DIFICULTADES PARA EL APRENDIZAJE DE LA QUÍMICA Y ALGUNAS

ALTERNATIVAS USADAS

Rosalba Alfonso Sierra

INTRODUCCIÓN

Las ciencias naturales y en particular la química es uno de los que más desarrollo genera a

nivel mundial, clave en el manejo de los problemas ambientales y el desarrollo tecnológico en

áreas como la salud y la investigación. Desde hace largo tiempo el aprendizaje de las ciencias

naturales genera poco interés en los estudiantes de secundaria; situación que preocupa a maestros

e investigadores en la educación, porque es allí donde empieza el gusto del estudiante por las

ciencias. En el currículo escolar las ciencias naturales están constituidas por Biología, Química y

Física, de las cuales las dos últimas son las de menor aceptación.

Los motivos de tal situación son muy variados y van desde motivos inherentes a las

asignaturas como conceptos abstractos, las escasas habilidades matemáticas de los estudiantes

que dificultan su aprendizaje, la falta de conexión con su entorno, la imposibilidad de vislumbrar

una utilidad a futuro, la tradicional apreciación de dificultad que siempre se les relaciona y la

poca popularidad de las carreras

Las prácticas docentes en la mayoría de instituciones se realiza de forma tradicional, lo

que dificulta el aprendizaje activo de los estudiantes y las prácticas de laboratorio son difíciles

debido al tamaño de los grupos y la escasez de materiales de trabajo; además, las instituciones

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deben cumplir con los programas, por tanto, los docentes deben tener todo calculado en tiempos y

para lograrlo lo que obliga a mantener formas tradicionales de enseñanza.

La enseñanza de la química siempre ha estado presente en todos los programas de

Ciencias Naturales, las discusiones de los especialistas en el área y las propuestas para mejorar la

enseñanza han sido constantes, el panorama a nivel nacional es el mismo que se observa en

muchos países del mundo, lo que ha llevado a una crisis en el campo por insuficiencia de

profesionales. Desde el campo de la educación y concretamente desde el aula de clase,

corresponde a los maestros cambiar las condiciones de la enseñanza - aprendizaje de la química,

innovando en las metodologías e involucrando al estudiante como parte activa de su formación y

teniendo en cuenta la finalidad de la educación científica, cuyo papel final es que el individuo

pueda usar los conceptos de ciencia necesarios para desenvolverse en la sociedad.

En ciencias naturales, las pruebas externas tanto del Icfes como las PISA se centran en el

entendimiento de los conceptos científicos y en la capacidad de tomar una perspectiva para

entender la realidad desde la ciencia; se valora el grado en que los estudiantes utilizan sus

conocimientos en esta área para identificar preguntas, adquirir nuevos saberes, explicar fenómenos

y llegar a conclusiones con base en evidencias. Debido al campo de enseñanza en el que me

desempeño, es la química la disciplina sobre la que realizaré este trabajo.

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PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

La enseñanza de las Ciencias en particular la Química, de forma tradicional, con un papel

pasivo del estudiante, lo que favorece el aprendizaje memorístico de una ciencia abstracta,

alejada de la realidad; cuya enseñanza se contrapone con finalidades de la educación científica:

Aprendizaje de conceptos y construcción de modelos, desarrollo destrezas experimentales,

resolución de problemas, desarrollo de actitudes y valores, y construcción de una imagen de

ciencia. (Jiménez y Sanmartí, 1997). Estas dificultades hacen que en las pruebas externas,

estemos ubicados en lugares muy bajos respecto de otros países del mundo. Lograr involucrar y

responsabilizar al estudiante en el aprendizaje, lo motiva para trabajo colaborativo y siente que lo

tienen en cuenta.

En los campos de investigación en educación a nivel latinoamericano, la Pedagogía en

espacios escolares con el tema específico de las nuevas tecnologías en la escuela descritas dentro

de problemas educativos y alternativas pedagógicas, son uno de los temas de investigación que

han sido tenidos en cuenta para futuros estudios. A su vez, en el campo de la pedagogía se

procura avanzar en la reconstrucción de los conocimientos que tradicionalmente fueron

conformando esta disciplina, su incidencia en la constitución de la propia Escuela y las

posibilidades actuales de abordar los nuevos desafíos con propuestas innovadoras.

PREGUNTA-PROBLEMA A INVESTIGAR

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El escaso interés que muestran los estudiantes por las ciencias naturales se relaciona

con dificultades en el proceso de enseñanza- aprendizaje en el aula que impide el desarrollo de

competencias científicas.¿La intervención en el aula mediante un proceso didáctico que

favorezca el aprendizaje activo del estudiante, facilita el desarrollo de competencias

científicas?

¿Cuáles son los cambios que se dan en el proceso y que ventajas o desventajas presenta para

los actores?

MARCOS DE REFERENCIA

Estado del Arte

La química es una asignatura difícil de aprender por el grado de abstracción, el estudio y

análisis de la problemática de la enseñanza - aprendizaje siempre ha estado en la mente de los

investigadores, especialistas en pedagogía y maestros; no solo a nivel de educación media sino

también en los primeros semestres de diferentes carreras. Para entender y proponer soluciones a

los problemas asociados a la enseñanza - aprendizaje de la química, se han llevado a cabo varios

estudios que buscan los factores que interviene en la dificultad del aprendizaje, partiendo desde la

problemática identificada y en los temas que se consideran con mayor grado de dificultad. Los

diferentes trabajos se describen dentro de los siguientes aspectos:

1. Las concepciones alternativas y la falta de integración representacional

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La finalidad de la educación en ciencias es lograr que los estudiantes construyan su propio

conocimiento, para alcanzar la comprensión en el proceso el aprendizaje significativo, pero

algunos factores como las concepciones alternativas o errores conceptuales o ideas previas,

interfieren con este proceso. Las concepciones alternativas son representaciones sociales de la

ciencia que están en la mente de los individuos, tienen su origen en la vida cotidiana, en los

medios de comunicación, en las creencias, en la cultura, en instrucciones durante la enseñanza; y

están entre el juego de la ciencia y el sentido común, es la ciencia del ciudadano del común.

Las concepciones alternativas se caracterizan por “su carácter situacional son

representaciones activadas para una situación específica sin que necesariamente estén

almacenadas de modo permanente o explícito en el sistema cognitivo del sujeto”. (Callone y

Torres, 2013). Además, carecen de cientificidad, no son erradas pero son resistentes a la

enseñanza, la mayoría de las investigaciones en torno al tema se centran en la manera de

identificarlas mediante tareas que buscan activarlas, para un determinado tema que reviste cierta

dificultad en los estudiantes; y son importantes para conocer las dificultades de los alumnos y sus

causas, pero no son suficientes para conseguir un mejor aprendizaje de los estudiantes.

Johnstone afirmó que “lo que realmente sabemos y entendemos, controla lo que

aprendemos”, propuso 3 niveles de pensamiento representacional necesarios para aprender

química y en los cuales se debería basar el aprendizaje lógico de la química; esto es el nivel

macroscópico, microscópico y simbólico (Johnstone, 1991). El nivel macroscópico hace

referencia a las percepciones sensoriales de los fenómenos químicos, el microscópico a todo

aquello que en química tiene que ver con átomos y moléculas y lo simbólico se refiere a las

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representaciones de los hechos químicos. Un aprendizaje significativo le debe permitir al

individuo moverse dentro de los 3 niveles representacionales.

2. Falta de integración de ejes representacionales y currículos desfasados de la realidad

La falta de integración en los tres niveles representacionales, macroscópico,

submicroscópico y simbólico; conducen a que no haya comprensión o errores en el aprendizaje

de diferentes temas de la química en los estudiantes. En un estudio del significado de las fórmulas

químicas reportaron confusión entre fórmula y modelo (Farre, 2013),dificultad en la definición de

modelos (Garritz, 2013), en el tema de ácido base no hubo comprensión, los estudiantes son

capaces moverse en los diferentes niveles pero dan respuestas distintas a las mismas preguntas

(Callone y Torres, 2013), baja correlación entre lo macroscópico y lo submicroscópico, ya que

representan los conceptos a través de propiedades cercanas al mundo real y no al corpuscular

cuando definen materia, elemento, compuesto, mezclas homogéneas y heterogéneas (Ordenes,

2013).

A nivel mundial existe un consenso en cuanto a la enseñanza de la química, caracterizada

por conceptos abstractos, difíciles de entender, alejados de la realidad de los estudiantes y

currículos rígidos; como en el análisis de Contreras acerca del concepto de materia en una

institución Chilena, mostrando un vacío en la integración, fragmentación y escasa correlación

entre los 3 niveles de integración representacional (Contreras, 2014).

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3. La trasposición didáctica

Existen libros para la enseñanza de la química en educación media y a nivel universitario

escritos por diferentes autores con el propósito de convertirse en la guía de la ciencia que se

enseña en la escuela, pero ¿Hasta dónde los textos reproducen una reconstrucción histórica,

didáctica y pedagógica de un modelo químico de la ciencia?. La transposición didáctica de los

modelos científicos según Herreño es:

“el proceso mediante el cual los textos de enseñanza, son convertidos en la ciencia

que se transmite en las instituciones escolares. En esa transformación los autores o

autoras, interpretan esos modelos con base en sus concepciones histórico-

epistemológicas, didácticas y pedagógicas, esto es, plasman en esos textos su

versión de ciencia, lo que de ella ha de enseñarse y la intencionalidad educativa

que se ha de perseguir”. (Herreño, 2010).

Los problemas que trae la trasposición didáctica es la falta de consenso en los conceptos,

la descontextualización histórica de los hechos, la descontextualización al entorno donde va a ser

usado. En revisiones de textos, Raviolo halló que no definen algunos aspectos básicos

mencionados, muestran diversidad de afirmaciones, presentan proposiciones erróneas o

generalizadas e imprecisas, no tienen en cuenta las concepciones alternativas que fomentan

(Raviolo,2008); mientras que respecto al modelo de Lewis-Legmuir, Herreño reportó que

“muchas explicaciones no profundizan en elementos básicos que sirvieron para la construcción

del modelo, se desconocen principios históricos y epistemológicos” (Herreño, 2010) y Chamizo

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halló enorme diversidad de interpretaciones respecto del concepto de valencia en los textos

revisados (Chamizo, 2004).

4. La elaboración de la pregunta

La pregunta es la base del conocimiento científico y son las preguntas abiertas las más

útiles para este fin. En el aula de clase el docente es el gestor de la discusión que involucre a los

estudiantes a generar preguntas, explicar y argumentar ideas, establecer consensos y alcanzar la

comprensión de fenómenos de la ciencia. Según Chamizo:

Las competencias de pensamiento científico, entendidas de una ciencia que se vive y

que evoluciona por eso no decae la capacidad humana de hacer preguntas. No se

puede aislar el saber científico de la vida, de sus aplicaciones-implicaciones

significado y relación con otras materias; la ciencia no empieza en los hechos sino en

las preguntas que dependen del marco teórico desde donde se formulen. (Chamizo,

2007).

Explicar es producir razones para hacer comprensible un fenómeno y argumentar es la

secuencia de opiniones y razones encadenadas para defender una idea. En el aula de clase,

laboratorios, museos, los fenómenos naturales y la química cotidiana (etoquímica, del griego

etho: costumbre, hogar); promueven las competencias cognitivo lingüísticas necesarias para la

educación en ciencias y para darle solución a la pregunta planteada. Una recomendación de

Chamizo para el aprendizaje de la química es que “Una vez formulada la pregunta que de alguna

manera concreta un problema, la mejor estrategia para abordar su resolución parece ser la

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diseñada hace unos años por Gowin a través de su ya famosa Ve epistemológica o

heurística”(Chamizo, 2007).

5. Estrategias didácticas para la enseñanza aprendizaje

Son diversas las estrategias utilizadas por los docentes para vencer los obstáculos que

impiden el aprendizaje de la química y que han demostrado diferentes grados de beneficio en la

comprensión de conceptos en los estudiantes, entre ellos están los modelos químicos, los mapas

mentales y conceptuales, modelos mentales, TIC, juegos y diferentes métodos de trabajo en el

aula (MC, semiprácticas, unidades didácticas estructuradas, tic, juegos).

ALTERNATIVAS PARA SOLUCIONAR LA DIFICULTAD DE APRENDIZAJE

1. Los modelos didácticos y juegos lúdicos

Los modelos son representaciones simbólicas como imágenes o códigos que los

estudiantes van formando en su mente a través del tiempo con las que después relacionan los

nuevos conceptos, el fracaso en el aprendizaje de la química como sugiere Kleiman,“tiene que

ver con la incapacidad de relacionar los conceptos con las imágenes apropiadas”. (Kleiman,

1987), y entre mayor cantidad de modelos mentales active el estudiante mayor facilidad para

resolver problemas de mayor dificultad (Solaz-Portolés, 2008).

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Los modelos moleculares son herramientas de trabajo típicas de las ciencias, la didáctica

los planteó para la enseñanza de la química por sus beneficios como previamente fue descrito,

“en los procesos de enseñanza, aprendizaje y evaluación tiende puentes entre la abstracción y la

construcción de imágenes mentales útiles en la educación”. (Caamaño, 2003).En temas como

mol, los números cuánticos las propiedades de los gases, que revisten cierto grado de dificultad

para los estudiantes; a través de modelos físicos, fue posible logar el aprendizaje de la mayoría de

los estudiantes de la clase (Chamizo, 2006, Garritz, 2002 y Hernández, 2013).

Otra de las herramientas para promover el aprendizaje son los juegos lúdicos, que

mantienen al estudiante activo, desarrollan la creatividad, la comunicación y facilita el desarrollo

de ciertas capacidades cognitivas como la abstracción, como lo demuestra Franco-Mariscal con el

aprendizaje de la tabla periódica a través del juego relacionado con el mundial de futbol (Franco-

Mariscal, 2014).

2. Los mapas mentales y conceptuales

Los mapas son herramientas que sirven para representar y jerarquizar conceptos. Los

mapas conceptuales fueron inventados por Novack con el fin de poner en práctica el modelo de

aprendizaje significativo de Ausbel y son definidos como:

Una forma de ilustrar y de evidenciar las estructuras cognoscitivas o de significado

que los individuos y los alumnos tienen y a partir de los cuales perciben y

procesan sus experiencias… un recurso esquemático para representar un conjunto

de significados conceptuales incluidos en una estructura de proposiciones... un

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método para mostrar, tanto al profesor como al alumno, que ha tenido lugar una

auténtica reorganización cognitiva. (Ontoria, 1994)

Su importancia en el aprendizaje han sido destacados, y los mapas mentales permitieron a

estudiantes de química mantenerse motivados, obtener mejores resultados en sus evaluaciones y

la adquisición de otras habilidades como calidad en las respuestas y mejor redacción (Pérez,

2009).

3. Organización de secuencia didácticas

Otras de las estrategias con buenos resultados para el aprendizaje de la química son las

relacionadas con la planeación de secuencias didácticas acordes con las necesidades de los

estudiantes, el uso de seudoprácticas, el aprendizaje colaborativo sobre todo para grupos grandes

y el uso de la historia y la epistemología de la química. Andrade sostiene que “La asignatura

química es un recorte de la ciencia química con fines didácticos, que no debe atender sólo a la

mejor selección de temas, sino que debe permitir a los estudiantes un acercamiento gradual,

natural y entendible” (Andrade, 2009), por lo que tuvo en cuenta la integración de los 3 ejes

representacionales, experimentación mostrativa para estimular en los estudiantes los

procedimientos típicos de la ciencia experimental u observación, descripción, interpretación;

mientras que Chamizo, diseñó una unidad didáctica específica para estudiantes con dificultades

(Chamizo, sin Pgsin año). Las seudoprácticas son prácticas al azar realizadas por grupos de

estudiantes y que permiten un buen aprendizaje de la química a través del laboratorio (Granda,

2006).

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4. Las Tecnologías de la Información y las comunicaciones - TIC

Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), es un término muy

amplio, también referido como internet, abarca las relaciones de las telecomunicaciones mediadas

por computadores, software y sistemas audiovisuales; y son usadas para crear, almacenar y

transmitir información. En la educación en química ofrecen varias herramientas para facilitar el

aprendizaje, como simulaciones, realidad aumentada, experimentos que no se podrían realizar en

la escuela por riesgo o carencia de equipos, modelos y todas las otras actividades comunes a otros

campos.

En muchos áreas han incursionado las TIC, pero en la educación aún no se ha

aprovechado el potencial que ofrecen en la construcción del conocimiento y la mayoría de

publicaciones en cuanto a las TIC y el aprendizaje de la química están más relacionadas con

evaluar la eficacia de la herramienta, mas no de los aprendizajes alcanzados (Miranda, 2010). Su

baja incursión en el campo de la didáctica se debe al rechazo por parte de los docentes, falta de

capacitación o a una inadecuada implementación dentro de una secuencia didáctica; mas sin

embargo, en los estudiantes generan una mayor motivación porque sienten control sobre su

aprendizaje aunque no han demostrado que mejoren marcadamente en sus valoraciones

(Domingo, 2011).

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La enseñanza de la química siempre ha sido de forma tradicional, donde el estudiante actúa de

forma pasiva como receptor de conocimientos científicos expuestos por el docente. Los

laboratorios han sido manejados como el desarrollo de recetas de cocina donde el estudiante no

puede apropiarse del conocimiento científico. El hecho de que el estudiante no participe

activamente de su aprendizaje lleva al poco interés de los estudiantes por el aprendizaje de la

química, dificultad en relacionar los aspectos macroscópicos y microscópico de la materia, bajo

rendimiento en las pruebas de estado, baja selección de carreras relacionadas con ciencias y

aprendizajes memorístico.

Hipótesis

Una estrategia didáctica basada en un modelo didáctico para la resolución de problemas usando

las TIC, favorece la capacidad de los estudiantes de grado décimo para resolver problemas de

estequiometría.

16

Diseño metodológico

Un grupo de 80 estudiantes de química general de grado décimo, orientados por la docente

responsable del presente trabajo. Los estudiantes se dividieron en dos grupos, 1001 y 1002, cada

uno con 40 estudiantes, ambos desarrollan el tema de estequiometría basados en ABP, el grupo

experimental apoyó el aprendizaje en las TIC y el grupo control en recursos corrientes; la

investigación se desarrolló durante tres semanas y un total de 12 horas.

Dentro del tema de estequiometría se consideran como subtemas los cálculos estequiométricos,

reactivo límite, rendimiento y pureza de los reactivos. Los temas que los estudiantes deben

conocer antes del ingreso al tema de estequiometría son la masa atómica de los elementos, mol y

número de Avogadro.

La implementación de la investigación la antecedió la realización de un pre-test y posteriormente

se desarrolló según las 5 etapas previamente descritas (Caamao y Corominas, 2002);

identificación del problema, planificación, realización, evaluación y comunicación.

El protocolo a seguir:

Secuencia Recursos

Grupo

control

Recursos Grupo

experimental

Referencia

1. Aplicación del

pre-test: Para

conocer la actitud

de los estudiantes

hacia la ciencia y

Pre-test:

Diagrama

heurístico

Pre-test:

Diagrama

heurístico

Diagrama Heurístico: Flórez, J.,

Caballero, M.C., y Moreira, M.A.

(2009). El laboratorio en la

enseñanza de las ciencias: Una

visión integral en este complejo

17

un punto de

partida.

ambiente de aprendizaje. Revista

de investigación, 68(33), 75-111,

2. Identificación del

problema:

Formulación de

la pregunta

problema.

Lectura y

responda ¡qué

se necesita

saber para?.

Describa el

problema que

identifica.

Lecturas y

solución del

cuestionario ¿qué

se necesita saber

para?

Cuestionario en

Wise o Erudito.

Describa el

problema que

identifica

Wise

3. Planificación Cuáles son

los caminos

para

4. Realización

5. Evaluación de los

aprendizajes

Diagrama

heurístico

Diagrama

heurístico

Diagrama heurístico: No puede

haber ciencia si no es la que está

en la vida de todos, la que

evoluciona y que permite hacer

preguntas que son de 3 tipos de

tal forma que la abierta es la

clave de responder y buscarle una

solución. Clave aprender a hacer

18

preguntas y a evaluar.

6. Comunicación Elaboración

de una

comunicación

científica.

Elaboración de

una wikyspace

con los resultados

Indicadores de la capacidad para resolver problemas

Factores I

ndicad1. Comprensióndelconceptode

mol

Concepto de cantidad de materia

19

Entender el problema; diferenciar lo inteligiblede lo que no lo es.

– Identificar las condiciones de resolución queofrece el problema.

– Construir hipótesis para resolverlo usandomarcos teóricos.

– Diseñar un modelo experimental para contrastarlas hipótesis, así:

– Establecer la información que se puedeobtener del modelo físico.

– Identificar sus variables experimentales yextrañas; cómo medirlas y controlarlas.

– Representar las relaciones supuestas entrelas variables.

– Construir el modelo físico y chequear suidoneidad.

– Experimentar con el modelo físico.

– Formular un modelo matemático sobre lasrelaciones determinadas experimentalmente

entre las variables estudiadas, lo que requiere:

– Determinar su objetivo.

– Elaborar y ajustar un gráfico que relacionelos datos de las variables.

– Enunciar verbalmente dicha relación yexpresarla luego matemáticamente.

– Dar respuesta al problema planteado ycontrastarla con la hipótesis.

20