UNA PROPUESTA DIDÁCTICA PARA MEJORAR EL PROCESO ENSEÑANZA
APRENDIZAJE DE LOS GRUPOS FUNCIONALES OXIGENADOS, EN GRADO
ONCE.
Marcela Ramírez Ruiz
Universidad Nacional de Colombia
Facultad, de Ciencias
Bogotá, Colombia
2014
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Una propuesta didáctica para mejorar el proceso de enseñanza aprendizaje de los grupos funcionales oxigenados, Apuntes de Química
Tipo: Apuntes
2018/2019
1 / 87
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UNA PROPUESTA DIDÁCTICA PARA MEJORAR EL PROCESO ENSEÑANZA
APRENDIZAJE DE LOS GRUPOS FUNCIONALES OXIGENADOS, EN GRADO
ONCE.
Marcela Ramírez Ruiz
Universidad Nacional de Colombia Facultad, de Ciencias Bogotá, Colombia 2014
UNA PROPUESTA DIDÁCTICA PARA MEJORAR EL PROCESO ENSEÑANZA
APRENDIZAJE DE LOS GRUPOS FUNCIONALES OXIGENADOS, EN GRADO
ONCE.
Marcela Ramírez Ruiz
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
DIRECTORA
BARBARA MORENO MURILLO
Química - Especialista en productos naturales
Línea de Investigación: Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Universidad Nacional de Colombia Facultad, de Ciencias Bogotá, Colombia 2014
Agradecimientos
A mis padres, hermanos, sobrinos y a toda la familia por apoyarme y animarme a seguir adelante.
A Ricardo por entenderme y acompañarme durante todo el proceso.
A los profesores de la Maestría los cuales fueron el mejor ejemplo de humildad y amor al conocimiento.
Al Colegio Marymount de Bogotá por el apoyo y colaboración que siempre recibí.
Muy especialmente agradezco a la profesora Bárbara Moreno por sus valiosas enseñanzas, dedicación y decidido acompañamiento.
V
RESUMEN
En este trabajo se plantea un método didáctico para mejorar el proceso de enseñanza- aprendizaje de los grupos oxigenados orgánicos más comunes, con el fin de motivar al estudiante a que se interese por el conocimiento químico al verlo involucrado en su entorno, pues las moléculas orgánicas oxigenad están presentes frecuentemente en el ambiente, ya sea en productos naturales o en diferentes artículos de forma sintética.
La propuesta está basada en el aprendizaje significativo y se sugiere para aplicarla en el grado once del Colegio Fundación Nuevo Marymount, articulando los conceptos previos y las habilidades de lectura y de manejo de tecnología que se tienen en este momento.
Para su desarrollo se plantean cuatro etapas: Se inicia con una sensibilización por parte del docente con el objetivo de concientizar sobre el impacto de estas moléculas en el entorno, seguido de un trabajo con un programa de tecnología donde se consoliden los conocimientos, pasando a un espacio de realización de lecturas que involucren las moléculas de interés y por último desarrollar guías de resolución de problemas de aplicación para evaluar la apropiación del conocimiento
Palabras Clave: Grupos funcionales oxigenados orgánicos, aprendizaje significativo, productos naturales, sintética
VII
- INTRODUCCION INDICE
- OBJETIVO GENERAL
- ASPECTOS TEÓRICOS
- 1.1. Componente Histórico-Epistemológico
- 1.2 Componente Pedagógico y Didáctico.
- 1.3 Componente Disciplinar....................................................................................................
- 1.3.1 El átomo de Carbono
- 1.3.2 Hibridación.
- 1.3.3. Orbitales Moleculares o Enlaces
- 1.3.3.1 Enlace sigma (Ϭ)
- 1.3.3.2 Enlace pi (π ).
- 1.3.4 Los Hidrocarburos
- 1.3.5 Compuestos orgánicos oxigenados.
- 1.3.6 Electronegatividad y Polaridad
- 1.3.7 Propiedades químicas de compuestos oxigenados
- METODOLOGÍA
- 2.1 ESPACIO DE AMBIENTACIÓN
- 2.1.1 Actividad
- 2.1.2 Actividad
- 2.1.3 Actividad
- 2.1.4 Actividad 4.
- 2.2 CONSOLIDACIÓN DE CONOCIMIENTOS PREVIOS
- 2.2.1 Actividad
- 2.3 LECTURA DE ARTÍCULOS CIENTÍFICOS
- 2.3.1 Actividad 6.
- 2.3.2 Actividad 7.
- 2.3.3 Actividad 8.
- 2.4. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS PROPUESTOS
- APROPIACION DEL CONOCIMIENTO.
- 2.4.1. Actividad
- 2.4.2 Actividad VIII
- 2.4.3 OTRAS LECTURAS QUE SE PUEDEN USAR
- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
- BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................................
- ANEXO 1.
- ANEXO
- ANEXO 3.
- ANEXO 4.
INTRODUCCION
Numerosos autores e investigadores sobre temas de educación, coinciden en afirmar que el aprendizaje de la química de acuerdo a registros experimentales, no es motivante para el estudiante, pocos de los que van a la universidad se deciden por el estudio de esta ciencia, dado que la experiencia como aprendices de química en su educación media no fue interesante.
“La enseñanza de la Química se halla en crisis a nivel mundial y esto no parece asociado a la disponibilidad de recursos de infraestructura, económicos o tecnológicos para la enseñanza, ya que en “países ricos” no se logra despertar mayor interés en los alumnos” Galagovsky, (2005). Además, “se ha detectado una cierta crisis en la enseñanza de la química, que se manifiesta en las opiniones desfavorables de quienes que, ya de mayores, recuerdan la química como algo incomprensible y aborrecible; en la falta de alumnos cuando la asignatura es optativa, en las connotaciones negativas que tiene la química, que no se compensa con la afirmación trivial “todo es química” que surge de los propios químicos, pero que no convence a los que no lo son, por que no la comprenden” Izquierdo, (2004)
En la escuela, los estudiantes poco se entusiasman por el conocimiento científico y esta pasividad es reflejo de la didáctica usada por los docentes, casi siempre guiada hacia un aprendizaje memorístico, y por prácticas de laboratorio en las que simplemente se sigue una receta: nada interesante, ni emocionante, ni atractivo; pero principalmente la dificultad en el aprendizaje radica en que los jóvenes no se identifican con el discurso, no encuentran conexión entre los conceptos y las explicaciones que dan sus maestros pues recurren a ejemplos abstractos, casi inverosímiles, lejanos y fuera de su cotidianidad, tampoco es frecuente conocer a una persona que trabaje en ciencia, ni es popular saber del trabajo científico y como afecta nuestra realidad. Al observar los bajos resultados en evaluaciones, la mínima información que tienen los estudiantes para dar explicaciones a problemas, los muy pobres argumentos para resolver situaciones de su vida, la apatía general para las actividades propuestas y las muy pocas participaciones dentro de las clases, nos damos cuenta que este conocimiento no se ha adquirido.
De esta manera existe la necesidad creciente de mejorar la forma de impartir el conocimiento de la Química Orgánica, ofreciendo alternativas diferentes, significativas, con actividades motivantes y que den explicación a procesos conocidos por el estudiante y que a la vez logren desarrollar habilidades y pensamiento científico.
Por otra parte, las moléculas con grupos orgánicos oxigenados son muy frecuentes en el entorno del hombre, muchas de estas son producidas por plantas y animales, las cuales son fundamentales en las interacciones entre estos. Estas interrelaciones, estudiadas por la Ecología Química, pasan en general desapercibidas para el hombre común pero son frecuentes en la atmósfera, son esenciales para mantener el equilibrio de la naturaleza y se generan a través de señales como resultad de la liberación de compuestos orgánicos volátiles por parte de los seres vivos
El hombre aprovecha muchas de estas moléculas ya sea por extracción directa o elaborándolas a partir de otras sustancias para fabricar diferentes artículos que habitualmente usamos. Estos compuestos también se encuentran en diferentes alimentos sin procesar y se pueden relacionar con los sabores y olores de los mismos.
Existen lecturas y artículos de investigación publicados sobre los compuestos orgánicos que sintetizan y liberan plantas y animales, en su proceso de comunicación. Se pueden encontrar también otros escritos de un adecuado nivel de comprensión para estudiantes de bachillerato donde se explican los procedimientos, métodos, alcances y limitaciones en la extracción de moléculas orgánicas, mostrando en ellos los objetivos y conclusiones de estas investigaciones. Todo este material es escasamente usado por los docentes de educación media, a pesar del avance en las comunicaciones poco se aprovechan para conocer, valorar y aprender del trabajo de los científicos, por esto en este trabajo se sugiere el uso de este material validando así lo que afirma Campanario (2004), “por medio artículos de investigación podemos acceder al trabajo diario de los investigadores y presentar una visión más cercana a la realidad de los procesos de construcción de la disciplina y aprender sobre la dinámica de la ciencia”.
Aunque en la Educación Media en el último grado, ya se tienen conocimientos de varios conceptos fundamentales de química, tales como estructura, enlace, fuerzas intermoleculares, propiedades químicas y físicas de la materia, en general, en la enseñanza de la química orgánica se sigue usando el mismo formato a saber: la explicación por parte del docente con base en lo propuesto por los textos y programas, los cuales casi en su totalidad se centran en algunas actividades simples y aisladas como las incluidas a continuación: dar a conocer las reglas de nomenclatura; mostrar la tabla de los grupos funcionales y realizar múltiples estructuras de compuestos, o dar los nombres a estructuras de otros compuestos; y en consecuencia no se aprovechan los temas y conceptos ya vistos y las habilidades de comprensión de lectura, de escritura y de manejo de la tecnología, que ya para este nivel se han desarrollado en alto grado.
Todo lo anterior, contribuye a la apatía y falta de interés. hacia las clases especialmente de la química, mostrada por numerosos grupos de estudiantes, quienes tampoco reciben estimulo suficiente ni se interesan en los procesos de lectura que se dan en el aula.
Esta propuesta se plantea para desarrollarla en el grado once de la Institución Educativa colegio Fundación Nuevo Marymount y pretende consolidar el aprendizaje de los grupos funcionales oxigenados orgánicos, a través de un aprendizaje significativo articulando los conceptos aprendidos previamente y las habilidades de lectura y uso de herramientas tecnológicas ya adquiridas y de esta manera desarrollar las competencias interpretativas, argumentativas, propositivas y sociales necesarias para el logro de los objetivos propuestos en los programas oficiales, a través un aprendizaje serio y permanente y así alcanzar los estándares curriculares para ciencias naturales y educación ambiental (MEN, 2007).
Con este trabajo se intenta evitar la enseñanza centrada en la acumulación de conceptos y contenidos, y en su lugar recurrir a una metodología activa y fomentar una mayor participación del estudiante, conduciéndolo hacia la construcción de un espíritu crítico y de un pensamiento científico. Se propone una estrategia didáctica que en su primera parte busca inquietar, generar
OBJETIVO GENERAL
El principal objetivo de esta propuesta es promover un mejoramiento en la enseñanza de la química orgánica en general y específicamente en lo referente a los grupos funcionales oxigenados a través de una serie de actividades que permitan al estudiante una mayor participación a través de actividades que permitan identificar los grupos funcionales oxigenados y reconocer sus propiedades a través de la relación estructura química y propiedades; además se espera generar curiosidad con los aspectos químicos de su entorno cotidiano y acercar al estudiante a la realidad del trabajo científico.
1. ASPECTOS TEÓRICOS
1.1. Componente Histórico-Epistemológico
La observación y comparación de la materia y de sus cambios por medio de los sentidos ha estado ligado al desarrollo del hombre. Él en sus diferentes actividades ha transformado la materia con un propósito, seguramente incurriendo muchas veces en errores que los llevaban a obtener nuevas cosas y nuevos conocimientos.
Hay evidencias de procesos o transformaciones realizadas desde los tiempos pre-históricos. El proceso de fermentación quizás es tan antiguo como el ser humano; el alcohol y el vinagre derivados del vino son los compuestos orgánicos más conocidos desde tiempos remotos; el proceso se dio naturalmente en frutas y otros alimentos y el hombre uso las mismas condiciones de la naturaleza para prepararlos con fines utilitarios.
Los egipcios usaron colorantes como el índigo y el púrpura, obtenidos desde las plantas, fabricaron jabones usando la grasa animal, transformaron pieles y usaron plantas como productos medicinales. Todas estas actividades las podemos clasificar en lo que actualmente denominamos química orgánica. (Los árabes en la edad media desarrollaron proceso de producción, separación y purificación de productos orgánicos como el ácido cítrico de los limones, el ácido málico de las manzanas y el ácido fórmico de las hormigas.
Pero la historia da cuenta del origen de este término y de la división entre química orgánica e inorgánica. Desde inicios del siglo XIX, Lavoisier realizó los estudios sobre la combustión, y sus análisis lo llevaron a concluir que los compuestos derivados de seres vivos todos contenían carbono y los que eran de origen mineral no, salvo algunas excepciones ( CO 2. mármol, etc.).
En 1807, El químico sueco J.J. Berzelius, teniendo en cuenta investigaciones previas, desarrolló la llamada “teoría del vitalismo”, la cual afirma que los compuestos orgánicos sólo se podían obtener de organismos vivos, por poseer una “fuerza o halo vital”. La vida era entonces un fenómeno único, que no podía responder a las leyes físicas o químicas establecidas por el hombre, por esto mismo sería imposible, sintetizar en un laboratorio un compuesto orgánico. Sin embargo, algunos interesados en la materia, analizaban ya para esta época, algunos materiales, y sin lograr datos confiables ponían en duda la teoría del vitalismo. Por fortuna, el experimento decisivo fue el realizado en 1828 por Frederick Wöhler, alumno de Berzelius quien en su laboratorio sintetizó la “urea”, este compuesto era ya reconocido como residuo de los seres vivos; la reacción se obtuvo por el calentamiento del cianato de amonio, compuesto clasificado como una sal inorgánica.
Sin embargo, el mismo Wöhler todavía daba valor a la “fuerza vital”, pues el cianato de amonio se había obtenido a partir del cianuro originado desde los cuernos de animales.
En 1844, Kolbe discípulo de Wöhler, preparó ácido acético a partir de carbono y agua, y se realizaron en esa época, una serie de reacciones de síntesis de compuestos orgánicos, tales como la alanina por Streckrer, la glicerina por Fiedel, y otros compuestos como metano, y alcohol etílico por Berthelot. En la década de 1850, numerosos químicos estaban convencidos que los
Sin embargo se deben considerar otros factores importantes como por ejemplo, que el concepto de grupo funcional está fundamentado en los conceptos de enlace y de hibridación, que explican la estructura tetravalente del carbono, la cual genera una estructura y comportamiento químico singular a compuestos con cadenas carbonadas. Las principales razones por las cuales existe la química orgánica como química de los compuestos del carbono se resumen básicamente en la capacidad del átomo de C de formar enlaces consigo mismo es decir largas cadenas, lineales o ramificadas, ciclos aislados o condensados, enlaces múltiples y todas las posibles combinaciones de las anteriores propiedades.
El interés de las moléculas de la vida ha permanecido por siempre, y con el desarrollo de los diferentes métodos de análisis, y el conocimiento de sus propiedades biológicas se ha generado un gran avance de la química de los productos naturales por ejemplo, en la cual se aíslan y analizan las moléculas generadas por los seres vivos, animales, plantas y microorganismos, estructuras que han sido copiadas por reacciones de síntesis en los laboratorios y se han convertido en modelos para su preparación a nivel industrial en la formulación y producción de diferentes productos como alimentos, bebidas, medicinas, textiles, materiales de construcción etc. Un buen ejemplo es la extracción del caucho natural a partir del árbol ahora conocido como el “árbol del caucho” (Hevea brasilensis Euphorbiaceae ) del cual se obtiene una materia prima, poco útil en su estado natural, pero que a través de aditivos y reacciones químicas se logró la obtención de un producto elástico, moldeable y termoestable, que durante el siglo XX generó la “era del caucho” u “oro blanco” (Goodyear 1800-1860)
A partir del caucho natural se ha desarrollado la reconocida industria de los polímeros, la incluye, polietilenos, polipropileno poliésteres, poliamidas, poli acrílicos y poli carbonatos entre otros, base fundamental de la industria química actual, donde se siguen investigando estructuras novedosas y transformándolas químicamente con el fin de sintetizar nuevos productos con nuevas propiedades deseables.
Desde sus inicios los compuestos orgánicos y derivados de las plantas así como ellas mismas se estudiaban y consideraban de manera aislada, sin embargo Hacia 1960, Thomas Eisner, un apasionado estudioso de la naturaleza descubrió y definió las interacciones químicas que existen entre los componentes de una comunidad, estableciendo los fundamentos de la Ecología Química, la cual se encarga de estudiar las diferentes interacciones entre individuos de igual o diferente especie y los resultados de esta comunicación química. Esta interacción se da a través de señales específicas transmitidas por sustancias químicas volátiles, de gran importancia en el desarrollo y evolución de numerosas especies. (Eisner T, 1959). El descubrimiento de la reacción química que ocurre en las glándulas del escarabajo conocido como “bombardero”, clasificado como un mecanismo de defensa es un hecho científico, que inició esta ciencia interdisciplinaria, Conocida como Ecología Química. Este y otros descubrimientos originaron diversos grupos de interés y el establecimiento de importantes centros de investigación multi-disciplinaria, como por ejemplo el laboratorio de ecología química en la Universidad de Cornell (Ithaca, New York), Iniciándose así los primeros estudios en los que se analizaba la relación entre los componentes químicos que los seres vivos liberan y que son los responsables de la interacción y de las respuestas derivadas asociadas.
Hoy se conocen múltiples estudios y artículos científicos donde se identifican las sustancias químicas orgánicas liberadas por seres vivos, y teniendo en cuenta la estructura y propiedades de estas se explica el comportamiento y las interacciones que en ellos se dan, podríamos decir que el lenguaje químico, los símbolos, las fórmulas, las estructuras traduce el lenguaje de la naturaleza y lo vuelve tan universal como esta misma.
Los modelos usados para explicar los procesos en ciencias se han beneficiado de los avances tecnológicos; es así como, el maestro puede aprovechar las dimensiones e imágenes que en el tablero son imposibles de mostrar, las explicaciones y la comprensión de conceptos y los procesos se hacen más comprensibles recurriendo a animaciones, simulaciones etc. Pero si nos quedamos solamente en este aspecto, podemos llegar a perder otras habilidades como son la de leer, interpretar, analizar y proponer en torno a un documento escrito, y otras de igual importancia como son las habilidades de interacción, sociales (personales) trabajo en equipo, y un poco más específicas para el trabajo en ciencias tales como las habilidades en el uso de técnicas de manipulación, observación y análisis de grupos, las cuales se deben ejercitar cotidianamente, pues de no hacerse, se corre el riesgo de disminuir en los individuos la capacidad social y cognitiva.
Considerando todo lo anterior, las actividades planteadas en esta propuesta buscan aprovechar el último año de enseñanza media, para desarrollar o potencializar las diferentes habilidades en el alumno y de esta manera afianzar su conocimiento, pues lo que la experiencia nos dicta es que cuando un aprendiz comprende lo explicado por “expertos”, y cuando él mismo logra hacer o cuando es capaz de explicar a otros, él le da valor al conocimiento, lo empodera, lo identifica y lo anima a seguir aprendiendo.
1.3 Componente Disciplinar.
De acuerdo a los objetivos propuestos, para lograr un mejoramiento en el proceso de la enseñanza aprendizaje de química orgánica, comenzaremos por definirla como el estudio de los componentes de los seres vivos los cuales todos contienen átomos de carbono ; es decir es la química de los compuestos de carbono ya sean de origen natural o sintético.: los primeros se encuentran en la naturaleza y los segundos se preparan en el laboratorio, vía procesos de síntesis..
Los compuestos orgánicos en general están constituidos por elementos del primer periodo de la tabla periódica, con carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON), los cuales se denominan elementos mayores; además intervienen otros elementos en menores cantidades como son; Na, Ca, K, Mg, S, P, Cl, Br; I, Fe, Zn, Se y otros, los cuales se conocen como los componentes menores.
Estos elementos están caracterizados por su número atómico (Z) y masa atómica (A), los cuales originan lo que conocemos como la distribución electrónica, según los postulados de Bohr. Esta distribución electrónica conlleva la localización de los electrones de cada elemento en los orbitales atómicos, que se definen como los espacios definidos por la función de onda en los cuales podemos encontrar un electrón y que poseen formas definidas asociadas a sus nombres; los de mayor participación en los compuestos orgánicos oxigenados de nuestro interés son;
Los orbitales s de forma esférica ( spherical ) Los orbitales p de forma perpendicular ( perpendicular ) Los orbitales d de difuso ( diffuse) Los orbitales f de fundamental ( fundamental ).
A continuación se incluye una descripción de las características estructurales del átomo de carbono
1.3.1 El átomo de Carbono
El carbono (C), es un átomo pequeño, con número atómico de 6, y masa de 12; se encuentra encabezando el grupo 14 de la tabla periódica. En su estado fundamental, como los demás átomos el carbono se caracteriza por presentar sus electrones constitutivos distribuidos en orbitales atómicos, de los cuales solamente se ocupan los dos primeros niveles de energía, con la siguiente distribución, en la cual en el primer nivel solo se encuentran dos electrones apareados, denominados 1s^2 ; en el segundo nivel se encuentran los cuatro electrones restantes distribuidos de la siguiente manera; dos de ellos se encuentran apareados en el orbital 2s^2 , y los otros dos, se distribuyen cada uno ocuparía un orbital p perpendicular.( 1s^2 , 2s^2 , 2px^1 2py^1 2pz^0 ). Sin embargo el comportamiento de los compuestos del carbono no soportan esta propuesta, y se han elaborado nuevas distribuciones electrónicas denominadas estados híbridos con mayor estabilidad cinética y termodinámica.