Tareas experimentales de Química en preuniversitario con enfoque

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. La Habana, 1988.
4. ________________ El experimento químico y su papel en la función
desarrolladora de la enseñanza. - - Ciudad de la Habana: Material
mimeografiado I.S.P. " Enrique J. Varona “, 1995.
5. ________________ . Metodología de la enseñanza de la Química. - Ciudad de la Habana: Editorial Pueblo y Educación, 1990.
6. CARDERO NARANJO, Alicia y Vidal Castaño, Gonzalo. El laboratorio
Químico en apoyo a la formación científica de los estudiantes. [En
línea].
Disponible
en
http://169.158.24.166/texts/pd/1894/02/2/189402202.pdf,
2004
(consultado 15/11/04).
7. GIL PÉREZ, D. Temas escogidos de didáctica de la Física / Gil Pérez,
D…[et al].- -La Habana: Editorial Pueblo y Educación, 1996
8. KIRUCHKIN D. M. Selección de temas de Metodología de la
enseñanza de la Química/ D. M. Kiruchkin, S. G. Shapovalenko y V. S.
Polosin.-- La Habana: Edit. Pueblo y Educación, 1981
9. LEYVA HAZA, Julio: La estructura del método de solución de tareas
experimentales de Física como invariante del contenido. (Tesis
presentada en opción al grado científico de doctor en Ciencias
Pedagógicas). - - I.S.P. "Félix Varela", Santa Clara, 2002.
10. MACHADO BRAVO, Ena. El sistema de prácticas de laboratorio en
Química General.-- La Habana: Ponencia presentada en el evento
internacional Pedagogía 93, 1993.
11. _______________________ . Estrategia didáctica para integrar las
formas del experimento químico docente con un enfoque investigativo.
Tesis de Doctorado, Santa Clara, 2005.
12. _______________________ . Las tareas experimentales en la
enseñanza de la Química.
[En línea]. Disponible en
http://www.monografias.com. (Consultado 01/03/10)