Aplicación de una propuesta de enseñanza sobre el tema «Disoluciones» en la escuela secundaria. Un estudio de caso

Abstract

A research group was formed by researchers of University of Santiago de Compostela (Spain), National University of Litoral and secondary school teachers (Santa Fe-Argentina). In this context, the effect of an instruction proposal on student learning, and how it affects teaching practices were investigated. The obtained results are exposed, related to student learning and in relation with the opinions, criteria and decision making of the teacher who applied the teaching sequence for the topic of solutions in one secondary school classroom.

Introducción

Se debería considerar prioritario constatar la influencia real de la investigación sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias para mejorar el proceso (Cachapuz et al., 2006), en particular para tender un puente entre profesores e investigadores. Resulta, entonces, fundamental la construcción de espacios en los que investigadores y docentes puedan interactuar para mejorar los procesos de vinculación entre la investigación y la práctica docente (Gil Pérez y Pessoa de Carvalho, 2000; Fernández Cano, 2001; Oliva, 2004).

Con este propósito, durante el período 2007-2009 se constituyó un grupo de investigación en el que participaron investigadores de la Universidad de Santiago de Compostela (España), de la Universidad Nacional del Litoral (Santa Fe-Argentina) y profesores de escuelas secundarias de esta circunscripción.

En este contexto se investigó qué incidencia tienen determinadas propuestas de enseñanza en el aprendizaje de los alumnos, y cómo influye en la práctica docente de los profesores. En este trabajo se exponen los resultados obtenidos para el caso de una de las profesoras que colaboró en la investigación, después de la aplicación en el aula de una propuesta de enseñanza sobre disoluciones.

La formalización de una propuesta didáctica en un proyecto curricular institucional supone tomar posición respecto a qué enseñar, para qué, a quién y cómo hacerlo.

El problema en nuestro caso, desde la perspectiva de qué enseñar en la educación secundaria, está en diferenciar claramente entre disolución, como un sistema material o como un proceso (cuestión que ya había sido marcada por Sánchez Blanco et al., 1997):

• –

  Disolución: mezcla homogénea.

• –

  Disolución: proceso fisicoquímico mediante el que se puede obtener una disolución.

• –

  Solubilidad: término utilizado para indicar un fenómeno que pone en evidencia que un soluto es más o menos soluble que otro en un determinado disolvente.

La figura 1 representa el esquema referencial aceptable desde el punto de vista de la ciencia escolar que nos ha guiado en el diseño de las actividades de la propuesta de enseñanza.

Figura 1.

Esquema referencial de la ciencia escolar sobre el concepto de disolución.

En dicho esquema se puede observar, en su parte izquierda, tal como se contempla en el currículo oficial, que el concepto disolución se integra en los inclusores Sistemas Materiales → Mezcla homogénea. Se pretende mediante este conjunto de relaciones, introducir al alumnado en la descripción macroscópica del concepto de disolución, que indique los componentes, soluto y disolvente y, en función del estado de agregación de éste, los diferentes tipos de disoluciones.

En la parte derecha del esquema se introduce el concepto de disolución como proceso y cómo puede tener lugar: Dispersión, Reacción química y Solvatación para, a continuación, abordar la interpretación del mismo introduciendo los lenguajes microscópico y simbólico. Se emplea el modelo corpuscular y la teoría cinético-molecular como facilitadores de la comprensión de los procesos de disolución de las distintas sustancias. Ambos darán la posibilidad al alumnado de una nueva visión de los fenómenos que ocurren en su vida diaria.

El conjunto de relaciones permitirá diferenciar el término Disolución como mezcla homogénea y como proceso. Al mismo tiempo se podrán adquirir los lenguajes macro, microscópico y simbólico que permitirán al alumnado comunicarse mediante la utilización del lenguaje idiosincrásico de la química. Finalmente, hemos de indicar que el conjunto de relaciones presentes en el discurso explicativo de los alumnos permitirá inferir las relaciones activadas por ellos y, consecuentemente, por comparación con el esquema referencial, conocer los esquemas de pensamiento que activa el alumnado cuando resuelve las cuestiones planteadas en las diferentes actividades.

En el espacio curricular química no siempre se realiza una correcta introducción de los modelos científicos, suelen presentarse sin las suficientes conexiones con los fenómenos que explican y sin dar oportunidad a los estudiantes de utilizarlos en diferentes situaciones, lo que contribuye a que éstos elaboren modelos explicativos personales que no resultan los más adecuados desde el punto de vista de la ciencia escolar (Benarroch, 2000; 2001).

Se diseñó una secuencia de enseñanza según el modelo propuesto por Sánchez Blanco y Valcárcel Pérez (1993) y Domínguez et al. (2007) que consta de cinco tareas: determinación del contenido académico, determinación de la problemática del aprendizaje, selección, formulación y secuenciación de objetivos, estrategias de instrucción y secuencia de actividades, y selección de estrategias de evaluación.

Como se indicó anteriormente, para integrar ambas partes del esquema referencial, se decidió trabajar con los tres niveles de representación —macroscópico, microscópico y simbólico— tal como propone Johnstone (1982), con el diseño de actividades que contemplaran dichos niveles. En cada actividad el alumnado elabora una explicación previa sobre el fenómeno objeto de estudio, a continuación realiza la experiencia y, finalmente, realiza un análisis de los resultados en el que pone de manifiesto las posibles diferencias entre lo ocurrido y lo esperado previamente. Se promueve el trabajo colaborativo (Driver, Newton y Osborne, 2000) que no sólo influye positivamente en el aprendizaje de conceptos, sino también en el desarrollo de la capacidad de investigación (Pontecorvo y Orsolini, 1992; Lemke, 1997). Se pretendió en todo momento favorecer un clima de aula tal que los estudiantes fueran conscientes de la importancia que tiene para su propio aprendizaje el trabajo que ellos mismos realizan. Además se incluyeron notas y sugerencias aclaratorias para los docentes.

La secuencia de enseñanza elaborada (Odetti, Falicoff y Ortolani, 2007), consta de cuatro grandes apartados: mezclas, disoluciones, procesos de disolución, concentración y dilución. En el Anexo 1 se relacionan los apartados y actividades de dicha secuencia (Odetti et al., 2010). Como se puede observar, se han diseñado, sobre todo en las fases de desarrollo y aplicación, diferentes actividades alternativas, de modo que la profesora pueda adaptar la secuencia de enseñanza a las características de sus alumnos y al tiempo y recursos disponibles.

Objetivo

Sobre una propuesta diseñada para la enseñanza del tema disoluciones, se investiga qué actividades selecciona la profesora para su implementación en el aula, los criterios que utilizó para dicha selección, así como la incidencia que tuvieron en el aprendizaje de los alumnos.

Metodología

En primer lugar se procedió a la consolidación del grupo humano formado por los investigadores de las universidades y los docentes del nivel secundario, en un espacio común donde se consensuó la metodología de enseñanza.

Muestra

En este trabajo se expone la experiencia de una profesora en la Escuela de Educación Media N° 8030 de la ciudad de Santa Fe.

La docente es ingeniera química, ha realizado un curso de capacitación docente y posee formación de máster en didáctica de las ciencias experimentales. Se le proporcionó la secuencia de enseñanza completa (actividades con sugerencias para el docente y cuadernillos de trabajo de los alumnos), de la que seleccionó las actividades que consideró más adecuadas.

El grupo de clase lo constituyeron 25 estudiantes de 16 y 17 años, que cursaban el segundo año de polimodal (4° año de educación secundaria en el actual marco legal argentino) con orientación en ciencias naturales.

Instrumentos de recogida de información

Para la recogida de información se trabajó con diferentes instrumentos dirigidos a los actores del proceso de enseñanzaaprendizaje:

• a)

  Dos cuestionarios que permitieron recabar la opinión de la docente acerca de las actividades de la secuencia de enseñanza, en dos momentos: antes de ponerlas en práctica en el aula —lo que representa una valoración profesional previa basada en las ideas y experiencia docentes— y después de la aplicación de las mismas. Esto permitió comparar la valoración docente inicial con el resultado de la acción educativa (ver Anexos II y III).

• b)

  La información de los estudiantes se recogió de los respectivos cuadernos de trabajo, que tienen un formato semejante a las actividades proporcionadas a la profesora, aunque no contienen las sugerencias al docente. Además están dotados de espacio suficiente para que pudiesen escribir sus respuestas.

Instrumentos de análisis de la información

Para el análisis de la información se trabajó con dos instrumentos que permitieron transformar la misma y buscar regularidades:

• a)

  Para analizar la información dada por la profesora se diseñó una taxonomía al efecto, para categorizar los criterios utilizados por la docente para la selección de las actividades. En el Anexo IV, dada la limitación de espacio, se indica un ejemplo para la actividad 8.

• b)

  Para realizar el seguimiento de los estudiantes en el aula y valorar cómo han sido percibidas las actividades y la información dada por la profesora, por ellos, se elaboraron, a partir de las manifestaciones escritas contenidas en sus cuadernillos de trabajo, los esquemas de pensamiento que activaron durante la intervención, que fueron comparados con el referencial de la ciencia escolar (ver Anexos V y VI).

Resultados y análisis

Actividades seleccionadas por la docente

De las 43 actividades propuestas en la secuencia, la profesora seleccionó 16, que abarcan los apartados mezclas, disolución y proceso de disolución. Se marcan con un asterisco en el Anexo I las seleccionadas.

En el Anexo VII se presentan una de las actividades seleccionadas, así como una breve descripción y la intencionalidad de la misma. La docente no seleccionó las diseñadas para el desarrollo de los conceptos de conservación de la masa, concentración y dilución.

Criterios de selección utilizados por la docente

A continuación exponemos las reflexiones y manifestaciones de la profesora acerca de las actividades. Como se había indicado, sus opiniones y criterios de selección se han ejemplarizado, por razones de espacio, para la actividad 8 (Anexo IV).

Se pudo observar que antes de desarrollar la secuencia, cuando se refería a interés, estímulo y discusión, comprensión y ubicación en la secuencia, los criterios son mayoritariamente genéricos que no justifica: buena, sí, ninguna, fundamental, regular, adecuada.

Explícita cuando se refiere a los contenidos que se desarrollan en las actividades como:

• a)

  Adecuados. Permite especificar concepto de mezcla homogénea, heterogénea e inhomogénea: se refiere a disoluciones en las que no hay cambio de fase pero en la que sus propiedades cambian gradualmente con la profundidad (mar) o con la altura (atmósfera). Retoma tema de representación microscópica de octavo año (actividad 3).

• b)

  Adecuados. Tienen conocimientos previos de soluto, solvente, disolución. En biología se trabaja mucho con el agua (actividad 9).

Asimismo especifica con claridad las dificultades inherentes a las actividades desarrolladas:

• a)

  Reconocer de qué se trata la tintura de yodo (actividad 1).

• b)

  Aclarar qué es la unidad quilate, cloruro de sodio 37% y agua oxigenada 5% (actividad 10).

• c)

  El concepto de presión de un gas (actividad 11).

• d)

  De tipo práctico: disponer del material para cada alumno (actividad 14).

Además señala la importancia y relevancia de las actividades:

• a)

  Fundamental, evita recordar el tema en forma teórica (actividad 1).

• b)

  Una actividad más que se puede hacer, ya se revisaron o trabajaron las ideas de mezclas homogéneas y heterogéneas. De mucho interés para revisar el tema (actividad 5).

• c)

  Una actividad prescindible. Llevaría mucho tiempo la inclusión de los temas antedichos (actividad 11).

Después de implementada la secuencia, la docente centra su atención, sobre todo, en las dificultades de las actividades:

• a)

  La explicación de una mezcla heterogénea cuando éstas no presentan fase de discontinuidad visible. Llevó una disolución de almidón para ver efecto Tyndall con un puntero láser. En la representación microscópica, los alumnos creían que tenían que dibujar lo que veían en un microscopio. Llevó más tiempo de lo esperado (actividad 3).

• b)

  Una alumna no comprendía la primera pregunta. En general, hubo que aclarar que las disoluciones no son todas líquidas y que su formación no implica necesariamente una reacción química (actividad 8).

• c)

  Ninguno en cuanto a contenidos. Con respecto al agua como solvente universal, varios alumnos consideraban este hecho debido a que había mucha cantidad (actividad 9).

Respecto a la importancia de las actividades la docente destaca:

• a)

  Fundamental, evita recordar el tema en forma teórica. Permite reconocer que muchos de los materiales de uso cotidiano son mezclas (actividad 1).

• b)

  Fundamental. Permite aclarar concepciones y abordar la representación de sustancias diferentes (actividad 3).

• c)

  Fundamental para aclarar que también existen disoluciones sólidas y gaseosas (actividad 8).

• d)

  Fundamental. Revisa qué es soluto, solvente y distintos estados de agregación de las disoluciones determinados por el estado de agregación del solvente (actividad 10).

• e)

  Fundamental. Ayuda a comprender procesos de disolución diferentes (actividades 14 y 15).

Esquemas de pensamiento del alumnado

A los efectos de comprobar si las actividades diseñadas han logrado los objetivos deseados, se han elaborado, a partir del discurso de los estudiantes en sus cuadernillos de trabajo, los esquemas de pensamiento que activan a lo largo de la intervención de la docente en el aula. Los mismos son una muestra representativa del conocimiento que los alumnos activan en el aula de ciencias cuando realizan las actividades (Rumelhart y Ortony, 1982; Domínguez Castiñeiras y De Pro Bueno, 2003; Domínguez Castiñeiras, De Pro Bueno y García Rodeja, 2005).

La información recogida es muy rica y compleja, razón por la cual hemos fragmentado el discurso de los estudiantes, al identificar las relaciones entre el esquema dominante (disoluciones), los subesquemas (componentes, proceso, dispersión, reacción química y solvatación) y las variables (ver figura 1). De esta manera se obtiene el listado de relaciones activadas por los alumnos (Anexo V). Dichas relaciones se han categorizado según sean coincidentes o no con la ciencia escolar y se consignaron las frecuencias (f) correspondientes. Puede observarse que algunas relaciones son activadas reiteradamente a lo largo de las dieciséis actividades, lo cual habla de su significatividad y de la idoneidad de las mismas.

En el Anexo VI se muestran las relaciones correspondientes a los esquemas de pensamiento activados por cada uno de los estudiantes después de la instrucción (alumnos del 1 al 25), se diferencian las adecuadas y las alejadas de la ciencia escolar y organizadas en niveles. Al contrastar los esquemas de pensamiento de los alumnos con el referencial deseable desde el punto de vista de la ciencia escolar (Figura 1), se han podido establecer cuatro niveles (4, 3, 2, 1) y seis subniveles (a, b). En el mismo nivel, aunque en distintos subniveles, se han agrupado aquellos esquemas de pensamiento con diferencias poco significativas.

En el nivel 4 se agrupan los alumnos con esquemas muy cercanos al referencial deseable desde el punto de vista de la ciencia escolar, aunque presentan dificultades en la tipificación o diferenciación de los sistemas materiales en sustancias puras o mezclas (4a) y, en otros casos, no identifican adecuadamente los distintos procesos de disolución (4b).

En el nivel 3, a las dificultades planteadas anteriormente se incorpora la de que no se activan la conservación de la masa en el proceso de disolución, ni la relación entre el estado de agregación del solvente y el de la disolución. Ligeras diferencias justifican la división en subniveles.

En el 2, a lo que ya hemos descrito para el nivel 3, se agregan relaciones alternativas que tienen que ver con el proceso de disolución, en particular con la naturaleza del soluto.

En el 1 se incluyen los esquemas más alejados del referencial, en particular en lo que refiere al subesquema disolución como proceso. En el mismo se ponen de manifiesto relaciones alternativas relacionadas con la naturaleza del soluto e interpretación de las disoluciones como si fueran todas acuosas. Asimismo no se vinculan adecuadamente los niveles macro y microscópico y por consiguiente no se puede explicar el fenómeno a partir de las teorías corpuscular y cinético molecular de la materia.

Además, en el subnivel 3b se ponen de manifiesto esquemas y relaciones no esperadas cuando se elaboró la secuencia de enseñanza. De esta manera aparecen en el discurso de los alumnos relaciones tales como que variaciones en la presión y/o temperatura del sistema modifican las condiciones de solubilidad del soluto en el solvente.

Conclusiones e implicaciones

Un número importante de alumnos han activado relaciones deseables desde la ciencia escolar, lo que parece indicar que las actividades planificadas han cumplido con los objetivos propuestos. Sin embargo, persisten concepciones alternativas y dificultades para el uso del modelo corpuscular:

• a)

  Hemos de señalar que, en general, los estudiantes no han superado la idea alternativa de que todos los sistemas materiales son mezclas.

• b)

  Además no han sido capaces de identificar los distintos procesos por los que se puede obtener una disolución. Esto indica que, aunque han reconocido el modelo corpuscular cuando se les ha planteado en los dibujos de las actividades, en general, no han podido transferirlo a la explicación del proceso de disolución.

Las actividades seleccionadas por la docente permitieron la comprensión de la disolución como mezcla homogénea y, en algunos casos, como proceso. En este sentido hay que destacar, además, el reconocimiento del soluto y del disolvente en diferentes proporciones y que las características de los mismos son las que regulan el proceso de la disolución.

En relación con la secuencia global propuesta, no se han podido evaluar aquellas actividades que relacionaban la masa y el proceso de preparación de una disolución y aquéllas que daban lugar a la explicación del proceso de obtención de una disolución como producto de una reacción química entre dos o más sustancias, dado que las mismas no han sido seleccionadas por la docente para el desarrollo del tema.

La interpretación a nivel microscópico de la disolución de sustancias iónicas o moleculares fue realizada parcialmente, lo que se podría explicar a partir de las dificultades del uso del modelo, indicadas anteriormente.

Del análisis de lo expresado por la docente sobre cada una de las actividades, antes y después de llevarlas a cabo, se puede inferir que la secuencia es adecuada y tiene un orden lógico. A este respecto se destaca el cambio de opinión positivo de la profesora respecto a las actividades 3, 5, 8, 11, 14 y 15.

Hemos de señalar que —cuando se refiere al interés, estímulo y discusión, comprensión y ubicación en la secuencia— utiliza frecuentemente criterios genéricos que no justifican sus juicios de valor. A este respecto, en entrevista mantenida con la profesora después de la intervención en el aula, ésta indica que la metodología es diferente a la de la clase tradicional, en la que el profesor tiene mucho protagonismo, y valora positivamente que la propuesta favorezca la discusión y participación de los estudiantes. En todo momento se pudo observar la motivación de la profesora: acompañó a sus alumnos en el proceso —al ayudarles a pensar, razonar, conceptualizar e incentivar la discusión entre ellos y animándoles a registrar por escrito todas aquellas cuestiones relacionadas con la resolución de las actividades— para, posteriormente, someterlas a una nueva reflexión después de la discusión en grupo. La propuesta, pues, parece motivar al alumnado y promueve actitudes positivas hacia el aprendizaje.

Según la docente, los registros escritos no reflejan en su totalidad la realidad del aula, pues no ponen de manifiesto la mejora sustancial en los niveles de compromiso y participación de los estudiantes, así como el interés por aprender a discutir y aceptar el pensamiento ajeno y cuestionar sus ideas con argumentaciones y contra-argumentaciones cada vez más próximas al pensamiento científico.

El número de actividades inicialmente propuestas resultó elevado para el tiempo disponible (tres semanas de tres horas semanales), lo que llevó a la docente a una selección de las mismas sin perder la coherencia de contenidos. A este respecto advierte que, en este contexto, se hace necesaria una readaptación de la secuencia a los tiempos reales.

Reconoce que fue todo un desafío trabajar con una propuesta de enseñanza diseñada y planificada por otro colega o equipo de expertos. A este respecto valora la posibilidad de reflexionar sobre las acciones a fin de mejorar su práctica docente, cuestión que en el trabajo diario es muy difícil de realizar. En este sentido, destaca que las demandas o requerimientos institucionales influyen en el proceso de enseñanza ya que disminuyen el tiempo efectivamente disponible para cada área disciplinar y condicionan la intervención del profesorado y el aprendizaje del alumnado.

El desarrollo de acciones entre la investigación educativa y la práctica docente cobra sentido y significatividad a la luz de este análisis. Para la profesora fue enriquecedora, desde el punto de vista profesional, la actividad conjunta con el grupo de investigación.

Finalmente hemos de señalar que los esquemas de pensamiento han resultado instrumentos de análisis válidos, pues han permitido evaluar el progreso en el aprendizaje de los estudiantes.

Agradecimientos

Al Ministerio de Ciencia e Innovación, España, por financiar el proyecto EDU2009-13890-C02-01.

A la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT), Argentina, por financiar el proyecto PICTO-18/36459.

A la Escuela de Enseñanza Media, directivos y profesores por permitirnos desarrollar este proyecto.