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Diseño e implementación de una unidad didáctica para la enseñanza

significativa de los modelos atómicos para estudiantes de grado décimo del

colegio José María Vargas Vila.

Aristóbulo Alberto Castro Gaitán

Universidad Nacional de Colombia

Facultad, Departamento de Ciencias Naturales

Bogotá, Colombia

2014

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Diseño e implementación de una unidad didáctica para la enseñanza

significativa de los modelos atómicos para estudiantes de grado décimo del

colegio José María Vargas Vila.


Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director:

Dr.Rer.Nat. José Daniel Muñoz Castaño

Línea de Investigación:

Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Universidad Nacional de Colombia

Facultad, de Ciencias

Bogotá, Colombia

2014

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Al espíritu inquieto e indomable del hombre, que

en la búsqueda de la verdad va desembocando

en niveles de armonía con su trascendencia, la

sociedad y el cosmos en general...


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Agradecimientos

Agradezco a Dios por la inmensa oportunidad que me ha dado de aprender desde antes de nacer.

Agradezco a mi familia por su apoyo continuo.

Agradezco al profesor José Daniel Muñoz por su motivación y apadrinamiento en esta etapa de mi

formación.

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Resumen

Este trabajo propone e implementa una secuencia didáctica bajo una interpretación constructivista que incluye elementos de aprendizaje significativo y actividades lúdicas para la enseñanza de los modelos atómicos con estudiantes de grado décimo del colegio José María Vargas Vila. Los átomos son los componentes básicos de toda la materia, y comprender los conceptos involucrados en la estructura atómica no solo es pilar para avanzar en el estudio de la química, sino que saber que estamos hechos de átomos nos hace uno con el Cosmos y, por tanto, cambia nuestra visión del mundo, pero su enseñanza ha generado dificultades, confusión y poca apropiación de los mismos entre los estudiantes. La dinámica utilizada para resolver el problema fue relacionar los conceptos del átomo y de sus modelos, de forma lúdica, utilizando elementos de la didáctica y haciendo énfasis en lo cualitativo con la realidad de los estudiantes. La secuencia didáctica se implementó con un grupo de 45 estudiantes del Colegio José María Vargas Vila IED en un diseño pre-experimental de un solo grupo con pre test y pos test. Los resultados muestran que efectivamente hubo un adelanto significativo en el desempeño de los estudiantes, que mostraron además, una mejora en su actitud e interés hacia la materia, y al mismo tiempo se motivaron a construir su propio conocimiento Palabras clave: átomo, modelos atómicos, aprendizaje significativo, motivación

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Abstract

This work proposes and implements a didactic sequence for the teaching of atomic models with tehth graders of the José María Vargas Vila high school, which includes elements of ludic and meaningful learning. Atoms are the basic constituents of matter and understanding their structure is not just the corner store for the study of chemistry, but also knowing that we are built from atoms maks us part of the Cosmos and, therefore, changes our conception of the World. Nevertheless, teaching atomic models has usually been occasion of difficulties, confussions and low appropiations by the students. The strategy we chose to solve this problem was to relate each atomic model with some aspect of reality, like atomic fussion in stars, electric charge, color and molecular structures, through videos and ludic and interactive activities. The didactic sequence was implemented on a group of 45 students of the José María Vargas Vila High School in a pre-experimental design with pre- and post-test. The results of the assesment show a significative improvement in the students’ performance, who also shown an improovement in theri attitude and interest for the chemistry.

Keywords: Atom, Meaningful Learning, attitude, aptitude, method, motivation.

I

Contenido

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................1

1 FUNDAMENTOS TEORICOS .........................................................................................................4

1.1 ASPECTOS DISCIPLINARES SOBRE LA TEORÍA ATÓMICA .....................................................4

1.2 APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO .............................................................................................9

1.3 AMBIENTES DE APRENDIZAJE ...........................................................................................10

2 ASPECTOS HISTORICO-EPISTEMOLOGICOS RELATIVOS A LOS FUNDAMENTOS TEORICOS Y

DIDACTICOS ......................................................................................................................................12

2.1 ASPECTOS HISTÓRICOS DE LOS MODELOS ATÓMICOS. ....................................................12

2.2 ANTECEDENTES DIDÁCTICOS ............................................................................................14

2.3 ANTECEDENTES APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO .................................................................16

3 METODOLOGIA DE LA PROPUESTA ..........................................................................................19

3.1 ELEMENTOS DE LA PROPUESTA ........................................................................................19

3.1.1 Aprendizaje significativo ...........................................................................................19

3.1.2 Ambientes de aprendizaje: .......................................................................................19

3.1.3 Instrumento de medición o prueba diagnóstica antes y después (pre-post): ...........20

3.2 SECUENCIA DIDÁCTICA ...........................................................................................................21

3.2.1 Todo está hecho de átomos ............................................................................................22

3.2.2 Electrones, protones y neutrones (Thompson y Rutherford) ...................................24

3.2.3 De qué color son los átomos ....................................................................................25

3.2.4 Como se enlazan los átomos ....................................................................................26

4 APLICACIÓN DE LA PROPUESTA Y ANALISIS DE RESULTADOS ..................................................29

4.1 DIAGNOSTICO INSTITUCIONAL .........................................................................................29

4.2 ELECCIÓN DEL GRUPO DE TRABAJO .................................................................................30

4.3 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MEDICIÓN-INICIAL ..........................................................30

4.4 CONDICIONES DEL TRABAJO EN AULA ..............................................................................30

4.4.1 Tiempo de Desarrollo de la propuesta......................................................................30

4.4.2 Secuencia de las actividades .....................................................................................30

4.4.3 Motivación durante las clases ..................................................................................31

4.5 IMPLEMENTACIÓN ...........................................................................................................31

II

4.5.1 Primer ambiente de aprendizaje: Todo está hecho de átomos ................................32

4.5.2 Segundo ambiente de aprendizaje: Electrones, protones y neutrones (Thompson y

Rutherford)...............................................................................................................................34

4.5.3 Tercer ambiente de aprendizaje: De qué color son los átomos ................................36

4.6 RECOMENDACIONES PARA EL DOCENTE ..........................................................................37

4.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS ACTIVIDADES ..............................................................38

4.8 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MEDICIÓN-FINAL.............................................................38

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................................42

6 BIBLIOGRAFÍA ...........................................................................................................................44

7 ANEXOS ....................................................................................................................................48

III

Lista de tablas

Tabla 1. Ejemplo de una estrella de 25 MS .................................................................................7

Tabla 2. Conceptos clave y aspectos en los que tiene significancia......................................19

Tabla 3. Matriz diagnostica ..........................................................................................................21

Tabla 4. Estadísticos descriptivos ...............................................................................................39

Tabla 5. Pruebas de normalidad .................................................................................................40

Tabla 6. Rangos ............................................................................................................................41

Tabla 7. Estadísticos de constraste ............................................................................................41

IV

Lista de figuras

Figura 1.1 Modelo de Thompson ..................................................................................................6

Figura 1.2 Modelo de Rutherford……..………… …………………………………………….…6

Figura 1.3 Sintesis de elementos en un estrella....……………………………………………..7

Figura 1.4 Tipos de Orbitales……………………………………………………………………..8

Figura 2. Estadísticos descriptivos..............................................................................................39

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INTRODUCCIÓN

Los átomos son los componentes básicos de toda la materia, las unidades elementales que, mediante enlaces químicos, forman todo lo que existe. De hecho, la química es la ciencia que estudia cómo se forman las sustancias a partir de la unión de átomos, y cómo la estructura que resulta determina las propiedades de las sustancias y sus posibles transformaciones, así como los cambios de energía que involucran estos procesos. De átomos están formadas todas las moléculas de gases, líquidos y sólidos, los materiales semiconductores y aislantes, los plásticos y los cristales, pero también las células, los tejidos, los órganos y los seres vivos, y en general todos los ecosistemas, biósferas, planetas, estrellas y galaxias que conocemos. Por lo tanto, comprender los conceptos involucrados en la estructura atómica no solo sirve para entender qué sustancias se pueden formar por reacciones químicas y derivar sus propiedades a partir de su estructura, sino que saber que estamos hechos de átomos nos hace uno con el cosmos y, por tanto, cambia nuestra visión del mundo. En mi práctica personal como docente de química, he observado que el estudiante de décimo del colegio IED José María Vargas Vila suelen presentar desinterés hacia la asignatura, confusión y poca apropiación de los conceptos básicos e incapacidad para establecer relaciones entre ellos y de ellos con su realidad. Los pobres resultados de las pruebas Saber 11 en el área de química no hacen más que confirmar esta apreciación. Esto, en mi opinión, puede ser debido a que la química en general se suele trabajar como una serie de teorías y conceptos abstractos que no siempre se presentan en relación directa con la realidad, utilizando, además, un lenguaje simbólico específico que no es de fácil acceso al estudiante, lo que también es cierto para la estructura de la materia. Según Mosquera, C., Mora, W., & García, Á. (2003) las principales dificultades conceptuales respecto a la discontinuidad de la materia son, entre otras:

- Los alumnos conciben la materia tal como la ven con sus ojos. Esta dependencia de sus sentidos les dificulta la comprensión de un mundo a nivel atómico y molecular.

- Existe una tendencia a interpretar el mundo microscopico en terminos del macroscopico, que no siempre es correcta.

- Se observa dificultad para asumir que la materia es discontinua y que entre las partículas que lo componen hay un espacio vacio.

- Los estudiantes interpretan la materia de forma continua y estática, en contraste con la vision dinámica (en movimiento) de los modelos atómicos.

- Se mezclan los modelos atómicos clasicos, sin tener claros los limites de validez de cada uno de ellos.

Otras investigaciones acerca de la enseñanza de los modelos atómicos identifican la misma realidad. Al analizar mediante encuestas aleatorias los conceptos que sobre los modelos atómicos tenían estudiantes de grado 12 de un colegio de Illinois, Griffiths y Preston (1992) hallaron multitud de conceptos erróneos en cuento a la estructura, forma, tamaño y peso de los átomos, e incluso percepciones animistas de los átomos entre los estudiantes, curiosamente muy similares a las que se presentaron en el desarrollo histórico de los modelos. Jung (2009) identifica dificultades de aprendizaje en lo que se presenta en libros de texto, planes curriculares e indicaciones de los maestros. Como solución, propone la idea de ―progresiones de aprendizaje‖: ciclos jerárquicos de complejidad progresiva que se evalúan gradualmente, que sirven como una herramienta

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útil para el desarrollo de planes de estudio que permitan valorar la comprensión de los estudiantes. Esta propuesta ha servido en Estados Unidos como guía para modificar el diseño y planeación curricular en varios estados. También en otros países como Grecia se presentan enfoques interesantes en la forma de introducir el átomo. Tsaparlis, G., Kolioulis, D. & Pappa, E. (2010) diseñaron un programa que tiene en cuenta las ideas alternativas de los estudiantes y establecen una conexión con la vida cotidiana y el medio ambiente. El programa consta de seis unidades (materia y suelo, aire, moléculas y átomos) dejando para lo último una introducción significativa sobre el átomo. En Israel, Dangur, V., Avargil, S., Peskin, U. & Dori, Y. (2014) presentan una opción frente a la perspectiva de orientar matemáticamente la química. El módulo se basa en un enfoque cualitativo de la enseñanza de la química cuántica en estudiantes de secundaria y pregrado, con énfasis en las aplicaciones de la vida real y la integración de la visualización. Como consecuencia, los estudiantes mejoraron significativamente su comprensión. Por lo tanto, sería de esperar que una enseñanza de los modelos atómicos que los relacione con su realidad visible pudiera contribuir a que el estudiante entienda la estructura de las sustancias a nivel atómico y molecular, y pueda inferir a partir de ella algunas de las propiedades de las sustancias. Hay otros factores, tanto cognitivos como sociales, que afectan el proceso de aprendizaje en general y que no son ajenos al IED José María Vargas Vila. En efecto, las deficiencias en la comprensión de lectura, los pocos hábitos de estudio, el difícil acceso a textos de consulta y a recursos como el internet en sitios diferentes al colegio limitan el conjunto de material didáctico al que los estudiantes pueden acceder en sus horas en casa. Esto sugiere que las ayudas didácticas multimedia deben procurarse en el aula de clase, dejando para la casa solamente material que ellos puedan llevar desde el colegio. El objetivo de este trabajo fue diseñar e implementar una secuencia didáctica con elementos de aprendizaje significativo para la enseñanza de los modelos atómicos dirigida a los estudiantes de grado decimo. La hipótesis de trabajo es que relacionar los conceptos de los modelos atómicos con aspectos de la realidad visible puede ayudar a su comprensión. Para diseñar la secuencia didáctica se revisaron los modelos atómicos más relevantes, identificando sus conceptos clave y su evolución. Se elaboraron unidades didácticas que combinan clases magistrales con experimentos demostrativos, talleres, videos y actividades lúdicas, según fuese necesario para permitir al estudiante construir paso a paso los conceptos clave. La secuencia didáctica fue implementada y puesta a prueba con estudiantes de décimo grado del colegio José María Vargas Vila, un mega-colegio ubicado en la localidad 19, Ciudad Bolívar, en el barrio Bella Flor, que surgió como consecuencia de una invasión y se encuentra establecido en las partes más altas de Bogotá. El diseño utilizado para la medición es pre-experimental de un solo grupo con pre test y pos test sobre una muestra de 45 estudiantes. Todas las actividades multimedia se desarrollaron en el aula de clase, pero se dejaron tareas para la casa que involucran material entregado en el colegio para la realización de las actividades. En las sesiones didácticas se hizo énfasis en lo cualitativo – más que en lo cuantitativo –, para que el estudiante no tuviera obstáculos numéricos o algebraicos para comprender los conceptos y poder construirlos. De esta manera, se logró despertar el interés de los estudiantes y motivarlos a construir una idea de los modelos atómicos que tuviera significado en su cotidianidad, lo que se vio reflejado en una mejora notable de su desempeño en el test.

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El presente trabajo está organizado de la siguiente manera. En el Capítulo 1 se hace una descripción de los fundamentos teóricos sobre la teoría atómica y los modelos atómicos, y también se menciona lo relacionado con el aprendizaje significativo, base de la propuesta. En el capítulo 2 se relacionan los aspectos históricos y epistemológicos concernientes a los fundamentos mencionados en el capítulo 1, y se hace referencia a aspectos didácticos como: la forma en que los textos escolares abordan el tema, algunas investigaciones relacionadas con la enseñanza de los modelos atómicos y las metas de aprendizaje mínimas fijadas por los estándares de Ministerio de Educación Nacional. En el capítulo 3 se presenta la propuesta, con los elementos de aprendizaje utilizados, la prueba diagnóstica, la secuencia didáctica y un recuento de la metodología empleada. En el capítulo 4 se muestra un diagnóstico sobre el colegio José María Vargas Vila (IED) y su población, se describe el trabajo realizado en el aula, se hace un análisis de resultados de las actividades (cualitativo) y un análisis estadístico de la aplicación de la prueba de medición, al inicio y al final. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones y recomendaciones más importantes de todo el trabajo.

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1 FUNDAMENTOS TEORICOS

1.1 ASPECTOS DISCIPLINARES SOBRE LA TEORÍA ATÓMICA

El modelo científico es una representación de los sistemas involucrados en un fenómeno

dado, y uno de sus primeros propósitos es proporcionar un cuadro mental o visual del

fenómeno. Los científicos hacen una abstracción de la realidad, seleccionando las

propiedades que consideran relevantes, y construyen modelos que permiten analizar la

naturaleza del fenómeno y plantear, desarrollar y comprobar hipótesis, para finalmente

tener una mejor comprensión del fenómeno real que el modelo busca representar.

Se puede decir que un modelo atómico es una representación de la estructura de un

átomo que trata de explicar su comportamiento y propiedades. La teoría atómica inicia

como una forma de entender la naturaleza de la materia, por lo que al mencionar los

fundamentos teóricos de los modelos atómicos necesariamente se tienen que mencionar

aspectos de la historia, ya que nuestra comprensión de la materia ha ido evolucionando a

través de los siglos. A medida que se lograron avances, los modelos se fueron volviendo

más complejos en sus representaciones a nivel gráfico y matemático, pero también más

poderosos a la hora de predecir. Las ideas principales, sin embargo, siguen siendo fáciles

de describir en lenguaje natural, lo que hace posible su construcción cualitativa, sin pasar

por el formalismo matemático que puede ser demasiado complejo para los estudiantes.

En este capítulo se mencionaran algunos conceptos relevantes de los modelos atómicos,

pero principalmente de manera cualitativa, pues esa es la forma en que los queremos

presentar. Como los modelos atómicos que son parte de la estructura curricular son

modelos históricos, inevitablemente los temas de este capítulo irán ligados con el

siguiente. En este capítulo nos centraremos en lo que sigue siendo relevante y

físicamente correcto de cada modelo, y dejaremos su relevancia histórica para el

siguiente. Nuestra propuesta inicia con la observación de que toda la materia está hecha

de átomos, incluyendo todo lo que nos rodea y a nosotros mismos. Continua con la idea

de átomo, que se evidencia en las proporciones fijas de los reactantes en las reacciones

químicas (Dalton). El primer intento por describir la estructura de un átomo es realizado

por Thompson, quien incluye a los electrones (por entonces recién descubiertos) como

partes constituyentes del átomo, pero mantiene la idea de una carga total neutra. A

continuación se expone el modelo de Rutherford, que presenta al átomo como una masa

central de alta densidad – el núcleo, que posteriormente se vería compuesto de protones

y neutrones – alrededor de la cual orbitan los electrones. Este modelo se utiliza como

ocasión para explicar los procesos de síntesis nuclear y el origen de los átomos (en el Big

Bang y en las estrellas). La llegada de la Mecánica Cuántica permitió mejorar el modelo y

poder predecir otros fenómenos. En primer lugar, la idea de Bohr, que propone que sólo

ciertas órbitas (cada una con un nivel de energía) son posibles, permite predecir y explicar

las líneas de emisión del espectro atómico, dando origen a la espectroscopia como forma

de identificar de qué átomos está compuesta una sustancia. Posteriormente, el modelo

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mecánico ondulatorio presenta a los electrones como situados en nubes de probabilidad,

u orbitales, que permiten aproximar la manera en que se enlazan los átomos y explicar la

forma de las moléculas resultantes.

1.1.1 Todo está hecho de átomos

Uno de los primeros interrogantes que se planteó el hombre fue sobre el origen y

composición de la materia. Tales de Mileto (ca 640-546ac) veía al agua como causa

primera de todas las cosas (de los seres vivos, de las cosechas, de las costas, etc.).

Anaximandro (610-547ac) propone un concepto abstracto: lo ilimitado (Apeyron) como

origen del que todo se desprende, pero que al ser limitado por la frontera de las cosas

tiende a destruirlas para volver a su origen ilimitado. Anaxímenes (585-524ac), discípulo

de los dos anteriores, propone que todo se produce por rarefacción o condensación del

aire, con lo que se puede lograr construir desde el fuego (lo menos denso) hasta la piedra

(lo más denso), pasando por el agua y otras sustancias como pasos intermedios.

Jenófanes (580-475ac) ve en la evolución de las cosas una lucha de contrarios, que

ejemplifica en el conflicto entre el agua (húmeda) y la tierra (seca). Al mismo tiempo,

Heráclito (535-484ac) propone que el origen de todo es el movimiento (el cambio), y usa

el fuego como metáfora de esa acción. Finalmente, Empédocles (ca 492-432ac) resume

que hay cuatro raíces para las cosas: agua, aire, tierra y fuego, y que dos fuerzas las

combinan: el amor (que une) y el odio (que separa), dando lugar a los cuatro elementos

de la antigüedad clásica.

Demócrito planteo que la realidad estaba compuesta por el vacío y por átomos de

diferentes clases. Los objetos del universo son el resultado de colisiones o reacciones

entre átomos. Aunque fue un planteamiento filosófico, representa un buen acercamiento

al concepto sobre la estructura de la materia, todas las cosas que existen en el universo

están compuestas de átomos, es decir las cosas con las que las personas pueden

interactuar o no están compuestas de átomos.

El concepto se retoma con John Dalton, quien reafirma que la materia está constituida de

átomos y que si pertenecen a un mismo elemento son similares entre si particularmente

en peso. Y esto lo puede comprobar porque los átomos son la base que explica las leyes

cuantitativas de la materia. Por ejemplo se puede afirmar que si los átomos permanecen,

los cambios químicos serán un reagrupamiento de átomos y por tanto no hay cambios en

la masa total de las sustancias que participan al no variar los átomos involucrados (ley de

la conservación de la materia). Si los átomos no se modifican, se agrupan siempre en la

misma proporción, se puede predecir entonces la cantidad de sustancia que se forma a

partir de otras (ley de las proporciones definidas). (Villaveces 1984).

El modelo de Thompson si bien esta revaluado intenta explicar conceptos que subsisten,

como es el de que la materia tiende a permanecer neutra al haber un equilibrio entre sus

cargas eléctricas, el involucra a los electrones en la estructura del átomo, plantea que los

electrones pueden ser extraídos de cualquier sustancia, lo que no ocurre de la misma

forma con las cargas positivas. Thompson también esboza que debe existir una conexión

entre el número de electrones de un elemento con el sistema periódico de los mismos.

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Figura 1.1 Modelo de Thompson Figura 1.2 Modelo de Rutherford

El modelo de Rutherford establece que las cargas positivas de los átomos están

concentradas en un núcleo, denominadas protones, los electrones giran alrededor del

núcleo en un número igual a la carga nuclear, el cual coincide con su número de orden en

el sistema periódico de los elementos. A partir de estas conclusiones se pueden explicar

los procesos de síntesis nuclear.

Los átomos se sintetizan por reacciones que cambian los contenidos de protones y

neutrones en el núcleo. Los átomos más livianos, como H, He, Li, se originan en el Big

Bang, y las teorías de esta gran explosión predicen exactamente las proporciones de

estos elementos observadas en el Universo. Los demás átomos con masas atómicas

inferiores o iguales a la del Fe se sintetizan en el interior de las estrellas, que es el lugar

donde se alcanzan las temperaturas inmensas que se necesitan para ello. Luego, cuando

esta fusión nuclear agota su combustible, la estrella estalla, devolviendo los átomos

sintetizados al espacio interestelar y generando temperaturas aún más altas que permiten

la síntesis de los demás elementos. Este polvo se condensa nuevamente en nuevas

generaciones de estrellas y planetas alrededor de ellas. Así se formaron El Sol (una

estrella de tercera generación), La Tierra y, eventualmente, la vida. Somos polvo de

estrellas, y en ellas se sintetizaron los átomos de todo lo que vemos a nuestro alrededor.

Algunos ejemplos de estas reacciones de combustión nuclear son:

A temperatura de 108 K, temperatura que es lo suficientemente elevada para iniciar la

combustión del Helio en una secuencia de reacciones de fusión se forma el carbono.

4He2+ + 4He2+ + 4He2+ → 12C6+

Después de un mayor calentamiento a 109 K, las energías cinéticas pueden conducir a la

combustión del carbón.

12C6+ + 12C6+ → 20Ne10+ + 4He2+

Si la estrella cuenta con la masa suficiente, cuando el combustible del núcleo se agota el

nuevo elemento formado empieza a quemarse para producir elementos cada vez más

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pesados elevando bastante la temperatura para una nueva secuencia de reacciones

nucleares. (Martínez; Rodríguez; Sánchez 2007)

Tabla 1. Ejemplo de una estrella de 25 MS

Figura 1.3 Síntesis de Elementos en las estrellas

Uno de los problemas iniciales que enfrentaron los modelos atómicos fueron las líneas

espectrales. Cada átomo absorbe y emite solamente luz de ciertos colores, su espectro

característico, que funciona como una huella digital que sirve para identificar la presencia

de ese átomo. Niels Henrik David Bohr (1885-1962) propuso un modelo del átomo de

Hidrógeno para explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión o

absorción de los gases. En este modelo de Bohr se aplica por primera vez la teoría

cuántica de Plank. Su idea es que los electrones sólo pueden girar en órbitas de radios

discretos y energías definidas, y que un electrón sólo absorbe luz si el color de la luz (su

energía), es exactamente la que necesita para subir a otro nivel. Cuando el electrón cae a

un nivel más bajo, emite luz del color que corresponde exactamente a la energía que le

queda sobrando. Por eso, los átomos sólo emiten ciertos colores fijos. El modelo de Bohr

predice con toda exactitud los colores del átomo de Hidrógeno, y modelos similares

explican lo que pasa con los otros átomos.

Con la llegada de la mecánica cuántica (Erwin Schrödinger (1887-1961) Werner

Heisenberg (1901-1976) y Paul Dirac (1902-1984)), el modelo de Bohr se sofisticó. Las

órbitas de los electrones, que antes eran círculos como los de los planetas, se volvieron

Elemento que se

quema en el núcleo

Tiempo

H 7 x 106 años

He 5 x 10 5años

C 600 años

Ne 1 año

O 6 meses

Si 1 día

8

orbitales: nubes de probabilidad donde es más factible hallar al electrón, pero cada uno

con una energía definida, como antes. Cuando un electrón absorbe o emite luz, salta a un

orbital de mayor o menor energía, igual que en el modelo de Bohr, pero los orbitales dan

más información. Un electrón puede estar ubicado en cualquier zona, sin embargo la

mayor parte del tiempo debe encontrarse cerca del núcleo, en relación con la densidad

electrónica es posible tratar de representar la forma de un orbital. A medida que se

aumenta el nivel de energía en un átomo, la forma, el tipo de orbital y el tamaño van

cambiando, tal y como se aprecia en la siguiente figura.

Figura 1.4 Tipos de orbitales 1

Sus formas espaciales indican en qué direcciones se pueden enlazar unos átomos con

otros para formar estructuras tridimensionales. La intensidad de estos enlaces y la

estructura tridimensional que resulta determinan muchas de las propiedades de los

compuestos que forman.

La regla del dueto en la que los átomos de H, Li y Be tienden a completar su ultimo nivel

de energía con dos electrones, la regla del octeto propuesta por Lewis: ―Un átomo

diferente del Hidrógeno tiende a formar enlaces hasta que se rodea de ocho electrones

de valencia‖ (Chang, 2010), la electronegatividad que indica la capacidad de un átomo

para atraer los electrones dan una idea sobre los tipos de enlaces que se presentan. Pero

no indican cómo y porque se forman los enlaces, esto se puede deducir a partir de la

mecánica cuántica. La química cuántica es la rama de la química que se encarga de

deducir estas propiedades.

Es importante resaltar también que la forma o geometría de las moléculas tienen que ver

en las propiedades físicas y químicas de las mismas. En general, la longitud y el ángulo

de enlace se determinan en forma experimental pero si se conoce el número de

electrones de valencia se puede predecir con un buen rango de acierto la geometría de

las moléculas. Según el modelo de repulsión del par electrónico de la capa de valencia

(RPECV), el cual permite predecir y explicar la forma geométrica de varias estructuras de

moléculas simples, los pares de electrones de enlace y solitarios se ubican alrededor del

átomo central de tal manera que estén lo más retirado posible unos de otros, para que así

las repulsiones sean mínimas.

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1.2 APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO

El aprendizaje significativo es una propuesta que responde al constructivismo como

orientador de dichos aprendizajes, especialmente si consideramos que el constructivismo

estudia las relaciones entre el conocimiento y la realidad definida por la co-construcción

del individuo con su entorno. El conocimiento es aquel proceso interactivo y dinámico por

medio del cual la información es interpretada y reinterpretada por la mente, lo que facilita

la construcción del aprendizaje. El estudiante se concibe entonces como un sujeto activo,

dinámico, que utiliza sus saberes para construir nuevos conocimientos. El docente es

quien diseña, crea y posibilita situaciones pedagógicas y didácticas que potencian la

construcción de aprendizajes más significativos. El proceso de enseñanza-aprendizaje

constructivista se nutre de aportes de diferentes disciplinas del saber, utiliza postulados

filosóficos, psicológicos y pedagógicos, a veces divergentes, pero con un punto de

encuentro indiscutible: la importancia de la actividad mental constructiva del estudiante y

la idea de que el aprendizaje humano se construye, que la mente de las personas elabora

nuevos significados a partir de la base de enseñanzas anteriores.

Davis Ausubel basa la organización del conocimiento en estructuras y en la

reestructuración producida por la interacción entre las presentes en el sujeto y la nueva

información. Pero para que esto ocurra es preciso una instrucción formalmente

establecida y presentada de carácter organizado y explicito, información que debe

desequilibrar las estructuras existentes. Así mismo presenta dos dimensiones o ejes,

vertical y horizontal, que permiten analizar cualquier situación de aprendizaje escolar o no

escolar. Corresponden a un continuo, el continuo vertical, referido al tipo de aprendizaje

realizado por el estudiante (codificación, transformación y retención de la información) y

que va desde el aprendizaje memorístico o repetitivo al aprendizaje plenamente

significativo. El continuo horizontal hace referencia a la estrategia de instrucción

planificada para fomentar ese aprendizaje, que va desde la enseñanza puramente

receptiva en la que el docente expone lo que el estudiante debe aprender, hasta la

enseñanza basada exclusivamente en el descubrimiento espontaneo, por investigación en

el laboratorio o por solución de problemas.

Ausubel determina que un aprendizaje se puede considerar significativo cuando puede

relacionarse de modo no arbitrario y sustancial con lo que el estudiante ya sabe, es decir,

cuándo puede incorporarse a las estructuras de conocimiento que posee el sujeto, ósea

cuando el nuevo material adquiere significado para el sujeto a partir de su relación con

conocimientos anteriores. Asimismo distingue tres tipos básicos de aprendizaje

significativo: el aprendizaje de representaciones, el más elemental pero del cual dependen

los demás aprendizajes, que consiste en la atribución de significados a determinados

símbolos; el aprendizaje de conceptos, definidos estos como objetos, eventos, situaciones

o propiedades con atributos de criterios comunes y que se designan mediante algún

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símbolo o signo adquiridos a través de la formación. Y finalmente el aprendizaje de

proposiciones, que implica la combinación y relación de varias palabras, cada una con un

referente unitario, las cuales combinadas producen un nuevo significado asimilado a la

estructura cognoscitiva, lo que genera una escala significativa creciente.

1.3 AMBIENTES DE APRENDIZAJE

Los ambientes de aprendizaje se consideran un instrumento en la construcción

pedagógica y metodológica, un escenario educativo que facilita el proceso de enseñanza

aprendizaje, un espacio donde se generan oportunidades para que los estudiantes se

apropien de saberes, de experiencias y de herramientas que les permiten desarrollarse

durante la vida. En los ambientes de aprendizaje se reconoce al estudiante y al docente,

como unos sujetos activos en el proceso de enseñanza- aprendizaje, se tiene en cuenta

no solo la dimensión cognitiva, sino también la socio-afectivo y físico-creativa.

Estos ambientes potencializan la construcción pedagógica, metodológica y sistémica,

facilitan la consecución del objetivo pedagógico trazado para lograr el aprendizaje

significativo esperado. En ellos juega un papel clave el rol del estudiante como sujeto

activo con necesidades, el contexto, el docente como diseñador de los mismos, la

creatividad, las propuestas didácticas, las experiencias significativas, la incorporación de

nuevas herramientas y recursos, la integración curricular, las relaciones interpersonales,

el trabajo en equipo, la diversidad de elementos que se adicionen para enriquecer dicho

ambiente, la sostenibilidad a través de la observación, evaluación y sistematización, como

instrumentos para consolidar y progresar en el aprendizaje.

Se pretende que el estudiante con estos espacios presenciales enriquecidos, dinámicos,

estimulantes, utilice todos los recursos que le propone el ambiente para desarrollar

capacidades, habilidades, actitudes, adquirir conocimientos, construir significados, para

ser sujeto creador, participativo y transformador de su propia realidad. El estudiante debe

lograr los aprendizajes significativos y permanentes que le propone el ambiente y el

docente debe buscar diversas estrategias didácticas al diseñar el ambiente de aprendizaje.

Estos ambientes de aprendizaje tienen una lógica secuencial, didáctica y unos momentos,

así:

Contextualización del aprendizaje y motivación: es el punto de partida, para que los

estudiantes y docentes participen en el ambiente, reconozcan elementos familiares con

los cuales puedan resolver alguna dificultad.

Concepciones previas: en este momento se indaga por los conocimientos previos y las

experiencias vividas, se da inicio al proceso.

Propósito de formación: permite dar sentido a lo que se propone el proceso de

enseñanza-aprendizaje.

11

Planteamiento de la estrategia de evaluación: permite establecer los criterios para

evaluar no solo a los estudiantes sino al proceso como tal.

Desarrollo y potenciación de los aprendizajes: momento en el que se pone a

disposición todas las estrategias, recursos y condiciones para desarrollar el ambiente de

aprendizaje.

Consolidación y lectura de avance del proceso: en donde se socializan las

conclusiones y se realiza la retroalimentación, permitiendo aclarar inquietudes y

consolidar saberes.

Evaluación y proyección de aprendizajes: momento que permite identificar y recoger

evidencias para verificar si el propósito de formación se logró.

Como se puede observar, estos ambientes de aprendizaje tienen una lógica secuencial y

didáctica, sin embargo no necesariamente estos pasos se deben dar en una única

secuencia o sesión, sino que pueden variar de acuerdo al diseño que el docente les dé

para conseguir el aprendizaje esperado, es decir, el docente está en plena libertad de

planificar, diseñar e implementar un ambiente de aprendizaje con todos los momentos, o

seleccionar algunos que considere pertinentes para el ambiente que quiere generar y

dejar para un próximo encuentro, los que considere deben trabajarse de manera

independiente o en otro contexto.

12

2 ASPECTOS HISTORICO-EPISTEMOLOGICOS RELATIVOS A LOS FUNDAMENTOS TEORICOS Y DIDACTICOS

2.1 ASPECTOS HISTÓRICOS DE LOS MODELOS ATÓMICOS.

El atomismo, enfoque de uno de los principios de la química como ciencia, empezó como

un sistema filosófico en Grecia. Desde la antigüedad quisieron establecer un aspecto finito

de la materia, aunque no fue filosofía dominante en aquella época.

Los conceptos del Átomo desde la Filosofía fueron objeto de estudio de la química. Las

épocas oscuras en que no se tomó como ciencia y los periodos sin gran avance,

muestran cómo los modelos no explicaban todas las variables y esto es relevante en el

estudio del átomo. ―El atomismo constituye una pieza imprescindible del marco conceptual

de la química moderna, más aun es su aceptación a principios del siglo XIX, uno de los

hitos que completan la ruptura de la química con las concepciones precientíficas‖

(Villaveces, 1984, pág. 225).

Las primeras propuestas documentadas de que la naturaleza está formada por átomos

inalterables se remontan a Demócrito (460 a 370 a. C), quien es considerado el fundador

del atomismo. Para él, todo está compuesto por unidades indivisibles, o átomos, de

diferentes clases que se mueven en un vacío uniforme (Villaveces, C. P. (1989)), y que al

enlazarse de diferentes maneras forman todas las cosas. Los átomos no cambian, pero

las sustancias que forman sí lo hacen, porque los átomos se pueden separar y unir en

una forma diferente, los objetos del universo y sus sucesos, son el resultado de

colisiones o reacciones entre átomos De esta manera, concilia las ideas de inmutabilidad

y de cambio que habían propuesto filósofos anteriores.

Después de Demócrito surge un largo periodo en el que la química no fue considerada

una ciencia, pero que tomaba elementos de la misma como fue la experimentación

química y la aparición de representaciones simbólicas por medio de la alquimia o como la

generación de teorías que explicaban el comportamiento de la materia como fue la teoría

del Flogisto. George Stahl (1659- 1734) presuponía la existencia de un "ánima" fuerza

vital. Casi todas las propiedades (color, olor combustibilidad etc.) obedecían a

proporciones diferentes de flogisto. El flogisto era imponderable por ninguno de los

métodos conocidos. Esta teoría dificultó el avance en el conocimiento del átomo.

A diferencia de otras ciencias naturales, la química como tal, empezó después ya que en

sus inicios la forma de mostrar sus fundamentos no era tan evidente como si lo podía

hacer por ejemplo la física y la biología. En esos momentos históricos ―La química pronto

habría de encontrar su Galileo, Copérnico o Newton. Para ello tenía que dar un salto que

implicaba una ruptura epistemológica de gran envergadura, el paso de la química de los

principios a la química de los elementos La química solo podría progresar si integraba los

métodos matemáticos de la filosofía newtoniana‖ (Villaveces 1984.Pág.230).

Es entonces, cuando aparece: Antoine-Laurent de Lavoisier (París, 1743-1794) quien

favorece la ruptura con la química tradicional y da aceptación a nivel filosófico de la

estructura discontinua de la materia. Para él la materia no puede ser divisible hasta el

13

infinito, necesariamente se llegaría a partículas indivisibles. Estas partículas elementales

revelarían la clave de sus propiedades y por tanto uno de los problemas fundamentales

para el químico sería determinar esa forma. (Villaveces, 1984)

Más de dos mil años después de la aparición de Demócrito, John Dalton (Reino Unido

1766-1844) retoma sus ideas, las usa como base de una teoría empírica de la química

(Villaveces, 1989). Los átomos, además de ser distintos e indivisibles, tienen ahora una

masa definida. Por cada elemento hay un tipo de átomo, que se combinan en

proporciones fijas enteras para generar compuestos (Brown, T., Lemay, E., & Bursten, B.

(2007)) a través de reacciones químicas que, por otra parte, dejan a los átomos

inalterados. Estas ideas son la base de la química moderna.

De 1900 en adelante ya la ciencia conocía dos características de los átomos: que

contenían electrones y que eran eléctricamente neutros (Para que un átomo sea neutro

debe contener el mismo número de cargas positiva que negativas). Se tienen a los

electrones como parte constitutiva de la materia. Para explicar su existencia, y el hecho

de que los átomos son eléctricamente neutros, Joseph John Thomson (1856 –1940)

propone que un átomo podía visualizarse como una esfera uniforme cargada

positivamente, dentro de la cual se encontraban los electrones como si fueran las pasas

en un pastel. Este modelo llamado ―modelo de pudín de pasas‖ se aceptó como teoría

durante algunos años. (Chang, 2010). El modelo de Thomson se hizo muy popular en la

época, pero no fue el único modelo de átomo propuesto. Por el contrario, había bastantes

esfuerzos, a principio de siglo, para explicar su estructura; sin embargo, no existía

ninguna evidencia del número de electrones presentes dentro de un átomo dado y ello

generaba confusión. Thomson expuso que el número de electrones en un átomo era muy

pequeño, del orden del número de masa. Los electrones podían ser extraídos de

cualquier sustancia, no ocurriendo así con la carga positiva. Thomson, también, vislumbró

la analogía existente entre los arreglos de electrones y el sistema periódico de

Mendeleev.

Poco después Ernest Rutherford (1871-1937), junto con Hans Geiger y Ernest Marsden,

realizaron una serie de experimentos para explorar la estructura interna del átomo. Al

disparar partículas α (de carga positiva) de una fuente radioactiva sobre láminas muy

delgadas de oro, observaron que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina casi

sin desviarse, pero que unas pocas rebotaban completamente, repelidas con mucha más

intensidad de lo esperado. Esto los llevó a concluir que el átomo estaba formado

mayoritariamente por espacio vacío, y que la carga positiva del átomo debía estar

concentrada en una región muy densa y pequeña, a la que llamó núcleo. A las partículas

del núcleo que tienen carga positiva les dio el nombre de protones. En otros experimentos

se encontró que los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones.

(Chang, 2010), por lo que un átomo neutro debía tener igual número de protones y

electrones. Este modelo se complementó posteriormente con el trabajo de James

Chadwick (1891-1974), que mostró la existencia de un segundo tipo de partículas

subatómicas en el núcleo, que él llamó neutrones, eléctricamente neutras y con una masa

ligeramente mayor que la masa de los protones, cuya misión es estabilizar el núcleo.

Existen otras partículas subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres

componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química (Chang,

2010).

14

Uno de los principales avances del siglo XX fue el desarrollo de la teoría cuántica. En

1900, Max Planck encontró problemas en la teoría de radiación al suponer que la energía

radiaba en forma continua. Postuló que la energía electromagnética se absorbía o emitía

en paquetes discretos, o cuantos. El contenido de energía de estos cuantos o fotones

como fueron llamados, es proporcional a la frecuencia de radiación. Einstein, en 1905,

amplió y postuló que la energía en un haz de luz no se difunde en forma continua a

través del espacio, sino que está compuesta por muchas partículas y que cada una de

estas partículas (fotones) debe poseer una energía E. Einstein allanó el camino para que

Niels Henrik David Bohr (1885-1962) postulara su modelo en 1913, el propuso su modelo

para explicar las inconsistencias mostradas por el modelo de Rutherford y los espectros

de líneas de emisión. Posteriormente Erwin Schrödinger (1887-1961) empezó una nueva

forma de investigar las partículas subatómicas: la mecánica cuántica o mecánica

ondulatoria. En vez de tratar de ubicar la trayectoria de la partícula se tendrá un enfoque

probabilístico. Estos aportes de Schrödinger y Bohr se encuentran más detallados en el

capítulo anterior.

2.2 ANTECEDENTES DIDÁCTICOS

Los textos juegan un papel clave en el proceso de enseñanza-aprendizaje, pues para la mayoría de los docentes constituyen guías para impartir los contenidos de las asignaturas, y para los estudiantes son un medio de consulta que les facilita realizar sus labores escolares. Sin embargo, algunos de los textos de química más usados en secundaria presentan los modelos atómicos como una definición abstracta, limitándose a enunciar las características de cada uno como postulados, sin ninguna relación con los fenómenos que pretendían explicar ni con lo que nos aportan para la comprensión de la materia, para pasar directamente a operaciones numéricas y operaciones cuantitativas. Por ejemplo, la QUIMICA GENERAL E INORGANICA I, Educación Básica Secundaria y Media Vocacional, Félix A. Manco Lozano se limita a presentar los modelos de

Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr como meros postulados, sin contexto alguno, para luego pasar directamente a explicar ejercicios cuantitativos relacionados con números cuánticos y configuración electrónica. Por su parte, la QUIMICA 10-Desarrolla competencias e incluye estándares, Julio Cesar Poveda Vargas introduce primero las unidades de masa y número atómico, isótopos y moles incluso antes de hablar de modelos atómicos. Éstos se presentan en la Unidad 3 como un conjunto de definiciones (modelo de átomo de J.J.Thompson, modelo nuclear de Rutherford, modelo cuántico del átomo, teoría cuántica de la radiación, espectroscopia, modelo cuántico de Bohr, números cuánticos, dualidad onda-partícula, modelo mecánico ondulatorio del átomo, etc.) sin establecer relaciones entre los conceptos que trata y los modelos atómicos que define, para luego pasar directamente a números cuánticos y configuraciones electrónicas. A la luz de lo anterior, no es de extrañar que los estudiantes identifiquen los modelos atómicos como definiciones abstractas, sin relación con la realidad que observan, y que su aprendizaje se limite a memorizar las definiciones y mecanizar la construcción de distribuciones electrónicas.

Aunque en general los textos son similares en su presentación hay nuevos enfoques para

introducir la química a educación básica. En Grecia Tsaparlis, G., Kolioulis, D. & Pappa,

E. (2010), diseñaron un programa que tiene por objeto la aplicación de teorías de la

educación de la ciencia y en especial del aprendizaje significativo y de metodología de la

15

enseñanza, fomentando formas activas de investigación del aprendizaje. El enfoque es

riguroso con el uso cuidadoso del lenguaje y tiene en cuenta las ideas alternativas y

conceptos erróneos que puedan tener los estudiantes, hay experimentos diseñados para

trabajar en parejas. Hay una conexión de la ciencia con la vida cotidiana, aplicaciones y

concientización de los problemas ambientales, dejando para lo último una introducción

significativa de los conceptos de molécula y átomo. El programa se compone de seis

unidades (materia y suelo, el agua, reacciones químicas, aire, moléculas y átomos) que

contienen veinticuatro lecciones. El resultado fue un libro de texto que fue sometido a

evaluación por docentes griegos de ciencias, los docentes estuvieron entusiasmados con

los acercamientos a los conceptos de molécula y átomo.

Las investigaciones acerca de la enseñanza de los modelos atómicos identifican la misma realidad. Los estudiantes perciben los modelos como abstractos, y los conceptos subyacentes suelen quedar de manera errada. Al analizar mediante encuestas aleatorias los conceptos que sobre los modelos atómicos tenían estudiantes de grado 12 de un colegio de Illinois, Griffiths y Preston (1992) hallaron multitud de conceptos erróneos en cuento a la estructura, forma, tamaño y peso de los átomos, e incluso percepciones animistas de los átomos entre los estudiantes, curiosamente muy similares a las que se presentaron en el desarrollo histórico de los modelos, algo que también resalta D.M. Farías (2012) en su tesis doctoral. Jung (2009) identifica dificultades de aprendizaje en lo que se presenta en libros de texto, planes curriculares e indicaciones de los maestros. Como solución, propone la idea de ―progresiones de aprendizaje‖: ciclos jerárquicos de complejidad progresiva que se evalúan gradualmente, que sirven como una herramienta útil para el desarrollo de planes de estudio que permitan valorar la comprensión de los estudiantes. La idea es que, debido a sus ideas previas, los estudiantes suelen comprender unos conceptos más fácilmente que otros (algo que se puede determinar mediante trabajo de investigación en el aula), y que la secuencia de enseñanza debe iniciar con los conceptos de más fácil comprensión para terminar en los más difíciles – una secuencia que no necesariamente va a coincidir con la de los estándares curriculares –. Esta propuesta ha servido en Estados Unidos como guía para modificar el diseño y planeación curricular en varios estados. También en Israel Dangur, V., Avargil, S., Peskin, U. & Dori, Y. (2014), presentan una alternativa frente a la perspectiva de orientar matemáticamente la enseñanza de la química. El modulo se basa en un enfoque cualitativo a la enseñanza de la química cuántica, haciendo énfasis en las aplicaciones de la vida real y la integración de la visualización. Este estudio fue dirigido a estudiantes de química de grados superiores de secundaría aunque también vinculo a estudiantes de pregrado. El objetivo fue investigar el efecto del módulo en la comprensión visual y textual de los conceptos de la mecánica cuántica entre 122 estudiantes de secundaria y 65 estudiantes voluntarios de pregrado. Dentro de las herramientas se utilizaron pre y post cuestionarios. Los estudiantes mejoraron significativamente su comprensión visual y textual de los conceptos de la mecánica cuántica. El estudio contribuye a la enseñanza de la química, proporcionando una herramienta para el aprendizaje, la evaluación y la investigación de la química. Finalmente, los estándares del Ministerio de Educación Nacional (MEN), que indican las

metas de aprendizaje mínimas para la enseñanza básica y media, sí enfatizan la

comprensión conceptual de los modelos atómicos y su relación con fenómenos del

entorno.

16

En efecto, las acciones concretas para el tema de modelos atómicos en cuanto al manejo

de conocimientos propios de las ciencias en el entorno físico (procesos químicos y físicos)

incluyen:

Explicación de la estructura de los átomos a partir de diferentes teorías.

Explicación de la obtención de energía nuclear a partir de la alteración de la

estructura del átomo.

Explicación de la relación entre las estructuras de los átomos y los enlaces que

realiza.

Es decir, el Ministerio es consciente de la necesidad de presentar los modelos atómicos

en relación con sus consecuencias y aplicaciones, pero eso parece no haberse visto

reflejado ni en los textos ni en la práctica pedagógica en Colombia. Esta es una necesidad

que vale la pena intentar subsanar. Y es que varios docentes en muchos países estarían

en contra de profundizar demasiado en teorías de química cuántica, respecto a la

estructura atómica y molecular.

Esto se puede constatar con un estudio realizado por Tsaparlis, G. & Papaphotis G.

(2002) a estudiantes griegos del duodécimo grado, que realizaron una prueba objetiva

que requería de pensamiento crítico, para saber si los estudiantes habían adquirido un

profundo conocimiento de los conceptos relevantes, tales como comprensión de los

orbitales atómicos, orbitales moleculares y conceptos relacionados. El estudio dio como

resultado que los estudiantes no tienen una comprensión clara de los orbitales y

especialmente del concepto de probabilidad, para muchos, los orbitales representan un

espacio definido y no comprenden la naturaleza aproximada de los orbitales atómicos

con muchos electrones, por ejemplo para ellos no era evidente la configuración

electrónica del carbono y sus valencias. Lo que constata que no necesariamente se logra

el conocimiento a nivel práctico con un plan de estudios demasiado ambicioso.

2.3 ANTECEDENTES APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO

El proceso de enseñanza-aprendizaje es determinante en el desarrollo del ser humano,

motivo por el cual diferentes corrientes pedagógicas han tratado de proponer teorías de

enseñanza que potencialicen dicho proceso, para lo cual se han valido de la

epistemología de las diversas disciplinas, así como de la psicología cognitiva, las teorías

del aprendizaje y la psicología de la educación, entre otras. En los últimos años se ha

venido registrando una fuerte aceptación de la concepción constructivista, ―Las teorías

constructivistas del aprendizaje asumen que este consiste en una reestructuración de los

conocimientos anteriores, más que en la sustitución de unos conocimientos por otros‖ (J.L.

Pozo, 1989, p.139).

En sus orígenes, el constructivismo era una corriente epistemológica cuya preocupación

era discernir los problemas de la formación del conocimiento en el ser humano. Más

adelante surgen diferentes vertientes, dentro de las cuales podemos destacar la Teoría

17

evolutiva de Piaget, el enfoque socio-cultural de Vygotsky y el aprendizaje significativo de

Ausubel. Para Lev Vygotsky (1896-1934) el aprendizaje está condicionado por la sociedad

en la que nacemos y nos desarrollamos, mientras que Jean Piaget (1896-1980) plantea

que el aprendizaje es evolutivo, y finalmente David Paul Ausubel (1918-2008), en su

teoría del aprendizaje significativo, pone énfasis en que el termino significativo es

contrario a memorístico, y enfatiza su relación con el conocimiento previo.

Vigotsky, Piaget, y Ausubel pertenecen a la línea de las teorías de la reestructuración. Es

en estas teorías donde nace la teoría del aprendizaje significativo, que en sus inicios no

tuvo gran aceptación debido a la acogida que tenían las teorías conductistas. Gran parte

de las generaciones de principios del siglo XX fueron educadas de forma tradicional, bajo

la influencia teórica del conductismo: ―Las teorías psicológicas conductistas tienen sus

orígenes principalmente en la investigación sobre la conducta animal o de estudios

humanos en los que las tareas de aprendizaje, eran ante todo, de naturaleza mecánica‖

(D.H. Ausubel, H.; Novak,J.,1983). Así pues, esta psicología conductista se basaba en

procesos mecánicos de aprendizaje a partir de la asociación de estímulos-respuestas. Sin

embargo esta formación en torno a una estructura curricular rígida, de competencias,

basada en el contenido se fue quedando corta y no ofrecía una respuesta a los avances y

necesidades de una sociedad cada vez más global e innovadora. Contrario a este

postulado, el aprendizaje significativo buscaba que los estudiantes pudieran llegar a la

comprensión del conocimiento, teniendo gran relación con el funcionamiento de la

estructura cognitiva y aquellos procesos de adquisición y asimilación de significados, la

transferencia y la retención, y se enfoca más al logro de los objetivos meta cognitivos del

proceso de aprendizaje que en los contenidos específicos de las asignaturas.

El origen de la Teoría del aprendizaje significativo está en el interés reiterativo de Ausubel

por conocer y explicar las condiciones y propiedades del aprendizaje, que se pueden

relacionar con formas efectivas y eficaces de provocar de manera deliberada cambios

cognitivos estables, susceptibles de dotar de significado individual y social (Ausubel 1976).

En el año de 1963, Ausubel hizo su primer intento de explicar la teoría cognitiva del

aprendizaje verbal significativo. El aprendizaje significativo se presenta aquí como una

teoría psicológica del aprendizaje en aula, e incluye todos aquellos factores, condiciones y

elementos que garantizan la adquisición, la asimilación y la retención de los contenidos

para que tengan significado. En los años 70, Ausubel construyó un marco teórico más

amplio para explicar los mecanismos mediante los cuales se lleva a cabo la adquisición y

la retención de los grandes cuerpos de significados en el aula. Una de sus frases más

celebres fue: ―Si tuviese que reducir a un solo principio, enunciaría este: el factor más

importante que influye en el aprendizaje es lo que el alumno ya sabe. Averígüese esto y

enséñele consecuentemente‖.

A través de los años son muchos los investigadores que han aportado a la teoría del

aprendizaje significativo. Cabe destacar a Joseph Novak (1988,1998), con su Teoría de

Educación, quien le da un carácter humanista al término al considerar la experiencia

emocional en el proceso de aprendizaje. En su opinión, cualquier evento educativo es una

acción para intercambiar significados (pensar) y sentimientos entre el aprendiz y el

18

profesor (Moreira, 2000 a, pág. 39/40). Otro aporte importante es la Teoría de Educación

de Bob Gowin (1981), quien desarrolla la idea de aprendizaje significativo como proceso

en el que se comparten significados y se delimitan responsabilidades. En sus palabras:

―La enseñanza se consuma cuando el significado del material que el alumno capta es el

significado que el profesor pretende que ese material tenga para el alumno.‖ (Gowin, 1981,

pág.81).

Otros apoyos consistentes a la Teoría del Aprendizaje Significativo de Ausubel lo

constituyen la Teoría de los modelos Mentales de Johnson-Laird (1983,1996) y la Teoría

de Campos Conceptuales de Vergnaud (1990,1996). La primera atiende tanto a la forma

de la representación (proposiciones, modelos mentales e imágenes) como a los

procedimientos que permiten construirla y manipularla. mente computacional,

procedimientos efectivos, revisión recursiva y modelos mentales (Jonson-Laird,

1983,1996), y Vergnaud con su Teoría de Campo Conceptual, teoría psicológica cognitiva

que se ocupa del estudio del desarrollo y del aprendizaje de conceptos y competencias

complejas, lo que permite explicar el modo en el que se genera el conocimiento entendido

como tal tanto los saberes que se expresan como los procedimientos, o sea el saber decir

y el saber hacer (Vergnaud, 1990,1996).

Según María Consesa Caballero (2003), la Teoría de los Campos Conceptuales y la

Teoría del aprendizaje Significativos, son coincidentes al considerar que la significatividad

del aprendizaje es un proceso progresivo que requiere tiempo, y es necesario un análisis

conceptual del contenido objeto de estudio.

En este orden de ideas la Teoría del Aprendizaje Significativo, es un referente explicativo

del proceso de enseñanza-aprendizaje, sigue vigente, es considerado ampliamente no

solo en términos psicológicos sino también pedagógicos, y ha evolucionado a través de su

historia gracias al aporte de distintos investigadores, siendo un potencializador del

desarrollo cognitivo del sujeto en el aula.

19

3 METODOLOGIA DE LA PROPUESTA

La propuesta está orientada al diseño de una Unidad Didáctica para la enseñanza de los modelos atómicos. Esta incluye aspectos relevantes del aprendizaje significativo, mediante una secuencia didáctica de Ambientes de Aprendizaje, que incluye clases magistrales, actividades lúdicas, experimentos demostrativos, talleres y videos, entre otras. Para establecer la efectividad de la Unidad Didáctica se realiza una prueba diagnóstica antes y después (pre-post), de la aplicación. A continuación se presentan en detalle los aspectos mencionados:

3.1 ELEMENTOS DE LA PROPUESTA

3.1.1 Aprendizaje significativo

Como ya mencionamos, la estrategia escogida para la enseñanza de los modelos atómicos consiste en relacionar los aspectos más relevantes de cada uno de ellos con aspectos de la realidad que cambien su visión del mundo o que tengan aplicación práctica. En la Tabla 2. vemos los aspectos significativos que se enfatizaron en la discusión de cada uno de los modelos atómicos incluidos en la propuesta.

Concepto clave Aspectos significativos Qué es el átomo Estamos hechos de átomos, y sabiendo cómo es la estructura

podemos saber cosas de la sustancia

Modelo de Thompson Carga eléctrica. Atracción y repulsión.

Modelo de Rutherford Protones, neutrones y electrones. Reacciones nucleares. Estamos hechos de átomos formados en las estrellas

Modelo de Bohr Espectro. ¿De qué color son los átomos?

Mecánico ondulatorio y orbitales atómicos

¿Cómo se enlazan los átomos?¿Qué moléculas son posibles y cuáles no?

Tabla 2. Conceptos clave y aspectos en los que tiene significancia.

3.1.2 Ambientes de aprendizaje:

Se utilizaron ambientes de aprendizaje como la forma de implementar la secuencia didáctica. Estos ambientes incluyen los objetivos de cada tema, la secuencia en la

20

presentación de los mismos, y las actividades con las que se intenta apoyar la construcción de los conceptos. Estos ambientes cuentan con:

Juegos, como sopas de letras, juego de roles, diseños de arte, ya que estos son

el elemento principal del aprendizaje lúdico, recurso que enriquece el proceso, incrementa la motivación en el estudiante, proporciona alegría, gozo y satisfacción; emociones todas éstas que refuerzan el aprendizaje.

Videos, que ilustran el aspecto dinámico de los modelos atómicos y el proceso

histórico de su construcción, y que el docente complementa con discusiones que le permiten obtener realimentación de lo comprendido por los estudiantes, para luego afianzar o ampliar las explicaciones.

Experimentos demostrativos, necesarios en la medida que la química es una

ciencia esencialmente experimental. Este recurso didáctico permite reproducir fenómenos, construir conocimiento, e ir de la teoría a la práctica, llevando al estudiante de la observación a la acción, sin tener que sacrificar tiempo considerable, aunque no son útiles si lo que se desea es desarrollar una habilidad experimental en el estudiante (que no es el objetivo de la secuencia propuesta).

Talleres en los que se construyen aparatos caseros para, por ejemplo, evidenciar el espectro visible, que sirven para que los estudiantes comprendan la realidad de lo expuesto en clase.

Lecturas sobre temas que se quieren ampliar o reforzar. Su importancia radica en

el hecho que ayudan a desarrollar hábitos de autoaprendizaje. Sin embargo, se utilizaron de forma moderada, pues – como ya se describió – las características de la población atendida en el colegio no son las ideales para que este recurso didáctico se realice de manera efectiva.

Clases Magistrales, que no por ser las más tradicionales dejan de tener un valor

didáctico, pues se aprovechan para exponer de la manera más sencilla y cualitativa posible los conceptos que se quieren enseñar. En este método, el docente es eminentemente activo, sin que el estudiante sea del todo pasivo, pues se pueden colocar pequeños ejercicios de discusión (en parejas o en grupo) que sirvan de realimentación para evidenciar problemas de comprensión e ir puliendo los conceptos.

3.1.3 Instrumento de medición (prueba diagnóstica)

Para medir la efectividad de la Unidad Didáctica, se realiza una prueba diagnóstica. El propósito de la misma es medir el nivel de apropiación y comprensión de los conceptos adquiridos por parte de los estudiantes como resultado de la unidad didáctica. Los momentos previo y posterior al desarrollo de la propuesta. Para el diseño de las preguntas se enfatizó en la parte conceptual del átomo, formulando preguntas en su forma más universal y cubriendo tanto los temas abordados tanto en las clases magistrales como en los ambientes de aprendizaje. De acuerdo con Siegel, S., Castellan J. (1995), el diseño experimental a utilizar es pre-experimental de un solo grupo con pretest y postest. Los resultados de la aplicación del instrumento se tabularon y analizaron con procedimientos estadísticos, como pueden ser la prueba de t-de Student o la prueba de Wilcoxon, por ejemplo, para determinar si hubo una mejora significativa en el desempeño de los estudiantes. Este diseño se construyó con base en la matriz adaptada de Field, A., Miles, J., & Field, Z. (2012) que se muestra

21

en la tabla 3. En la misma se relacionan los conceptos a evaluar en cada pregunta. La prueba como tal se encuentra en el Anexo A.

Tabla 3. Matriz

diagnostica

3.2 SECUENCIA DIDÁCTICA

La secuencia didáctica fue diseñada para desarrollar cuatro temas, cada uno de los

cuales se implementa en un ambiente de aprendizaje diferente.

Un día antes del desarrollo de cada ambiente, el docente destina una hora de clase con

tres momentos:

1. Análisis de trabajo anterior, resultados y retroalimentación.

2. Introducción y contextualización del tema a tratar en el ambiente de aprendizaje.

3. Desarrollo magistral e interactivo del tema, en donde se dará a conocer a los

estudiantes el contenido del ambiente y los elementos o recursos que deben traer

para el desarrollo del mismo.

En cada uno de los ambientes de aprendizaje se da inicio con una contextualización del

aprendizaje y una motivación, utilizando como herramienta un video o una dinámica.

Luego se prosigue con el desarrollo del tema en cuestión, realizando actividades que

permitan que el estudiante se apropie de los conceptos vistos. Cada actividad se realiza

Número de pregunta

Concepto a evaluar

Tipo de pregunta

1 Definición átomo Selección múltiple

2 Naturaleza eléctrica del átomo Selección múltiple

3 Estructura de la materia Selección múltiple

4 Historia del átomo Emparejamiento



7 Historia teoría atómica Emparejamiento

8 Origen del átomo Selección múltiple

9 Cargas eléctricas- corriente eléctrica Selección múltiple

10 Modelo atómico de Thomson Selección múltiple

11 Modelo atómico de Rutherford Selección múltiple

12 Espectro de luz Selección múltiple

13 Espectro atómico Selección múltiple

14 Niveles de energía- modelo de Bohr Selección múltiple

15 Espectroscopia Selección múltiple

16 Orbital atómico Selección múltiple

17 Tipos de orbitales Selección múltiple

18 Enlace químico Selección múltiple

19 Regla del octeto Selección múltiple

20 Enlace químico Selección múltiple

22

bajo el seguimiento del docente, quien irá apoyando, retroalimentando o aclarando dudas

durante el desarrollo de la guía. Finalmente, y sólo si se considera pertinente, se dejará

trabajo para la casa, preferiblemente con el material desarrollado en clase.

A continuación se muestra la metodología específica a desarrollar en cada uno de los

ambientes de aprendizaje.

3.2.1 Todo está hecho de átomos

Tiempo estimado: 3 Horas

El primer ambiente de aprendizaje inicia con la presentación a los estudiantes del video

De que está hecha la materia?, Somos átomos

( https://www.youtube.com/watch?v=KqAafT2Vl9w), y una vez finalizado este, se presenta

el video de Carl Sagan COSMOS VII, El espinazo de la Noche-Demócrito atomismo:

http://www.youtube.com/watch?v=1WCThnl2iQ8. A continuación, el docente hace una

exposición de la Historia del átomo, cuyo objetivo principal es que los estudiantes

comprendan la importancia del átomo dentro de la composición de la materia, cómo

surgió la idea del átomo, y la evolución del concepto a través de la historia, incluyendo los

las propuestas principales, sus autores, y por supuesto la manera en que el concepto

pasó de ser una especulación a tener una comparación experimental.

Se comienza con una introducción, en la que se menciona que el hombre desde el inicio

de los tiempos ha buscado responder a grandes interrogantes. En este punto el docente

preguntara a los estudiantes cuáles consideran ellos que podrían ser dichos interrogantes.

Se espera que los estudiantes mencionen, entre otros, el origen del universo, el origen de

las cosas, de qué están hechas, por qué algunas cambian y otras no. De no ser así, el

docente deberá incluir dichos interrogantes para la reflexión de los estudiantes.

Una vez realizado este ejercicio, se continúa con la exposición, indicando que en tiempos

antiguos no existía la forma de verificar tales cuestionamientos, y que este era uno de los

motivos por los cuales la química formaba parte de la filosofía y, por consiguiente, la idea

del átomo tuvo primero un enfoque filosófico antes que científico. Se hablará sobre la

civilización griega, que fue una de las primeras en plantear aspectos filosóficos, y en

particular se reflexionará sobre su interés por explicar la naturaleza de las cosas utilizando

la razón. Así mismo, se mencionarán los planteamientos de Empédocles (4 elementos),

Aristóteles, Demócrito y Leucipo, haciéndose especial énfasis en las diferencias de los

planteamientos de Aristóteles frente al atomismo, y de la afinidad de Aristóteles con la

religión imperante, y que el atomismo no fue vuelto a ser tenido en cuenta sino hasta el

siglo XVIII, con John Dalton. Posteriormente se describirá que la química no era

considerada seriamente como una ciencia, haciendo una breve referencia a la Alquimia.

Se detallará la importancia de Dalton, sus postulados de la teoría atómica, y de como él

representa un punto de quiebre para darle a la química su carácter de ciencia. El

desarrollo histórico le ayuda al estudiante a introducirse en la química y entender cómo

llegar al concepto de átomo fue un proceso de construcción colectivo que aún no termina.

Así mismo, se espera que le facilite identificar los problemas históricos ocurridos en este

proceso, y que le ayude a enfrentar y asimilar las dificultades que pueda tener al respecto.

https://www.youtube.com/watch?v=KqAafT2Vl9w

http://www.youtube.com/watch?v=1WCThnl2iQ8

23

Luego, como afianzamiento y evaluación de la comprensión del video y la exposición del

docente, se desarrolla la Actividad No. 1: Jipi Japa…construyendo mapa, para

evidenciar el grado de asimilación, por parte de los estudiantes, de los conceptos

presentados.

Ya familiarizados los estudiantes con el concepto de átomo y su evolución, se presenta el

video “De que está hecha la materia”, que se espera ayude a que los estudiantes

comprendan en dónde están presentes estos átomos, que los reconozcan de manera real

y no abstracta, y que entiendan que todo está hecho de átomos y que estos se unen para

formarlo todo. Dependiendo del grado de comprensión que observe en los estudiante al

momento de ver el video, el docente deberá realizar en esta actividad todas la pausas

pertinentes con el propósito de ir resolviendo las dudas que puedan surgir en los

estudiantes a medida que observan el video. En otras palabras, el video no se debe dejar

avanzar hasta tanto todos los estudiantes comprendan su contenido. Se debe enfatizar en

los bioelementos, en cómo la célula, sus orgánulos, el ADN, los nucleótidos, las bases

nitrogenadas y las proteínas, entre otras, también están compuestas de átomos. La

conclusión debe ser clara, y es lo que se pretende con esta actividad: ―Todo está hecho

de Átomos‖.

Como refuerzo al video, el docente acudirá a la Actividad No.2: Juego: Explora tu morral,

que demostrará si el video cumplió con su objetivo. Esto será posible con el análisis

reflexivo por parte de los estudiantes de las cosas presentes en su morral y de los átomos

que las componen. Para reforzar la actividad, el docente traerá su propio ―morral‖, con

materiales que formen parte de su cotidianidad y que se encuentran en el laboratorio,

incluyendo diversos metales (el níquel utilizado en la aleación de monedas, el aluminio

utilizado en los utensilios de cocina, el mercurio en los termómetros), y sustancias como la

sal de cocina (NaCl), la glucosa, el agua, entre otros.

Finalmente, se presentara un nuevo v Las estrellas: Fábrica de los elementos ideo:

químicos, que les permitirá entender cómo se forman los átomos. Nuevamente el docente

deberá identificar los momentos que considere requieran de una pausa para

complementar los temas tratados, resaltando el tipo de elementos que fueron formados en

cada momento desde el Big Bang hasta los últimos elementos químicos como

consecuencia de explosiones de supernova, e incluyendo algunas reacciones nucleares

como ejemplo.

Las actividades 3 y 4 se constituyen en herramientas para detectar si la información

presentada sobre el origen de los elementos fue claro para los estudiantes. En el juego de

la Actividad No. 3: Juego: Sopa de letras de la fábrica de los elementos, se manejan

términos como BIGBANG, FISION, FUSION, POLVO DE ESTRELLAS,

RADIOACTIVIDAD y SUPERNOVAS, que permiten evaluar el grado de familiarización de

los estudiantes con dichos términos. Por su parte, la actividad No. 4: El Lenguaje Del

Graffiti permitirá conocer la percepción de los estudiantes con relación al tema en

discusión. Se recomienda que el docente realice rondas de seguimiento continuas

mientras se realiza la actividad, pues si se presenta confusión o no se está alcanzando un

24

resultado positivo deberá retroalimentar y ampliar los conceptos presentados hasta lograr

su aprendizaje significativo.

Al final de este ambiente de aprendizaje, que da inicio a nuestra secuencia didáctica, se

espera que el estudiante ya comprenda cómo surgió la idea del átomo, que todo está

hecho de estos átomos y cómo se originaron los mismos. Si esto es así, ya se puede

pasar a la siguiente etapa, con el desarrollo de la guía No.2.

3.2.2 Electrones, protones y neutrones (Thompson y Rutherford)


Como se describió en las generalidades de la metodología de la propuesta, el docente inicia con una clase magistral en la que incluye un análisis de resultados del primer ambiente y da su retroalimentación, para luego realizar una introducción y un repaso de los conceptos previos relacionados con Electrones, Protones, y Neutrones, (Thompson-Rutherford), necesarios para el desarrollo del segundo ambiente. Así mismo, da indicaciones para que cada grupo de estudiantes consulte la información correspondiente a un átomo de su elección y consiga material de reciclaje para la elaboración de un modelo del átomo elegido. Sera necesario que el docente motive a los estudiantes para el desarrollo del ambiente de aprendizaje, los sensibilice sobre el cuidado del medio ambiente y estimule la creatividad como herramienta y estrategia del proceso de enseñanza- aprendizaje. Al inicio de la sesión se les proyecta el video “Estructura de la materia”:

https://www.youtube.com/watch?v=CTPuBqt90R4. A partir del video y de la información consultada en grupo, se discuten con los estudiantes los conocimientos previos que tienen sobre la estructura atómica y se dará paso a la realización de la Actividad No.1, Micro-proyecto: Construyamos átomos, en la cual el estudiante construye un modelo

del átomo con elementos reciclables. Se pretende con esta actividad que el estudiante identifique la estructura del átomo como un núcleo compuesto de protones y neutrones alrededor del cual giran los electrones. Durante el desarrollo de la actividad el docente asesorará y enfatizará sobre conceptos básicos como: las proporciones de la estructura del átomo, el tamaño del núcleo versus el tamaño del átomo, la función de los neutrones, cómo los protones le dan la identidad a un elemento, el equilibrio de cargas eléctricas, la atracción eléctrica (que el núcleo atrae a los electrones y los fija como una cadena) que entre mayor distancia del núcleo un electrón tiene más energía.

Finalizada esta actividad, se procede a presentar el Modelos atómicos y El átomo - video:

John Dalton y Niels Bohr - https://www.youtube.com/watch?v=0UPRyzlWC6k,,en donde podrán ver el desarrollo histórico de los modelos atómicos. El docente deberá presentar exclusivamente la primera parte del video, ya que la segunda parte corresponde al tema que se abordará en un ambiente de aprendizaje posterior. Durante la presentación del video, el docente hará pausas para explicar cómo Thompson desarrolla su modelo (pudin de pasas) a partir de sus investigaciones, enfatizando que el modelo nace a partir de los conceptos de que existen los electrones de carga negativa y de que los átomos son eléctricamente neutros. Antes de retomar el video se hace una nueva pausa con el experimento de Rutherford, exhortando a los estudiantes a que deduzcan las conclusiones que conlleva este

https://www.youtube.com/watch?v=CTPuBqt90R4

https://www.youtube.com/watch?v=0UPRyzlWC6k

25

experimento, del por qué el modelo de Thompson no funcionaba y las razones que llevaron a proponer otro modelo. Al continuar con el video, finalmente se resaltan los aspectos más importantes del modelo de Rutherford, como que la mayor parte de los átomos es espacio vacío, que la mayor parte de la masa se concentra en un núcleo y que los electrones giran alrededor del núcleo a grandes velocidades en orbitas circulares en proporción igual a la carga del núcleo. Una vez finalizado el video y las intervenciones del docente, se aborda la Actividad No.2 Juego: Sé un gran diseñador, en la que los estudiantes deben seleccionar una Empresa, sector, y el tipo de producto al que le harán publicidad, utilizando en dicha publicidad los modelos atómicos estudiados. El docente debe pasar permanentemente por los grupos, aclarando y recordando conceptos clave y las características de cada modelo, motivando la creatividad de los estudiantes. Cada grupo debe presentar a sus compañeros su diseño. Con esta actividad se pretende que el estudiante conozca e identifique la parte histórica en el desarrollo de estos dos modelos atómicos (Thompson, Rutherford). En este momento del ambiente es fundamental que el estudiante comprenda las funciones de los electrones, su fuerza y cómo el átomo es de carácter eléctrico, que cargas iguales se repelen y diferentes se atraen, motivo por el cual se continúa con la Actividad No.3 Laboratorio: Atrayentes y repelentes globos, actividad que incluye una serie de procedimientos con globos que al frotarlos con diferentes materiales muestran determinados comportamientos que ilustrar de una manera más visible dichos conceptos. El estudiante, luego de tomar nota de sus observaciones, deberá compartirlas y socializarlas, y llegar a tomar sus propias conclusiones por medio de la discusión y con ayuda del docente. Para finalizar, el Docente dirige la actividad de cierre del ambiente, con la Actividad No.4 Juego: Núcleo atractivo, en la cual se realizan una serie de ejercicios, tanto por parte del docente como de los estudiantes, y una análisis de preguntas que les permitirán construir conceptos y afianzar conocimientos, que deberán socializar con todo el grupo. Con esta actividad se persigue que el estudiante comprenda cómo es la fuerza de atracción que ejerce el núcleo hacia el electrón, cómo lo va desviando y cómo esta fuerza disminuye con la distancia.

3.2.3 De qué color son los átomos


Para el tercer ambiente de aprendizaje, el docente deberá realizar una clase magistral de una hora el día anterior a la realización del ambiente, en la que no debe olvidar la ambientación de los temas, dar instrucciones generales, y por supuesto listar los materiales y recursos que se requieren. Además, es relevante que realice el análisis de los resultados del ambiente No.2, y de la retroalimentación del mismo. El primer momento de este ambiente es la Actividad Introductoria, Presentación de

imágenes, “El espectro Electromagnético”. En ella los estudiantes tendrán oportunidad

de ver no solo imágenes de espectros sino también unas cortas definiciones de: espectro

electromagnético, espectros de emisión atómica de un elemento y espectros de

absorción. También podrán conocer cómo se ven los espectros de emisión de elementos

26

químicos, cómo un electrón absorbe energía cuando pasa de un nivel energético superior

y cómo la emite cuando pasa a un nivel energético inferior.

Una vez realizada y socializada esta actividad, el docente procede a presentar el video correspondiente a los Espectros atómicos-Espectro de emisión de los elementos: (https://www.youtube.com/watch?v=_G7kouAGLg4). Con estas dos actividades ejecutadas, se procederá a realizar un conversatorio que reúna las ideas principales y lleve a los estudiantes a construir conocimiento referente al color de los átomos y a sus espectros. Se trata de que el estudiante comprenda que la luz blanca está hecha de colores, que cuando son separados se ve el arco iris, que la luz es una onda, y que entre más azul más rápido vibra, que existen colores que no vemos y que puedan diferencias imágenes de Rx, Gamma, IR, microondas, radio. Así mismo, que sepan que hay animales que ven IR, y otros que ven UV. Estos y otros conceptos deberán ser aclarados por el docente en el conversatorio. Una vez finalizado el conversatorio, el docente realiza la Actividad No.1, Laboratorio: Nuestra fiesta de LUCES, que sirve no sólo como afianzamiento de los conceptos presentados, sino también como una excelente manera de evaluar el proceso de enseñanza-aprendizaje hasta ese momento en lo que hace referencia a los espectros. Con esta actividad, los estudiantes tendrán la oportunidad de ver colores brillantes característicos de cada metal que permiten la identificación de los mismos. Para ello deberán calentar a temperaturas elevadas los metales o compuestos para poder ver el color de la llama, color que permite la identificación de los elementos. Se espera que esta actividad ayude a que los estudiantes comprendan que los colores que se presentan son producidos por el decaimiento de átomos del metal, que previamente han pasado a estados energéticos excitados porque absorbieron energía de la llama.

Finalizada esta actividad, el docente presenta la segunda parte del video mostrado en el

ambiente No. 2, Modelos atómicos y El átomo - John Dalton y Niels Bohr - :

https://www.youtube.com/watch?v=0UPRyzlWC6k, ya que en ese momento sólo se enseñó una parte pertinente al tema abordado, y ahora es cuando la segunda parte es pertinente al tema de emisiones atómicas. Con ello, se espera facilitar que el estudiante conozca cuál fue el aporte del modelo de Bohr en cuanto a explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción. Con las demás actividades y el conversatorio correspondiente se espera que el estudiante identifique los aportes de Newton, comprenda qué son las líneas espectrales de Franhoufer y comprenda cómo se aplican estos conceptos en métodos de análisis como la espectroscopia. Para ello es relevante que dichos conceptos no se presenten de manera abstracta y que las imágenes de los diferentes espectros puedan ser vistas por ellos de manera real. De aquí la importancia de la realización de la última actividad del ambiente, Actividad No.2,

Laboratorio: Construye tu Espectroscopio casero con un CD. En ella, el estudiante podrá ―jugar‖ con el espectroscopio construido en clase de diferentes maneras, tanto en el salón de clases como después en su casa. Por ejemplo, podrá mirar luces de diferentes tipos de lámpara, de la llama de un mechero o de la estufa de la casa, y quemar un determinado material y mirar que colores desprende. Este aspecto lúdico y experimental acercara más los conceptos al estudiante de forma significativa.

3.2.4 Cómo se enlazan los átomos


https://www.youtube.com/watch?v=_G7kouAGLg4


27

El cuarto ambiente de aprendizaje empieza con la dinámica “Ubicación probable”, que pretende introducir al estudiante hacia la cuántica, en donde se habla en términos de probabilidad. El docente empieza explicando la dinámica, sin entregarles material. Como en anteriores actividades, debe hacerse un seguimiento cuidadoso e ir guiando el proceso de tal manera que los estudiantes no se dispersen y vayan cumpliendo con el objetivo. Un estudiante voluntario será vendado para que busque un balón en el salón. Previamente, y sin conocimiento por parte del voluntario, se dialoga con el grupo sobre los probables movimientos o probables sitios donde el estudiante buscará primero, y se irán tomando conclusiones. Posteriormente se pide a otro voluntario que repita la actividad. Finalmente se entrega el taller para continuar con la reflexión. La parte más importante de la dinámica es la coordinación y retroalimentación por parte del docente, para que se logre una buena analogía con los conceptos de probabilidad y orbital atómico. También se puede pensar con el grupo en otros ejemplos. Cuando el docente crea que se ha cumplido con el objetivo, les pone dos videos: S and P orbitals (https://www.youtube.com/watch?v=VfBcfYR1VQo) y Electrón orbitals- s, p and d (https://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEY). En estos videos solo se

muestran las imágenes de los orbitales s, p y d, que se espera permitan ampliar la visión del estudiante sobre la disposición de los electrones en el átomo. El docente seguirá con una exposición sobre orbitales y tipos de orbitales, relacionándolos con los niveles de energía y los electrones de valencia. Una vez discutido los orbitales, se continúa con la proyección del video Enlaces Químicos (https://www.youtube.com/watch?v=03IFKJ0r4SQ). Este video se detendrá varias veces para mostrar por ejemplo cómo los orbitales van cambiando a medida que se acercan dos átomos y disminuye la distancia de enlace. Se muestra la molécula H2 como ejemplo para ilustrar la ley del dueto. También se habla de diferentes tipos de enlace covalente, iónico y polar que permiten mostrar la interacción de los orbitales y la regla del octeto. Luego el video menciona la electronegatividad, ocasión que sirve de base para comentar sobre la reactividad de los grupos I y II con los últimos grupos de la tabla periódica. Una forma divertida de volver significativos los conceptos de enlace y de reactividad es la actividad No.2 “Juego: Parranda química”, que inicia con el video Fiesta de Elementos

(https://www.youtube.com/watch?v=vrg_wYzgGss). El video sirve de ejemplo para exponer tipos de reacciones que se pueden dar cuando se enlazan dos o más elementos. El juego es similar, modificando las reglas de tal manera que a medida que se pone la música los estudiantes pueden ir observando los letreros de los elementos de los compañeros y analizando los tipos de enlace que se pueden formar. Cuando se para la música, los estudiantes rápidamente se reúnen en grupos para formar dichos enlaces. Es importante resaltar que al tener una puesta en común y discutir los puntajes logrados en el juego, el docente debe guiar o corregir los posibles errores que puedan ir saliendo. Se espera que los estudiantes, al ir aprendiendo de sus errores, logren un mejor dominio del tema en cuestión. Finalmente se continuará de forma experimental con la realización de la Actividad No.3 “Laboratorio: A inflar y moldear las moléculas”. En este laboratorio se trabaja con conceptos de la geometría molecular y con el modelo de repulsión del par electrónico de la capa de valencia (RPECV). Inicialmente, el estudiante se familiarizara con las cinco formas moleculares básicas utilizando globos y un transportador para medir los ángulos que se van obteniendo a medida que se agregan globos. El docente los estimula a

https://www.youtube.com/watch?v=VfBcfYR1VQo

https://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEY

https://www.youtube.com/watch?v=03IFKJ0r4SQ

https://www.youtube.com/watch?v=vrg_wYzgGss

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comparar sus conjuntos de globos con la figura que se muestra en la guía y les comenta cómo la geometría de la molécula influye sobre las propiedades físicas y químicas de una sustancia, dándoles ejemplos. El realizar posteriormente unas maquetas a base de plastilina de diferentes colores de diversos compuestos les permite visualizar más este tipo de estructuras químicas. Se les menciona que este modelo (RPECV) se aproxima correctamente a las mediciones experimentales de longitud y ángulo de enlace. Como parte final, después de realizados los cuatro Ambientes de Aprendizaje, se resaltaran a modo de resumen los aspectos más significativos de cada uno y se les anima a discutir sobre la importancia de los conceptos vistos y sobre las aplicaciones que tienen, incluso en su cotidianidad.

29

4 APLICACIÓN DE LA PROPUESTA Y ANALISIS DE RESULTADOS

4.1 DIAGNOSTICO INSTITUCIONAL

El colegio José María Vargas Vila (IED) es una institución relativamente nueva, con cinco

años en funcionamiento. Esta institución educativa es un mega-colegio, que puede

atender 3620 estudiantes en un área construida de 9767 m2. Comprende 36 aulas de

clase, 4 laboratorios, 2 aulas de tecnología, 2 talleres de arte, 3 aulas de informática,

ludoteca, aula polivalente, sala de medios audiovisuales, biblioteca, emisora, aula múltiple,

áreas de administración y bienestar, servicios generales, así como zonas exteriores y

deportivas. El colegio se localiza en la localidad 19, Ciudad Bolívar, en el barrio Bella Flor,

ubicado en las partes más altas de la localidad y que surgió como consecuencia de una

invasión. Es una zona de extremas contradicciones sociales y culturales, con algunos

recursos para el desarrollo, (mega-colegio, fundaciones, subsidios), que contrastan con

graves deficiencias (carencia de servicios de internet en las casas, niños sin matricular,

falta de infraestructura, pobreza y violencia).

El Colegio José María Vargas Vila (IED) cuenta con cuatro cursos de grado décimo, con

un promedio de 25 estudiantes por curso. Las edades de los estudiantes están en un

rango de 15 a 19 años. Las familias están formadas en su mayoría por madres cabeza de

familia, con un número mayor o igual a cuatro hijos. El 90 % de los padres no posee

estudios universitarios, el 79% no termino el bachillerato, y un porcentaje reducido cuenta

con cursos o carreras técnicas. Diagnósticos realizados en el colegio han evidenciado

altos niveles de intolerancia y agresividad en las familias y en el barrio, y jornadas de

trabajo de los padres de más de doce horas que hacen imposible un acompañamiento

permanente del proceso de enseñanza-aprendizaje de sus hijos. Existe ausencia de

dialogo, no es visible el proceso de desarrollo cultural, baja autoestima, y prevalece la

idea de conseguir dinero por otros medios, sin considerar la educación como la forma

para alcanzar dicha meta. Algunos estudiantes incluso ya viven con una pareja estable y

tienen hijos y compromisos (Colegio JMVV, 2011).

A pesar de contar con una buena infraestructura, la institución tiene un alto índice de

deserción escolar. Las condiciones socio-económicas de los estudiantes afectan su

desempeño académico. Las actividades lúdicas, y los deportes son de mayor interés para

ellos que las actividades académicas. Se presenta un bajo desempeño en los exámenes

de estado en áreas de ciencias y matemáticas. Adicionalmente, la gran cantidad de

asignaturas reduce la intensidad horaria de la química a tres horas semanales, que para

la materia es insuficiente y limita la profundización en los contenidos. En consecuencia,

los estudiantes presentan poca apropiación de los conceptos, poco análisis y reflexión, y

son mínimas las propuestas que presentan para la solución de problemas reales. Además,

no desarrollan trabajos extra clase y no terminan los que inician en el aula, la mayoría de

ellos porque trabajan en la jornada contraria a la que estudian o porque deben realizar

labores para colaborar con los gastos familiares.

30

4.2 ELECCIÓN DEL GRUPO DE TRABAJO

El Colegio José María Vargas Vila cuenta con cuatro cursos de grado décimo en la jornada de la mañana. Para la implementación se seleccionaron dos cursos: 1003 y 1004, cuyos horarios de clase permitían un mejor desarrollo y seguimiento del trabajo. Cada curso cuenta con un promedio de 25 estudiantes, de edades entre los 15 a 18 años, residentes del barrio Bella Flor o de barrios aledaños (estrato uno).

4.3 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MEDICIÓN-INICIAL

A los grupos, se les aplico la prueba diagnóstica, sin un trabajo previo de los conceptos a evaluar. Los resultados de la prueba se muestran en la sección 4.7

4.4 CONDICIONES DEL TRABAJO EN AULA

4.4.1 Tiempo de Desarrollo de la propuesta

El tiempo estimado para la implementación de la propuesta era de un ambiente de

aprendizaje por semana, para un total de cuatro semanas, con una intensidad horaria

dada por el colegio de tres horas por semana (de por sí bastante cortas), separadas en un

día de una hora y otro día de dos horas.

Desafortunadamente, por razones extracurriculares y de la dinámica propia del colegio, se

perturbó la normalidad académica. Así mismo, el tiempo destinado para las actividades

didácticas se vio afectado por la necesidad de aumentar el tiempo previsto para impartir

las clases magistrales, pues al discutir sus conceptos previos se notaron algunos vacíos.

En los talleres los estudiantes utilizaban más del tiempo previsto, pues las actividades les

agradaban y querían perfeccionar el trabajo realizado. Por lo mencionado anteriormente,

hubo la necesidad de modificar los horarios y el plan de trabajo, y se trató de ajustar los

tiempos iniciales con la colaboración de otros docentes.

4.4.2 Secuencia de las actividades

Se siguió la secuencia de la metodología propuesta para el trabajo en aula, y desarrollo

de los ambientes de aprendizaje, de la siguiente manera:

Un día antes del desarrollo de cada ambiente de aprendizaje se dictó una hora de

clase magistral, que incluía una ambientación del tema a tratar, el desarrollo

magistral e interactivo del tema, el contenido, y los elementos o recursos

necesarios que los estudiantes deberían traer para su desarrollo.

Se realizó un seguimiento y control permanente del desarrollo de las actividades y

del trabajo en general, lo que permitió identificar las principales dudas durante el

desarrollo de los ejercicios, haciendo retroalimentación y orientando la clase hacia

el desarrollo de los objetivos. Finalizando cada ambiente, se socializaron los

resultados de las actividades, se hicieron aclaraciones y se sacaron conclusiones.

31

Se conformaron grupos de trabajo de entre cuatro y cinco personas, que

continuaron durante el desarrollo de todos los ambientes.

El salón de clase fue el espacio utilizado para la implementación de la propuesta, salvo

aquellas actividades dejadas para realizar en casa.

4.4.3 Motivación durante las clases

Además de cambiar la dinámica normal de las clases, combinando videos y talleres

lúdicos, se les alentó comentándoles que la motivación, creatividad e iniciativa eran parte

fundamental para obtener una mejor nota por su trabajo. La retroalimentación y la

discusión grupal les permitieron desarrollar y afianzar conceptos. Es de resaltar cómo la

práctica de actividades manuales y artísticas les consumía bastante tiempo y les atraía

más durante las clases, al punto de que algunos llegaron a pedir poder llevárselas a la

casa para perfeccionarlas. Presentar las actividades de manera didáctica y lúdica generó

en los estudiantes una sensación de tranquilidad, de construir de manera libre el

conocimiento, y sobre todo de separar el proceso de enseñanza aprendizaje de la manera

tradicional en que se imparte la asignatura, y que por lo general se convierte en monótona,

rígida y tediosa desde todo punto de vista.

Es de notar que se afectó la normalidad académica del colegio por circunstancias que

más adelante serán expuestas, por lo que hubo necesidad de modificar los horarios

previstos, lo cual afecto también a otras materias. Esto provocó una acumulación de

trabajos y evaluaciones. Los estudiantes, al no estar acostumbrados a este ritmo de

trabajo, presentaban en algunos momentos cierto agotamiento durante el desarrollo de las

actividades. Esto también incidió en que pocos trajeran lo pedido para realizar en la casa,

tanto a nivel de actividades como del material solicitado.

4.5 IMPLEMENTACIÓN

A continuación se muestran aspectos de la implementación de cada una de los

ambientes de aprendizaje. Se considera necesario destacar que el colegio se vio afectado

en su normalidad académica por una serie de eventos extracurriculares propios de la

localidad, como por ejemplo bloqueos de las vías de acceso por problemas de movilidad,

cierres continuos del colegio por cortes del servicio del agua y, también, por actividades

programadas por la Secretaría de Educación de Bogotá, como simulacros y jornadas

culturales. Incluso en una semana, por determinaciones de una asamblea realizada al

interior de la institución, se decidió que no podía haber clase normal, sino trabajo

pedagógico, desarrollo de talleres y direcciones de curso orientadas hacia la reflexión

sobre la violencia, pues algunos docentes fueron amenazados por estudiantes de los

grados décimo y once. Además, como se mencionó anteriormente, los estudiantes

ocuparon más del tiempo previsto para realizar las actividades, pues se entusiasmaron

mucho con ellas. Debido a lo anterior, solo fue posible implementar los primeros tres

ambientes de aprendizaje, quedando pendiente el cuarto ambiente: Como se enlazan los

átomos.

32

4.5.1 Primer ambiente de aprendizaje: Todo está hecho de átomos

Como se mencionó en la metodología de la propuesta, después de un trabajo previo se

proyectaron los videos De que está hecha la materia y el Espinazo de la noche

Demócrito- atomismo. Los estudiantes recibieron con agrado la nueva metodología, y fue

más fácil llamar su atención para desarrollar la exposición sobre la historia del átomo.

Aunque se pensaba que esta actividad era de refuerzo (pues ellos deberían manejar

algunos conceptos), se encontró que existían vacíos y conceptos previos erróneos.

Se continuó con la actividad No. 1: Jipi Japa…construyendo mapa. Los estudiantes no

habían consultado la información pedida y fue necesario dejarles a su disposición la

presentación en el computador e irles aclarando conceptos para la elaboración de los

mapas conceptuales. Se notó la preocupación de cada estudiante por cumplir la parte que

le correspondía en el grupo, lo que ayudó al aprendizaje. Esta actividad, que estaba

diseñada para unos pocos minutos, se prolongó, pues los estudiantes deseaban presentar

un buen trabajo.

Luego se les presentó el video “De que está hecha la materia”, y se hicieron pausas para

reforzar o aclarar conceptos. Se pudo evidenciar que los estudiantes no tenían conceptos

claros, como por ejemplo algunos todavía pensaban que los seres inertes están hechos

de átomos y los seres vivos, de células. A los estudiantes les llamaba la atención los

videos, pues ellos son muy visuales.

En seguida se inició la Actividad No.2: Juego: Explora tu morral. Los estudiantes

analizaron los elementos que contenían los morrales que traía el grupo y, al momento de

hacer la tabla, se apoyaron bastante en la información que traía el docente sobre

diferentes tipos de polímeros, celulosa, tinta, grafito, etc.. Cuando se expuso el morral con

material del laboratorio, mostraron bastante interés e hicieron varias preguntas.

33

Se continuó con el video las estrellas: fabrica de los elementos químicos. Los estudiantes

se mostraron muy interesados, pues a ellos les llama la atención la astronomía y no

conocían varios de los conceptos sobre el origen de los elementos. Como anécdota, al

principio hubo estudiantes que dudaron sobre la teoría del Big Bang, pues no era acorde

con sus creencias religiosas. Se les aclaró cómo no había contradicción.

La actividad No 4, el lenguaje del grafiti les gustó bastante, pues los estudiantes tienen

pocas oportunidades de expresarse a nivel gráfico. Hubo que direccionarlos

continuamente, para que no se dispersaran y cumplieran con el objetivo. Más que los

dibujos, lo importante era que manejaran los conceptos de formación de los átomos. De

nuevo, una actividad que estaba programada para menos tiempo – por la pasión que le

imprimían – se demoró mucho más, e incluso ellos mismos pidieron llevar el trabajo para

terminarlo en la casa.

Finalizadas las actividades del ambiente, se hizo un resumen de las ideas principales en

34

conjunto con los estudiantes, que empezaron a apropiarse de conceptos del átomo, de

cómo se formaron y de que todo está hecho de átomos.

4.5.2 Segundo ambiente de aprendizaje: Electrones, protones y neutrones

(Thompson y Rutherford)

Previamente se les hizo una introducción, se repasaron algunos conceptos y se les dieron

indicaciones para el segundo ambiente de aprendizaje, pero la mayoría no trajo el trabajo

de consulta y a algunos se les olvidó el material.

Al inicio se les presentó el video ―Estructura de la

materia”, y los estudiantes procedieron con la

actividad No 1 Micro proyecto: construyamos

átomos. Se les animó a desarrollar su creatividad

para la maqueta, y los estudiantes que no trajeron

material se lo consiguieron o lo pidieron prestado

de otros grupos. Fue muy importante pasar por

los grupos, pues, a pasar de haber presentado el

video y de la retroalimentación, aun había

estudiantes con dudas al respecto.

Luego se presentó el video: Modelos atómicos y El átomo - John Dalton y Niels Bohr, en

donde se hicieron continuas pausas. El video resultó más interesante solamente si se iban

explicando los modelos, pues de lo contrario no les llamaba la atención o no le daban la

importancia requerida. El experimento de Rutherford fue mejor comprendido:

observándolo a través del video, los estudiantes pudieron deducir las conclusiones del

mismo.

La actividad No 2 juego: Sé un gran diseñador fue bien asimilada y desarrollada, pues

ellos también cursan una materia de Emprendimiento y Gestión Empresarial. Incluso

antes de hacer los diseños, por iniciativa propia los estudiantes redactaron misión, visión y

crearon los nombres de la empresa. De esto se logra concluir que se pueden desarrollar

proyectos transversales con otros docentes para potencializar sus habilidades y hacer

más significativo el aprendizaje. A pesar de que se les indicaba que el grupo escogiera un

solo sector, en algunos grupos los integrantes desarrollaban varios sectores y productos

de acuerdo con sus preferencias. Finalmente pidieron exponer sus empresas. Es de notar

nuevamente que se demoraron más del tiempo previsto y que fue necesario el

acompañamiento docente para que no se desviaran del objetivo principal: el aprendizaje

de los modelos y los conceptos básicos que éstos fueron aportando para la comprensión

del átomo.

35

La actividad No 3 laboratorio: Atrayentes y repelentes globos, se modificó, ya que por

cuestiones de tiempo y se tuvo que

hacer a nivel demostrativo por parte del

docente y de algunos estudiantes. Se les

exhortó a realizarlos en la casa a manera

de juego para confirmar los

conocimientos. Sin embargo, la actividad

así desarrollada fue suficiente para que

comprendieran los conceptos de carga

eléctrica, el papel que juegan los

electrones y cómo la materia – y por

consiguiente los átomos – es de carácter

eléctrico.

36

La actividad No 4 Juego: Núcleo atractivo también fue demostrativa, y se desarrolló

realizando movimientos circulares con un yoyo y haciendo la analogía entre la fuerza de la

cuerda sobre el yoyo y la fuerza de atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los

electrones. Los estudiantes observaron, tomaron nota en la tabla y aclararon dudas.

4.5.3 Tercer ambiente de aprendizaje: De qué color son los átomos

Como actividad introductoria se les mostraron imágenes del espectro electromagnético y

de la ubicación de objetos de acuerdo a la distribución energética de las ondas

electromagnéticas que generan. Se les hizo énfasis sobre las ondas que emiten diversos

objetos de su cotidianidad, como celulares, microondas e instrumentos de diagnóstico,

entre otros. Este tema fue de gran interés, pues no lo conocían. Luego, a partir del

espectro de la luz se les habló también de las longitudes de onda de cada color.

A continuación se les presentó el video Espectros atómicos.wmv, pues ya tenían más

elementos para aprovecharlo. Como en anteriores ocasiones, se hicieron varias pausas,

especialmente en la parte que se desarrolla los espectros de emisión y de absorción de

los átomos. Se resaltó que los espectros son únicos para cada átomo, como si fuesen su

huella dactilar.

Una vez finalizada la charla se continuó con la actividad No 1: Nuestra fiesta de luces, que

también se realizó a nivel demostrativo con un mechero Bunsen y con sustancias que

forman parte de su cotidianidad, como la sal de cocina (NaCl). Ellos quedaron deseosos

de una actividad posterior en esta misma línea, pues les llamo la atención poder observar

los diversos colores que se generaban.

En ese momento se les presentó la segunda parte del video: Modelos atómicos y el

átomo- John Dalton y Niels Bohr. Se hicieron varias pausas para introducir explicaciones

por parte del profesor y generar discusiones. Con el conocimiento del espectro de emisión

o de absorción de un átomo les quedó más fácil comprender el aporte del modelo de Bohr

y el papel que desempeñan los electrones en dichos espectros.

Finalmente se realizó la actividad No 2 Laboratorio: Construye tu espectroscopio casero

con un CD, actividad que el estudiante disfrutó mucho, sobre todo al final, cuando

lograron construir el espectroscopio y empezaron a observar el espectro. Aunque no

todos lograron un buen instrumento, los que quedaron bien se rotaron entre los diferentes

grupos. Se les animó a que siguieran experimentando en la casa con el espectroscopio.

37

4.6 RECOMENDACIONES PARA EL DOCENTE

Los estudiantes se sienten estimulados y están muy inclinados a las actividades de tipo

lúdico, manual y artístico, pues les permiten expresarse y se sienten incluidos al participar

del proceso educativo. Sin embargo, se corre el riesgo de que si no son direccionados se

pierda el objetivo que se persigue. Por eso es importante hacer una retroalimentación

continua y de esta forma verificar si se están construyendo los conceptos.

La planeación es fundamental, y se sugiere hacer ensayos piloto para otros cursos, pues

aunque una actividad está determinada para cierto tiempo y el docente la direccione es

difícil limitar a un estudiante, y más si es la primera vez que se observa motivado a

participar en clase.

Se sugiere mantener una comunicación fluida con los docentes de otras materias, para

conocer lo que estén desarrollando, pues de esta manera se pueden identificar

posibilidades de potenciar el aprendizaje de forma transversal.

38

A pesar de que esté motivado, es muy difícil lograr que el estudiante haga trabajo en

casa, en especial si no tiene buenos hábitos de estudio, y más si en el periodo de tiempo

en que se esté desarrollando la actividad, tiene otros compromisos con otras materias.

Por tanto se debe tener en cuenta este aspecto a la hora de diseñar las unidades

didácticas, para intentar aprovechar al máximo el tiempo en el aula.

4.7 ANÁLISIS CUALITATIVO DE LA IMPLEMENTACIÓN

En general, las actividades fueron realizadas satisfactoriamente y se logró alcanzar los

objetivos, a pesar de los inconvenientes mencionados. Los estudiantes que han tenido

regularmente un buen desempeño académico se mostraron muy interesados por los

temas y quedaron motivados para profundizar en ellos por cuenta propia. Los estudiantes

que normalmente son apáticos o indiferentes participaron más de las actividades, aunque

evidenciaron bastantes vacíos conceptuales difíciles de llenar sobre la marcha, herencia

de sus años anteriores de estudio. Sin embargo, estos estudiantes no tuvieron actitudes

de rechazo hacia las clases y además aportaron bastante a la hora de crear y desarrollar,

pues tienen buenas habilidades a nivel motriz.

Tal y como ha sido la experiencia en otras partes, los estudiantes tenían una serie de

conceptos erróneos hacia el átomo, percepciones animistas similares al desarrollo

histórico de los modelos. Aunque el desarrollo de las actividades mejoró estas

percepciones y los aproximó de una manera real al átomo, es difícil lograr superar las

dificultades de aprendizaje de los alumnos de más bajo desempeño académico si no hay

una continuidad en los procesos, lo requiere de más tiempo del que normalmente se

cuenta. Se mejoró la participación en clase, y de las respuestas a las preguntas del

docente se evidenciaba cómo los estudiantes iban adquiriendo un mayor dominio del

tema.

4.8 APLICACIÓN DE LA PRUEBA DE MEDICIÓN-FINAL

Después de realizados los tres ambientes de aprendizaje con los estudiantes se aplicó la

prueba de medición final y se realizó el análisis respectivo de los resultados. El diseño

experimental utilizado es, por lo tanto, pre-experimental de un solo grupo con pre test y

pos test. Se trabajó con 45 estudiantes del colegio IED José María Vargas Vila de los

cursos 1003 y 1004.

La prueba se diseñó para realizar los cuatro ambientes de aprendizaje planteados, pero

por lo explicado anteriormente el ambiente No 4 no se desarrolló, por tanto se eliminaron

las cinco preguntas correspondientes al tema. Debido a que en el momento de realizar las

mediciones tanto del pre test como del pos test no estuvieron presentes todos los

estudiantes por causas circunstanciales, algunos estudiantes se retiraron, otros tuvieron

incapacidad, otros simplemente no asistieron. Se dejaron únicamente los 45 participantes

39

que contaban con las dos mediciones para poder correr el análisis de datos, puesto que el

diseño de un solo grupo con pre test y pos test requiere de las dos mediciones.

Los resultados se pueden ver en la figura 2, y los valores de máximo, mínimo y mediana

se pueden ver en la tabla 4. Como se puede observar, efectivamente hay una mejora

notable. El primer cuartil del pos test está por encima del tercer cuartil del pre test. Los

puntajes finales en varios estudiantes son altos y la dispersión se mantiene constante (es

decir que solamente hay una traslación en los resultados) lo que sugiere que hubo una

mejora significativa del desempeño.

Estadísticos descriptivos

N Mínimo Máximo Media Desv. típ.

Totalpre 45 1 8 3.67 1.871

Totalpost 45 4 13 7.73 2.368

N válido (según lista) 45

Tabla 4. Estadísticos descriptivos

Figura 2. Estadísticos descriptivos

Para confirmar si efectivamente hubo una diferencia significativa en el nivel de

desempeño, se procedió a realizar un test estadístico de comparación de medias. Existen

dos tipos de test que se pueden utilizar: paramétricos (ej: t de student) y no paramétricos

(ej: Wilcoxon). Los primeros suelen ser más potentes (es decir, más capaces de detectar

40

diferencias pequeñas), pero solo se pueden aplicar si los dos grupos de datos (pre test y

pos test) distribuyen normalmente, como gaussianas (Siegel &Castellan, 1995). Por lo

tanto, el primer paso consiste en correr una prueba de normalidad. Las tablas 5 y 6

muestran los resultados de aplicar dos pruebas de normalidad, Kolmogorov-Smirnov y

Shapiro-Wilk, sobre los dos conjuntos de datos. Como el número de personas es menor a

50, se usa Shapiro-Wilk. Se observa que el pre test es gaussiano, porque el nivel de

significancia es mayor a 0.05%, pero el pos test no lo es. Por tanto, no se puede utilizar

una prueba paramétrica t de student, sino que hay que utilizar una prueba no paramétrica:

el test de rangos de Wilcoxon, que se utiliza para determinar su hay una diferencia

significativa entre dos conjuntos de datos de solo grupo, es decir medidas relacionadas

(Field & Field, 2012), como es nuestro caso.

El resultado de la aplicación de la prueba de Wilcoxon se puede ver en la tabla 7. Se

observa que hay una diferencia de un nivel de Z= -5.7 entre los dos conjuntos de datos, lo

que quiere decir que la probabilidad de que los resultados hubieran dado por puro azar es

menor que una parte por diez mil. Esto nos permite concluir que efectivamente si hubo

una mejora significativa en el desempeño de los estudiantes.

Pruebas de normalidad

Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk

Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.

Totalpre .147 45 .016 .938 45 .018

Totalpost .123 45 .083 .952 45 .060 a. Corrección de la significación de Lilliefors

Tabla 5. Pruebas de normalidad

Rangos

N Rango promedio

Suma de rangos

Totalpost - Totalpre Rangos negativos 1a 7.50 7.50

Rangos positivos 43b 22.85 982.50

Empates 1c

Total 45 a. Totalpost < Totalpre b. Totalpost > Totalpre c. Totalpost = Totalpre

41

Tabla 6. Rangos

Estadísticos de contrastea

Totalpost -

Totalpre

Z -5.706b

Sig. asintót. (bilateral) .000

a. Prueba de los rangos con signo de Wilcoxon

b. Basado en los rangos negativos.

Tabla 7. Estadísticos de contraste

42

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Luego de diseñar e implementar una secuencia didáctica para la enseñanza de los

modelos atómicos con estudiantes de grado décimo del colegio José María Vargas Vila,

se pueden afirmar las siguientes conclusiones acerca del trabajo realizado. La hipótesis

de trabajo era que relacionar los conceptos del átomo y de los modelos atómicos, de una

forma lúdica y haciendo énfasis en lo cualitativo con aspectos de la realidad de los

estudiantes les podía ayudar a su comprensión, despertar su interés y motivarlos a

construir su propio conocimiento para así cambiar su visión del mundo. A la vista de los

resultados obtenidos en la prueba de medición final y con base en los comentarios de los

propios estudiantes se puede decir que efectivamente se logró una mejora significativa.

La estrategia escogida para la enseñanza de los modelos atómicos consistió, como ya se

mencionó, en relacionar aspectos relevantes de cada uno de ellos con aspectos de la

realidad de los estudiantes o que tuvieran aplicación práctica, tales como, que todo está

hecho de átomos, que estamos hechos de átomos formados en las estrellas, que existen

cargas eléctricas en la naturaleza de la materia, que los átomos tienen color y esto se

muestra mediante un espectro y que conocer más sobre los átomos y como se enlazan

nos ayuda a conocer otros aspectos importantes sobre la formación de moléculas y por

ende, de la materia en general. Además se mostró como la evolución histórica del

desarrollo de los modelos atómicos es similar con las percepciones que pueden tener los

estudiantes con el proceso. Se contó con un instrumento de medición, la prueba

diagnóstica pre test y post test, se utilizaron ambientes de aprendizaje, que contenían los

objetivos perseguidos y diversas actividades como juegos, videos, experimentos

demostrativos, talleres y exposiciones por parte del docente.

En los resultados obtenidos en la prueba diagnóstica, tal y como se puede observar en

el punto 4.7, los cuarenta y cinco estudiantes valorados presentaron una mejora

significativa en el desempeño y varios de ellos obtuvieron puntajes altos. Las actividades

fueron realizadas satisfactoriamente y en general se logró alcanzar los objetivos. Se

observó cómo los estudiantes que históricamente han tenido un buen desempeño

académico, lograron mejores puntajes, se mostraron muy interesados por los temas y

quedaron motivados hacia la profundización de estos. Además los estudiantes que

normalmente son apáticos o indiferentes participaron más de las actividades y además

aportaron bastante a la hora de crear y desarrollar, pues tienen buenas habilidades a nivel

motriz, en general su actitud hacia la química mejoro. También se observó, en el

desarrollo de cada ambiente como varios estudiantes tuvieron una serie de conceptos

erróneos hacia el átomo. El desarrollo de las actividades mejoro estas percepciones y los

aproximo de una manera real al átomo, es difícil si no hay una continuidad en los

procesos lograr superar dificultades de aprendizaje y esto requiere de más tiempo del que

normalmente se cuenta.

Como se tocaron aspectos de su cotidianidad, se mejoró la participación en clase y por

los interrogantes planteados por el docente, se observó cómo los estudiantes adquirieron

43

un mayor dominio del tema. No solamente la comunicación escrita u oral son elementos

válidos para la valoración de un proceso, varios estudiantes se entusiasmaron por medio

de la expresión artística, incentivando su participación en los diferentes procesos. La

asesoría realizada por el docente en el trabajo por grupos, permitió un mayor

acercamiento y retroalimentación, lo que no se consigue normalmente. Gracias a la

actividad No 2 de la segunda guía de trabajo ―juego: Se un gran diseñador‖, se pudo

observar que los estudiantes al cursar una materia de Emprendimiento y Gestión

empresarial, realizaron un buen trabajo de aplicación. De esto se puede concluir que se

pueden desarrollar proyectos transversales con otros docentes para potencializar sus

habilidades y hacer más significativo el aprendizaje.

Como recomendaciones para los docentes que emprendan un trabajo similar, es

importante destacar, que aunque este tipo de actividades incentivan la participación de los

estudiantes si estas no se direccionan, se pueden perder los objetivos planteados y que

además se debe hacer una retroalimentación para verificar que efectivamente se

asimilaron los conceptos necesarios. A la hora de planear una actividad la experiencia

ayuda a establecer los tiempos reales, pues en mi caso, los estudiantes necesitaron de

más tiempo para realizarlas. Sin embargo es importante resaltar que el tiempo destinado

para química en la malla curricular es insuficiente, además desafortunadamente en un

colegio público con condiciones sociales difíciles, se presentan frecuentemente

eventualidades que influyen en el normal desempeño académico lo que afecta que los

procesos puedan ser continuos y progresivos, generando así muchos vacíos.

Se considera en general que la propuesta planteada en este trabajo es válida por los

resultados a nivel cuantitativo y cualitativo y que se puede extrapolar hacía otros temas de

la química como nomenclatura, estados de la materia, mezclas y soluciones. Incluso se

pueden agregar otro tipo de actividades lúdicas como obras de teatro, elaboración de

cuentos, canciones, entre otros.

El trabajo evidencia la efectividad del aprendizaje significativo y la importancia de

relacionar los conceptos que se desea enseñar con fenómenos o situaciones que tengan

significado en la vida cotidiana, bien sea porque cambian la visión del mundo o porque

tiene alguna aplicación práctica. Esta estrategia es susceptible de ser aplicada a la

enseñanza de muchos otros temas de la química, lo que seguramente redundará en una

mejor comprensión de la materia.

44

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47

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48

7 ANEXOS

Anexo 1: Instrumento de medición Inicial-Final

NOMBRE: _________________________________ CURSO ________

PREGUNTAS

1. Un átomo es:

A. La partícula más pequeña de la materia. B. La mínima unidad funcional y estructural de un ser vivo. C. La unidad de la materia que no se puede dividir. D. La unidad más simple que se puede combinar por reacciones químicas.

2. Los átomos están hechos de protones, neutrones y electrones. ¿Cuál opción es la

correcta?

A. Los protones son positivos, los neutrones son negativos y los electrones son neutros. B. Los protones son positivos, los neutrones son negativos y los electrones también son

negativos. C. Los protones son positivos, los neutrones son neutros y los electrones son negativos. D. Los protones son negativos, los neutrones son neutros y los electrones son positivos.

3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta?

A. Los seres inertes están hechos de átomos, pero los seres vivos no están hechos de átomos, sino de células.

B. El aire no está hecho de átomos. C. Los plásticos, por ser artificiales, no están hechos de átomos. D. Las células están hechas de átomos.

Para los puntos 4 al 7 ubicados en la columna izquierda de la siguiente tabla seleccione la respuesta correcta entre los enunciados ubicados en la columna derecha.

4. El Filósofo griego Empédocles

A. Le da carácter de ciencia a la química y desarrolla la teoría atómica.

5. El filósofo Demócrito B. Negó la posibilidad de movimiento y cambio de las cosas

6. Aristóteles C. Afirmó que la naturaleza está constituida por cuatro

elementos tierra, agua, fuego y aire

7. John Dalton D. Buscaba la piedra filosofal.

E. Propone que la materia está formada de átomos.

F. En contra del atomismo, afirma que la materia es continua y que no hay vacío.

8. ¿Dónde se crearon los átomos de carbono que comemos en los alimentos?

A. En el centro de una estrella, que ya murió. B. En el Big-Bang. C. En la explosión de una supernova. D. En la desintegración radioactiva de elementos más pesados.

49

9. Cuando un pedazo de vidrio se frota con un paño, el vidrio queda con carga positiva.

Esto pasa porque:

A. El paño le arranca electrones al vidrio. B. El vidrio le arranca protones al paño. C. El paño convierte los neutrones del vidrio en protones. D. El paño le arranca electrones al vidrio, y el vidrio le arranca protones al paño.

10. Thompson representó al átomo como una especie de masa cargada positivamente

dentro de la cual se hallaban distribuidos los electrones en posiciones tales que las cargas eléctricas se equilibraban y el campo eléctrico fuera del átomo resultaba ser cero. De acuerdo a esto, de las siguientes afirmaciones relacionadas con el modelo atómico de Thompson la que sigue vigente es:

A. El átomo es una esfera de carga eléctrica positiva con electrones encajados en un

número suficiente para neutralizar su carga. B. Por razones de simetría, el átomo de Hidrógeno tendría su único electrón en el centro

del átomo. C. La materia se presenta normalmente neutra, lo que supone que, junto a los electrones

de carga negativa, los átomos contienen materia cargada positivamente. D. Los átomos parecen pedazos de pan con uvas pasas.

11. Cuál de estas figuras corresponde al modelo atómico de Rutherford?

(A)

(B)

(C)

(D)

12. ¿De qué color son los átomos?

A. Los protones son rojos, los neutrones son azules y los electrones son negros. B. Cada átomo emite unos colores característicos, que sirven para identificarlo. C. Del color de la luz con la que se iluminen. D. No tienen color, son transparentes.

13. ¿El espectro atómico de un elemento se deriva de?

50

A. La neutralización del núcleo del átomo. B. La pérdida o ganancia de energía por parte de los protones. C. La explosión del núcleo del átomo. D. El ―salto‖ o transición de los electrones entre diferentes niveles de energía.

14. Imagínese un átomo con dos niveles de energía. donde el nivel de arriba tiene cuatro

unidades de energía y el nivel de abajo, una. Ahora ilumino el átomo con luz de un color en el que cada bolita de luz (cada fotón) tiene un cierto valor de energía. ¿En qué caso el átomo puede absorber la luz?

A. Si cada fotón tiene exactamente 1 unidad de energía. B. Si cada fotón tiene exactamente 3 unidades de energía. C. Si cada fotón tiene exactamente 4 unidades de energía. D. Si cada fotón tiene tres o más de tres unidades de energía.

15. ¿Cómo hacen los astrónomos para saber de qué elementos está hecho El Sol?

A. Envían una nave espacial robótica que recoge muestras y las trae a La Tierra, para analizarlas en el laboratorio.

B. Toman muestras del viento solar, que son las partículas que El Sol arroja en todas direcciones, y que también llegan a La Tierra.

C. Miran con un telescopio muy potente, para poder ver la forma de los átomos. D. Descomponen la luz del Sol con un prisma, y miran a qué elementos corresponden las

rayas que observan en su espectro.

16. Un orbital atómico es:

A. La región tridimensional donde existe una mayor probabilidad de localizar un electrón

en un átomo. B. La curva por donde circula un electrón alrededor del núcleo. C. Un valor de energía del átomo. D. La región del espacio entre dos niveles de energía consecutivos.

17. La imagen mostrada corresponde a los orbitales tipo:

A. s B. d C. f D. p

18. Si dos átomos aislados de diferentes elementos se quieren unir, el “pegamento” que les permite formar un enlace químico sería:

A. La energía emitida por parte de los núcleos de los dos átomos. B. La atracción que ejercen los protones de cada átomo sobre los electrones internos del

mismo átomo. C. La interacción con la que los neutrones de los dos núcleos se atraen. D. Los electrones de la última capa de energía, que se mueven con más probabilidad al

espacio entre los dos átomos.

51

19. Un átomo de Cloro (Cl), que tiene siete electrones en su último nivel de energía, se va a unir con otro átomo para formar una molécula estable. ¿A cuál de los siguientes átomos escogería?

A. Al Potasio (K), que tiene un electrón en su último nivel de energía. B. Al Calcio (Ca), que tiene dos electrones en su último nivel de energía. C. Al Carbono (C), que tiene cuatro electrones en su último nivel de energía. D. Al Oxígeno (O), que tiene seis electrones en su último nivel de energía.

20. ¿Cuál de los siguientes diagramas corresponde a una molécula estable y

eléctricamente neutra?

Haz un dibujo de una molécula donde dos carbonos se enlazan con 6 átomos de hidrógeno

(A)

Haz un dibujo donde el carbono se enlace con un oxígeno y tres átomos de hidrógeno, pero el oxígeno se une a su vez con un átomo de calcio por medio de un doble enlace

(B)

Dibuja la molécula de alcohol etílico, pero reemplazando el hidrógeno del OH por un potasio

(C)

Haz un dibujo de una molécula donde un Oxígeno se une con un átomo de Cloro con un doble enlace

(D)

NOMBRE: _______________________CURSO: ____________

TABLA DE RESPUESTAS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

A O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

B O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

C O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

D O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

E O O O O

F O O O O

52

Anexo 2: AMBIENTE DE APRENDIZAJE No.1 - Todo está hecho de átomos

TIEMPO ESTIMADO: 3 horas OBJETIVOS:

Que el estudiante aprenda que todo está hecho de átomos, que esos átomos se unen como fichas para formarlo todo.

Que conozca la Historia de cómo surgió la idea del átomo, cómo pasó de especulación a comparación experimental.

Que identifique como se forman los átomos en las estrellas, cuando átomos más pequeños chocan a velocidades fantásticas (temperaturas súper-altas): big-bang, estrellas, explosiones.

Video: COSMOS VII, El espinazo de la Noche-

Demócrito Atomismo

https://www.youtube.com/watch?v=1WCThnl2iQ8

Video: De que está hecha la materia? Somos

átomos


CHARLA DEL DOCENTE SOBRE

“LA HISTORIA DEL ATOMO”

https://www.youtube.com/watch?v=1WCThnl2iQ8


53

Actividad No. 1

Jipi Japa…construyendo mapa MATERIALES

4 Octavos de cartulina (Azul-Blanco)

Marcadores de Colores

Pitillos

Tijeras

Dados PROCEDIMIENTO

Una vez vistos los videos, y escuchado la exposición por parte del docente:

Forma grupos de cuatro, selecciona con tus compañeros el título que consideren representa la idea principal de las ayudas presentadas

Corta una ficha de 10 cms X 10 cms (cartulina blanca), y escribe el titulo seleccionado (Debe ser una sola ficha por grupo, este será el título de nuestro mapa conceptual)

Corta la cartulina azul en fichas de 10 cms X 10 cms (Debes cortar 5 fichas)

Corta la cartulina blanca en fichas de 5 cms X 5 cms (Debes cortar 5 Fichas)

Selecciona uno de los filósofos que se presentan en la historia del átomo, y escríbelo en una de las fichas azules (lo mismo deben hacer tus compañeros, no pueden seleccionar al mismo personaje)

En cada ficha azul escribe un dato que consideres relevante, de acuerdo al tema, por ej.: Teoría, modelo, características, año, etc., etc.,

En las fichas blancas, escribe los conectores que necesites para unir estas ideas

Una vez todos los integrantes del grupo finalicen las fichas, deben buscar un sitio apropiado en el aula que les permita construir un mapa conceptual, puede ser una mesa o el piso

Y manos a la obra, cada integrante debe lanzar los dados, quien saque pares podrá colocar una ficha, bien sea un dato o un conector, si el jugador lanza los dados y no es par debe ceder el turno

Utiliza los pitillos para unir las fichas

Ganará el juego quien primero se deshaga de todas sus fichas

54

Actividad No.2

Juego: Explora tu morral MATERIALES

Morral con útiles de estudio

Hoja de examen cuadriculada

Esfero

Regla PROCEDIMIENTO

Dibuja en la hoja una tabla con (3) columnas, cuyos títulos son: Objeto, descripción, composición

Procede a colocar sobre el escritorio, todos los elementos que contenga el morral

Observa y analiza cada uno de estos objetos

Registra en la tabla los datos solicitados

Procede a socializar con tus compañeros los resultados y percepciones del ejercicio

Retroalimentación del docente

Ejercicio de consulta, completa tu tabla……….

Actividad No. 3 Juego: Sopa de letras de la fábrica de los elementos

MATERIALES

Esfero

Sopa de letras PROCEDIMIENTO

Con base en el ―Video: Las estrellas: Fábrica de los elementos químicos

https://www.youtube.com/watch?v=dHsoWiKf2wU, En donde se muestra el origen de los átomos, realiza la sopa de letras que se presenta a continuación, en ella encontraras términos presentados en dicho video.

Video: Las estrellas: Fábrica de los elementos químicos

https://www.youtube.com/watch?v=dHsoWiKf2wU

Origen del átomo



55

Actividad No. 4

EL LENGUAJE DEL GRAFFITI

MATERIALES

Pliego de papel periódico (1)

Marcadores

Temperas de tus colores preferidos

Pincel PROCEDIMIENTO

Has grupos de seis con tus compañeros

Cada uno deberá seleccionar la parte del origen del átomo que más le ha llamado la atención, del video presentado: Big Bang, Fusión (estrellas), Fisión (energía atómica), Supernovas, Radioactividad. Somos polvo de estrellas.

Escoge uno de los procesos anteriores y realiza un grafiti que lo represente

Una vez finalizado une en una de las paredes del aula los trabajos de todos tus compañeros, debes tener cuidado de seguir la secuencia real del origen del átomo presentada en el video

Socializa con tus compañeros los trabajos realizados

BIGBANG

FISION

FUSION

POLVOESTRELLAS

RADIOACTIVIDAD

SUPERNOVAS

http://sopadeletras.kokolikoko.com/img/118.png?1408645872



56

Anexo 3: AMBIENTE DE APRENDIZAJE No.2 - Electrones, Protones, y Neutrones

(Thompson-Rutherford)

TIEMPO: 3 Horas OBJETIVOS

Que el estudiante identifique que el átomo está formado por un núcleo (muy pequeño en el centro) y electrones que giran a su alrededor.

Que el estudiante identifique la composición del núcleo protones y neutrones: los neutrones equilibran el núcleo, pegando a los protones para que no explote.

Que el estudiante comprenda que los electrones son la fuente de todas las cosas que pasan con electricidad: cargar es quitar o poner electrones, conformación de la corriente eléctrica. Cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen.

Que el estudiante comprenda la fuerza de atracción que ejerce el núcleo hacia el electrón, como lo va desviando y como esta fuerza disminuye con la distancia.

Que el estudiante conozca la parte histórica y el desarrollo de los modelos de Thompson y Rutherford.

Actividad No.1 Micro-proyecto: Construyamos átomos

MATERIALES

Para este micro-proyecto debemos llevar de casa elementos reciclados, que nos puedan

representar las estructuras del átomo, acepta el reto y no compres ninguno de los materiales, usa

tu creatividad y te darás cuenta que muchos de los materiales que botas a la basura a diario te

pueden servir:

Trozo de cartón o cartulina de 15 cms X 15 cms (puedes tomarlo de una cartulina usada,

parte de una caja de cartón etc.,)

Si las dimensiones del micro proyectos son de 15 x 15, recolecta elementos que te puedan dar el tamaño apropiado, preferiblemente de diversos colores, recuerda que como mínimo necesitas protones, electrones, neutrones, y otras estructuras que quieras plasmar en tu micro-proyecto (pueden ser botones viejos que hayas quitado de ropa que no uses, elementos de la cocina, granos, tapas, collares incompletos, restos de plastilina, etc.)

Pegante

Tijeras

Marcadores

Hoja cuadriculada tamaño oficio PROCEDIMIENTO No.1

Video: Estructura de la materia


Protones-neutrones-electrones


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Con ayuda de los conocimientos previos que tienes de la estructura atómica, del video: La estructura de la materia, y la consulta realizada, construye tu propio modelo atómico,

Selecciona uno de los elementos de la tabla periódica, preferiblemente de los primeros grupos

Una vez seleccionado consulta la información de este, el número de protones, electrones, neutrones y algunas características que consideres relevantes.

Escribe en una hoja la información que conseguiste de dicho elemento

Procede a recolectar los elementos de reciclaje que consideren te pueden servir para formar tu modelo, utiliza tu imaginación y creatividad

Hazte en grupos de cuatro estudiantes, y junto con ellos construye tu átomo

Una vez finalizado este, preséntalo a tus compañeros de grupo, muéstrales su estructura, sus partes, y cuéntales que características le dan su identidad.

Has en tu hoja cuadriculada una tabla de tres columnas, en la primera deberás colocar el nombre del elemento de tu átomo, y el de tus compañeros, en la segunda columna consigna el número de protones, electrones, y neutrones que poseen dichos átomos, y en la tercera columna las características de cada uno de ellos.

NOTA: Recuerda que debes seguir las instrucciones, respetar el tamaño de la cartulina que te servirá como base, no puedes modificar dicho tamaño pero puedes hacerlo en dimensiones.

CIENTIFICO CIENTIFICO CIENTIFICO

John Dalton

J.J.Thomson

Ernest Rutherford

MODELO MODELO MODELO

Video: Modelos atómicos y El átomo - John Dalton y Niels Bohr -


INTERVENCIONES DEL DOCENTE

“DESARROLLO HISTORICO DE LOS MODELOS

ATOMICOS”


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Actividad No.2 Juego: Se un gran diseñador

Diseño es donde la ciencia y el arte llegan a un punto de equilibrio. — Robín Mathew

MATERIALES

Octavos de cartulina (3)

Marcadores

Colores

Regla PROCEDIMIENTO

Imagina que te han contratado como diseñador para una empresa que maneja diferentes sectores, y obviamente diferentes productos: Películas de cine, fabricación de robots, diseño de modas, diseño de logos para uniformes deportivos, entre otros.

Selecciona el sector y producto en el que quieres trabajar, y manos a la obra… has tres diseños en los cuales incluyas los modelos atómicos presentados en el video, como parte de tu diseño.

Debes a cada uno de tus diseños darles un nombre, el cual debe también incluir el nombre del modelo atómico.

Forma grupos de seis, presenta a tus compañeros tus diseños, y observa los de ellos, escucha los nombres dados, y ahora cada uno tendrá que recordar dichos nombres, quien recuerde el mayor número de estos, será el ganador de la prueba.

Actividad No.3 Laboratorio: Atrayentes y repelentes globos

MATERIALES

Globos (6)

Tubo Fluorescente

Pedazo de tela de lana o unas medias de lycra o medias veladas

Tela de nylon PROCEDIMIENTO No.1

Se infla el globo y se amarra

Se debe buscar un sitio oscuro, y se ingresa a este sitio con el globo inflado, y el tubo fluorescente

Se debe frotar el globo con el pedazo de lana, o una media vieja velada de lycra

Se sujeta con una mano la parte metálica de uno de los extremos del tubo, y con la otra se acerca el globo electrizado al otro extremo

A continuación se procede a observar la luz que se produce dentro del tubo (si no se observa la luz, se debe cambiar el sitio a uno más oscuro, o adecuar este sitio para que sea más oscuro.

Se puede utilizar varios materiales entre ellos el plástico. ESCRIBE TUS OBSERVACIONES PROCEDIMIENTO No.2

59

Seleccionar una pared lisa y limpia

Inflar un globo

Se debe frotar el globo con el pedazo de lana, o una media vieja velada de lycra, durante 10 segundos aproximadamente

Luego se debe colocar el globo contra la pared ESCRIBE TUS OBSERVACIONES PROCEDIMIENTO No.3

Atar de los cuellos con una cuerda, dos globos

Fijar los extremos de la cuerda a algo para que los globos cuelguen a unos 15 cms uno del otro

Se puede atar también la cuerda alrededor de un poste

Se debe frotar un globo con el pedazo de tela de lana, durante 15 segundos aproximadamente

El otro globo se debe frotar con una tela de nailon ESCRIBE TUS OBSERVACIONES PROCEDIMIENTO No.4

Se deben colgar dos globos, que cuelgue uno junto al otro

Los dos globos se den frotar con la misma tela por el mismo espacio de tiempo

Dejar que los globos cuelguen ESCRIBE TUS OBSERVACIONES

Forma grupos de cuatro compañeros, y comparte, y socializa con ellos tus resultados, y los de ellos, responde: ¿Qué crees que ocurrió, en cada uno de los procedimientos? ¿Porque crees que paso esto? ¿Para qué crees que se frotan los globos con telas de diferentes materiales? ¿Qué función desempeña el tubo fluorescente? ¿Qué tienen en común, y que tienen de diferente los procedimientos?

Actividad No.4

Juego: Núcleo atractivo

MATERIALES

Un yoyo

Un lazo PROCEDIMIENTO

Los estudiantes realizaran una tabla de tres columnas con los siguientes nombres: Primera Columna: Descripción del ejercicio Segunda Columna: Pregunta de análisis

60

Tercera columna: Respuesta a la pregunta

Por medio del yoyo de manera demostrativa, el docente hará círculos sosteniendo el yoyo de un extremo de la cuerda.

Como ejemplo y previo acuerdo con un estudiante el docente lo atara a una cuerda y le pedirá que trate de alejarse, el docente tensara la cuerda de tal manera que el estudiante empiece a dar círculos en torno a él.

En seguida estudiantes voluntarios asumirán dichos roles, se ataran y harán variaciones en cuanto a la distancia respecto al centro.

Analiza y completa la tabla:

-¿Qué es lo que atrae el yoyo hacia el centro y lo hace desviar para dibujar un círculo? -¿A medida que se aleja el compañero del centro se ejerce mayor o menor fuerza? -El centro del círculo: ¿Con que parte del átomo se puede comparar? -El compañero que está al otro extremo del lazo ¿Con que partícula sub atómica se puede comparar?

Reúnete con todo el grupo, socializa tus resultados y escucha los de ellos y trata de encontrar puntos de acuerdo y desacuerdo, entre los grupos.

61

Anexo 4: AMBIENTE DE APRENDIZAJE No.3 - De qué color son los átomos

TIEMPO: 3 Horas OBJETIVOS:

Que el estudiante comprenda que la luz blanca está hecha de colores. Que cuando los separamos vemos el Arco Iris. Que la luz es una onda: entre más azul, más rápido vibra (tono). Que hay más colores que no vemos: UV, Rx, Gamma, IR, microondas, radio. Que hay animales que ven IR (Serpientes) Cómo se ve en IR (cámara térmica), y otros que ven UV (abejas)

Que el estudiante identifique los aportes de Newton

Que el estudiante comprenda que son las líneas espectrales de Franhoufer

Que el estudiante conozca cual fue el aporte del modelo de Bohr en cuanto a estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción.

Que el estudiante conozca aplicaciones de los conceptos como la espectroscopia

Actividad Introductoria Presentación de imágenes

“El espectro Electromagnético” MATERIALES

Guía con imágenes de espectro electromagnético

Fotocopias, suministradas por el docente de las imágenes

Hoja cuadriculada tamaño oficio

Esfero

PROCEDIMIENTO

Lee con atención la literatura que aparece al lado de las imágenes

Observa las imágenes que se te presentan

En la hoja cuadriculada, realiza un escrito en el que plasmes tus impresiones, y percepción

de las imágenes presentadas, no olvides colocar un título que creas identifica la idea

principal.

Si deseas puedes incluir gráficos, dibujos, u otro tipo de representación de lo visto en las

imágenes

Cuando termines tu trabajo, reúnete con tres compañeros más, y comparte tus impresiones

ESPECTROS ELECTROMAGNETICOS

El espectro electromagnético se refiere a la distribución energética de las ondas electromagnéticas.

Espectro de emisión atómica de un elemento se refiere al conjunto de frecuencias de las ondas

electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le

comunica energía. Espectro de absorción: es el opuesto de un espectro de emisión, cada

elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda que está asociado a

las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos. Los elementos presentan líneas

brillantes en su espectro cuando emiten luz y líneas oscuras cuando absorben la luz de otra fuente.

62

Ejemplo de espectros de emisión de tres elementos químicos

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Un electrón absorbe energía cuando pasa de un nivel energético superior y la emite cuando pasa a

un nivel energético inferior.

Actividad No.1 Laboratorio: Nuestra fiesta de LUCES

Cuando los metales o sus compuestos, se calientan a

temperaturas elevadas, la llama adquiere colores

brillantes, característicos de cada metal. Los colores

se deben a átomos del metal que han pasado a estados

energéticos excitados debido a que absorben energía

de la llama

Video: Espectros Atómicos


Espectros de emisión de los elementos

CONVERSATORIO DEL DOCENTE

“DE QUE COLOR SON LOS ATOMOS”


64

MATERIALES

Mechero de gas

Varilla limpia de platino o de nicromo (aleación de níquel y cromo) o en su defecto de vidrio

Fósforos

Diferentes compuestos

PROCEDIMIENTO No.1 Encendido del mechero y obtención de los tipos de llama

Abre la llave general del gas

Cierra la entrada de aire, mediante la rejilla de aire o anillo regulador

Prende el fosforo y colócalo encima del tubo quemador

Por ultimo abre la llave de la mesa ESCRIBE TUS OBSERVACIONES PROCEDIMIENTO No.2 Ensayo a la llama

Ajusta la temperatura de la llama del mechero, hasta que deje de ser amarillenta y

presente una tonalidad de color azul en el cuerpo de la llama y alrededor una incolora

Impregna la punta de la varilla con una pequeña cantidad de la sustancia que tienes para

analizar

Introduce la varilla en la llama, procurando ubicar la punta en la parte menos coloreada de

llama

Repite el procedimiento con todas las sustancias que conseguiste

ESCRIBE TUS OBSERVACIONES NOTA: Recuerda siempre sumergir la varilla en una solución de HCL, para purificarla de los restos

que pueda tener del anterior procedimiento

Vamos a usar un método de análisis cualitativo, que nos

permite identificar un determinado elemento químico presente

en una muestra:

El ensayo a la llama……………y…….…..manos a las luces

Video: Modelos atómicos y El átomo - John Dalton y Niels Bohr -



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Actividad No.2 Laboratorio: Construye tu Espectroscopio casero con un CD.

MATERIALES

Caja de cartón

CD

Tijeras

Regla

Esfero

Cinta

Cosedora

PROCEDIMIENTO

1. Se mide el lado angosto de la caja

2. Se marca sobre el lado ancho de la caja, primero 5 cms, luego el dato del ancho que nos

dio (del lado angosto), en el lado de arriba y en el lado de debajo de la caja

3. Luego con la regla se unen las marcas, se hace lo mismo en los dos lados anchos de la

caja

4. Con las tijeras se corta a lo largo de una de estas dos líneas, de un lado y del otro lado de

la caja

5. Para construir unas aletas se corta por los ángulos de la caja, (no totalmente)

6. Ayudados con la reglas se pliega el cartón por la línea marcada, se hace lo mismo en las

cuatro aletas

7. Se pliegan las aletas hacia adentro para formar un tubo

66

8. Se marca un cuadrado de unos dos cms de lado, cerca de uno de los extremos del tubo, y

lo recortamos, debe estar a más o menos 2 cms del extremo del tubo

9. En el lado opuesto a esta ventana pero sobre la cara superior, se recorta un rectángulo

10. Luego con parte del cartón que sobra, se hacen unas aletas para colocar el CD

11. Se corta un triángulo de CD, cuya parte más ancha quepa en la caja, de acuerde a la

medida que habíamos tomado del lado de la caja

12. Se coloca en la pestaña que cortamos y se sujeta con gancho de cosedora

13. Luego se coloca dentro de la caja con una inclinación, y enfrentando la ventana

14. La mejor manera de encontrar el ángulo de inclinación, es apuntar con la ventana

rectangular a una luz, y mirar por el cuadrado, y mover el CD, hasta que se vean los

colores del arco iris.

15. Se fija el CD, con cinta y se cierran las aletas de la caja sosteniéndolas con un caucho

16. Se corta un rectángulo que cubra el que se cortó con anterioridad, y se parte por la mitad

17. Se pegan con cinta, las dos mitades del rectángulo cortado, dejando un espacio de

aproximadamente un milímetro de ancho

18. Y FELICITACIONES…………ya puedes utilizar tu espectroscopio, puedes observar

distintos tipos de luz, recuerda no puedes apuntar directamente a la luz del sol.

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NOTA: Los estudiantes que prefieran ver el video con las instrucciones, pueden

consultarlo en:

Video: Espectroscopio Casero a CD

https://www.youtube.com/watch?v=5lQVedue5OQ

Espectro de Luz

https://www.youtube.com/watch?v=5lQVedue5OQ

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Anexo 5: AMBIENTE DE APRENDIZAJE No.4 - ¿Cómo se enlazan los átomos?

TIEMPO ESTIMADO: 3 horas OBJETIVOS:

Que el estudiante comprenda que la disposición de los electrones está sujeta a la mecánica cuántica. No se puede decir exactamente donde están.

Que el estudiante conozca el concepto de orbital atómico y que tipo de orbitales existen

Que el estudiante conozca cual es la función de los electrones en un enlace químico. Los electrones son el ―pegante‖ de los átomos.

Que el estudiante identifique diferentes reglas y características para formar los enlaces químicos.

Actividad No.1

Dinámica: Ubicación probable MATERIALES:

Una venda

Un balón PROCEDIMIENTO

El docente realizará la siguiente dinámica con los estudiantes antes de completar la actividad:

Un estudiante voluntario se retirara del salón, los demás estudiantes esconderán el balón, dentro del salón. Se les indica que el estudiante voluntario será vendado y que luego procederá a buscar el balón.

Se nombrara una persona que anotara las predicciones que harán los compañeros del salón sobre los movimientos, desplazamientos o trayectorias probables del estudiante en procura de ubicar el balón.

Se invitara al estudiante voluntario al salón, se le vendara, se le pedirá que busque el balón dentro del salón y después de darle algunas vueltas, se procederá al desarrollo de la actividad.

Posteriormente se pedirá que otro estudiante voluntario se retire del salón, en esta ocasión se les pedirá que escondan el balón afuera del salón sin que el estudiante voluntario se dé cuenta.

Se invitara al estudiante a que busque el balón, sin indicarle donde y esta vez no estará vendado, se observaran sus movimientos.

PARA TENER EN CUENTA Los orbitales atómicos son regiones tridimensionales alrededor del núcleo donde existe la mayor

probabilidad de encontrar un electrón. Estas regiones tienen una forma y un tamaño determinados. Cada orbital puede alojar como máximo dos electrones, aunque en un momento dado pueden contener un electrón o estar vacíos. Analiza y concluye:

¿Era posible predecir con exactitud los movimientos del primer estudiante?

¿El estudiante busco el balón primero en los sitios más probables?

¿Qué diferencias tuvo la actividad del segundo estudiante con el primero?

¿Qué es la probabilidad?

¿Qué puntos en común tiene está dinámica con el concepto de orbital atómico?

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Reúnete con todo el grupo, socializa tus opiniones y escucha las de ellos y trata de encontrar

puntos de acuerdo y desacuerdo.

Video: S and P orbitals


video: Electron orbitals- s, p y d


CHARLA DEL DOCENTE

“ORBITALES”

Video: Fiesta de Elementos


Video: Enlaces Químicos


Enlaces Químicos

CHARLA DEL DOCENTE

―CARACTERISTICAS DE LOS ENLACES,

REGLAS DEL DUETO, DEL OCTETO,

GEOMETRIA MOLECULAR‖





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Actividad No.2 Juego: Parranda química

MATERIALES:

Octavos de cartulina de diferentes colores.

Marcadores.

Ganchos.

Tabla periódica.

Música PROCEDIMIENTO:

Una vez visto el video y escuchado la exposición por parte del docente:

Forma grupos de cuatro con tus compañeros.

Realiza fichas de medio octavo de cartulina

El docente asignara diferentes elementos químicos por grupo.

En cada ficha realiza un letrero grande con el símbolo del Elemento asignado, junto con el número de electrones de valencia correspondientes. Puedes obtener la información de la tabla periódica.

Colócate un letrero de un elemento de los realizados.

Cuando empiece a sonar la música los estudiantes darán vueltas por todo el salón bailando y mirando los letreros de los compañeros.

Cuando pare la música cada estudiante procederá a conformar grupos de tal manera que formen una molécula posible con base en la información de sus respectivos letreros.

Cada vez que se conforme un compuesto posible, los estudiantes del grupo conformado tendrán punto positivo.

Por iniciativa de los estudiantes, se agregaran reglas al juego como por ejemplo: El último grupo en formarse, los estudiantes que queden sin grupo o los que tengan errores en la molécula tendrán penitencia.

Se harán varias rondas, no se podrá repetir los compuestos, aunque si se pueden cambiar los letreros de elementos, si los estudiantes lo desean.

Actividad No.3 Laboratorio: A inflar y moldear las moléculas

MATERIALES:

Globos de diferentes colores.

Transportador

Hilo resistente

Tabla periódica

Palitos para pincho, plastilina de diferentes colores

PROCEDIMIENTO No 1:

Conforma grupos de cuatro personas.

Infla seis globos de diferente color y aproximadamente del mismo tamaño haciéndoles un

nudo para que no se escape el aire.

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Procede a unirlos uno por uno por la parte superior, de la siguiente manera: primero dos,

luego tres, cuatro, cinco, seis.

Observa como cada vez que se agrega un globo al centro los globos se reagrupan de

modo que ocupan el espacio alrededor.

Mide los ángulos posibles entre los globos, a medida que se agrega cada globo.

Realiza una tabla de tres columnas en la que en una columna este el número de globos

atados, en la otra un dibujo de los globos y en la otra los ángulos medidos.

PARA TENER EN CUENTA

Según el modelo de repulsión del par electrónico de la capa de valencia (RPECV), el cual permite

predecir y explicar la forma geométrica de varias estructuras de moléculas simples, los pares de

electrones de enlace y solitarios se ubican alrededor del átomo central de tal manera que estén lo

más retirado posible unos de otros, para que así las repulsiones sean mínimas.

De acuerdo a lo anterior existen cinco formas moleculares básicas, cuando todos los grupos de

electrones de valencia están enlazados según muestra la siguiente figura

Observa la figura y haz una analogía con el experimento realizado. ¿Se parece la estructura de los

globos con estas formas moleculares básicas?

PROCEDIMIENTO No 2:

Con el mismo grupo establecido, con ayuda de la tabla periódica y teniendo en cuenta los

electrones de valencia de cada elemento realiza una maqueta de las siguientes moléculas:

BeCl2, BCl3, CH4, PCl5, SF6

Después de realizada cada molécula, analiza a que forma molecular de la figura

corresponde y señálalo en la maqueta anotando también los ángulos correspondientes.

Diseño e implementación de una unidad didáctica para … final Aristóbulo Castro... · 1...

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