Las tareas experimentales en la enseñanza de la Química

1. Resumen
3. Acerca de las tareas experimentales
4. Ejemplos de tipos de tareas experimentales
5. Conclusiones
6. Bibliografía

Resumen:

La aplicación del enfoque investigativo se facilita mediante un procedimiento que tenga en cuenta la utilización de las tareas experimentales, en este artículo hacemos referencia al tratamiento teórico de las mismas, su relación con las formas del experimento químico docente y su tipología. Para clasificar las tareas experimentales consideramos como invariantes pedagógicas: objetivos, información, vías de solución, variables a controlar y objeto químico.

Introducción:

En la enseñanza de las ciencias naturales el experimento docente desempeña un papel fundamental ya que, además de despertar el interés por el aprendizaje y de crear incentivos para la mejor asimilación del contenido, de permitir a los alumnos el trabajo colectivo y práctico como fuente de adquisición de los conocimientos, también contribuye a que ellos aprendan a ver en la práctica la confirmación de las teorías y postulados científicos.

El estudio de los fenómenos en las condiciones propias del aula y de los laboratorios, separándose de la naturaleza circundante, constituye un arma valiosa del poderoso método experimental de las ciencias naturales. El experimento docente en la escuela es un reflejo del método científico de estudio de los fenómenos químicos; por eso, aunque no se identifica exactamente con el experimento científico, le son propios determinados elementos fundamentales de este.

La Química es una ciencia esencialmente experimental, por lo tanto en su enseñanza la actividad práctica está íntimamente relacionada con el experimento docente vinculado a su objeto de estudio, las sustancias y sus transformaciones. El experimento químico juega un papel decisivo en determinados aspectos del proceso de enseñanza de esta ciencia:

• Como fuente de conocimiento
• Como medio necesario y en ocasiones único para demostrar la validez o no de las hipótesis
• Como uno de los medios fundamentales para la formación de habilidades y hábitos en esta ciencia.
• Como medio para formar intereses en los alumnos hacia el estudio de las ciencias, desarrollando en ellos el carácter observador, la curiosidad, la iniciativa, la laboriosidad, la creatividad y las aspiraciones para perfeccionar los conocimientos teóricos.

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 del I.S.P "Félix Varela" (1991 y 1996); y Urquijo y colaboradores en la Universidad Central de Villa Clara( 1990).

La aplicación del enfoque investigativo se facilita mediante un procedimiento que tenga en cuenta la utilización de las tareas experimentales, en este artículo hacemos referencia al tratamiento teórico de las mismas, su relación con las formas del experimento químico docente y su tipología.

Desarrollo:

Acerca de las tareas experimentales.

Las tareas experimentales desempeñan un papel fundamental en el enfoque investigativo de las diferentes formas organizativas del experimento químico docente y en el desarrollo de las habilidades (lógicas generales, experimentales e investigativas), Rojas Arce señala al respecto que:

"La tarea constituye el medio fundamental a través del cual se puede organizar el proceso de formación y desarrollo de las habilidades experimentales con un carácter sistémico, articulando todo el conjunto de ellos con arreglo a los criterios de desarrollo por etapas, aumento de la complejidad de las acciones y la elevación de la independencia de los estudiantes". (1988, p. 26.)

Históricamente se han identificado de manera errónea las técnicas que se elaboran para la realización de los experimentos con las tareas experimentales, cuando en realidad estas últimas contienen a las primeras . En las tareas experimentales que proponemos en la tesis, generalmente no empleamos técnica operatoria y cuando lo hacemos conlleva a un proceso de análisis y transformación para su comprensión personal.

Las tareas experimentales pueden tener diferentes niveles de complejidad y estar relacionadas con el desarrollo de habilidades operacionales o técnicas que necesitan de reiteración para su consolidación, pero también pueden estar relacionadas con problemas químicos docentes donde la interrelación de los aspectos cualitativos, cuantitativos, teóricos y experimentales permiten buscar una solución adecuada. En la solución de las tareas experimentales pueden emplearse programas de computación interactivos.

Diferentes autores tratan de plantear como diferencia distintiva entre las tareas teóricas y experimentales, la solución de esta última a partir de la propia experiencia, al respecto Leyva Haza, J. plantea:

" La diferencia distintiva entre estos tipos de tareas consiste en que en la tarea teórica se trabaja con información tomada de la realidad por otra persona, que no es la que acomete la solución, esta información puede estar dada directamente en el enunciado de la tarea (tareas de enunciado cerrado) o puede ser el resultado de acotaciones y / o búsquedas durante el proceso de solución en manuales, libros, tablas etc. (tareas de enunciado abierto), pero nunca en la propia experiencia, en caso contrario la tarea seria experimental". ( 2002, p. 63. )

Este autor considera la siguiente definición de tarea experimental :

" …es la que encuentra su solución mediante la transformación teórica del modelo del fenómeno físico y la realización del experimento que es medio para obtener información decisiva para la solución, y constituye además, la dirección en que se proyectan todas las acciones". ( 2002, p.98.)

" Se denominan tareas experimentales las tareas en las que el experimento sirve de medio de determinación de magnitudes, necesarias para la resolución, brindar respuesta a la pregunta planteada en la tarea o es medio de comprobación de los cálculos hechos de acuerdo con los datos ". ( Bugaev, 1984, p.249. )

En ambas definiciones se centra la atención del experimento como método de solución, con el desarrollo de la informática la solución puede darse a partir de una experiencia virtual, lo que puede enriquecer estas definiciones, proponemos expresarla de la siguiente manera:

La tarea que encuentra su solución mediante la transformación teórica del modelo del fenómeno químico y la experimentación virtual o real que permite obtener, procesar y analizar la información decisiva para su solución y constituye además la dirección en que se proyectan las acciones.

Las tareas experimentales pueden considerarse como un problema cuando el método de solución es desconocido por los alumnos que necesitan de deducciones lógicas a partir de conocimientos prácticos y teóricos para buscar la vía adecuada. La búsqueda de las vías de solución en un problema experimental resulta compleja, pues integra conocimientos teóricos y prácticos, así como habilidades generales y experimentales.

Es importante hacer referencia a algunas precisiones con respecto a las tareas experimentales:

1. La solución de la tarea depende del grado de concientización que los alumnos hagan de las contradicciones y exigencias que se dan en las mismas; ahí radica su fuerza motriz principal, pero esta interrelación está mediatizada por otros elementos dentro del ámbito escolar que pueden ser:

• Su estado afectivo y motivacional que condiciona la realización de un esfuerzo mental.
• Su desarrollo volitivo que garantiza la persistencia y tenacidad.
• El desarrollo de sus procesos cognitivos que le permitan descubrir o no las propiedades esenciales de los elementos que intervienen y que propicien la solución de las contradicciones planteadas.
• Su interrelación con los demás alumnos, la familia y la sociedad que le pueden compulsar moralmente
• El estado del colectivo estudiantil, sus verdaderos valores, inclinaciones y disciplina.

1. Las tareas son generalmente planteadas por el profesor como dirigente del proceso, pero también pueden surgir de las propias contradicciones que aprecia el alumno dentro del proceso de aprendizaje.
2. El control de los resultados alcanzados y del proceso de solución de las tareas por el profesor es decisivo, pero también juega un papel importante el proceso de autocontrol del estudiante, así como del que se deriva de la interacción con los condiscípulos.
3. Para resolver tareas experimentales o diseñarlas es necesario que el estudiante desarrolle habilidades en la búsqueda y procesamiento de la información por diversas fuentes, así como el dominio de los conocimientos relacionados con ellas.
4. El aprendizaje de los alumnos a través de la solución de las tareas difiere entre cada uno de ellos, por tal razón debe evitarse la imposición de un punto de vista que no haya sido asimilado conscientemente a partir de la comparación del camino elegido por cada cual, con el escogido por los demás.

En la bibliografía consultada no aparece una clasificación exacta de las tareas experimentales para la enseñanza de la química, en el caso de la Física, Leyva Haza, J. (2002), propone una clasificación atendiendo al método de solución; Rivero, H. ( 2003 ), realiza un análisis de las tareas teóricas en la Física atendiendo al enunciado ( tareas cerradas, semiabiertas y abiertas ), la cual nos resulta una propuesta interesante y de aplicación para las tareas en Química. Al respecto, Rojas Arce, C. ha expuesto tres direcciones fundamentales, en función de los objetivos generales, que debe cumplir el experimento químico docente y que permite establecer una tipología: ( 1988, p.26.)

2. Experimentos dirigidos fundamentalmente a la introducción y estudio de una técnica experimental nueva.
3. Experimentos dirigidos al estudio de un contenido dado.
4. Experimentos que combinan la introducción de técnicas experimentales y el estudio de nuevos contenidos.

Otros autores como Jodakov V, Yu., Shapovalenko S.G. y Polosin V. S. ofrecen una clasificación de los problemas químicos, asumiendo dos grandes grupos: problemas químicos cuantitativos y cualitativos. Para esta división se basan en la ausencia o no del cálculo matemático en su solución, en el caso de los problemas cualitativos refieren: "No necesitan de cálculo en su resolución y existe una estrecha relación entre los conocimientos y las habilidades". ( 1981, p.33.) Las tareas experimentales están muy vinculadas con estos aspectos, pueden ser cualitativas o cuantitativas, a partir de la solución que se emplee , la información que se ofrezca , el procesamiento de la información y el control de las variables.

En las cualitativas la información y las variables a controlar, relacionadas con el objeto químico, refieren aspectos tales como: cambio de color, desprendimiento gaseoso, formación o desaparición de precipitados, intercambio de energía con el medio etc., no necesitan mediciones de magnitudes físicas, ni de cálculo para su solución. Las tareas cuantitativas incluyen aspectos cualitativos, las variables a controlar se vinculan con magnitudes físicas y se requieren del cálculo para su solución.

Para la clasificación de las tareas experimentales proponemos considerar las siguientes invariantes pedagógicas: objetivos, información, vías de solución, variables a controlar y objeto químico , las cuales tienen una interdependencia. En la clasificación referente a los objetivos, coincidimos con la que ofrece Rojas Arce C.; en función de la información, variable y solución, estas pueden ser cualitativas y cuantitativas.

A partir de la información, que puede aparecer de forma explicita o no en las tareas, las clasificamos en: abiertas, semiabiertas o cerradas.

Las tareas cerradas precisan de una información completa y explícita en el enunciado, relacionadas con datos, constantes universales, útiles, reactivos, condiciones en que se verificará la experiencia ( virtual o no ) y el objeto químico.

En las tareas semiabiertas no se precisa toda la información, la cual el estudiante debe buscar en función de su preparación, se define el objeto químico y reactivos que utilizará , las condiciones y útiles pueden variar y no ofrecerse de forma explícita .

En las tareas abiertas no se precisa la información, la cual el estudiante debe buscar, se ofrece una diversidad de reactivos, útiles y condiciones para realizar la experiencia ( virtual o no ) y el objeto químico en su especificidad varía .

Por las vías de solución pueden ser : experimental, teórica o teórica- experimental. Las tareas que se resuelven por una vía experimental están relacionadas con la preparación para el laboratorio químico y estudio de técnicas experimentales nuevas; las que emplean una vía teórica, son aquellas dirigidas al estudio de determinados contenidos, donde se explica el experimento y se ofrecen los resultados, sin que el estudiante tenga que ejecutar la parte experimental; y las que su solución requiere de una vía teórico-experimental, se vinculan con determinados contenidos pero necesitan de la realización de la parte práctica.

Con el uso de las computadoras y el vertiginoso desarrollo del World Wide Web ( WWW ), han aparecido nuevas fuentes de aprendizaje para la enseñanza de la química que han revolucionado el enfoque tradicional de esta ciencia, específicamente en su actividad experimental, acuñándose términos como

" Educación Química Virtual " y " laboratorio virtual ". Con la utilización de las aplicaciones químicas que usan las normas y tecnologías Web (VchemLab, ModelChemLab, SIR, elementos de multimedia etc.), aparece una nueva vía de solución, la experimental virtual.

La vía experimental virtual posibilita realizar prácticas a través de programas, simulaciones y animados interactivos, donde el estudiante puede seleccionar los útiles y reactivos, establecer las condiciones para el experimento, manipular la dotación y montar aparatos de forma virtual, obtener información y procesarla de forma gráfica, observar el uso correcto de los útiles del laboratorio y técnicas de operación mediante imágenes de alta resolución.

La vía virtual de solución no debe sustituir la experimentación práctica , debe servir de complemento en la preparación previa de los alumnos y solamente en los casos, de no existir las condiciones por escasez de reactivos o útiles, peligrosidad y posibilidad de contaminación ambiental, se empleará esta sola vía.

En nuestra investigación es importante esclarecer el concepto de objeto químico utilizado en la clasificación de las tareas. En la teoría de formación por etapas de las acciones mentales (Galperin, 1965) se declara el objeto de la acción, con respecto al mismo se plantea:

" El cumplimiento de la acción por el sujeto presupone siempre la existencia de determinado objetivo que, a su vez, se alcanza sobre la base de cierto motivo. La acción está siempre dirigida al objeto material o ideal". (Citado por Talízina, 1988, p.57.)

En el experimento el objeto se da en las tres formas, material, materializado e ideal, para comprender el fenómeno químico en su esencia hay que recurrir a la modelación estableciendo los nexos y las relaciones necesarias, y a los contenidos teóricos.

En su tesis de maestría Martínez Sardá E. ofrece la siguiente definición de objeto químico " Es la representación de la interpretación o comprensión de un problema que tiene en cuenta conceptos, leyes y teorías" (2000, p.32.)

El objeto químico en nuestra investigación será el objeto material, materializado e ideal sobre el que recaen las acciones experimentales y teóricas para la solución de las tareas. Está determinado por los conceptos más generales que sirven de líneas directrices en los programas de Química General: sustancia, reacciones químicas, disoluciones y el laboratorio como objeto de estudio.

Atendiendo al objeto químico las tareas experimentales, para la Química General, se clasifican en:

1. Tareas relacionadas con la preparación para el laboratorio.

• Manipulación de útiles.
• Aplicación de operaciones y técnicas experimentales básicas.
• Montaje y pruebas de aparatos, etc.

1. Tareas relacionadas con sustancias químicas ( propiedades).

• Identificación de sustancias.
• Purificación de sustancias.
• Obtención de sustancias.
• Determinación de magnitudes físicas .
• Determinación de fórmulas empíricas y moleculares.
• Etcétera.

1. Tareas relacionadas con las reacciones químicas.

• Interpretación, comprobación y aplicación de las leyes.
• Interpretación, determinación y aplicación de conceptos básicos de cinética, termoquímica, equilibrio químico, equilibrio iónico y oxidación reducción.
• Comprobación de la ocurrencia de las reacciones químicas mediante sus manifestaciones.
• Comprobación y determinación de la energía involucrada en las reacciones.
• Etcétera.

1. Tareas relacionadas con las disoluciones.

• Clasificación de los sistemas dispersos
• Preparación de disoluciones.
• Preparación de disoluciones saturadas, no saturadas y sobresaturadas.
• Determinación experimental de la concentración y composición.

Ejemplos de tipos de tareas experimentales:

Tareas relacionadas con los métodos para ajustar ecuaciones redox.

Tarea Experimental #1A:

Un profesor de química realizará un experimento de clase en preuniversitario para demostrar las propiedades oxidantes del ácido nítrico y necesita formular las ecuaciones químicas. ¿Puede ayudarlo en esta tarea?. Procede a realizar el experimento.

Reactivos a utilizar: Cu(s) , HNO3 (conc.)

Modo de operar: utilice pequeñas cantidades de ácido nítrico y cobre, al aparecer un gas pardo rojizo adicione agua inmediatamente. Puede emplear la cámara de gases para realizar la experiencia.

Tarea Experimental #1B:

Un profesor de química de décimo grado debe realizar un experimento de clase en el tema Cinética Química, para estudiar la influencia de los factores naturaleza de las sustancias reaccionantes y catalizadores en la velocidad de reacción. Necesita plantear las ecuaciones químicas. ¿Puedes ayudarlo en esta tarea?. Procede a realizar el experimento.

Reactivos a utilizar: H2C2O4(ac), H2SO4(ac), KMnO4(ac), MnCl2(s), FeSO4(ac).

Modo de operar: en la primera reacción adicione los reactivos en el siguiente orden, permanganato de potasio, ácido sulfúrico, ácido oxálico y cloruro de manganeso (II). Observe el cambio de coloración.

En la segunda reacción adicione los reactivos en el siguiente orden, permanganato de potasio, ácido sulfúrico, y sulfato de hierro (II). Observe el cambio de coloración.

Tarea Experimental #1C:

Un profesor de onceno grado desea realizar un experimento demostrativo en el tema oxidación-reducción y necesita plantear las ecuaciones. ¿Puedes ayudarlo en esta tarea?. Procede a realizar el experimento.

Reactivos a utilizar: KOH(ac), Na2SO3(ac), KMnO4(ac), KI(ac)

Modo de operar: en la primera reacción adicione los reactivos en el siguiente orden: permanganato de potasio, hidróxido de potasio y sulfito de sodio ; para la segunda reacción sustituya el sulfito de sodio por yoduro de potasio. Observe el cambio de coloración.

Los ejemplos se corresponden con tareas cerradas, cualitativas, cuyo objeto de estudio esta referido a las reacciones químicas.

Tarea Experimental #2:

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.

El ejemplo se corresponde con una tarea semiabierta, cuantitativa, cuyo objeto de estudio se refiere a las reacciones químicas.

Conclusiones:

• La definición de tarea experimental se enriquece a partir de la utilización de las nuevas tecnologías de la informática y las comunicaciones en la enseñanza de la química mediante el laboratorio virtual.
• Las invariantes pedagógicas: objetivos, información, vías de solución, variables a controlar y objeto químico permiten establecer una tipología para las tareas experimentales.

Bibliografía:

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Autor:

MSc Ena Machado Bravo

MSc Efraín Martínez Sardá

Universidad Pedagógica " Félix Varela" Villa Clara.