoleculares como enlace en los que participan moléculas X X X
4 No considera a las fuerzas intermoleculares como un tipo de enlace X X X
5 Clasifica las fuerzas intermoleculares en enlace dipolo-dipolo, enlace de hidrógeno y enlace dipolo instantáneo- dipolo inducido
X X X
6 Clasifica las uniones intermoleculares en uniones de Van der Waals y uniones o enlace de hidrógeno X X X
7 Introduce el término Fuerzas de London para uniones entre moléculas apolares X X
8 Introduce las propiedades de las sustancias moleculares referidas a estados de agregación y fuerzas que mantienen unidas las moléculas
X
17
Los resultados de la tabla VIII muestran cómo los libros de los cursos inferiores no
definen las fuerzas intermoleculares (códigos 1-4). El resto de los libros sí las define
y de ellos los libros de códigos 8, 9 y 11 las consideran un tipo de enlace.
Solamente tres de los libros analizados (códigos 6, 8 y 9) definen las fuerzas
intermoleculares como enlaces en los que participan las moléculas. Resalta el
hecho de que el libro de código 6 define las fuerzas intermoleculares como enlaces
en los que participan las moléculas pero al clasificar los enlaces no incluye las
fuerzas intermoleculares como un tipo de enlace, y al contrario el libro de código 11
las clasifica como un tipo de enlace pero define las define como “fuerzas de
atracción entre moléculas”. Levy Nahum y col. (2008) proponen un nuevo marco
para la enseñanza del enlace químico en el que los distintos tipos de enlace se
presenten dentro de una escala continua en la que aumenta la fuerza del enlace
desde las fuerzas de Van der Waals hasta el enlace iónico. La formación de las
interacciones dipolares al igual que el enlace iónico, se explica por la existencia de
fuerzas electrostáticas aunque más débiles. El enlace de hidrógeno puede
considerarse como una situación intermedia entre las interacciones dipolares y el
enlace covalente y requiere para su explicación un modelo cuántico ya que hay una
compartición electrónica considerable.
De nuevo destacamos que la terminología utilizada para designarlas es muy
diferente, desde el término más tradicional de “fuerzas intermoleculares” pasando
por “fuerzas de Van der Waals” hasta “enlaces intermoleculares”. Tal como ya se ha
indicado en el apartado de “terminología utilizada” una misma editorial utiliza
distinta definición en cada curso. Así en el libro con código 1 se definen como
“Fuerza de unión entre las moléculas” mientras que en el de código 3 lo hacen como
“enlaces entre moléculas”, siendo de la misma editorial. Las clasificaciones que se
18
hacen de los distintos tipos de fuerzas intermoleculares son muy diferentes, y
difieren incluso dentro de una misma editorial en los distintos cursos, clasificación
que lógicamente se complica en el último curso de bachillerato en el que se estudian
con mayor profundidad este tipo de uniones (códigos 9 al 11).
IV. Conclusiones
El hecho de que el enlace químico se trate en los diferentes niveles educativos
implica para los autores de los libros de texto tener que tomar decisiones sobre qué
enseñar, cuándo enseñarlo y qué terminología utilizar en cada nivel. En este estudio
observamos que las soluciones adoptadas por cada editorial son muy diferentes. Se
ha elaborado una rúbrica que se ha empleado para analizar los contenidos según
seis categorías, y que permitirá a los docentes evaluar el planteamiento del tema
enlace químico en cualquier libro de texto. Del análisis de los principales libros de
texto utilizados en España en la ESO y Bachillerato en base a esa rúbrica, se
concluye que casi todas las editoriales incurren, en mayor o menor medida, en
confusiones terminológicas, conceptuales y epistemológicas similares. Aunque no
existe una gran diferencia en la secuenciación de los contenidos presentada, sí se
observa un gran confusionismo en la terminología utilizada, no solo de unas
editoriales a otras sino incluso dentro de la misma editorial. Frecuentemente se
presentan términos que no han sido definidos o explicados, y se usan
indistintamente diferentes terminologías para referirse al mismo concepto. Las
mayores diferencias se observan en la terminología empleada en la clasificación de
las sustancias según el tipo de enlace y en el estudio de los distintos tipos de
fuerzas intermoleculares.
Por todo esto aconsejamos a los docentes emplear la rúbrica elaborada en este
trabajo para analizar el libro de texto a utilizar en sus clases, dada la importancia de
19
la elección acertada del mismo. Por otro lado, sería recomendable que las
editoriales unificasen criterios en la elaboración de sus libros de texto,
principalmente en cuanto a la terminología utilizada en los distintos niveles
educativos.
La forma de enseñar el enlace químico y consiguientemente el tratamiento que del
mismo se hace en los libros de texto debería cambiar y estar más de acuerdo con
los resultados de la investigaciones realizadas sobre las ideas alternativas de los
estudiantes y las dificultades de aprendizaje del enlace químico. De acuerdo con los
resultados obtenidos en el presente trabajo y como continuación del mismo, nos
proponemos diseñar una nueva metodología de enseñanza del enlace químico que
permita superar las dificultades encontradas.
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91
Capítulo4:Análisisdelasconcepcionesalternativasdelosalumnos
86
92
Análisis de las concepciones alternativas de los alumnos
4. ANÁLISIS DE LAS CONCEPCIONES ALTERNATIVAS
DE LOS ALUMNOS
4.1. Introducción
Para el docente de química, el conocimiento de las concepciones
alternativas de los estudiantes es fundamental para poder diseñar secuencias
didácticas que promuevan el cambio conceptual. Cuando un profesor no
conoce las concepciones alternativas de sus estudiantes pueden que utilice, en
el proceso de enseñanza, un lenguaje o presente ejemplos que refuercen esas
ideas, sin darse cuenta de ello.
Los estudiantes llegan a clase de química con ideas sobre los distintos
conceptos químicos incluso en el caso de que dicho concepto no haya sido
tratado previamente en ningún curso anterior o sea un concepto del que no
tienen ninguna experiencia sensorial previa, como es el caso del enlace
químico. Ante un concepto como el enlace químico las concepciones
alternativas que presentan los estudiantes serán mayoritariamente
“concepciones inducidas”, es decir adquiridas del entorno sociocultural y de la
propia enseñanza (Carrascosa, 2006), en aquellos niveles de enseñanza en los
que el concepto de enlace químico se haya tratado previamente en cursos
anteriores, o bien “concepciones analógicas”, que son las que el alumno activa
cuando no dispone de ideas de otro tipo, por ejemplo cuando el concepto no ha
sido introducido en cursos anteriores. Las concepciones alternativas analógicas
suelen presentarse en los cursos inferiores antes del estudio de la estructura
de la materia. Por ejemplo, los estudiantes suelen tener ideas “macro-
corpusculares” del mundo microscópico, así asignan a las partículas las
mismas propiedades como color, dureza, densidad, etc. que el objeto
macroscópico. Así los átomos de cobre son rojizos como este metal y se
expanden y vuelven más ligeros cuando el material se calienta (Talanquer,
2005). A los alumnos les resulta muy difícil diferenciar los distintos niveles de
representación de la materia: el macroscópico (las sustancias con sus
propiedades, interacciones y cambios) y el microscópico (el uso de modelos
con átomos, iones y moléculas) (Gabel 1998; Harrison y Treagust, 2000; Coll y
87
93
Análisis de las concepciones alternativas de los alumnos
Treagust, 2003), y por eso es fácil que traspasen las características de uno a
otro.
Por tanto, hay que tener en cuenta que los alumnos siempre tienen ideas
previas o concepciones alternativas sobre lo que se les va a enseñar, que
difieren de las científicamente correctas y son difíciles de modificar. Como ya
hemos indicado anteriormente en el capítulo 2, apartado 2.3.3, deben ser el
punto de partida de toda enseñanza, ya que estas ideas son las que van a
permitir al alumno establecer la incorporación y el aprendizaje de nuevas ideas
(Duit y Treagust, 2003). Es, por tanto, muy importante conocer las
concepciones alternativas de los estudiantes en el estudio de conceptos
estructurantes como el enlace químico, ya que todo esto nos ayudará a
seleccionar, organizar y secuenciar los contenidos que se quieren enseñar,
buscar estrategias didácticas para una enseñanza eficaz y diseñar e
implementar las actividades más apropiadas.
En el capítulo anterior se ha presentado análisis de algunos de los libros
de texto más utilizados en los distintos cursos de la educación secundaria,
tanto obligatoria como en el bachillerato. Las concepciones alternativas
inducidas pueden proceder de la forma en que los conceptos químicos se
tratan en los libros de texto. Una vez analizados los libros de texto, en este
capítulo se presenta un estudio sobre las concepciones alternativas de los
alumnos, en los distintos niveles educativos, relacionadas con el concepto de
enlace químico.
Para ello se elaboró un cuestionario tipo test, para 4º ESO y 1º de
Bachillerato, basándonos en los contenidos y actividades analizados en los
libros de texto y en otros estudios anteriores sobre ideas previas. El
cuestionario fue el mismo para 4º ESO y 1º de Bachillerato puesto que uno de
los objetivos que perseguíamos era comprobar si las ideas previas de los
estudiantes se modifican después del proceso de enseñanza o si por el
contrario permanecen inalteradas. Los resultados se analizaron por separado y
posteriormente se compararon entre sí, para detectar posibles cambios.
Las preguntas del test se organizaron en 6 bloques, atendiendo a los
contenidos que se estudian. Adicionalmente, se realizaron entrevistas
88
94
Análisis de las concepciones alternativas de los alumnos
individuales a los alumnos, para poder esclarecer con las explicaciones dadas
el razonamiento que utilizaban cuando elegían una determinada respuesta y
de, esta forma, conocer mejor las concepciones alternativas. En el Anexo III y
IV se incluyen unas muestras representativas de las explicaciones dadas, de
algunas de las preguntas del test, por los alumnos de 40 de ESO y de 10 de
Bachillerato respectivamente. Los materiales y métodos, así como los
resultados del estudio llevado a cabo se presentan en el artículo
“Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria sobre el
enlace químico”. En el anexo V se incluye la carta al editor de la revista Eureka
sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias.
4.2 Artículo II
Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria
sobre Enlace Químico.
89
95
Artículo II:Concepciones alterna-tivas de los alumnos de Educación Secun-daria sobre el enlace químico
90
Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias xx (x), **–**, 201x SECCIÓN DE REUREDC
Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria sobre el Enlace QuímicoM. Esther González-Felipe 1,a, Constancio Aguirre-Pérez2,b, Raquel Fernández-Cézar3,c, Ana María Vázquez-Moliní4,d
1 IES Cristóbal Pérez Pastor, Tobarra, Albacete, España. 2Departamento de Pedagogía, Facultad de Educación de Cuenca, Universidad de Castilla La Mancha, España. 3 Departamento de Matemáticas, Facultad de Educación de Toledo, Universidad de Castilla La Mancha, España. 4Departamento de Química Física, Facultad de Educación de Albacete, Universidad de Castilla La Mancha, España. aMarí[email protected];[email protected],[email protected]@uclm.es
[Recibido en de 20, aceptado en de 201]
En el presente trabajo se analizan las concepciones alternativas de los alumnos de 4º curso de Educación Secundaria Obligatoria y 1º de Bachillerato sobre el enlace químico. La parte experimental del trabajo consistió en la administración de 101 cuestionarios a alumnos de ambos cursos. Los resultados muestran que, a pesar de que hay matices diferenciales significativos entre cursos analizados, en los dos casos los alumnos presentan dificultades para relacionar los niveles macro y micro de la química, y por tanto, para llegar a comprender y relacionar las propiedades macroscópicas de las sustancias con el tipo de unión que presentan las partículas (átomos, iones y moléculas) a nivel microscópico. Palabras clave: Enseñanza/Aprendizaje de la Química, enlace químico, errores conceptuales.
Alternative conceptions of Secondary Education Students about the Chemical Bond In this paper, the alternative misconceptions about chemical bond of 4th Compulsory Secondary Education and 1st of Bachillerato students are analysed. The experimental work involved the administration of 101 questionnaires to students of both courses. The results show that, although there are significant differential nuances between both courses, the most important conclusion is that students have in common the difficulty to relate macro and micro levels of chemistry and, therefore, to reach the comprehension to relate the macroscopic properties of substances with the type of bonding that these particles (atoms, ions and molecules) have at the microscopic level.. Keywords: Chemistry teaching/learning, chemical bond, misconceptions.
Para citar este artículo: Gonzalez-Felipe M.E., Aguirre-Perez C., Fernandez-Cezar R., Vazquez-Molini A.M. (20XX) Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria sobre el enlace químico. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias xx (x), xxxx. http://hdl.handle.net/10498/XXXXX (10 pt, debajo del párrafo 0,20 cm)
Introducción (este el el título de la sección; 14 pt, con 0,40 cm antes del párrafo y 0,20 cm después del párrafo)
El concepto de enlace químico es uno de los más estudiados en la literatura científica en la que se tratan los procesos de enseñanza/aprendizaje de la química, junto con los conceptos de sustancia, mezcla, elemento, compuesto, reacción química y equilibrio químico. Este concepto es considerado por muchos investigadores como uno de los más fundamentales en química (Posada 1999, Solbes y Vilches 1991, Pauling 1992). Pero a la vez, es identificado en la bibliografía como un concepto con el que los estudiantes encuentran grandes dificultades. El enfoque más habitual al encarar cualquier tópico relacionado con la Enseñanza de las Ciencias consiste en tratar de averiguar los conocimientos que tienen los alumnos. Estos se denominan
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ideas previas (Ausubel et al. 1983), errores conceptuales (Taber 2011), concepciones alternativas (Driver y Erickson 1983), marcos conceptuales alternativos (Campanario y Otero 2000) pseudoconceptos, o pseudoconcepciones (Vinner, 1997) de los alumnos, según las distintas terminologías encontradas en la bibliografía. Este planteamiento inicial se incardina en toda investigación didáctica dentro del paradigma constructivista de enseñanza/aprendizaje de las Ciencias. De acuerdo con este paradigma el aprendizaje significativo se produce cuando se establecen relaciones con las ideas existentes, de ahí que las ideas de los estudiantes desempeñe un papel fundamental en cómo aprenden los alumnos. Considerando este aspecto, en este trabajo preferimos llamarlas concepciones alternativas, para resaltar la no coincidencia de las mismas con las ideas científicamente correctas, pero para evitar darles un sentido negativo. Se han realizado numerosos trabajos sobre los principales conceptos químicos con la finalidad de averiguar cuáles son las concepciones alternativas de los alumnos (Özmen et al. 2002). El enlace químico es uno de los conceptos estudiados (Özmen 2004). Se considera este un concepto estructurante (Gagliardi y Giordan 1986), imprescindible para desarrollar con éxito otras partes de la Química o incluso de la Biología. Es un concepto clave y fundamental pues permite responder a diversas cuestiones como la justificación de las propiedades físicas y químicas de las distintas sustancias y las clases de uniones que se rompen y se forman entre átomos en el transcurso de las reacciones químicas. Simultáneamente se puede considerar como uno de los conceptos más abstractos y complejos de la Química, cuyo estudio presenta grandes dificultades para los estudiantes, y sobre el que desarrollan una gran variedad de concepciones alternativas. Hay que resaltar que muchas veces el problema del aprendizaje del concepto de enlace químico no reside solamente en las concepciones alternativas de los estudiantes sino que puede también ser debido al hecho de que los alumnos aprenden la terminología empleada tanto de sus profesores como de los libros de texto, pero la emplean sin llegar a entender los conceptos que se encierran en esos términos. Vinner (1997) sugiere que cuando los alumnos utilizan los términos correctos en el contexto adecuado pero sin pensamiento conceptual ni compresión científica, podría decirse que usan dicha terminología como pseudoconceptos. Por otro lado, Taber y Watts (2000) consideran que los estudiantes tienden a la generalización y usan la memorización pura de dicha terminología de forma rutinaria en lugar de fundamentarla en las explicaciones científicas pertinentes. Principales errores conceptuales detectados en la literatura científico-didáctica sobre el enlace químico. El conocimiento de las ideas previas de los estudiantes sobre el enlace químico es fundamental a la hora de planificar una enseñanza sobre el mismo, ya que nos permiten identificar aquellos conceptos más difíciles de entender e interpretar por los estudiantes. Las concepciones alternativas de los estudiantes respecto al enlace químico en los distintos niveles educativos han sido estudiadas por diversos autores (Birk y Kurtz 1999, Boo 1998, Coll y Treagust 2001, Posada 1999, Furió y Calatayud 1996, Luxford y Bretz 2014, Oversby 1996, Peterson y Treagust 1989, Riboldi et al. 2004, Taber 1997, 1999). Özmen (2004) realizó un extensa revisión bibliográfica sobre las concepciones alternativas de los estudiantes de diferentes niveles educativos sobre el enlace químico. Para este trabajo se ha realizado también una revisión de la bibliografía hasta el momento, que se incluye en la tabla 1. Se presentan de forma esquemática las principales concepciones alternativas de los estudiantes según los diversos autores y trabajos consultados, relativas a distintos aspectos relacionados con la comprensión del enlace químico.
Tabla 1. Concepciones alternativas de los estudiantes respecto a conceptos relacionados con el enlace químico
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(a.i) y referencias en las que aparecen
a.1. Concepción alternativa sobre la causa de la formación de los enlaces
Los enlaces se forman por la tendencia que tienen los átomos a rellenar su configuración electrónica Los átomos se unen porque tienen un campo de atracción sobre otros átomos
Posada (1999)
Los átomos “necesitan” llenar niveles electrónicos (visión antropomórfica) Robinson (1998)
Para que átomos de un mismo o diferentes elementos se unan por enlace
químico es imprescindible suministrar energía
Riboldi et al. (2004)
El enlace químico es una entidad física Boo (1998)
a.2. Concepciones alternativas sobre propiedades de las sustancias y su estructura
El hecho de que dos átomos del mismo o de distintos elementos se unen formando una molécula es un proceso de cambio de estado
Riboldi et al. (2004)
Se atribuyen a los compuestos las propiedades de sus elementos constituyentes Levy et al. (2004)
La alta viscosidad de algunos sólidos moleculares es debida a fuertes enlaces en una red covalente continua
Peterson et al. (1989)
La presión influye en la forma y el empaquetamiento de los compuestos iónicos Coll et al. (2001)
Los enlaces covalentes se rompen cuando una sustancia cambia de forma Peterson et al. (1989)
La diferencia en los puntos de fusión de las sustancias se deben a otras propiedades macroscópicas como la densidad o el calor específico
Posada (1993)
a.3. Concepciones alternativas sobre el enlace covalente
El enlace covalente intramolecular es de naturaleza débil Coll y Taylor (2001)
Todos los enlaces covalentes comparten equitativamente los pares electrónicos
La polaridad de un enlace depende del número de electrones de valencia que en cada átomo están involucrados en el enlace
La carga iónica determina la polaridad del enlace
Peterson et al. (1989)
Los pares de electrones no enlazantes (solitarios) influyen en la posición de par compartido y determinan la polaridad del enlace
La forma de una molécula viene determinada por repulsiones equivalentes entre enlaces (pares enlazantes)
La forma de una molécula viene determinada por repulsiones equivalentes entre pares no enlazantes (pares solitarios)
Birk y Kurtz (1999)
La polaridad del enlace determina la forma de una molécula Peterson et al. (1989)
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Las moléculas no polares sólo se forman cuando los átomos constituyentes tienen electronegatividad similar
Birk y Kurtz (1999)
Las moléculas tipo OF2 son polares porque los pares no enlazantes (solitarios)del oxígeno adquieren un carga negativa parcial
Peterson et al. (1989)
a.4. Concepciones alternativas sobre el enlace iónico
El enlace iónico es la atracción entre un ion con carga positiva y uno con carga negativa
Taber (1997)
Los compuestos iónicos existen como moléculas discretas Baker (2000)
El enlace iónico es un enlace débil Coll y Taylor (2001)
Hay sólo dos tipos de enlaces: covalente e iónico. Los demás son sólo fuerzas «no enlaces propiamente dichos»
Los enlaces iónicos son consecuencia de una transferencia de electrones, en vez de resultar de la atracción entre iones resultantes de una transferencia electrónica
En enlace iónico tiene lugar únicamente entre los átomos involucrados en una transferencia electrónica. La razón para dicha trasferencia es conseguir un nivel electrónico completamente lleno.
Los iones sodio (Na+) son estables porque han rellenado completamente la capaelectrónica externa
Robinson (1998)
El enlace iónico es más fuerte que el enlace covalente Riboldi et al. (2004)
Los enlaces iónicos se forman por compartición de electrones Boo (1998)
Existen moléculas de sustancias iónicas Riboldi et al. (2004)
En enlace iónico tiene lugar únicamente entre los átomos involucrados en una transferencia electrónica. Así, el ión sodio forma un enlace iónico con un ión cloruro en el cloruro de sodio sólido y se ve involucrado a través de «fuerzas» con otros 5 iones cloruro contiguos
Robinson (1998)
Las redes iónicas son de naturaleza molecular Taber (2011)
a.5. Concepciones alternativas sobre el enlace metálico
El enlace metálico es un enlace débil
La redes metálicas contienen átomos neutros
La redes metálicas son de naturaleza molecular
El yodo molecular es de naturaleza metálica
El enlace metálico contiene una característica de direccionalidad
El enlace metal-no metal en las aleaciones es de naturaleza electrostática
Coll y Taylor (2001)
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Las sólidos metálicos tienen átomos neutros
a.6. Concepciones alternativas sobre fuerzas intermoleculares
La intensidad de la fuerza del enlace covalente en una molécula determina las fuerzas intermoleculares entre ellas.
Existen fuertes fuerzas intermoleculares en un sólido covalente continuo
Peterson et al. (1989)
La gravedad influye en las fuerzas intermoleculares Coll y Taylor (2001)
Los estudiantes confunden fuerzas intermoleculares con fuerzas intramoleculares
Levy (2004)
Existen fuerzas intermoleculares en los sólidos iónicos y los sólidos metálicos Coll y Taylor (2001)
Los enlaces por puente de H son considerados como enlace covalentes/ covalente polar
Ünal et al. (2010)
Consideramos que las concepciones alternativas de los estudiantes pueden tener su origen en una gran variedad de causas, entre las que se encuentran los libros de texto y el tipo de enseñanza recibida. Taber (2011) ha indicado algunas de las actuaciones frecuentes en las aulas que pueden dar lugar a estos errores, como presentar el enlace covalente-iónico de una forma dicotómica , o la sobre simplificación de los modelos científicos empleados. La pregunta que nos planteamos es: ¿Se mantienen las ideas alternativas de los estudiantes sobre el enlace químico en los diferentes cursos de la Educación Secundaria? ¿Cambian estas ideas alternativas según los alumnos reciben la enseñanza en el curso superior? Nuestra hipótesis de partida es que las concepciones alternativas sobre el enlace químico son muy difíciles de modificar y, por tanto, persisten en los distintos cursos a pesar de la enseñanza recibida. Para verificar o refutar nuestra hipótesis, en el presente trabajo se analizaron las concepciones alternativas sobre el enlace químico de estudiantes de dos cursos consecutivos: 4º curso de Educación Secundaria Obligatoria (4ºESO) y 1º de Bachillerato (1ºBach).
Metodología
Para conocer las concepciones de los alumnos se utilizó un cuestionario de respuesta múltiple que se pasó a los alumnos de 4º ESO y 1º Bach (ver Anexo 1). El cuestionario fue confeccionado tras analizar los contenidos y los ejercicios de los libros de texto más frecuentemente utilizados en la Educación Secundaria en España (Autores). Las preguntas del cuestionario se organizaron en torno a 6 bloques atendiendo a las concepciones alternativas principalmente recogidas en la bibliografía, siendo intercaladas las preguntas de los bloques en el cuestionario final. En la siguiente tabla se muestran los bloques, los contenidos con los que se relacionan, y las preguntas del test correspondientes a cada bloque.
Tabla 2. Bloques de contenidos y preguntas correspondientes a cada bloque
Bloque Contenidos Preguntas del test
Bloque I Presentación de las sustancias como átomos aislados, moléculas y cristales
1; 12; 13; 37; 38
Bloque II Propiedades de las sustancias y su estructura en 4; 5; 9; 10; 21; 22
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estado sólido
Bloque III Identificación de las partículas que constituyen los sólidos
2; 11; 18; 19; 23; 32; 33; 34
Bloque IV La razón por la que ocurren los enlaces químicos 3; 6; 35
Bloque V Identificación de los distintos tipos de enlace químico
7; 14; 15; 16; 17; 20; 24; 25
Bloque VI Formación de los distintos tipos de enlace 8; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 36
El cuestionario se pasó a un total de 101 alumnos de dos IES de Albacete (53 de 4º ESO y 48 de 1ºBach) antes de realizar el estudio del tema del enlace químico durante el año académico en curso. Las respuestas se obtuvieron de forma anónima y fueron posteriormente analizadas. Se cuantificaron tanto las respuestas correctas como las incorrectas, con el objeto de deducir a partir de estas últimas las concepciones alternativas de los estudiantes. Los casos en los que los estudiantes daban una respuesta incorrecta se analizaron en base a la frecuencia con la que dichas opciones eran señaladas y se estimó su porcentaje. De entre las opciones incorrectas señaladas, aquella mayoritariamente indicada se consideró la concepción alternativa más relevante para ese bloque.
Resultados y discusión En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos en los dos niveles educativos y la variación de respuestas incorrectas para cada bloque.
Tabla 3. % de respuestas incorrectas para 4º ESO, 1º Bachillerato y variación (1ºBach-4ºESO) entre ambos cursos para cada bloque
Bloque % respuestas incorrectas en 4º ESO
% respuestas incorrectas en 1º Bachillerato
Variación
Bloque I 63.46% 52.50% -10.96%
Bloque II 61.22% 53.47% -7.75%
Bloque III 69.71% 75.26% 5.55%
Bloque IV 78.84% 65.97% -12.87%
Bloque V 62.91% 46.61% -16.30%
Bloque VI 69.95% 64.84% -5.11%En las respuestas obtenidas en 4ºESO (ver tabla 3), se observa que, en todos los bloques, el porcentaje de respuestas incorrectas supera el 60%, siendo el bloque II, Propiedades de las sustancias y su estructura en estado sólido, el bloque con menor número de respuestas incorrectas (61,2%) y el bloque IV, La razón por la que ocurren los enlaces químicos, el que mayor número de respuestas incorrectas presenta (78,84 %). La mayoría de los estudiantes recuerda mejor aquello que ve, el mundo macroscópico, recogido en el bloque II. Sin embargo, les cuesta establecer una relación entre la constitución microscópica de los distintos tipos de sólidos y las propiedades macroscópicas que presentan dichos sólidos. Por otro lado, identifican la causa de la formación del enlace (bloque IV) con la tendencia que tienen los átomos a adquirir la configuración electrónica de gas noble y no lo relacionan con que se alcance un estado de mínima energía, lo que indica claramente que los alumnos no entiende por qué se forman los enlaces químicos y simplemente aplican la regla del octeto para justificar la formación de los mismos. Así mismo se observa que los estudiantes presentan dificultades para distinguir entre los diferentes tipos de enlaces, lo que está de acuerdo con lo señalado por Boo (1998).
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En el caso de 1º de Bachillerato los porcentajes de respuestas incorrectas son altos pues se sitúan por encima del 50%, aunque en general se detectan variaciones a la baja respecto al curso precedente. La tendencia general es que el % de respuestas incorrectas disminuye en 1º Bach en todos los bloques, excepto en el bloque III, Identificación de las partículas que constituyen los sólidos, en el que hay un incremento de respuestas incorrectas de un 5.5 %. Parece lógico pensar que en 1º Bachillerato haya un porcentaje menor de respuestas incorrectas, ya que los alumnos estudiaron el tema del enlace químico en 4º de ESO, lo que puede haber contribuido a descartar algunas de sus concepciones alternativas y reemplazarlas por verdaderas ideas científicas. Pero llama especialmente la atención que no ocurra esto con el bloque III. Pensamos que puede deberse a que este aspecto microscópico no es tratado de manera adecuada en los libros de texto (autores), y tampoco ayudan a su comprensión las explicaciones extremadamente reduccionistas que se emplean en la instrucción sobre este punto, como apunta Taber (2011). Respecto a las concepciones alternativas, se determinan con la respuesta incorrecta que ha elegido un mayor número de alumnos en cada bloque, como se indica en la sección anterior. Se muestran en la tabla 4, junto con el resto de opciones incorrectas más frecuentes para cada uno de los cursos analizados.
Tabla 4. Concepciones alternativas más relevantes de los alumnos y respuestas incorrectas mayoritarias a las preguntas de cada bloque con el % de alumnos que las eligen.
4º de ESO Bloque Concepciones alternativas más relevantes
Otras opciones incorrectas
Bloque I Los gases nobles forman moléculas (12a; 38.4%)
1c (38.4%); 13c (13.46%); 37b (17.31%); 38a (32.69%)
Bloque II El hierro no conduce la electricidad por carecer de iones (22a; 17.31%)
4c (25%); 5c (26.92%); 9d (23.08%); 10d (21.15); 21c (19.23%);
Bloque III No se asocia los cristales iónicos con la existencia de iones de cargas opuestas (33a; 44.23%)
2d (23.08%); 11b (44.23%); 18b(32.69%); 19a (34.62%); 23c (36.54%); 32d (23.08%); 34a (19.23%)
Bloque IV Los átomos se unen por su tendencia a compartir electrones (3c; 53.85%)
6d (26.92%); 35c (25%)
Bloque V En el bromuro de calcio se da un enlace metálico (25b; 19.23%)
14d (28.85%); 7d (36.54%) 15b (19.23%); 16a (28.85%); 17a (21.15%); 20b (13.46%); 24a (32.69%)
Bloque VI Se confunde la compartición con la transferencia de electrones (8c; 32.69%)
26a (30.67%); 27d (25%); 28b (25%); 29c (25%); 30c (23.08%); 31a (28.85%); 36b (11.54%)
1º Bachillerato Bloque I Los gases nobles se encuentran en la naturaleza formando moléculas (12a; 27.08)
1d (27.08); 13b (10.42%); 37b (10.42%); 38b (12.50%)
Bloque II El hierro no conducen la electricidad por carecer de iones (22a; 14.58%)
4b (31.25%); 5d (29.17%); 9d (33%); 10b (31.25%); 21a (25%)
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Bloque III Las partículas que forman los cristales metálicos son aniones y cationes (32c; 35.42%)
2d (25%); 11b (29.17%); 18d (22.92%); 19a (22.92%); 23c (31.25%); 33a (27.08%); 34a (14.58%)
Bloque IV La formación de enlaces se debe a la tendencia de los átomos a ceder o ganar electrones (3a; 54.17%)
6d (14.58%); 35a (18.75%)
Bloque V En el agua se da un enlace iónico (17c; 16.67%)
7b (52.08%); 14c (33.33%); 15d (22.92%); 16a (25%); 20a (6.25%); 24a (20.83%); 25b (12.50%)
Bloque VI El Ca para unirse al Cl para formar el cloruro de calcio pierde un electrón (26a; 31.25%)
8c (20.83%); 27d (14.58%); 28b (20.83%); 29b (14.58%); 30 a (20.83%); 31b (16.67%); 36c (10.42%)
Con estos datos se puede decir que la mayoría de los alumnos no sabe identificar las distintas formas en que se pueden presentar las sustancias (átomos libres, moléculas o estructuras gigantes), confunden los distintos tipos de sólidos cristalinos y asocian las sustancias moleculares a estructuras gigantes (o viceversa) y los gases a moléculas, puesto que casi todos los gases que conocen están formados por moléculas (generalmente moléculas diatómicas) y no consideran posible la existencia de los gases nobles que se presentan en forma de átomos aislados. Además, no son capaces de relacionar las propiedades macroscópicas de las sustancias con su constitución microscópica, lo que coincide con lo señalado por Posada (1993) que indicó que los estudiantes de 15-17 años no sabían explicar las causas de las diferencias en los puntos de fusión de las sustancias y justificaban dichas diferencias por razones macroscópicas. Se observa en este trabajo, que los alumnos no identifican las partículas que constituyen los sólidos metálicos y, por tanto, no saben relacionar las propiedades macroscópicas con la constitución microscópica, error que ha sido ya señalado por otros autores ( Posada 1993). Una alto número de los estudiantes de nuestra muestra no identifica correctamente el tipo de partículas en los distintos tipos de sólidos. El error detectado más frecuentemente es que no identifican iones de carga opuesta en los sólidos iónicos, que coincide con lo señalado en la bibliografía por Taber, que afirma que «...los estudiantes creen que el enlace iónico se forma exclusivamente entre los átomos que donan/aceptan electrones» (Taber 1994). Pensamos que es debido a que con las didácticas empleadas habitualmente no se hace suficiente hincapié en que es consecuencia de la atracción eléctrica entre iones de signo contrario. Continuando con el aspecto microscópico, no identifican la razón verdadera por la que se forman los enlaces químicos. La respuesta c de la pregunta 3 del test que se encuentra mayoritariamente, nos indica que los alumnos identifican como causa de la formación del enlace la tendencia que tienen los átomos a compartir electrones o que los átomos se unen para tener 8 electrones en su capa de valencia (respuesta c de la pregunta 35 señalada por el 25 % de los estudiantes). Estas afirmaciones están de acuerdo con lo indicado por otros autores (Taber 2011; Ozmen 2004) que señalan la creencia de los estudiantes de que los enlaces químicos se forman para rellenar niveles electrónicos siguiendo la regla del octeto. Solamente un 3.8 %, 36.5 % y 23% señaló las respuestas correctas en las preguntas 3, 6, y 35 respectivamente, asociando la formación del enlace a la tendencia a adquirir un estado de mínima energía.
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Los alumnos presentan dificultades para identificar los distintos tipos de enlace. Así, por ejemplo, un 19.23 % de los alumnos cree que en el CaBr2 se da un enlace metálico. Este error puede ser debido a que los alumnos atribuyen a los compuestos las propiedades de sus elementos constituyentes (ver Tabla 3) e identifican el carácter metálico del Ca con el del CaBr2, asociando a este último un enlace metálico.Taber (2011) señala que los estudiantes tienden a pensar que los átomos actúan para rellenar su configuración electrónica, mediante dos posibles mecanismos la compartición o la cesión/aceptación de electrones quedando fuera de esta explicación la formación de enlaces que no sean covalente o iónicos. Esta visión no deja de ser una visión antropomórfica, que lleva a que los estudiantes entiendan el enlace químico como «compartición» no como una «interacción eléctrica». Esta visión dificultará el estudio posterior de, por ejemplo, los enlaces polares, y les impide identificar el enlace metálico. Aún con esta concepción dicotómica de tipologías de enlace, se aprecia que los alumnos confunden los procesos de compartición y de transferencia de electrones: por ejemplo, un 33% de los estudiantes piensa que en el NaF se da una compartición de un par de electrones procedentes uno del átomo de Na y otro del átomo de F. En las preguntas 26 a 31 de este bloque se aprecia que los alumnos tienen dificultades para saber cuál es la carga de los iones en la estructura del NaCl y por qué se produce la atracción entre iones de signo contrario (pregunta 36 en la que el 11.5 % señala que la atracción se produce entre iones de igual signo), pues no identifican enlace con fuerza entre iones. Por lo tanto, podemos hablar de persistencia de concepciones alternativas, como señalan otros autores (Taber 2011, Campanario 2000) al comparar las concepciones alternativas de los alumnos en sendos cursos (ver tabla 3). Se observa que muchas de las detectadas en los estudiantes de 4º ESO persisten en los de 1º de Bachillerato, o sufren ligeras variaciones pues son semejantes (ver tabla 4). Por ejemplo, en 1º Bach muchos alumnos siguen pensando que los gases nobles se presentan en forma de moléculas y que el hierro no conduce la electricidad por carecer de iones . Se mantiene su idea de que los enlaces se forman por compartición, cesión o ganancia de electrones, y no identifican cuándo se dan cada uno de esos casos. También continúan asignando a los compuestos propiedades de sus constituyentes cuando eligen que en el bromuro de calcio se da un enlace metálico o que en el agua se da un enlace iónico. Esto confirma lo indicado por Campanario (2000) sobre la persistencia de las ideas previas de los alumnos. De acuerdo con este autor las ideas previas de los alumnos son muy difíciles de modificar y esta modificación requiere de estrategias didácticas diferentes a la enseñanza por transmisión, afirmación con la que estamos de acuerdo.
Conclusiones El estudio realizado con los alumnos de 4º de ESO y de 1º de Bachillerato muestra que en ambos niveles educativos los estudiantes poseen concepciones alternativas respecto del enlace químico. Estas concepciones alternativas se dan también en el curso superior, a pesar de que los estudiantes de 1º de Bachillerato han recibido instrucción sobre el tema durante más tiempo que los de 4º de ESO. Los resultados obtenidos con los estudiantes de 1º de Bachillerato muestran una muy ligera disminución del porcentaje de respuestas incorrectas respecto a los de 4º de ESO en todos los bloques excepto en el bloque III en el que los estudiantes de este curso dan un mayor porcentaje de errores. Esto indica que los alumnos de 1º de Bachillerato presentan mayor dificultad que los de 4º de ESO en relación con la identificación de las partículas que constituyen los distintos tipos de sólidos. Estos resultados nos llevan a pensar que la forma en la que se está introduciendo y enseñando el enlace químico en la educación secundaria obligatoria, cuyos resultados se observarían con los alumnos de 1º de Bachillerato, debería mejorarse sustancialmente. Tradicionalmente el estudio
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del enlace químico se comienza con el nivel microscópico (átomos e iones y fuerzas de unión entre ellos) y posteriormente se ve el nivel macroscópico (tipos de sustancias y sus propiedades). Creemos que la instrucción más adecuada del enlace químico debería invertir este orden: partir de una realidad mucho más cercana a los estudiantes, el nivel macroscópico, para pasar posteriormente a estudiar el nivel microscópico y los diferentes modelos que permiten explicar y justificar científicamente el comportamiento macroscópico de las sustancias. Teniendo en cuenta esta perspectiva nos proponemos desarrollar una propuesta didáctica para la introducción y el estudio del enlace químico en la Educación Secundaria.
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Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias xx (x), **–**, 201x SECCIÓN DE REUREDC
Anexo 1
1. Respecto al cloruro de sodio (NaCl) señala la opción verdadera:
a)Es una molécula formada por iones.
b)Es un cristal iónico formado por iones.
c)Es un cristal covalente formado por iones.
d)Es un cristal formado por moléculas de cloruro de sodio.
2. Respecto al cloruro de sodio (NaCl) señala la opción verdadera:
a)Forma una red cristalina de cationes.
b)Forma una red cristalina de iones.
c)Forma una red cristalina de átomos.
d)Forma una red cristalina de moléculas.
3. Los átomos se unen porque:
a)Tienden a perder o ganar electrones.
b)Tienden a ganar electrones.
c)Tienden a compartir electrones.
d)Tienden a adquirir un estado de mínima energía.
4. Dadas las siguientes sustancias: KI, AlI3, I2 y K, señala la opción correcta:
a)La que conduce la electricidad en estado sólido es el KI.
b)La de punto de fusión más alto es el AlI3.
c)La más dura es el potasio.
d)El I2 es una sustancia que sublima a temperatura ambiente.
5. Señala la opción que no sea correcta referente a un compuesto formado por dos elementos A y B cuyosnúmeros atómicos son 11 y 9 respectivamente:
a)Será un compuesto iónico.
b)Tendrá bajo punto de fusión.
c)Tendrá elevado punto de ebullición.
d)Será buen conductor de la electricidad en estado fundido.
6. Para que se establezca un enlace entre dos átomos es necesario que:
a)Los átomos sean iguales.
b)Los átomos sean diferentes.
c)Formen un sistema más estable que los átomos por separado.
d)Se produzca una transferencia de protones.
7. Cuáles de los siguientes pares de elementos pueden formar enlace iónico:
a)S y O
b)Na y Ca
c)Na y F
d)O y O
8. El fluor Z = 19 y el sodio Z = 11 se unen dando un compuesto que se forma:
a)Por transferencia de un electrón de cada átomo de sodio a cada átomo de flúor.
b)Por transferencia de dos electrones de cada átomo de sodio a cada átomo de flúor.
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c)Por compartición de un par de electrones procedentes uno del átomo de sodio y otro del átomo de flúor.
d)Por compartición de dos electrones procedentes ambos del átomo de sodio.
9. Teniendo en cuente el tipo de enlace existente en el metano, señala sus propiedades (a temperatura ambiente)de las siguientes:
a)Sólido soluble en agua y no conductor de la electricidad.
b)Líquido, insoluble en agua y no conductor de la electricidad.
c)Gas, insoluble en agua y no conductor de la electricidad.
d)Gas, soluble en agua y no conductor de la electricidad.
10. De las siguientes propiedades, referidas a los sólidos covalentes, indica la opción correcta:
a)Presentan puntos de fusión y ebullición muy altos.
b)Son frágiles, generalmente.
c)Son muy blandos.
d)Son conductores de la electricidad.
11. Indica cuál de las siguientes afirmaciones es la correcta:
a)El retículo cristalino de los metales está formado solo por iones positivos.
b)El retículo cristalino de los metales está formado por iones positivos y negativos.
c)En algunos metales, el retículo cristalino está formado solo por iones negativos.
d)El retículo cristalino de los metales está formado por iones positivos y átomos neutros.
12. Los gases nobles se encuentran en la naturaleza:
a)Formando moléculas.
b)Como átomos aislados.
c)Formando cristales iónicos.
d)Formando cristales atómicos.
13. El dióxido de carbono se encuentra en la naturaleza:
a)Formando moléculas.
b)Formando cristales atómicos.
c)Formando cristales iónicos
d)Formando cristales covalentes.
14. Indica de entre las siguientes sustancias la que sea un cristal atómico covalente:
a)Hierro
b)Grafito
c)Cuarzo
d)Cloruro de sodio
15. Las partículas que intervienen en el enlace son:
a)Iones
b)Electrones
c)Átomos
d)Moléculas
16. Indica cuál de las siguientes sustancias está formada por un metal y un no metal:
a)Metano
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b)Oxígeno
c)Cloruro de sodio
d)Agua
17. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta enlace iónico:
a)Metano
b)Agua
c)Oxígeno
d)Cloruro de sodio
18. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta una red cristalina de cationes:
a)Dióxido de carbono
b)Amoniaco
c)Cobre
d)Diamante
19. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta una red cristalina de átomos:
a)Dióxido de carbono
b)Amoniaco
c)Diamante
d)Cobre
20. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta enlace metálico:
a)Amoniaco
b)Diamante
c)Cobre
d)Dióxido de carbono
21. El compuesto cloruro de sodio presenta la siguiente propiedad según su tipo de enlace:
a)No conduce la electricidad, ya que no tiene iones.
b)Conduce la electricidad sólo en disolución o fundido.
c)Las partículas que constituyen el cristal son átomos.
d)Buen conductor en estado sólido
22. El hierro presenta la siguiente propiedad según el tipo de enlace:
a)No conduce la electricidad ya que no tiene iones.
b)Conduce la electricidad sólo en disolución o fundido.
c)No conduce la electricidad porque no dispone de cargas eléctricas libres.
d)Buen conductor en estado sólido.
23. Señala que sustancia presenta cationes como partículas en el cristal:
a)Sodio.
b)Agua.
c)Diamante.
d)Cloruro de sodio.
24. De las siguientes sustancias indica la que presenta un enlace iónico entre sus átomos:
a)H2O
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b)CaBr2
c)O2
d)Fe
25. De las siguientes sustancias indica la que presenta un enlace metálico:
a)H2O
b)CaBr2
c)O2
d)Fe
26. El calcio para unirse al cloro y formar el cloruro de calcio:
a)Pierde un electrón
b)Gana dos electrones
c)Pierde dos electrones
d)Gana un electrón
27. El sodio para unirse al cloro y formar el cloruro de sodio:
a)Pierde un electrón.
b)Gana dos electrones.
c)Pierde dos electrones
d)Gana un electrón
28. El cloro para unirse al calcio y formar el cloruro de calcio:
a)Pierde un electrón
b)Gana dos electrones
c)Pierde dos electrones
d)Gana un electrón.
29. La carga del átomo de sodio en el cloruro de sodio es:
a)1+
b)2+
c)1-
d)No tiene carga
30. La carga del átomo de calcio en el cloruro de calcio es:
a)1+
b)2+
c)1-
d)No tiene carga
31. La carga del átomo de cloro en el cloruro de sodio es:
a)1+
b)2+
c)1-
d)No tiene carga
32. Las partículas que forman los cristales metálicos son:
a)Aniones
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b)Cationes
c)Aniones y cationes
d)Electrones
33. Las partículas que forman los cristales iónicos son:
a)Aniones
b)Cationes
c)Aniones y cationes
d)Átomos
34. Las partículas que forman la red cristalina del cloruro de sodio son:
a)Aniones
b)Cationes
c)Aniones y cationes
d)Átomos
35. Señala la opción incorrecta:
a)Los átomos se unen para conseguir la configuración de gas noble.
b)Los átomos se unen para formar agrupaciones de mayor energía.
c)Los átomos se unen para tener ocho electrones en la capa de valencia.
d)Los átomos se unen para formar agrupaciones de mayor estabilidad.
36. El enlace iónico se produce entre:
a)Dos iones con distinto signo.
b)Dos iones con igual signo.
c)Dos cationes.
d)Dos aniones.
37. Elige de entre las siguientes sustancias la que sea un cristal covalente:
a)Diamante.
b)Hierro.
c)Cloruro de sodio
d)H2O en estado gaseoso.
38. Elige de entre las siguientes sustancias la que sea una red cristalina de iones:
a)Cuarzo
b)Sodio
c)Cloruro de sodio
d)Dióxido de carbono.
113
Capítulo5:Propuestadidácticapara3ºdeESO
107
114
Propuesta didáctica para 3º de ESO
5. PROPUESTA DIDÁCTICA PARA 3º DE ESO
5.1. Introducción
Los resultados obtenidos en el análisis de las ideas previas de los
alumnos de 40 de ESO y 10 de bachillerato nos indican que una de las mayores
dificultades en el estudio del enlace químico se presenta al relacionar los
niveles macro, micro y simbólico de la química, y por tanto, a la hora de
relacionar las propiedades macroscópicas de las sustancias con el tipo de
unión que presentan las partículas (átomos, iones y moléculas) a nivel
microscópico.
Muchos trabajos de investigación realizados hasta este momento ponen
de manifiesto las dificultades de los alumnos a la hora de estudiar el enlace
químico (Caamaño, 1998; Furió y Furió, 2000; Tsaparlis y Papaphotis, 2009).
Por otro lado, diversos autores han señalado que la enseñanza tradicional
presenta numerosas deficiencias conceptuales y no consigue que los alumnos
adquieran un verdadero aprendizaje (Pozo, 1996). La mayoría del profesorado
utiliza en sus clases, prácticamente como único recurso, el libro de texto. El
análisis realizado en el capítulo 3 de la presente Memoria nos indica que los
libros de texto suelen presentar numerosas deficiencias, errores conceptuales,
confusiones terminológicas, secuenciación no apropiada de los contenidos, etc.
además suelen transmitir una visión ahistórica y dar una trasmisión
distorsionada de la naturaleza de la ciencia. Creemos que la modificación de
los métodos convencionales de enseñanza puede conseguir una mayor
motivación de los alumnos al tiempo que una mejor comprensión del concepto
de enlace químico.
En el presente capítulo se ha diseñado y elaborado una secuencia
didáctica para introducir el concepto de enlace químico en el primer curso en el
que, de acuerdo con el currículum español, se introduce dicho concepto, es
decir, en 30 de ESO. En el tercer curso de la ESO se profundiza en la
constitución de la materia, se abordan las reacciones químicas y sus
intercambios energéticos y se introduce una primera idea del concepto de
enlace, desarrollándose su estudio en los cursos posteriores. En 3º ESO el
108
115
Propuesta didáctica para 3º de ESO
enlace químico se introduce como uniones o agrupaciones entre átomos y se
relaciona con las propiedades de los compuestos. Queremos resaltar que esta
propuesta didáctica no pretende desarrollar el concepto de enlace químico ni
estudiar los distintos modelos que lo explican, sino simplemente se persigue
que los alumnos lleguen a la necesidad de utilizar el concepto de enlace
químico como una consecuencia lógica y directa de la secuencia de actividades
realizadas. En el capítulo 6 de la presente Memoria se presentará una
propuesta didáctica, dirigida a estudiantes de 10 de bachillerato, en la que se
profundiza en el estudio del enlace químico.
En toda propuesta didáctica la secuenciación de los contenidos es
fundamental. Los criterios de secuenciación de los contenidos pueden ser muy
diversos: diseños curriculares oficiales, lógica de la disciplina, grado madurativo
de los alumnos, intereses de los alumnos, etc. Consideramos que todos estos
criterios deben de tenerse presente pero además hemos considerado, como
criterio fundamental, en la secuenciación de los contenidos la evolución
histórica del concepto de enlace químico. La secuencia didáctica propuesta se
asemeja al proceso ocurrido en la historia de la Química. Aunque ya en la
antigüedad Demócrito concebía los átomos con ganchos que permitían su
unión, la prevalencia durante siglos de las ideas Aristotélicas llevo a que hasta
el siglo XVII la preocupación de los científicos se centra en conocer las
propiedades de las sustancias y de los productos que se obtienen cuando
reaccionan entre ellas y es muy posteriormente, cuando se admite la existencia
de los átomos con la teoría atómica de Daltón , cuando comienzan a plantearse
cómo se unen las partículas entre sí (Livage, 1981). La propuesta didáctica
presentada parte del estudio de las reacciones químicas y de las propiedades
de las sustancias y lleva a la necesidad de estudiar el enlace químico para
explicar el comportamiento de los distintos tipos de sustancias.
La propuesta didáctica presentada es una propuesta plurimetodológica,
entendiendo como tal aquellas que utiliza diferentes metodologías, con el
objetivo de aprovechar los aspectos positivos de cada una de ellas.
Proponemos el uso de aquellas metodologías que motivan más a los alumnos y
que promueven en aprendizaje significativo, por ello la ECBI y el AC se utilizan
en diferentes momentos de la secuencia propuesta. Sin embargo, creemos que
109
116
Propuesta didáctica para 3º de ESO
no podemos pretender que los alumnos descubran por si mismo conceptos que
costaran mucho tiempo y esfuerzo a lo largo de la historia. En la secuencia
didáctica presentada el profesor/a introduce determinados conceptos en el
momento en que los alumnos se encuentran motivados para recibir las
aclaraciones/explicaciones correspondientes, es decir, cuando tras la
realización de determinadas actividades sienten la necesidad de modificar sus
concepciones alternativas para interpretar los fenómenos. En este sentido, el
papel del profesor/a no solo es de guía durante la realización de actividades
ECBI y de AC sino que “introduce” y “presenta” conceptos nuevos en
determinados momento de la secuencia.
Una vez desarrollada la secuencia didáctica, de acuerdo a los criterios y
la metodología indicada y propuestas las diferentes actividades de cada una de
las fases de la secuencias, para verificar la eficacia o no de la misma se
implementó a lo largo de dos cursos académicos (cursos 2012/13 y 2013/14)
en alumnos de un I.E.S. de Albacete de 3º ESO. Los alumnos participantes
cursaban sus estudios en el I.E.S. en el que impartía clase la doctorando.
Antes de iniciar el trabajo de investigación la directora y la jefa del
departamento de física y química del centro fueron informadas de la
investigación que se quería llevar a cabo y ambas dieron su consentimiento.
El grupo experimental (GE), lo constituyó, en ambos cursos académicos,
uno de los grupos a los que la profesora que realiza la investigación impartía
clase. La implementación de la secuencia didáctica propuesta se llevó a cabo
durante las horas de clase ordinarias de física y química, en sesiones de 55
minutos. Las actividades se realizaron en el laboratorio de física y química del
I.E.S. Los alumnos y la profesora recogen en un cuaderno observaciones y
anotaciones correspondientes al trabajo realizado cada día, tanto a nivel
individual como en grupos. El grupo control (GC), lo constituyó uno de los
grupos en los que la profesora no impartía clase, pero cuyo profesor accedió a
participar en la investigación e impartir las clases de acuerdo a las indicaciones
y bajo la supervisión de la profesora que realiza la investigación.
Al ser menores los alumnos participantes, los padres o tutores de los
alumnos objeto de investigación fueron informados del trabajo de investigación
110
117
Propuesta didáctica para 3º de ESO
con el fin de autorizar a la profesora a la realización de fotografías y videos a
los alumnos y el uso de los mismos con fines educativos. En el anexo VI se
muestra la ficha de consentimiento de los padres.
Para la valoración de la secuencia didáctica se desarrolló un
cuestionario que se pasó a los alumnos, tanto del GE como del GC, antes y
después de implementar la secuencia. Posteriormente se analizaron las
respuestas de ambos cuestionarios. En el Anexo VII se indican los alumnos
participantes en el GE y en el GC y el número de respuestas correctas antes
y después de la enseñanza. El tratamiento estadístico de los datos se llevó a
cabo con el programa SPSS (Software package for Social Sciences) versión
22. En el Anexo VIII se muestran los resultados de dicho tratamiento
estadístico. En el artículo III se recogen los resultados obtenidos. El anexo
IX incluye la carta de envío del artículo a la Revista electrónica de
enseñanza de las Ciencias para su posible publicación. Así mismo, con
objeto de valorar la motivación de los estudiantes frente a la metodología
empleada, se elaboró un cuestionario motivacional que se pasó a los
alumnos a mitad de la secuencia didáctica, concretamente tras finalizar la
fase 3 de la misma, con el objeto de poder modificar la secuencia diseñada
en caso de que los alumnos no estuvieran motivados con la metodología
implementada. Se decidió pasar la encuesta motivacional tras la fase 3 de la
propuesta ya que en la fase 1 se empleó la ECBI, en la fase 2 el AC y las
actividades interactivas y en la fase 3 la introducción de conceptos por parte
de la profesora y en las fases 4, 5 y 6 se repetían las metodologías
empleadas en las fases anteriores. En el artículo IV (Titulado: “Motivación de
los estudiantes de 3º de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) ante el
estudio de las reacciones químicas mediante una secuencia didáctica
plurimetodológica” y publicado como capítulo del libro “Ciencias para
comprender el mundo. Investigación e innovación en didáctica de las
ciencias experimentales” se recogen los materiales y métodos y los
resultados obtenidos.
111
118
Propuesta didáctica para 3º de ESO
5.2 Artículo III
Diseño e implementación de una secuencia didáctica plurimetodológica
para introducir el concepto de enlace químico en 3o de ESO.
5.3 Artículo IV
Motivación de los estudiantes de 30 de ESO ante el estudio de las
reacciones químicas mediante una secuencia didáctica plurimetodológica.
112
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Artículo III: Diseño e implementación de una propuesta didáctica plurimetodológica para in-troducir el enlace químico en 3º Curso de Educación Secundaria Obligatoria (E.S.O)
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Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias Vol. X, Nº X, XX-XX (201X)
Diseño e implementación de una propuesta didáctica plurimetodológica para introducir el enlace químico
en 3º Curso de Educación Secundaria Obligatoria (E.S.O)
Mª Esther González-Felipe1, Constancio Aguirre-Pérez2, Rosa Mª Toledano3, Raquel Fernández Cézar4 y Ana Váquez-Moliní3
1IES Duque de Alarcón Valera de Abajo, Cuenca (España). 2Facultad de Educación de Cuenca (España).3Facultad de Educación de Albacete (España) 4Facultad de Educación de Toledo (España). E-mails: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Resumen: En este trabajo se elabora una secuencia didáctica plurimetodológica para la introducción del concepto de enlace químico para alumnos de 30 ESO (Educación Secundaria Obligatoria) que propicia la participación activa de los estudiantes y el aprendizaje cooperativo, y en la que la metodología ECBI (Enseñanza de las Ciencias Basada en la Indagación) desempeña un papel fundamental. La propuesta didáctica consta de 6 fases. Se comienza la secuencia con el estudio de una reacción química de la vida cotidiana (el funcionamiento del airbag de un coche) planteada como una pequeña investigación que los alumnos deben resolver mediante la indagación. En la última fase se introduce el concepto de enlace químico. Participaron un total de 123 alumnos; 57 constituyeron el grupo control (GC) y 63 el grupo experimental (GE). Para evaluar la propuesta se elaboró un test que se pasó a los estudiantes antes y después del proceso de enseñanza/aprendizaje. Los resultados muestran que el aprendizaje de los alumnos del GE fue significativamente mejor que el de los estudiantes del GC.
Palabras clave: secuencia didáctica plurimetodológica, enlace químico, ECBI.
Title: Design and implementation of a plurimethodological didactic proposal to introduce chemical bonding in 3rd Compulsory Secondary Education grade.
Abstract: This paper presents a plurimethodological teaching sequence for the introduction of chemical bonding to students of 3rd Compulsory Secondary Education (E.S.O) year. The teaching sequence promotes the active participation of students by means of cooperative learning and the Inquiry-Based Learning (IBL) o Inquiry-Based Science Education (IBSE) plays a key role. The didactic proposal consists of 6 phases. The sequence begins with the study of an everyday life chemical reaction (the operation of a car airbag) raised as a small scale research project that students must conduct through inquiry. The concept of chemical bond is introduced in the last phase. The student’s group is composed by 123 among which 57 belong to the control group (CG) and 63 to the experimental group (GE). To
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evaluate the proposal a test was delivered to students before and after the teaching/learning process. The results show that GE students’ comprehension of chemical bonding was significantly better.
Keywords: plurimethodological teaching sequence, chemical bonding, ECBI.
Introducción
El enlace químico es un concepto fundamental en el estudio de la química, pero a la vez es uno de los conceptos más difíciles y complejos (Levy, Mamlok-Naaman, Hofstein, y Taber, 2010). Los alumnos presentan dificultades para su comprensión debido a diversas razones entre las que podemos resaltar (Raviolo y Lerzo, 2016; Alvarado, 2005):
- Es un concepto de naturaleza abstracta que requiere para sucomprensión la correcta utilización de los 3 niveles de representación: macroscópico, microscópico y simbólico, que frecuentemente son mezclados por el profesorado sin diferenciarlos claramente.
- Requiere la comprensión de una gran cantidad de conceptos comoátomo, molécula, estructuras cristalinas, naturaleza corpuscular y eléctrica de la materia, etc.
- Los alumnos no lo relacionan con evidencias de la vida cotidiana y lasideas previas que presentan son incompletas y/o incorrectas
- Los profesores y los libros de texto suelen presentar una visión limitadadel enlace y utilizan modelos y analogías confusos.
La ineficacia de la enseñanza tradicional en la introducción de conceptos químicos, tan abstractos y complejos como la naturaleza de la materia y el enlace químico, ha sido demostrada por diversos autores (Karacop y Doymus, 2013). Es por ello que desde hace unos años se vienen proponiendo diferentes alternativas metodológicas como el aprendizaje cooperativo y la ECBI y estrategias como las discusiones en grupo y las visualizaciones de simulaciones con ordenador, que propicien la participación activa de los estudiantes (Hanze y Berger, 2007).
El aprendizaje cooperativo es una metodología en la que los estudiantes trabajan en pequeños grupos en los que la cooperación de unos con otros es imprescindible para alcanzar los objetivos (Doymus, 2008; Hennessy y Evans, 2006; Johnson, Johnson y Smith, 2007; O’Leary y Griggs, 2010). Esta metodología presenta una mayor efectividad en el aprendizaje de conceptos que los métodos de aprendizaje individual y competitivo.
La ECBI fue propuesta como método de enseñanza por primera vez en 1996 (Caamaño, 2012). En la enseñanza de la química a través de la ECBI (Cheung, 2011) los profesores plantean situaciones problema que los estudiantes deben resolver proponiendo hipótesis, diseñando y realizando experimentos, analizando los datos y sacando conclusiones, es decir, utilizando el método científico (Garritz, 2010). Esta metodología de enseñanza, además de favorecer el desarrollo de la competencia científica en los alumnos (Reyes-Cárdenas y Padilla, 2012), incrementa la comprensión conceptual (Minner, Levy y Century, 2010).
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En los programas de ECBI desarrollados en América Latina, se plantean cinco etapas: focalización, exploración, reflexión, aplicación y evaluación. En la etapa de focalización se propicia el interés del estudiante, en la etapa de exploración es en la que los estudiantes desarrollan sus investigaciones, en la etapa de reflexión deben presentar sus conclusiones, en la de aplicación debe extrapolar el aprendizaje a eventos cotidianos y en la evaluación se ven los resultados en los aprendizajes obtenidos por los estudiantes (Azcátegui y Betancourt, 2013).
Existen cuatro tipos diferentes de indagación, dependiendo de lo que se espera que realicen los estudiantes (Martin-Hansen, 2002): indagación abierta, en la que se espera que el estudiante realice todas las etapas de la investigación; indagación guiada en la cual el profesor plantea alguna pregunta y los alumnos deben realizar experimentos para responderla con el apoyo del profesor; indagación acoplada en la que el profesor selecciona la pregunta a investigar pero deja al estudiante que busque la solución y, finalmente indagación estructurada que es una indagación dirigida por el profesor. De acuerdo con Romero-Ariza (2017) los mejores resultados de aprendizaje se obtienen con la indagación guiada. En el presente trabajo se ha diseñado e implementado una secuencia didáctica plurimetodológica para introducir el concepto de enlace químico a estudiantes de tercer cuso de E.S.O. que motive a los alumnos y facilite la comprensión de los conceptos químicos y en la que la ECBI y el aprendizaje cooperativo juegan un papel fundamental.
La hipótesis que nos planteamos es que la utilización de metodologías didácticas que propicien la participación del estudiante junto a la introducción de conceptos por parte del docente, en el momento en el que los estudiantes están ya motivados por el tema, (metodología plurimetodológica) facilita la comprensión de conceptos. Para comprobar dicha hipótesis se plantearon los siguientes objetivos:
- Desarrollar e implementar una secuencia didáctica plurimetodológicapara la introducción del concepto de enlace químico como un concepto necesario para explicar las propiedades y estructuras de los distintos tipos de sustancias.
- Evaluar la eficacia de dicha secuencia.
Metodología
Participantes
La propuesta didáctica va dirigida a estudiantes de 3º ESO, curso en el que de acuerdo con el curriculum establecido en la Ley de la Mejora de la Calidad Educativa (LOMCE) únicamente se introduce el concepto de enlace químico desarrollándose su estudio en los cursos posteriores. Por este motivo la propuesta se ha diseñado para introducir el concepto de enlace químico como una consecuencia lógica tras la realización de diversas actividades sobre los cambios químicos, las propiedades de las sustancias y el análisis de su estructura.
Participaron en esta investigación 6 grupos de alumnos matriculados en 3º ESO en un IES de Albacete (España), con edades de 14-15 años. 57 alumnos siguieron una enseñanza tradicional y constituyeron el grupo
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control (GC); 63 alumnos constituyeron el grupo experimental (GE) y siguieron la secuencia didáctica diseñada. La enseñanza que habían recibido hasta aquel momento todos los estudiantes había sido una enseñanza tradicional fundamentada en la transmisión verbal de conocimientos. Durante el curso académico en el cual se llevó a cabo la experiencia didáctica recibieron igualmente una enseñanza tradicional en todos los temas de la asignatura Física y Química excepto en el tema «Elementos y compuestos químicos» en el cual se utilizó la secuencia didáctica diseñada con el GE. El GC siguió igualmente una enseñanza tradicional en este tema.
Para comprobar el aprendizaje de los conceptos científicos se elaboró un test que se pasó a cada grupo de estudiantes antes (pretest) y al finalizar (postest) el proceso de enseñanza.
Análisis estadístico
El análisis estadístico de los datos se realizó con el programa SPSS (Software Package for Social Sciences) versión 22. Se estudia como variable cuantitativa los aciertos obtenidos en el pretest y en el postest, tanto en el GC como en el GE. Se analiza la normalidad de la distribución de la variable aciertos-pretest y aciertos-postest en relación a la pertenencia de los alumnos al grupo control o grupo experimental mediante test de Kolmogorov-Smirnov. Al obtenerse que es normal (p=.000), los contrastes de hipótesis serán paramétricos, mediante T-Student o ANOVA en su caso. Todos los contrastes se realizan al nivel de significación p<.05, salvo que se indique otra cosa. El coeficiente de correlación de Pearson entre aciertos-pretest y aciertos-postest es pequeño, .294, por lo que las muestras se consideran independientes.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Diseño de la secuencia didáctica
Las fases de la secuencia didáctica propuesta se muestran en la figura 1.
Figura 1: Diagrama de flujo de la secuencia didáctica diseñada.
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En cada una de las fases se plantean unos objetivos de enseñanza que se pretenden cubrir con las actividades diseñadas (Tabla 2). La secuencia didáctica propuesta comienza con el estudio de una reacción química de importancia en la vida cotidiana, a partir de lo cual se introduce la idea de que en las reacciones químicas se producen nuevas sustancias, diferenciado claramente los cambios químicos de los físicos. Las reacciones químicas se presentan como procesos en los que cambian las sustancias iniciales y dan lugar a nuevas sustancias con propiedades características, que dependen de como estén constituidas las sustancias a nivel microscópico, tanto de las partículas que las constituyen como de las uniones entre ellas, lo que nos lleva al estudio del enlace químico. Por otra parte, en las reacciones químicas se produce la ruptura y la formación de nuevos enlaces químicos, dando lugar, por tanto, a nuevas sustancias. El estudio de las reacciones químicas y de las propiedades de las sustancias lleva a la necesidad de estudiar el enlace químico para explicar el comportamiento de los distintos tipos de sustancias. La secuencia didáctica propuesta se asemeja al proceso ocurrido en la historia de la Química. Aunque ya en la antigüedad Demócrito concebía los átomos con ganchos que permitían su unión, la prevalencia durante siglos de las ideas Aristotélicas llevo a que hasta el siglo XVII la preocupación de los científicos se centra en conocer las propiedades de las sustancias y de los productos que se obtienen cuando reaccionan entre ellas y es muy posteriormente, cuando se admite la existencia de los átomos con la teoría atómica de Daltón , cuando comienzan a plantearse cómo se unen las partículas entre sí (Livage, 1981).
La secuencia didáctica se basa en la propuesta por Caamaño (2016) que propone introducir el enlace tomando como referencia la estructura de las sustancias en estado sólido al buscar relacionar las propiedades de las sustancias sólidas con su estructura y el enlace. Se adoptó un enfoque plurimetodológico que incluye ECBI, aprendizaje cooperativo, aprendizaje mediante la TICs y presentación de conceptos por parte de la profesora. Se hace hincapié en el trabajo cooperativo y en la discusión y el debate guiados por el docente. Sin embargo, esto no excluye que el docente presente algunos conceptos, en determinados momentos de la secuencia, con el propósito de apoyar a los alumnos en la construcción de su conocimiento. En dos de las fases (fases 1 y 4) de la secuencia didáctica se emplean una metodología ECBI guiada. Los alumnos se organizaron en pequeños grupos (4 alumnos) para realizar las distintas actividades.
Implementación de la secuencia didáctica
La secuencia didáctica se llevo a cabo en 13 sesiones de 50 minutos cada una. Las actividades llevadas a cabo en cada una de las fases de la secuencia didáctica fueron las siguientes:
Fase 1: Estudio de una reacción química de la vida cotidiana.
Un gran porcentaje de alumnos cree que la Física y Química no sirve para la vida cotidiana, siendo este uno de los factores que más influye en la falta motivación de los alumnos por su estudio. Para aumentar la motivación de los alumnos se comienza la secuencia con el estudio de una reacción química de la vida cotidiana. La investigación que se planteó fue ¿Cómo funciona el airbag de un coche?. Se leyó el siguiente texto:
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“La bolsa de aire airbag es un sistema de seguridad pasiva instalado en la mayoría de los automóviles modernos. En caso de colisión, las bolsas inflables amortiguan el impacto de los ocupantes del vehículo contra el salpicadero. Se estima que, en caso de choque frontal, su uso puede reducir el riesgo de muerte en un 30% ¿Cómo se inflan rápidamente las bolsas del airbag?”
Se pide a los alumnos que discutan en pequeños grupos como creen que se inflan rápidamente las bosas del airbag y que propongan hipótesis.
Para comprobar las hipótesis emitidas deben diseñar un airbag casero a pequeña escala. Para ello se les sugiere que pueden utilizar diferentes materiales: bolsas, globos, un muelle, un inflador, bicarbonato sódico, vinagre, etc. Tras la «construcción del prototipo del airbag casero» cada grupo presenta a la clase su prototipo y explica su funcionamiento. Toda la clase discute las ventajas e inconvenientes de los modelos presentados. La profesora guía a los estudiantes para que lleguen a la conclusión de que el funcionamiento del airbag debe basarse en una reacción química que genere rápidamente un gas que infla el airbag, tras lo cual todos los grupos construyen un «airbag casero» basado en la reacción entre el bicarbonato y el vinagre y se les explica que al reaccionar ambos compuestos se desprende CO2 que es el gas que llena el globo. A continuación, la profesora explica el funcionamiento del airbag de un coche basado en la reacción de descomposición de la azida de sodio.
Fase 2: Cambios físicos y cambios químicos de la vida cotidiana.
Se proyectan en clase varias imágenes sobre cambios físicos y químicos de la vida cotidiana. Se pide a los alumnos que en pequeños grupos discutan las diferencias entre ambos tipos de cambios. Se ponen en común las conclusiones sacadas por lo grupos y la profesora explica las diferencias entre los cambios químicos y físicos. En pequeños grupos se realizan actividades interactivas.
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Fase 3: Representación de reacciones químicas.
Para el estudio microscópico y simbólico de las reacciones químicas se recurre al estudio de la reacción de combustión del metano. Para el nivel microscópico, los alumnos hicieron manualmente y por grupos, un modelo de bolas, utilizando palillos y plastilina, que les permitía romper las uniones (enlaces) entre los átomos y formar nuevas. El nivel simbólico fue introducido por la profesora.
Fase 4: Propiedades características de las sustancias.
En esta fase se utiliza de nuevo la metodología ECBI. La profesora plantea el problema a investigar:
“Las sustancias puras presentan propiedades características que permiten identificarlas. ¿Qué propiedades podemos utilizar para caracterizar a las sustancias? ¿Cómo podemos medirlas?”
Se pide a los alumnos que debatan en pequeños grupos qué propiedades utilizarían para identificar los distintos tipos de sustancias. A continuación, se pone en común las propuestas de los distintos grupos y se acuerda
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determinar las siguientes propiedades: la temperatura de fusión, la solubilidad y la conductividad eléctrica.
Se les pide a los distintos grupos que elaboren un diseño experimental para medir cada una de estas propiedades. Las propuestas hechas por cada grupo se debaten en clase y se acuerda (orientados por la profesora) utilizar el diseño experimental que se indica a continuación. La determinación de estas propiedades se hará de una forma cualitativa. Se utilizan 5 sustancias, desconocidas para los alumnos, que se nombran como A, B, C, D y E.
Para la determinación de la temperatura de fusión se introduce una determinada cantidad de sustancia en un tubo de ensayo y se calienta a la llama de un mechero hasta que se observa que la sustancia ha fundido totalmente. Si pasados 30 s la sustancia no ha fundido se considerará que tiene un punto de fusión elevado (teniendo en cuenta que la llama tiene una temperatura de 600 ºC) Para la solubilidad se pone una determinada cantidad de sustancia en un tubo de ensayo y se añade una cierta cantidad de agua, tras agitar se deja reposar y se observa si la sustancia se ha disuelto. Para determinar la conductividad se monta un circuito con una pila de petaca de 4,5 V y una bombilla 2,5 V y se intercala las distintas sustancias y se observa si la bombilla se enciende o no, lo que indicará si la sustancia es o no conductora en estado sólido. De igual manera se observa la conductividad en disolución acuosa en aquellas sustancias solubles en agua.
Los distintos grupos observan las propiedades de las 5 sustancias de forma cualitativa y anotan en sus cuadernos las observaciones realizadas. La profesora indica a los alumnos que para analizar los resultados obtenidos es conveniente registrar los datos en una tabla en la que comparen cada sustancia con las diferentes propiedades estudiadas en el laboratorio, y les propone que diseñen una tabla (Tabla 1).
Sustancia Punto de fusión* (Alto/bajo/muy
bajo)
Solubilidad en agua (Si/No)
Conductividad eléctrica (Si/No)
A B C D E
*Alto: no funde pasados los 30 s; Bajo: funde durante los 30 s; muy bajo: funde nada másponerlo a la llama.
Tabla 1.- Tabla elaborada por los alumnos para registrar los datos obtenidos.
Los alumnos comparan los datos registrados en la tabla 1 y observan que sólo dos de las sustancias se disuelven en agua, pero una de ellas conduce la corriente y la otra no, pero ninguna de las dos conduce en estado sólido; una de ellas funde a baja temperatura y la otra tiene un punto de fusión alto. De las otras tres sustancias, sólo una de ellas tiene punto de fusión bajo y de las otras dos una de ellas conduce la corriente eléctrica en estado sólido. La profesora plantea a la clase la siguiente cuestión “¿Podemos sacar
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alguna información sobre cómo están constituidas estas sustancias de los datos obtenidos?”. Los alumnos debaten en pequeños grupos y la profesora explica que las propiedades macroscópicas que presentan las sustancias dependen de cómo estén constituidas las sustancias a nivel microscópico y les proporciona un diagrama de flujo (figura 2) que les permitirá sacar conclusiones sobre la constitución microscópica de las sustancias atendiendo a las propiedades observadas.
Figura 2: Diagrama de flujo para conocer la estructura microscópica de las sus-tancias (modificada de blog.educastur.es/eureka/).
Fase 5: Constitución a nivel microscópico de las sustancias.
Las visualizaciones con ordenador son de gran ayuda en la enseñanza de conceptos químicos, sobre todo cuando se está trabajando a nivel microscópico ya que ayudan a los estudiantes al desarrollo de modelos (Chittleborough y Treagust, 2007; Russell y Kozma, 2005). Se utilizó una visualización de las estructuras cristalinas más comunes de compuestos iónicos y metálicos El profesor dirige al alumno para que conociendo las propiedades de cada sustancia puedan relacionarlas con el tipo de partículas que la constituyen y las uniones que existen entre ellas, identificar.
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Fase 6: Introducción al enlace químico.
Una vez establecida la importancia de estudiar la forma en la que las partículas se unen para formar los cristales se introduce el concepto de enlace químico por parte de la profesora. Es de resaltar que en el curso de 3º de ESO, el enlace químico no se trata en profundidad, pero se siguió la propuesta de Taber (2011) que indica que se debería comenzar con el estudio del enlace metálico, continuar con el iónico y finalizar con el
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covalente, estudiando en primer lugar los cristales (metálicos e iónico) y terminando con las moléculas discretas covalentes, para evitar el error conceptual frecuentemente presentado por los estudiantes de pensar en la existencia real de moléculas iónicas y de que los cristales iónicos están formados por moléculas.
En la tabla 2 se indica, para cada una de las fases de la propuesta, los objetivos, la metodología didáctica, las actividades y las sesiones que se emplearon.
FASES OBJETIVOS ACTIVIDADES METODOLOGÍA SESIONES 1.Estudio de unareacción químicade la vidacotidiana
Motivar a los alumnos para el estudio del enlace
Funcionamiento del airbag
ECBI 3
2.Cambiosfísicos yquímicos de lavida cotidiana
Conocer las diferencias entre cambio físico y cambio químico
Proyecciones de cambios físico y químicos
Explicación/ Proyecciones
2
3.Representaciónde las reaccionesquímicas
Conocer las reacciones químicas a nivel microscópico y simbólico
Modelo de bolas con plastilina
Explicación/ Actividades prácticas
2
4.Propiedadescaracterísticasde las sustancias
Desarrollar destrezas para la investigación en el laboratorio
Medida de propiedades características de las sustancias
ECBI 4
5.Constituciónde las sustancias
Reconocer las partículas que constituyen un sólido
Proyecciones de estructuras de sustancias
Explicación/ Proyecciones
2
6.Introducción alenlace químico
Asociar las propiedades de las sustancias a las fuerzas que mantienen unidas las sustancias
Introducción al estudio del enlace químico
Explicación 2
Tabla 2: Fases de la secuencia didáctica diseñada, objetivos de cada fase, activi-dades, metodología utilizada y sesiones que se emplearon.
Elaboración del cuestionario sobre conceptos científicos
Para evaluar la eficacia de la secuencia didáctica se elaboró un cuestionario, basado en el utilizado por Furió-Más, Domínguez-Sales, y Guisasola (2012), que constaba de 7 preguntas. En todas las preguntas (exceptuando la 2) se les pide a los estudiantes que razonen su respuesta para inferir el razonamiento utilizado, de tal forma que para clasificar las respuestas como «correcta» o «incorrecta» no se tuvo solamente en cuenta el resultado. El cuestionario se pasó al GC y al GE en una sesión de clase sin
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previo aviso antes de la enseñanza y un mes después de finalizar la enseñanza.
Resultados del cuestionario
En la tabla 3 se muestran la media, desviación típica, mediana y valores máximo y mínimo de la variable aciertos tanto en el pretest como en el postest, así como el incremento de aciertos, para el GC y para el GE.
ACIERTOS PRETEST
ACIERTOS POSTEST
INCREMENTO
GC Media 1.65 2.05 .40 Mediana 1.00 2.00 1.00 Desviación típica 1.506 1.420 1.771
Mínimo 0 0 -3Máximo 5 7 6
GE Media 1.48 3.08 1.60 Mediana 1.00 3.00 2.00 Desviación típica 1.134 1.860 1.737
Mínimo 0 0 -1Máximo 5 6 5
Tabla 3: Estadísticos descriptivos de aciertos pretest, postest e incremento de aciertos.
El contraste de hipótesis de igualdad de medias T-student indica que hay diferencias significativas entre las medias antes y después de abordar el tema del enlace químico en ambos grupos (p=.018 para GE y p=.000 para GC). Por lo tanto, constatamos que, tanto con la secuencia didáctica plurimetodológica como con la metodología tradicional, aumenta el porcentaje de respuestas correctas después del proceso de enseñanza. Pero la pregunta que nos planteamos es ¿cuál de las dos metodologías es más eficaz?. Para responder a esta pregunta comparamos los resultados del GE y del GC.
Parecería que la situación de partida de ambos grupos (aciertos pretest) es diferente al comparar las medias que se muestran en la primera columna. Para comprobarlo, realizamos un contraste de hipótesis de igualdad de medias tipo T-student, el cual nos dice que no podemos descartar la igualdad de medias (p=.476). Por tanto, el punto de partida de conocimiento sobre enlace químico, medido con los aciertos en nuestro test, es estadísticamente el mismo en GC y GE.
La segunda columna, aciertos postest, se toma tras la aplicación de la secuencia didáctica propuesta en el GE y el empleo de la enseñanza tradicional con el GC. Al comparar de nuevo las medias entre sí mediante contraste de hipótesis, obtenemos en este caso que las medias si son diferentes (p=.001).
En la tercera columna se muestra el incremento. Sigue una distribución normal (test K-S; p=.001) y también el test T-student nos dice que es diferente para cada grupo (p=.000), lo cual es consistente y refuerza la afirmación respecto a la diferencia entre los aciertos finales de ambos grupos.
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Como es mayor la media de aciertos en el GE, el incremento observado en este grupo es mayor. Por lo tanto, podemos decir que el GE mejora significativamente más que el GC, y dado que partían de situaciones de conocimiento similares, constatamos que la propuesta plurimetodológica empleada resulta más eficaz para la enseñanza del enlace químico que la enseñanza tradicional.
Refuerza también esta afirmación que hacemos sobre el efecto positivo de la propuesta el análisis de la posible asociación (test chi-cuadrado de Pearson) entre los aciertos pretest y aciertos postest, y la pertenecia al GE o al GC. Obtenemos que mientras que la variable aciertos pretest no estáasociada con el grupo ( (5, N=120)= 7.956; p=.159), la variable aciertos postest si lo está ( (7, N=120)= 27.638; p=.000), así como el incremento ( (9, N=120)= 38.577; p=.000). Esa asociación la relacionamos con el empleo con el GE de la propuesta didáctica plurimetodológica para el tema de enlace químico.
En la Tabla 4 se muestra el % de respuestas correctas antes y después de la enseñanza para el GE y el GC, así como la variación en % de respuestas correctas tras la enseñanza en ambos grupos. Como puede observarse, después del proceso de enseñanza/aprendizaje, el GE presenta un mayor porcentaje de respuestas correctas en 6 de las 7 preguntas del test. A continuación, se comentan los resultados obtenidos para cada una de las preguntas en el postest.
% Respuestas correctas (GC).
Incremento (%)
% Respuestas correctas (GE).
Incremento (%)
Cuestiones Pretest Postest Pretest Postest
1 33,33 59,65 26,32 36,51 60,32 23,81
2 15,80 54,39 38,59 31,75 46,03 14,28
3 10,53 5,26 -5,27 4,76 52,38 47,62
4 5,26 14,03 8,77 11,11 28,57 17,46
5 10,53 19,30 8,77 22,22 33,33 11,11
6 0,00 3,51 3,51 4,76 17,46 12,7
7 10,53 42,10 31,57 34,92 49,20 14,28
Tabla 4. Respuestas correctas antes y después de la enseñanza del GE y del GC.
La pregunta 1 tiene por objetivo saber si los alumnos conocen cómo se forman los iones implicados en la formación del enlace iónico. El 60,32 % de los estudiantes del GE y el 59,65 % del GC respondieron correctamente. Los resultados de ambos grupos son muy semejantes.
Se les pidió a los estudiantes que razonaran sus respuestas, pero los razonamientos que dieron fueron muy escuetos, pero se constata que los alumnos presentan dificultades para diferenciar los conceptos de átomo y de ion. Dificultades que también presentaron los científicos contemporáneos de Arrhenius en su momento histórico (De Posada, 1999). El que los alumnos entiendan la diferencia entre los iones y los átomos de los que proceden es fundamental para que comprendan que tienen distintas
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propiedades y que su comportamiento químico es distinto, lo que es fundamental para entender el enlace químico.
La pregunta 2 tiene por objetivo saber si los alumnos comprenden que los átomos se pueden unir entre sí, sean idénticos o no, y que estas uniones explican la existencia de la mayoría de las sustancias conocidas que se caracterizan por la constancia de su composición. Algo más de la mitad de los alumnos responde correctamente (49,2 % en el GE y los 54,4 % en el GC). De las respuestas incorrectas, la mayoría de los alumnos tanto del GE como del GC señalan la opción d, lo que nos indica que los alumnos saben que en las sustancias puras los átomos pueden ser iguales (elementos) o distintos (compuestos) pero piensan que pueden encontrarse en cualquier proporción debido a que no diferencian las mezclas de las sustancias puras. De nuevo constatamos que los alumnos tienen dificultades en comprender conceptos que fueron difíciles de establecer en su momento histórico. En la Tabla 5 se muestran las respuestas dadas por los estudiantes del GE y del GC.
Grupo Respuesta a
Respuesta b
Respuesta c
Respuesta d
Respuesta e
En blanco
GE (%) 3,18 6,35 49,20 34,92 1,59 4,76
GC (%) 3,50 0 54,39 31,58 0 10,53
Tabla 5. Respuesta a la pregunta 2 de los alumnos del GE y GC.
La pregunta 3 se plantea con el objetivo de saber si los alumnos comprenden que las sustancias poseen propiedades características. Es en esta pregunta en la que el GE presenta un porcentaje de respuestas correctas (52,38 %) muy superior al GC (5,26%). Esta gran diferencia posiblemente se debe al distinto enfoque dado en la enseñanza en ambos grupos, mientras que en el GC se estudió el enlace y a continuación se explicaron las propiedades de las sustancias, en el GE se estudia en primer lugar las propiedades de las sustancias mediante una metodología activa y participativa de los estudiantes (ECBI) y a continuación se justifican las propiedades por el tipo de partículas que constituyen las sustancias y las uniones entre ellas, es decir, se parte de las propiedades a la construcción del modelo lo que es muy recomendable en este nivel de enseñanza.
La pregunta 4 tiene por objetivo saber si los alumnos diferencian entre sustancias moleculares y redes cristalinas. En este caso el porcentaje de respuestas correctas también es superior en el GE (28,57%) que en el GC (14,03%). Estamos de acuerdo con otros autores en que el concepto de molécula es mejor comprendido por los estudiantes que el de red o estructura cristalina (De Posada, 1999) y muchos alumnos consideran que las sustancias iónicas están constituidas por moléculas (Riboldi, Pliego y Odetti, 2004).
Las preguntas 5 a 7 tienen por objeto ver si los alumnos entienden como está constituida la materia a nivel microscópico desde un punto de vista daltoniano. En todas ellas el porcentaje de éxito de los estudiantes es bajo, pero el GE obtiene un mayor porcentaje de éxito que el GC.
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En la pregunta 5 y 6 tienen el mismo objetivo, ver si los alumnos son capaces de diferenciar entre mezcla y compuesto. En la pregunta 5 se les pide a los estudiantes que dibujen las partículas que constituyen determinados sistemas materiales, incluyendo mezclas, sustancias simples y compuestos. En la pregunta 6, al contrario, se les da las representaciones y se les pide que la identifiquen.
Llama la atención que los alumnos, tanto a los del GE como a los del GC les resulta más fácil dibujar la representación que identificarla. El porcentaje de respuestas correctas en ambas preguntas es bajo, tanto en el GE como en el GC, aunque el GE casi dobla al GC en el porcentaje de éxito. Esto está de acuerdo con lo señalado por Furió-Más, Domínguez-Sales y Guisasola (2012) que ponen de manifiesto la dificultad de los estudiantes para entender el concepto microscópico de sustancia.
Finalmente, la pregunta 7 tiene por finalidad ver si los alumnos entienden que una reacción se produce por ruptura y formación de nuevos enlaces, lo que da lugar a nuevas sustancias. Los resultados indican una mayor comprensión del GE frente al GC, creemos que esto puede explicarse por la secuencia de la propuesta didáctica presentada que se inicia con el estudio de una reacción química.
CONCLUSIONES
El concepto de enlace químico es uno de los más importantes y a la vez más difíciles de entender por los estudiantes, por lo que la forma en que se introduce cuando se comienza su estudio en la educación secundaria es de gran importancia. En este trabajo se presenta una secuencia didáctica plurimetodológica para la introducción del enlace químico en alumnos de 30 de ESO, que propicia la participación activa de los estudiantes y el aprendizaje cooperativo y en la que la metodología ECBI desempeña un papel fundamental, pero sin olvidar la introducción de conceptos por parte del profesor.
Los alumnos del GE participaron activamente en todas las actividades incluidas en la secuencia didáctica. Presentaron dificultades a la hora de realizar los diseños experimentales y a la hora de registrar los resultados, por lo que tuvieron que ser orientados por la profesora. Así mismo presentaron dificultades en la visualización de estructuras cristalinas. El análisis estadísticos muestra que GE mejora significativamente más que el GC, y por tanto, la propuesta plurimetodológica empleada resulta más eficaz para la enseñanza del enlace químico que la enseñanza tradicional. Los estudiantes del GC tuvieron más dificultades que los estudiantes del GE para asimilar los conceptos químicos, tal como demuestra el resultado del postest pasado a ambos grupos.
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Anexo I
CUESTIONARIO 3º ESO
1. Razona en qué se convierte un átomo neutro cuando pierde electrones.
a) Las sustancias químicas están constituidas por:
b) Uniones de átomos iguales.
c) Uniones de átomos distintos.
d) Uniones de átomos iguales y/o distintos en una proporción determinada.
e) Uniones de átomos iguales y/o distintos en cualquier proporción.
f) Átomos iguales que no se unen.
2. Indica alguna propiedad que sirva para identificar las siguientes sustancias:
a) Agua.
b) Sal común.
c) Azúcar.
d) Hierro.
3. Los átomos al enlazarse dan lugar a moléculas, como el agua o el dióxido decarbono, y a redes cristalinas como la sal común. ¿En qué se diferencian?
4. Dibuja las partículas de las siguientes sustancias contenidas en:
a) Un vaso con agua.
b) Un vaso con sal.
c) Un vaso con agua y sal.
d) Un trozo de hierro.
5. Los dibujos siguientes representan gases. Cada bolita simboliza un átomo ylas del mismo color son átomos idénticos. Justificando tu respuesta, indicaqué dibujos pueden representar una sustancia pura.
El siguiente esquema simboliza la reacción de formación de agua. Complétalo:
137
Artículo IV:����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
130
138
140
© Jesús Sánchez Martín y Florentina Cañada Cañada (coords.), 2016
© Cada autor de su capítulo, 2016
© Entimema, 2016
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Ciencias para comprender el mundo
Investigación e innovación en Didáctica de las Ciencias Experimentalesa
ISBN: 978-84-8198-954-0
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Depósito legal: M-43718-2016
Este libro ha sido financiado por el proyecto GR15009 correspondiente a la Ayuda a Grupos de Investigación
de la Junta de Extremadura y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional.
141
349
MOTIVACIÓN DE LOS ESTUDIANTES DE 3º DE EDUCACIÓN SECUNDARIA OBLIGATORIA (ESO) ANTE EL ESTUDIO
DE LAS REACCIONES QUÍMICAS MEDIANTE UNA SECUENCIA DIDÁCTICA PLURIMETODOLÓGICA
MARÍA ESTHER GONZÁLEZ-FELIPEa, CONSTANCIO AGUIRRE-PÉREZb, JOSÉ MANUEL CORTÉS-SIMARROc Y
ANA VÁZQUEZ-MOLINÍc
RESUMEN
La falta de motivación y de interés por el estudio de las disciplinas científicas es uno de los principales problemas al que debe enfrentarse la Didáctica de las Ciencias Experimentales. Algunas de las hipótesis formuladas acerca del bajo interés de los estudiantes por estas discipli-nas se vinculan con el hecho de que los contenidos, frecuentemente, se presentan descontextualizados de las evidencias experimentales, de su génesis histórica y de sus aplicaciones en la vida diaria. El empleo de metodologías distintas a la enseñanza tradicional pueden aumentar la motivación de los estudiantes. En el presente trabajo se ha elaborado una secuencia didáctica para la enseñanza de las reacciones químicas, basada en un enfoque plurimetodológico, con el objetivo de aumentar el interés y motivación de los alumnos. La secuencia didáctica se llevó a cabo con alumnos de 3º de la ESO y tras su implementación se pasó un cuestionario motivacional a los alumnos. Los resultados muestras que los alumnos aumentaron su interés por la disciplina al tiempo que consideran que se trabajaron mejor las competencias y se facilitó la comprensión de los conceptos científicos.
Palabras clave: Motivación estudiantes; Secuencia didáctica plurimetodológica; Reacciones quí-
micas.
a IES Duque de Alarcón Valera de Abajo, Cuenca.b Facultad de Educación de Cuenca, Universidad de Castilla-La Mancha. c Facultad de Educación de Albacete, Universidad de Castilla-La Mancha. [email protected]
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M. E. González-Felipe, C. Aguirre-Pérez, J. M. Cortés-Simarro y A. Vázquez-Moliní
1. INTRODUCCIÓN
De acuerdo con Fensham (2004) el objetivo prioritario de la enseñanza/aprendi-zaje de las ciencias debe ser promover una actitud positiva en los estudiantes hacia la ciencia, que mantenga la curiosidad y mejore la motivación, no sólo durante la época escolar, sino también, a lo largo de toda la vida.
Uno de los principales problemas a los que debe enfrentarse hoy en día la Didáctica de las Ciencias Experimentales es la falta de interés y de motivación de los estudiantes hacia las ciencias y especialmente hacia la Física y la Química (Quintanal Pérez, 2012), lo que posiblemente está muy relacionado con el escaso rendimiento de los alumnos españoles de ESO en estas materias (PISA, 2012). Algunas de las hipótesis formuladas acerca del bajo interés de los estudiantes de escuela media por estas disciplinas se vinculan con el hecho de que los contenidos se presentan en las aulas, frecuentemente, descontextualizados de las evidencias experimentales, de su génesis histórica y de sus aplicaciones en la vida diaria. La enseñanza de la química en la escuela media ofrece contenidos que se encuentran alejados de los intereses de los alumnos al tiempo que utilizan metodologías poco motivadoras. Se emplean estrategias didácticas que favorecen poco la participa-ción del alumno. La mayoría de las veces, la actividad se centra en describir hechos o conceptos o en la resolución de ejercicios numéricos (Galiano y García, 2015).
Diversos autores han propuesto el uso de metodologías de enseñanza más cen-tradas en el estudiante que en el profesor (Karacop y Doymus, 2013) con el obje-tivo de aumentar la motivación y el interés de los estudiantes. Estas estrategias de enseñanza incluyen el aprendizaje cooperativo, la discusión en grupos, las activi-dades prácticas, el aprendizaje basado en problemas, el uso de las TIC, la enseñan-za de las ciencias basada en la indagación (ECBI), etc.
La ECBI tiene una larga tradición ya que fue propuesta por primera vez en el año 1996, pero recientemente ha aumentado el interés por esta estrategia con la finalidad de combatir la desmotivación de los estudiantes en relación con la ciencia (Caamaño, 2012). Existe un consenso generalizado en torno a los bene-ficios de la ECBI que trata de involucrar a los estudiantes en preguntas científi-cas que les llevan a formular explicaciones, de modo semejante a como lo hacen los científicos, basándose en la argumentación y el uso de pruebas (Alake-Tuen-ter et al., 2012). Según Cheung (2011), el trabajar la química a través de la inda-gación requiere que los profesores creen situaciones en las cuales los estudiantes sean estimulados a plantear preguntas, proponer hipótesis, diseñar experimen-tos de laboratorio, obtener y analizar datos y presentar sus hallazgos. En parti-cular, la indagación guiada es aquella en la cual el profesor plantea alguna pre-gunta y los alumnos deben realizar experimentos y responderla con las pruebas que acumulen.
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Motivación de los estudiantes de 3º de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) ante el estudio de las reacciones químicas…
2. METODOLOGÍA
2.1. Participantes
Participaron en esta investigación 3 grupos de alumnos matriculados en 3º de ESO (14-15 años) en el IES Bachiller Sabuco de Albacete (España) con un total de 63 alumnos. La enseñanza que habían recibido hasta aquel momento había sido siempre una enseñanza tradicional basada en el modelo de transmisión-recepción. Durante el curso académico en el cual se llevó a cabo la experiencia didáctica recibieron igualmente una enseñanza tradicional en todos los temas de la asignatura Física y Química excepto el correspondiente a reacciones químicas, en el cuál se utilizó la secuencia didáctica diseñada. En dicha secuencia se adoptó un enfoque plurimeto-dológico que incluye ECBI, trabajo en pequeños grupos y presentación de conceptos por parte del maestro. La intervención didáctica se llevó a cabo en 8 clases de 55 min cada una. Para conocer cuál había sido la motivación de los estudiantes ante la inter-vención didáctica, se elaboró un cuestionario que se pasó después de llevar a cabo la propuesta didáctica.
2.2. Elaboración de la secuencia didáctica
La secuencia didáctica propuesta comienza con el estudio de una reacción química de importancia en la vida cotidiana, a partir de lo cual se introduce la idea de que en las reacciones químicas se producen nuevas sustancias, diferenciado claramente los cambios químicos de los cambios físicos. Las reacciones químicas se presentan como procesos en los que cambian las sustancias iniciales y dan lugar a nuevas sustancias con propiedades características diferentes a las de las sustancias de partida. En las reacciones químicas se produce la ruptura y la formación de nuevos enlaces quími-cos, dando lugar, por tanto, a nuevas sustancias. A continuación se introduce a los alumnos en la representación de las reacciones químicas tanto a nivel microscópico como a nivel simbólico.
La secuencia didáctica consta de tres fases para cada una de las cuales se deter-minaron los objetivos de aprendizaje. En la tabla 1 se muestran objetivos, metodolo-gía y actividades de cada fase.
2.3. Elaboración del cuestionario de evaluación de la intervención didáctica
Se elaboró un cuestionario que constaba de 8 preguntas que se muestra en el Anexo. Se incluye una pregunta en la que los estudiantes valoran el interés que ha suscitado en ellos el estudio de los distintos temas de Química, varias preguntas en las que deben
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dar una puntuación a diferentes aspectos de la intervención didáctica y una pregun-ta abierta en la que los estudiantes pueden expresar libremente su opinión sobre las intervención didáctica.
Tabla 1
Objetivos, metodología y actividades de las fases de la secuencia didáctica
FASES OBJETIVOS METODOLOGÍA ACTIVIDADES
Fase I: Estudio de una reacción química de la vida cotidiana
– Motivar a los estudiantespara la investigación
– Desarrollar destrezas deinvestigación en losalumnos
– Saber comunicar lasconclusiones de unainvestigación
– Enseñanza de lasCiencias basada en laindagación (ECBI)
– Trabajo en grupos
– ¿Cómo funciona unairbag?- Emisión de hipótesis- Construcción de un
modelo de airbag- Presentación al
grupo
Fase II: Cambios Físicos y Cambios Químicos
– Conocer las diferenciasentre cambio físico ycambio químico
– Identificar cambiosfísicos y químicos de lavida cotidiana
– Trabajo en grupos– Presentación de
conceptos
– Visualización de vídeos– Debate en pequeños
grupos– Explicación profesora– Actividades interactivas
Fase III: Reacciones Químicas
– Conocer las reaccionesquímicas a nivelmacroscópico, microscópico y simbólico
– Saber representar unareacción químicamediante sucorrespondiente ecuación
– Trabajo en grupos– Presentación de
conceptos
– Construcción de unmodelo de bolas
– Representaciónsimbólica de reaccionesquímicas
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Implementación de la intervención didáctica
Las actividades llevadas a cabo en cada una de las fases de la secuencia didáctica y de acuerdo con la metodología empleada fueron las siguientes:
3.1.1. Fase 1: Estudio de una reacción química de la vida cotidiana
Según Tárraga y De Pro (2011), el porcentaje de alumnos que cree que la Física y Química que se enseña en el aula no sirve para la vida cotidiana es casi la mitad de los encuestados (42%), siendo este uno de los factores que más influye en la falta de motivación de los alumnos por el estudio de los contenidos de Física y Química. Para aumentar la motivación de los alumnos se comienza la secuencia con el estudio de
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Motivación de los estudiantes de 3º de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) ante el estudio de las reacciones químicas…
una reacción química de aplicación en la vida cotidiana. El enunciado se presenta motivador para los estudiantes, ya que refleja una situación real. La investigación que se planteó fue ¿Cómo funciona el airbag de un coche?
Planteamiento del problema
La bolsa de aire airbag es un sistema de seguridad pasiva instalado en la mayoría de los automóviles modernos. En caso de colisión, las bolsas inflables amortiguan el impacto de los ocupantes del vehículo contra el salpicadero. Se estima que, en caso de choque frontal, su uso puede reducir el riesgo de muerte en un 30% ¿Cómo se inflan rápidamente las bolsas del airbag?
Emisión de hipótesis
Se pide a los alumnos que discutan en pequeños grupos como creen que se inflan rápidamente las bosas del airbag.
Diseño experimental
Para comprobar las hipótesis emitidas se les pide que diseñen la realización de un airbag casero a pequeña escala. Para ello se les sugiere que pueden utilizar diferentes materiales: bolsas, globos, un muelle, un inflador, bicarbonato sódico, vinagre, etc.
Realización de experimentos:
Los distintos grupos llevan a cabo la construcción del airbag casero de acuerdo con el diseño experimental realizado
Discusión de resultados
Tras la “construcción del prototipo del airbag casero” cada grupo presenta a la clase su prototipo y explica su funcionamiento. Toda la clase discute las ventajas e incon-venientes de los modelos presentados. La profesora guía a los estudiantes para que lleguen a la conclusión que el funcionamiento del airbag debe basarse en una reac-ción química que genere rápidamente un gas que infla el airbag, tras lo cual les pro-pone a todos los grupos construir un “airbag casero” basado en la reacción entre el bicarbonato y el vinagre y les explica que al reaccionar ambos compuestos se des-prende CO2 que es el gas que llena el globo. A continuación la profesora explica el funcionamiento del airbag de un coche basado en la reacción de descomposición de la azida de sodio.
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3.1.2. Fase 2. Cambios físicos y cambios químicos de la vida cotidiana
Se proyectan en clase varios vídeos sobre cambios químicos y cambios físicos de la vida cotidiana. Se pide a los alumnos que en pequeños grupos discutan las diferen-cias entre ambos tipos de cambios. Se ponen en común las conclusiones sacadas por lo grupos y la profesora introduce en clase el concepto de cambio químico y de cam-bio físico. En pequeños grupos se realizaron actividades interactivas sobre cambios físicos y químicos.
3.1.3. Fase 3. Representación de reacciones químicas (nivel microscópico y simbólico)
Para el estudio microscópico y simbólico de las reacciones químicas se recurre al estudio de la reacción de combustión del metano. Para el nivel microscópico, los alumnos hicieron manualmente y por grupos, un modelo de bolas, utilizando pali-llos y plastilina, que les permitía romper las uniones (enlaces) entre los átomos y formar nuevas. El nivel simbólico (ecuación química) fue introducido en clase por la profesora utilizando la pizarra.
3.2. Evaluación de la intervención didáctica
Los estudiantes participaron activamente en todas las fases de la intervención didác-tica y respondieron de forma anónima al cuestionario que se les pasó.
El 45,2% de los alumnos señalan que la parte de la materia que más les ha interesa-do es el estudio de las reacciones químicas y solamente un 1,61% indica que es la que menos les ha interesado, lo que indica que la metodología empleada influye en el inte-rés de los estudiantes por los contenidos científicos.
Respecto a las estrategias de enseñanza utilizadas en el aula el 69% señala que lo que más les ha motivado ha sido el trabajo en grupo y un 93% indica que lo que menos les ha motivado ha sido la introducción de conceptos por parte de la profesora, estrategia que se asimila más al modelo de enseñanza tradicional.
La figura 1 muestra la opinión de los alumnos respecto al trabajo de las competen-cias con la enseñanza tradicional y con la secuencia didáctica.
Como se puede observar para casi todas las competencias indicadas (preguntas 3 y 4) hay un aumento del porcentaje de alumnos que piensan que se ha trabajado “bien” la competencia con la secuencia didáctica. Es de resaltar que una de las competencias que piensan que se trabaja mejor con la enseñanza tradicional es “Actitud reflexiva y crítica respecto a los contenidos de la materia” (competencia 6), siendo además esta competen-cia la que más alumnos señalan que se ha trabajado “mal” en la secuencia didáctica.
Respecto a la pregunta 5 el 77,4% de los alumnos indican que los contenidos y las metodología de la secuencia didáctica les ha parecido interesante, el 72,6 cree que la
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secuencia didáctica ha facilitado el estudio de los contenidos y solamente el 16,9% señala que los contenidos y los trabajos de la secuencia didáctica les han resultado muy difíciles. Al 63,2% les gustaría que se repitiese esta metodología en otros contenidos o materias. De acuerdo con las respuestas obtenidas, la secuencia didáctica propuesta además de aumentar el interés de los alumnos por la materia facilita la comprensión de los contenidos científicos, lo que también señalan los alumnos en la pregunta 6 en la que el 69,35% señala que la propuesta didáctica es más favorable que la enseñanza tradicional para facilitar la comprensión y asimilación de los contenidos.
Figura 1
Desarrollo de competencia con la enseñanza tradicional (a) y con la secuencia didáctica (b)
0%
20%
40%
60%
80%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mal Regular Bien
b)
0%
20%
40%
60%
80%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mal Regular Bien
a)
Finalmente en la pregunta nº 7 el 96,2% de los alumnos señala que el grado de satisfacción respecto a la propuesta didáctica es alto o muy alto.
4. CONCLUSIONES
El estudio llevado a cabo demuestra que el interés de los estudiantes por las discipli-nas científicas, concretamente por la química, puede aumentar si se emplean otras metodologías distintas a la enseñanza tradicional. El uso de la metodología ECBI aumenta la motivación de los estudiantes, al tiempo que permite trabajar mejor la competencia científica y facilita la comprensión de los conceptos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alake-Tuenter, E., Biemans, H. J. A., Tobi, H., Wals, A. E. J., Oosterheert, I. y Mulder, M. (2012). Inquiry-Based Science Education Competencies of Primary School
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Teachers: A literature study and critical review of the American National Science Education Standards. International Journal of Science Education, 34 (17), 1-32.
Caamaño, A. (2012). ¿Cómo introducir la indagación en el aula? Los trabajos prácticos investigativos. Alambique, 70, 83-91.
Cheung, D. (2011). Teacher Beliefs about Implementing Guided-Inquiry Laboratory Experiments for Secondary School Chemistry, Journal of Chemical Education, 88 (11), 1462-1468.
Fensham, P. J. (2004). “Beyond Knowledge: other Scientific Qualities as Outcomes for School Science Education”, en R. M. Janiuk y E. Samonek-Miciuk (eds.). Science
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International Organization for Science and Technology Education (IOSTE) XIth
Symposium Proceedings (pp. 23-25). Lublin, Polland, Maria Curie-Sklodowska University Press.
Galiano, J. E., y Sevillano-García, M. L. (2015). Estrategias de enseñanza de la Química en la formación inicial del Profesorado Universitario/Strategies to teach chemistry in university lecturers' initial training. Educatio Siglo XXI, 33(1), 215-234.
Karacop, A., y Doymus, K. (2013). Effects of Jigsaw Cooperative Learning and Animation Techniques on Students’ Understanding of Chemical Bonding and Their Conceptions of the Particulate Nature of Matter. J Sci Educ Technol, 22, 186-203.
PISA (2012). Informe PISA. Último acceso el 2 de febrero 2016, desde http://www.mecd.gob.es/dctm/inee/internacional/pisa2012/nota-pais-esp-ocde-pisa-2012.pdf?documentId=0901e72b8178650d
Quintanal Pérez, F. (2012): Relación entre Estilos de Aprendizaje y Rendimiento Escolar en Física y Química de Secundaria. Revista de Comunicación Vivat
Academia. Especial, 1143-1153. Último acceso el 2 de febrero de 2016, desde http://pendientedemigracion.ucm.es/info/vivataca/numeros/n117E/PDFs/FQuinta.pdf
Tárraga, P., y de Pro Bueno, A. (2011). Física, Química ¿Y Vida Cotidiana? Último acceso el 2 de febrero de 2016, desde http://www.buenastareas.com/ensayos/F%C3%ADsica-Qu%C3%ADmica-y-Vida-Cotidiana/2344298.html
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Motivación de los estudiantes de 3º de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) ante el estudio de las reacciones químicas…
ANEXO
1. Los aspectos desarrollados en la materia que más me han interesado o motivadotrabajar han sido (dar un número del 1 al 6; 1 para el que más te ha interesado):
A) El estudio del método científico.B) El estudio de la estructura atómica.C) El estudio de la formulación.D) El estudio de la materia y los cambios de estado.E) El estudio de las reacciones químicas.
2. Respecto a las estrategias empleadas en la secuencia didáctica señala la que másme ha interesado o motivado a trabajar ha sido (dar un número del 1 al 5; 1 para la
que más te ha interesado):
A) El trabajo en grupo tanto en el aula como en el laboratorio.B) La elaboración de estrategia para el estudio del airbag.
C) La visualización de imágenes y vídeos.D) La introducción de conceptos por parte de la profesora.E) Las actividades interactivas.
3. Indica cómo se han trabajado en la materia (en los temas en los que se ha seguidouna enseñanza tradicional) las siguientes competencias (bien, mal, regular):
A) Capacidad de análisis y síntesis.B) Capacidad de organización y planificación.C) Capacidades comunicativas (orales y escritas).D) Habilidad para trabajar de forma autónoma, construyendo su propio aprendi-
zaje.E) Capacidad de comunicación interpersonal (trabajo en grupo).F) Actitud reflexiva y crítica con respecto a los contenidos de la materia.G) Compromiso con el trabajo colaborativo.H) Capacidad de aprendizaje.I) Capacidad para generar nuevas ideas.J) Capacidad de adaptación a nuevas situaciones.K) Diseño de proyectos.L) Habilidades de investigación.
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M. E. González-Felipe, C. Aguirre-Pérez, J. M. Cortés-Simarro y A. Vázquez-Moliní
4. Indica cómo se han trabajado en el estudio de las reacciones químicas siguiendola propuesta didáctica las siguientes competencias (bien, mal, regular):
A) Capacidad de análisis y síntesis.B) Capacidad de organización y planificación.C) Capacidades comunicativas (orales y escritas).D) Habilidad para trabajar de forma autónoma, construyendo su propio aprendi-
zaje.E) Capacidad de comunicación interpersonal (trabajo en grupo).F) Actitud reflexiva y crítica con respecto a los contenidos de la materia.G) Compromiso con el trabajo colaborativo.H) Capacidad de aprendizaje.I) Capacidad para generar nuevas ideas.J) Capacidad de adaptación a nuevas situaciones.K) Diseño de proyectos.L) Habilidades de investigación.
5. Para cada una de las cinco afirmaciones, referentes a la propuesta didáctica utili-zada en la enseñanza de las reacciones químicas, marca:
A) Si estás de acuerdoB) Si te resulta indiferenteC) Si estás en desacuerdo
Afirmaciones:
1. El contenido y la metodología de la propuesta me han parecido interesantes.2. Los contenidos y trabajos de la propuesta me han parecido muy difíciles.3. He aprendido cosas nuevas que nunca había estudiado.4. He descubierto y corregido ideas erróneas que tenía respecto a algunos temas.5. Mi predisposición hacia la materia ha resultado favorable.6. Las correcciones y comentarios del profesor me han resultado de utilidad.7. Comparando con materias similares, este tipo de experiencia me ha ayudado a
entender mejor la materia.8. Participar en esta experiencia me ha facilitado el estudio de los contenidos.9. Me gustaría que esta experiencia se repitiese en otros contenidos o materias.
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Motivación de los estudiantes de 3º de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) ante el estudio de las reacciones químicas…
6. En comparación con la enseñanza tradicional, tu opinión con respecto a la meto-dología utilizada en la enseñanza de las reacciones químicas es:
A) Favorable porque se valora más el trabajo del alumno.B) Desfavorable porque exige demasiadas horas de dedicación.C) Indiferente pues no aprecias diferencias entre ambas metodologías.D) Más favorable que la enseñanza tradicional porque facilita la comprensión y
asimilación de los contenidos por parte del alumno.
7. En resumen: mi grado de satisfacción respecto a la metodología seguida en laenseñanza de las reacciones químicas ha sido:
A) Muy altoB) AltoC) IndiferenteD) BajoE) Muy bajo
8. Indica cualquier aspecto o comentario de la propuesta didáctica que consideresoportuno.
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Capítulo6:Propuestadidácticapara1ºdeBachillerato
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Propuesta didáctica para 1º de Bachillerato
6. PROPUESTA DIDÁCTICA PARA 1º DE BACHILLERATO
6.1 Introducción
En el capítulo anterior se ha presentado una propuesta didáctica
plurimetodológica para introducir el enlace químico en 3º ESO. La
implementación y, posterior valoración de la secuencia didáctica propuesta, ha
mostrado la mayor eficacia de esta metodología en la adquisición de conceptos
que la enseñanza tradicional, al tiempo que aumenta la motivación de los
estudiantes.
En 30 de ESO se introducen conceptos como átomo, molécula, iones,
electrones, etc., se estudia la estructura de la materia y se introduce el concepto de
enlace químico, en 40 de ESO se asientan las bases necesarias para el estudio del
enlace químico, cuyo estudio se profundiza en 1º de Bachillerato. Tal como hemos
indicado en el capítulo 4 de la presente Memoria, los alumnos llegan a 10 de
bachillerato con concepciones alternativas sobre el enlace químico que
frecuentemente tienen su origen en la forma en que el enlace químico se introduce
y se enseña en los cursos anteriores. De acuerdo con Dhindsa y Treagust (2014)
los problemas asociados a la dificultad, concepciones erróneas y falta de
comprensión pueden deberse, en parte, a la forma en que se secuencia y se
enseña el enlace químico a los estudiantes. La secuencia tradicional para la
enseñanza del enlace químico comienza con el estudio de la estructura del átomo,
continua con el estudio de los diferentes tipos de enlace y termina con las
propiedades de la materia y su relación con el tipo de enlace. Es decir, se va de lo
microscópico a lo macroscópico. En la secuencia didáctica propuesta para la
introducción del enlace químico en 30 de ESO (capítulo 5 de la presente Memoria),
propusimos partir de aquello que es más cercano al alumno, de lo macroscópico,
es decir, de las propiedades de los distintos sólidos para llegar así a lo
microscópico, más abstracto y desconocido por los alumnos.
En este capítulo se presenta una propuesta didáctica para el estudio del
enlace químico dirigida a estudiantes de 1º de bachillerato, que parte de la
misma idea que la secuencia plurimetodológica para 30 de ESO, es decir, partir
de lo más cercano al estudiante para llegar a los conceptos más abstractos y
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Propuesta didáctica para 1º de Bachillerato
menos familiares. Por ello, al igual que en la propuesta para 30 de ESO se
parte del estudio de una reaccione química de la vida cotidiana (el
funcionamiento del airgbag de un coche), y se explica que en las reacciones
químicas se rompen y forman nuevos enlaces dando lugar a nuevas
sustancias. En la propuesta didáctica para 10 de bachillerato, profundizamos en
los conceptos fundamentales para comprender el enlace químico y en la
secuenciación de enseñanza de los distintos tipos de enlace.
El diseño de la secuencia implica integrar de forma innovadora las
dificultades de aprendizaje que se han detectado en los alumnos mediante el
análisis de las ideas previas y los argumentos que nos llevan a establecer los
objetivos de aprendizaje como una serie de actividades y con una
secuenciación determinada con el fin de que los alumnos razonen y añadan
nuevos conocimientos al tema objeto de estudio (Furió y Furió, 2009; Furió,
Domínguez y Guisasola, 2012).
En la propuesta didáctica que se presenta en este capítulo se enfatiza la
naturaleza eléctrica de cualquier tipo de enlace químico: fuerzas eléctricas
entre electrones y núcleos positivos (enlace covalente), entre electrones e
iones positivos (enlace metálico), entre iones positivos y negativos (enlace
iónico), entre dipolos permanentes o instantáneos (fuerzas intermoleculares).
Así mismo, se resalta el hecho de que todo enlace supone una disminución de
energía del sistema y evitamos la utilización de la regla del octeto como
justificación de la formación del enlace.
El estudio realizado sobre los libros de texto (Capítulo 3 de la presente
Memoria) muestra que la secuenciación utilizada por los diferentes libros de
texto en la enseñanza del enlace químico es prácticamente la misma: la
mayoría de los libros comienzan con estudio del enlace iónico, seguido del
covalente, el metálico y finalmente las fuerzas intermoleculares. Uno de los
problemas asociados a esta secuencia de enseñanza es que los estudiantes
aprenden que los diferentes tipos de enlace son independientes unos de otros
y que no hay ninguna relación entre ellos (Dhindsa y Treagust, 2014). Por otro
lado, el estudio de las concepciones alternativas de los estudiantes indica que
muchos estudiantes piensan que los compuestos iónicos existen como
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Propuesta didáctica para 1º de Bachillerato
moléculas discretas semejantes a los compuestos moleculares. Teniendo
presente estos dos aspectos la secuencia didáctica presentada propone
cambiar el orden estudiando en primer lugar el enlace presente en las
estructuras gigantes iónicas y metálicas (enlace iónico y metálico). Respecto al
enlace covalente proponemos comenzar con los sólidos covalente y a
continuación las moléculas discretas. Finalmente se estudian los enlaces
intermoleculares y los sólidos moleculares. Creemos que esta secuenciación
innovadora puede ayudar a los estudiantes a superar las dificultades asociadas
a la enseñanza tradicional del enlace químico.
Una vez diseñada la propuesta didáctica y las actividades a realizar en la
misma, se implementó dicha secuencia en el curso 2012/2013, momento en el
que la LOMCE no estaba implantada todavía en 1º de Bachillerato por lo que el
currículum correspondía al establecido en la LOE, que incluía el estudio de
enlace químico en 1º de bachillerato, y se valoraron los resultados de
enseñanza. Los alumnos participantes cursaban 10 de bachillerato en dos IES
de Albacete en los que la profesora/investigadora había impartido clases.
Al igual que se hizo en el estudio realizado con alumnos de 30 de ESO,
la directora y jefe de estudios del departamento de física y química fueron
informados previamente al estudio, así como los padres de los alumnos, a los
que se les solicito que firmaran la correspondiente autorización (ver Anexo V).
El GE lo constituyó uno de los grupos a los que la profesora/investigadora
impartía clases. Las actividades de la propuesta didáctica se desarrollaron en el
laboratorio del centro en sesiones de 55 minutos, intentando en la medida de lo
posible no modificar el normal desarrollo del curso. Tanto la profesora como los
alumnos llevaban un seguimiento de lo realizado en cada sesión. El GC siguió
una enseñanza tradicional y las clases fueron impartidas por otra profesora que
estuvo en continuo contacto con la profesora/investigadora durante el estudio.
La secuencia didáctica fue evaluada mediante las respuestas dadas a
un cuestionario tipo test que respondieron los alumnos, tanto los del GE como
los del GC, antes y después de la enseñanza del enlace químico.
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Propuesta didáctica para 1º de Bachillerato
6.2. Artículo V
Analysis of a New Teaching Approach to teach chemical bonding to High
School Spanish students.
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Artículo V:���������������������������������������������������������������������������������������������
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Analysis of a New Teaching Approach to teach chemical bonding to High School Spanish students Esther González Felipe 1
Raquel Fernández Cézar 2
Ana María Vazquez Moliní 1
Cosntancio Aguirre Pérez 1
Manuel Cortés Simarro 1
Universidad de Castilla La Mancha 1
IES Valera de Abajo 2
_____________________________________________________________________
Felipe, E., Cézar, R., Moliní, A., Pérez, C., Simarro, M. (2016) Analysis of a New Teaching Approach to teach chemical bonding to High School Spanish students, Da Investigação às Práticas, 7(1), 5 – 30.
Contacto: Esther González Felipe, Dpto Matemáticas, Área de Didáctica, Facutad de Educación de Toledo, Universidad de Castilla La Mancha, Av. de Carlos III, s/n, 4507, Toledo, Espanha / [email protected] Contacto: Raquel Fernández Cézar IES Valera de Abajo, Universidad de Castilla La Mancha, Valera de Abajo,Edif. Simón Abril, Plaza La Universidad, 3, 02071 Albacete, Espanha / [email protected] Contacto: Ana María Vazquez Moliní, Dpto. Pedagogía, Facultad de Educación de Albacete, Universidad de Castilla La Mancha, Edif. Simón Abril, Plaza La Universidad, 3, 0207, Albacete, Espanha / [email protected] Contacto: Cosntancio Aguirre Pérez, Dpto. Pedagogía, Facultad de Educación de Cuenca, Universidad de Castilla La Mancha, Edificio Fray Luis de León, Universidad de Castilla la Mancha: Campus de Cuenca, Camino Pozuelo, s/n, 16071 Cuenca, Espanha / [email protected] Contacto: Manuel Cortés Simarro, Dpto. Pedagogía, Facultad de Educación de Albacete, Universidad de Castilla La Mancha, Edif. Simón Abril, Plaza La Universidad, 3, 02071 Albacete, Espanha / [email protected]
(recebido em novembro de 2015, aceite para publicação em abril de 2016)
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |6
Abstract This report shows the design and implementation of a New Teaching Approach (NTA) for chemical bonding to 1st year high school students (16-18y). To design and test the proposal several key aspect regarding chemical bonding have been determined after taking into consideration the student preconceptions. The NTA has been implemented in one experimental group while the control one has been taught with traditional methodology. The same comprehensive test has been offered to both groups after being taught chemical bonding, and the answers have been analysed. In the findings it is observed that the proposed NTA and the used teaching strategies let students develop a higher thinking analysis and a deeper knowledge of chemical bonding, although still some aspects regarding the role of energy in bond formation should be improved in NTA.
Keywords: chemical bonding, design and analysis, New Teaching Approach, High school students
Análise de uma Nova Abordagem Educativa no ensino de ligações químicas a alunos espanhóis do Secundário
Resumo Este artigo apresenta o desenho e implementação de uma Nova Abordagem de Ensino (NTA) da ligação química para estudantes do 1º ano do ensino secundário (16-18 anos). Para conceber e testar a proposta foram determinados, depois de tomar em consideração as preconceções dos alunos, vários aspetos-chave a respeito da ligação química. A NTA foi implementada num grupo experimental enquanto o de controlo foi ensinado com a metodologia tradicional. Depois de ser ensinada a ligação química, o mesmo teste abrangente foi aplicado a ambos os grupos e as respostas foram analisadas. Nos resultados, observa-se que as estratégias de ensino utilizadas e a NTA proposta permitem aos alunos desenvolver uma análise de pensamento mais elevado e um conhecimento mais profundo da ligação química, embora ainda alguns aspetos relacionados com o papel da energia na formação da ligação deva ser melhorado na NTA.
Palavras-chave: ligação química, design e análise, Nova Abordagem de Ensino, alunos do ensino secundário
Analyse d’une nouvelle approche éducative dans l’enseignement de liaisons chimiques à des élèves espagnoles du Lycée.
Résumé Ce rapport montre la conception et la mise en œuvre d'une Nouvelle Approche de l'Enseignement (NTA) de la liaison chimique avec les élèves de 1ère année du secondaire (16-18 ans). Pour concevoir et tester la proposition, plusieurs aspects clés concernant la liaison chimique ont été déterminés après avoir pris en considération les idées préconçues des étudiants. La NTA a été mise en œuvre dans un groupe expérimental tandis que celui de contrôle recevait un enseignement suivant la méthodologie traditionnelle. Après la séquence d’enseignement sur la liaison chimique, le même test complet a été appliqué aux deux groupes et les réponses ont été analysées. Dans les conclusions, il est observé que la NTA proposée et
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les stratégies d'enseignement utilisées permettent aux élèves de développer une analyse plus approfondie et une connaissance plus profonde de la liaison chimique, bien que certains aspects concernant le rôle de l'énergie dans la formation de liaison doivent encore être améliorées dans la NTA.
Mots clés: liaison chimique, conception et analyse, Nouvelle Approche de l'Enseignement, élèves du secondaire
INTRODUCTION
Chemical bonding is a fundamental concept in Chemistry. It is crucial to understand almost every topic such as inorganic and organic compounds, chemical energy and thermodynamics and chemical reactions (Fensham, 1975; Gillespie, 1997; Hurst, 2002). According to literature, chemical bonding is considered by chemistry students and teachers to be a very complicated topic (Gabel, 1996; Robinson, 2003; Taber, 1998, 2001a; Tsaparlis, 1997). The concepts associated with all types of chemical bonding are abstract and require students to be familiar with mathematical and physical concepts such as geometry, energy, stability, electrostatic forces, etc. One of the main objectives of the chemistry-teaching community is to develop more effective strategies to teach high-school students the central concept of chemical bonding. This is motivated by results observed in chemistry education that revealed that the traditional approach utilized in the teaching of this concept doesn’t have the required effectiveness (Teichert & Stacy, 2002). More specifically, researchers have found in the last two decades that students don’t reach a deep understanding of the key aspects regarding the bonding concept, develop alternative conceptions, and fail to connect their own mental models and build a coherent conceptual framework (Bodner & Domin, 1998; Griffiths & Preston, 1992; Herron, 1996; Peterson & Treagust, 1989; Taber, 2001b; Özmen, 2004). Some efforts to improve analyse student comprehension of chemical bonding with students of these ages have been carried out in Spain (de Posada, 1999) and in some Latin American countries (García & Garritz, 2006) by using a careful design of new teaching strategies, but literature is not found on any actions of this kind taking place in Spain. Aligned with this situation, the current study shows a new approach for teaching this concept designed for and tested with 1st year high school students of the Spanish Education System.
LITERATURE REVIEW
Chemical bonding in high school curricula in Spain
Chemical bonding is part of the Spanish Chemistry curricula in the second cycle of Compulsory Secondary Education (ESO, 14-16 year students) and also in the two courses of “bachillerato”, or Non-compulsory Secondary Education (ES, ages 16-18). Although it is part of the chemistry
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curriculum in compulsory education, Chemistry as a subject is elective, what means that not all the students do take Chemistry.
The concept is faced with different depth in curricula of the subject called Physics and Chemistry (ESO) or in the subject named just Chemistry (ES). But in all the cases teacher purpose is to make students realize that chemical bonds determine measurable macroscopic properties of substances. However, most of the teachers/students fail in reaching this understanding and in driving conclusions that connect microscopic bonds with macroscopic properties (Nahum, Mamlok-Naaman, Hofstein & Krajcik, 2007).
The traditional approach for teaching chemical bonding
The chemistry-teaching community identifies bonding as one of the most important concepts in chemistry, but they realize that this is not properly understood by students. This is a fact not only at the high school level but also in first year college students (freshmen). Experts consider the reason for this could be the lack of effectiveness of the way it is traditionally taught and name it as the traditional pedagogical approach (Nahum et al., 2007).
This pedagogy is characterized by simplification. It considers elements classified as metals, nonmetals, and semimetals, and compounds as combinations between elements, being covalent between nonmetallic elements, and ionic between a metal and a nonmetal. Moreover, many chemistry books at pre-university level and even at university level (college level) don’t relate to hydrogen bonds or to van der Waals interactions as chemical bonds (Nahum et al., 2007). They are not considered apart from chemical bonds by all the scientist because they all share the electrostatic nature that aggregates particles to make more condensed phases (Hurst, 2002). As Nahum et al. (2007, p. 581) say "the teaching of this concept is often too simplistic, and it seems that this simplification doesn’t entail student comprehension of the concept".
Students have their own preconceptions on chemical bonding, and develop misconceptions due to the way it is taught in previous courses (Özmen, 2004). It is influenced by teacher skills, but overall by teaching materials used among which the most important and widely used among teachers is the textbook (Bergqvist, Derchsler, De Jong & Rundgren, 2013). Regarding teachers’ skills, Chemistry teachers in Spain are Chemistry majors who directed to education after taking a Master degree in General Education, and after passing a public competitive exam. Spanish teacher experience (Felipe, Moliní & Pérez, 2012) is aligned with Bergqvist et al. (2013) when they say that the main ideas reached by students using traditional textbooks are:
- Atoms need to have octets in the outermost shells.
- Atoms tend to share, loss or gain electrons in order to reach the octet.
- In a lattice, interactions are only present between atoms shown in the chemical formula of thecompound but not among neighbours in all directions.
- Bonds are determined by valence electrons.
- Ionic compounds are represented as molecules without taking into account that they arestructured as an ionic lattice.
- Intermolecular forces are not chemical bonds.
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Similarly to other authors these ideas are considered by us as misconceptions (Nahum, Mamlok-Naaman, Hofstein & Taber, 2010) because they don’t have to do with a global comprehension and interpretation of chemical bonding: The students do not identify the electrostatic nature of chemical bonding. The fact that students don’t relate macroscopic properties with microscopic particles and the electrostatic nature of the forces among them in solids is caused by the confusing way it is presented in textbooks and the idea of “teaching this concept” that the teachers have mainly based in this written material.
Goals and Research Questions
The main goal of this study is to develop a New Teaching Approach (NTA) for chemical bonding to be taught to 1st year high school students in the Spanish Education System intended to improve their understanding of the concept.
Research questions:
1. What is crucial to take into account to design a NTA for these students?
2. Can a better understanding be reached with a NTA?
To answer these questions we carried out the current study.
METHODOLOGY
The used methodology has been qualitative and quantitative: qualitative respecting the design of the NTA dealing with chemical bonding, and quantitative regarding the testing of effectiveness of this NTA.
Participants
Two 1st year high school student groups have been selected. Because teachers follow a similar time sequence in covering the chemistry curriculum, they have been taught by two different teachers supporting these experiment with the researchers. During the experiment they have been in narrow contact between them and with the researchers in order to assure the control of the implementation and the teacher variable. The NTA has been implemented with one of the groups (experimental group, EG) while the traditional teaching approach (TTA) has been used with the other student group (control group, CG). Both groups amounts similar number of students: 23 students the EG and 25 students the CG. The class sessions are 55 minute long and the number of them for each step (see appendix 2) is 3 for Step 1; 5 for Step 2; 2 for Step 3, 2 for Step 4; 2 for Step 5; 1 for Step 6 and 4 for Step 7. They have been carried out in the spring semester, from January to April.
According to Spanish chemistry curriculum, 1st year high school students have previously studied some elementary chemistry notions in 3rd and 4th level of Compulsory Secondary Education (ESO). It means that students must know about the electrical nature of matter and must have certain initial knowledge of chemical bonds.
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Testing the effectiveness of the proposal
In order to measure the knowledge acquisition with our NTA we design a test (see appendix 1) consisting of 24 multiple choice questions. This test was prepared by the authors after theanalysis of literature on difficulties in teaching-learning chemical bonding (Özmen, 2004),students’ preconceptions. (Pérez, Felipe & Moliní, 2012) and the professional experience of theauthors. The test was used to check student understanding of chemical bonding after beingtaught this topic. The school principal was informed about the aim of the study as well as thestudents. They accepted to answer it and consented freely. The test was delivered to studentsin both EG and CG. The results are recorded in an anonymous way, the student answersanalysed and compared between EG and CG in terms of deep comprehension of chemicalbonding.
RESULTS
Design of the New Teaching Approach.
The design of the NTA was based on studies previously carried out by other researches (Leach & Scott, 2002; 2003). In the NTA we define the learning objectives (LO) in a first step, and, secondly the content sequences, in order to reach the learning objectives. After that, one set of test questions was assigned to each learning objective and activities are prepared intended to help students reach the LO.
The analysis of the literature regarding the teaching of chemical bonding, informal in-class observations of the teaching of this concept implemented by high school professors and textbooks used in Spain for this course lead us to take into account the following parts in the design of our NTA:
- Historical evolution of the concept of chemical bonding: epistemological difficultiesdetected in history and arguments used to build new teaching models (Driver &Oldham, 1986)
- Learning objectives: to specifically determine what students are expected to knowand the sequence in the achievement of the targets.
- Activity planning, based on the structure proposed by Leach and Scott (2003),including initial activities, development, experimental activities and assessment.
Due to the fact that there is no literature about the Spanish case, the design of the NTA has been made by taking into consideration the experiences carried out in other countries (Leach & Scott, 2002; 2003; Nahum et al., 2007; Nahum et al., 2013; Lee & Cheng, 2014), our previous analysis of the way chemical bonding is introduced in Secondary Education Spanish Chemistry textbooks and another analysis of Chemistry textbooks in schools carried out by Bergqvist et al. (2013). The conclusions driven from our previous study (Pérez et al., 2012) is that in school textbooks the treatment of chemical bonding differs mainly in Content Sequence (CS), Vocabulary used (V), classification of substances by Kind of Chemical Bonds (KCB), and
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consideration of Intermolecular Forces as Chemical Bonds (IFCB). Those will be crucial points respecting our NTA design.
The NTA has been designed based upon the model proposed by Taber and Coll (2002) and Bergqvist et al. (2013) but introducing some modifications. The NTA begins with the study of some “real-world” chemical reactions and explaining that bonds are broken and formed during chemical reactions thus leading to new substances with new physical properties. Then the properties of different substances are studied because one of the purposes of the model is to justify properties of substances by making use of bond concepts. Similarly to the model proposed by Taber and Coll (2002), the NTA is based upon the effect of electrostatic forces for all types of bonding, and minimizes the use of the octet rule or electronic configuration. We proposed to change the order in the introduction of the types of bonding by teaching ionic bonding first, followed by metallic bonding and, lastly, covalent bonding (see Steps in appendix 2). Regarding covalent bonding, we started with solids in a covalent lattice, continued showing discrete molecules and ended with intermolecular bonds. Appendix 2 includes the NTA. There, it is emphasized the electrostatic nature of chemical bonds and the fact that ionic bonding is not considered simply as an electron transfer (Taber & Coll, 2002) over all in Step 7.
The comparison between the NTA and the traditional one respecting these 4 crucial points indicated in the paragraph above is shown in table 1.
Table 1: Comparison of TTA and NTA according to the crucial points observed.
Traditional teaching approach (TTA)
New teaching approach
(NTA)
CS -Definition of chemical bonding
-Introduction of types of bonds
-Classification of substances andproperties of substances.
-Introduction of intermolecular forces.
-Introduction of Chemical Reaction.
-Introduction of Properties of Substances.
-Introduction of Crystal Solids and its differentconstituent particles (atoms, ions, molecules).
-Classification of chemical bonds
V -Use of different words for “crystalstructure solid”: crystal solid, crystal,atomic or reticular lattice.
-Different nomenclature used fordifferent types of solids.
-Use of the word “solid substance” withreference to its constituent particles like ions,atoms, or molecules.
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KCB
-Classification of bonds in ionic, covalentand metallic.
-Consideration of several kinds ofcovalent bonding for very differentcompounds, never including substanceslike solid iodine or water.
-Classification according to constituentparticles: ionic substances when ions,molecular substances when molecules, atomicsubstances when atoms, and metallicsubstances when metals.
IFCB
-Consideration apart from chemicalbonding.
-Molecular solids are not included.
-Consideration of Intermolecular Forces aschemical bonds due to its electrostatic nature.
The NTA learning objectives (LO) indicated in table 2 were determined according to the 4
crucial points included in table 1.
Table 2: LO of the NTA and associated test questions.
Learning Objectives Test questions
1.To identify chemical change and chemical reaction and to
relate it to broken and built bonds All
2. To identify physical and chemical properties of substances
(macroscopic level) 3, 4, 8, 15
3. To identify constituent particles in solids (microscopic level) 1, 10, 16, 20
4. To relate macroscopic properties of solids with constituent
particles at microscopic level and the electrostatic nature of
forces among particles
9, 23, 24, 17
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5.To identify the reason for bond formation with lowering of
energy 2, 5, 21
6. To identify chemical bonds 6, 12, 13 ,14
7. To know how chemical bonds are formed 7,11,18,19,22
The proposed activities are directed to help students reach these LO. They can be seen in appendix 2. With the NTA we try to motivate students through hands on activities; overtake the difficulties related with learning chemical bonding; help students relate to chemical bonding and macroscopic properties of substances; be aware of the electrostatic nature of chemical bonding; and lead students use their acquired knowledge to interpret their environment.
We followed seven steps in the implementation of the NTA in order to help students achieve the pursued LO. After that, we were able to measure student understanding with the ad hoc prepared test.
Effectiveness of the New Teaching Approach
As it was indicated above, we delivered the test to EG and CG after teaching students in both groups the topic of chemical bond, by implementing the NTA in the former and the TTA in the latter. The questions in the test were assigned to the LO as shown in table 2. Learning objective number 1 (LO1) is a general objective related with conceptualization and authors assume it is achieved after succeeding in the test as a whole. Student answers to test questions in EG and CG are compared. The comparison of collected answers is shown in appendix 4, and figure 1 and figure 2 in the next section show the comparison between EG and CG for the six LO.
DISCUSSION
Figure 1 shows the results of the questions in the test regarding LO 2, 3 and 4 for EG and CG. Students in EG gave less correct answers to the questions related with LO2 (To know physical and chemical properties of the substances) than those in CG, but this short difference is not significant. Students in EG gave more correct answers to the questions related with LO3 (To identify constituent particles in solids) and LO4 (To relate macroscopic properties of solids with constituent particles at microscopic level and the forces among particles).
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Figure 1: Answers of EG and CG to questions related with LO 2, 3, and 4.
Taking these results into account, we can say that the NTA favors that students develop deeper comprehension of microscopic and macroscopic properties of substances, and understand better the electrostatic nature of chemical bonding.
A deeper analysis of the previous figure let us see that the biggest difference between EG and CG lies in LO3. In this case, students in EG gave 59.8 % of correct answers while those in CG answered right only 28 %. This fact entails for students in this group a better comprehension of microscopic particle composition of solids. It is interesting to go even deeper in the analysis of the answers to questions related with this LO (see table 2) to remark the case of question number 20: 74% students in EG answered correctly the particles that constitute sodium chloride, while in CG only 24% of students gave the correct answer. We assign the big difference particularly in this question to the materials and design prepared for Step 3 in the NTA. It consists of several activities among which is the projection of videos and slides including structures of different solid crystals, focusing on constituent particles. It provides students with a visual framework, favoring the formation of their own models for learning.
LO4 is the one that involves relationships between macroscopic properties and microscopic bonds, and is one of the key points considered by the authors in order to achieve a deep understanding of chemical bond. In this respect, we see better results for students in EG, 52.2 %, than for those in CG, 45 %. Therefore, going deeper to the results in each question composing this LO (table 2) we observed that, in spite of the fact that students in EG gave more correct answers to question 24, it is CG that gave better results in question 23 (36% vs 21,7% in EG), while for questions number 9 and 17 both did similarly right. We try to manage the achievement of connection between microscopic structure and macroscopic properties in the NTA by introducing activities where students were required to classify different substances based on macroscopic properties, put them in a table, make another classification in terms of constituent particles, relate it with the previous one, and show conclusions in a mind map
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(activity 15 and 16, Appendix 3). The results on correct answers to these questions is better in EG; nevertheless, it is less than 50%. This fact lead us to conclude the hardness found by students in relating microscopic information (constituent particles and forces among them in solids) and macroscopic information (properties) of the same solid substance.
Figure 2: Answers of EG and CG to questions related with LO 5, 6 and 7.
Figure 2 shows the results concerning LO5, 6 and 7. Respecting LO5 (To identify the reason for bond formation with lowering of energy), 46.3% of students in EG answered right, while 34.6% of students in CG did. A similar result is observed by other researchers when dealing with the relationship between bond formation and energy (Becker & Cooper, 2014). Among the questions composing this objective, it is important to remark the answers to question number 2 that deals with the reason for bond formation: in EG, 52% of students gave right answers while only 36% did in CG. In addition to that, it is also remarkable that out of the 48% of students in EG who didn’t answer it right, 80% considered the gain or the loss of electrons as a reason for bond formation. Moreover, it is remarkable the scarce number of right answers to question 21, 8.7%, in EG and about half, 4%, in CG. We find that this results reflect the fact that students don’t realize the role of energy in this process. On the contrary, they rather tend to apply and remember simple rules like the “octet rule” or the “trend to reach the closest noble gas electron configuration” as reasons for bond formation.
The number of right answers corresponding to LO6 as a whole are merely the same in both groups, 71.7% in EG and 71% in CG. Therefore it is remarkable the big difference observed in question 12 and question 13. For the former, 88% in CG gave correct answers while 56.5% did in EG, but conversely for the later, 60% in CG versus 91.3% in EG gave correct answers In question number 12 students must just realize which atoms are metals and which are non-metals, so classify them in these two categories, and it is better done by CG students. But when asking about the possible combination among the elements in these two categories (question 13), students in EG did better, what we interpret that shows a deeper understanding of chemical
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bond. The TTA shows a dichotomy regarding chemical bond: ionic bond for metal-non-metal combination, covalent bond among non-metals, and studies the two kind of bonds as completely apart entities. This classification may lean students just memorize and therefore rise the number of correct answers without actual comprehension of chemical bond formation. However, NTA emphasizes in showing chemical bonds among atoms, no matter whether atoms are metals or non-metals, as different kind of electrostatic forces, what implies a deeper comprehension of bond formation.
Finally, figure 2 shows that students in EG gave a higher number of right answers, 55.7%, than students in CG, 39.2%, concerning LO7 (To know how chemical bonds take place). It seems that students in EG know how bonds are formed better than those in CG.
A general insight into the implementation of the NTA let us conclude that students in EG succeeded a higher number of times in questions related with all LO except with LO2. The analysis of answers to the 24 questions composing the test let us say that, although students in CG answered better to 7 questions, students in EG did better in more questions, 17, what implies that students in the latter group, EG, answered significantly better to the test as a whole. In addition to that, we compared percentages of students who answered right in the questions: 44.2% of students in CG did versus 55.7% of students in EG. Due to the fact that our student sample has n<30, we have applied a t-student test to the comparison of correct answer percentages. It can be said that in EG students answered more correctly about chemical bond than CG students with 99.5 % confidence level.
From all this collected information we would say that the NTA help students understand better the topic of chemical bonding than the TTA. However there are some issues in the complete comprehension of chemical bond that are not achieved by students neither with the traditional approach nor with this NTA, like how a bond is produced and the identification of the reason for bond formation with lowering energy and increasing stability. Therefore, the NTA needs to be improved intending to overtake the weakest points still detected in students understanding of chemical bonding.
At the moment, the NTA has been implemented only for one academic year. Therefore, we show in this work only preliminary results. More research is clearly needed. It is our intention to improve the design of NTA and the test, and continue the research in the coming years.
CONCLUSIONS
The research questions posed have been answered. Regarding question 1, it has been designed a NTA for the teaching of chemical bonding including the mixing of content and teaching activities. The four crucial aspects found around which NTA has been designed are: Content Sequence, Vocabulary, Classification of substances by Kind of Chemical Bond, and consideration of Intermolecular Forces as Chemical Bonds. The NTA consists of a sequence of activities emphasized in the study of chemical reactions, and the relationship between microscopic structure and macroscopic properties of substances.
After the implementation of NTA and measurement of its effectiveness with the test, we can say that students in EG reached better results than those in CG in LO3, LO4, LO5 and LO7.
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They find nearly same results as students in CG in LO6, and only in LO2 students in EG achieved worse results. Considering the test as a whole, students in EG answered better than those in CG with 99.5% confidence. From that, we can say that the NTA is more effective than the TTA for teaching chemical bonding, which answers research question 2.
Some weaknesses have been observed after analysis and use of NTA and the tool designed to measure its effectiveness: the test. Firstly, regarding the latter, no questions about metallic bond have been included. Secondly, although in step 7 we try to clarify the electrostatic nature of chemical bonding, it is finally not enough emphasized due to the lack of questions in the test regarding this issue. In addition to that, although the average of right answers in EG is higher than in CG, 55.7% vs 44.4%, this percentage is just slightly above half the students. Going deeper in the causes for that we find the following: still some questions do have a level of right answers lower than 50% for students in EG. This is the case of questions 15 and 16, which shows that the hardness found by students relating microscopic particles and macroscopic properties of the same solid substance is not yet properly handled in NTA. In this group of low rates of right answers, questions 2, 5 and particularly 21 are found, all related with the identification of bond formation with lowering energy and increasing stability.
It means that NTA still needs to be improved in terms of emphasizing the electrostatic nature of chemical bonds, helping students understand the role of energy in bond formation, and avoiding the interpretation of ionic bonds as electron transfer. The test must be modified by introducing questions about metallic bonds and the electrostatic nature of chemical bonds. After this changes, a new study parallel to the current one could be done in order to check student understanding of the topic.
ACKNOWLEDGEMENTS
We acknowledge the school and students participating in the project and the professors who collaborate with interesting suggestions.
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APPENDICES
Appendix 1
MULTIPLE CHOICE TEST FOR 1ST YEAR BACHILLERATO STUDENTS
(Students 16-17 years old)
1. Referred to sodium chloride (NaCl) chose the right answer:
a) It forms a cations’ crystal lattice
b) It forms an ions crystal lattice
c) It forms an atomic crystal lattice
d) It forms a molecular crystal lattice
2. Atoms bond together because:
a. They tend to lose or gain electrons
b. They tend to gain electrons
c. They share electrons
d. They tend to a minimum energy state.
3. Provided the following substances: KI, AlI3, I2 and K, indicate the right answer:
a. When solid, KI conducts electricity
b. The highest boiling point corresponds to AlI3
c. The hardest is K
d. Solid I2 sublimes at room temperature
4. Respecting a compound composed by elements A and B with atomic numbers 11 and 9respectively, mark the option which is not right:
a. In solution, the compound is a good electricity conductor
b. The compound has a low melting point
c. The compound has a high boiling point
d. When melted, the compound will be a good electricity conductor.
5. To have two atoms joined by a chemical bond it is required that:
a. Atoms are the same kind.
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |22
b. Atoms are different between them.
c. Joined atoms form a more stable system than when they are apart.
d. Protons are transferred.
6. Which of the following pairs are expected to form ionic bonds:
a. S and O
b. Na and Ca
c. Na and F
d. O and O
7. Fluorine, Z=19, and sodium, Z=11, join together in a compound formed by:
a. Attractive electrostatic forces.
b. Transferring one electron from each sodium atom to each fluorine atom.
c. Sharing a pair of electrons, one from sodium atom and the other one fromfluorine atom.
d. Sharing a pair of electrons, both from sodium atom.
8. Choose among the following options the one that includes methane properties at roomtemperature:
a. Solid, insoluble in water and no electricity conductor.
b. Liquid, insoluble in water and no electricity conductor.
c. Gas, insoluble in water and no electricity conductor.
d. Gas, soluble in water and no electricity conductor.
9. Among the following options that show properties of ionic lattice chose the right onefor covalent solids:
a. Show high melting and boiling points
b. Are typically fragile
c. Are very soft
d. Are good electricity conductors.
10. Say which of the following statements is right for unit cell in crystal lattices:
a. Unit cells in metal lattices are formed only by positive ions.
b. Unit cells in metal lattices are formed by positive and negative ions.
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c. In a few metals, unit cells are formed only by negative ions.
d. Unit cells in metal lattices are formed by positive ions and neutral atoms.
11. Bonds are formed by interactions among:
a. Ions
b. Electrons
c. Atoms’ nuclei
d. All of them
12. Which of the following substances is formed by a metal and a nonmetal:
a. Methane
b. Oxygen
c. Sodium chloride
d. Water
13. Which of the following substances shows ionic bond:
a. Methane
b. Water
c. Oxygen
d. Sodium chloride
14. Say which of the following substances shows metallic bond:
a. Ammonia
b. Diamond
c. Copper
d. Carbon dioxide
15. Due to the kind of bond, iron shows the following property:
a. It doesn’t conduct electricity because it doesn’t have ions
b. It conducts electricity only when dissolved or melted
c. It doesn’t conduct electricity because it doesn’t have free electric charges
d. It is a good conductor when in the solid phase
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |24
16. Which substance among the following ones has only cations in the corners of the unitcell:
a. Sodium
b. Water
c. Diamond
d. Sodium chloride
17. Among the following substances, choose the one that shows metallic bond:
a. H2O
b. CaBr2
c. O2
d. Fe
18. To form calcium cation, calcium...
a. Losses one electron
b. Gains two electrons
c. Losses two electrons
d. Gains one electron
19. Carbon dioxide is found in nature:
a. Forming molecules
b. Forming atomic crystals
c. Forming ionic crystals
d. Forming covalent crystals
20. In sodium chloride crystal lattice, particles in the corners are:
a. Anions
b. Cations
c. Anions and cations
d. Atoms
21. Mark the correct option:
a. Atoms bond to reach a noble gas electron configuration.
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b. Atoms bond to form combinations with higher energy
c. Atoms bond to fulfill the octet rule
d. Atoms bond to form combinations with lower energy and higher stability
22. Ionic bond is formed between:
a. Two ions with opposite charges
b. Two ions with same charges
c. Two cations
d. Two anions
23. Mark the covalent solid that forms a lattice among the following substances:
a. Diamond
b. Iron
c. Sodium chloride
d. Ice
24. Among the following substances that form solid lattices, mark the ionic one:
a. Quartz
b. Sodium
c. Sodium chloride
d. Carbon dioxide
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |26
Appendix 2
Steps in the NTA:
1. To explain what is a chemical reaction, kind and how it takes place by means ofperforming chemical reactions in a laboratory.
2. To classify substances regarding solubility, electrical conductivity, melting andboiling point, after experimenting with them.
3. To draw internal structure of substances to support the analysis of (experimentallydetermined) behavior in order to identify constituent particles.
4. To conclude that macroscopic properties of substances are determined by bondsamong particles.
5. To identify the reason for bond formation with the lowering of energy.
6. To identify the different kinds of bonds.
7. To analyze the different kinds of bonds in terms of the nature of forces.
Step 1: (LO1)
It will be introduced what is a chemical reaction, how it takes place by breaking down bonds in reactants and building new ones in products. An example will be proposed where ball molecular models have to be used to show the bonds broken in reactants and those ones built in products.
Student answers to questions 4 and 5 are used as starting points for developing this step.
1. What is a chemical reaction? Give an example explaining what happens anddraw the process.
2. A video on chemical reactions is watched.
3. The combustion of methane is used to be represented by means of molecularmodels.
4. Do you think that reactants and products have different properties becauseatoms are combined in a different way? Why?
5. How do you know that a chemical reaction has taken place? Would you relatechemical change with chemical reaction? Use a model to represent thecombustion of methane, different from the one that uses chemical formulas,and figure out the microscopic process.
Step 2: (LO2)
Macroscopic physical properties of solid substances will be analyzed by means of an experiment. The properties to be analyzed are electrical conductivity, solubility, melting and
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boiling point. Based on the values of these properties the substances will be classified and differences among them will be identified.
6. Laboratory Experiment. Theoretical introduction.
7. Substances are presented and the proposed macroscopic properties aremeasured:
8. Water solubility.
9. Electrical conductivity.
10. Melting point.
11. Make a table showing values of these properties and comparing values amongthem.
Step 3: (LO3)
Plots of the analyzed solids will be used in order to identify constituent particles in each solid category.
12. Projection of structures of crystalline solids and relationship of differentstructures with the target substances.
Step 4: (LO4)
To connect macroscopic properties of substances with microscopic particles and forces among them, we start from student answers to question 13 and 14.
13. Do you think the microscopic structure of substances has to do with themacroscopic appearance and the macroscopic properties?
14. Do you think that macroscopic properties of substances have something to dowith internal forces among particles? Give an example with the analyzedproperties.
15. Students are required to compare the categories made by consideringmacroscopic properties and those obtained by considering constituentparticles.
16. Students are required to make a concept map showing conclusions up to thismoment.
17. Provided that CO2 has a low melting point and doesn’t conduct electricity,what kind of solid it is and what are its constituent particles? Provided thatdiamond doesn’t conduct electricity and has a high melting point, what kind ofsolid it is and what are its constituent particles?
Step 5: (LO5)
By starting from student answers to question 18, they performed point 19.
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |28
18. Why do you think atoms, molecules or ions bond together? Would youidentify particles in a solid by means of macroscopic properties?
19. Stability plot and forces in bonds are analyzed by students.
Step 6: (LO6)
We start this step with this question: What do you think are stronger forces that keep molecules together in a molecular solid or those that keep ions together in an ionic solid?
20. Classify the next substances as ionic, molecular, atomic or metallic. .
Substance Melting point Electrical Conductivity
Water solubility
A 112ºC Non conductor Insoluble
B 650ºC Conductor in water solution
Soluble
C 300ºC Non conductor Insoluble
D -60ºC Non conductor Insoluble
Step 7: (LO7)
All chemical bonds of any type are presented as the effect of electrostatic forces and the reason why bonds are formed in terms of energy change and not in terms of the octet rule or electronic configurations.
1. Analysis of sodium chloride formation from the lattice structure and notpresented in terms of electron transfer.
2. Analysis of metallic bond: Different models for metallic bond are presented asdifferent entities to explain the facts and the metal properties.
3. Analysis of covalent bonding and Lewis plot of solids by starting with thecovalent lattice before discrete molecules to avoid presenting covalent bond interms of just sharing electrons.
4. Analysis of intermolecular bonds considered as the weakest bonds.
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Appendix 3
Percentage of correct answers of EG and CG to particular test questions
Learning Objectives
Test question
number
% Correct answers
CG
(N= 25)
EG
(N= 23)
2 3 20 43.5
2 4 44 26
2 8 76 43.5
2 15 56 69.9
3 1 56 82.6
3 10 16 52
3 16 16 30.4
3 20 24 74
4 9 56 52.2
4 23 36 21.7
4 24 32 78.3
4 17 56 56.5
5 2 36 52
5 5 64 78.3
5 21 4 8.7
6 6 68 74
6 12 88 56.5
6 13 60 91.3
6 14 68 65.2
7 7 48 65.2
7 11 60 34.8
DA INVESTIGAÇÃO ÀS PRÁTICAS |30
7 18 40 56.5
7 19 20 48
7 22 28 74
187
Capítulo7:Conclusionesfinales
176
188
Conclusiones finales
7. CONCLUSIONES FINALES
7.1 Conclusiones
Análisis de los libros de texto
1. Las editoriales estudiadas incurren, en mayor o menor medida, en
confusiones terminológicas, conceptuales y epistemológicas similares.
2. No existe una gran diferencia en la secuenciación de los contenidos
presentada por las distintas editoriales.
3. Hay un gran confusionismo en la terminología utilizada, no solo de unas
editoriales a otras sino incluso, dentro de la misma editorial, sobre todo
en la clasificación de las sustancias según el tipo de enlace y en el
estudio de los distintos tipos de fuerzas intermoleculares.
4. Frecuentemente se presentan términos que no han sido definidos o
explicados, y se usan indistintamente diferentes terminologías para
referirse al mismo concepto.
Análisis de la Ideas Previas
5. Los alumnos de 4º ESO y 1º Bachillerato presentan concepciones
alternativas sobre el enlace químico muy semejantes, a pesar de que los
estudiantes de 1º de Bachillerato han recibido instrucción sobre el tema
durante más tiempo.
6. Los estudiantes de 1º Bachillerato presentaron una mayor dificultad que
los de 4º ESO en relación con la identificación de las partículas que
constituyen los distintos tipos de sólidos.
Propuesta didáctica plurimetodológica para 3º ESO
7. Se ha diseñado y elaborado una secuencia didáctica plurimetodológica
para introducir el concepto de enlace químico en 30 de ESO en la que el
AC y la ECBI juegan un papel fundamental pero en la que también el
profesor/a introduce determinados conceptos en el momento en que los
177
189
Conclusiones finales
alumnos se encuentran motivados para recibir las
aclaraciones/explicaciones correspondientes.
8. La propuesta didáctica plurimetodológica presentada aumenta la
motivación de los alumnos en el estudio el enlace químico.
9. Los estudiantes del GE participaron activamente en todas las
actividades incluidas en la secuencia didáctica, pero presentaron
dificultades a la hora de realizar los diseños experimentales y de
registrar los resultados, en las fases de la secuencia con metodología
ECBI, y en la visualización de estructuras cristalinas.
10. El análisis estadístico muestra que GE mejora significativamente más
que el GC, por lo que concluimos que la propuesta plurimetodológica
empleada resulta más eficaz para la enseñanza del enlace químico
que la enseñanza tradicional.
11. Los estudiantes del GC tuvieron más dificultades que los estudiantes
del GE para asimilar los conceptos químicos relacionados con el
enlace químico.
Enseñanza del enlace químico en 1º Bachillerato
12. La propuesta didáctica presentada enfatiza la naturaleza electrostática
de todos los tipos de enlace, incluidas las fuerzas intermoleculares,
minimizando el uso de la regla del octeto.
13. La propuesta didáctica presentada difiere, fundamentalmente, de la
enseñanza tradicional en la secuenciación de los contenidos, la
terminología utilizada y la clasificación de las sustancias según el tipo de
enlace.
14. La secuencia propuesta para el estudio de los diferentes tipos de
enlaces químicos comienza con el enlace iónico, seguido del metálico y
finaliza con el enlace covalente, estudiando primero los sólidos
covalentes y finalmente las moléculas discretas.
178
190
Conclusiones finales
15. Con un 99,5 % de confianza podemos afirmar que la secuencia
propuesta es más efectiva que la enseñanza tradicional para la
enseñanza del enlace químico.
7.2 Limitaciones
Este estudio presenta limitaciones que hay que tener en cuenta y que
vamos a ir detallando para cada uno de los estudios realizados. En cuanto al
estudio dedicado al análisis de los libros de texto hay que indicar que la
muestra era pequeña y no aleatoria, pues los libros elegidos para tal análisis
fueron los que se encontraban en el departamento de Física y Química. Se
utilizaron libros de tres editoriales, que son las empleadas más habitualmente
por los profesores. El número de editoriales incluidas en el estudio es una de
las limitaciones del mismo. En cuanto al estudio sobre ideas previas de los
alumnos la elección de la muestra tampoco fue aleatoria, ya que todos los
alumnos pertenecían a los centros donde la profesora investigadora impartía
clases. Estos I.E.S. están situados en la provincia de Albacete y no en toda la
geografía española, lo que constituye una limitación del estudio realizado. La
misma situación se da en el caso de los estudios realizados sobre el diseño e
implementación de las propuestas didácticas de 30 de ESO y 10 de bachillerato,
los alumnos participantes no se eligieron aleatoriamente, sino que fueron
seleccionados como GC y GE, unos grupos determinados del I.E.S. donde la
profesora investigadora impartía docencia. Otra limitación de ambos estudios,
fue que las profesoras que impartían la docencia en el GC y en el GE no fue la
misma, lo que podría afectar a los resultados, aunque el proceso estuvo
controlado en todo momento por la investigadora. En el caso de la propuesta
didáctica para 10 de Bachillerato, los resultados obtenidos indican que debe de
ser mejorada para enfatizar la naturaleza electrostática del enlace químico.
Otra limitación que presenta el estudio se debe al test elaborado para testar la
eficacia de la propuesta. El test debería haber incluido más cuestiones sobre la
naturaleza del enlace químico y sobre el enlace metálico. Finalmente, el
número de cursos académicos en los que se implementaron las propuestas, un
179
191
Conclusiones finales
único curso en 10 de bachillerato y dos cursos en 30 de las ESO puede ser otra
de las limitaciones de los estudios realizados.
A pesar de las limitaciones indicadas anteriormente, creemos que los
estudios realizados en esta tesis son una contribución a la mejora del proceso
de enseñanza/aprendizaje del enlace químico, que futuras investigaciones
podrán mejorar subsanando las limitaciones señaladas y ampliando el estudio
a otros conceptos fundamentales de la química.
180
193
Capítulo8:Referenciasbibliográficas
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202
215
Capítulo9:
203
216
Anexos
AN
EXO I
Currículo LO
MC
E: 2º ESO
Curso: 2º E
SO
Contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje evaluables
Bloque 1: La actividad científica
•E
tapas del método científico.
•M
edidas de
magnitudes.
Sistem
a Internacional
deU
nidades. Notación científica.
•U
tilización de las Tecnologíasde
la Inform
ación y
laC
omunicación.
•U
so del
laboratorio escolar:
instrumental
y norm
as de
seguridad.•
Proyecto de investigación.
1.R
econocer e identificar las características del método científico.
1.1. Form
ula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando
teorías y modelos científicos.
1.2. R
egistra observaciones, datos y resultados de manera organizada y
rigurosa, y los comunica de form
a oral y escrita usando esquemas,
gráficos, tablas y expresiones matem
áticas.
2.V
alorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el
desarrollo de la sociedad.2.1.
Relaciona
la investigación
científica con
las aplicaciones
tecnológicas en la vida cotidiana.
3.C
onocer los procedimientos científicos para determ
inar magnitudes.
3.1. E
stablece relaciones
entre m
agnitudes y
unidades utilizando,
preferentemente, el S
istema Internacional de U
nidades y la notación científica para expresar los resultados.
4.R
econocer los materiales e instrum
entos básicos presentes en ellaboratorio de Física y Q
uímica, así com
o conocer y respetar lasnorm
as de
seguridad y
de elim
inación de
residuos para
laprotección del m
edioambiente.
4.1. R
econoce e identifica los símbolos m
ás frecuentes usados en el etiquetado de productos quím
icos e instalaciones, interpretando su significado.
4.2. Identifica m
aterial e instrumental básico de laboratorio y conoce su
forma de utilización para la realización de experiencias respetando
las normas de seguridad e identificando actitudes y m
edidas de actuación preventivas.
5.Interpretar
la inform
ación sobre
temas
científicos de
carácterdivulgativo
que aparece
en publicaciones
y m
edios de
comunicación.
5.1. S
elecciona, comprende e interpreta inform
ación relevante en un texto de divulgación científica y transm
ite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.
5.2. Identifica las principales características ligadas a la fiabilidad y objetividad del flujo de inform
ación existente en internet y otros m
edios digitales.
6.D
esarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se pongaen práctica la aplicación del m
étodo científico y uso de las TIC.
6.1. R
ealiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto
de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC
para la búsqueda
y selección
de inform
ación y
presentación de
conclusiones. 6.2.
Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.
204
217
Ane
xos
C
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•
Cam
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Sus
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. •
Mez
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acuo
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y
colo
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. •
Mét
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stria
les,
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cnol
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as y
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méd
icas
.
1.
Rec
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mat
eria
y
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s co
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ural
eza
y su
s ap
licac
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s.
1.1.
D
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pro
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pro
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rístic
as
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eria
, util
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mas
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acte
rizac
ión
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sust
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as.
1.2.
R
elac
iona
pro
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de
los
mat
eria
les
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uest
ro e
ntor
no c
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l uso
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ello
s.
1.3.
D
escr
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la d
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ació
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perim
enta
l del
vol
umen
y d
e la
mas
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un
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calc
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ensi
dad.
2.
Just
ifica
r los
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e la
mat
eria
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las
varia
cion
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tem
pera
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.
2.1.
Ju
stifi
ca q
ue u
na s
usta
ncia
pue
de p
rese
ntar
se e
n di
fere
ntes
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ados
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re, y
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terp
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ción
de
fenó
men
os c
otid
iano
s.
2.2.
D
educ
e a
parti
r de
las
gráf
icas
de
cale
ntam
ient
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una
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bulli
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tific
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s.
3.
Iden
tific
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stan
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ezcl
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val
orar
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3.1.
D
istin
gue
y cl
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mas
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so c
otid
iano
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sust
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pura
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ést
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timo
caso
si s
e tra
ta d
e m
ezcl
as
hom
ogén
eas,
het
erog
énea
s o
colo
ides
.
3.2.
Id
entif
ica
el d
isol
vent
e y
el s
olut
o al
ana
lizar
la c
ompo
sici
ón d
e m
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e es
peci
al in
teré
s.
3.3.
R
ealiz
a ex
perie
ncia
s se
ncill
as d
e pr
epar
ació
n de
dis
oluc
ione
s y
desc
ribe
el
proc
edim
ient
o se
guid
o as
í com
o el
mat
eria
l util
izad
o.
4.
Pro
pone
r mét
odos
de
sepa
raci
ón d
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mpo
nent
es d
e un
a m
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4.1.
D
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s pr
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o.
5.
Rec
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mat
eria
. 5.
1.
Des
crib
e la
s ca
ract
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ticas
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las
partí
cula
s su
bató
mic
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ásic
as y
su
loca
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ión
en e
l áto
mo.
6.
Dife
renc
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áto
mos
y m
oléc
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ntre
el
emen
tos
y co
mpu
esto
s en
sus
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ias
de u
so
frecu
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y c
onoc
ido.
6.1.
R
econ
oce
los
átom
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las
mol
écul
as q
ue c
ompo
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o fre
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s en
ele
men
tos
o co
mpu
esto
s ba
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ose
en s
u ex
pres
ión
quím
ica.
6.2.
P
rese
nta,
util
izan
do la
s TI
C, l
as p
ropi
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es y
apl
icac
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uiad
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info
rmac
ión
bibl
iogr
áfic
a y/
o di
gita
l.
205
218
Anexos
Contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje evaluables
Bloque 3: Los cam
bios •
Cam
bios físicos
ycam
bios químicos.
•La reacción quím
ica.•
Ley de
conservaciónde la m
asa.•
La quím
ica en
lasociedad
y el
medio
ambiente.
1.D
istinguir entre
cambios
físicos y
químicos
mediante
larealización
de experiencias
sencillas que
pongan de
manifiesto si se form
an o no nuevas sustancias.
1.1. D
istingue entre cambios físicos y quím
icos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no form
ación de nuevas sustancias.
1.2. D
escribe el procedimiento de realización de experim
entos asequibles en los que se pongan de m
anifiesto la formación de nuevas sustancias y reconoce que se trata
de cambios quím
icos.
2.C
aracterizar las reacciones químicas com
o cambios de unas
sustancias en otras.2.1.
Identifica cuáles son los reactivos y los productos de reacciones químicas sim
ples interpretando la representación esquem
ática de una reacción química.
3.D
educir la ley de conservación de la masa y reconocer
reactivos y productos a través de experiencias sencillas delaboratorio y/o sim
ulaciones por ordenador.
3.1. R
econoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones quím
icas sencillas y comprueba experim
entalmente que se cum
ple la ley de conservación de la m
asa.
4.C
omprobar
mediante
experiencias elem
entales de
laboratorio la
influencia de
determinados
factores en
lavelocidad de una reacción quím
ica.
4.1. P
ropone el
desarrollo de
un experim
ento sim
ple que
permita
comprobar
experimentalm
ente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de form
ación de los productos de una reacción química.
4.2. Interpreta
situaciones cotidianas
en las
que la
temperatura
influye significativam
ente en la velocidad de una reacción química.
5.R
econocer la importancia de la quím
ica en la obtención denuevas sustancias y en la m
ejora de la calidad de vida de laspersonas.
5.1. C
lasifica algunos productos de uso cotidiano en función de su procedencia natural o
sintética.
5.2. Identifica
y asocia
productos procedentes
de la
industria quím
ica con
su contribución a la m
ejora de la calidad de vida de las personas. 6.
Valorar la im
portancia de la industria química en la sociedad
y su influencia en el medio am
biente.6.1.
Describe el im
pacto medioam
biental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los
óxidos de
nitrógeno y
los C
FC
y otros
gases de
efecto invernadero,
relacionándolo con los problemas m
edioambientales de ám
bito global. 6.2.
Propone m
edidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los
problemas m
edioambientales de im
portancia global.
6.3. D
efiende razonadamente la influencia que el desarrollo de la industria quím
ica ha tenido en el progreso de la sociedad, a partir de fuentes científicas de distinta procedencia.
206
219
Ane
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1.1.
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1.2.
R
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2.
Val
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cien
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dad.
2.
1.
Rel
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stig
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con
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tecn
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3.
Con
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3.
1.
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4.
Rec
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4.1.
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6.2.
P
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equi
po.
207
220
Anexos
C
ontenidos C
riterios de evaluación E
stándares de aprendizaje evaluables B
loque 2: La materia
• C
oncepto de materia: propiedades.
• E
stados de agregación de la materia:
propiedades. •
Cam
bios de estado. •
Modelo cinético-m
olecular. •
Leyes de los gases. •
Sustancias puras y m
ezclas. •
Mezclas
de especial
interés: disoluciones acuosas, aleaciones y coloides.
• M
étodos de separación de mezclas.
• E
structura atóm
ica.
Modelos
atómicos.
• C
oncepto de isótopo. •
La Tabla Periódica de los elem
entos. •
Uniones entre átom
os: moléculas y
cristales. •
Masas atóm
icas y moleculares.
• E
lementos y com
puestos de especial interés con aplicaciones industriales, tecnológicas y biom
édicas. •
Formulación
y nom
enclatura de
compuestos
binarios siguiendo
las norm
as IUP
AC
.
1. D
istinguir las propiedades generales y características específicas de la m
ateria y relacionarlas con su naturaleza y sus aplicaciones. 1.1.
Distingue
entre propiedades
generales y
propiedades características
específicas de
la m
ateria, usando
estas últim
as para la caracterización de sustancias.
1.2. R
elaciona propiedades de los materiales de nuestro entorno
con el empleo que se hace de ellos.
2. Justificar las propiedades de los diferentes estados de agregación de la m
ateria y sus cambios de estado a través del m
odelo cinético-m
olecular.
2.1. Justifica que una sustancia puede presentarse en diferentes estados de agregación dependiendo de las condiciones de presión y tem
peratura en las que se encuentre.
2.2. E
xplica las
propiedades de
los gases,
líquidos y
sólidos utilizando el m
odelo cinético-molecular.
2.3. D
escribe y entiende los cambios de estado de la m
ateria em
pleando el
modelo
cinético-molecular
y lo
aplica a
la interpretación de fenóm
enos cotidianos.
2.4. D
educe a partir de las gráficas de calentamiento de una
sustancia sus puntos de fusión y ebullición, y la identifica utilizando las tablas de datos necesarias.
3. D
eterminar las relaciones entre las variables de las que depende el
estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de
resultados obtenidos
en experiencias
de laboratorio
o sim
ulaciones por ordenador.
3.1. Justifica
el com
portamiento
de los
gases en
situaciones cotidianas relacionándolo con el m
odelo cinético-molecular.
3.2. Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volum
en y la temperatura de un gas
utilizando el modelo cinético-m
olecular y las leyes de los gases.
4. Identificar sistem
as materiales com
o sustancias puras o mezclas y
valorar la importancia y las aplicaciones de m
ezclas de especial interés.
4.1. D
iferencia y agrupa sistemas m
ateriales de uso habitual en sustancias puras y m
ezclas, especificando en éste último
caso si se trata de mezclas hom
ogéneas, heterogéneas o coloides.
4.2. Identifica el soluto y el disolvente al exam
inar la composición
de mezclas de especial interés.
4.3. R
ealiza experiencias
sencillas de
preparación de
disoluciones, describe
el m
étodo seguido
y el
material
empleado, especifica la concentración y la expresa en gram
os por litro.
5. P
lantear m
étodos de
separación de
los com
ponentes de
una m
ezcla
5.1. P
royecta procedimientos de separación de m
ezclas según las propiedades características de las sustancias que las com
ponen, describiendo el material de laboratorio adecuado
208
221
Ane
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6.R
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209
222
Anexos
Contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje evaluables
Bloque 3: Los cam
bios •
Cam
bios físicos
y cam
bios químicos.
• La reacción quím
ica. •
Iniciación a
la estequiom
etria. •
Ley de conservación de la m
asa. •
La quím
ica en
la sociedad y el m
edio am
biente.
1. D
istinguir entre
transformaciones
físicas y
químicas
mediante la realización de experiencias sencillas que
pongan de
manifiesto
si se
forman
o no
nuevas sustancias.
1.1. D
istingue entre cambios físicos y quím
icos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no form
ación de nuevas sustancias. 1.2.
Explica el procedim
iento de realización de experimentos sencillos en los que se pongan
de manifiesto la form
ación de nuevas sustancias y reconoce que se trata de cambios
químicos.
2. C
aracterizar las
reacciones quím
icas com
o transform
aciones de unas sustancias en otras. 2.1.
Identifica cuáles son los reactivos y los productos de reacciones químicas sencillas
interpretando la representación esquemática de una reacción quím
ica.
3. D
escribir a nivel molecular el proceso por el cual los
reactivos se transforman en productos en térm
inos de la teoría de colisiones.
3.1. R
epresenta e interpreta una reacción química a partir de la teoría atóm
ico-molecular y
la teoría de colisiones.
4. D
educir la ley de conservación de la masa y reconocer
reactivos y productos a través de experiencias asequibles en el laboratorio y/o sim
ulaciones por ordenador.
4.1. R
econoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones quím
icas elementales y com
prueba experimentalm
ente que se cumple la ley
de conservación de la masa.
5. C
omprobar
mediante
experiencias sencillas
de laboratorio la influencia de determ
inados factores en la velocidad de una reacción quím
ica.
5.1. S
ugiere el
desarrollo de
un experim
ento fácil
que perm
ita com
probar experim
entalmente el efecto de la concentración de los reactivos en la velocidad de
formación de los productos de una reacción quím
ica, justificando este efecto en térm
inos de la teoría de colisiones.
5.1. Interpreta situaciones cotidianas en las que la tem
peratura influye significativamente en
la velocidad de una reacción química.
6. R
econocer la importancia de la quím
ica en la obtención de nuevas sustancias y en la m
ejora de la calidad de vida de las personas.
6.1. Clasifica algunos productos de uso cotidiano en función de su procedencia natural o
sintética. 6.2.
Identifica y asocia productos procedentes de la industria química con su contribución a
la mejora de la calidad de vida de las personas.
7. V
alorar la
importancia
de la
industria quím
ica en
la sociedad y su influencia en el m
edio ambiente.
7.1. D
escribe el impacto m
edioambiental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los
óxidos de nitrógeno y los CFC
y otros gases de efecto invernadero, relacionándolo con los problem
as medioam
bientales de ámbito global.
7.2. P
ropone medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para m
itigar los problemas
medioam
bientales de importancia global.
7.3. D
efiende razonadamente la influencia que el desarrollo de la industria quím
ica ha tenido en el progreso de la sociedad, a partir de fuentes científicas de distinta procedencia.
210
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2.1.
D
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teor
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.
3.
Com
prob
ar l
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des.
3.
1.
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4.
Rel
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nar
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nitu
des.
4.
1.
Com
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5.
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5.1.
C
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6.
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1.
Cal
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nitu
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l val
or d
e la
med
ida,
ut
iliza
ndo
las
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s si
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cativ
as a
decu
adas
.
7.
Rea
lizar
e i
nter
pret
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nes
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icos
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os.
7.1.
R
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sent
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amen
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dos
obte
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la m
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, en
su
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al, c
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fórm
ula.
8.
Ela
bora
r y
defe
nder
un
proy
ecto
de
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ació
n,
aplic
ando
las
TIC
. 8.
1.
Ela
bora
y d
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nde
un p
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cto
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nves
tigac
ión,
sob
re u
n te
ma
de
inte
rés
cien
tífic
o, u
sand
o la
s TI
C.
211
224
Anexos
C
ontenidos C
riterios de evaluación E
stándares de aprendizaje evaluables B
loque 2: La materia
• M
odelos atómicos.
• S
istema P
eriódico y configuración electrónica. •
Enlace quím
ico: iónico, covalente y metálico.
• Fuerzas interm
oleculares. •
Formulación
y nom
enclatura de
compuestos
inorgánicos según las normas IU
PA
C.
• Introducción a la quím
ica del carbono.
1. R
econocer la necesidad de usar modelos para interpretar la
estructura de
la m
ateria utilizando
aplicaciones virtuales
interactivas para su representación e identificación.
1.1. C
ompara los diferentes m
odelos atómicos propuestos a
lo largo de la historia para interpretar la naturaleza íntim
a de la materia, interpretando las evidencias que
hicieron necesaria la evolución de los mism
os.
2. R
elacionar las propiedades de un elemento con su posición en
la Tabla Periódica y su configuración electrónica.
2.1. E
stablece la configuración electrónica de los elementos
representativos a partir de su número atóm
ico para deducir
su posición
en la
Tabla P
eriódica, sus
electrones de valencia y su comportam
iento químico.
2.2. D
istingue entre metales, no m
etales, semim
etales y gases nobles, justificando esta clasificación en función de su configuración electrónica.
3. A
grupar por
familias
los elem
entos representativos
y los
elementos
de transición
según las
recomendaciones
de la
IUP
AC
.
3.1. E
scribe el
nombre
y el
símbolo
de los
elementos
químicos y los sitúa en la Tabla P
eriódica.
4. Interpretar los distintos tipos de enlace quím
ico a partir de la configuración
electrónica de
los elem
entos im
plicados y
su posición en la Tabla P
eriódica.
4.1. U
sa la regla del octeto y diagramas de Lew
is para predecir la estructura y fórm
ula de los compuestos
iónicos y covalentes. 4.2.
Interpreta la
diferente inform
ación que
ofrecen los
subíndices de la fórmula de un com
puesto según se trate de m
oléculas o redes cristalinas.
5. Justificar
las propiedades
de una
sustancia a
partir de
la naturaleza de su enlace quím
ico.
5.1. R
azona las
propiedades de
sustancias iónicas,
covalentes y metálicas en función de las interacciones
entre sus átomos o m
oléculas. 5.2.
Explica la naturaleza del enlace m
etálico utilizando la teoría de los electrones libres y la relaciona con las propiedades características de los m
etales.
5.3. D
iseña y realiza ensayos de laboratorio que permitan
deducir el tipo de enlace presente en una sustancia desconocida.
6. N
ombrar y form
ular compuestos inorgánicos binarios y ternarios
según las normas IU
PA
C.
6.1. N
ombra y form
ula compuestos inorgánicos binarios y
ternarios según las normas IU
PA
C.
7. A
dmitir la influencia de las fuerzas interm
oleculares en el estado de agregación y propiedades de sustancias de interés biológico.
7.1. Justifica la im
portancia de las fuerzas intermoleculares
en sustancias de interés biológico.
212
225
Ane
xos
7.2.
R
elac
iona
la
in
tens
idad
y
el
tipo
de
las
fuer
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inte
rmol
ecul
ares
con
el
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y
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co
vale
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inte
rpre
tand
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os
o ta
blas
qu
e co
nten
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los
dato
s ne
cesa
rios.
8.
Est
able
cer
las
razo
nes
de la
sin
gula
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del
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bono
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y si
ntét
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.
8.1.
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que
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que
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s.
8.2.
A
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pica
s de
l ca
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o,
rela
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ando
la e
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a co
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s pr
opie
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s.
9.Id
entif
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y r
epre
sent
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carb
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sen
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dos
por
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cono
cer
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aplic
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nes
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s.
9.1.
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entif
ica
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enci
llos
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mol
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des
arro
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.
9.2.
D
educ
e, a
par
tir d
e m
odel
os m
olec
ular
es,
las
dist
inta
s fó
rmul
as u
sada
s en
la re
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enta
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de
hidr
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s.
9.3.
D
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las
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nes
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carb
uros
sen
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peci
al in
teré
s.
10.
Con
ocer
los
gru
pos
func
iona
les
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s en
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teré
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.1.
Con
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el g
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de
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dos,
cet
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, ác
idos
ca
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ílico
s, é
ster
es y
am
inas
.
213
226
Anexos
C
ontenidos C
riterios de evaluación E
stándares de aprendizaje evaluables B
loque 3: Los cambios
• R
eacciones y ecuaciones quím
icas. •
Mecanism
o, velocidad
y energía de las reacciones quím
icas. •
Cantidad de sustancia: el
mol.
• C
oncentración molar.
• C
álculos estequiométricos.
• R
eacciones quím
icas de
especial interés.
1. C
omprender el m
ecanismo de una reacción quím
ica y deducir la ley de conservación de la m
asa a partir del concepto de la reorganización atóm
ica que tiene lugar.
1.1. Interpreta reacciones quím
icas sencillas usando la teoría de colisiones y deduce la ley de conservación de la m
asa.
2. R
azonar cómo se altera la velocidad de una reacción quím
ica al m
odificar alguno de los factores que influyen sobre la mism
a, utilizando el m
odelo cinético-molecular y la teoría de colisiones
para justificar esta predicción.
2.1. P
redice el
efecto que
sobre la
velocidad de
reacción tienen
la concentración de los reactivos, la tem
peratura, el grado de división de los reactivos sólidos y los catalizadores.
2.2. A
naliza el efecto de los distintos factores que afectan a la velocidad de una reacción quím
ica ya sea a través de experiencias de laboratorio o mediante
aplicaciones virtuales
interactivas en
las que
la m
anipulación de
las distintas variables perm
ita extraer conclusiones.
3. Interpretar
ecuaciones term
oquímicas
y distinguir
entre reacciones endotérm
icas y exotérmicas.
3.1. D
etermina el carácter endotérm
ico o exotérmico de una reacción quím
ica analizando el signo del calor de reacción asociado.
4. R
econocer la cantidad de sustancia como m
agnitud fundamental
y el
mol
como
su unidad
en el
Sistem
a Internacional
de U
nidades.
4.1. R
ealiza cálculos que relacionen la cantidad de sustancia, la masa atóm
ica o m
olecular y la constante del número de A
vogadro.
5. R
ealizar cálculos
estequiométricos
con reactivos
puros suponiendo un rendim
iento completo de la reacción y partiendo
del ajuste de la ecuación química correspondiente.
5.1. Interpreta
los coeficientes
de una
ecuación quím
ica en
términos
de partículas, m
oles y, en el caso de reacciones entre gases, en términos de
volúmenes.
5.2. R
esuelve problemas realizando cálculos estequiom
étricos con reactivos puros y suponiendo un rendim
iento completo de la reacción, tanto si los
reactivos están en estado sólido como en disolución.
6. Identificar ácidos y bases, conocer su com
portamiento quím
ico y m
edir su fortaleza utilizando indicadores y el pH-m
etro digital. 6.1.
Usa la teoría de A
rrhenius para describir el comportam
iento químico de
ácidos y bases.
6.2. E
stablece el carácter ácido, básico o neutro de una disolución empleando
la escala de pH.
7. P
lanificar y llevar a cabo experiencias de laboratorio en las que tengan lugar reacciones quím
icas de síntesis, combustión y
neutralización, interpretando los fenómenos observados.
7.1. D
iseña y describe el procedimiento de realización de una volum
etría de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte, interpretando los resultados.
214
Ane
xos
7.2.
P
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215
227
Ane
xos
7.2.
P
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D
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ncia
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ológ
ica
e in
dust
rial.
215
228
Anexos
Currículo LO
MC
E: 1º B
achillerato
Física y Quím
ica. 1º Bachillerato
Contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje evaluables
Bloque 1. La actividad científica
• E
strategias necesarias en la actividad científica.
• A
nálisis dimensional.
• M
agnitudes escalares y vectoriales.
• O
peraciones con vectores: S
uma y producto de vectores.
• Tecnologías de la Inform
ación y la C
omunicación en el
trabajo científico. •
Proyecto de investigación.
1. R
econocer y utilizar las estrategias básicas de la actividad científica com
o: plantear problemas,
formular hipótesis, proponer m
odelos, elaborar estrategias de resolución de problem
as y diseños experim
entales y análisis de los resultados.
1.1. Aplica habilidades necesarias para la investigación científica, planteando preguntas, identificando problem
as, recogiendo datos, diseñando estrategias de resolución de problem
as utilizando modelos y leyes, revisando el proceso y obteniendo conclusiones.
1.2. Resuelve ejercicios num
éricos expresando el valor de las magnitudes em
pleando la notación científica, estim
a los errores absoluto y relativo asociados y contextualiza los resultados.
2. V
alorar la utilidad del análisis dimensional en el
trabajo científico. 2.1. E
fectúa el
análisis dim
ensional de
las ecuaciones
que relacionan
las
diferentes m
agnitudes en un proceso físico o químico, com
probando su homogeneidad.
3. Justificar la necesidad de utilizar m
agnitudes vectoriales y conocer cóm
o operar con ellas. 3.1.
Distingue entre m
agnitudes escalares y vectoriales y opera adecuadamente con ellas.
3.2. S
uma
y resta
vectores, tanto
gráfica com
o analíticam
ente, usando
componentes
cartesianas y polares. 3.3.
Distingue los diferentes productos que pueden definirse con los vectores.
4. A
plicar la prevención de riesgos en el laboratorio y conocer la im
portancia de los fenómenos físico-
químicos y sus aplicaciones a los individuos y a la
sociedad.
4.1. U
tiliza el material e instrum
entos de laboratorio empleando las norm
as de seguridad adecuadas para la realización de experiencias.
5. C
onocer, utilizar y aplicar las Tecnologías de la Inform
ación y la Com
unicación en el estudio de los fenóm
enos físicos y químicos.
5.1. E
labora e interpreta representaciones gráficas de diferentes procesos físicos y químicos
a partir de los datos obtenidos en experiencias de laboratorio o virtuales y establece a partir de dichos resultados las ecuaciones que representan las leyes y principios subyacentes.
5.2. A
partir de un texto científico, extrae e interpreta la información, argum
enta con rigor y precisión utilizando la term
inología adecuada. 5.3.
Em
plea aplicaciones virtuales interactivas para simular experim
entos físicos de difícil realización en el laboratorio.
5.4. E
stablece los elementos esenciales para el diseño, la elaboración y defensa de un
proyecto de investigación, sobre un tema de actualidad científica, vinculado con la Física
o la Quím
ica, utilizando preferentemente las TIC
.
216
229
Ane
xos
B
loqu
e 2.
Asp
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2.1.
Cal
cula
can
tidad
es d
e su
stan
cia
inte
rrel
acio
nand
o m
asas
, núm
ero
de m
oles
y n
úmer
o de
pa
rtícu
las.
3.
E
stab
lece
r las
rela
cion
es e
ntre
las
varia
bles
de
las
que
depe
nde
el e
stad
o de
un
gas
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repr
esen
taci
ones
grá
ficas
y/o
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sulta
dos
obte
nido
s en
, ex
perie
ncia
s de
la
bora
torio
o
sim
ulac
ione
s po
r ord
enad
or.
3.1.
Apl
ica
las
leye
s de
los
gase
s en
el e
stud
io d
e lo
s ca
mbi
os q
ue e
xper
imen
tan
las
varia
bles
qu
e ca
ract
eriz
an u
n ga
s.
3.2.
Rea
liza
e in
terp
reta
gr
áfic
as
que
repr
esen
tan
la
varia
ción
de
la
s m
agni
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s ca
ract
erís
ticas
de
un g
as.
4.
Util
izar
la e
cuac
ión
de e
stad
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los
gase
s id
eale
s pa
ra
esta
blec
er
rela
cion
es
entre
la
pr
esió
n,
el
volu
men
y la
tem
pera
tura
.
4.1.
Det
erm
ina
las
mag
nitu
des
que
defin
en e
l es
tado
de
un g
as a
plic
ando
la
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ción
de
esta
do d
e lo
s ga
ses
idea
les.
4.
2.
Exp
lica
razo
nada
men
te la
util
idad
y la
s lim
itaci
ones
de
la h
ipót
esis
del
gas
idea
l.
4.3.
D
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min
a pr
esio
nes
tota
les
y pa
rcia
les
de l
os g
ases
de
una
mez
cla
rela
cion
ando
la
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tota
l de
un s
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ma
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y la
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n de
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s ga
ses
idea
les.
5.
A
plic
ar l
a ec
uaci
ón d
e lo
s ga
ses
idea
les
para
ca
lcul
ar m
asas
mol
ecul
ares
y d
eter
min
ar fo
rmul
as
mol
ecul
ares
.
5.1.
R
elac
iona
la
fórm
ula
empí
rica
y m
olec
ular
de
un c
ompu
esto
con
su
com
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ción
ce
ntes
imal
apl
ican
do la
ecu
ació
n de
est
ado
de lo
s ga
ses
idea
les.
6.
Rea
lizar
lo
s cá
lcul
os
nece
sario
s pa
ra
la
prep
arac
ión
de d
isol
ucio
nes
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ntra
ción
da
da y
exp
resa
rla e
n cu
alqu
iera
de
las
form
as
esta
blec
idas
.
6.1.
E
xpre
sa la
con
cent
raci
ón d
e un
a di
solu
ción
en
g/l,
mol
/l, %
en
mas
a y
% e
n vo
lum
en.
6.2.
D
escr
ibe
el p
roce
dim
ient
o de
pre
para
ción
en
el
labo
rato
rio,
de d
isol
ucio
nes
de u
na
conc
entra
ción
det
erm
inad
a y
real
iza
los
cálc
ulos
nec
esar
ios,
tan
to p
ara
el c
aso
de
solu
tos
en e
stad
o só
lido
com
o a
parti
r de
otra
de
conc
entra
ción
con
ocid
a.
7.
Exp
licar
la
va
riaci
ón
de
las
prop
ieda
des
colig
ativ
as e
ntre
una
dis
oluc
ión
y el
dis
olve
nte
puro
.
7.1.
In
terp
reta
la v
aria
ción
de
las
tem
pera
tura
s de
fusi
ón y
ebu
llici
ón d
e un
líqu
ido
al q
ue s
e le
aña
de u
n so
luto
rela
cion
ándo
lo c
on a
lgún
pro
ceso
de
inte
rés
en n
uest
ro e
ntor
no.
7.2.
U
tiliz
a el
con
cept
o de
pre
sión
osm
ótic
a pa
ra d
escr
ibir
el p
aso
de io
nes
a tra
vés
de u
na
mem
bran
a se
mip
erm
eabl
e.
8.
Util
izar
lo
s da
tos
obte
nido
s m
edia
nte
técn
icas
es
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rom
étric
as p
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tóm
icas
. 8.
1.
Cal
cula
la
mas
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ómic
a de
un
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de
los
dato
s es
pect
rom
étric
os
obte
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s pa
ra lo
s di
fere
ntes
isót
opos
del
mis
mo.
9.
R
econ
ocer
la
im
porta
ncia
de
la
s té
cnic
as
espe
ctro
scóp
icas
qu
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de
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ecci
ón d
e la
s m
ism
as
en
cant
idad
es
muy
pe
queñ
as
de
mue
stra
s.
9.1.
Des
crib
e la
s ap
licac
ione
s de
la
espe
ctro
scop
ía e
n la
ide
ntifi
caci
ón d
e el
emen
tos
y co
mpu
esto
s.
217
230
Anexos
Bloque 3. R
eacciones químicas
•Form
ulación y
nomenclatura
inorgánicas. Norm
as IUP
AC
.•
Ecuaciones quím
icas. Teoríade las reacciones quím
icas.•
Estequiom
etría de
lasreacciones. R
eactivo limitante
y rendim
iento de
una reacción.
•Q
uímica e industria.
1.Form
ular y nombrar correctam
ente las sustanciasque intervienen en una reacción quím
ica dada.1.1. Form
ula y nombra correctam
ente compuestos inorgánicos.
1.2. Explica algunas reacciones quím
icas utilizando la teoría de colisiones.
1.3. Escribe y ajusta ecuaciones quím
icas sencillas de distinto tipo (neutralización, oxidación, síntesis, descom
posición) y de interés bioquímico o industrial.
2.Interpretar
las reacciones
químicas
y resolver
problemas en los que intervengan reactivos
limitantes, reactivos im
puros y cuyo rendimiento
no sea completo.
2.1. Interpreta una ecuación química en térm
inos de cantidad de materia, m
asa, número de
partículas o volumen para realizar cálculos estequiom
étricos en la mism
a.
2.2. Realiza los cálculos estequiom
étricos aplicando la ley de conservación de la masa a
distintas reacciones. 2.3. E
fectúa cálculos estequiométricos en los que intervengan com
puestos en estado sólido, líquido o gaseoso, o en disolución en presencia de un reactivo lim
itante o un reactivo im
puro.
2.4. Considera el rendim
iento de una reacción en la realización de cálculos estequiométricos.
3.Identificar las reacciones quím
icas implicadas en
la obtención de diferentes compuestos inorgánicos
relacionados con procesos industriales.
3.1. Describe el proceso de
obtención de productos inorgánicos de alto valor añadido, analizando su interés industrial.
4.C
onocer los procesos básicos de la siderurgia asícom
o las
aplicaciones de
los productos
resultantes.
4.1. Explica los procesos que tienen lugar en un alto horno escribiendo y justificando las reacciones quím
icas que en él se producen.
4.2. Argum
enta la necesidad de transformar el hierro de fundición en acero, distinguiendo
entre ambos productos según el porcentaje de carbono que contienen.
4.3. Relaciona la com
posición de los distintos tipos de acero con sus aplicaciones.
5.V
alorar la importancia de la investigación científica
en el
desarrollo de
nuevos m
ateriales con
aplicaciones que mejoren la calidad de vida.
5.1. Analiza la im
portancia y la necesidad de la investigación científica aplicada al desarrollo de nuevos m
ateriales y su repercusión en la calidad de vida a partir de fuentes de inform
ación científica.
218
231
Ane
xos
B
loqu
e 4.
Tra
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y e
spon
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Prim
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s.
• S
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uím
ica.
Ene
rgía
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Gib
bs.
• C
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es
y m
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ambi
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les
de
las
reac
cion
es
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icas
de
co
mbu
stió
n.
1.
Def
inir
y en
tend
er lo
s co
ncep
tos
fund
amen
tale
s de
la
term
oquí
mic
a.
1.1.
Dis
tingu
e en
un
pr
oces
o qu
ímic
o el
tip
o de
si
stem
a im
plic
ado
y la
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term
odin
ámic
as q
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erm
inan
. 2.
In
terp
reta
r el
prim
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ámic
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mo
el p
rinci
pio
de c
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tem
as e
n lo
s qu
e se
pro
duce
n in
terc
ambi
os
de c
alor
y tr
abaj
o.
2.1.
Rel
acio
na l
a va
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ene
rgía
int
erna
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un p
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so t
erm
odin
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cal
or
abso
rbid
o o
desp
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ido
y el
trab
ajo
real
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o en
el p
roce
so.
3.
Rec
onoc
er
la
unid
ad
del
calo
r en
el
S
iste
ma
Inte
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l y s
u eq
uiva
lent
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3.
1. E
xplic
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l eq
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lent
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aplic
acio
nes
virtu
ales
in
tera
ctiv
as
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s al
ex
perim
ento
de
Joul
e.
4.
Inte
rpre
tar
ecua
cion
es t
erm
oquí
mic
as y
dis
tingu
ir en
tre re
acci
ones
end
otér
mic
as y
exo
térm
icas
. 4.
1.
Exp
resa
las
reac
cion
es m
edia
nte
ecua
cion
es te
rmoq
uím
icas
dib
ujan
do e
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tand
o lo
s di
agra
mas
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tálp
icos
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ocia
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y
dife
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iand
o co
rrec
tam
ente
un
pr
oces
o ex
otér
mic
o de
uno
end
otér
mic
o.
5.
Con
ocer
la
s po
sibl
es
form
as
de
calc
ular
la
en
talp
ía d
e un
a re
acci
ón q
uím
ica.
5.
1. C
alcu
la la
var
iaci
ón d
e en
talp
ía d
e un
a re
acci
ón c
onoc
iend
o la
s en
talp
ías
de f
orm
ació
n,
las
enta
lpía
s de
enl
ace
o ap
lican
do la
ley
de H
ess
e in
terp
reta
el s
igno
de
esa
varia
ción
.
6.
Dar
resp
uest
a a
cues
tione
s co
ncep
tual
es s
enci
llas
sobr
e el
seg
undo
prin
cipi
o de
la te
rmod
inám
ica
en
rela
ción
a lo
s pr
oces
os e
spon
táne
os.
6.1.
Pre
dice
de
form
a cu
alita
tiva
la v
aria
ción
de
entro
pía
en u
na re
acci
ón q
uím
ica
depe
ndie
ndo
de la
mol
ecul
arid
ad y
est
ado
de lo
s co
mpu
esto
s qu
e in
terv
iene
n.
7.
Pre
deci
r, de
fo
rma
cual
itativ
a y
cuan
titat
iva,
la
espo
ntan
eida
d de
un
pr
oces
o qu
ímic
o en
de
term
inad
as c
ondi
cion
es a
par
tir d
e la
ene
rgía
de
Gib
bs.
7.1.
Id
entif
ica
la e
nerg
ía d
e G
ibbs
com
o la
mag
nitu
d qu
e in
form
a so
bre
la e
spon
tane
idad
de
una
reac
ción
quí
mic
a.
7.2.
Rea
liza
cálc
ulos
de
ener
gía
Gib
bs a
par
tir d
e la
s m
agni
tude
s qu
e la
det
erm
inan
y e
xtra
e co
nclu
sion
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e lo
s re
sulta
dos
just
ifica
ndo
la e
spon
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de
una
reac
ción
quí
mic
a en
func
ión
de lo
s fa
ctor
es e
ntál
pico
s, e
ntró
pico
s y
de la
tem
pera
tura
.
8.
Dis
tingu
ir lo
s pr
oces
os re
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ible
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irrev
ersi
bles
y
su r
elac
ión
con
la e
ntro
pía
y el
seg
undo
prin
cipi
o de
la te
rmod
inám
ica.
8.1.
Pla
ntea
situ
acio
nes
real
es o
figu
rada
s en
que
se
pone
de
man
ifies
to e
l seg
undo
prin
cipi
o de
la
term
odin
ámic
a, a
soci
ando
el
conc
epto
de
entro
pía
con
la i
rrev
ersi
bilid
ad d
e un
pr
oces
o.
8.2.
Rel
acio
na e
l con
cept
o de
ent
ropí
a co
n la
esp
onta
neid
ad d
e lo
s pr
oces
os ir
reve
rsib
les.
9.
Ana
lizar
la
in
fluen
cia
de
las
reac
cion
es
de
com
bust
ión
a ni
vel
soci
al,
indu
stria
l y
med
ioam
bien
tal y
sus
apl
icac
ione
s.
9.1
A p
artir
de
dist
inta
s fu
ente
s de
inf
orm
ació
n, a
naliz
a la
s co
nsec
uenc
ias
del
uso
de
com
bust
ible
s fó
sile
s, re
laci
onan
do la
s em
isio
nes
de C
O2,
con
su e
fect
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la c
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vida
, el
efe
cto
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ero,
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mie
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glob
al,
la r
educ
ción
de
los
rec
urso
s na
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les,
y o
tros
y pr
opon
e ac
titud
es s
oste
nibl
es p
ara
amin
orar
est
os e
fect
os.
219
232
Anexos
Currículo LO
MC
E: 2º B
achillerato
Quím
ica. 2º Bachillerato
Contenidos
Criterios de evaluación
Estándares de aprendizaje evaluables
Bloque 1. La actividad científica
•U
tilización de estrategias básicasde la actividad científica.
•Investigación
científica:docum
entación, elaboración
deinform
es, comunicación y difusión
de resultados.•
Importancia
de la
investigacióncientífica en la industria y en laem
presa.
1.R
ealizar interpretaciones,
predicciones y
representaciones de fenómenos quím
icos a partir de losdatos
de una
investigación científica
y obtener
conclusiones.
1.1. Aplica habilidades necesarias para la investigación científica: trabajando tanto individualm
ente com
o en
grupo, planteando
preguntas, identificando
problemas, recogiendo datos m
ediante la observación o experimentación,
analizando y
comunicando
los resultados
y desarrollando
explicaciones m
ediante la realización de un informe final.
2.A
plicar la prevención de riesgos en el laboratorio dequím
ica y conocer la importancia de los fenóm
enosquím
icos y sus aplicaciones a los individuos y a lasociedad.
2.1. Utiliza el m
aterial e instrumentos de laboratorio em
pleando las normas de
seguridad adecuadas para la realización de diversas experiencias químicas.
3.E
mplear adecuadam
ente las TIC para la búsqueda de
información, m
anejo de aplicaciones de simulación de
pruebas de
laboratorio, obtención
de datos
yelaboración de inform
es.
3.1. Elabora inform
ación y relaciona los conocimientos quím
icos aprendidos con fenóm
enos de la naturaleza y las posibles aplicaciones y consecuencias en la sociedad actual.
4.D
iseñar, elaborar, comunicar y defender inform
es decarácter científico realizando una investigación basadaen la práctica experim
ental.
4.1. Analiza la inform
ación obtenida principalmente a través de Internet identificando
las principales características ligadas a la fiabilidad y objetividad del flujo de inform
ación científica.
4.2. Selecciona,
comprende
e interpreta
información
relevante en
una fuente
información de divulgación científica y transm
ite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.
4.3. Localiza y
utiliza aplicaciones
y program
as de sim
ulación de
prácticas de
laboratorio.
4.4. Realiza y defiende un trabajo de investigación utilizando las TIC
.
220
233
Ane
xos
Blo
que
2. O
rigen
y e
volu
ción
de
los
com
pone
ntes
del
Uni
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o
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r. •
Mec
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e de
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erg.
•
Orb
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ómic
os.
Núm
eros
cu
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su
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taci
ón.
• P
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rso.
•
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e re
d. C
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Bor
n-H
aber
. •
Pro
pied
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la
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1.
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1.1.
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1.2.
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1.3.
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1.4.
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2.
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2.1.
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egún
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ital.
3.
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los
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3.1.
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3.2.
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4.
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4.1.
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4.2.
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5.
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5.2.
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eles
ocu
pado
s y
los
ione
s qu
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ede
form
ar.
221
234
Anexos
valencia (TRP
EC
V).
• Teoría
del enlace
de valencia
(TEV
) e hibridación. •
Propiedades
de las
sustancias con enlace covalente.
• E
nlace metálico.
• M
odelo del
gas electrónico
y teoría de bandas.
• P
ropiedades de
los m
etales. A
plicaciones de
superconductores y
semiconductores.
• Fuerzas interm
oleculares: enlace de hidrógeno y fuerzas de V
an der W
aals. •
Enlaces presentes en sustancias
de interés biológico.
5.3. Determ
ina la configuración electrónica de un átomo a partir de su posición en el
sistema periódico.
6. Identificar los núm
eros cuánticos de un electrón a partir del orbital en el que se encuentre.
6.1. Reconoce los núm
eros cuánticos posibles del electrón diferenciador de un átomo.
7. C
onocer la
estructura básica
del S
istema
Periódico
actual, definir las propiedades periódicas estudiadas y describir su variación a lo largo de un grupo o periodo.
7.1. Justifica la reactividad de un elemento a partir de la estructura electrónica o su
posición en la Tabla Periódica.
7.2. Argum
enta la variación del radio atómico, potencial de ionización, afinidad
electrónica y electronegatividad en grupos y periodos, comparando dichas
propiedades para elementos diferentes.
8. U
tilizar el
modelo
de enlace
correspondiente para
explicar la
formación
de m
oléculas, de
cristales y
estructuras macroscópicas y deducir sus propiedades.
8.1. Justifica la estabilidad de las moléculas o cristales form
ados empleando la regla
del octeto o basándose en las interacciones de los electrones de la capa de valencia para la form
ación de los enlaces.
9. C
onstruir ciclos energéticos del tipo Born-H
aber para calcular
la energía
de red,
analizando de
forma
cualitativa la variación de energía de red en diferentes com
puestos.
9.1. Aplica el ciclo de B
orn-Haber para el cálculo de la energía reticular de cristales
iónicos.
9.2. Com
para cualitativamente la fortaleza del enlace en distintos com
puestos iónicos atendiendo a la fórm
ula de Born-Landé y considerando los factores de los que
depende la energía reticular.
10. D
escribir las
características básicas
del enlace
covalente empleando diagram
as de Lewis.
10.1. R
epresenta moléculas utilizando estructuras de Lew
is y utiliza el concepto de resonancia en m
oléculas sencillas.
11. C
onsiderar los
diferentes parám
etros m
oleculares: energía de enlace, longitud de enlace, ángulo de enlace y polaridad de enlace.
11.1. D
etermina la polaridad de una m
olécula utilizando de forma cualitativa el
concepto de mom
ento dipolar y compara la fortaleza de diferentes enlaces,
conocidos algunos parámetros m
oleculares.
12. D
educir la geometría m
olecular utilizando la TRP
EC
V y
utilizar la TEV
para su descripción más com
pleja. 12.1. R
epresenta la geometría m
olecular de distintas sustancias covalentes aplicando la TE
V y la TR
PE
CV
.
13. C
onocer las propiedades de los metales em
pleando las diferentes
teorías estudiadas
para la
formación
del enlace m
etálico.
13.1. Explica
la conductividad
eléctrica y
térmica
mediante
el m
odelo del
gas electrónico.
222
235
Ane
xos
14.
Exp
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duct
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17.
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uím
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s m
oléc
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.
223
236
Anexos
B
loque 3. Reacciones quím
icas
• C
oncepto de
velocidad de
reacción. Aspecto dinám
ico de las reacciones quím
icas. Ecuaciones
cinéticas. •
Orden
de reacción
y m
olecularidad. •
Teorías de
las reacciones
químicas: teoría de colisiones y
teoría del estado de transición. •
Factores que
influyen en
la velocidad
de las
reacciones quím
icas. •
Utilización
de catalizadores
en procesos industriales.
• M
ecanismos de reacción.
• E
quilibrio químico. Ley de acción
de m
asas. La
constante de
equilibrio, formas de expresarla:
Kc y K
p y relación entre ellas. •
Grado de disociación.
• E
quilibrios con gases. •
Factores que afectan al estado de equilibrio:
Principio
de Le
Chatelier.
• A
plicaciones e
importancia
del equilibrio
químico
en procesos
industriales y en situaciones de la vida cotidiana.
• E
quilibrios heterogéneos:
reacciones de
precipitación. S
olubilidad y
producto de
solubilidad. Efecto del ión com
ún. •
Equilibrio ácido-base.
• C
oncepto de ácido-base. •
Teoría Arrhenius y de B
rönsted-Low
ry. •
Fuerza relativa de los ácidos y bases,
grado de
ionización. C
onstantes de disociación. •
Equilibrio iónico del agua.
1. D
efinir velocidad de una reacción y escribir ecuaciones cinéticas.
1.1. Obtiene ecuaciones cinéticas reflejando las unidades de las m
agnitudes que intervienen.
2. A
plicar la
teoría de
las colisiones
y del
estado de
transición utilizando
el concepto
de energía
de activación.
2.1. Reconoce el valor de la energía de activación com
o factor determinante de la
velocidad de una reacción química.
2.2. Realiza
esquemas
energéticos cualitativos
de reacciones
exotérmicas
y endotérm
icas.
3. Justificar cóm
o la naturaleza y concentración de los reactivos, la tem
peratura y la presencia de catalizadores m
odifican la velocidad de reacción.
3.1. P
redice la influencia de los factores que modifican la velocidad de una
reacción, utilizando las teorías sobre las reacciones químicas.
3.2. E
xplica el funcionamiento de los catalizadores relacionándolo con procesos
industriales y la catálisis enzimática analizando su repercusión en el m
edio am
biente y en la salud.
4. C
onocer que
la velocidad
de una
reacción quím
ica depende de la etapa lim
itante según su mecanism
o de reacción establecido.
4.1. D
educe el proceso de control de la velocidad de una reacción química
identificando la etapa limitante correspondiente a su m
ecanismo de reacción.
5. A
plicar el concepto de equilibrio químico para predecir la
evolución de un sistema.
5.1. Interpreta el valor del cociente de reacción com
parándolo con la constante de equilibrio previendo la evolución de una reacción para alcanzar el equilibrio.
5.2. C
omprueba
e interpreta
experiencias de
laboratorio donde
se ponen
de m
anifiesto los
factores que
influyen en
el desplazam
iento del
equilibrio quím
ico, tanto en equilibrios homogéneos com
o heterogéneos.
6. E
xpresar matem
áticamente la constante de equilibrio de
un proceso, en el que intervienen gases, en función de la concentración y de las presiones parciales.
6.1. H
alla el valor de las constantes de equilibrio, Kc y K
p, para un equilibrio en diferentes situaciones de presión, volum
en o concentración.
6.2. C
alcula las concentraciones o presiones parciales de las sustancias presentes en un equilibrio quím
ico empleando la ley de acción de m
asas y analiza cómo
evoluciona al variar la cantidad de producto o reactivo.
7. R
elacionar Kc y K
p en equilibrios con gases con el grado
de disociación
y con
el rendim
iento de
una reacción.
7.1. U
tiliza el grado de disociación aplicándolo al cálculo de concentraciones y constantes de equilibrio K
c y Kp.
224
237
Ane
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11.
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12.
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13.
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225
238
Anexos
18. U
tilizar los cálculos estequiométricos necesarios para
llevar a
cabo una
reacción de
neutralización o
volumetría ácido-base.
18.1. D
etermina la concentración de un ácido o base valorándola con otra de
concentración conocida
estableciendo el
punto de
equivalencia de
la neutralización m
ediante el empleo de indicadores ácido-base.
19. C
onocer las distintas aplicaciones de los ácidos y bases en la vida cotidiana tales com
o alimentos, productos de
limpieza, cosm
ética, etc.
19.1. R
econoce la acción de algunos productos de uso cotidiano como consecuencia
de su comportam
iento químico ácido-base.
20. D
eterminar el núm
ero de oxidación de un elemento
químico
identificando si
se oxida
o reduce
en una
reacción química.
20.1. D
efine oxidación y reducción relacionándolo con la variación del número de
oxidación de un átomo en sustancias oxidantes y reductoras.
21. A
justar reacciones de oxidación-reducción utilizando el m
étodo del
ion-electrón realizando
los cálculos
estequiométricos correspondientes.
21.1 Identifica reacciones de oxidación-reducción em
pleando el método del ion-
electrón para ajustarlas y realizando cálculos estequiométricos en las m
ismas.
22. C
onocer el fundamento de una pila galvánica.
22.1. R
ealiza esquemas de una pila galvánica, tom
ando como ejem
plo la pila Daniell
y conociendo la representación simbólica de estos dispositivos.
23. C
omprender el significado de potencial de electrodo:
potencial de oxidación y potencial de reducción. 23.1
Reconoce el proceso de oxidación o reducción que ocurre en un electrodo
cuando se construye una pila en la que interviene el electrodo de hidrógeno.
24. C
onocer el concepto de potencial estándar de reducción de un electrodo.
24.1. M
aneja la tabla de potenciales estándar de reducción de los electrodos para com
parar el carácter oxidante o reductor de los mism
os.
24.2. D
etermina el cátodo y el ánodo de una pila galvánica a partir de los valores de
los potenciales estándar de reducción.
25. C
alcular la fuerza electromotriz de una pila, utilizando
su valor para predecir la espontaneidad de un proceso entre dos pares redox.
25.1. R
elaciona la espontaneidad de un proceso redox con la variación de energía de G
ibbs considerando el valor de la fuerza electromotriz obtenida.
25.2. D
iseña una
pila conociendo
los potenciales
estándar de
reducción, utilizándolos
para calcular
el potencial
generado form
ulando las
semirreacciones redox correspondientes.
226
239
Anexos
18. U
tilizar los cálculos estequiométricos necesarios para
llevar a
cabo una
reacción de
neutralización o
volumetría ácido-base.
18.1. D
etermina la concentración de un ácido o base valorándola con otra de
concentración conocida
estableciendo el
punto de
equivalencia de
la neutralización m
ediante el empleo de indicadores ácido-base.
19. C
onocer las distintas aplicaciones de los ácidos y bases en la vida cotidiana tales com
o alimentos, productos de
limpieza, cosm
ética, etc.
19.1. R
econoce la acción de algunos productos de uso cotidiano como consecuencia
de su comportam
iento químico ácido-base.
20. D
eterminar el núm
ero de oxidación de un elemento
químico
identificando si
se oxida
o reduce
en una
reacción química.
20.1. D
efine oxidación y reducción relacionándolo con la variación del número de
oxidación de un átomo en sustancias oxidantes y reductoras.
21. A
justar reacciones de oxidación-reducción utilizando el m
étodo del
ion-electrón realizando
los cálculos
estequiométricos correspondientes.
21.1 Identifica reacciones de oxidación-reducción em
pleando el método del ion-
electrón para ajustarlas y realizando cálculos estequiométricos en las m
ismas.
22. C
onocer el fundamento de una pila galvánica.
22.1. R
ealiza esquemas de una pila galvánica, tom
ando como ejem
plo la pila Daniell
y conociendo la representación simbólica de estos dispositivos.
23. C
omprender el significado de potencial de electrodo:
potencial de oxidación y potencial de reducción. 23.1
Reconoce el proceso de oxidación o reducción que ocurre en un electrodo
cuando se construye una pila en la que interviene el electrodo de hidrógeno.
24. C
onocer el concepto de potencial estándar de reducción de un electrodo.
24.1. M
aneja la tabla de potenciales estándar de reducción de los electrodos para com
parar el carácter oxidante o reductor de los mism
os.
24.2. D
etermina el cátodo y el ánodo de una pila galvánica a partir de los valores de
los potenciales estándar de reducción.
25. C
alcular la fuerza electromotriz de una pila, utilizando
su valor para predecir la espontaneidad de un proceso entre dos pares redox.
25.1. R
elaciona la espontaneidad de un proceso redox con la variación de energía de G
ibbs considerando el valor de la fuerza electromotriz obtenida.
25.2. D
iseña una
pila conociendo
los potenciales
estándar de
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para calcular
el potencial
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ulando las
semirreacciones redox correspondientes.
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227
240
Anexos
ANEXO II
Análisis cualitativo del tratamiento del concepto de enlace químico en los libros de texto.
En el currículum español se trata el tema del enlace químico en los distintos niveles educativos desde 30 de Educación Secundaria Obligatoria (ESO) hasta 20 de Bachillerato, pero con distinto grado de profundidad siguiendo un modelo en espiral (De Posada, 1999). Por ello, el estudio realizado incluye todos estos niveles educativos. A continuación, se detalla el resultado del análisis cualitativo realizado. En primer lugar se indican los contenidos de cada editorial y se resaltan los aspectos más destacados de cada uno de los libros y las dificultades observadas, y posteriormente se presenta un estudio comparativo entre las distintas editoriales, resaltando las discrepancias encontradas.
Editorial Santillana
FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO
ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS.
1. Los elementos químicos.1.1 Un poco de historia.1.2 Clasificación de los elementos: metales, no metales y gases nobles.
2. El sistema periódico de los elementos.3. Los elementos químicos más comunes.4. Cómo se presentan los elementos: átomos, moléculas y cristales.
4.1 Átomos aislados.4.2 Moléculas.4.3 Cristales.
5. Los compuestos químicos más comunes.
FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
SISTEMA PERIÓDICO Y ENLACE.
1. La constitución del átomo.2. El átomo está cuantizado.
2.1 El modelo atómico de Bohr.2.2 El modelo atómico actual. Orbitales atómicos.
3. Distribución de los electrones en un átomo.3.1 Configuración electrónica.3.2 La energía de los orbitales.3.3 Electrones de valencia.
4. El sistema periódico de los elementos.
228
241
Anexos
5. Propiedades periódicas de los elementos.5.1 El tamaño de los átomos.5.2 Metales y no metales.
6. Tipos de enlaces entre los átomos.6.1 Enlace iónico.6.2 Enlace covalente.6.3 Enlace metálico.
7. Sustancias que resultan de los distintos enlaces y sus propiedades.7.1 Átomos aislados.7.2 Sustancias moleculares.7.3 Cristales.
FÍSICA Y QUÍMICA 1º BACHILLERATO
EL ENLACE QUÍMICO.
1. El enlace químico.1.1 Unión entre átomos y estabilidad.1.2 La naturaleza del enlace químico.1.3 Teoría del enlace entre átomos. Regla del octeto.1.4 Tipos de enlace.
2. Enlace iónico.2.1 La red cristalina.2.2 Propiedades de los compuestos iónicos.
3. Enlace covalente.3.1 La regla del octeto.3.2 Excepciones a la regla del octeto.3.3 Enlace covalente dativo.3.4 Enlace covalente polar y apolar.3.5 Sustancias que resultan de los enlaces covalentes.3.6 Propiedades de las sustancias covalentes.
4. Enlace metálico.4.1 Propiedades de las sustancias metálicas.
5. Enlaces en los que participan moléculas.5.1 Enlace dipolo- dipolo.5.2 Enlace de hidrógeno.5.3 Enlace dipolo instantáneo-dipolo inducido.
6. Resumen de .los distintos tipos de enlace.
229
242
Anexos
QUÍMICA 2º BACHILLERATO
ENLACE QUÍMICO
1. ¿Por qué se unen los átomos? 2. Enlace iónico.
2.1 Energía en las redes iónicas. 2.2 Propiedades de los compuestos iónicos.
3. Enlace covalente. 3.1 Parámetros de enlace. 3.2 Teoría de Lewis.
4. Enlace covalente. Geometría molecular. 4.1 Teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de
valencia. (TRPECV) 4.2 Teoría del enlace de valencia. Hibridación de orbitales atómicos. 4.3 Polaridad del enlace covalente. 4.4 Polaridad de molécula. Momento dipolar total o molecular. 4.5 Moléculas covalentes y redes covalentes. 4.6 Propiedades de las sustancias covalentes.
5. Enlace metálico. 5.1 Teoría de la nube electrónica. 5.2 Teoría de bandas. 5.3 Propiedades de los metales.
6. Enlace entre moléculas. 6.1 Enlace intermolecular dipolo-dipolo. 6.2 Enlace intermolecular dipolo instantáneo-dipolo inducido. 6.3 Enlace de hidrógeno.
7. Justificación de las propiedades físicas en función del enlace.
Editorial Santillana
3º ESO: El enlace químico se inicia dentro del tema “Elementos y compuestos químicos” en el apartado “Cómo se presentan los elementos: átomos, moléculas y cristales”. Las moléculas las define como “agrupaciones de átomos de pueden pertenecer al mismo elemento o a varios diferentes”. El término “agrupación” utilizado puede inducir en el alumno la idea de “agregado de átomos” no teniendo que estar unidos químicamente. Define sustancia molecular como “conjunto de moléculas” y diferencia entre sustancia simple molecular (como el O2) y sustancia molecular formada por átomos de elementos diferentes (como el H2O). Se evita la introducción de los términos “elemento” y “compuesto”, complicando con ello la terminología utilizada. Presenta los cristales como un tipo diferente de sustancias, sólidas a “temperatura ambiente”, y los clasifica en iónicos, covalentes y metálicos, excluyendo así algunas sustancias moleculares, como el agua.
230
243
Anexos
4ºESO: En 4º de la ESO el enlace químico se trata dentro del tema “Sistema periódico y enlace”. Se inicia su estudio en el apartado “Tipos de enlaces entre átomos”. Tras hacer una breve referencia a la estabilidad de los átomos en una sola frase “Los átomos se enlazan para conseguir sistemas más estables” pasa a definir el enlace como “la unión que mantiene unidos a los átomos debido a las fuerzas de atracción existentes entre ellos”. En este curso define molécula como “un conjunto de átomos unidos por enlace covalente”. Al tratar el enlace iónico indica que los compuestos iónicos son sólidos cristalinos, sin aclarar nada más, hasta varios capítulos posteriores donde clasifica las sustancias como: átomos aislados, sustancias moleculares y cristales. Se observa la utilización de dos terminologías “sólidos cristalinos” y “cristales”, para designar el mismo concepto. La clasificación de los cristales es igual a la utilizada en 30 ESO.
Física y Química. 1º Bachillerato: En la definición que da de enlace “fuerzas que mantienen unidos a los átomos, así como fuerzas que mantiene unidas a las moléculas”, incluye tanto el enlace químico como las fuerzas intermoleculares. En el apartado “naturaleza del enlace químico” se presenta un diagrama energético de dos átomos al aproximarse haciendo hincapié en la distancia de enlace, y no en la estabilidad y mínima energía del sistema, y explica la formación del enlace por la tendencia de los átomos a alcanzar la configuración de gas noble. Introduce el término de “redes cristalinas” (llamados sólidos cristalinos y cristales iónicos en cursos anteriores) para referirse a los compuestos iónicos. Las sustancias covalentes las clasifica en: sustancias formadas por moléculas como el H2O o el N2 y sustancias formadas por átomos como el diamante, el grafito y la sílice (cristales atómicos covalentes); y al tratar las propiedades los clasifica en cristales atómicos covalentes y sustancias moleculares. Al tratar el enlace metálico, habla de sustancias con estructura interna cristalina pero no les llama cristales metálicos (terminología utilizada en cursos anteriores). A los enlaces en los que participan moléculas las nombra fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van der Waals, pero al explicar los distintos tipos utiliza el término enlace, llamándoles enlace dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno.
Química 2º Bachillerato: Al igual que en el curso anterior justifica la formación del enlace por la tendencia de los átomos a alcanzar la configuración de gas noble. Introduce un nuevo término para los compuestos iónicos: redes cristalinas iónicas. Al hablar de moléculas covalentes y redes covalentes, cambia la terminología utilizada en cursos anteriores. A Las uniones entre moléculas, las llama enlaces o fuerzas intermoleculares, y las clasifica en fuerzas de Van der Waals (en las que incluye los puentes de hidrógeno) y fuerzas de London, dependiendo de la naturaleza polar o apolar de las moléculas que se unen. Sin embargo, cuando las explica denomina enlace intermolecular dipolo-dipolo a las fuerzas de Van der Waals, y enlace intermolecular dipolo instantáneo-dipolo inducido a las fuerzas de London.
231
244
Anexos
Editorial Oxford
FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO
ELEMENTOS Y COMPUESTOS.
1. Clasificación de los elementos químicos.1.1 Metales y no metales.1.2 La tabla periódica actual.
2. Agrupación de los átomos en la materia.2.1 Agrupación de los átomos en los elementos.2.2 Agrupación de los átomos en los compuestos.
3. Masa molecular relativa.4. Cantidad de sustancia. Mol.5. Masa molar.6. Volumen molar.7. La abundancia de los elementos.8. Los medicamentos.
FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
EL ENLACE QUÍMICO.
1. Naturaleza del enlace químico.1.1 Energía y enlace.
2. El enlace covalente.2.1 Formación de moléculas en las sustancias simples.2.2 Cristales atómicos covalentes.2.3 Cristales moleculares covalentes.2.4 Propiedades de las sustancias simples covalentes.2.5 Compuestos covalentes moleculares.2.6 Compuestos covalentes reticulares.2.7 Una sustancia covalente muy importante: el agua.
3. El enlace iónico.3.1 Formación de compuestos iónicos.
4. El enlace metálico.5. Sustancias químicas de interés.6. Cantidad de sustancia. El mol y la masa molar.
232
245
Anexos
FÍSICA Y QUÍMICA 1º BACHILLERATO
EL ENLACE QUÍMICO.
1. Naturaleza del enlace químico.1.1 La naturaleza de los enlaces.1.2 Tipos de enlace.
2. Enlace iónico.2.1 Como se forma un compuesto iónico.2.2 Propiedades de los compuestos iónicos.
3. Enlace covalente.3.1 Naturaleza del enlace covalente.3.2 Enlace covalente coordinado o dativo.3.3 Polaridad del enlace covalente.3.4 Polaridad de las moléculas y geometría molecular.3.5 Propiedades de los compuestos covalentes.
4. Fuerzas intermoleculares.4.1 Fuerzas intermoleculares de Van der Waals.4.2 Enlace de hidrógeno.
5. Enlace metálico.5.1 El modelo del “ mar electrónico”5.2 Propiedades de los metales.
QUÍMICA 2º BACHILLERATO
ENLACE QUÍMICO.
1. Concepto de enlace químico.1.1 Energía y distancia de enlace.1.2 Electronegatividad y tipo de enlace.1.3 Teoría de Lewis. Representación.
2. Enlace iónico.2.1 Teoría de Lewis aplicada al enlace iónico.2.2 Estudio energético del enlace iónico.2.3 Ciclos de Born-Haber.2.4 Estructura de los cristales iónicos.2.5 Cálculo de la energía de red.2.6 Factores que afectan a la fortaleza del enlace iónico.2.7 Propiedades de los compuestos iónicos.
3. Enlace covalente.3.1 Teoría de Lewis aplicada al enlace covalente.3.2 Teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de
valencia. (TRPECV)3.3 Polaridad molecular.3.4 Teoría del enlace de valencia.
233
246
Anexos
3.5 Hibridación de orbitales atómicos. 3.6 Sólidos covalentes. 3.7 Propiedades de las sustancias covalentes.
4. Enlace metálico. 4.1 Modelo del mar de electrones. 4.2 Teoría de bandas. 4.3 Propiedades de los metales.
5. Fuerzas intermoleculares. 5.1 Dipolo-dipolo. 5.2 Enlace de hidrógeno. 5.3 Ión-dipolo. 5.4 Dipolo-dipolo inducido. 5.5 Ión-dipolo inducido. 5.6 Dipolo instantáneo-dipolo inducido.
6. Cuadro sinóptico del enlace químico. 7. Algunas sustancias de interés.
7.1 El hidrógeno y sus compuestos. 7.2 Compuestos del oxígeno.
Editorial Oxford
3º ESO: Inicia el estudio del enlace en el apartado “Agrupación de átomos en la materia” dentro del tema “Elementos y compuestos”. Presenta la diversidad de la materia como diferentes formas de “combinación de átomos”, pero al definir el término “molécula” habla de “agregados de átomos” y aunque explica los distintos tipos de enlaces no nombra nunca el término “enlace”. Clasifica los distintos tipos de sustancias en: elementos formados por átomos aislados (gases nobles); elementos moleculares; cristales de elementos no metálicos (Cdiamante), cristales metálicos, compuestos moleculares; cristales no metálicos (como el SiO2) y cristales iónicos, y justifica las propiedades macroscópicas que presentan cada tipo de sustancia en función de la agrupación de átomos y forma de unirse los átomos. Utiliza indistintamente los términos cristales y sólidos cristalinos.
4º ESO: Es el único texto de 4º ESO que dedica un tema completo al estudio del enlace. Define el enlace como “las fuerzas que mantienen unidos a los átomos en las distintas agrupaciones atómicas”, excluyendo las uniones entre moléculas. Justifica la formación del enlace por “tendencia de los átomos de adquirir configuraciones electrónicas estables”, y señala la disminución de energía que se produce cuando se forma un enlace. Comienza el estudio del enlace químico con el enlace covalente y clasifica las sustancias que presentan este tipo de enlace en: sustancias simples covalentes, cristales atómicos covalente, cristales moleculares covalentes, compuestos covalente moleculares y compuestos covalentes reticulares. La clasificación y terminología usada es bastante confusa y no clarifica el hecho de que sitúe todos los apartados al
234
247
Anexos
mismo nivel, y no introduzca distintos subapartados. Para el enlace iónico, se refiere a los compuestos como red cristalina iónica y en el caso del metálico, cristal metálico.
Física y Química 1º Bachillerato: Se estudia el enlace en un capítulo titulado “El enlace químico”. Define el enlace químico como “la unión entre dos átomos” e indica que “los átomos se enlazan formando compuestos con el fin de adquirir conjuntamente configuraciones electrónicas estables”, afirmación que puede llevar a pensar que los enlaces químicos sólo se presentan en los compuestos. Clasifica los enlaces en: iónico, covalente y metálico, y llama uniones intermoleculares a las uniones entre moléculas, a las que posteriormente llama fuerzas intermoleculares y/o enlaces de hidrógeno. Introduce por primera vez el término “redes cristalinas geométricas” para referirse los compuestos iónicos, a los que posteriormente designa sólidos cristalinos. En el estudio del enlace covalente introduce el concepto de polaridad de enlace y sitúa el enlace iónico como caso límite de la polaridad y los enlaces covalentes polares como enlaces covalentes con cierto carácter iónico. En el estudio de las propiedades de los compuestos covalentes los clasifica en: compuestos covalentes moleculares y sólidos covalentes cristalinos. Las fuerzas intermoleculares, no incluidas dentro de los enlaces, las define como débiles uniones y las clasifica en fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno.
Química 2º Bachillerato: Dedica un capítulo al estudio del enlace químico, estudiando de manera comparada enlaces interatómicos y enlaces intermoleculares, de acuerdo con la definición dada de enlace “fuerzas que mantienen unidos los átomos en las moléculas o cristales, así como las fuerzas que mantienen unidas las moléculas cuando se presentan en estado sólido o líquido”, sin embargo cuando al final del capítulo estudia la unión entre moléculas las designa como “fuerzas intermoleculares”, llamándolas de nuevo “enlace entre moléculas”. Introduce el concepto de energía de enlace y presenta un diagrama energético detallado de la formación del enlace. Clasifica los distintos tipos de enlaces atendiendo a la electronegatividad de los átomos que se unen, pero no incluye en esta clasificación a las uniones entre moléculas. Al estudiar el enlace covalente clasifica a las sustancias covalentes en: sustancias covalentes moleculares y sólidos covalentes. La clasificación que hace de las fuerzas intermoleculares es compleja.
235
248
Anexos
Editorial Edebé
FÍSICA Y QUÍMICA 4º ESO
ELEMENTOS Y COMPUESTOS.
1. Las partículas del átomo.1.1 El electrón.1.2 El protón.1.3 El neutrón.1.4 Número atómico y número másico.
2. Modelos atómicos.2.1 Modelo atómico de Thomson2.2 Modelo atómico de Rutherford.2.3 Modelo atómico de Borh.2.4 Modelo atómico actual.
3. El Sistema Periódico de los Elementos.3.1 Configuración electrónica de los elementos.3.2 Grupos y periodos.3.3 Regularidades en el sistema periódico.
4. Enlaces químicos.4.1 Enlace iónico.4.2 Enlace covalente.4.3 Enlace metálico.4.4 Fuerzas intermoleculares.
FÍSICA Y QUÍMICA 1º BACHILLERATO
ENLACE QUÍMICO.
1. Concepto de enlace químico.1.1 Energía y estabilidad.1.2 Estructura de gas noble.1.3 Clases de enlaces químicos.
2. Enlace iónico.2.1 Estructura de los compuestos iónicos.2.2 Número de coordinación.2.3 Energía de red.
3. Enlace covalente.3.1 Modelo de Lewis.3.2 Teoría del enlace de valencia.3.3 Polarización del enlace covalente.
4. Enlace metálico.5. Enlaces intermoleculares.6. Tipos de sustancias según sus enlaces.
236
249
Anexos
QUÍMICA 2º BACHILLERATO
ENLACE QUÍMICO.
1. El enlace químico y sus clases. 1.1 Energía y estabilidad.
2. Enlace iónico. 2.1 Índice de coordinación. 2.2 Energía de red. Ciclo de Born-Haber.
3. Enlace covalente. 3.1 Modelo de Lewis. 3.2 Teoría de enlace de valencia. 3.3 Parámetros de enlace. 3.4 Hibridación de orbitales atómicos.
4. Enlace metálico. 4.1 Modelos del enlace metálico.
5. Fuerzas intermoleculares. 6. Propiedades de las sustancias.
Editorial edebé
4º ESO: El estudio del enlace químico lo aborda como un capítulo del tema “Elementos y compuestos”. Define el enlace químico como “distintas clases de fuerzas que mantienen establemente unidos los átomos en las sustancias” y los clasifica en: iónico, covalente, metálico y fuerzas intermoleculares. Aunque en la definición habla de “distintas clases de fuerzas” no especifica su naturaleza. El enlace iónico lo define como “el que se produce cuando se combinan elementos metálicos y no metálicos”, y posteriormente indica que se forma por “fuerzas atractivas electrostáticas”. Introduce el término de “red cristalina” pero no lo define ni explica; sin embargo si explica en base a esa red las propiedades de los compuestos iónicos. Clasifica las sustancias que presentan enlace covalente en “covalentes moleculares” o “covalentes atómicas” siendo estas las que forman “estructuras tridimensionales” y explica a continuación sus propiedades. En los metales habla de “estructuras cristalinas”. Las fuerzas intermoleculares las clasifica como “otra clase de enlaces mucho más débiles” y las clasifica en fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno.
Física y Química 1º Bachillerato: La definición de enlace “fuerza que mantienen unidos los átomos, iones o moléculas” engloba las fuerzas intermoleculares. Justifica la formación del enlace por la tendencia del sistema a adquirir el estado de mínima energía. Clasifica los enlaces en tres tipos, atendiendo a que las partículas que se unen sean átomos (covalente o metálico); iones (iónico) o moléculas (fuerzas intermoleculares). Introduce la definición de cristales, al tratar la estructura de los compuestos iónicos, como “estructuras sólidas formadas por cationes y aniones”, lo que puede crear
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Anexos
dificultades cuando se traten otros tipos de cristales, que en el enlace metálico designa como “red cristalina”. Aparece el término “celda unidad”, pero no lo define. Los enlaces entre moléculas los clasifica en: fuerzas de dispersión, atracción dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno. Clasifica las sustancias, atendiendo al tipo de enlace que presentan en: compuestos iónicos, sustancias covalentes moleculares; sustancias covalentes atómicas y metales.
Química 2º Bachillerato: Al igual que en 10 de Bachillerato incluye las fuerzas intermoleculares como un tipo de enlace químico, pero la clasificación que hace de los tipos de enlace atendiendo a la clase de partículas que se unen, difiere de la presentada en el curso anterior. En este caso, cuando las partículas que se unen son iones presenta dos posibles enlaces: el metálico y el iónico, pero posteriormente presenta el enlace metálico como “un enlace covalente deslocalizado”. Justifica la formación del enlace por la tendencia a adquirir el estado de mínima energía, al igual que hizo en el curso anterior. Utiliza indistintamente los términos “sólidos cristalinos”, “red cristalina” y “sólidos reticulares”. Incluye un cuarto tipo de enlaces intermoleculares respecto a los tratados en el curso anterior: las fuerzas dipolo-dipolo inducido.
Estudio comparativo de las editoriales
En el estudio comparativo de las distintas editoriales los aspectos considerados han sido: la secuenciación de los contenidos, la terminología utilizada, la clasificación de las sustancias según tipo de enlace y el estudio de las fuerzas intermoleculares. A continuación se desarrolla cada uno de estos puntos incluyendo una tabla que resume lo indicado en cada caso.
Secuenciación de los contenidos:
Ninguna de las editoriales dedica un tema al estudio del enlace químico en 30 ESO, tratándolo como un apartado dentro de otro tema, y solamente la editorial Oxford le dedica un tema en 40 ESO. En 10 y 20 de Bachillerato todas las editoriales dedican un tema al estudio del enlace químico. Generalmente no se presentan las causas de la formación de enlaces y se justifica la formación del enlace por la tendencia de los átomos a adquirir la configuración de gas noble. Solamente en los cursos más superiores se habla de “minimización de la energía”. De acuerdo con Levy et al. (2010) el interrogante principal es ¿Qué es lo que causa que los átomos interaccionen y formen un enlace? Esto lleva a los alumnos a pensar que la formación del enlace es algo totalmente “misterioso” e “inexplicable”, cuando no hay nada de misterioso en la formación del enlace químico si se introduce en primer lugar el concepto de estabilidad que corresponde al estado de mínima energía. Algunas editoriales, tras explicar cada tipo de enlace, estudian las propiedades macroscópicas de las sustancias que presentan dicho tipo de enlace, mientras que en otros casos, se estudian
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Anexos
todos los tipos de enlace para a continuación explicar las propiedades de los distintos tipos de sustancias.
Terminología utilizada
Se observa un gran confusionismo en la terminología utilizada. La misma editorial utiliza diferentes definiciones para un mismo concepto en cursos diferentes, por ejemplo “molécula” es definido de distinta forma en los libros de 30 y 40 de ESO de la editorial Santillana. También se observa cómo la misma editorial utiliza distinta terminología para referirse a un mismo concepto (ej. “sólidos cristalinos” “redes cristalinas”, “cristales iónicos”), lo que puede crear confusión en los alumnos.
Se introducen términos que no se definen y que se dejan sin aclarar hasta muy posteriormente (algún ejemplo). Se utiliza terminología confusa y que puede inducir a errores conceptuales en los alumnos, por ejemplo, al llamar “sustancias formadas por átomos” a los cristales atómicos covalentes frente a las “sustancias formadas por moléculas”, dando a entender que estas últimas no están formadas, en último término, también por átomos.
Se observa distinta terminología para designar el mismo concepto según las editoriales, así por ejemplo la editorial Santillana utiliza el término “sustancias simples” para designar a las sustancias formadas por moléculas de elementos como el O2, N2, etc., y la editorial Oxford el término “elementos moleculares”. Las uniones entre moléculas se designan como fuerzas intermoleculares, uniones intermoleculares o enlaces intermoleculares dependiendo de la editorial e incluso por la misma editorial en distintos cursos. En numerosas ocasiones se utiliza una terminología complicada, como por ejemplo “compuestos covalentes reticulares” o “cristales moleculares covalentes” empleados por la editorial Oxford en 40 ESO, en lugar de intentar simplificar al máximo los términos utilizados. Esto puede crear confusión en los alumnos sobre todo si se utiliza en los niveles de educación inferiores. Complica más la situación el hecho de que frecuentemente se utiliza distinta terminología en casos en los que podría utilizarse la misma: por ejemplo, en el caso de un cristal iónico se habla de red cristalina iónica, mientras que para el metálico se habla de cristal metálico. Los cristales atómicos covalentes como por ejemplo el Cdiamante, se nombra como “sólidos covalentes cristalinos”, “cristales atómicos covalentes” o incluso “estructuras reticulares”. La unificación de la terminología utilizada puede ayudar a evitar confusiones en los alumnos.
Clasificación de las sustancias según tipo de enlace
Una misma editorial utiliza distintas definiciones y criterios de clasificación de los enlaces, dependiendo del curso en el que trate el tema. Los distintos criterios de clasificación utilizados, según los cursos y editoriales, dan lugar a clasificaciones muy diferentes y dispares: desde la situación más simple, elementos y compuestos, hasta la más compleja que incluye siete tipos de
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Anexos
sustancias: moléculas en las sustancias simples, cristales atómicos covalentes, cristales covalentes moleculares, compuestos covalentes moleculares, compuestos covalentes reticulares, compuestos iónicos y metales. Esta gran disparidad de criterios puede ser causa de una gran confusión en los alumnos, pues pueden entender que lo estudiado en los cursos anteriores ya no es válido al pasar a un curso superior.
Estudio de las fuerzas intermoleculares
La primera disparidad que encontramos entre editoriales es que mientras que en algunas ocasiones se definen como “enlaces en los que participan las moléculas” en otros casos no se consideran enlaces químicos y se estudian de forma totalmente independiente de los enlaces. Por este mismo motivo la terminología utilizada para designarlas es muy diferente, desde el término más tradicional de “fuerzas intermoleculares” pasando por “fuerzas de Van der Waals” hasta “enlaces intermoleculares”. Las clasificaciones que se hacen de los distintos tipos de fuerzas intermoleculares son muy diferentes, y difieren incluso dentro de una misma editorial en los diferentes cursos, clasificación que lógicamente se complica en el último curso de bachillerato en el que se estudian en mayor profundidad este tipo de uniones.
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Anexos
ANEXO III
Transcripciones de las entrevistas de 40 de eso
1. Respecto al cloruro de sodio (NaCl) señala la opción verdadera: c) Es un cristal covalente formado por iones. “porque el cloruro de sodio está formado por dos componentes y forma una red y pensaba que era covalente porque es más fuerte. 2. El dióxido de carbono se encuentra en la naturaleza: a) Formando moléculas “porque el CO2 cuando lo das te sale el dibujo
de las moléculas como es un gas.
3. Respecto al cloruro de sodio señala la opción verdadera: b) Forma una red cristalina de iones “porque al ser un cristal siempre es una red, y de iones es más débil. 4. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta una red cristalina
de cationes: d) Diamante “porque el diamante es el más resistente de todos (que no se puede ,modificar, que es difícil de romper)” 5. Las partículas que forman los cristales metálicos son: b) Cationes “porque al ser positivos son mejores conductores de la electricidad y los cristales metálicos conducen la electricidad al ser metales” 6. Las partículas que forman los cristales iónicos son: a) Aniones “porque como son cristales iónicos tienen que tener iones.
7. Las partículas que forman la red cristalina del cloruro de sodio son: b) Aniones y cationes “porque al ser positivos y negativos forman una
red y se contrarrestan”
8. Señala que sustancia presenta cationes como partículas en el cristal: a) Sodio “porque los cationes al ser carga positiva y cuando pones el
sodio en los enlaces es Na+
9. Los átomos se unen porque: a) Tienden a perder o ganar electrones “se unen porque al perder
electrones se unen con otro para restablecer lo que habían perdido” a) “Cómo en los compuestos uno lleva el signo + y otro -, como pierden
y ganan pensaba que era por eso por lo que se unían”
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Anexos
10. Para que se establezca un enlace entre dos átomos es necesario
que: c) Se produzca una transferencia de protones “porque como pensaba
que los átomos al perder electrones, para restablecerlos, necesitaban añadir protones para contrarrestar lo que habían perdido”
11. Señala la opción incorrecta: b) Los átomos se unen para formar agrupaciones de mayor energía.
“porque al unirse para formar agrupaciones de mayor energía , son más resistentes , más fuertes”
12. Indica cuál de las siguientes sustancias está formada por un metal y un no metal:
c) Cloruro de sodio “porque está formado por dos componentes, uno es más resistente que otro para quedarse unidos”
13. La carga del átomo de calcio en el cloruro de calcio es: b) 2+ “para contrarrestar con la carga del calcio” 14. El sodio para unirse al cloro y formar el cloruro de sodio: a) Pierde un electrón “Si el sodio es Na+ es porque tiene exceso de
carga positiva y entonces tiene que perder un electrón.
15. La carga del átomo de cloro en el cloruro de sodio es: b) 1- “porque el cloro siempre se ve con un menos”
16. De las siguientes propiedades, referidas a los sólidos covalentes,
indica la opción correcta: a) Presentan puntos de fusión y ebullición muy altos “al ser sólido y
covalente, como son muy fuertes el punto de fusión y ebullición son muy altos porque es un sólido”
17. El compuesto cloruro de sodio presenta la siguiente propiedad, según el tipo de enlace:
b) Conduce la electricidad sólo en disolución o fundido “la conduce fundido mejor porque al ser un líquido la electricidad pasa mejor.
18. Las partículas que intervienen en el enlace son: a) Iones “porque los iones son enlaces menos resistentes y las
partículas están formadas por esos”
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Anexos
19. Indica de entre las siguientes sustancias la que sea un cristal atómicocovalente:
c) Cloruro de sodio “porque está formado por dos componentes yentonces es más fuerte al ser covalente
20. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta una red cristalinade iones:
b) Agua “Al ser un enlace menos resistente, el agua al ser líquida,presenta menos resistencia”
21. Elige de entre las siguientes sustancias la que sea una red cristalinade iones:
c) Sodio “porque está formado por un solo compuesto y entonces debeser un enlace más débil”
22. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta enlace iónico:c) Agua “porque el agua presenta menos resistencia”
23. De las siguientes sustancias indica la que presenta un enlace iónicoentre sus átomos:
a) Agua “porque está formada por dos partículas y una de ellas es sub2,el H se une con el O
24. De las siguientes sustancias indica la que presenta un enlacemetálico:
b) CaBr2 “porque la segunda partícula que está formada está elevada a2 y entonces se une (los sub se dice que es más débil y no si eselevado)
c) Cobre “porque como el cobre es un metal, pues enlace metálico”
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Anexos
ANEXO IV
Transcripciones de las entrevistas de 1º de Bachillerato
1. Para que se establezca un enlace entre átomos es necesario que:
b) Los átomos sean diferentes “yo creo que porque cargas diferentes se atraen”
2. Teniendo en cuenta el tipo de enlace existente en el metano, señala sus propiedades (a temperatura ambiente) de las siguientes:
d) Gas, soluble en agua y no conductor de la electricidad. “porque el único estado que conozco del metano es el gas”
3. Los gases nobles se encuentran en la naturaleza:
b) Como átomos aislados “pues no sé pero sé que están en la última fila de la tabla periódica”
4. Las partículas que intervienen en el enlace son:
a) Iones “porque tiene carga negativa”
5. Indica cuál de las siguientes sustancias está formada por un metal y un no metal:
d) Cloruro de sodio “porque es el único que tiene un metal y un no metal, el metano es un gas noble, el oxígeno es un no metal, y el agua es un líquido”
6. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta una red cristalina de cationes:
d) Diamante “supongo porque cristalina y el diamante es un cristal”
7. Indica cuál de las siguientes sustancias presenta un enlace metálico: c) c) Cobre “pues es el único metal”
8. El hierro presenta la siguiente propiedad según el tipo de enlace:
d) Buen conductor es estado sólido” pues porque supongo que el metal siempre, o sea el hierro, siempre conduce la electricidad”
9. De las siguientes sustancias indica la que presenta un enlace metálico: d) Fe “ porque es el único metal”
10. Los átomos se unen porque:
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Anexos
a) Tienden a perder o ganar electrones” porque los átomos al unirse unos con otros se iban a ir adaptando a las cargas que tenía cada uno y por tanto iban a ganar o perder electrones”
11. De las siguientes propiedades referidas a los sólidos covalentes, indica la opción correcta:
d) Son conductores de la electricidad” porque yo creí que covalente significaba metal y como todos los metales conducen la electricidad…
12. Indica cuál de las siguientes afirmaciones es la correcta:
b) el retículo cristalino de los metales está formado por iones positivos y negativos porque yo creí que en todos los tipos de sitios tenía que haber dos tipos de partículas positivas y negativas”
13. Indica de entre las siguientes sustancias la que sea un cristal atómico covalente:
a) Hierro “al ser covalente pensé en algún tipo de metal”
14. Las partículas que intervienen en el enlace son:
b) Átomos “pero me suenan mejor ahora los electrones porque son más pequeños, los átomos engloban a los electrones y los protones, y los neutrones.
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ANEXO V
Carta de envío del artículo II. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias
-----Mensaje original----- De: José María Oliva Martínez [mailto:[email protected]] Enviado el: viernes, 31 de marzo de 2017 13:25 Para: RAQUEL FERNANDEZ CEZAR <[email protected]> Asunto: [REurEDC] Envío recibido
Dra. Raquel Fernández-Cézar:
Gracias por enviarnos su manuscrito "Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria sobre el Enlace Químico" a Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias. Gracias al sistema de gestión de revistas online que usamos podrá seguir su progreso a través del proceso editorial identificándose en el sitio web de la revista:
URL del manuscrito: http://revistas.uca.es/index.php/eureka/author/submission/3448 Nombre de usuaria/o: raquel-fcezar
Si tiene cualquier pregunta no dude en contactar con nosotros/as. Gracias por tener en cuenta esta revista para difundir su trabajo.
José María Oliva Martínez Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias http://reuredc.uca.es
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ANEXO V
Carta de envío del artículo II. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias
-----Mensaje original----- De: José María Oliva Martínez [mailto:[email protected]] Enviado el: viernes, 31 de marzo de 2017 13:25 Para: RAQUEL FERNANDEZ CEZAR <[email protected]> Asunto: [REurEDC] Envío recibido
Dra. Raquel Fernández-Cézar:
Gracias por enviarnos su manuscrito "Concepciones alternativas de los alumnos de Educación Secundaria sobre el Enlace Químico" a Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias. Gracias al sistema de gestión de revistas online que usamos podrá seguir su progreso a través del proceso editorial identificándose en el sitio web de la revista:
URL del manuscrito: http://revistas.uca.es/index.php/eureka/author/submission/3448 Nombre de usuaria/o: raquel-fcezar
Si tiene cualquier pregunta no dude en contactar con nosotros/as. Gracias por tener en cuenta esta revista para difundir su trabajo.
José María Oliva Martínez Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias http://reuredc.uca.es
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Anexos
ANEXO VI Consentimiento informado de los padres o tutores
I.E.S.BACHILLERSABUCOCONSEJERÍADEEDUCACIÓN,CULTURAYDEPORTE INSTITUTOHISTÓRICODECASTILLA-LAMANCHA
D.__________________________ padre/madre/tutor legal del alumno________________ del curso______ autorizo a la profesora de Física y Química, María Esther González Felipe a que realice los videos y fotografías que requiere para su trabajo de investigación y que sólo utilizará con fines educativos.
Fdo. Fdo.
Padre /tutor legal madre/ tutor legal
En Albacete, a_________ de _________de 201_
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Anexos ANEXO VII
Relación de preguntas correctas respondidas por los alumnos de 3º eso
ALUMNOS GRUPOS PREGUNTASCORRECTASANTES
PREGUNTASCORRECTASDESPUÉS
M.C. GE 1 4A.D. GE 1 2L.D. GE 0 4L.F. GE 0 4A.G. GE 3 6I.G. GE 1 3J.G. GE 2 6S.G. GE 2 2M.I. GE 1 4R.L. GE 1 1E.L. GE 0 3B.M. GE 1 4R.M. GE 2 5M.N. GE 2 5G.N. GE 3 4M.N. GE 2 2P.R. GE 1 4J.R. GE 5 4J.Z. GE 1 0A.C. GE 1 6P.G. GE 2 4Y.M. GE 2 6A.V. GE 1 4J.M. GE 2 4M.A. GE 1 3R.V. GE 4 4S.B. GE 1 1L.A. GE 3 6G.G. GE 0 0C.A. GE 2 3M.G. GE 2 2C.G. GE 1 6N.R. GE 1 4I.H. GE 1 5M.S. GE 3 5L.G. GE 3 3J.A. GE 3 2E.L. GE 2 2
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Anexos J.G. GE 0 3C.G. GE 1 3P.L. GE 1 6P.G. GE 0 0E.T. GE 3 5I.T. GE 1 4R.L. GE 1 4H.M. GE 4 4L.F. GE 2 1B.C. GE 0 3J.V. GE 2 2L.L. GE 1 4I.C. GE 3 5R.S. GE 0 0E.L. GE 0 0M.P. GE 2 2J.R. GE 0 0I.N. GE 1 1L.P. GE 1 0E.S. GE 1 3C.R. GE 0 1L.P. GE 1 0A.M. GE 0 0D.C. GE 2 4L.V. GE 2 2D.A. GC 2 2J.M. GC 2 0P.B. GC 2 3S.C. GC 4 2A.C. GC 2 2I.C. GC 1 5F.F. GC 3 3A.I.G. GC 3 1L.M. GC 4 1A.G. GC 4 3C.G. GC 3 1E.G. GC 1 7M.M. GC 2 4A.M. GC 3 2C.M. GC 3 3G.K. GC 2 3A.O. GC 4 2J.S. GC 0 0
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Anexos P.V. GC 1 3F.V. GC 0 0P.V. GC 2 2M.Y. GC 2 4C.A. GC 1 4R.A. GC 5 2P.C. GC 5 3F.G. GC 3 3J.G. GC 1 2S.G. GC 0 1A.B. GC 1 2A.L. GC 4 2B.O. GC 4 1D.R. GC 2 2C.S. GC 0 2J.P. GC 2 3J.S. GC 1 1E.T. GC 2 4M.V. GC 3 1N.G. GC 4 5V.N. GC 0 1I.S. GC 0 1D.G. GC 1 0F.S. GC 1 2F.F. GC 0 1A.M. GC 0 0J.F. GC 0 1L.S. GC 1 3J.M. GC 1 1I.T. GC 1 3S.P. GC 0 0R.L. GC 0 1C.E. GC 0 1P.P. GC 0 1E.N. GC 0 1C.F. GC 0 3N.R. GC 0 2E.G. GC 1 3A.R. GC 0 1
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Anexos
ANEXOVIII
Resultados del tratamiento estadístico de los datos de los alumnos de 3º ESO
Metodología
Muestradealumnos:NGC=57;NGE=63
SeestudiacomovariablecuantitativalosaciertosenelGEyelGC.Estavariablesetomaantesydespuésdelaenseñanza.Encualquiercaso,setratadecompararlosaciertosenambosgruposantesydespuésdeabordareltemadelenlace.
Seestudialanormalidaddeladistribucióndelosaciertosantesydespués,enrelaciónalapertenenciadelosalumnosalgrupocontrologrupoexperimental(testdeKolmogorov-Smirnov).Estaesnormal(p=.000),luegoloscontrastesdehipótesisseharánmedianteT-StudentoANOVA.
Resultados
Descriptivosdelavariableaciertos:
Descriptivos
GE=0; GC=1 Estadístico Error estándar
CORRECTAS-ANTES GC Media 1,65 ,199
Mediana 1,00
Desviación estándar 1,506
Mínimo 0
Máximo 5
Rango 5
GE Media 1,48 ,143
Mediana 1,00
Desviación estándar 1,134
Mínimo 0
Máximo 5
Rango 5
CORRECTAS-DESPUES GC Media 2,05 ,188
Mediana 2,00
Desviación estándar 1,420
251
264
Mínimo 0
Máximo 7
Rango 7
GE Media 3,08 ,234
Mediana 3,00
Desviación estándar 1,860
Mínimo 0
Máximo 6
Rango 6
GE=0; GC=1 Cuartiles 25 50 75 100
CORRECTASANTES GC ,00 1,00 3,00 5,00
GE 1,00 1,00 2,00 5,00
CORRECTASDESPUES GC 1,00 2,00 3,00 7,00
GE 2,00 3,00 4,00 6,00
Pareceríaquelamediainicialesdiferenteparaambosgrupos,asícomolafinal.Paracomprobarlotrascomprobarlanormalidad, realizamos un contraste de igualdad demedias antes y después tipo t-student. Nos da que con unasignificación p=.05 no podemos descartar la igualdad de medias (p=.476), luego el punto de partida esestadísticamenteelmismo.
En cuanto a la media después, con un test t-student, e igual nivel de significación p=.05, decimos que si sondiferentes(p=.001).ComoesmayorlamediadeaciertosenelGE,elincrementoobservadoenestegrupoesmayor.
Descriptivos incremento GE=0; GC=1 Estadístico Error estándar
INCREMENTO GC Media ,40 ,235
Mediana 1,00
Desviación estándar 1,771
Mínimo -3
Máximo 6
Rango 9
GE Media 1,60 ,219
Mediana 2,00
Desviación estándar 1,737
Mínimo -1
Máximo 5
252
265
Rango 6
GE=0; GC=1
Incremento-Percentiles
25 50 75
GC -,50 1,00 1,00
GE ,00 2,00 3,00
LaspruebasdeK-Sdantambiénnormalidad(p=.001)paraelincremento,ylasmediassondiferentesparaGCyparaGEestadísticamentehablando(p=.000).
MediantetablascruzadasseanalizalaposibleasociaciónentreaciertosantesyperteneceralGEoGC.Daestadistribucióndefrecuenciasynodaasociación,esdecir,queaciertenmásomenosnodependedequeesténenungrupouotro.
Tabla cruzada
GE=0; GC=1
Total GC GE
CORRECTASANTES 0 Recuento 17 12 29
Residuo estándar ,9 -,8
1 Recuento 13 24 37
Residuo estándar -1,1 1,0
2 Recuento 11 16 27
Residuo estándar -,5 ,5
3 Recuento 7 8 15
Residuo estándar ,0 ,0
4 Recuento 7 2 9
Residuo estándar 1,3 -1,3
5 Recuento 2 1 3
Residuo estándar ,5 -,5 Total Recuento 57 63 120
Pruebas de chi-cuadrado
Valor gl
Sig. asintótica
(2 caras)
Chi-cuadrado de Pearson 7,956a 5 ,159
Razón de verosimilitud 8,166 5 ,147
N de casos válidos 120
Sinembargo,elmismoanálisisdespuésdaestadistribucióndefrecuencias,ylapruebachi-cuadradodaquesihayasociación(vertablaabajo*),esdecir,aciertanmáslosquepertenecenalGE.
253
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Tabla cruzada
GE=0; GC=1
Total GC GE
CORRECTASDESPUES 0 Recuento 6 9 15
Residuo estándar -,4 ,4
1 Recuento 17 5 22
Residuo estándar 2,0 -1,9
2 Recuento 14 9 23
Residuo estándar ,9 -,9
3 Recuento 13 9 22
Residuo estándar ,8 -,8
4 Recuento 4 18 22
Residuo estándar -2,0 1,9
5 Recuento 2 6 8
Residuo estándar -,9 ,9
6 Recuento 0 7 7
Residuo estándar -1,8 1,7
7 Recuento 1 0 1
Residuo estándar ,8 -,7 Total Recuento 57 63 120
Pruebas de chi-cuadrado
Valor gl
Sig. asintótica
(2 caras)
Chi-cuadrado de Pearson 27,638a 7 ,000
Razón de verosimilitud 31,867 7 ,000
N de casos válidos 120
Igualmente para el incremento de aciertos, también depende del grupo, siendo mayor para el GE.
Tabla cruzada
GE=0; GC=1
Total GC GE
INCREMENTO -3 Recuento 3 0 3
Residuo estándar 1,3 -1,3
-2 Recuento 8 0 8
Residuo estándar 2,2 -2,0
-1 Recuento 3 6 9
Residuo estándar -,6 ,6
0 Recuento 13 19 32
Residuo estándar -,6 ,5
1 Recuento 17 4 21
Residuo estándar 2,2 -2,1
254
267
2 Recuento 9 10 19
Residuo estándar ,0 ,0
3 Recuento 2 16 18
Residuo estándar -2,2 2,1
4 Recuento 1 5 6
Residuo estándar -1,1 1,0
5 Recuento 0 3 3
Residuo estándar -1,2 1,1
6 Recuento 1 0 1
Residuo estándar ,8 -,7 Total Recuento 57 63 120
Pruebas de chi-cuadrado
Valor gl
Sig. asintótica
(2 caras)
Chi-cuadrado de Pearson 38,577a 9 ,000
Razón de verosimilitud 46,666 9 ,000
N de casos válidos 120
a. 12 casillas (60,0%) han esperado un recuento menor que 5. El
recuento mínimo esperado es ,48.
255
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Anexos
ANEXOIX
Carta de envío del artículo III. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias
De:RevistaElectrónicadeEnseñanzadelasCiencias[mailto:[email protected]]Enviadoel:jueves,29dejuniode201710:49Para:ANAMARIAVAZQUEZMOLINI<[email protected]>Asunto:1352comentarioseditoresREEC
Referencia:1352
Autores:MªEstherGonzález-Felipe,ConstancioAguirre-Pérez,RosaMªToledano,RaquelFernándezCézaryAnaVáquez-Moliní
Estimado/acolega:
Vuestrotrabajo
Título:Diseñoeimplementacióndeunapropuestadidácticaplurimetodológicaparaintroducirelenlacequímicoen3ºCursodeEducaciónSecundariaObligatoria(E.S.O)
DespuésdelavaloraciónrealizadaporloseditoresdelaRevistaElectrónicadeEnseñanzadelasCiencias(REEC)eltrabajohasidoenviadoaevaluaciónexterna.
Muchasgracias.
Unsaludomuycordial,
REEC
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