el modelo corpuscular de la materia

Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
UNIDAD DIDACTICA:
EL MODELO CORPUSCULAR DE LA
MATERIA
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
UNIDAD DIDÁCTICA: El modelo corpuscular de la materia
Fundamentación
Para el dominio de una realidad técnica, económica, o social contemporánea, el uso de
modelos reviste una importancia fundamental. Las ciencias son constructoras y manipuladoras
de modelos. Ante esto podríamos suponer que se le concede a la modelización una
importancia central en las actividades escolares. Sin embargo, en la realidad de las clases y
los textos, es la imposición de un punto de vista y de un modo de descripción el que prevalece.
Conceptos como átomo, red cristalina, enlace químico, mecanismo de reacción, entre otros, no
son presentados como modelos, es decir, representaciones construidas, calculables,
simplificadas, sino como la realidad directamente visible.
En estas condiciones, se puede comprender el fracaso sistemático de los alumnos,
quienes presentan enormes dificultades al unir los modelos presentados con las situaciones
reales de laboratorio o de la vida cotidiana y que no llegan a aplicar estos como construcciones
hipotéticas y heurísticas, sino como dogmas definitivos y cerrados.
Ante estos hechos es preciso elaborar una unidad didáctica que tenga como objetivo: la
construcción del concepto de modelo científico, que se desarrollara en el curso de Química de
tercer año del ciclo básico, como antecedente de la unidad programática cuyo contenido central
es la estructura atómica.
El trabajo de elaboración del concepto de modelo conducirá luego a elaborar un
modelo que en una primera aproximación permita explicar en forma general la estructura de la
materia. Uno de los factores de la evolución del conocimiento de la naturaleza, se puede
explicar como un progresivo conocimiento de la relación entre su dimensión submicroscópica
(átomos, moléculas, etc.) y macroscópica, a través del empleo de modelos y representaciones
adecuadas. Se puede distinguir, en efecto, tres niveles de descripción en el estudio de la
materia
¾ Atómico-molecular.
¾ Multiatómico (o multimolecular)
¾ Macroscópico, referido a la materia y sus propiedades, tal como podemos
percibirlas con nuestros sentidos.
Es evidente que la explicación de las propiedades macroscópicas de las sustancias se
fundamenta en una adecuada introducción de modelos de partículas, progresivamente más
complejos y con mayor capacidad predictiva y explicativa. Para construir en el aula esta
concepción corpuscular de la materia se pueden distinguir tres etapas sucesivas:
¾
¾
¾
Un modelo partículas-vacío, primero estático y después dinámico (modelo cinéticocorpuscular). Con él podemos explicar, primero, las propiedades mecánicas de los
gases: compresibilidad, etc.; después, la difusión en gases y líquidos, los cambios
de estado, etc. y la influencia de la temperatura en dichos fenómenos.
El modelo de Dalton que nos permite explicar las leyes másicas y la conservación
de los elementos en las reacciones químicas.
Los diferentes modelos de estructura atómica y enlace, en progresiva complejidad,
por los cuáles podemos explicar de manera cada vez más satisfactoria las
propiedades químicas de los elementos y de las sustancias que forman, así como
las propiedades físicas de éstas.
Es conveniente tener presente cuales son las ideas previas de los alumnos, más
frecuentes al respecto del modelo corpuscular:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Conciben la materia como algo continuo
Desconocen el carácter material de los gases
Caracterizan los átomos a través de las propiedades macroscópicas de la materia
Asimilan los cambios macroscópicos a las transformaciones a nivel atómico
Identifican a los elementos como sustancias simples
Conciben el átomo como un micro sistema planetario
Asignan el carácter de realidad a la estructura atómica
Consideran definida la posición del electrón en la periferia
Establecen la ubicación de los electrones en la periferia en términos de distancia respecto al núcleo
Caracterizan los átomos a través de las propiedades macroscópicas de la materia
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
La principal dificultad que presenta este contenido proviene, de la contradicción entre
las ideas corpusculares y la percepción continua de la materia. Los alumnos, en las primeras El
El principal obstáculo didáctico proviene, de la contradicción entre las ideas
corpusculares y la percepción continua de la materia. Los alumnos, en las primeras
etapas de su aprendizaje, se hallan fuertemente condicionados por los rasgos
perceptivos a la hora de conceptualizar la realidad.Sin embargo, es necesario también
tener en cuenta la presencia de ideas atomísticas desde las primeras etapas en la historia del
pensamiento filosófico. Este atomismo intuitivo es el que inspira una de las aproximaciones
más frecuentes cuando se trabaja la idea de unidad de la materia: .
“Si tenemos una determinada cantidad de una sustancia cualquiera. Por ejemplo, agua, y
tratamos de dividirla en mitades sucesivas llegará un momento en que tal división será
imposible, llegando así a una unidad que se denomina átomo.”
Este planteo puede reafirmar
ideas erróneas de los alumnos acerca
del
comportamiento de la materia a nivel atómico, según las cuales tienden a asignar la dimensión
macroscópica de los fenómenos, al comportamiento de la misma, a escala atómica, y
consideran al átomo como unidad de materia en estado libre. Así por ejemplo, los alumnos de
esta edad consideran que los átomos de carbono son negros dado que el color del carbón o del
grafo de su lápiz es de ese color, así también, no reconocen en las moléculas y iones especies
que puedan constituir unidades en sí mismas. Por otra parte, la concepción corpuscular no se
utiliza, generalmente, de manera espontánea como una herramienta explicativa en multitud de
fenómenos: comportamiento de los gases, cambios de estado, etc.
En esta unidad didáctica se propone un primer nivel de elaboración del modelo a nivel
estático, que supone, en definitiva, uno de los primeros pasos en el estudio de la estructura de
la materia. La inclusión del modelo corpuscular en este curso se fundamenta en la necesidad
de iniciar al alumno, gradualmente, en el proceso de modelización. Esto se deberá lograr a
través de la elaboración del modelo corpuscular de la materia, el que será construido de forma
simplificada y empleado, como forma de representar, explicar y predecir algunos de los
fenómenos estudiados. En cuanto al modelo corpuscular se planteará una aproximación a la
idea de discontinuidad de la materia a partir de modelos analógicos similares a los planteados
por el texto con en estudio de las fotografías. La idea de vacío que involucra este modelo no
puede ser desarrollada en su real dimensión dado que exige un nivel de abstracción que
probablemente los alumnos aún no estén en condiciones de formalizar, se pretende
simplemente que la idea quede planteada y que el alumno pueda elaborarla gradualmente en
los cursos de ciencias posteriores.
De acuerdo con estas ideas, señalamos algunos aspectos tomados en cuenta en el
diseño esta unidad.
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Nivel de operaciones intelectuales de los alumnos, para establecer la zona de
desarrollo real.
Diagnóstico y explicitación de las ideas previas de los alumnos sobre el concepto
de modelo.
Consideración de los esquemas alternativas mas frecuentes.
Abordaje de los contenidos desde sus diferentes dimensiones, la conceptual en
cuanto a la elaboración de los conceptos de modelo y modelo corpuscular;
procedimental, en cuanto al abordaje de la modelización como procedimiento
fundamental en ciencias para la construcción del conocimiento; y actitudinal,
resaltando la importancia de la modelización en la elaboración de explicaciones
progresivamente más rigurosas de los fenómenos naturales, sociales etc. con los
que el alumno esta en permanente contacto.
Diseño y propuesta de las actividades en forma ordenada tratando de que tenga
significatividad lógica y psicológica.
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
Objetivosde enseñanza
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Elaborar el concepto de modelo científico.
Elaborar el concepto del modelo corpuscular de la materia.
Presntar el modelo corpuscular en la explicación y predicción de diversos
fenómenos.
Presentar la importancia de los modelos en el proceso de construcción del
conocimiento científico
Indicadores de logro (objetivos de aprendizaje)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Identificar el proceso de construcción concepto de un modelo científico.
Describir el modelo corpuscular de la materia.
Aplicar el modelo corpuscular para la explicación y predicción de diversos
fenómenos.
Valorar la importancia de los modelos en el proceso de construcción del
conocimiento científico
Secuencia de contenidos
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Modelo científico
Discontinuidad de la materia
Modelo corpuscular
Difusión
Importancia y aplicaciones del modelo corpuscular
Metodología
Se desarrollará una secuencia de actividades que faciliten la elaboración del modelo
científico, a partir de la presentación progresiva de los contenidos desde lo mas concreto a lo
más abstracto. Se desarrollará una progresión inductiva en la cual se presenten situaciones
particulares hasta la generalización conceptual.
Se realizarán diversas actividades, sobre la base de situaciones problema, que
permitan en una primera fase la elaboración del concepto de modelo científico y luego el
modelo corpuscular de la materia:
ACTIVIDAD 1: elaboración del concepto de modelo, a partir de la construcción de un modelo
concreto mediante la técnica de la caja negra. Esta técnica, implicará un conjunto de acciones
previas fundamentales:
ƒ
Construcción de una varias cajas iguales con objetos de diferentes materiales y formas en
su interior de acuerdo como se indica en la figura:
Arandelas
Objeto
rectangular
de madera
Objeto cilíndrico
de metal
Objeto
esférico de
vidrio
Curso de Didáctica I
ƒ
ƒ
ƒ
Prof. Gustavo J. Laborde
División del grupo en equipos de no más de cinco estudiantes.
Asignación a cada equipo de la caja cerrada .
Requerimiento a los alumnos de:
a) determinaciôn, mediante la observacion, de los posibles constituyentes de
la caja y su organizaciôn dentro de la misma.
b) formulacion de predicciones que permitan confinnar lo planteado en (a).
c) verificación de tales predicciones.
d) elaboración de un cuadro donde registren sus observaciones.
e) elaboraciôn del modelo sobre la conformación de la caja.
ACTIVIDAD 2: inducir a la elaboración del concepto de discontinuidad de la materia, a través
de diferentes analogías.
ACTIVIDAD 3: por medio de fichas de trabajo se introducirá el modelo corpuscular de la
materia.
ACTIVIDAD 4: realización de una actividad experimental sobre el fenómeno de la difusión para
aplicar el modelo corpuscular en su explicación.
ACTIVIDAD 5: actividad de consolidación donde el alumno aplique el modelo elaborado a la
explicación de diversos fenómenos estudiados en unidades anteriores.
Para el desarrollo de la estrategia indicada, se emplearan diferentes técnicas, como la
expositiva con interrogatorio para introducir elementos conceptuales, de fichas, de laboratorio,
y técnicas de trabajo grupal.
Se emplearán como recursos para apoyar la metodología indicada, material de laboratorio,
fichas de trabajo, hojas de problemas, caja negra.
Temporalización
Presentación de la unidad didáctica e
introducción: 1 clase
Actividad 1 y conclusiones: 3 clases
Actividad 2 y conclusiones: 1 clase
Actividad 3 y conclusiones: 1 clase
Actividad 4 y conclusiones: 3 clases
Actividad 5: 1 clase
Evaluación: 1 clase
Evaluación
Para evaluar el proceso de enseñanza y aprendizaje se empleará la observación del trabajo de
los alumnos durante el desarrollo de la unidad didáctica y al final de la misma se planteará una
evaluación escrita.
BIBLIOGRAFIA
BIBLIOGRAFIA PARA EL DOCENTE
Becker, Wentword
Brown y otros
Burns, R.
Dickerson y otros
Ebbing, D.
Sienko & Plane
Zumdahl y otros
Química General
Química: la ciencia central
Fundamentos de química
Principios de Química
Química general
Química: principios y aplicaciones
Fundamentos de Química
Reverté, Barcelona.
Prentice Hall, México.
Prentice Hall., Madrid
Reverté, Barcelona
McGraw Hill, Mexico.
Mc Graw Hill, Mexico.
McGraw Hill, México,
BIBLIOGRAFIA PARA EL ALUMNO
I.P.S GROUP
Varela C. y otros
Curso de Introd. Ciencias Físicas
Introducción a la Química (tomo 1)
Reverte, Barcelona,
Barreiro, Montevideo
Curso de Didáctica I
ACTIVIDAD 1:
Prof. Gustavo J. Laborde
MODELO DE LA CAJA NEGRA
Forma un grupo con tres o cuatro compañeros más
El grupo realizará diferentes observaciones con la caja. Para lo cual podrán realizar cualquier
tipo de ensayo excepto abrirla.
A partir de las observaciones el grupo deberá:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
OBSERVACION
proponer los posibles constituyentes de la caja y su posible
organización dentro de la misma.
predecir posibles observaciones
verificar tales predicciones
elaborar un cuadro con las observaciones realizadas
plantear un modelo sobre la constitución de la caja representado
mediante un esquema apropiado
EXPLICACION
PREDICCIÓN
MODELO DE LA CAJA NEGRA
REPRESENTACIÓN:
DESCRIPCIÓN:
VERIFICACION
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
ACTIVIDAD 2: LO CONTINUO Y LO DISCONTINUO
Para realizar la siguiente actividad deberás tener:
¾
¾
¾
¾
Una lupa
Fotos de diarios y revistas
Un aerosol de pintura
Hojas de papel blanco
1º PARTE
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Observa las imágenes en las diferentes fotografías.
Describe la imagen observada en cada foto.
Observa las fotos con lupa.
Describe las imágenes que ves.
Construye una tabla con las observaciones realizadas.
OBSERVACIONES A SIMPLE VISTA
OBSERVACIONES CON LUPA
2º PARTE
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Coloca el aerosol a 50 cm de la hoja
blanca (ver figura).
Oprime suavemente la válvula una vez.
En otra hoja repite el paso anterior pero
oprimiendo dos veces la válvula.
Repite el procedimiento en una tercera
hoja, pero oprimiendo tres veces la
válvula.
Observa las hojas y describe lo
observado en cada una de ellas.
HOJA Nº1
HOJA Nº2
HOJA Nº3
A partir de las observaciones realizadas en cada una de las actividades, ¿qué conclusiones
puedes sacar?
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
ACTIVIDAD 3:
De igual forma que observaste las fotos con lupa, observa nuevamente una imagen y una
porción de la misma aumentada 1000 veces.
La imagen es continua o discontinua:
ƒ A simple vista
ƒ Aumentada
¾ ¿Cuál es la unidad que conforma la imagen?
¾ ¿Por qué esta unidad no se observa cuando la imagen se observa a simple vista?
Construyes un muro de 1 m de alto y 1 m de largo utilizando canicas de vidrio y lo observas a
diferentes distancias: 10 m, 50 m, 100 m,
¾
¾
¾
¾
¿Qué diferencias notarás en cada observación?
La imagen del muro observado a 100 m, ¿se verá continua o discontinua?
La estructura del muro ¿es continua o discontinua?
¿Cuál es la unidad que constituye el muro?
Si observases una roca y pudieses ampliar un trozo de la misma 100.000.000 veces,
¾
¾
¾
¿Qué supones que verías?
En consecuencia, la materia ¿es continua o discontinua? ¿por qué?
Si a la unidad que constituye la materia le llamamos partícula o corpúsculo, ¿qué
supones que habrá entre partícula y partícula?
El modelo de partículas que proponemos para explicar la estructura de la materia, ¿qué tiene
en común con el modelo de la caja negra trabajado en actividades anteriores?
Curso de Didáctica I
ACTIVIDAD 4
Prof. Gustavo J. Laborde
EXPERIMENTO DE DIFUSION
Para la realización de este experimento necesitarás:
2 vasos de bohemia
Permanganato de potasio sólido
Tinta de color oscuro
Cuenta gotas
Agua
Tubo de vidrio
Algodón
Solución de amoníaco
Acido clorhídrico
1º PARTE
1.
2.
3.
4.
5.
Coloca en cada vaso de Bohemia, agua hasta sus dos terceras partes.
Al vaso Nº1 agrégale una cucharadita de permanganato de potasio .
Al vaso Nº 2 agrégale unas gotas de tinta.
No muevas, ni agites el contenido del vaso.
Observa atentamente y anota lo observado.
VASO Nº1
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
VASO Nº2
¿Qué ocurrió en el vaso de Bohemia?
¿Qué tipo de sistema se forma inicialmente?
Describe el sistema resultante al terminar tu observacion.
Intenta dar una explicación de lo que observaste.
Interpreta, por medio de un dibujo o de un esquema, lo que ocurrió denfro del sistema
2º PARTE
1. Toma un tubo de vidrio abierto en sus dos extremos.
1. Colócalo horizontal en un soporte y sujétalo con cuidado.
2. Forma dos bolas de algodón que se ajusten perfectamente a cada extremo del tubo haciendo las
veces de tapón.
3. Moja uno de los tapones en ácido clorhídrico concentrado y el otro, en amoníaco concentrado.
no empapes todo el algodón de modo que te quede un extremo seco para poder tomarlo con la mano.
Estas soluciones son agresivas para la piel. No acerques el algodón a los ojos ni a la nariz. los
vapores de esta soluciones son irritantes.
4.
En cuanto mojes los algodones, tapa con ellos los extremos del tubo.
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Luego de un cierto tiempo, ¿qué observas?
¿Qué se forma?
Intenta dar una explicación de lo que observaste
Interpreta, por medio de un dibujo o de un esquema, lo que ocurre en el interior del tubo.
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
ACTIVIDAD 5:
1.- Representa con el modelo de partículas la estructura de cada uno de los estados de
agregación:
Con este modelo, explica las propiedades que caracterizan a los estados de agregación de la
materia.
2.- Aplicando el modelo corpuscular representa los siguientes cambios de estado de
agregación:
sólido
líquido
gaseoso
líquido
3.- Mediante el modelo corpuscular se representan a continuación algunas transformaciones de
la materia. Clasifícalas y fundamenta tu respuesta.
Curso de Didáctica I
Prof. Gustavo J. Laborde
EVALUACION
1. Los dibujos representan sistemas gaseosos, indicándose los átomos de los diferentes
elementos por los símbolos:
A
B
C
D
a) ¿Cuál de los dibujos representa una mezcla de dos sustancias simples?
b) ¿Cuál de los dibujos representa solamente un compuesto?
c) ¿Cuál de los dibujos representa solamente a una sustancia simple?
2. ¿Cuál de los siguientes dibujos representa mejor a las partículas de azúcar disueltas en el
agua ?
Ya no
queda
azúcar en
el agua
Indica alguna propiedad del sistema que avale el modelo elegido.
4.- Cuando se calienta el mercurio que hay en un termómetro, éste se dilata . ¿qué piensas que
sucede con las partículas del mercurio durante este cambio ?. Representa el proceso aplicando
el modelo corpuscular
5. En un globo aerostático se calienta el aire con que está inflado y el globo comienza a
elevarse, explica con el modelo corpuscular este hecho.
6. Representa con el modelo corpuscular:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Un sistema homogéneo con dos componentes
Un sistema heterogéneo con dos fases y tres componentes
Un cuerpo puro formado un compuesto
Un cuerpo puro formado por una sustancia simple