Título: Tareas experimentales de Química en preuniversitario con enfoque investigativo. Autores: M. Sc. Milagros D. Torres Cruz. M. Sc. José A. Prendes Sans. Centro de Procedencia: Universidad de Ciencias Pedagógicas "Frank País García". Correo electrónico. [email protected] [email protected] Resumen Las transformaciones que han tenido lugar en la educación preuniversitaria están destinadas a lograr un bachiller con una sólida preparación. El enfoque investigativo del aprendizaje constituye una de las opciones más promisorias para lograr tal propósito. La aplicación del enfoque investigativo en Química se facilita mediante la utilización de tareas experimentales, en este trabajo se hace referencia al tratamiento teórico de las mismas, su relación con las formas del experimento químico docente y su tipología. Se presenta, además una propuesta de dos prácticas de laboratorio de Química preuniversitario reelaboradas para que respondan al tipo de tareas experimentales abiertas y semiabiertas. Palabras claves: tareas experimentales, enfoque investigativo. Abstract The changes that have taken place in the pre-university education aimed at the high school with a solid learning formation. The research approach is one of the options for achieving such an aim. The application of the chemistry research approach is facilitated by the use of experimental tasks in this work it is refers to the theoretical treatment of them, their relation with the ways of teaching experiment and its chemical-typology. Also it is shown two proposals for two chemistry laboratory practices, re-elaborated for Pre-University this type of work responds to open and semi experimental type-tasks. Key words: experimental tasks, research approach. Introducción Las transformaciones que han tenido lugar en la educación preuniversitaria están destinadas a lograr un bachiller con una sólida preparación. Las características psicológicas del joven de preuniversitario le permiten asumir tareas de un mayor grado de complejidad y lograr niveles de aprendizaje con un grado superior de independencia y creatividad. El enfoque investigativo del aprendizaje constituye una de las opciones más promisorias para lograr tal propósito. En este trabajo se pretende contribuir en cierta medida a una sistematización de las principales ideas formuladas por investigadores tales como Gil, Carrascosa, Pablo y Rolando Valdés, Machado y Martínez Sardá, entre otros, proponiendo, como modo de concreción, algunas tareas experimentales de Química preuniversitario, sobre la base de una concepción investigativa integradora en la que se revele el vínculo interdisciplinario con la Física. Desarrollo En la enseñanza de las ciencias naturales el experimento docente desempeña un papel fundamental ya que, además de despertar el interés por el aprendizaje y de crear incentivos para la mejor asimilación del contenido, de permitir a los alumnos el trabajo colectivo y práctico como fuente de adquisición de los conocimientos, también contribuye a que ellos aprendan a ver en la práctica la confirmación de las teorías y postulados científicos. El estudio de los fenómenos en las condiciones propias del aula y de los laboratorios, separándose de la naturaleza circundante, constituye un arma valiosa del poderoso método experimental de las ciencias naturales. El experimento químico escolar es un reflejo del método científico de estudio de los fenómenos químicos; por eso, aunque no se identifica exactamente con el experimento científico, le son propios determinados elementos fundamentales de este. La Química es una ciencia esencialmente experimental, por lo tanto en su enseñanza la actividad práctica está íntimamente relacionada con el experimento docente vinculado a su objeto de estudio, las sustancias y sus transformaciones. El experimento químico juega un papel decisivo en determinados aspectos del proceso de enseñanza de esta ciencia: Como fuente de conocimiento. Como medio necesario y en ocasiones único para demostrar la validez o no de las hipótesis. Como uno de los medios fundamentales para la formación de habilidades y hábitos en esta ciencia. Como medio para formar intereses en los alumnos hacia el estudio de las ciencias, desarrollando en ellos el carácter observador, la curiosidad, la iniciativa, la laboriosidad, la creatividad y las aspiraciones para perfeccionar los conocimientos teóricos. El enfoque metodológico en el tratamiento del experimento en las Ciencias Naturales ha transitado desde un enfoque ilustrativo hasta el investigativo. Trabajos realizados por autores cubanos y extranjeros han tenido como propósito la elaboración de nuevos modelos de enseñanza- aprendizaje y estrategias que apuntan a la utilización del enfoque investigativo. Algunos de estos modelos se sustentan en el enfoque constructivista, estudio de la metacognición y las técnicas de instrucción, Pozo y Gómez Crespo (1994) y Gil, Navarro y González (1998), entre otros, en Cuba aparecen resultados fundamentados en una enseñanza desarrolladora, Rojas Arce y Achiong Caballero (1992) y en la teoría de la actividad, Urquijo (1990). En el tratamiento específico del sistema de prácticas de laboratorio, como forma del experimento docente y de la clase, utilizando el enfoque investigativo, encontramos resultados de los autores Cardero Naranjo y Vidal Castaño (2004), para la carrera de Ciencias Naturales de la Universidad de la Habana; del colectivo de profesores del departamento de Química del I.S.P "Félix Varela" (1991 y 1996); y Urquijo y colaboradores en la Universidad Central de Villa Clara (1990). La aplicación del enfoque investigativo se facilita mediante un procedimiento que tenga en cuenta la utilización de las tareas experimentales. Las tareas experimentales desempeñan un papel fundamental en el enfoque investigativo de las diferentes formas organizativas del experimento químico docente y en el desarrollo de las habilidades (lógicas generales, experimentales e investigativas), Rojas Arce señala al respecto que: "La tarea constituye el medio fundamental a través del cual se puede organizar el proceso de formación y desarrollo de las habilidades experimentales con un carácter sistémico, articulando todo el conjunto de ellos con arreglo a los criterios de desarrollo por etapas, aumento de la complejidad de las acciones y la elevación de la independencia de los estudiantes". (1988, p. 26) Como estrategia de enseñanza el propio Rojas Arce C. expresa: 1. Planteamiento del problema por el profesor o sugeridas por los alumnos. 2. Solución teórica del problema, con el planteamiento en algunos casos de hipótesis, y selección adecuada de los métodos experimentales. 3. Solución experimental del problema a partir de las proposiciones de los alumnos. 4. Discusión de los resultados y sus conclusiones. Para este autor las tareas experimentales permiten dar un enfoque investigativo a las actividades experimentales, diferenciándolas del enfoque ilustrativo el cual presupone la realización por los estudiantes de una serie de operaciones sobre la base de instrucciones detalladas, correspondiendo con una enseñanza tradicional de transmisión de conocimientos ya elaborados. Al respecto D. Gil Pérez, en su artículo, “Tendencias actuales en la enseñanza aprendizaje de la Física", considera: “Los trabajos prácticos se limitan a manipulaciones siguiendo recetas pormenorizadas en las que falta la mínima posibilidad de emitir hipótesis, diseñar experimentos o incluso analizar los resultados". (1996, p.4) Posteriormente profundiza cuando añade: “las consecuencias no pueden ser más lógicas, los estudiantes reconocen poco beneficio de los trabajos prácticos realizados cuando las experiencias han sido totalmente preparadas”. (1996, p. 4) En general este enfoque de la actividad experimental no exige de un esfuerzo mental por parte del estudiante, porque cumple con las operaciones que aparecen en una técnica operatoria de forma totalmente reproductiva, sin embargo, no se puede subestimar su valor cuando el objetivo que se persigue es el desarrollo de habilidades en la utilización de técnicas experimentales no conocidas. Sobre el enfoque investigativo Rojas Arce enfatiza: “Presupone la necesidad de buscar las posibles vías de solución de una situación experimental problema y su realización práctica; para ello los estudiantes se basan en los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos anteriormente”. (1995, p.34) Esta opinión tiene su basamento en la aplicación del método científico al proceso de enseñanza aprendizaje. Kiruschkin D. M. y Shapovalenko S. G. en su libro “Selección de temas de metodología de la enseñanza de la Química”, consideran los siguientes requisitos en la aplicación del enfoque investigativo: (1981, p.138) a) Explicación del objeto del experimento docente. b) Planteamiento de hipótesis por parte de los alumnos. c) Confección del plan de trabajo experimental. d) Diseño o montaje de aparatos para la ejecución del experimento. e) Ejecución del experimento, las observaciones y las anotaciones. f) Extracción de conclusiones a partir de las observaciones y la confección del resumen. g) Aplicación de los resultados obtenidos. Urquijo y colaboradores (1990), en su modelo establecen: a) Análisis del problema. b) Preparación teórica. c) Análisis de la hipótesis. d) Análisis de la técnica operatoria. e) Ejecución de la actividad experimental. f) Confección del informe final. Los modelos planteados anteriormente se sustentan en la aplicación del método científico y en la propuesta de estrategias que conllevan a la reflexión y la toma de conciencia por parte del estudiante de todo el proceso de solución del problema. Existen coincidencias en elementos que se corresponden con la aplicación de este método: análisis del problema, planteamiento de hipótesis o respuesta teórica anticipada, diseño experimental, ejecución y tratamiento de los resultados para llegar a conclusiones. Las tareas experimentales pueden tener diferentes niveles de complejidad y estar relacionadas con el desarrollo de habilidades operacionales o técnicas que necesitan de reiteración para su consolidación, pero también pueden estar relacionadas con problemas químicos docentes donde la interrelación de los aspectos cualitativos, cuantitativos, teóricos y experimentales permiten buscar una solución adecuada. En la solución de las tareas experimentales pueden emplearse programas de computación interactivos. Diferentes autores tratan de plantear como diferencia distintiva entre las tareas teóricas y experimentales, la solución de esta última a partir de la propia experiencia, al respecto Leyva Haza, J. plantea: " La diferencia distintiva entre estos tipos de tareas consiste en que en la tarea teórica se trabaja con información tomada de la realidad por otra persona, que no es la que acomete la solución, esta información puede estar dada directamente en el enunciado de la tarea (tareas de enunciado cerrado) o puede ser el resultado de acotaciones y / o búsquedas durante el proceso de solución en manuales, libros, tablas etc. (tareas de enunciado abierto), pero nunca en la propia experiencia, en caso contrario la tarea sería experimental". (2002, p. 63) Este autor, que realiza su investigación en otra de las ciencias naturales, la Física, considera la siguiente definición de tarea experimental: “…es la que encuentra su solución mediante la transformación teórica del modelo del fenómeno físico y la realización del experimento que es medio para obtener información decisiva para la solución, y constituye además, la dirección en que se proyectan todas las acciones". (2002, p.98.) Otro autor se ha referido a las tareas experimentales de la siguiente forma: "Se denominan tareas experimentales las tareas en las que el experimento sirve de medio de determinación de magnitudes, necesarias para la resolución, brindar respuesta a la pregunta planteada en la tarea o es medio de comprobación de los cálculos hechos de acuerdo con los datos ". (Bugaev, 1984, p.249) En ambas definiciones se centra la atención del experimento como método de solución. Con el desarrollo de la informática la solución puede darse a partir de una experiencia virtual, lo que puede enriquecer estas definiciones. Al respecto Martínez S. E. y Machado B. E. (2004) definen tarea experimental de la siguiente manera: La tarea que encuentra su solución mediante la transformación teórica del modelo del fenómeno químico y la experimentación virtual o real que permite obtener, procesar y analizar la información decisiva para su solución y constituye además la dirección en que se proyectan las acciones. Las tareas experimentales pueden considerarse como un problema cuando el método de solución es desconocido por los alumnos que necesitan de deducciones lógicas a partir de conocimientos prácticos y teóricos para buscar la vía adecuada. La búsqueda de las vías de solución en un problema experimental resulta compleja, pues integra conocimientos teóricos y prácticos, así como habilidades generales y experimentales. En la bibliografía consultada no aparece una clasificación exacta de las tareas experimentales para la enseñanza de la Química, en el caso de la Física, Leyva Haza, J. (2002), propone una clasificación atendiendo al método de solución; Rivero, H. (2003), realiza un análisis de las tareas teóricas en la Física atendiendo al enunciado (tareas cerradas, semiabiertas y abiertas). Al respecto, Rojas Arce, C. ha expuesto tres direcciones fundamentales, en función de los objetivos generales, que debe cumplir el experimento químico docente y que permite establecer una tipología: ( 1988, p.26.) 1. Experimentos dirigidos fundamentalmente a la introducción y estudio de una técnica experimental nueva. 2. Experimentos dirigidos al estudio de un contenido dado. 3. Experimentos que combinan la introducción de técnicas experimentales y el estudio de nuevos contenidos. Otros autores como Kiruchkin D. M., Shapovalenko S.G. y Polosin V. S. ofrecen una clasificación de los problemas químicos, asumiendo dos grandes grupos: problemas químicos cuantitativos y cualitativos. Para esta división se basan en la ausencia o no del cálculo matemático en su solución, en el caso de los problemas cualitativos refieren: "No necesitan de cálculo en su resolución y existe una estrecha relación entre los conocimientos y las habilidades". (1981, p.33) Las tareas experimentales están muy vinculadas con estos aspectos, pueden ser cualitativas o cuantitativas, a partir de la solución que se emplee, la información que se ofrezca, el procesamiento de la información y el control de las variables. En las cualitativas la información y las variables a controlar, relacionadas con el objeto químico, refieren aspectos tales como: cambio de color, desprendimiento gaseoso, formación o desaparición de precipitados, intercambio de energía con el medio, entre otros, no necesitan mediciones de magnitudes físicas, ni de cálculo para su solución. Las tareas cuantitativas incluyen aspectos cualitativos, las variables a controlar se vinculan con magnitudes físicas y se requieren del cálculo para su solución. A partir de la información, que puede aparecer de forma explícita o no en las tareas, Martínez S. E. y Machado B. E. (2004) las clasifican en: abiertas, semiabiertas o cerradas. Las tareas cerradas precisan de una información completa y explícita en el enunciado, relacionadas con datos, constantes universales, útiles, reactivos, y condiciones en que se verificará la experiencia. En las tareas semiabiertas no se precisa toda la información, la cual el estudiante debe buscar en función de su preparación, se dan a conocer los reactivos que utilizará, las condiciones y útiles pueden variar y no ofrecerse de forma explícita. En las tareas abiertas no se precisa la información, la cual el estudiante debe buscar, se ofrece una diversidad de reactivos, útiles y condiciones para realizar la experiencia. Estos últimos autores clasifican las tareas teniendo en cuenta las vías de solución que pueden ser: experimental, teórica o teóricaexperimental. Las tareas que se resuelven por una vía experimental están relacionadas con la preparación para el laboratorio químico y estudio de técnicas experimentales nuevas; las que emplean una vía teórica, son aquellas dirigidas al estudio de determinados contenidos, donde se explica el experimento y se ofrecen los resultados, sin que el estudiante tenga que ejecutar la parte experimental; y las que su solución requiere de una vía teórico-experimental, se vinculan con determinados contenidos pero necesitan de la realización de la parte práctica. En el programa de la asignatura Química de la educación preuniversitaria, se conciben las actividades experimentales en tres variantes diferentes: las demostraciones, que son realizadas por el profesor y los experimentos de clase y las prácticas de laboratorio que son llevadas a cabo por los estudiantes. Rojas Arce C. considera la siguiente definición de práctica de laboratorio: “Por su aspecto externo constituye una forma de organización de la clase, sin embargo por su aspecto interno es un medio de realización práctica del trabajo independiente en la medida que permite la inclusión de los estudiantes en la actividad cognitiva independiente”. (1985, p.35.) En esta definición no solamente se ve la práctica de laboratorio en su aspecto externo sino en su contribución a la independencia cognoscitiva de los estudiantes y a su actividad creadora. Cuando las prácticas de laboratorio químico se conciben de modo que se favorezca la aplicación del enfoque investigativo las tareas experimentales tiene un mayor nivel de complejidad, ya que integran contenidos de un tema o varios temas o también favorecen la interdisciplinariedad con otra u otras asignaturas del currículo; suelen ser abiertas o semiabiertas las cuales requieren de una búsqueda de información más amplia para proponer diferentes alternativas de solución; se logra una mayor independencia por parte del estudiante tanto en su preparación como en la ejecución; contribuye a la formación y desarrollo de habilidades lógicas generales, investigativas y experimentales: de autodirección, planificación del experimento, ejecución, control y análisis de los resultados. Propuesta de tareas experimentales para Química preuniversitario con enfoque investigativo: Tarea experimental # 1A: (Variante abierta) Compruebe si una reacción REDOX puede ser utilizada para generar electricidad y calcule la diferencia de potencial entre los electrodos. Se dispone de los siguientes reactivos: HCl(conc.), KCl(s), KCl(ac), CuSO4(ac), ZnCl2(ac). Los útiles se encuentran en la gaveta del puesto de trabajo. Tarea experimental # 1B: (Variante semiabierta) Compruebe si una reacción REDOX puede ser utilizada para generar electricidad. Se dispone de los siguientes reactivos: HCl(conc.), KCl(s), KCl(ac), CuSO4(ac), ZnCl2(ac). a) Realice la propuesta de construcción de la pila. b) Represente mediante diagrama. c) Escriba las ecuaciones de las reacciones en los electrodos. d) Calcule la fuerza electromotriz de la pila. e) Proceda a realizar el experimento. Los útiles se encuentran en la gaveta del puesto de trabajo. Tarea experimental # 2A: (Variante abierta) Compruebe experimentalmente cómo influye la temperatura en la velocidad de una reacción. Se dispone de los siguientes reactivos: Tiosulfato de Sodio 0,1 mol.L-1, ácido sulfúrico 0,3 mol.L-1. Los útiles se encuentran en la gaveta del puesto de trabajo. Tarea experimental # 2B: (Variante semiabierta) Compruebe experimentalmente cómo influye la temperatura en la velocidad de una reacción. Se dispone de los siguientes reactivos: Tiosulfato de Sodio 0,1 mol.L-1, ácido sulfúrico 0,3 mol.L-1. a) Escriba la ecuación de la reacción que ocurre. b) Ofrezca los resultados del experimento en una tabla. c) Proceda a realizar el experimento. Los útiles se encuentran en la gaveta del puesto de trabajo. Conclusiones Las tareas experimentales desempeñan un papel fundamental en el enfoque investigativo de las diferentes formas organizativas del experimento químico docente. A partir de la información, que puede aparecer de forma explicita o no en las tareas, los autores consultados las clasifican en: abiertas, semiabiertas o cerradas. La utilización de tareas experimentales abiertas o semiabiertas durante la realización de las prácticas de laboratorio puede contribuir a una mayor independencia y creatividad por parte del futuro bachiller. Bibliografía 1. ROJAS ARCE, Carlos. El trabajo independiente de los alumnos. Su esencia y clasificación:- - en Revista Varona No. 1, La Habana, 1978. 2. _______________. Las prácticas de laboratorio en química y el desarrollo de la actividad independiente: - - en revista Varona No. 14. Ciudad de la Habana, 1985 3. ________________ . Algunas consideraciones sobre los problemas del desarrollo de habilidades experimentales en los estudiantes de la Licenciatura en Educación especialidad de Química: -- en revista Varona No. 20. 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