Situaciones problemáticas de química diseñadas como pequeñas investigaciones en la escuela secundaria desde un encuadre heurístico | Apuntes de Química

investigación como enseñanza 254 educación química • julio de 2010

investigación como enseñanza

Situaciones problemáticas de Química diseñadas

como pequeñas investigaciones en la escuela

secundaria desde un encuadre heurístico a partir

de una situación fortuita que involucra reacciones

ácido-base

Alicia E. Seferian1

ABSTRACT (Problem situations in Chemistry designed as small researches in Secondary School

within a heuristic tool from an eventual situation that involves acid-base reactions)

The present proposal focuses on the strategy of open problem solving in school science, that

starts from a fortuitous situation that involves acid-base reactions and that offers a point of view

to practical laboratory work that differs from “recipe procedures”, and that provides motivation

and improves the cognitive linguistic abilities of pupils.

It is presented a possible laboratory guide that enables the task to be organized starting from

the heuristic tool known as the ‘Gowin’s V’ in order to establish relations between concepts.

KEYWORDS: acid-base reactions, open problem solving, school science, Gowin’s V, metacognition, motivation

1. La Ciencia escolar y la solución de problemas

abiertos en la Educación Secundaria

Desarrollos recientes en ciencias de la educación hacen refe-

rencia al conocimiento escolar que, según expresa García

(1998): “[posee] sus propias características epistemológicas

que supone una mejora del conocimiento cotidiano y que in-

tegra los aportes de muy distintas formas del conocimiento”.

Podemos entender dentro de este marco teórico a la cien-

cia escolar como la complejización y evolución paulatina y

conjunta del conocimiento cotidiano y científico por medio

de la interacción de ambas formas del conocimiento propicia-

do desde las aulas y no como dos posturas antagónicas, sino

desde un planteamiento evolutivo que concede mayor impor-

tancia al proceso en sí mediante la resolución de problemas

cotidianos en la medida que éstos afectan nuestras vidas y que

requieren para su tratamiento de otras formas de conocimien-

to. Este tipo de conocimiento sólo puede darse en el ámbito

educativo donde se puede comprender nuestro entorno des-

de una perspectiva sistémica metadisciplinar que caracteriza

al conocimiento escolar (García, 1998).

Una de las herramientas didácticas afín con el encuadre

CTS en la enseñanza e íntimamente relacionado con la cien-

cia escolar, es la que se refiere a la resolución de problemas

abiertos.

Nos detendremos en primera instancia, para analizar bre-

vemente, la diferencia existente entre problemas cotidianos,

escolares y científicos. Una de las primeras diferencias que

surgen tiene que ver con el tratamiento que se le da en cada

uno de los ámbitos.

Un problema cotidiano tiene que ver con tratar de solucio-

nar una situación, de alcanzar un resultado, de tener éxito en

lo que se desea lograr; por ejemplo, quitar una mancha o dar

en el blanco sin importar cómo se logró. El problema cotidia-

no no apunta a la comprensión.

Un problema científico apunta a comprender por qué se

produjo ese resultado favorable y darle un significado teórico

que pueda generalizarse como un principio de manera tal que

se aplique a nuevas situaciones.

Un problema escolar, en cambio, no logra ser una investiga-

ción científica seguida en el aula como se pretende, ya que el

alumno se orienta más al éxito que a la comprensión, debido

a que su saber es más cercano al cotidiano y según resalta

Pozo (1998): “[...] los alumnos siguen más próximos al razo-

namiento cotidiano, simplificando la tarea y reduciéndola a

aquellos factores relevantes para ellos, sin controlar o tener en

cuenta otras variables, formulando la explicación que primero

se les ocurre sin apenas reflexionar sobre ella, haciendo apre-

ciaciones cualitativas y poco rigurosas que no les permite con-

trastar sus explicaciones e incluso no modificando éstas a pe-

sar de encontrarse con datos en contra”.

Un problema escolar bien entendido tiene que ver con

“ayudar progresivamente a cruzar el puente” desde el conoci-

miento cotidiano al científico en la escuela secundaria. Un

problema escolar no tiene que ver con emular a la investiga-

1 Dirección de Educación Superior y Capacitación Educativa de la

Provincia de Buenos Aires. Equipo Técnico Regional. Instituto

Superior de Formación Docente Nº 117 de San Fernando.

Provincia de Buenos Aires. Universidad Nacional de Gral. San

Martín (USAM), Provincia de Buenos Aires, Argentina.

Correo electrónico: aliseferian@yahoo.com.ar

Fecha de recepción: 8 de julio de 2009.

Fecha de aceptación: 12 de diciembre de 2009.

Publicado en línea el 3 de mayo de 2010, ISSNE 1870-8404

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254 investigación como enseñanza educación química • julio de 2010 investigación como enseñanza

Situaciones problemáticas de Química diseñadas

como pequeñas investigaciones en la escuela

secundaria desde un encuadre heurístico a partir

de una situación fortuita que involucra reacciones

ácido-base

Alicia E. Seferian^1 ABSTRACT (Problem situations in Chemistry designed as small researches in Secondary School within a heuristic tool from an eventual situation that involves acid-base reactions) The present proposal focuses on the strategy of open problem solving in school science, that starts from a fortuitous situation that involves acid-base reactions and that offers a point of view to practical laboratory work that differs from “recipe procedures”, and that provides motivation and improves the cognitive linguistic abilities of pupils. It is presented a possible laboratory guide that enables the task to be organized starting from the heuristic tool known as the ‘Gowin’s V’ in order to establish relations between concepts. KEYWORDS: acid-base reactions, open problem solving, school science, Gowin’s V, metacognition, motivation

La Ciencia escolar y la solución de problemas abiertos en la Educación Secundaria Desarrollos recientes en ciencias de la educación hacen refe- rencia al conocimiento escolar que, según expresa García (1998): “[posee] sus propias características epistemológicas que supone una mejora del conocimiento cotidiano y que in- tegra los aportes de muy distintas formas del conocimiento”. Podemos entender dentro de este marco teórico a la cien- cia escolar como la complejización y evolución paulatina y conjunta del conocimiento cotidiano y científico por medio de la interacción de ambas formas del conocimiento propicia- do desde las aulas y no como dos posturas antagónicas, sino desde un planteamiento evolutivo que concede mayor impor- tancia al proceso en sí mediante la resolución de problemas cotidianos en la medida que éstos afectan nuestras vidas y que requieren para su tratamiento de otras formas de conocimien- to. Este tipo de conocimiento sólo puede darse en el ámbito educativo donde se puede comprender nuestro entorno des- de una perspectiva sistémica metadisciplinar que caracteriza al conocimiento escolar (García, 1998). Una de las herramientas didácticas afín con el encuadre CTS en la enseñanza e íntimamente relacionado con la cien- cia escolar , es la que se refiere a la resolución de problemas abiertos. Nos detendremos en primera instancia, para analizar bre- vemente, la diferencia existente entre problemas cotidianos, escolares y científicos. Una de las primeras diferencias que surgen tiene que ver con el tratamiento que se le da en cada uno de los ámbitos. Un problema cotidiano tiene que ver con tratar de solucio- nar una situación, de alcanzar un resultado, de tener éxito en lo que se desea lograr; por ejemplo, quitar una mancha o dar en el blanco sin importar cómo se logró. El problema cotidia- no no apunta a la comprensión. Un problema científico apunta a comprender por qué se produjo ese resultado favorable y darle un significado teórico que pueda generalizarse como un principio de manera tal que se aplique a nuevas situaciones. Un problema escolar , en cambio, no logra ser una investiga- ción científica seguida en el aula como se pretende, ya que el alumno se orienta más al éxito que a la comprensión, debido a que su saber es más cercano al cotidiano y según resalta Pozo (1998): “[...] los alumnos siguen más próximos al razo- namiento cotidiano, simplificando la tarea y reduciéndola a aquellos factores relevantes para ellos, sin controlar o tener en cuenta otras variables, formulando la explicación que primero se les ocurre sin apenas reflexionar sobre ella, haciendo apre- ciaciones cualitativas y poco rigurosas que no les permite con- trastar sus explicaciones e incluso no modificando éstas a pe- sar de encontrarse con datos en contra”. Un problema escolar bien entendido tiene que ver con “ayudar progresivamente a cruzar el puente ” desde el conoci- miento cotidiano al científico en la escuela secundaria. Un problema escolar no tiene que ver con emular a la investiga- (^1) Dirección de Educación Superior y Capacitación Educativa de la Provincia de Buenos Aires. Equipo Técnico Regional. Instituto Superior de Formación Docente Nº 117 de San Fernando. Provincia de Buenos Aires. Universidad Nacional de Gral. San Martín (USAM), Provincia de Buenos Aires, Argentina. Correo electrónico: aliseferian@yahoo.com.ar Fecha de recepción: 8 de julio de 2009. Fecha de aceptación: 12 de diciembre de 2009. Educ. quím., 21 (3), 254-259, 2010. © Universidad Nacional Autónoma de México, ISSN 0187-893-X Publicado en línea el 3 de mayo de 2010, ISSNE 1870-

julio de 2010 • educación química investigación como enseñanza 255 ción que realizan los científicos sino en adquirir ciertos hábi- tos y una cierta metodología que se aproxime a las de la cien- cia de una forma muy gradual y valorando el proceso de cada alumno en sí más que el resultado final (Pozo, 1998). 1.1 Problemas escolares Podemos muy sintéticamente clasificar los problemas escola- res como problemas cerrados , en los cuales se tiene toda la in- formación necesaria, se conocen los algoritmos necesarios y existe una única respuesta correcta. Este tipo de planteos se sustentan además, en experimentos receta que a lo sumo incor- poran algún algoritmo y no requieren habilidades de resolu- ción de problemas ni pensamiento creativo (Gil Pérez, 1983; Gil Pérez y Martínez Torregrosa, 1983; Gil Pérez et al. , 1999; de Jong, 1998; Pozo, 1998). Por otra parte, los problemas abiertos admiten diversas solu- ciones, en general tienen su origen en alguna problemática cotidiana o algún interés de los alumnos, requiere un compro- miso por parte de los mismos, por cuanto tienen que genera- les interés; deben concebirse contextualizados y con un grado de dificultad acorde al nivel; deben suscitar la necesidad de informarse, de discutir, de evaluar la información que se posee entre los integrantes del grupo; permite el desarrollo de com- petencias complejas, y genera la oportunidad de reflexionar lo que se está aprendiendo (metacognición) entre otras cuestio- nes que no profundizaremos en esta propuesta. Este tipo de estrategia didáctica se opone al planteamiento desde una perspectiva transmisiva sobre el desarrollo de co- nocimientos donde los alumnos consideran el laboratorio como un lugar donde hacen cosas pero no perciben realmen- te el significado de lo que hacen (Novak y Gowin, 1988). Trabajar con problemas requiere que el sujeto reorganice sus ideas, invente nuevas relaciones posibles, reinterprete el pro- blema y, finalmente, produzca de algún modo una nueva si- tuación problemática (Garret, 1995). En este sentido, Gil Pérez et al. (1999) resalta: “La estrate- gia de enseñanza que nos parece más coherente con la orien- tación del aprendizaje como construcción de conocimientos científicos, es la que asocia el aprendizaje al tratamiento de situaciones problemáticas abiertas que puedan generar el in- terés de los estudiantes”. El cuadro 1 resume las estrategias de enseñanza considera- das para su tratamiento como investigación dirigida que se consideró en algunos aspectos, para el diseño de la guía de laboratorio general en esta propuesta. En la red conceptual mostrada en la figura 1 podemos re- sumir la caracterización de los problemas abiertos y cerrados.

Las reacciones ácido-base El tema referido a reacciones ácido-base en la escuela secun- daria es de gran importancia en lo que respecta a la química como disciplina, debido a los múltiples procesos que involu- cran y presenta diversas relaciones con otras áreas del conoci- miento como biología y estudio de suelos, entre otras, que generan interés en el alumno, ya que focaliza en cuestiones Cuadro 1. (Tomado de Gil Perez et al., 1999). Figura 1. Caracterización de los problemas. Cuadro II Estrategias de enseñanza para un aprendizaje como investigación dirigida.
Plantear situaciones problemáticas que —teniendo en cuenta las ideas, la visión del mundo, las destrezas y las actitudes de los alum- nos y alumnas— generen interés y proporcionen una concepción preliminar de la tarea.
Proponer a los estudiantes el estudio cualitativo de las situaciones problemáticas planteadas y la toma de decisiones para acotar proble- mas precisos (ocasión para que comiencen a explicitar funcionalmen- te sus ideas) y comenzar a concebir un plan para su tratamiento.
Orientar el tratamiento científico de los problemas planteados, lo que conlleva, entre otros: — La emisión de hipótesis, incluida la invención de conceptos, la elaboración de modelos… (ocasión para que las ideas previas sean utilizadas para hacer predicciones. — La elaboración de estrategias (incluyendo, en su caso, diseños experimentales) para la contrastación de las hipótesis a la luz del cuerpo de conocimientos de que se dispone. — La realización de las estrategias y el análisis de los resultados, considerando las predicciones de las hipótesis, cotejándolos con los obtenidos por otros grupos de alumnos y por la comunidad cientí- fica, estudiando su coherencia con el cuerpo de conocimientos… Ello puede convertirse en ocasión de conflicto cognoscitivo entre dis- tintas concepciones (tomadas todas ellas como hipótesis) y obligar a concebir nuevas hipótesis.
Plantear el manejo reiterado de los nuevos conocimientos en una variedad de situaciones para hacer posible la profundización y afianzamiento de los mismos, poniendo un énfasis especial en las relaciones Ciencia/Tecnología/Sociedad que enmarcan el desarro- llo científico (propiciando, a este respecto, la toma de decisiones) y dirigiendo todo este tratamiento a mostrar el carácter de cuerpo coherente que tiene toda ciencia. Favorecer, en particular, las actividades de síntesis (esquemas, memorias, recapitulaciones, mapas conceptuales…), la elaboración de productos (susceptibles de romper con planteamientos excesiva- mente escolares y de reforzar el interés por la tarea) y la concepción de nuevos problemas.

julio de 2010 • educación química investigación como enseñanza 257

¿Cómo puede orientar el docente al alumno en este tipo de investigaciones? Este tipo de metodología requiere de un constante acompa- ñamiento por parte del docente, ya que en un primer mo- mento el alumno se siente confundido con respecto a cómo encarar este tipo de problema abierto. Es necesario que las correspondientes relaciones concep- tuales se vuelquen en cuadernos de laboratorio a modo de borrador a fin de diagramar la UVE, para finalmente, en una puesta en común, analizar y reformular los diferentes regis- tros en una tarea metacognitiva con el imprescindible anda- miaje docente, a fin de lograr perfeccionar dicha herramienta epistemológica. En el cuadro 2 se transcriben los objetivos que persigue la guía de laboratorio que se entrega a los alumnos. 4.1. Hipótesis explicativas: ¿qué es?, ¿cómo se produjo? En la medida en que se presenten dudas, sobre qué indicios recopilar, el docente puede acompañar con algunas preguntas tales como: ¿dónde encontraste las sustancias?, ¿qué reactivos hay a su alrededor?, ¿en qué condiciones están los frascos?, ¿qué propiedades fisicoquímicas poseen los reactivos encon- trados cercanos a la botella de HCl?, ¿el armario está ubicado en una zona de elevada exposición solar? En el cuadro 3 se trascribe la Parte A de la guía de labora- torio a fin de ejemplificar lo expuesto. Por otra parte, en la guía se indican consideraciones nece- sarias para orientar la labor de los alumnos, según se muestra en el cuadro 4. Estas indicaciones se leen en voz alta para toda la case y se pide que pregunten aquello que no quede claro. Se trabajará con fichas de seguridad NIOSH (Siglas de “Na- tional Institute for Occupational Health and Safety”) extraí- das de sitios de internet que hacen referencia a propiedades físicas, químicas e información sobre toxicología entre otras cuestiones. Algunas de las relaciones que pueden establecer los alum- nos con el correspondiente andamiaje docente se observan en la figura 4. 4.2. Diseño de experimentos De acuerdo con el nivel del curso, el docente puede sugerir experimentos —relacionados con los indicios descubiertos— para que los alumnos los realicen y él les acompañe en su realización. En el cuadro 5 se transcribe la Parte B de la guía relaciona- da con el diseño de experimentos tendientes a dilucidar la sustancia problema. En la figura 5 se presenta un modelo de UVE de Gowin para tomar como referente de posibles relaciones que pueden llegar a establecer los alumnos con el constante apoyo del docente y las esperadas “marchas y contramarchas” que se presentarán en la pequeña investigación y que permitirán perfeccionar la herramienta a medida que se produce la me- tacognición. Cuadro 2. Guía de laboratorio orientadora para actividad investigativa. ¿Cuál es el objetivo de esta situación problemática planteada?

Permite que puedas iniciarte en los modos de cons- trucción del conocimiento científico a través de herramientas heurísticas, en este caso de redes conceptuales;
Te facilita focalizar en cuestiones de diferente grado de complejidad a fin de poder resolver el presente problema;
Al finalizar la investigación habrás logrado integrar aspectos cognitivos, procedimentales y actitudinales. Cuadro 3. Parte A. Fase de diseño y planeación. A continuación una situación particular se presenta en el laboratorio de tu escuela cuando observas a través de la vitrina que uno de los reactivos del droguero, muestra en su tapa un fenómeno particular. ¿Qué hacer?, ¿Cómo comenzamos? Lo primero que necesitas hacer es detenerte a observar el fenómeno ocurrido en dicha vitrina y anotar todas las “pistas” posibles que te permitan elucidar el problema. ¿Qué factores o variables intervinieron? Por ejemplo, “el armario permanece con las puertas abiertas la mayor parte del día”. Recuerda que puedes solicitar el apoyo del docente y el ayudante cuando lo requieras. Es muy importante que te detengas en las propiedades físicas y químicas. Cuadro 4. Consideraciones para orientar la labor de los alumnos. Trabaja con responsabilidad , de otro modo, no podrás focalizar en detalles que pueden ser cruciales para interpretar dicho fenómeno.
Algunas de las anotaciones que realices quizás no te sean de utilidad; sin embargo, otras te permitirán organizar la actividad.
Ten en cuenta previamente, qué determinaciones experimentales podrías hacer en función de las pistas recabadas y qué deseas determinar (propie- dades físicas, químicas), ya que la muestra que colectarás es pequeña y si la empleas en su totali- dad para un ensayo, no tendrás con qué trabajar en posteriores determinaciones.

258 investigación como enseñanza educación química • julio de 2010 4.3. Elaboración de informe y comunicación grupal Finalmente se presenta, la etapa relacionada con la redacción de los resultados obtenidos, así como de los problemas que se presentaron y, en el caso de no haber arribado a ninguna con- clusión, cómo se reformulará el diseño experimental. Esta etapa resulta esencial para favorecer la metacognición del alumno con respecto a sus deducciones y registros escritos a fin de reelaborarlos y perfeccionarlos con el correspondiente andamiaje del docente. En el cuadro 6 se muestra la Parte C final de la guía de laboratorio. 4.4. Consideraciones finales

Las temáticas presentadas pueden generar motivación en los alumnos ya que se relaciona con su vida diaria en cierta medida; Figura 5. UVE de Godwin. Figura 4. Diferentes registros en una tarea metacognitiva, a fin de lograr perfeccionar la herramienta epistemológica. Cuadro 6. Parte C. Fase de registro y elaboración del informe. Evidentemente, en esta etapa tienes suficiente informa- ción que te ha permitido realizar afirmaciones de conocimiento y te permitirá completar la información en la UVE indicada debajo.
En otras palabras, ahora necesitas interpretar los resultados a partir de la teoría en colaboración con el profesor.
Para ello emplearemos la herramienta heurística que trabajamos en clases anteriores.
A fin de recordarte la organización de la información en la misma, a continuación se indica un conocido esquema explicativo:
Para ello emplearemos la herramienta heurística que trabajamos en clases anteriores la UVE de Gowin. Cuadro 5. Parte B. Fase de desarrollo. A partir de este momento, necesitas poder comprobar que tus conjeturas son válidas, por cuanto requieres reali- zar alguna determinación (reacción química, comproba- ción de propiedades físicas entre otras) relacionadas con la sustancia problema.
Deberás aplicar tu diseño experimental a fin de poder recolectar datos que validen tus conjeturas.
Si requieres mayor información puedes consultar los textos o sitios de internet indicados por tu profesor.
Estos datos pueden ser por ejemplo punto de fusión ebullición, solubilidad, reacción química con determi- nada sustancia entre otros.

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Situaciones problemáticas de Química diseñadas

como pequeñas investigaciones en la escuela

secundaria desde un encuadre heurístico a partir

de una situación fortuita que involucra reacciones

ácido-base