La tarea experimental en las Ciencias Naturales. Un acercamiento al método investigativo la actividad científica

1. Resumen
3. Procedimiento para aplicar el método investigativo mediante las tareas experimentales
4. Ejemplos de tareas experimentales para la Química general relacionadas con las formas del experimento químico docente
5. Conclusiones
6. Bibliografía

Resumen:

En el artículo que presentamos realizamos una propuesta de procedimiento para aplicar el método investigativo mediante las tareas experimentales las cuales se relacionan con las formas de organización del experimento químico docente y tiene en cuenta la utilización de las tecnologías de la informática y las comunicaciones. Aparecen ejemplos de tareas experimentales para la disciplina Química General.

Introducción:

En las condiciones actuales de formación del profesional, Licenciatura en Educación Especialidad de Química y Ciencias Naturales en las Universidades Pedagógicas, la actividad experimental sigue jugando un papel fundamental y necesita un tratamiento didáctico que posibilite adecuarlo a las nuevas modalidades de formación del profesional, de forma tal, que sirva de modelo de actuación profesional y prepare a los estudiantes para su actividad laboral.

En Cuba, desde el siglo XIX, destacados intelectuales y pedagogos como Félix Varela, Enrique José Varona, José de la Luz y Caballero, entre otros, vislumbraron y argumentaron la necesidad de una enseñanza experimental y científica, al respecto Félix Varela planteaba:

" En la Química los hechos son numerosos y variados: esto ejercita la memoria son implicados y a veces difíciles de desenvolver; esto produce la sagacidad y acostumbra la atención. Dicha ciencia presta materia a muchas deducciones y esto ejercita el raciocinio.

Los objetos son sensibles se tienen entre las manos y puede ocurrirse a la experiencia y a la observación, ya sea para no equivocarse en las deducciones, ya para cotejar y rectificar los resultados cuando se ha concluido" ( Varela en Torres Cuevas, 1997, p.336.)

El enfoque metodológico en el tratamiento del experimento en las Ciencias Naturales ha transitado desde un enfoque ilustrativo hasta el investigativo.

Trabajos realizados por autores cubanos y extranjeros han tenido como propósito la elaboración de nuevos modelos de enseñanza- aprendizaje y estrategias que apuntan a la utilización del enfoque investigativo. Algunos de estos modelos se sustentan en el enfoque constructivista, estudio de la metacognición y las técnicas de instrucción, Pozo y Gómez Crespo (1994) y Gil, Navarro y González (1998), entre otros, en Cuba aparecen resultados fundamentados en una enseñanza desarrolladora, Rojas Arce y Achiong Caballero (1992) y en la teoría de la actividad, Urquijo ( 1990).

En el tratamiento específico del sistema de prácticas de laboratorio, como forma del experimento docente y de la clase, utilizando el enfoque investigativo, encontramos resultados de los autores Cardero Naranjo y Vidal Castaño (2004), para la carrera de Ciencias Naturales de la Universidad de la Habana; del colectivo de profesores del departamento de Química de la Universidad Pedagógica "Félix Varela" (1991 y 1996); y Urquijo y colaboradores en la Universidad Central de Villa Clara( 1990).

Estos autores han centrado su atención en el acercamiento a la actividad científica mediante las estrategias y modelos propuestos, lo cual presupone la utilización de los métodos de investigación y particulares de la ciencia, tomando como método de enseñanza el investigativo.

En el artículo que presentamos realizamos una propuesta de procedimiento para aplicar el método investigativo mediante las tareas experimentales las cuales se relacionan con las formas de organización del experimento químico docente.

Desarrollo:

Procedimiento para aplicar el método investigativo mediante las tareas experimentales.

El método investigativo posibilita la integración de las formas del experimento químico docente con una concepción sistémica (entre las formas) y sistemática (en todo el programa). La aplicación de este método se facilita con el procedimiento asociado a las tareas experimentales que concretan las acciones y operaciones a realizar por los estudiantes, en correspondencia con las exigencias de los objetivos y las características de los contenidos.

El procedimiento que proponemos se fundamenta en los modelos investigativo aplicados a la enseñanza de las Ciencias Naturales, los cuales se basan en aspectos del método científico: planteamiento del problema, emisión de hipótesis, la determinación de las variables, búsqueda de la solución y el análisis del resultado.

En correspondencia con los modelos planteados por Rojas Arce y Urquijo, asumimos una propuesta de solución teórica (respuesta anticipada o hipótesis) y una experimental.

Las etapas del procedimiento lo convierten en método de solución de la tarea, por lo que coinciden con aspectos de la estructura de solución de un problema propuesto por Labarrere A. (1998) y del método de solución de las tareas experimentales en Física, de Haza Leiva J. (2002), diferenciándose en la aplicación e integración de estos elementos. A continuación exponemos las etapas del procedimiento:

• Planteamiento o elaboración de la tarea experimental
• Análisis de la tarea experimental
• Propuesta de las vías de solución
• Ejecución del experimento
• Análisis del resultado y del proceso

El planteamiento o diseño de la tarea estará en correspondencia con los objetivos, contenidos, las formas del experimento químico docente, etapas para la formación y desarrollo de las habilidades experimentales, tipología y características de los estudiantes.

El análisis de la tarea parte de la orientación precisa que debe brindar el profesor con respecto al objetivo que se persigue, la vinculación con los contenidos precedentes, la significación práctica y profesional (acciones que permitan una motivación inicial), propiciando que el estudiante se familiarice con el texto o las condiciones para su elaboración y se oriente en los elementos esenciales. Integra dos aspectos importantes, la comprensión y la interpretación.

La comprensión del texto de la tarea requiere de :

• La reformulación del objetivo en función de su comprensión personal.
• La lectura general y analítica del texto de la tarea, señalando las ideas importantes para poder dar respuesta a las siguientes interrogantes: ¿qué me piden en la tarea?, ¿cuáles son las condiciones?, ¿ con qué aspectos teóricos se relaciona?, ¿ qué otra información necesito?; por lo tanto, tiene que ubicarse en los elementos esenciales del texto, lo cual le facilita una adecuada interpretación de la tarea.

La interpretación de la tarea ( relacionada con el tipo de tarea) tiene en cuenta, la delimitación del objeto químico y su representación, la determinación de datos esenciales, no esenciales y que falten u otra información que se necesite, la determinación de los posibles cambios en el sistema a partir de las manifestaciones químicas observables, las variables a controlar en el experimento y de la modelación de la tarea.

En esta etapa se recurre a acciones en el plano externo al utilizar procedimientos gráficos, esquemas, mapas, que permiten modelar la tarea y contribuyen a la reflexión interna al determinar los principales nexos entre los componentes esenciales: objeto químico, datos, información, variables y contenidos teórico- prácticos precedente.

Esta relación entre el plano externo e interno mediante la modelación, parte de lo concepción de Galperin (1966) y trabajos de Labarrere A. (1988) y Haza Leiva J. (2002), con una aplicación diferente en el experimento químico.

La propuesta de las vías de solución marca el camino que debe seguirse para arribar a la respuesta exigida, es una etapa de planificación con una visión perspectiva, comprende aspectos teóricos, experimentales y experimentales virtuales, a continuación se explica cada uno:

Teórico- experimental: considera una respuesta teórica anticipada que pueda incluir cálculos químicos, de ser necesarios, y una propuesta experimental mediante un esquema de acciones en orden lógico, donde se plasma el diseño experimental; las relaciones con las habilidades, métodos y técnicas; la selección adecuada de útiles y reactivos; y previsión de cómo se procesarán los datos experimentales, ambas respuestas estarán muy relacionadas con las condiciones que se ofrece en el texto de la tarea.

Experimental: se realiza una propuesta experimental, que puede expresarse mediante un esquema de acciones en orden lógico, donde se establece el diseño experimental similar a la propuesta anterior, a partir de modelos, modo de operar o instrucciones detalladas, cuando la tarea corresponde con un primer nivel; para tareas relacionadas con un segundo o tercer nivel tienen que aplicar ( transferir) vías experimentales conocidas o proponer nuevas vías .

Teórica: considera una propuesta de solución teórica que parte de la información experimental que se ofrece en el texto de la tarea, mediante una demostración virtual o real y búsqueda por diversas fuentes, la cual debe ser procesada analítica y gráficamente, puede incluir cálculos químicos y se requiere la determinación de regularidades para llegar a generalizaciones.

Virtual experimental: esta propuesta de solución requiere de una etapa previa de familiarización con el software que les permita tener un conocimiento de las posibilidades que brinda y las formas de interactuar, para lograr un diseño experimental virtual que también incluye la selección de útiles y reactivos, condiciones del experimento, orden lógico de las operaciones, formas en que se registran los datos etc.

La propuesta de las vías de solución estará en dependencia de la forma del experimento químico docente que se trate, en el caso de la demostración, está dirigida a la observación, descripción, modelación del fenómeno químico, procedimiento para procesar la información, por lo tanto no es necesario una solución experimental, solo teórica.

En el caso de la práctica de laboratorio y el experimento de clase si requieren de una solución teórico- experimental, experimental o experimental virtual.

La ejecución del experimento comprende la realización de las acciones previstas en el diseño experimental, es un proceso flexible donde el estudiante puede ir efectuando reajustes en dependencia de las condiciones reales o virtuales en que la actividad se desarrolla. La planificación adecuada del diseño experimental es lo que permitirá que se pueda lograr una ejecución consciente y racional.

Durante el desarrollo de esta etapa debe tenerse en cuenta el nivel alcanzado por cada escolar en particular y el grupo en general y brindar niveles de ayuda a través de preguntas reflexivas; propiciar la valoración y autovaloración de los resultados parciales que se van obteniendo.

Esta etapa tiene diferencias sustanciales en relación con el tipo de tarea y las formas del experimento químico docente; en la demostración no se ejecuta la parte experimental, por lo tanto la actividad estará dirigida al registro de la información obtenida de la observación, las anotaciones esenciales, no esenciales o que faltan, establecimiento de relaciones entre las variables observadas, descripción a partir de estas anotaciones y análisis de los resultados parciales mediante comparación con la respuesta anticipada.

En los casos del experimento de clase y la práctica de laboratorio, los estudiantes ejecutan la actividad experimental, por lo tanto hay que tener en cuenta las acciones propuestas en el esquema, las anotaciones realizadas, las formas de procesar la información obtenida, la corrección de las habilidades experimentales, las relaciones entre las variables observadas, el análisis parcial y total de los resultados obtenidos y la comparación con la respuesta anticipada.

Cuando la ejecución es virtual también se siguen las acciones del diseño previsto y hay que lograr la interactividad en dependencia del software utilizado .

El análisis del resultado y del proceso, permite valorar la efectividad del diseño experimental, la correspondencia de la respuesta anticipada con los resultados finales y parciales que se van obteniendo, remodelar las propuestas realizadas, percatarse de los errores teóricos o experimentales, establecer regularidades para llegar a generalizaciones, constatar si el resultado final satisface el objetivo y las exigencias de la tarea.

Ejemplos de tareas experimentales para la Química general relacionadas con las formas del experimento químico docente.

Tarea Experimental #1:

Como profesor usted debe realizar un experimento demostrativo para explicar el funcionamiento de una pila y cuenta con los siguientes reactivos: Zn(s), ZnSO4(ac), KMnO4(ac), H2SO4(ac), Fe(s), FeSO4(ac), Cu(s), CuSO4(ac), C(grafito), KCl(ac)

1. Realice la propuesta de construcción de los diferentes tipos de pilas.
2. Represente mediante diagramas.
3. Escribe las ecuaciones anódicas y catódicas.
4. Calcule la f.e.m. de la pila en condiciones normales y utilizando la concentración que aparece en los frascos de reactivos.
5. Realice la propuesta del experimento teniendo en cuenta una selección adecuada de útiles y reactivos.
6. Procede a realizar el experimento.

Tarea Experimental #2:

Un profesor de onceno grado necesita llevar al aula una demostración sobre reacciones redox espontáneas y cuenta con los siguientes reactivos: Zn(s), ZnSO4(ac), KMnO4(ac), KOH(ac), H2SO4(ac), KI(ac), H2O2(ac), MnO2(s), Fe(s), FeSO4(ac), Cu(s), CuSO4(ac)

1. Proponga las reacciones que este profesor puede utilizar a partir del análisis de los potenciales.
2. Plantee las ecuaciones.

Tarea Experimental # 3:

Un profesor de onceno grado realiza un experimento de clase sobre electrólisis, empleando tres variantes diferentes:

• Disolución de sulfato de sodio; utilizando como indicador bromotimol azul; y barras de carbono (grafito).
• Disolución de yoduro de potasio; empleando como indicador fenolftaleína y unas gotas de almidón; y barras de carbono (grafito).
• Disolución de sulfato de cobre (II); utilizando como indicador anaranjado de metilo; lámina de cobre y barra de carbono (grafito).

1. Dibuje el diagrama de la celda electrolítica indicando cada una de sus partes.
2. Plantee las posibles reacciones anódicas y catódicas para cada variante (considere las condiciones estándar y pH neutro).
3. Plantee la ecuación total del proceso que debe verificarse.
4. ¿Qué manifestaciones serán observables en cada electrodo?. Fundamente.
5. Procede a realizar el experimento.

Conclusiones:

El método investigativo se puede aplicar mediante un procedimiento que tenga en cuenta la tarea experimental como medio de concreción en una clase, que permite el acercamiento a la actividad científica.

Las tareas relacionadas con el tema de oxidación reducción sirven de ejemplo para la aplicación del procedimiento.

Bibliografía:

1. Cardero Naranjo, Alicia y Vidal Castaño, Gonzalo. El laboratorio Químico en apoyo a la formación científica de los estudiantes. [ En línea ]. Accesible en http://169.158.24.166/texts/pd/1894/02/2/189402202.pdf, 2004 (consultado 15/11/04 ).
2. Galperin, P. Ya. Introducción a la psicología. – – Ciudad de la Habana: Editorial Pueblo y Educación, 1982.
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5. _____________________ . Pensamiento, análisis y autorregulación de la actividad cognoscitiva de los alumnos. – México: Ángeles editores, 1994.
6. _____________________ . Bases psicopedagógicas de la enseñanza de la solución de problemas matemáticos en la escuela primaria. – – La Habana: Editorial Pueblo y Educación, 1987.
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17. Urquijo García. Pilar . Perfeccionamiento de un sistema de condiciones psicopedagógicas, para la enseñanza de las prácticas en Química General / Pilar Urquijo García…[et al]. – – UCLV: Material mimeografiado, 1981.

Autor:

MSc Ena Machado Bravo

MSc Efraín Martínez Sardá

Universidad Pedagógica " Félix Varela" Villa Clara.