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En este escrito se presenta la unidad didáctica sobre el enl

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julio cesar

on 21 February 2015

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Transcript of En este escrito se presenta la unidad didáctica sobre el enl

En este escrito se presenta la unidad didáctica sobre el enlace químico, como resultado de una investigación realizada por dos de los autores (García Franco y Garritz), con apoyo del tema de modelización del tercer autor (Chamizo), con un objetivo dual:
ENLACE QUÍMICO
Una aproximación constructivista a su enseñanza.

La presentación del tema "Enlace químico", basándose en los conceptos fundamentales de la electrostática, sin entrar en consideraciones de mecánica cuántica.
Emitir una serie de recomendaciones para los profesores.
Para el profesor de ciencias el conocimiento del contenido que va a enseñar está inseparablemente unido con el proceso de como enseñarlo.
Se utilizó el modelo de planificación de unidades didácticas propuesto por Sánchez y Valcárcel (1993), con el empleo de una secuencia de enseñanza constructivista (Driver y Scott, 1996) y se presentan algunos resultados de su aplicación en dos aulas de bachillerato. La intención de esta investigación es triple:
Describir con detalle la planificación de una unidad didáctica, siguiendo un modelo diseñado.
Utilizar, dentro de este modelo de planeación, una secuencia de enseñanza constructivista.
Aplicar la secuencia en dos aulas de bachillerato tratando de dar cuanta de la transformación en la concepciones de los alumnos.
La propuesta didáctica tiene cinco componentes.
a) Análisis científico.
El objetivo del análisis científico es doble: la estructuración de los contenidos de enseñanza y la actualización científica del profesor.
Se ha empleado el siguiente orden general de ocho preguntas clave para avanzar hacia las concepciones científicas del enlace.
1. ¿Por qué se unen los átomos?
2. ¿Qué es la electronegatividad?
3. ¿Qué es el enlace iónico?
4. ¿Qué es el enlace covalente?
5. ¿Qué es un enlace covalente polar?
6. ¿Qué es el enlace metálico?

7. ¿Qué enlaces existen entre las moléculas en un sólido o un líquido?
8. ¿A qué se debe la solubilidad de las sustancias en otras sustancias?

b) Análisis didáctico
Sánchez y Valcárcel (1993) señalan dos indicadores de la capacidad cognitiva del alumno, que es algo crucial para determinar lo que es capaz de hacer y aprender: sus conocimientos previos y el nivel de desarrollo operatorio donde se encuentran los alumnos en relación con las habilidades intelectuales necesarias para la comprensión cabal del tema.
c) Selección de objetivos
El objetivo más importante de exponer a dos grupos de treinta estudiantes a los conceptos del enlace químico es lograr, en una buena proporción de ellos y ellas, discutir sus concepciones sobre el tema y reexaminarlas, hasta llevarlos a la conclusión de que algunas de sus representaciones resultan incompletas para explicar la naturaleza y propiedades de las sustancias con diferentes enlaces.

El segundo objetivo, más específico, es que la idea de presentar el enlace químico en primer término como interacción entre partículas cargadas puede proveer de un marco general de trabajo, que permita transitar hacia los diversos modelos existentes para comprender los casos particulares del enlace.
Este objetivo incluye otro muy importante: que el alumno concluya que los diversos modelos de enlace basados en hechos aparentemente diferentes, tienen un carácter electrostático común, es decir, que son modelos aplicables al mismo tipo de fenómeno.
d) Selección de la estrategia didáctica
La secuencia de enseñanza comienza con la explicitación de las ideas de los estudiantes sobre el tema que se va a tratar, después se desarrollan algunas actividades que les ayudan a reestructurar sus ideas y, finalmente, se proveen oportunidades para que revisen y consideren cualquier cambio que resulte en sus concepciones.

Esta secuencia considera alcanzar el cambio conceptual con base principalmente en el conflicto cognitivo.
e) Selección de estrategias de evaluación
Para la evaluación de la unidad didáctica, se empleó fundamentalmente un cuestionario que se aplicó a los dos grupos, tanto antes de comenzar el estudio formal del tema como al concluirlo.

Además del cuestionario, se utilizaron los registros de los alumnos en las actividades experimentales, así como su participación en las discusiones en el salón de clases.

Pregunta 1. Las diferencias y semejanzas que asignan los estudiantes entre las fuerzas intermoleculares y los enlaces intramoleculares.

Pregunta 2. La razón por la que ocurren los enlaces químicos.

Pregunta 3. La razón de las diferencias entre los puntos de fusión de las sustancias.

Pregunta 4. La forma en la que los estudiantes representan distintas sustancias (un grano de sal, un clavo de hierro, un trozo de diamante y una botella que contiene oxígeno).

1. Descripción de una unidad didáctica.
2. Introducción
Aquí se describe la forma en que se ha logrado una clasificación primaria de los enlaces entre los átomos. Toda la discusión se centra en la manera como interactúan los núcleos atómicos con los electrones presentes,esencialmente con los más alejados de los núcleos, que son los que juegan el papel principal para lograr enlazar un átomo con otro.

El conocimiento del enlace químico ha servido a la humanidad para obtener artificialmente, a través de la síntesis química, nuevos materiales más resistentes y útiles que los naturales, medicinas más activas contra las enfermedades, productos que hacen más llevadera la cotidianidad en el hogar y una multitud de satisfactores para elevar la calidad de vida.

3. Empecemos con algo experimental
Investiga la conductividad eléctrica de las siguientes
sustancias utilizando el aparato que acabas de construir.
• Investiga la solubilidad en agua de estas mismas sustancias y también la conducción eléctrica de la disolución (recuerda usar agua destilada para la prueba de conductividad).

• Agrupa las sustancias de acuerdo con las propiedades que presentaron.

• Construye una explicación de las razones por las cuales hay sustancias que conducen la electricidad y otras que no. Intenta explicar también por qué conducen la electricidad algunas de las disoluciones acuosas de las sustancias. Explica por qué algunas de estas sustancias son solubles en agua y otras no.

1. ¿A qué se deben las fuerzas que mantienen unidas a las partículas que componen las sustancias?
2. ¿Por qué existen sustancias, como el NaCl, que no conducen cuando están sólidas y sí lo hacen cuando están disueltas en agua?
3. ¿Por qué hay disoluciones de ciertas sustancias que conducen la electricidad y otras no?
4. ¿A qué se debe que algunas sustancias se disuelvan en agua y otras no?
5. ¿Será posible que una sustancia no conduzca la electricidad en estado sólido y sí cuando está fundida? ¿Por qué?
6. ¿A qué se debe que las sustancias tengan tan distintos puntos de fusión?

Responde las siguientes preguntas
4. Para los profesores. Sobre la exploración de las propiedades
Es conveniente que el profesor lleve a la sesión experimental una serie de acetatos con los que pueda explicar cuáles son los puntos clave para explicar las razones de los fenómenos que van a observarse. Conviene que no los utilice, a menos de que detecte una gran confusión estudiantil.
Después o simultáneamente a que los estudiantes expresen libremente sus ideas con relación a las seis preguntas, conviene que establezca un debate, para que unos estudiantes vayan convenciendo al resto de sus ideas y para que todos se vayan dando cuenta que sus concepciones no alcanzan para explicar concienzudamente las preguntas, es decir, que sus propias concepciones son limitadas para explicar la realidad.
Este proceso de debate da oportunidad para que se presenten las condiciones 1 y 2 del cambio conceptual
1) Debe existir insatisfacción de las concepciones existentes
2) Una nueva concepción debe ser mínimamente inteligible
Las ideas de los estudiantes se discuten en términos de su poder explicativo y se solicitará que traten de aplicar las ideas en discusión en nuevos contextos, de esta forma, se intenta que los estudiantes sean capaces de determinar no sólo la inteligibilidad de una idea determinada, sino también su plausibilidad y de ser posible, su aplicabilidad.
A continuación conviene el profesor vaya planteando algunas ideas en relación con los enlaces químicos, de acuerdo con el modelo científico actualmente aceptado.
Es importante sin embargo, considerar cuáles fueron las ideas que los estudiantes expresaron en el debate inicial, de forma que éstas formen parte del discurso cotidiano de la clase.

5. Para los profesores. Sobre el análisis
científico y didáctico del tema
Aquí se propone una manera de desarrollar este tema que considera los contenidos centrales del mismo y que aparecen en la mayoría de los programas de estudio de bachillerato y primeros niveles de licenciatura, y al mismo tiempo toma en cuenta los principales resultados de la investigación educativa a este respecto
6. Clasificación de los enlaces
Ideas preliminares
Los átomos se agrupan para formar agregados que presentan propiedades muy distintas a las que tienen cuando se manifiestan en forma de elementos. Así por ejemplo, a partir de carbono –sólido negro– y de oxígeno e hidrógeno –gases incoloros e inodoros–, se pueden obtener tanto la blanca y dulce azúcar como el volátil e intoxicante etanol. Asimismo, del sodio –metal gris, blando y extraordinariamente reactivo– y el cloro –gas verde y tóxico– obtenemos la sal de mesa blanca y sólida, fundamental para nuestra dieta.

Lo anterior es de extraordinaria importancia. Los átomos tienen otras características cuando están enlazados.
Para muchos investigadores, el concepto de enlace químico es considerado crucial dentro de la química, ya que de su correcta comprensión depende que el estudiante pueda desarrollar con éxito otras áreas de esta ciencia e incluso de la biología. Dice Linus Pauling (1992) explícitamente que «el concepto de enlace químico es el concepto más valioso en química.

Su desarrollo en los pasados 150 años ha sido uno de los grandes triunfos del intelecto humano». Ronald Gillespie (1997) califica al enlace químico como una de las seis grandes ideas de la química.
¿Por qué se unen los átomos?
Electronegatividad
La electronegatividad es una medida de la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace.

Un átomo es más electronegativo mientras más difícil sea ionizarlo y mientras más pequeño sea, pues así podrá atraer más fácilmente a los electrones de otros átomos en un enlace.

7. Para los profesores. Durante el análisis científico.
La fase de consolidación es muy importante en el desarrollo de la estrategia, ya que, en ella, el conocimiento que ha sido construido puede ser aplicado en contextos diferentes y puede ayudar a resolver nuevos problemas, logrando así una de las condiciones necesarias para el cambio conceptual: la aplicabilidad.

En esta etapa se promueve la discusión de las ideas estudiantiles y la presentación del modelo científico, en la búsqueda de que los estudiantes disminuyan el estatus de sus concepciones previas o elijan las de otros estudiantes que sean más cercanas a las
científicamente aceptadas.

Si los estudiantes son capaces de explicitar sus ideas, de escuchar las ideas de otros, de valorarlas en términos de su poder explicativo, de pensar en otras ideas, de modificar las suyas, podemos decir que están siendo metacognitivos y pensando no sólo con sus ideas sino sobre sus ideas, lográndose así promover el cambio conceptual.

8. De vuelta al inicio. El enlace es un único fenómeno.
“Enlace iónico”, “enlace metálico” y “enlace covalente” se refieren únicamente a modelos de situaciones extremas que se vinculan a un fenómeno concreto: la interacción eléctrica entre un conjunto de núcleos y otro de electrones.
Van Arkel (1949) introdujo unos diagramas que luego fueron adaptados por Allen (1992) y Jensen (1995) en los que colocaba los tres modelos principales de enlaces químicos (iónico, covalente y metálico) en un diagrama triangular. Resulta claro que conforme se dibujan más hacia la parte superior del triángulo, en los compuestos existe una mayor diferencia de electronegatividades.

9. Para los profesores. Como conclusión.
Como se nota de las secciones precedentes, la enseñanza del enlace químico resulta muy compleja y es importante que los profesores sean muy cuidadosos en el desarrollo del contenido científico. Sin embargo, es igualmente importante que los profesores sean conscientes de la relevancia de las concepciones alternativas de sus estudiantes para el aprendizaje y de la posibilidad de crear un ambiente de aprendizaje en el que la evaluación y confrontación de las ideas sea común, con el fin de que los estudiantes puedan ir construyendo un modelo de enlace químico que tenga sentido para ellos, en donde el énfasis se haga en la comprensión del fenómeno electrostático y en la utilidad de los modelos de enlace para la explicación y predicción de las propiedades macroscópicas que presentan los materiales.

A partir de la experiencia en la investigación de las ideas de los estudiantes a través de la intervención educativa que incluyó entrevistas a los estudiantes, aplicación de cuestionarios, diseño y aplicación de actividades de enseñanza y observación de la experiencia en el aula, se sugiere que los profesores pongan especial atención a estos puntos, dado que en estos aspectos es en los que se pueden presentar mayores dificultades.

La regla del octeto como principio explicativo.
La inexistencia de "moléculas iónicas".
La representación adecuada de los metales y de los sólidos covalentes.
El punto de fusión y su relación con el enlace.
Del conocimiento declarativo al conocimiento explicativo.
Hacia un enfoque electrostático de orden general.
Es evidente, después de la aplicación de la unidad didáctica, que la estrategia no consigue (o no ha
sido detectado) un cambio revolucionario, radical, en las concepciones de los alumnos respecto al enlace químico; sin embargo, también es evidente que existen algunas modificaciones en estas concepciones, que nos dejan pensar que ésta ha sido eficaz en la mejor comprensión de los fenómenos relacionados con el enlace.

Los alumnos no alcanzan a reunir una razón electrostática plausible para explicar los distintos modelos del enlace químico y nosotros, como docentes, no logramos detectarlo a tiempo para incorporar elementos en este sentido en la estrategia didáctica

Al final de la estrategia didáctica, los alumnos tienen la idea
de que los modelos de enlace químico son explicaciones alternativas, sólo aplicables, cada uno de ellos, a un tipo de sustancia, es decir, que no tienen elementos en común. Otros autores han encontrado que es común que los libros de texto aborden cada uno de los modelos de enlace como descripciones reales y correctas más que como aproximaciones con limitaciones inherentes.

Es importante decisión el abordar los elementos que les son comunes a los diversos modelos de enlace, más allá de hacer una exposición y explicación exhaustiva de las características de cada uno de ellos. De esta manera se pueden ubicar todos los modelos de enlace bajo un mismo marco conceptual, cuestión que ha permanecido ajena a la enorme mayoría de los libros de texto de química y a la enseñanza en los niveles preuniversitarios (y también, en gran medida, en los planes de estudios).

GRACIAS
Alejandra García Franco
Andoni Garritz
José Antonio Chamizo

Julio César González Hernández
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