Educació Química EduQ

Educació Química

Societat Catalana de Química - Filial de l’Institut d’Estudis Catalans

30 números d’EduQ

Educació química. Educere o educare?

Las viñetas como herramientas de reflexión docente en la enseñanza de las ciencias en una facultad de química

Uso y evaluación de modelos para interpretar el proceso de disolución de compuestos iónicos en agua

Molècules que ens han canviat la vida. Retrat d’una exposició

Educació Química EduQ

Juny 2022, número 30

Editors

Fina Guitart, CESIRE, Departament d’Ensenyament, SCQ, Barcelona

Aureli Caamaño, SCQ, Barcelona

Pere Grapí, INS Joan Oliver, Sabadell

Consell Editor

Jordi Cuadros, IQS-URL, Barcelona

Josep Durán, UdG, Girona

Mercè Izquierdo, UAB, Barcelona

Claudi Mans, UB, Barcelona

Àngel Messeguer, CSIC, Barcelona

Neus Sanmartí, UAB, Barcelona

Amparo Vilches, UV, València

Consell Assessor

Consell Assessor Catalunya / Espanya

Joan Aliberas, INS Puig i Cadafalch, Mataró

Miquel Calvet, INS Castellar, Castellar del Vallès

Francesc Centellas, UB, Barcelona

Josep Corominas, Escola Pia, Sitges

Anicet Cosialls, INS Guindàvols, Lleida

Carlos Durán, Centro Principia, Màlaga

Xavier Duran, TV3, Barcelona

Josep M. Fernández, UB, Barcelona

Dolors Grau, UPC, Manresa

Paz Gómez, INS Provençana, l’Hospitalet de Llobregat

Elvira González, Centro de Ciencias, Bilbao

Pilar González Duarte, UAB, Barcelona

Ruth Jiménez, UAL, Almeria

Teresa Lupión, Centro de Recursos UMA, Màlaga

María Jesús Martín-Díaz, IES Jorge Manrique, Madrid

José María Oliva, UCA, Cadis

Gabriel Pinto, UPM, RSEQ, Madrid

Marta Planas, UdG, Girona

Anna Roglans, UdG, Girona Núria Ruiz, URV, Tarragona

Olga Schaaff, Escola Rosa dels Vents, Barcelona

Marta Segura, Escola Pia Nostra Senyora, Barcelona

Romà Tauler, IDAEA-CSIC, Barcelona

Montse Tortosa, INS Ferran Casablancas, Sabadell Gregori Ujaque, UAB, Barcelona

Nora Ventosa, ICMAB-CSIC, Barcelona

Josep Anton Vieta, UdG, Girona

Consell Assessor Internacional

María del Carmen Barreto, Universitat de Piura, Perú Liberato Cardellini, U. Politecnica delle Marche, Itàlia Agustina Echeverría, Universitat Federal de Goiás, Brasil

Sibel Erduran, Universitat de Bristol, Regne Unit Odilla Finlayson, Universitat de Dublín, Irlanda

Lidia Galagowsky, Universitat de Buenos Aires, Argentina

Marcelo Giordan. Universitat de São Paulo, Brasil

Èric Jover, Observatori de la Sostenibilitat d’Andorra Isabel Martins, Universitat d’Aveiro, Portugal

Eduardo Mortimer, Universitat de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil

Carlos Javier Mosquera, Universitat Distrital, Bogotà, Colòmbia Fátima Paixão, Castelo Branco, Portugal Vincent Parbelle, Lycée La Martinière, Lió, França Ilka Parchmann, Universitat de Kiel, Alemanya Mario Quintanilla, Pontifícia Universitat Catòlica, Xile Santiago Sandi-Urena, Universidad de Costa Rica Vicente Talanquer, Universitat d’Arizona, EUA

Societat Catalana de Química (SCQ) http://blogs.iec.cat/scq/ President: Gregori Ujaque filial de l’ Institut d’Estudis Catalans (IEC) Barcelona. Catalunya. Espanya

Impressió: Gráficas Rey

ISSN: 2013-1755

Dipòsit Legal: B-35770-2008

ÍNDEX

Editorial

Monografia: «30 números d’Educació Química EduQ» 3

Aureli Caamaño, Fina Guitart i Pere Grapí

Monografia: 30 números d’Educació Química EduQ

30 números d’Educació Química EduQ 4

Aureli Caamaño, Fina Guitart i Pere Grapí

Educació química. Educere o educare? 11

Claudi Mans i Teixidó

Las viñetas como herramientas de reflexión docente en la enseñanza de las ciencias en una facultad de química 19

Aurora Ramos-Mejía, Guillermina Yazmín Arellano-Salazar, Aidee Vega-Rodríguez, Elizabeth Nieto-Calleja, Daniela Franco-Bodek, Wendi Olga López-Yépez i Kira Padilla-Martínez

Uso y evaluación de modelos para interpretar el proceso de disolución de compuestos iónicos en agua

Beatriz Crujeiras Pérez

¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón? Las leyes ponderales para diferenciar cambios físicos de químicos

Marina Martínez-Carmona, Luisa López-Banet i

María Rut Jiménez-Liso

Química, ciudadanía y sociedad. Un desafío prometedor para la enseñanza de las ciencias en Chile

Mario Quintanilla, Cristian Merino i Ainoa Marzabal

Molècules que ens han canviat la vida. Retrat d’una exposició

Pilar González Duarte

Intercanvi

Reacciones químicas didácticas con pajitas ecológicas

Pablo Cassinello Espinosa

Informacions

Enseñanza de las ciencias y problemas relevantes de la ciudadanía - Ressenya

Fina Guitart

Energía, espontaneidad y equilibrio - Ressenya

Aureli Caamaño

Drets d’autor i responsabilitats

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La propietat intel·lectual dels articles és dels respectius autors. Els autors, en el moment de lliurar els articles a la revista Educació Química EduQ per sol·licitar-ne la publicació, accepten els termes següents:

1. Els autors, cedeixen a la Societat Catalana de Química (filial de l’Institut d’Estudis Catalans) els drets de reproducció, comunicació pública i distribució dels articles presentats per ser publicats a la revista Educació Química EduQ

2. Els autors responen davant la Societat Catalana de Química de l’autoria i l’originalitat dels articles presentats. 3. És responsabilitat dels autors l’obtenció dels permisos per a la reproducció de tot el material gràfic inclòs en els articles.

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6. La revista Educació Química EduQ no es fa responsable de les idees i opinions exposades pels autors dels articles publicats.

Protecció de dades personals

L’Institut d’Estudis Catalans (IEC) compleix el que estableix el Reglament general de protecció de dades de la Unió Europea (Reglament 2016/679, del 27 d’abril de 2016). De conformitat amb aquesta norma, s’informa que, amb l’acceptació de les normes de publicació, els autors autoritzen que les seves dades personals (nom i cognoms, dades de contacte i dades de filiació) puguin ser publicades en el corresponent volum de la revista Educació Química EduQ Aquestes dades seran incorporades a un tractament que és responsabilitat de l’IEC amb la finalitat de gestionar aquesta publicació. Únicament s’utilitzaran les dades dels autors per gestionar la publicació de la revista Educació Química EduQ i no seran cedides a tercers, ni es produiran transferències a tercers països o organitzacions internacionals. Un cop publicada la revista Educació Química EduQ, aquestes dades es conservaran com a part del registre històric d’autors. Els autors poden exercir els drets d’accés, rectificació, supressió, oposició, limitació en el tractament i portabilitat adreçant-se per escrit a l’Institut d’Estudis Catalans (C. del Carme, 47, 08001 Barcelona), o bé enviant un correu electrònic a l’adreça dades.personals@iec.cat, en què s’especifiqui de quina publicació es tracta.

Presentació de la monografia: 30 números d’Educació Química EduQ

mb aquest número d’Educació Química EduQ celebrem els 30 números de la revista. Ens hem de felicitar que el projecte i també, perquè no, l’aventura editorial d’iniciar una revista adreçada al professorat de química de tots els nivells educatius hagi aconseguit la publicació del trentè número. S’ha arribat a aquesta efemèride amb una notable acceptació de la revista per part del seu públic lector i havent assolit molts dels objectius que ens havíem fixat.

Val la pena recordar que Educació Química EduQ continua sent l’única revista en el nostre país dedicada íntegrament a l’ensenyament de la química en tots els nivells educatius. El seu caràcter plurilingüe, però amb predomini d’articles en català, facilita aconseguir la col·laboració d’un ampli ventall de professors, formadors i investigadors en didàctica de la química d’Europa i Llatinoamèrica.

Tanmateix, no tots els objectius que ens havíem fixat els hem aconseguit. Durant els últims anys no hem pogut mantenir la publicació de tres números per any ni tampoc complir amb les dates previstes de publicació. A partir del número 30 ens comprometem a seguir treballant perquè la revista surti puntualment i que en el futur es pugui recuperar la periodicitat de tres números a l’any.

Per a la confecció d’aquest número commemoratiu hem volgut convidar a participar-hi autors que ens han acompanyat en aquests anys, així com d’altres de nous, tractant d’abastar procedències diverses. Hem demanat a cada autor o grup d’autors que proposessin un tema d’actualitat en què haguessin treballat recentment i això ens ha proporcionat un ampli ventall de temàtiques: una reflexió sobre les idees bàsiques que haurien de guiar el currículum de química, una experiència d’introducció del treball de laboratori en línia en el context de la covid-19, dos exemples de seqüències didàctiques basades en la indagació i la modelització, l’anàlisi de la nova assignatura de Ciència i ciutadania des de la perspectiva de la química, i la descripció d’una exposició recent a l’IEC sobre les molècules que ens han canviat la vida.

El monogràfic s’inicia amb l’article «30 números d’Educació Química EduQ», a càrrec dels editors de la revista, que revisa els canvis ocorreguts en aquests catorze anys de la publicació i analitza les monografies i els articles publicats des de diferents punts de vista (categories dels articles, nivell educatiu al qual van adreçats, llengua, procedència dels autors, etc.), i finalitza amb algunes perspectives de futur.

A continuació, el professor Claudi Mans, de la Universitat de Barcelona, en el seu article «Educació química. Educere o educare?» ens ofereix una reflexió personal sobre quines serien les cinc idees bàsiques de química (substància química, propietats de les substàncies, estructura, canvi químic i conservació de la massa) que s’haurien d’anar treballant des de l’educació infantil fins al batxillerat. A aquestes idees s’hi afegeixen altres idees per a la secundària: la llei de conservació de l’energia i els conceptes d’equilibri químic, espontaneïtat i velocitat de reacció.

L’article següent presenta la reflexió de les professores de la Facultat de Química de la Universitat Nacional Autònoma de Mèxic Aurora Ramos-Mejía, Guillermina Yazmín Arellano-Salazar, Aidee Vega-Rodríguez, Elizabeth NietoCalleja, Daniela Franco-Bodek, Wendi Olga López-Yépez i Kira Padilla-Martínez sobre com van reimaginar el treball de laboratori fet des de casa durant la pandèmia de la covid-19. A través de vinyetes (breus descripcions personals) expliquen els èxits i les dificultats a què es van enfrontar per fer passos cap a un ensenyament basat en la indagació, el foment del pensament crític i l’ús d’eines digitals per fer activitats experimentals en línia.

Beatriz Crujeiras Pérez, professora de la Universitat de Santiago de Compostel·la, presenta una experiència de modelització de la dissolució de sal en aigua portada a terme amb l’alumnat de l’assignatura de didàctica de la física i química del màster de professorat d’educació secundària d’aquesta universitat. El treball s’emmarca en un enfocament de l’ensenyament de les ciències basat en el desenvolupament de competències científiques i, en particular, en la competència d’explicar fenòmens científics.

Marina Martínez-Carmona i Luisa López-Banet, professores de la Universitat de Múrcia, i María Rut Jiménez-Liso, professora de la Universitat d’Almeria, presenten la seqüència d’ensenyament «Què li passa al coronavirus en presència de sabó?», que és un exemple d’indagació en un context d’actualitat. Un dels objectius d’aquesta seqüència és construir el coneixement químic necessari per diferenciar entre canvis físics i químics. Per fer-ho, s’inspiren en les lleis ponderals de la química com a estratègia de diferenciació.

Mario Quintanilla i Ainoa Marzabal, professors de la Universitat Catòlica de Xile, i Cristian Merino, de la Universitat Catòlica de Valparaíso, analitzen els objectius i continguts de química de la nova assignatura Ciencias para la Ciudadanía del currículum xilè. Intenten respondre tres preguntes: quina química esperen que aprenguin els estudiants amb aquesta nova assignatura?; quines estratègies d’aula serien més apropiades?, i quins reptes es plantegen per a la formació del professorat de química?

Finalment, la professora Pilar González Duarte, de la Universitat Autònoma de Barcelona, descriu l’exposició «Molècules que ens han canviat la vida», que va acollir l’Institut d’Estudis Catalans (IEC). L’exposició, que va ser visitada per prop de tres mil alumnes, incloïa deu plafons dedicats a les molècules següents: amoníac, anestèsics, cisplatí, clor, diòxid de silici (una estructura gegant), nitroglicerina, penicil·lina, polietilè, sabons i detergents i vitamina C.

Aureli Caamaño, Fina Guitart, Pere Grapí, Editors d’Educació Química EduQ

Fina Guitart

Aureli Caamaño Pere Grapí

30 números d’Educació Química

EduQ

30 issues of Educació Química EduQ

Aureli Caamaño, Fina Guitart i Pere Grapí / Editors d’Educació Química EduQ, Societat Catalana de Química

resum

En aquest article descrivim els canvis ocorreguts en els consells editor i assessor i en l’estructura de la revista i fem una anàlisi dels monogràfics i dels tipus d’articles publicats en els últims vint números, comparant aquesta anàlisi amb la que es va fer dels deu primers números en el número 10 de la revista (octubre, 2011). A continuació, analitzem el conjunt de números publicats des de l’1 fins al 30 i apuntem algunes qüestions que ens plantegem per continuar millorant la revista.

paraules clau

Educació Química EduQ, anàlisi d’articles, seccions de la revista.

abstract

In this article we describe the changes that have occurred in the editorial and advisory boards and in the structure of the journal and we analyse the monographs and the types of articles published in the last twenty issues, comparing this analysis to the one made with the ten first issues, which was published in issue number 10 of the journal (October, 2011). Next, we analyse the set of issues published from 1 to 30 pointing out some questions that we are considering to continue improving the journal.

keywords

Educació Química EduQ, chemical education, article analysis, journal sections.

Educació Química EduQ arriba als trenta números (juliol, 2022). El primer número de la revista es va publicar el juliol de 2008, per tant fa ara catorze anys. Fins al 2014 van sortir tres números per any; a partir del 2015, la revista ha alternat anys en què s’han publicat dos números amb anys en què només se n’ha publicat un. El 2020 vam decidir canviar la periodicitat de la revista a dos números per any (juny i desembre) i intentar assegurar aquesta periodicitat, objectiu que s’ha aconseguit, tot i que amb dates de publicació demorades.

Consell editorial i assessor de la revista

Editors i Consell Editor

La revista es va iniciar amb dos editors, Aureli Caamaño i Fina Guitart, dues editores associades, Mercè Izquierdo i Montse Tortosa, que completaven l’anomenat Consell Editor d’EduQ, i vuit col·laboradors de seccions (Josep Corominas, Pere Grapí, Enric Jover, Claudi Mans, Àngel Messeguer, Antoni Planas, Neus Sanmartí i Rosa M. Tarín). Aquesta estructura es va mantenir fins al febrer del 2013, en què es va decidir la creació d’un Consell Editor format per deu membres: les dues editores associades (Mercè Izquier-

do i Montse Tortosa), sis collaboradors de seccions (Josep Corominas, Jordi Cuadros, Pere Grapí, Claudi Mans, Àngel Messeguer i Neus Sanmartí), i Josep Duran (UdG) i Amparo Vilches (UdV). Posteriorment, l’octubre del 2015, al número EduQ 21, Pere Grapí es va incorporar com a tercer editor de la revista. L’octubre del 2017 el Consell Editor es va reduir a set membres. Aquesta estructura editorial (tres editors i set membres del Consell Editor) s’ha mantingut fins ara.

Consell Assessor

El Consell Assessor s’ha anat renovant parcialment, després de

l’elecció de noves juntes de la Societat Catalana de Química. A partir de febrer del 2013, el Consell Assessor es va dividir en un Consell Catalunya/España i un Consell Internacional. Actualment compta amb quaranta-quatre membres: vint-i-set del Consell Catalunya/ Espanya i disset del Consell Internacional. Aquest últim compta amb representants dels països següents: Alemanya, Argentina, Andorra, Brasil, Colòmbia, EUA, França, Irlanda, Itàlia, Mèxic, Perú, Portugal, Regne Unit i Xile.

Canvis en l’estructura de la revista

Quatre seccions: editorial, monogràfic, intercanvi i informacions

Pel que fa a l’estructura de la revista, el 2011, amb motiu de l’Any Internacional de la Química, es publiquen les tres primeres monografies (núm. 8, 9 i 10) i el juny de 2012 una quarta: «Química i societat» (núm. 12). El febrer de 2013 (núm. 14), a l’hora que es crea el Consell Editor, la revista adopta un format fix de quatre seccions: Editorial, Monografia, Intercanvi i Informacions, i es decideixen els títols de les properes monografies, així com els membres del Consell Editor que intervindran en la seva coordinació. La nova secció d’Intercanvi té com a objectiu recollir els articles que arribin espontàniament a la redacció de la revista.

Classificació dels articles per categories

Es manté la classificació dels articles per categories, però introduint petits canvis en la denominació d’algunes d’elles: «Actualitat química» passa a denominar-se «Actualització de continguts»; «Projectes curriculars» esdevé «Currículum, projectes i unitats»; «Conceptes i models químics» ara és «Aprenentatge de conceptes i models»; «Treball pràctic de laboratori» s’anomena ara «Treball experimental»; «Quími-

ca i societat» és avui «Química en context»; «Química i educació ambiental» esdevé «Química, educació ambiental i sostenibilitat», i «Llenguatge i terminologia» es converteix en «Llenguatge, terminologia i comunicació».

D’altra banda, se suprimeix la categoria «Química i altres ciències»; se’n crea una de nova, «Divulgació química», i es desglossa en dues «Estratègies i recursos didàctics»: ara «Estratègies didàctiques» i «Recursos didàctics».

Anàlisi de les monografies

La taula 1 mostra els títols de les monografies publicades des del 2011. Les primeres van ser esporàdiques i a partir d’EduQ 14

van esdevenir consecutives. Les vint-i-una monografies han alternat temes transversals sobre l’ensenyament de la química (pràctiques científiques, divulgació, història, filosofia de la química, etc.) de les quals se n’han publicat quinze, i sis monografies amb temes sobre l’ensenyament i l’aprenentatge dels continguts químics fonamentals del currículum de química, especialment de secundària (cinc monografies). La nostra idea inicial era que el nombre de monografies d’aquests dos tipus fos igualat, però finalment se n’han publicat més sobre temes transversals. Per aconseguir equilibrar-les, caldrà augmentar

Any NúmeroTítol de la monografia

20118 Ensenyar química avui

9 Aprendre competències fent pràctiques de química

10 Per una química en context, experimental i atractiva

201211

12 Química i societat

13

201314

Ensenyar química per indagació

15 La taula periòdica

16 Història i naturalesa de la química

201417 Química i sostenibilitat

18 Divulgació de la química

19 L’àtom

201520 Química en context

21 Enllaç químic i estructura

201622 Química en la xarxa

201723 Especial ECRICE 2016

201824 Productes químics

201925 Taula periòdica (Any Internacional de la Taula Periòdica)

202026 Treballs de recerca de batxillerat

27 Reacció química

202128 Substància química

29 Filosofia i història de la química

202230 30 números d’Educació Química EduQ

Taula 1. Monografies publicades des de l’any 2011. En verd les monografies sobre temes transversals (mètodes d’ensenyament, enfocaments curriculars, divulgació, història, filosofia...) i en vermell les monografies sobre l’ensenyament i l’aprenentatge de continguts curriculars.

En total s’han publicat 233 articles en els primers trenta números de la revista, amb uns 7,7 o 7,8 articles per número

la proporció de monografies sobre continguts curriculars en els propers anys. Aquests són alguns dels temes curriculars que s’ha previst abordar: Energia, espontaneïtat i equilibri, Velocitat de reacció i mecanisme, Reaccions àcid-base, Reaccions redox, Química orgànica...

Els vint primers números de la revista, fins a EduQ 20, han estat coordinats tots pels dos editors –Fina Guitart i Aureli Caamaño–, en solitari o en col·laboració amb altres persones. Del número 1 al 6 amb Mercè Izquierdo i Montserrat Tortosa, en aquell moment membres del Consell Editor; amb Montserrat Tortosa «Aprendre competències fent pràctiques de química» (EduQ 9) i amb Mercè Izquierdo «Per una química en context, experimental i atractiva» (EduQ 10). Les monografies següents també van comptar amb la col·laboració d’altres membres de consells de la revista: Pere Grapí en «Història i naturalesa de la química» (EduQ 16); Amparo Vilches en «Química i sostenibilitat» (EduQ 17); Josep Duran en «Divulgació de la química» (EduQ 18); Mercè Izquierdo i Claudi Mans en «L’àtom» (EduQ 19), i Neus Sanmartí en «Química en context» (EduQ 20). Pilar González-Duarte va ser coordinadora convidada en el monogràfic «La taula periòdica» (EduQ 15).

A partir de la incorporació de Pere Grapí, en el número 21, els números han estat coordinats per algun dels tres editors de la revista, en solitari o en collaboració amb membres de

NúmeroNre. articles MonografiaNre. articles IntercanviTotal

Del 14 al 30 118 15 133 88,7 % 11,3 % 100 %

Taula 2. Nombre d’articles publicats en les monografies i en la secció d’Intercanvi des del núm. 14, en què s’inicia aquesta secció.

consells de la revista: Jordi Cuadros en «Química a la xarxa» (EduQ 22); Àngel Messeguer en «Productes químics» (EduQ 24), o amb coordinadors convidats com Carles Bo en l’«Especial ECRICE 2016» (EduQ 23) i José Antonio Chamizo en «Filosofia i història de la química» (EduQ 29).

En tots els monogràfics els editors han acompanyat el procés d’edició sota la supervisió de Fina Guitart.

Anàlisi dels articles publicats

Nombre d’articles publicats

En total s’han publicat 233 articles en els primers trenta

números de la revista. En el període que va del núm. 1 al núm. 10 (deu números) es van publicar 77 articles (7,7 articles per número); en el període que va del núm. 11 al núm. 30 (vint números) s’han publicat 155 articles (7,8 articles per número). Per tant, la mitjana d’articles per número s’ha mantingut pràcticament constant.

Relació entre els articles publicats en les monografies i en la secció d’Intercanvi

Dels 133 articles publicats des que es va introduir la secció d’Intercanvi, 118 (88,8 %) han estat en les monografies i 15 (11,2 %) en

Figura 1. Portades de tres monografies de temàtiques transversals: EduQ 10, EduQ 14 i EduQ 18.

Figura 2. Portades de tres monografies temàtiques sobre continguts curriculars: EduQ 19, EduQ 21 i EduQ 25.

Categoria

Nre. d’articles publicats (del núm. 1 al 10)

Percentatge (del núm. 1 al 10)

Nre. d’articles publicats (del núm. 11 al 30)

Percentatge (del núm. 11 al 30)

Nre. d’articles publicats (del núm. 1 al 30)

Percentatge (del núm. 1 al 30)

Actualització de continguts 2 2,6 %53,2 % 73,0 %

Aprenentatge de conceptes i models 6 7,8 %149,0 % 208,6 %

Currículum, projectes i unitats 3 3,9 %159,7 %

Divulgació de la química

a l’aula

en didàctica de la química

de recerca

Taula 3. Nombre d’articles publicats de les setze categories en els números de l’1 al 10, de l’11 al 30 i de l’1 al 30 d’Educació Química EduQ

* Probablement classificats en Estratègies didàctiques.

En relació amb els 10 primers números, han augmentat els articles dedicats al «Currículum, projectes curriculars i unitats didàctiques», els de «Divulgació química», els d’«Història i naturalesa de la química» i els d’«Estratègies i recursos didàctics»

Nivell al qual va adreçat

Nre. d’articles (1-10)

Percentatge (1-10)

Nre. d’articles (11-30)

Percentatge (11-30)

Nre. d’articles (1-30)

Percentatge (1-30)

Primària 33,9 %21,3 % 52,2 %

Secundària 7192,2 %11171,6 % 18278,4 % Universitat 33,9 %106,4 % 135,6 % Transversal (internivells) 3220,7 % 3213,8 %

Total 77100 %155100 % 232100 %

Taula 4. Nombre d’articles per nivells educatius en els números 1-10 i 11-30 d’EduQ

la secció d’Intercanvi (taula 2).

Tenint en compte que l’espai dedicat a aquesta secció estava pensat per publicar uns dos articles per número, és a dir, un 20 % dels articles, podem concloure que se n’han publicat menys dels previstos. La raó és que ha anat disminuint el nombre d’articles que arriben de forma espontània a la redacció de la revista, fet que ha provocat que els monogràfics ocupessin tot

LlenguaNombre d’articles

Taula 5. Nombre d’articles publicats en cada una de les llengües en els números 1-10, 11-30 i 1-30 d’EduQ

l’espai en set dels disset números analitzats. No disposem de dades dels articles que van arribar espontàniament en els primers deu números, però la impressió que tenim és que n’arribaven més.

Articles publicats per categories

A continuació comptabilitzem els articles publicats de cada categoria des del número 11 al 30 i els comparem amb els publicats des del número 1 a l’11, que van ser analitzats en el número 10 de la revista (Caamaño i Guitart, 2011). Finalment, fem el còmput del nombre d’articles publicats de cada categoria des de l’inici (núm. 1-30) (taula 3).

El tipus d’article que més s’ha publicat en el període del núm. 11 al núm. 30 (2012-2022) és el d’«Estratègies didàctiques» (21), seguit del d’«Història i naturalesa de la ciència» (20) (s’hi han dedicat dos monogràfics). A continuació venen les categories de «Química en context» (15), «Currículum, projectes i unitats» (15), «Aprenentatge de conceptes i models» (14) i «Divulgació química» (16), seguides de «Recursos didàctics» (13), «Treball experimental» (10) i «Recerca en didàctica de la química» (7). Les categories menys freqüentades han estat «Llenguatge, terminologia i comunicació» (1), «Química, educació ambiental i sostenibilitat» (2), «Formació del professorat» (2), «Innovació a l’aula» (4), «Treballs de recerca dels

alumnes» (4) i «Actualització de continguts» (5).

Si ho comparem amb el percentatge d’articles de categories iguals o similars del període que va del núm. 1 al núm. 10, veiem que han augmentat els articles dedicats al «Currículum, projectes curriculars i unitats didàctiques» (de 3,9 % a 9,7 %), els de «Divulgació química» (10,3 %, abans no n’hi havia), els d’«Història i naturalesa de la química» (de 5,2 % a 12,9 %) i els d’«Estratègies i recursos didàctics» (de 14,3 % a 21,9 %, suma dels articles de les categories actuals «Estratègies didàctiques» i «Recursos didàctics»). En canvi, han baixat «Innovació a l’aula» (de 6,5 % a 2,6 %, tot i que pot ser que alguns d’aquests articles s’hagin classificat en la categoria anterior), «Llenguatge i terminologia» (de 3,9 % a 0,6 %), «Noves tecnologies» (de 6,5 % a 3,9 %), «Química i medi ambient i sostenibilitat» (de 3,9 % a 1,3 %), «Treball experimental» (del 18,2 % al 6,4 %) i «Treballs de recerca dels alumnes» (de 5,2 % a 2,6 %).

Nivell educatiu al qual van adreçats els articles

La taula 4 mostra el nombre d’articles adreçats a cada nivell educatiu, amb una categoria transversal internivells, que engloba temes de divulgació química, història, filosofia de la

química, sostenibilitat, etc. Cal tenir en compte que alguns articles classificats en el nivell de secundària poden ser d’interès per al professorat de química universitari i que tots els articles classificats en el nivell universitari són d’interès per al professorat de secundària. La comparació amb els resultats obtinguts en l’anàlisi dels primers deu números d’EduQ mostren una disminució dels articles destinats específicament a primària, i també, tot i que en menor proporció, a secundària, i un augment dels articles de nivell universitari. Part de la disminució d’articles de secundària ha de ser atribuïda a la consideració d’una nova categoria (tema transversal internivells) que en el primer estudi no es va tenir en compte. Els articles de caràcter transversal del primer període es devien classificar probablement com a articles de secundària.

Llengua dels articles

La taula 5 mostra el nombre d’articles publicats en cada una de les llengües que s’accepten (català, castellà, anglès, portuguès, francès i italià). Comparant els percentatges del període corresponent als números 1-10 amb els corresponents al període del número 11 al 30 de la revista, observem que han disminuït els articles en portuguès (del 9,1 % al 5,8 %) i en català (de 62,3 % a 51,6 %) i han augmentat els articles en anglès (del 7,8 % al 12,9 %) i en

castellà (del 19,5 % al 27,1 %). En francès només s’han publicat tres articles i en italià, un. L’augment d’articles en anglès s’explica en part perquè en el monogràfic especial dedicat a ECRICE 2016 tots els articles, excepte la presentació, eren escrits en anglès.

Procedència dels articles

La procedència geogràfica dels

País o comunitat autònoma dels autors

centres de treball dels autors dels articles es mostra a la taula 6. S’hi pot observar que el 50,4 % dels articles procedeix d’autors que treballen a Catalunya i un 19,4 %, a la resta de les comunitats autònomes (principalment Madrid, Andalusia i València); un 14,6 % procedeix de països europeus (principalment Regne Unit, Irlanda, Portugal i França); un 14,2 %

d’Amèrica (especialment Brasil, EUA i Mèxic), i un 1,3 % d’Israel. Comparant-ho amb els percentatges del període corresponent als números 1-10, observem que han disminuït lleugerament els articles provinents d’Espanya (del 72,7 % al 68,4 %) i d’Amèrica (del 15,6 % al 14,2 %) i que han augmentat els provinents de països europeus (d’11,7 % a 16,1 %),

Taula 6. Procedència geogràfica dels articles publicats en els números 1-10, 11-30 i 1-30 d’EduQ

havent-se rebut articles d’un nombre més ampli de països. Aquest augment d’articles europeus es deu en part al monogràfic dedicat a ECRICE 2016. Dels provinents d’Amèrica, han disminuït els articles de Brasil i Mèxic i han augmentat els d’EUA (majoritàriament en llengua castellana). Finalment, s’han rebut per primera vegada articles d’Israel.

Socis i subscriptors d’EduQ

La revista EduQ es publica en versió digital en obert a la plataforma de publicacions de l’IEC i la publicació en paper s’ofereix gratuïtament a tots els socis de la SCQ que manifestin que la volen rebre. De cada número se’n publiquen 500 exemplars en paper.

Segons una cerca feta el 2021, hi ha aproximadament un 30 % dels socis de la SCQ que reben la revista en paper. D’entre aquells dels quals es tenen dades professionals, s’observa que un 40 % són professionals d’universitats o de centres de recerca i un 20 % són professorat de l’ensenyament secundari.

La revista en paper també compta amb la subscripció de centres d’ensenyament secundari, centres universitaris, probablement de didàctica de les ciències, i centres de formació del professorat. Actualment hi ha 56 subscripcions d’aquest tipus. També se n’envien exemplars als autors i a l’Hemeroteca BC, i en alguns casos se n’han repartit exemplars en jornades de química per tal de donar a conèixer la revista. La revista arriba també a dues llibreries, a més de vendre’s a la llibreria de l’Institut d’Estudis Catalans. Cal tenir en compte que la versió digital és d’accés lliure.

Perspectives de futur

Una revisió crítica de la trajectòria seguida fins ara ens du

inevitablement a considerar allò que cal modificar per tal de millorar la revista i respondre a les expectatives que els lectors hi tenen dipositades. Aquesta revisió haurà de tenir en compte els canvis que s’han produït no tan sols en els currículums dels ensenyaments a tots els nivells, sinó també en els perfils professionals del professorat que els ha d’impartir. A continuació, formulem algunes preguntes per saber l’opinió dels lectors.

• Creieu que és desitjable:

- Promoure l’arribada de més articles a la secció d’Intercanvi?

- Incentivar la publicació de més articles de primària i universitat?

- Augmentar la proporció de monografies de temes de didàctica dels continguts?

- Incloure la revista en plataformes d’indexació?

• Quins altres canvis introduiríeu?

• Et suposa una dificultat la lectura d’articles en anglès?

• I en altres llengües romàniques (portuguès, francès...)?

El Consell Editor d’EduQ agraeix les vostres contribucions sobre aquestes qüestions. Podeu enviar-les a: https://ecorreu.iec.cat

Referències

Caamaño, a.; Guitart, F. (2011).

«Educació Química EduQ: Anàlisi dels articles publicats en els primers deu números», Educació Química EduQ, núm. 10, p. 53-57.

Aureli Caamaño

Doctor en química per la Universitat de Barcelona (UB) i graduat en humanitats per la Universitat Pompeu Fabra (UPF). Ha estat catedràtic de física i química de secundària i ha

impartit nombrosos cursos de formació del professorat a Espanya i a Llatinoamèrica. És coordinador i coautor del llibre Enseñar Química De las sustancias a la reacción química i coeditor de les revistes Alambique i Educació Química EduQ

A/e: aurelicaamano@gmail.com

Fina Guitart

Doctora en química i llicenciada en química i farmàcia per la Universitat de Barcelona (UB). Catedràtica de física i química de secundària, treballa al CESIRE del Departament d’Educació on coordina grups de treball, formacions i un projecte europeu Erasmus. És professora de secundària i del màster de formació de professorat de l’especialitat de Física i Química de la UB. És sotscoordinadora de les PAU de Química i coeditora de la revista Educació Química EduQ

A/e: jguitar3@xtec.cat

Pere Grapí

Llicenciat en ciències químiques (UB) i doctor en filosofia i lletres –Programa Història de la Ciència– (UAB). Ha estat catedràtic de física i química d’ensenyament secundari. Les seves principals àrees de recerca en història de les ciències són la química de finals del segle xviii i principis del segle xix, i les relacions entre la història de la ciència i l’ensenyament. És coeditor de la revista Educació Química EduQ

A/e: pgrapi@gmail.com

Educació química. Educere o

educare?

Chemical Education. Educere or educare?

Claudi Mans i Teixidó / Catedràtic emèrit del Departament d’Enginyeria Química i Química Analítica, Facultat de Química, Universitat de Barcelona

resum

L’article és una reflexió personal sobre la introducció de concepcions i concepcions alternatives en l’àmbit de la química al llarg de l’escolarització, d’educació infantil a batxillerat. S’analitzen els cinc punts bàsics que, en opinió de l’autor, caldria assumir en l’educació de la química, així com les lleis fonamentals de la ciència química que haurien de quedar ben establertes en acabar l’escolarització, i com poden treballar-se tenint en compte les possibles concepcions presents en l’alumnat.

paraules clau

Concepcions, concepcions alternatives, canvi químic, reacció química, conservació de la massa.

abstract

The article is a personal reflection on the introduction of conceptions and alternative conceptions in the field of chemistry throughout schooling, from early childhood education to high school. It analyzes the five basic points that, in the opinion of the author, should be assumed in the education of chemistry, as well as the fundamental laws of chemical science that should be well established at the end of schooling, and how they can be introduced taking into account the possible conceptions present in the students.

keywords

Conception, alternative conceptions, chemical change, chemical reaction, mass conservation.

Educació química. Educere o educare? Els cinc punts inicials

Ja fa molts anys, en una formació no reglada per a monitors de temps de lleure, un expert insistia que educar ve d’educere, que vol dir ajudar a treure de dins el que l’infant ja té, i que aquesta era la missió de l’educació, més que no subministrar coneixements o tècniques. Altres experts, en canvi, deriven educar d’educare, en el sentit de dirigir o encaminar cap a un objectiu. Finalment, altres suggereixen que el primer deriva del segon (Castello i Mársico, 1995). El DIEC2 contempla tots dos significats: en la seva primera accepció, diu que educar és «ajudar (algú) a desenvolupar les seves

facultats físiques, morals i intellectuals» i, en la segona accepció, «transmetre (a algú) coneixements, actituds, valors o formes de cultura». És a dir, treure de dins, i després, afegir-hi coses a sobre. Educar en química seria, doncs, ajudar a treure allò que l’individu té ja a dins, i afegir-hi després coses per guiar-lo cap a una destinació. Caldrà veure, doncs, què es té a dins abans de l’etapa educativa que estem treballant; i cap on volem anar i on volem arribar, per tal de decidir quins continguts nous cal afegir-hi. L’objectiu d’aquest article és reflexionar sobre tot plegat. En la major part de matèries, el creixement d’un curs a un altre es fa, si

es pot, en espiral. Es tracten els mateixos temes, partint del que ja se sap, incorporant noves idees més aprofundides, amb més participació de les matemàtiques que es van sabent, i amb evolució del llenguatge, des del quotidià fins al científic.

En opinió de l’autor, al llarg del procés d’educació en química han d’anar-se treballant cinc punts bàsics, a nivells progressivament més avançats (Mans, 2015a). En una primera redacció elemental, són els següents:

− La química tracta de substàncies, no d’objectes.

− Cada substància té unes propietats que la fan diferent d’altres substàncies.

− Les substàncies tenen una estructura no visible a ull nu, que amb tècniques adequades es poden dilucidar fins a arribar al nivell de molècules, ions i àtoms.

− Les substàncies poden transformar-se en altres substàncies diferents, i d’això se’n diu canvi químic o reacció química

− En tot canvi químic es conserva la massa (grams) de tot el conjunt de substàncies.

Altres qüestions fonamentals són també la conservació de l’energia, l’espontaneïtat de les reaccions químiques degut a diferents tipus de forces impulsores, i l’equilibri de les reaccions i la velocitat a la qual transcorren, incloent-hi el concepte d’energia d’activació.

Els termes substància, propietat, estructura, canvi químic i massa tenen un valor quotidià, i també un sentit científic no necessàriament coincident. En tot cas, han d’estar ben explicitats de forma unívoca i inequívoca en tots dos sentits. Analitzem-los un a un.

− Distingir un objecte de la substància que el conforma és un concepte elemental que es fa als nivells inicials d’ensenyament. A partir d’aquí, es pot arribar al concepte de substància pura tot inspeccionant els materials que formen un objecte i separant-ne els components de les mescles –les diferents substàncies químiques– amb tècniques elementals ben conegudes. Poden ser més difícils de visualitzar les substàncies presents en els éssers vius perquè les estructures biològiques amaguen la presència de les substàncies que les componen.

− Les propietats que atribuïm als objectes i a les substàncies són nombroses i es van incrementant al llarg dels nivells d’ensenyament. Les més senzilles són les seves dimensions, el volum i la massa. A continuació, els estats físics –no tan elementals, com veurem–, les propietats mecàniques (elasticitat, flexibilitat,

duresa, fragilitat...), les propietats organolèptiques (color, olor, sabor, tacte) i les propietats fisicoquímiques (solubilitat, oxidació, combustió, fusió...). Aquí som en un moment òptim de distingir la terminologia quotidiana de la científica (per exemple: pesant vs dens, o espès vs. viscós).

− A partir de les propietats de les substàncies pures es pot especular –amb el guiatge del professor– sobre quina estructura interna poden tenir. El model corpuscular de la matèria permet imaginar partícules individuals que, soles o agrupades, poden explicar el comportament i les propietats de les substàncies, mitjançant els conceptes d’àtom, molècula i ió, i el concepte unificador d’element químic

− El canvi químic o reacció química, és a dir, la transformació d’unes substàncies en unes altres degut a la interacció entre elles i amb la participació de diferents formes d’energia, pot abordar-se de forma experimental i pot relacionar-se amb els models de l’estructura de les substàncies vistos abans. No sempre és fàcil distingir un canvi químic d’un canvi físic, i a vegades aquests canvis no estan ben –o estan mal– definits.

− La massa és una propietat quotidiana, força intuïtiva, fàcil d’entendre i determinable experimentalment. La conservació de la massa en tot canvi químic té unes implicacions que seran comentades posteriorment.

− Els conceptes d’equilibri químic i de velocitat de reacció, fonamentals en la comprensió de les reaccions químiques, seran també tractats posteriorment.

Visió de l’alumne en entrar a la secundària

Mercè Izquierdo (2011) va publicar com a coordinadora el llibre Química a infantil i primària. Una nova mirada, on un grup de setze mestres –el grup de treball Kimeia– presenten reflexions i

experiments relacionats amb el canvi químic, i analitzen els fenòmens que observen. Als diversos experiments que s’hi descriuen hi ha detallades les intervencions orals, escrites i dibuixades dels nens. El que hi ha al sistema estudiat i el que li passa queda molt clar. Però les respostes als perquès, òbviament, solen ser un conjunt d’especulacions no validables per part dels qui les expressen, i que requereixen la intervenció de l’adult, perquè la resposta a un perquè requereix imaginar-ne la causa. Al llibre citat es proposa de fer servir el terme empenta –més endavant se n’hi dirà força impulsora– per introduir les causes del perquè dels fenòmens que tenen lloc. Aquestes empentes són, en els exemples del llibre, una diferència de temperatura, la presència d’electricitat, la llum solar, certes cèl·lules (en les fermentacions) o l’aigua. De tota manera, aquesta aproximació elemental requereix diverses matisacions a nivells superiors, com es veurà posteriorment. L’alumne, en acabar la primària, tindrà una terminologia científica i un mapa conceptual, que dependran de la història acadèmica i personal de cadascú. Probablement, la major part de concepcions li vindran de l’educació reglada, i, específicament, de les matèries de ciències naturals, amb els temes de medi ambient, contaminació, alimentació i canvi climàtic. En tots aquests continguts, tant si s’han treballat experimentalment com si no, hi hauran aparegut els noms d’algunes substàncies (aigua, oxigen, diòxid de carboni, metalls pesants) i compostos relacionats amb la nutrició (greixos, proteïnes, carbohidrats, vitamines, sals minerals). També, els noms d’algunes operacions clàssiques, com filtració, separació magnètica, dissolució o destil·lació. En general, no es relacionen de cap manera aquests termes amb aspectes estructurals de les substàncies.

De l’entorn quotidià, la terminologia química que se’n sol tenir és reduïda. Es poden citar els termes ingredient, pH, àcid, dissolució, sal, i el genèric químics –anglicisme que significa ‘producte químic’– que és un concepte pejoratiu relacionat amb els additius dels aliments o cosmètics formulats. Alguna terminologia química procedent de la publicitat és tècnicament complexa perquè suggereix l’expertesa que té l’empresa anunciant en preparar els seus productes; per exemple, àcid hialurònic o retinol. Comparativament, els termes derivats de la física presents en la vida quotidiana són molt més nombrosos i d’ús quotidià no científic: pes, volum, força, energia, potència, voltatge, resistència, diòptria, radiació, infraroig, ultraviolat, microones, radar, radioactivitat, temperatura, espès, dens, calor, treball i color, entre d’altres.

L’alumne, en acabar l’educació primària, també tindrà algunes concepcions generals sobre –i contra– la química. Els habituals són considerar que la química és protagonista de la degradació del planeta, que els productes químics (els químics) són intrínsecament dolents per a l’alimentació i el medi, i que el petroli i el seu derivat el plàstic són intrínsecament dolents, i caldria que tot fos natural, sostenible, de proximitat, i de quilòmetre zero. Aquestes concepcions, que també alguns professors tenen, caldria anar-les matisant i quantificant, però això no és l’objecte d’aquest article. Distingir ciència química d’indústria química, i producte químic de contaminant químic, no sembla que hagués de costar gaire, en principi.

Tota la terminologia quotidiana citada expressa les concepcions que l’alumne té, no prou explicitades, no quantificades i no prou precises. Però, evidentment, i com sempre en l’educació, per avançar cal partir de la terminologia no reglada, i, amb

les tècniques pedagògiques adequades, anar-la convertint en terminologia científica, amb unitats i ordres de magnitud, que caldrà anar treballant de forma explícita, no per substituir l’una per l’altra, sinó per ser conscients que hem de conèixer-les totes dues:

Per exemple, quan es diu que el Sol sortirà a les 7 del matí, gairebé tothom té clar que el Sol no surt, sinó que és la Terra la que hi gira al seu voltant. Això no porta a cap confusió. El llenguatge quotidià es resisteix als canvis...

Un altre exemple: per aprofundir en el concepte d’energia l’autor solia proposar que els assistents anessin dient termes en els quals sortís el concepte, com energia eòlica o energia solar. Després s’anaven reduint els uns als altres fins a quedar-nos en cinc: energia potencial, energia cinètica, energia interna, calor i treball –que no són formes d’energia sinó formes de transferir-la– i que encara es poden reduir més. I això no nega que es pugui fer servir el terme energia en infinitud de situacions quotidianes. Del que es tracta és de poder distingir les situacions en què la publicitat vol fer passar el terme quotidià per científic. (Mans, 1990)

Finalment, l’alumne tindrà també idea d’un parell de concepcions científiques fonamentals per a la química: la idea de la conservació de la massa (que probablement s’hi refereixi com a conservació de la matèria), i que estarà lligat als conceptes de propietat i de mesura També li hauran parlat i li hauran fet treballar el mètode científic, probablement sense una experiència prou rigorosa, però tindrà la terminologia més o menys explicitada d’hipòtesi, validació i conclusions:

L’aproximació favorita de l’autor al mètode científic comença explicant el conte de la Rínxols d’Or. A la caseta dels ossos la Rínxols d’Or mesura

l’alçada de les cadires, la temperatura de la sopa, la concentració de sal... Segueix la metodologia correcta, que primer identifica objectes i substàncies, els atribueix propietats i els mesura. La Rínxols d’Or no avança més en el mètode científic i es queda en aquesta fase inicial, potser perquè ha de fugir dels ossos... (Mans, 2016).

La proposta de continguts del currículum dels diferents nivells de l’educació canvia amb el temps i amb els governs. Molts dels continguts fonamentals no solen canviar gaire, però sí la quantitat de temps que se’ls pot dedicar, perquè en general s’hi va afegint contingut nou sovint relacionat amb les tendències socials emergents, com aspectes de gènere o emergència climàtica. Això passa a primària i el mateix passa a la secundària.

El pas a secundària. Les lleis de conservació Siguin quins siguin els continguts detallats a cursar, en l’ensenyament secundari cal donar expressió quantitativa als fenòmens que s’observen a la naturalesa, al laboratori o a la vida quotidiana. Per poder-ho fer cal explicitar les variables que intervenen en el sistema que s’està caracteritzant, i aplicar-hi adequadament les diferents lleis que la ciència ha anat identificant i que s’apliquen de forma general a tots els sistemes. Aquestes lleis són de tres tipus: les lleis de conservació, les lleis dels equilibris i les lleis cinètiques (Costa et al., 1984). La segona llei de la termodinàmica, establerta amb posterioritat a les anteriors i també fonamental, és en canvi una llei de no conservació.

Hi ha diverses lleis de conservació en el món de la física i la química, que al llarg de la història s’han anat obrint pas i consolidant en la forma actual. La conservació de la

quantitat de moviment (o, com es va dient actualment per influència anglosaxona, la conservació del moment) i la seva anàloga en sistemes rotatoris, la conservació del moment angular, són de gran importància en la mecànica clàssica, la relativista i la quàntica, però no tant en el món de la química macroscòpica. És molt interessant el desenvolupament històric d’aquests principis, que es van fer al llarg de més de quatrecents anys i on van intervenir Newton, Descartes i Kepler.

La conservació de l’energia és cronològicament posterior a la llei anterior. Té importància en la química i especialment en enginyeria química, però és molt més abstracta que la de conservació de la massa. Ha tingut moltes formulacions i s’ha anat estenent la seva validesa a mida que s’hi han anat incorporant formes d’energia més enllà de la mecànica, amb els treballs de Hooke, Black, Rumford, Joule i Mayer. El fet que les diferents formes d’energia es mesurin amb diferents procediments i unitats i que no hi hagi energiòmetres generals, fa que la conservació de l’energia sigui molt difícil de visualitzar (Mans, 1990). Una forma simplificada n’és el primer principi de la termodinàmica, on es tenen en compte només efectes tèrmics, i encara normalment només en sistemes tancats. L’alumne no té quasi cap d’aquests conceptes com a concepció prèvia, perquè tots s’adquireixen en l’educació reglada que encara no ha cursat. N’exceptuem el concepte de calor, relacionat amb la temperatura del sistema, i les nocions elementals de calorimetria. L’entalpia i l’energia lliure de Gibbs són conceptes inventats per facilitar els càlculs, però, en opinió d’alguns autors, podrien ser prescindibles a l’ensenyament no universitari. Al seu torn, l’entropia és una magnitud de la qual naturalment no se’n té cap concepció, i ni tan sols se’n

coneix el nom. La seva introducció és un bon moment de fer veure un aspecte important de la ciència: la necessitat d’inventar conceptes i variables amb propietats ad hoc Efectivament, el concepte d’entropia va ser inventat per Clausius a partir de plantejaments anteriors de Kelvin i Carnot precisament per tal de tenir una magnitud que creixés en els processos espontanis (Mans, 2004). La seva interpretació molecular va ser molt posterior. La llei de conservació de la massa es coneix sovint com a llei de conservació de la matèria. Aquesta confusió entre la matèria –concepte general– i una de les seves propietats –la massa– és freqüent, però no ha de generar cap problema, un cop explicitada. Aquesta llei de conservació vertebra els cursos de química des de la seva popularització per Lavoisier i la posterior acceptació per part del món químic. Prèviament Newton havia definit el concepte de sistema tancat, i el concepte de massa, diferenciada del pes. De tots els principis de conservació, el de la massa sembla el més senzill i intuïtiu, malgrat que fos el darrer a fixar-se. De fet, es pot imaginar que és la fase darrera de les progressives etapes evolutives de l’individu, postulades per Piaget des de 1945: primer, la conservació de la identitat d’un objecte per part de l’infant de pocs anys; posteriorment la conservació del nombre d’objectes d’un conjunt, i, després, la conservació de la quantitat de substància d’un objecte en manipular-lo –quantitat de substància en el sentit quotidià, no en la seva definició química–ben demostrada per a infants de fins a sis anys: són ben coneguts els experiments que Piaget feia amb infants que manipulen quantitats de fang o plastilina, en els quals s’aprecia l’adquisició del concepte de conservació de la quantitat de matèria, determinat per la mesura qualitativa i

quantitativa de volums, de longituds i, finalment, de pesos (Piaget, 1972). Tot alumne d’ESO té aquest principi ben establert. La formulació elemental del principi de conservació de la massa és l’extensió de les idees de conservació de matèria aplicada a sistemes en els quals hi ha algun canvi físic –un canvi d’estat– o alguna reacció química que en canvia la composició: la seva expressió conceptual és que la massa es conserva en tot procés tancat. Però la seva validesa és general, no només per a sistemes tancats propis del laboratori, sinó per a sistemes oberts, estacionaris i no estacionaris, que són els que existeixen majoritàriament a l’entorn. En particular, a tots els sistemes biològics amb matèria viva –inclòs el mateix alumne– i que tenen entrades i sortides de substàncies se’ls pot aplicar una versió del principi en què en lloc de masses cal usar cabals, és a dir, masses per unitat de temps. Aquest plantejament, que no es detallarà aquí, és normalment absent dels programes, però en opinió de l’autor és imprescindible per incorporar la realitat quotidiana als plantejaments acadèmics.

Una aproximació inicial molt senzilla a l’ús de sistemes oberts és l’estimació de la variació de la massa d’un automòbil a mida que circula, en què va consumint carburant. Una altra aproximació és el càlcul de com varia la massa acumulada del sistema «habitatge de l’alumne» amb les bosses de la compra, l’aigua que hi entra, la que en surt, i la massa de les deixalles que es llencen per qualsevol via. A la figura 1 s’il·lustra la diferència entre sistemes oberts i tancats des del punt de vista de la matèria i l’energia, mitjançant l’anàlisi d’un clàssic experiment, sobre la funció clorofíl·lica. La campana de vidre és un sistema tancat, des del punt de vista de la matèria. De a a b: el ratolí –un sistema obert– mor per

manca d’oxigen, que ha consumit l’espelma, que és un altre sistema obert. De il·luminada per la llum solar, que penetra a l’interior perquè des del punt de vista de l’energia és un sistema obert. L’espelma, la planta i el ratolí generen CO combustió i respiració, però la planta a més genera oxigen per la funció clorofíl·lica, que permet que l’espelma segueixi cremant i el ratolí segueixi respirant. Si les dimensions dels tres objectes i organismes són les adequades, pot arribar-se a un estat quasi estacionari, que es mantindrà mentre l’espelma no es consumeixi totalment i la planta i el ratolí tinguin prou nutrients.

Val a dir que l’aproximació que s’ha fet fins aquí és clàssica, i no entra en el món de la física o química quàntiques, amb les lleis de conservació de la càrrega elèctrica, de la càrrega de color, o la simetria CPT dels processos físics en els quals s’inverteix simultàniament la càrrega (C: les partícules passen a antipartícules), la paritat (P: canvis de l’spin i altres canvis espacials) i el temps (T: inversió del sentit del temps).

L’equilibri químic

El concepte genèric d’equilibri és molt anterior a la seva intro-

ducció en química, tant històricament com en les vivències personals de cada individu. Els equilibris mecànics són quotidians, tant els estàtics –una pila d’objectes en equilibri– com els dinàmics, com un balancí amb masses iguals a ambdós costats, o una balança mecànica clàssica. La concepció més estesa sobre els sistemes en equilibri és considerar que es tracta de sistemes que no es decanten vers cap dels seus extrems La publicitat de cosmètics, d’aliments preparats o d’aigües minerals ha estès aquesta idea a bastament, però aquest és un mal punt de partida per a la introducció del concepte d’equilibri químic. Caldria distingir clarament entre els equilibris –físics–entre fases i els equilibris de les reaccions químiques, inclosos els equilibris de les dissolucions.

Les reaccions químiques més habituals de l’entorn són les combustions –en els vehicles, a la cuina, a la pirotècnia o a la calefacció–, les fermentacions –per fabricar iogurt, cervesa, vi o vinagre–, les oxidacions de metalls o de fruites i les reaccions de Maillard i caramel·litzacions a la cuina. Al laboratori escolar es poden portar a terme moltes reaccions senzilles, per exemple entre àcids i bases. La seva

modelització es fa a vegades amb recursos com l’ús de peces de Lego (Mans, 2014), però en tots els casos citats les reaccions són completes i irreversibles i no s’hi donen situacions d’equilibri químic.

La dissolució de compostos iònics com el clorur de sodi (Na+Cl-)∞ sol considerar-se un fenomen físic, amb l’argument que en evaporar l’aigua del sistema es recupera tota la sal inicial. Però no hi hauria d’haver dubte en classificar el procés com una reacció química, perquè desapareix l’espècie inicial i apareixen ions Na+ i Cl– solvatats, de propietats radicalment diferents al sòlid iònic del qual provenen. Que l’evaporació retorni la sal inicial només demostra que el procés és reversible. La interpretació del fenomen de la dissolució com a físic reforça indirectament la concepció alternativa –i errònia– que totes les reaccions químiques serien completes i irreversibles

L’equilibri químic és un fenomen contraintuïtiu, inesperat per a l’alumne, i adquirit només per la informació que el professor aporta a la classe. De situacions d’equilibri químic no n’hi ha exemples quotidians fàcils d’identificar, i només n’hi ha algun d’equilibri físic entre fases, com una barreja

Figura 1. Esquema de l’experiment de Joseph Priestley (1733-1804) sobre la funció clorofíl·lica.

d’aigua i gel a 0° C en la qual no canviïn les proporcions de líquid i sòlid. Per comprendre i acceptar el concepte d’equilibri químic cal haver assimilat el concepte de reacció i la seva estequiometria; acceptar que existeixen les reaccions reversibles, que combinen una reacció directa i una altra d’inversa, i que hi ha reaccions d’aquestes que, en un recipient tancat, poden arribar a unes condicions en les quals la composició no canvia amb el temps, i on hi ha presents simultàniament reactants i productes; i, finalment, que les concentracions de reactants i productes en equilibri són sensibles a canvis de concentració, pressió i temperatura del sistema.

La modelització matemàtica de tot plegat porta al concepte de constant d’equilibri, que permet predir cap a on evolucionarà una barreja inicial en condicions especificades o en variar les condicions de l’entorn.

Els equilibris en reaccions iòniques, relacionats amb la solubilitat, la precipitació de sals i el pH de solucions d’àcids, bases i sals, són genuïnes situacions d’equilibri en sistemes tancats. Però la mancança indicada en l’apartat anterior segueix present: els sistemes tancats en equilibri no són majoritaris en la realitat, ni en la indús tria ni en els sistemes biològics, i caldrien aproximacions didàctiques més realistes per a sistemes oberts per tal d’abastar exemples més pertinents per a l’alumne.

Un exemple qualitatiu elemental de sistema obert es troba en l’agricultura. En condicions donades de temperatura i pluja, un camp evoluciona de forma natural fins a una situació final d’equilibri, amb plantes d’una certa alçària i massa. L’agricultura es basa a allunyar aquest camp de l’equilibri: es retiren les plantes –el producte– per allunyar el terreny de l’equilibri al qual havia arribat, i permetre així una nova collita, amb nous reactants.

La vinya del meu avi, a la Serralada Litoral, es va abandonar a la seva mort, el 1962. En no cultivar-la, no podar-la ni eliminar la vegetació no genuïna la vinya desapareix, espontàniament les pinedes dels seus costats s’hi van estenent i amb els anys hauria arribat al seu estat d’equilibri, una pineda com les altres. Un incendi (a la foto el de l’any 2003) elimina la vegetació herbàcia i els matolls, allunya el sistema de l’equilibri, i al cap de pocs dies torna a rebrotar la vegetació, anant novament a l’equilibri. L’incendi fa la mateixa funció que

l’agricultor, des d’aquest punt de vista (fig. 2).

A la cuina es poden trobar molts exemples quotidians de sistemes oberts. Una fregidora domèstica (fig. 3) s’analitza com a sistema de reacció. A una fregidora amb oli hi tenen lloc moltes reaccions diferents, algunes desitjables i altres no. L’oli calent, a 150-180 ºC, escalfa sobtadament els aliments i així s’aconsegueix fondre els greixos, vaporitzar l’aigua superficial i trencar parets cel·lulars que desprenen la seva aigua, que majoritàriament es vaporitza

Figura 2. Rebrot de la vegetació després d’un incendi en una antiga vinya de la Serralada Litoral.

també. Tots aquests són canvis físics. Els canvis químics principals són els següents: a aquestes temperatures les proteïnes es descomponen alliberant aminoàcids, que reaccionen amb els hidrats de carboni presents provocant amb més o menys intensitat les reaccions de Maillard, que canvien el color, l’olor i el sabor dels aliments que s’estan cuinant. L’oli és inicialment un simple vehicle per a la transmissió de calor, però la presència simultània de vapor d’aigua i oli calent –format per triglicèrids– els hidrolitza i es generen compostos polars, com àcids grassos lliures i glicerina. Tot plegat augmenta la viscositat del bany d’oli, i també l’enfosqueix. Aquests compostos polars romanen al bany, i per això l’oli es degrada i cal canviar-lo periòdicament. La fregidora és, doncs, un reactor químic multifàsic, que treballa per càrregues successives, en estat no estacionari, i més o menys isoterm, i no s’arriba a cap equilibri al seu interior, perquè s’aturen les reaccions en treure els aliments quan es creu que estan prou cuits.

Espontaneïtat de les reaccions químiques

La qüestió de per què tenen lloc unes reaccions i unes altres no, i per què unes van ràpides i altres no, planteja dos tipus de problemes, el primer d’índole termodinàmica i el segon, cinètica. A nivell d’infantil i primària el perquè passen uns fenòmens i altres es pot atribuir, com ja s’ha citat, a l’existència d’alguna empenta o força impulsora, però aquesta és una visió parcial, que més endavant cal afinar i quantificar. Recordem que per a cada substància s’avalua quanta energia conté, i per fer-ho se li calcula la funció termodinàmica denominada energia lliure de Gibbs, que en la seva definició inclou les

funcions d’estat entalpia i entropia, i que depenen de l’energia dels enllaços químics que constitueixen la substància. Per a una determinada reacció química es pot calcular, doncs, la diferència entre l’energia de Gibbs dels productes i la dels reactants, i el valor d’aquesta diferència és la força impulsora que determina si la reacció es donarà o no. Si és negativa, la reacció tindrà lloc espontàniament, des del punt de vista termodinàmic; si és zero la reacció és en equilibri, i si és positiva la reacció no tindrà lloc espontàniament. Però no sempre té lloc una reacció, per molt favorable que sigui la termodinàmica: cal tenir presents també els aspectes cinètics.

La cinètica de les reaccions químiques

Com en el cas de l’equilibri, el concepte de velocitat és quotidià quan es refereix al moviment. La seva definició conté la variable temps. En observar l’evolució de les reaccions químiques –per exemple, les citades en parlar de l’equilibri– es veu que n’hi ha de ràpides –les reaccions pirotècniques–, i de molt lentes, com les oxidacions de metalls a l’aire lliure. Per tal que tingui lloc una reacció, es requereix que es promoguin els reactants a un nivell superior d’energia del que tenen, mitjançant el subministrament des de l’exterior d’una certa quantitat d’energia, l’energia d’activació. Els reactants inicials s’han transformat en altres substàncies derivades, que són les que transformen productes. Distingir entre força impulsora i energia d’activació és essencial en aquest punt: per més gran que sigui la força impulsora –i, per tant, més afavorida estigui la reacció, des del punt de vista termodinàmic– no tindrà lloc a una velocitat perceptible si l’energia d’activació que es

requereix per iniciar-la és molt alta. Els diagrames d’energia amb què els textos docents representen aquests fenòmens no sempre són correctes (Mans, 2012), entre altres motius perquè usen termes com avenç de la reacció o coordenada de reacció, molt inexactes i mal definits. La dificultat de comprensió d’aquests conceptes no és herència de les concepcions amb què l’alumne pugui venir, sinó, a vegades, de les contradiccions entre els textos docents i les concepcions del mateix docent.

Els reactors industrials per a la fabricació de productes útils poden ser molt complicats, i han de tenir en compte la termodinàmica i la cinètica de les reaccions que s’hi han de dur a terme. Un exemple paradigmàtic n’és el reactor d’amoníac dissenyat inicialment per Haber i Bosch. La reacció de síntesi de l’amoníac és exotèrmica i amb reducció del nombre de mols. Per raons termodinàmiques, doncs, el reactor ha de treballar a alta pressió i a baixa temperatura; però a baixa temperatura la velocitat de la reacció és molt baixa, i per això, per raons cinètiques, la temperatura ha de ser força alta, malgrat la termodinàmica. La figura 4 representa esquemàticament un complicat reactor catalític industrial actual per a la síntesi de l’amoníac a partir dels gasos nitrogen i hidrogen mitjançant la reacció de Haber-Bosch. Hi ha representades tres entrades de la barreja estequiomètrica dels gasos (dues a la part superior i una a la inferior) i una única sortida a la part inferior dreta, amb els gasos no reaccionats i l’amoníac obtingut, tots barrejats. Hi ha representat el catalitzador, en groc a la part superior, i bescanviadors de calor interns entre els gasos d’entrada i de sortida, indicats en vermell al centre superior i a

la part inferior. És un sistema obert amb entrades i sortides de matèria, que treballa en estat estacionari, a alta pressió per raons termodinàmiques. i a temperatura força alta per raons cinètiques.

Figura 4. Esquema d’un reactor catalític industrial actual per a la síntesi de l’amoníac mitjançant la reacció de Haber-Bosch.

En conclusió

− Cal usar d’entrada el llenguatge de l’alumne, el propi de l’etapa anterior, amb l’objectiu de fer-lo evolucionar.

− De la major part de termes i conceptes químics que s’introdueixen a l’aula l’alumne no en té cap idea ni concepció perquè no formen part del seu univers cultural i social. És a l’ensenyament reglat quan s’introdueixen.

− La realitat no s’ha de descriure de forma simplificada, sinó que s’ha d’abordar amb tota la complexitat, inicialment de forma qualitativa. El que ha de ser simplificat és el model

d’explicació que s’usarà per anar intentant explicar els perquès, distingint clarament el que és la realitat i el que és el model, i no estenent el model a objectes o substàncies a les quals ja no és aplicable. Per exemple, en la realitat la matèria no es presenta només en els estats sòlid, líquid i gas que es descriuen en el model simplificat, sinó que hi ha una immensa varietat de substàncies toves al nostre entorn quotidià, començant pel nostre cos.

− Cal no donar la idea que el progrés en la ciència és un camí lineal i que desemboca ineludiblement en les idees actualment considerades correctes. L’avenç ha estat ple de dubtes i teories abandonades, com es pot veure en estudiar l’evolució dels conceptes àcid-base, oxidacióreducció, o la teoria atòmica. L’estudi de l’evolució de les idees és una bona manera d’educar en el mètode científic.

Referències

Castello, l.; mársiCo, M. C. (1995). Diccionario etimológico de términos usuales en la praxis docente. Buenos Aires: Altamira. Costa, J.; Cervera, s.; Cunill, F.; espluGas, s.; mans, C.; mata, J. (1984). Curso de Química Técnica. Una introducción a los procesos químicos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte en la Ingeniería Química. Barcelona: Reverté.

izquierdo, M. (coord.); Grup de treball Kimeia (2011). Química a infantil i primària. Una nova mirada. Barcelona: Graó. mans, C. (1990). Una classe sobre l’energia [en línia]. <https:// cmans.wordpress.com/2021/09/ 27/textos-introbables-1-8-unaclasse-sobre-lenergia-1990/> [Consulta: març 2022].

— (2004). «Entropòlegs». Notícies per a Químics (NPQ), núm. 421, p. 15-21. Disponible en línia a: <https://issuu.com/colquim-

cat/docs/npq_421> [Consulta: març 2022].

— (2012). «Coordenada de reacció?». Educació Química EduQ, núm. 11, p. 12-16. Disponible en línia a: <https://raco.cat/ index.php/EduQ/article/view/ 264594> [Consulta: març 2022]. (2014). «De com l’àtom esdevé una peça de LEGO. Una visió crítica», Educació Química EduQ, núm. 19, p. 33-38. Disponible en línia a: <https://raco.cat/ index.php/EduQ/article/view/ 305055> [Consulta: març 2022].

— (2015a). «El que tothom ha de saber de química», Perspectiva Escolar, núm. 384, p. 6-13.

— (2015b). «Sustancias y productos cotidianos». Alambique, núm. 82, p. 45-52.

— (2016). La química de cada dia Barcelona: Publicacions i Edicions de la Universitat de Barcelona. [El primer capítol es pot consultar en línia a Google Books.]

piaGet, J. (1972). El nacimiento de la inteligencia en el niño. Madrid: Aguilar. [Trad. de la 3a ed. de l’original de 1959 (Neuchâtel: Delachaux&Niestlé).]

Claudi Mans i Teixidó

Nascut a Badalona (1948), és catedràtic emèrit d’enginyeria química de la Universitat de Barcelona, on va ser professor des de 1971. A part de la recerca bàsica i aplicada en el camp de l’enginyeria química i els tensioactius, està interessat en la ciència de la vida quotidiana, especialment la química de la cuina, la didàctica de les ciències experimentals i les interfases universitat-batxillerat i primària-secundària. Té diversos guardons en aquestes temàtiques.

A/e: claudimans@gmail.com

Las viñetas como herramientas de reflexión docente en la enseñanza de las ciencias en una facultad de química

Les vinyetes com a eines de reflexió docent en l’ensenyament de les ciències en una facultat de química

Vignettes as a teaching reflection tools in science teaching in a chemistry faculty

Aurora Ramos-Mejía, Guillermina Yazmín Arellano-Salazar, Aidee Vega-Rodríguez, Elizabeth NietoCalleja, Daniela Franco-Bodek, Wendi Olga López-Yépez y Kira Padilla-Martínez / Facultad de Química, CU, UNAM. Ciudad de México, CP 04510

resumen

Este trabajo presenta la reflexión que algunas docentes realizaron sobre cómo reimaginaron el laboratorio desde casa, para diferentes asignaturas de la Facultad de Química de la UNAM. Se narra, a través de viñetas, lo que hicieron y cómo lo hicieron en sus clases, y se acompaña con una reflexión de otra docente. Se reportan los cambios de enfoque hacia la indagación, y las diversas experiencias donde se busca fomentar el desarrollo de habilidades procedimentales, pero principalmente de pensamiento científico; así como el uso de herramientas digitales utilizadas para la enseñanza experimental en línea.

palabras clave

Enseñanza experimental, viñetas, reflexión docente, indagación, laboratorio en casa. resum

Aquest treball presenta la reflexió que algunes docents van realitzar sobre com van reimaginar el laboratori des de casa, per a diferents assignatures de la Facultat de Química de la UNAM. Es descriu, a través de vinyetes (talls de vida), el que van fer i com ho van fer a les seves classes, i s’acompanya amb una reflexió d’una altra docent. S’informa dels canvis d’orientació sobre la indagació i de les diverses experiències que cerquen fomentar el desenvolupament d’habilitats procedimentals, però principalment de pensament científic; així com l’ús d’eines digitals utilitzades per a l’ensenyament experimental en línia.

paraules clau

Ensenyament experimental, vinyetes, reflexió docent, indagació, laboratori a casa.

abstract

This work introduces some reflections about how a group of teachers reimagine the labwork from home, for different subjects of the School of Chemistry at UNAM. Through vignettes, teachers narrate what they do and how they do changes in their teaching practice, and each reflection is accompanied by another teacher’s commentary. Some changes in the approach are reported, as well as different teaching experiences where procedural abilities and thinking skills are developed. In such experiences scientific thinking is mainly promoted, as well as the use of digital tools for experimental online teaching.

keywords

Lab teaching, vignettes, teacher reflection, inquiry, home labs.

La enseñanza experimental de las ciencias y el uso de herramientas digitales

La enseñanza experimental sufrió un gran revés durante la pandemia porque no se podía acceder a los laboratorios. Forzados a llevar el laboratorio a la casa de los estudiantes, muchos docentes optaron por implementar diferentes tipos de estrategias didácticas con un enfoque de indagación, haciendo uso de videos, experimentos en casa, etcétera. El confinamiento social obligó a «contextualizar en la vida cotidiana», y así el laboratorio se materializó en la casa de los estudiantes. Allí se encontraron herramientas, redescubriendo a la química en su presentación más mundana, y la frase «la química está en todos lados» se reveló como algo cierto. Reimaginar el laboratorio y situar la química en la vida cotidiana (Caamaño, 2018), de entrada, ya fue una mejora con respecto a las prácticas tipo receta del laboratorio tradicional. Cuando el profesor es responsable de «transmitir» el conocimiento, y los estudiantes de ejecutar el procedimiento experimental sin cometer errores –con un manual con instrucciones precisas que operan predominantemente en el ámbito de las habilidades de pensamiento de orden inferior (HPOI) (Zohar, 2006), apelando a la memoria y a la aplicación de algoritmos psicomotrices, y con tantas prácticas distintas como sesiones de laboratorio disponibles en el curso–, el alumno termina creyendo que el conocimiento científico está acabado, que siempre tiene respuestas correctas, que lo importante es aprender muchos conceptos, y que lo experimental es un mero trámite. Arraiga viejas creencias acerca de que el laboratorio está subordinado a la teoría (Chamizo et al. 2012), que no es una experiencia particularmente importante (Hofstein y Lunetta,

Dentro de la enseñanza experimental se ha discutido la implementación de enfoques tradicionales en donde a los estudiantes se les da un procedimiento experimental y solo se espera que lo lleven a cabo, como si fuera una receta de cocina

2004), y privilegia una aproximación superficial de aprendizaje (Entwistle, 2005).

Al transformar los cursos experimentales tradicionales en aquellos en donde el estudiante puede «situarse» como investigador (Brown et al., 1989), se le da la oportunidad de desplegar el pensamiento científico. A través de laboratorios basados en la indagación y ante la exigencia de «adaptarse» a una situación extraña a la de un laboratorio especializado, el estudiante puede ver cómo el conocimiento se produce de forma tentativa y empírica; que el experimento puede ser diseñado y/o interpretado de diversas formas dependiendo del modelo teórico que escoja; que toda propuesta científica es producto de la imaginación, la creatividad y la inferencia humana, un «invento» que está abierto a la discusión; que depende de quién lo piense y en qué contexto (en este caso su casa) las propuestas son específicas; y que requiere de un pensamiento científico, como hacerse preguntas y plantear hipótesis, pero que siempre opera en un ciclo de reconstrucción no lineal. Todo lo anterior queda enmarcado con lo que entendemos actualmente acerca de la Naturaleza de la Ciencia (Abd-El-Khalick et al., 1998).

Por otro lado, una tecnología diferente a la que se usa en un laboratorio de enseñanza se hizo presente en estas condiciones precarias de trabajo. Las conferencias por Zoom, los cuestionarios con respuesta automática como Google Forms o Socrative, videos alojados en plataformas de redes sociales como YouTube, pizarrones virtuales, teléfonos celulares, tabletas con pantalla táctil, una multitud de simuladores; en fin, se abrió la caja de pandora de las TIC. Dado que los conocimientos docentes acerca de dicha tecnología (Technological Pedagogical Content Knowledge: TPACK) (Koehler et al., 2014) eran limitados, lo mismo que los recursos económicos, ésta se usó principalmente como puente de comunicación y con los fines más específicos posibles. También, la amplitud de opciones de herramientas digitales obligó a escoger las que ya se conocían, o que eran fáciles de aprender y usar, y que tenían un propósito claro para construir entornos de aprendizaje virtuales.

La indagación como elemento base en la enseñanza experimental a distancia

Dentro de la enseñanza experimental se ha discutido la implementación de enfoques tradicionales en donde a los estudiantes se les da un procedimiento experimental y solo se espera que lo lleven a cabo, como si fuera una receta de cocina. Sin embargo, durante el confinamiento los docentes nos enfrentamos a la necesidad de implementar acciones conducentes que permitieran el aprendizaje experimental, sin la opción de las «recetas». Es por ello que muchos docentes optaron por llevar a cabo un cambio de enfoque, en donde se replantearon los objetivos de aprendizaje. Ahora ya no funcionaba la idea de que el laboratorio sirve para «comprobar» la teoría, lo que posibilitó pensar

en que los objetivos de aprendizaje podrían ir en torno al desarrollo de habilidades de pensamiento científico (planteamiento de preguntas, hipótesis, análisis de datos –pensamiento matemático–, modelaje, argumentación, desarrollo de experimentos –caseros–, resolución de problemas) (Balderrama y Padilla, 2019). Es decir, promover el proceso de indagación, el cual puede llevarse a cabo desde diferentes perspectivas. Una de ellas puede ser el aprendizaje basado en proyectos (ABP), otra también puede ser la conocida como POGIL (aprendizaje orientado a procesos de indagación) que involucra diferentes niveles de indagación, desde semicerrado hasta muy abierto (Zacharias et al., 2015). En ambas perspectivas fue necesario que los docentes reflexionaran sobre sus prácticas docentes y cómo transformarlas, además debieron reflexionar sobre sus conocimientos en torno al uso de las tecnologías del aprendizaje y el conocimiento (TAC) y cómo implementar los trabajos experimentales haciendo uso de éstas.

Las viñetas como herramienta de reflexión docente

El uso de las viñetas en investigación educativa tiene múltiples propósitos, los cuales van desde herramientas para recolectar datos, hasta narrativas que facilitan el proceso de reflexión sobre ciertos fenómenos de interés (Jasinski et al., 2021). Las viñetas se definen como descripciones breves, que pueden ser reales o ficticias, sobre diversas situaciones o personajes. Las viñetas sirven para estudiar las creencias, percepciones y actitudes sobre situaciones específicas (Benedetti et al., 2018), pero también funcionan como herramientas para que los docentes reflexionen sobre sus prácticas, creencias y comprensiones alrededor de diversos contextos

relacionados con las transformaciones en la enseñanza. Dado que existe una gran variedad de definiciones y características de las viñetas, en nuestro caso consideraremos la definición dada por Jeffries y Maeder (2005) quienes consideran a la viñeta como «una historia breve que es escrita para reflexionar sobre situaciones reales y que permite la discusión y solución a problemas donde son viables múltiples soluciones» (traducción libre, p. 19). Además, estos autores consideran cinco criterios básicos para la construcción de las viñetas: i) es una narrativa; ii) es corta (su longitud va de 50 a 200 palabras); iii) es relevante y simplifica situaciones reales para los participantes; iv) da pauta a múltiples reflexiones, soluciones, respuestas y fomenta el pensamiento independiente, y v) debe estar incompleta a propósito, es decir, algunos detalles son omitidos para dar lugar a una variedad de interpretaciones que puedan ser defendidas. En este sentido, las viñetas escritas por los docentes permiten generar un proceso de reflexión en torno a sus propias prácticas, sobre cómo se enfrentaron a situaciones problemáticas y cómo las resolvieron.

En este trabajo se solicitó a seis profesoras, que imparten diferentes asignaturas relacionadas con la formación universitaria en química, escribir una viñeta que describiera una situación problemática a la que se hubieran enfrentado durante el periodo de pandemia, en donde la enseñanza experimental se tuvo que impartir desde casa. Posteriormente, las viñetas se intercambiaron, se leyeron y se reflexionó en torno a lo que las docentes habían escrito. Finalmente se solicitó que escribieran un comentario reflexivo sobre la viñeta de otra docente.

Los retos que las docentes en este trabajo manifiestan como

El uso de las viñetas en investigación educativa tiene múltiples propósitos, los cuales van desde herramientas para recolectar datos, hasta narrativas que facilitan el proceso de reflexión sobre ciertos fenómenos de interés (Jasinski et al., 2021)

importantes en el contexto de implementar laboratorios de indagación desde casa fueron: el rediseño de los laboratorios; la evaluación y retroalimentación; el uso de herramientas tecnológicas digitales; fomentar la autonomía, y promover el sentimiento de pertenencia y comunidad de los estudiantes. A continuación, se presentan los comentarios realizados a cada una de las viñetas propuestas.

Viñeta 1. Las dificultades de la evaluación formativa en línea

Si la retroalimentación del informe del laboratorio se lleva a cabo en una hoja colaborativa como Google Sheets, abre una posibilidad para realizarla en forma efectiva, puntual e incluso en tiempo real. Esta estrategia fue utilizada en grupos de aproximadamente treinta estudiantes durante las clases en línea de las asignaturas de Laboratorio de Física y Laboratorio de Termodinámica con resultados favorables. El proceso consiste en diseñar una hoja de cálculo para todo el grupo y que cada estudiante realice una copia de la hoja «actividades» y la renombre con un número que será único para cada uno. El docente genera una hoja «maestra» donde podrá ver en tiempo real las respuestas de los estudiantes, realizando el

reflexión

Figura 1. Ejemplo de tratamiento de datos para obtener el valor de la aceleración de la gravedad, con dos experimentos caseros: péndulo y caída libre.

vínculo a los resultados en celdas específicas; de esta forma se puede dar seguimiento individual a los estudiantes por su grado de avance y ofrecerles una retroalimentación efectiva e inmediata, ya sea en forma verbal o escrita en un comentario; de igual forma el estudiante puede solicitar al docente apoyo a través de comentarios. Además de las operaciones en la hoja de cálculo se pueden elaborar tablas y gráficas que en su conjunto permiten la discusión y el análisis en grupo, generando con ello una actividad más enriquecedora e interactiva que busca promover el proceso cognitivo.

Comentario a viñeta. El proceso de retroalimentación queda dentro de la evaluación formativa de los estudiantes, permitiendo (cuando es efectiva) que se fomente la autorregulación de los aprendizajes. En este caso, la docente desarrolla una estrategia efectiva para evaluar la forma en la que los estudiantes llevan a cabo el análisis de los datos obtenidos (pensamiento computacional y matemático). Sin embargo, para ello se requieren conocimientos del uso y aplicaciones de las hojas de cálculo, que no necesariamente todos los docentes tenemos, pero que durante la pandemia se volvieron necesarios. El ejemplo

que se muestra permite darnos cuenta de que, sin importar el tamaño del grupo, es posible llevar a cabo un proceso de evaluación formativa que conlleve la autorregulación efectiva de los aprendizajes, lo que también puede llevarse a la modalidad presencial, sin ninguna dificultad.

Viñeta 2: El uso de videos para el aprendizaje de la volumetría en Química Analítica

La credibilidad de los resultados en Química Analítica depende de que el procedimiento experimental se ejecute de forma correcta y este es uno de los aprendizajes más difíciles de

lograr sin experiencia directa. Una de las soluciones es utilizar como herramienta videos para mostrar cómo utilizar los instrumentos y aparatos. Para esto, se pueden utilizar tres tipos de videos: los ya existentes que fueron elaborados previamente como material de apoyo para el trabajo experimental presencial; los que se elaboraron expresamente al iniciar el trabajo durante el confinamiento, y la posibilidad de grabar y transmitir el trabajo de laboratorio en tiempo real durante una clase sincrónica en línea.

La solución fue utilizar los tres tipos de videos de forma mixta, adaptándolos para la clase en línea. Por ejemplo, volver «interactivos» los videos que no fueron elaborados con ese objetivo: pausando el video, buscando errores en la operación, comparando técnicas en diferentes videos, extrayendo la información para elaborar un protocolo, identificando dudas para transmitir la operación en vivo, y pidiendo a los estudiantes que elaboraran sus propios videos operando sucedáneos de instrumentos para demostrar el método de operación. En otras palabras, es necesario tener una estrategia detrás del uso del video como herramienta en el aula virtual, no es suficiente simplemente contar con los videos.

Comentario a viñeta. Al pedirles que identifiquen errores en los videos, los estudiantes van acomodando la información de manera significativa en su esquema cognitivo con una estrategia deliberada. Luego, si se les pide que ellos mismos diseñen un procedimiento alternativo con material casero para conseguir mediciones «analíticas», el problema es justamente darse cuenta de las limitaciones que dicho material casero plantea. El enfoque sube de nivel porque

La credibilidad de los resultados en Química

Analítica depende de que el procedimiento experimental se ejecute de forma correcta y este es uno de los aprendizajes más difíciles de lograr sin experiencia directa

pasa del video demostrativo, a que el estudiante piense, investigue, resuelva y justifique. El hecho de reconocer y caracterizar las condiciones que se requieren para que una medición sea precisa, o exacta, o confiable, o todas ellas a la vez, es justamente lo que lleva a pensar a un químico analítico como profesional.

Viñeta 3. La enseñanza experimental en línea con un enfoque de indagación

Algunos de los enfoques que pueden ayudar a que los estudiantes se involucren en su proceso de enseñanza-aprendizaje son el ABP y la indagación. Ambos muy relacionados entre sí, aunque con diferencias específicas. Este último es el que algunos docentes de Laboratorio de Química General usamos, el enfoque de indagación semiabierta, porque permite definir elementos tanto del trabajo experimental como del desarrollo de habilidades que se desean conseguir con cada uno de ellos. Sin embargo, durante el trabajo en línea no solo se tuvo que definir la forma en la que dicho enfoque se iba a implementar, sino también el tipo de materiales (que los estudiantes podían conseguir en casa o en una tienda cercana) para llevar a cabo dichos trabajos experimen-

tales. El reto entonces fue doble, porque era importante lograr que también pudieran trabajar en equipo. Otro aspecto importante fue la forma de trabajo. En este caso se optó por la siguiente secuencia: investigación previa, planteamiento de la situación problemática, desarrollo de la propuesta experimental (en este punto los estudiantes también plantean sus preguntas y sus hipótesis), discusión sobre las propuestas experimentales y, si se aprueban, proceder a llevarlas a cabo, discusión y análisis sobre los resultados obtenidos, elaboración del diagrama de argumentación y del diagrama heurístico.

Comentario a viñeta. Mantener la claridad del enfoque de la enseñanza experimental en el diseño del trabajo en línea me parece un esfuerzo admirable, puesto que puede resultar sencillo caer en una dinámica enteramente catedrática dada la naturaleza de las videoconferencias con las cuales tuvimos que sustituir el trabajo de laboratorio. En este ejemplo, la docente se ve forzada a hacer lo que espera de sus estudiantes: resolver un problema de enseñanza-aprendizaje diseñando prácticas de laboratorio casero que ilustren los contenidos temáticos de Química General. Este esfuerzo puede rescatarse durante el trabajo presencial de laboratorio, donde los estudiantes incorporen la reflexión «¿cómo puedo probar esto en casa?» al trabajo de sus desarrollos experimentales en el laboratorio universitario, pues incluye retos diferentes pero relevantes en la formación de un químico: la consideración de los costos del experimento y la seguridad del trabajo.

Viñeta 4. Promover el sentimiento de pertenencia y comunidad

En el Laboratorio Unificado de Fisicoquímica, los estudiantes

a

Las viñetas como herramientas de reflexión docente en la enseñanza de las ciencias en una facultad de química número

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Figura 2. Ejercicio de integración por equipos dentro de Zoom en salas pequeñas. Documento colaborativo en Jamboard en el que los equipos tenían que representarse con un animal y consensuar en un meme que simbolizara sus sentimientos acerca de las clases en línea.

resolvieron problemas experimentales con métodos caseros, por ejemplo, diseñar un dispositivo electroquímico para producir un desinfectante a partir de agua y sal de mesa. Lo que me resultó muy preocupante fue fomentar un buen trabajo en equipo y que se sintieran acompañados, pero sobre todo que se ayudaran mutuamente. Las relaciones que los estudiantes sostienen entre sí repercuten en la motivación, en las emociones y en el funcionamiento adecuado del trabajo colaborativo. Es fundamental que establezcan contratos de trabajo de equipo, para pactar compromisos y metas comunes. Me apoyé mucho en la tecnología, usé salas pequeñas de Zoom, juegos de mesa virtuales y actividades lúdicas usando memes (Jamboard, pizarrón interactivo de Google), y plataformas de interacción cerrada como Padlet. Los estudiantes pudieron formar equipos

en los que promovía la interdependencia positiva y la resolución de conflictos de manera asertiva y propositiva. La autoevaluación y coevaluación que hicieron a través de las rúbricas, y que diseñaron al principio del semestre, fue de mucha utilidad para que pudieran regular sus interacciones. Los llevaron a identificar cuando alguien estaba teniendo problemas, que fueron de muy diversa naturaleza (técnicos por la internet, económicos, de enfermedad, depresión, etcétera), para apoyarse mutuamente y ser más empáticos.

Comentario a viñeta. El reto de llevar el laboratorio a distancia fue frustrante en la mayoría en los cursos experimentales, con escasa o nula interacción entre los mismos alumnos y con el profesor, aspectos inherentes a las interacciones que se viven en el aula y el laboratorio. En estos

momentos, cobran mayor relevancia ya que pueden determinar e interferir con la participación de los alumnos a lo que les plantee el docente. La propuesta, desde un contexto de laboratorio por indagación (ABP), enfatizó la interacción de alumnos con alumnos, así como la selección de estrategias adecuadas para lograr respuestas asertivas en las actividades seleccionadas y de evaluación formativa constante. Coincido en que no solo es innovar por innovar en tiempos de retos docentes, sino promover un aspecto primordial del aprendizaje que es la pertenencia a un grupo, con los retos y beneficios de vivir más experiencias compartidas.

Viñeta 5. La libertad de creación como elemento clave del aprendizaje En el Laboratorio de Termodinámica opté por darles la libertad de preparar su propio material

Figura 3. Manómetro casero (sobre un cartón, una manguera transparente, agua con colorante y una jeringa) con diferentes presiones manométricas. Hecho por alumnos del laboratorio de Termodinámica.

con lo que tuvieran en casa o usar simuladores para revisar los temas correspondientes. Mi objetivo principal con estas prácticas no era medir con precisión variables como presión y temperatura, sino entender los conceptos involucrados; por ejemplo, entender el principio básico del manómetro y poder relacionar las diferentes unidades de presión con las mediciones hechas con estos instrumentos y reconocer cómo cambian las propiedades termométricas con la temperatura en los termómetros caseros que se pueden elaborar con material reciclable. La mayoría de los estudiantes optó por hacer su propio manómetro de U y termómetro en casa, y realizar diversas mediciones. Lograron identificar que la presión es una propiedad intensiva y cómo se relaciona la altura del fluido con la presión fluidostática; creo que a los alumnos les gustó el poder manejar ellos mismos desde casa su material para crear cosas con las que pudieron revisar estos temas del laboratorio para comprender mejor los conceptos. Ellos se volvieron partícipes de la generación de sus conocimientos y no solo escucharon o vieron videos.

Comentario a viñeta. Lo que se puede resaltar acerca de la

propuesta de la profesora para resolver el problema de la falta de presencialidad dentro de los laboratorios, fue alentar el pensamiento creativo de los estudiantes para la resolución de problemas prácticos. Esto es, ¿cómo lograr la determinación de variables termodinámicas a través de propuestas caseras?, y de ahí estimular el pensamiento crítico de los jóvenes al discutir acerca de la precisión y confiabilidad de las mediciones obtenidas a través de sus propuestas. Prácticas fundamentales que deben estar siempre presentes dentro de la formación que se proporciona a cualquier estudiante dentro de las asignaturas teórico-prácticas de cualquier currículo y en cualquier tipo de modalidad, pero que con la circunstancia presente se pudieron hacer más visibles.

Viñeta 6. El rediseño del laboratorio para centrarse en el desarrollo del pensamiento crítico

En la Química Orgánica, la metodología a desarrollar para llevar a cabo el aislamiento, purificación e identificación de compuestos orgánicos requiere razonamientos profundos de las propiedades de la materia. Consideré importante reducir el número de prácticas de doce –que se realizan de forma tradicional a través de la comprobación y mayormente dirigidas

por el docente– a únicamente cinco, para mejor desarrollar habilidades de pensamiento crítico. A lo largo del curso, se promovieron en los estudiantes las preguntas de por qué y para qué se utiliza cada técnica, qué información se puede obtener al analizar este tipo de variables y cómo y en qué momento será adecuada una u otra técnica dependiendo del objetivo que se persiga (aislar, purificar o identificar). Los estudiantes discutieron, analizaron y reflexionaron en cada práctica, a través de inferencias, planteamiento de hipótesis, consulta de fuentes confiables de información (hojas de datos de seguridad, por ejemplo) e incluso, en el caso de muestras desconocidas, fueron capaces de tomar decisiones para llevar a cabo una metodología en particular de manera exitosa.

Comentario a viñeta. La docente logra una reestructuración de la enseñanza en el laboratorio de Química Orgánica, con la selección de prácticas consigue promover el desarrollo cognitivo del estudiante, desde la investigación de conceptos, el análisis de las diferentes técnicas y la integración de múltiples variables que pueden entrar en juego. Enfatiza el papel protagonista del estudiante y promueve la responsabilidad de su

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ciencias en una facultad de química número

propio aprendizaje; también destaca, sin mencionarlo, el quehacer colaborativo que se requiere en el laboratorio. Deja en claro que es posible pasar de un enfoque tradicional a otro mayormente de indagación, el cual permitirá una mejor gestión del tiempo, del aprendizaje y de los recursos materiales. A través de su experiencia nos invita a reflexionar y replantear nuestro quehacer en la práctica experimental para que los estudiantes construyan su propio conocimiento.

Conclusiones

La emergencia provocada por la pandemia nos obligó a cambiar el enfoque de los trabajos prácticos tradicionales a un formato de indagación (guiada y ABP) en el contexto cotidiano. Este cambio implicó a su vez una serie de transformaciones: la priorización de los aprendizajes para poder escoger las habilidades de pensamiento y experimentales que las prácticas originales piden; la modificación de objetivos de aprendizaje, con las dificultades mismas que implica un replanteamiento de estos; se hicieron evidentes las diferentes necesidades de evaluación (formativa y sumativa), así como la necesidad de que los estudiantes interactuaran entre ellos y con los docentes; la reflexión acerca del desarrollo de habilidades procedimentales necesarias para la formación de profesionales de la química, a través de la medición y la reflexión de poder llevarlas a cabo en casa construyendo sus propios materiales; el uso inicial de videos, sin un objetivo de aprendizaje en particular, para transformarlo en una aproximación más reflexiva. Todos estos cambios implicaron el uso de las herramientas digitales en todos los aspectos, pero también fomentando el trabajo colaborativo, la evaluación formativa y la comunicación intra e interpersonal.

La emergencia provocada por la pandemia nos obligó a cambiar el enfoque de los trabajos prácticos tradicionales a un formato de indagación (guiada y ABP) en el contexto cotidiano

De lo desprendido de las viñetas, podemos decir que nuestros aprendizajes como docentes van en torno a que nos dimos cuenta de que los estudiantes no logran (con el formato tradicional) habilidades de pensamiento de orden superior. También nos llevó a reflexionar acerca de los objetivos de aprendizaje, «para qué» y «por qué» se hacen las prácticas, y acerca de cuál es la diferencia entre comprobar conceptos o explorarlos a través de la indagación. Finalmente, el uso de las viñetas permitió resaltar de forma breve las dificultades a las que nos enfrentamos como docentes, hacernos reflexionar sobre cómo solucionarlos. Este proceso de escritura no fue rápido, nos llevó tiempo e implicó un proceso de reelaboración que propició el análisis de nuestras prácticas.

Referencias

abd-el-KhaliCK, F.; bell, r l.; lederman, N. G. (1998). «The nature of science and instructional practice: Making the unnatural natural». Science Education, vol. 82, n.º 4, p. 417-436. balderrama Campos, J. l.; padilla, K. (2019). «Developing scientific thinking skills through teaching chemical reaction with inquiry based teaching». Educación Química, vol. 30, n.º 1, p. 93-110.

benedetti, a.; JaCKson, J.; luo, l. (2018). «Vignettes: Implications for LIS

Research». College & Research Libraries, vol. 79, n.º 2, p. 222-236. brown, J. s.; Collins, a.; duGuid, P. (1989). «Situated Cognition and the Culture of Learning». Educational Researcher, vol. 18, n.º 1, p. 32-42.

Caamaño, A. (2018). «Enseñar química en contexto: un recorrido por los proyectos de química en contexto desde la década de los 80 hasta la actualidad». Educación Química, vol. 29, n.º 1, p. 21-54. Chamizo, J. a.; paCheCo, i.; Castilloleo, D. (2012). «La naturaleza de la química». Educación Química, vol. 23, n.º 2, p. 298-304. entwistle, n. (2005). «Contrasting Perspectives on Learning». En: marton, F.; hounsell, d.; entwistle, n. (ed.). The Experience of Learning: Implications for teaching and studying in higher education. 3rd (Internet) ed. Edimburgo: University of Edinburgh, p. 106-125. Disponible en línea en: <http://www. docs.hss.ed.ac.uk/iad/Learning_teaching/Academic_teaching/Resources/Experience_ of_learning/EoLChapter1.pdf > [Consulta: 11 julio 2022]. hoFstein, a.; lunetta, v N. (2004). «The Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-First Century». Science Education, n.º 88, p. 28-54. JasinsKi, l.; noKKala, t.; Juusola, h (2021). «Reflecting on the value of vignetter in higher education research: toward a preliminary typology to guide future usage». European Journal of Higher Education, vol. 11, sup1, p. 522-536.

JeFFries, C.; maeder, D. W. (2005). «Using Vignettes to Build and Assess Teacher Understanding of Instructional Strategies». The Professional Educator, vol. 27, n.º 1/2, p. 17-28. Koehler, m. J.; mishra, p.; KereluiK, K.; shin t s.; Graham, C. R. (2014). «The Technological

Pedagogical Content Knowledge Framework». En: speCtor, J. M. et al. (ed.). Handbook of Research on Educational Communications and Technology. Nueva York: Springer. zaCharias, z. C.; Constantinos, m.; niKoletta, x.; de JonG, t.; pedaste, m.; van risen, s.; Kamp, e.; mäeots, m.; siiman, l.; tsourlidaKi, e (2015). «Identifying potential types of guidance for supporting student inquiry when using virtual and remote labs in science: a literature review». Education Technology Research and Development, n.º 63, p. 257-302. zohar, A. (2006). «El pensamiento de orden superior en las clases de ciencias: objetivos, medios y resultados de investigación». Enseñanza de las Ciencias. vol. 24, n.º 2, p. 157-172.

Aurora Ramos Mejía

Doctora en Ciencias Químicas por la UNAM. Editora en jefe de Educación Química. Especialista en Aprendizaje Basado en Problemas. Pertenece al Departamento de Fisicoquímica de la Facultad de Química de la UNAM, imparte Electroquímica y Laboratorio Unificado de Fisicoquímica. C. e.: armej@unam.mx

Kira Padilla Martínez

Hizo el doctorado en Didáctica de las Ciencias en la Universidad de Valencia. Su principal línea de investigación es sobre PCK. Trabaja en

la Facultad de Química e imparte asignaturas como Química General, Estructura de la Materia y Didáctica de la Química. C. e.: kira@unam.mx

Elizabeth Nieto Calleja

Docente de tiempo completo. Ha impartido cursos dirigidos a profesores de enseñanza básica, bachillerato y licenciatura, relacionados con la Enseñanza Experimental, Microescala, así como en aspectos didácticos, evaluación, desarrollo de habilidades de pensamiento, resolución de problemas, indagación. C. e.: liz@unam.mx

Wendi Olga López Yépez

Ingeniera Metalurgista con Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales. En la Facultad de Química de la UNAM, imparte Física I y II, Laboratorio de Física y de Termodinámica. Forma parte del proyecto educativo de Wikipedia y es socia activa de la Wikimedia México. C. e.: woly@quimica.unam.mx

Aidee Vega Rodríguez

Dra. en Ciencias Químicas por la Facultad de Química, UNAM. Estancia

Posdoctoral en el CCA, UNAM.

Imparte Laboratorio de Termodinámica, y Equilibrio y Cinética en la FQ, UNAM. Integrante del Grupo de «Reflexiones sobre la enseñanza de las ciencias».

C. e.: vegaidee@quimica.unam.mx

Daniela Franco Bodek

Doctora en Química por Imperial College London, Maestría y Licenciatura en Química por la UNAM.

Profesora del Departamento de Química Analítica de la Facultad de Química de la UNAM. Imparte Laboratorio de Química Analítica I.

C. e.: bodek@quimica.unam.mx

Guillermina Yazmín Arellano Salazar

Dra. en Ciencias Químicas por la Facultad de Química, UNAM, con un Diplomado en Enseñanza de las ciencias desde la interdisciplina. Profesora de Química

Orgánica en la FQ y Fac. de Ciencias, UNAM. Integrante del Grupo de «Reflexiones sobre la enseñanza de las ciencias».

C. e.: yaz2372@quimica.unam.mx

Nota: La correspondencia sobre el artículo debe ser dirigida a Aurora Ramos (armej@unam.mx) y a Kira Padilla (kira@unam.mx).

Innovació

Uso y evaluación de modelos para interpretar el proceso de disolución de compuestos iónicos en agua

Ús i avaluació de models per interpretar el procés de dissolució de compostos iònics en aigua

Using and assessing models for interpreting the dissolution process of ionic compounds in water

Beatriz Crujeiras Pérez / Facultad de Ciencias de la Educación, Departamento de Didácticas Aplicadas, Universidade de Santiago de Compostela

resumen

En este artículo se presenta una experiencia sobre la disolución de compuestos iónicos a través de la modelización. Se llevó a cabo con alumnado del máster de profesorado de educación secundaria que cursaba la asignatura de Didáctica de la Física y la Química. El alumnado debía elaborar un modelo teórico y otro material que explicase el proceso de disolución del cloruro de sodio en agua y a continuación evaluar la calidad de los modelos elaborados, en función de una serie de criterios previamente establecidos.

palabras clave

Modelización, solvatación, educación secundaria, formación profesorado.

resum

En aquest article es presenta una experiència sobre la dissolució de compostos iònics mitjançant la modelització. Es va dur a terme amb alumnat del màster de professorat d’educació secundària que cursava l’assignatura de didàctica de la física i la química. L’alumnat havia d’elaborar un model teòric i un altre de material que expliqués el procés de dissolució del clorur de sodi en aigua i avaluar a continuació la qualitat dels models elaborats, en funció d’una sèrie de criteris prèviament establerts.

paraules clau

Modelització, solvatació, educació secundària, formació professorat.

abstract

In this article we present an experience about the dissolution of ionic compounds through scientific modelling. It was conducted in the master’s degree of secondary teaching and with students attending a didactics of Physics and Chemistry course. The students were required to elaborate theoretical and physical models to explain the process of dissolution of sodium chloride in water and, after that, evaluating the quality of the developed models, by means of some criteria previously established.

keywords

Modelling, solvation, secondary education, teacher education.

Introducción

En este artículo se presenta una experiencia de aprendizaje en la formación inicial de profesorado de secundaria sobre la disolución de compuestos iónicos a través de la modelización. El trabajo se enmarca en el enfoque de enseñanza de las ciencias a través del desarrollo de competencias científicas y en particular se centra en la competencia de explicar fenómenos científicos (OECD, 2016), la cual requiere, entre otras operaciones, la identificación, uso y elaboración de modelos explicativos y representaciones. De todos los aspectos implicados en el desarrollo de esta competencia científica, en esta experiencia se examina la capacidad del alumnado para aplicar el conocimiento científico de forma adecuada y para usar y elaborar modelos explicativos y representaciones.

La modelización es muy relevante en la enseñanza y aprendizaje de la química, una disciplina que está dominada por el uso de modelos, ya que para la comprensión de los fenómenos es casi imprescindible utilizar representaciones submicroscópicas o modelos (Oversby, 2000).

Existen múltiples definiciones de modelo, pero en este trabajo utilizamos la propuesta por Gilbert, Boulter y Elmer (2000) según la cual un modelo es una representación parcial de un objeto, evento, proceso o idea, creado con un objetivo específico. Los modelos se utilizan para representar un sistema objeto de estudio o partes de éste, como ayuda en el desarrollo de preguntas y explicaciones, para generar datos que puedan ser utilizados para elaborar predicciones y/o para comunicar ideas. Así, el uso de modelos permite explicar de forma razonada fenómenos imperceptibles, los cuales resultan muy abstractos

para el alumnado (Louca y Zacharia, 2012).

Dentro de la modelización, cabe esperar que el alumnado evalúe y refine modelos a través de un ciclo interactivo de comparaciones de sus predicciones con el mundo físico y ajustándolas para obtener información sobre el fenómeno modelado (NRC, 2013). Sin embargo, son numerosas las dificultades que experimenta el alumnado para construir y aplicar modelos en el aula de química. Entre ellas se encuentran los problemas para relacionar los modelos presentados con las situaciones reales que se están modelizando (Martinand, 1986) o el distinguir las ideas que subyacen de un modelo y los datos que apoyan o refutan su utilidad (Grosslight et al., 1991). Otros problemas derivan del uso de los modelos casi exclusivamente como modelos de bolas o de la falta de experiencia del alumnado con actividades de modelización (Prins et al., 2009).

En este artículo se presenta una experiencia formativa con futuro profesorado de educación secundaria con el propósito de concienciarlos sobre la relevancia de la construcción y evaluación de modelos en las aulas y de proporcionarles una oportunidad de aprendizaje sobre como introducir la modelización a través de una actividad práctica.

Participantes y contexto

El estudio se realizó con alumnado del máster de profesorado de educación secundaria en la asignatura denominada Didáctica de la Física y la Química. En ella se dedica un tema a la enseñanza y aprendizaje de las competencias y prácticas científicas, dentro de las cuales se incluye la modelización. Los participantes eran dieciocho licenciados y graduados en carreras científicas (química,

biología, física, ingeniería, veterinaria, etc.) y trabajaban en pequeños grupos de tres o cuatro integrantes. En el momento de realizar la actividad, los participantes habían recibido formación sobre el desarrollo de las competencias científicas y sobre las prácticas de indagación, modelización y argumentación, habiendo realizado varios ejemplos de actividades prácticas.

Descripción de la experiencia

La propuesta consiste en la interpretación del fenómeno de la disolución del cloruro de sodio a través de la elaboración y evaluación de modelos teóricos y materiales. Se enmarca en un contexto de la vida cotidiana, en particular en el proceso de cocinado de la pasta, y en ella se abordan diversos contenidos como el enlace químico (iónico y covalente), la disociación de compuestos iónicos, el proceso de solvatación y las interacciones implicadas. El guion de la actividad completa puede consultarse en Crujeiras-Pérez et al. (2021).

Esta consta de dos partes diferenciadas: la elaboración de modelos y la evaluación de estos que se realizan en pequeños grupos. En la parte de elaboración de modelos, los participantes tienen que construir primero un modelo teórico que explique lo que le ocurre a la sal al añadirla en una olla con agua para cocinar pasta y a continuación construir un modelo material que represente el modelo teórico. Para la elaboración del modelo teórico se les proporciona la siguiente pista: «para ayudarte en la explicación puedes pensar en la fórmula química de la sal y del agua, así como en sus estructuras». Para la elaboración del modelo material cuentan con plastilina de distintos colores.

En la parte de evaluación de modelos, los participantes deben

identificar los aspectos que debe contener un buen modelo para representar adecuadamente el proceso de disolución de la sal en agua, y aplicar esos criterios para seleccionar cuál de los modelos elaborados por los pequeños grupos se ajusta más al fenómeno real. Antes de realizar la fase de evaluación, los participantes han recibido formación sobre distintos criterios que pueden aplicarse para evaluar modelos, como por ejemplo la clasificación de Coll y Treagust (2003) sobre los criterios a tener en cuenta para utilizar un modelo determinado en la enseñanza.

Una vez hecha la selección de criterios, los participantes deben aplicarlos para analizar los modelos elaborados por los distintos grupos. Para finalizar la actividad, se visualiza una simulación del proceso de disolución a nivel microscópico y finalmente cada grupo debe revisar el modelo elaborado indicando los aspectos que deberían modificar para que se acercase al proceso microscópico visualizado.

Ejemplos de la puesta en práctica Respecto a la primera fase, la elaboración del modelo teórico, el profesorado en formación no tiene problemas para comprender el propósito de la actividad ni para elaborar dicho modelo. En las figuras 1 y 2 se presentan dos ejemplos de modelos teóricos elaborados por los distintos grupos. De las seis propuestas de modelos, se seleccionan estos dos por contener diferencias sustanciales, mientras que el resto se asemejan a alguno de estos dos ejemplos.

En el modelo representado en la figura 1 (modelo teórico a), los participantes manejan conceptos químicos variados, pero no del todo adecuados para la representación que se les solicita. Así representan el proceso de forma-

Figura 1. Modelo teórico a

Figura 2. Modelo teórico b

ción del cloruro de sodio en vez de la disociación y hacen referencia a la importancia de las fuerzas de interacción. En cuanto al modelo teórico que elaboran para representar el proceso de disolución, lo dividen en dos partes: el antes y el después del proceso. En ambos instantes tienen en cuenta la relación entre los radios iónicos del Na+ y el Cl– de forma correcta, así como de los radios atómicos del hidrógeno y del oxígeno. No obstante, en la situación inicial (el antes) deciden representar el cloruro de sodio con su estructura cristalina (como una especie de vista superior de una celda cúbica simple), pero en cambio no consideran la estructura del agua. En la situación final, en cambio, incorporan una especie de puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua que no se incluye al inicio y que además no sería necesario para representar el proceso de solvatación. Aparte de la representación teórica, incorporan también una explicación escrita a modo de interpretación de su modelo teórico.

En la figura 2 se presenta otro ejemplo de modelo teórico, mucho más simple, el cual solo representa el estado final de la disolución, no el antes y el después. En este caso, los participantes tienen en cuenta las cargas parciales de la molécula de agua y explican el proceso de solvatación para los iones Na+ y Cl– de forma correcta.

En cuanto a los modelos materiales, se identifican más variantes en las propuestas que en el caso de los modelos teóricos y, en general, también se observan más anomalías. La mayoría de los grupos no son capaces de trasladar las ideas expresadas en el modelo teórico al modelo material, cometiendo errores conceptuales relacionados con el proceso de disociación del cloruro de sodio y el de solvatación.

Un ejemplo se representa en la figura 3 (modelo material a), en la cual se representa el proceso de solvatación de los iones sin tener en cuenta las densidades de carga de las moléculas de agua, ya que se observa que ambos iones están rodeados de la misma forma por las moléculas de agua. Además, los participantes intentan tener en cuenta los distintos radios iónicos, pero en este caso los representan al revés, siendo más grande el ión Na+ que el Cl–

Otro de los ejemplos es el modelo material c, representado en la figura 5. En él se observa una descripción del proceso incorrecta y poco clara. Suponemos que las moléculas de la izquierda representan el antes y las de la derecha del folio el después (proceso de solvatación). En este modelo no se tienen en cuenta los radios iónicos y atómicos, ya que las bolas que representan los distintos iones y átomos son del mismo tamaño. Además, describen el estado

En otro de los modelos materiales, representado en la figura 4, se observa una descripción híbrida del proceso, representando el agua de forma macroscópica como una masa azul y el cloruro de sodio a nivel microscópico. En este modelo no se representa el fenómeno de la solvatación de los iones Na+ y Cl– ni tampoco se tienen en cuenta sus radios iónicos.

previo de las sustancias a nivel estructural, suponiendo un puente de hidrógeno entre las moléculas de agua, pero mal representado, ya que le falta un átomo de hidrógeno y además esta unión parece que la describen como un enlace químico, utilizando el mismo tipo de elemento (el palillo) que emplean para representar los enlaces covalentes. En cuanto al estado final, representan el proceso de solvatación como una especie de reacción de adición, superponiendo las moléculas de agua a los iones del cloruro de sodio, como si se tratase de una reacción química. Pensamos que, en este caso, la representación a nivel estructural de las sustancias en su estado inicial les dificulta el diseño del proceso de solvatación. Por último, el modelo material d, descrito en la figura 6, es

Figura 3. Modelo material a

Figura 4. Modelo material b

mucho más simple que los anteriores, pero intenta representar el proceso de solvatación sin considerar otros factores que dificulten su comprensión. Aún así, este modelo no es del todo correcto, pues, aunque tiene en cuenta los radios iónicos y atómicos de forma correcta, la solvatación no la representan de forma adecuada, ya que la molécula de agua rodea al ión Na+ por la zona de los átomos de hidrógeno en vez de por la de los de oxígeno. Esto nos indica que no se

tuvieron en cuenta las cargas parciales de la molécula de agua. Además, los participantes cometen un error muy relevante a la hora de describir el modelo, considerando el cloruro de sodio como una molécula en vez de como una estructura cristalina.

En resumen, el alumnado en general presenta dificultades para trasladar el conocimiento teórico al modelo material que explique el proceso de disolución del cloruro de sodio en agua. Además,

también se identifican algunos problemas para interpretar el fenómeno de forma teórica, lo cual puede deberse a la ausencia de andamiaje sobre los aspectos específicos en base a los que se debería elaborar la explicación, por ejemplo, en términos de interacción electrostática entre iones y moléculas de agua.

En la fase de la evaluación de modelos, los participantes utilizaron dos tipos de criterios: a) criterios científicos basados en la estructura y propiedades de las moléculas como el radio iónico, la polaridad y la carga electrostática, y b) otro tipo de criterios como el código de colores utilizado para elaborar los modelos de bolas y la adecuación de los modelos al nivel educativo en el que se va a utilizar (educación secundaria).

A la hora de aplicar los criterios para evaluar los modelos, se identificaron dificultades para alcanzar un consenso entre los grupos, ya que había disparidad de opiniones sobre la calidad de los diferentes modelos.

Además, ningún grupo tuvo en cuenta que los modelos tuviesen el mismo número de partículas antes y después del proceso de solvatación.

Después de ver la simulación del proceso de solvatación, todos los grupos coincidieron en que era necesario mejorar todos los modelos para dejar más claro este proceso, rodeando los iones Na+ y Cl– con las moléculas de agua.

Conclusiones

De la realización de esta experiencia con el profesorado en formación, se extrae que los participantes tienen facilidad para elaborar el modelo teórico que permite explicar el proceso de disolución del cloruro de sodio en agua, aunque con algunas anomalías, pero encuentran dificultades para transformar este modelo teórico en un modelo material.

Figura 5. Modelo material c

Figura 6. Modelo material d

Otro de los aspectos a señalar son las dificultades para establecer criterios comunes que permitan evaluar la adecuación de los modelos materiales, así como para ajustar el modelo al nivel de conocimiento del alumnado de educación secundaria.

Como aspectos positivos, cabe señalar que los participantes al final de la experiencia son conscientes de la necesidad de mejorar el modelo material para poder utilizarlo en la educación secundaria y de la relevancia y utilidad del uso de modelos claros para explicar fenómenos de la vida cotidiana.

En esta experiencia observamos que el conocimiento científico tan necesario para llevar a cabo esta práctica no es lo que limita la realización satisfactoria de la tarea, porque estamos trabajando con licenciados y graduados en carreras científicas como física, química, biología, etc., los cuales tienen idea de cómo ocurren las interacciones entre las distintas sustancias químicas. A diferencia de lo que puede ocurrir con alumnado de educación secundaria, generalmente con conocimiento más difuso, los participantes sí son capaces de explicar científicamente el proceso, pero no son capaces de materializar estas ideas en un modelo que permita explicar el fenómeno en cuestión. Este hecho lo relacionamos con su falta de experiencia en la realización de actividades de modelización sobre cuestiones cotidianas. Por lo tanto, consideramos que es necesario realizar una mayor inmersión del profesorado en formación en la modelización, para poder utilizarla de forma satisfactoria en sus futuras aulas.

Agradecimientos

A los participantes en el estudio. Trabajo financiado por FEDER/Ministerio de Ciencia,

Innovación y Universidades, Agencia Estatal de Investigación / Proyecto EDU2017-82915R.

Referencias

Coll, r. K.; treaGust, D. F. (2003). «Investigation of Secondary School, Undergraduate, and Graduate Learners’ Mental Models of Ionic Bonding». Journal of Research in Science Teaching, vol. 40, n.º 5, p. 464-486.

CruJeiras-pérez, b.; broCos mosquera, p.; Casas-quiroGa, l.; Cambeiro Cambeiro, F. (2021). Actividades para desarrollar el conocimiento epistémico implicado en las prácticas científicas en la educación secundaria [en línea]. Santiago de Compostela: Servicio de Publicaciones e intercambio científico, Universidade de Santiago de Compostela. <https://dx.doi. org/10.15304/op.2021.1406> [Consulta: 10 enero 2022].

Gilbert, J. K.; boulter, C. J.; elmer, R. (2000). «Positioning Models in Science Education and in Design and Technology education». En: Gilbert, J. K.; boulter, C. J. (ed.). Developing models in science education Dordrecht: The Netherlands: Kluwer, p. 3-17.

GrossliGht, l.; unGer, C.; Jay, E. (1991). «Understanding models and their use in science: conceptions of middle and high school students and experts». Journal of Research in Science Teaching, vol. 28, n.º 9, p. 799-822.

louCa, l. t.; zaCharia, Z. C. (2012). «Modeling-based learning in science education: cognitive, metacognitive, social, material and epistemological contributions». Educational Review, vol. 64, n.º 4, p. 471-492.

martinand, J. L. (1986). «Enseñanza y aprendizaje de la modelización». Enseñanza de las Ciencias, vol. 4, n.º 1, p. 45-50.

NRC – national researCh CounCil (2013). Next generation science standards: For states, by states Washington, DC: The National Academies Press. Disponible en línea en: <https://www.nap. edu/catalog/18290/next-generation-science-standards-forstates-by-states> [Consulta: 10 enero 2022].

OCDE (2016). PISA 2015 [en línea]. Assessment and Analytical Framework: Science, Reading, Mathematic and Financial Literacy. París: OECD Publishing. <https:// www.oecd.org/publications/ pisa-2015-assessment-andanalytical-framework9789264281820-en.htm> [Consulta: 10 enero 2022] oversby, J. (2000). «Models in explanations of chemistry: The case of acidity». En: Gilbert, J. K.; boulter, C. J. (ed.). Developing models in science education Dordrecht: Kluwer, p. 227-251. prins, G. t.; bulte, a m w.; van driel, J. h.; pilot, A. (2009). «Students’ Involvement in Authentic Modelling Practices as Contexts in Chemistry Education». Research in Science Education, vol. 39, p. 681-700.

Beatriz Crujeiras Pérez

Licenciada en Química y doctora en Didáctica de las Ciencias Experimentales por la Universidad de Santiago de Compostela (USC). Profesora en la Facultad de Ciencias de la Educación de la USC. En la actualidad investiga sobre la influencia del conocimiento epistémico en el aprendizaje de las ciencias a través de las prácticas científicas. C. e: beatriz.crujeiras@usc.es

¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón? Las

leyes ponderales para diferenciar cambios físicos de químicos

Què li passa al coronavirus en presència de sabó? Les lleis ponderals per diferenciar canvis físics de canvis químics

What happens to the coronavirus in the presence of soap? Fundamental Chemical Laws to differentiate physical from chemical changes

Marina Martínez-Carmona y Luisa López-Banet / Departamento de Didáctica de las Ciencias experimentales. Universidad de Murcia

María Rut Jiménez-Liso / Departamento de Didáctica de las Ciencias experimentales.

Universidad de Almería

resumen

Presentamos una secuencia de actividades basada en indagación con un contexto de actualidad, «¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón?», con el objetivo principal de construir el conocimiento químico necesario para diferenciar entre cambios físicos y químicos. Esta diferenciación ha generado controversia y dificultades descritas en la investigación didáctica. La secuencia se inspira en un tema de la historia de la química como estrategia de diferenciación: las leyes ponderales.

palabras clave

Leyes ponderales, educación secundaria, jabón, coronavirus.

resum

Presentem una seqüència d’activitats basada en la indagació amb un context d’actualitat, «Què li passa al coronavirus en presència de sabó?», amb l’objectiu principal de construir el coneixement químic necessari per diferenciar entre canvis físics i químics. Aquesta diferenciació ha generat controvèrsia i dificultats descrites en la investigació didàctica. La seqüència s’inspira en un tema de la història de la química com a estratègia de diferenciació: les lleis ponderals.

paraules clau

Lleis ponderals, educació secundària, sabó, coronavirus.

abstract

We present a sequence of activities based on inquiry about a current context, «What happens to the coronavirus in the presence of soap?». The main objective is building the necessary chemical knowledge to differentiate between physical and chemical changes. This differentiation has generated controversy and difficulties described in educational research. The sequence is inspired by a theme from the history of Chemistry as a differentiation strategy: the fundamental chemical laws.

keywords

Fundamental Chemical Laws, Secondary Education, soap, coronavirus.

1. Introducción

El currículum actual promueve una enseñanza de la química alejada de los fundamentos que la constituyen (Talanquer, 2013), con contenidos abstractos y apartados de la cotidianidad del alumnado. Esto supone un problema, ya que la descontextualización implica desafección por falta de relevancia (si no resulta útil no tiene sentido para el alumnado). Según Caamaño (2006), a la descontextualización de los contenidos se añade la falta de atención a la modelización y la experimentación, como procesos imprescindibles para construir y validar el conocimiento químico. Para salvar esta carencia, debemos plantear una secuencia de modelización donde el alumnado reconstruya sus modelos, evitando la presentación acabada de los conceptos y teorías (Caamaño y Oñorbe, 2004), es decir, evitando hacer spoiler (Couso, 2020). Para ello, es necesario partir de problemas o situaciones similares a los que resuelven los científicos (o resolvieron a lo largo de la historia); que sean significativos, asequibles y relevantes para el alumnado (Camacho y Quintanilla, 2008).

Los cambios físicos y químicos son contenidos centrales de la química en la enseñanza secundaria que requieren una adecuada comprensión e influirán en el aprendizaje de otros conceptos en el futuro, ya que la química abarca una gran cantidad de conceptos íntimamente relacionados entre sí (Borsese, Esteban y Trejo, 2003). Sin embargo, el cambio químico es un concepto mucho más complejo que lo que la mayoría de profesorado y libros de texto reconocen (Hesse y Anderson, 1992). De acuerdo con Taber (2002a), la diferenciación entre cambio físico y químico no es absoluta, existiendo ejemplos que el profesorado encuentra difíciles de clasificar. Tradicional-

Los cambios físicos y químicos son contenidos centrales de la química en la enseñanza secundaria que requieren una adecuada comprensión e influirán en el aprendizaje de otros conceptos en el futuro, ya que la química abarca una gran cantidad de conceptos íntimamente relacionados entre sí

mente, los cambios físicos se definen como aquellos en los que cambia la forma de las sustancias pero no sus propiedades químicas, mientras que para distinguir los cambios químicos se atiende a diversos criterios:

i) Energético: en función de si se transfieren grandes cantidades de calor (cambio químico) o pequeñas cantidades (cambio físico);

ii) De reversibilidad: si es reversible (cambio físico) o no (cambio químico);

iii) De apariencia: incluyen un cambio de color o aspecto (cambio químico) en contraposición de aquellos en que no ocurre (cambio físico);

iv) De enlace: implican la ruptura o formación de enlaces (cambio químico) o no (cambio físico) (Borsese, Esteban y Trejo, 2003).

Para cada uno de los criterios mencionados es posible encontrar un contraejemplo que no los cumple, por lo que la utilidad de los mismos resulta cuestionable y muestra la existencia de un serio problema en la enseñanza de ambos cambios (Taber, 2002b). Por ejemplo, partir un folio en dos mitades es un cambio físico y sin

embargo es irreversible. Del lado opuesto encontramos varios cambios químicos que son reversibles, como los cambios de color del indicador ácido-base según añadamos más ácido o más base (Jiménez-Liso et al., 2020), o la experiencia de la «botella azul» en la que una disolución de glucosa y azul de metileno en medio básico alterna un color azul o incoloro, dependiendo de si se agita la botella o si se deja reposar, pudiendo repetir el proceso durante varios ciclos (Baker, 2006).

Si la diferenciación entre cambio físico y químico no es absoluta (Taber, 2002a) y, a veces, conlleva controversia entre el profesorado, es esperable que, para el alumnado, su aprendizaje resulte un desafío todavía mayor al requerir la consideración de los diferentes niveles de descripción de la materia (observacional, microscópico y representacional) (Furió y Furió, 2000).

Por todo lo anterior, los objetivos de este trabajo son: i) describir las dificultades del alumnado para diferenciar cambios físicos y químicos y las del profesorado en su enseñanza, ii) utilizar las aportaciones de la historia de la química para salvar esas dificultades y iii) diseñar una secuencia de actividades contextualizada en una problemática de actualidad como el covid-19 que ayude a construir el modelo de cambio químico.

2. Dificultades más habituales en relación a la distinción entre cambios físicos y químicos e implicaciones para su enseñanza

La investigación educativa ha identificado dificultades de aprendizaje relacionadas con el modelo de cambios físicos y químicos (Jiménez-Liso et al., 2021a). Se han establecido diferentes etapas en la construcción del proceso de cambio químico (Martín del Pozo, 2001; Solsona y Izquierdo-Ayme-

¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón? Las leyes ponderales para diferenciar cambios físicos de químicos número 30 35

rich, 1999), en las que, en primer lugar, se parte de relacionar aspectos fenomenológicos con el cambio químico; a continuación, se integra la idea de formación de un producto nuevo para diferenciar fenómenos físicos y químicos, y, finalmente, se define el concepto de reacción química en términos de nivel microscópico o atómico. Sin embargo, a menudo el alumnado se centra en los cambios, pero no en lo que se conserva (Martín del Pozo, 2001; Solsona y Izquierdo-Aymerich, 1999; Stavridou y Solomonidou, 1998), imposibilitando distinguir si se forma una nueva sustancia o producto, así como si los productos iniciales se conservan durante la transformación, aparentemente por la falta de construcción del concepto de sustancia química y de la utilización de criterios adecuados (Stavridou y Solomonidou, 1998). Asimismo, se han descrito ideas no adecuadas relacionadas con el conocimiento químico y las entidades implicadas, como átomos y moléculas. Por ejemplo, aunque el término reacción se suele encontrar habitualmente en las explicaciones, no se suele comprender que implica la interacción de átomos y moléculas (Hesse y Anderson, 1992). La conservación de la masa se suele admitir mejor en un cambio físico que en uno químico (Driver, 1986) y cuando cambia algo de la propia sustancia, como el aspecto o la forma (Hesse y Anderson, 1992). En las visualizaciones de las reacciones químicas, el alumnado suele representar las sustancias observables, en lugar de modelos, y tiene dificultades para apreciar los aspectos dinámicos de las partículas que intervienen. Su visión de la reacción química parece ser más aditiva que interactiva, es decir, se visualiza como un proceso de adición de reactivos para formar productos, en lugar de un proceso

de ruptura y formación de enlaces que involucra muchas partículas (Ben-Zvi, Eylon y Silberstein, 1987). Respecto al equilibrio, el alumnado presenta dificultades para identificar su carácter dinámico (Quílez y Sanjosé, 1995). En cuanto a la saponificación, se encuentran problemas al representar los diferentes niveles que intervienen (macroscópico, simbólico y submicroscópico) y para comprender los conceptos relacionados con esta reacción (Baptista et al., 2019).

3. La historia de la química como estrategia de resolución de esos problemas

La enseñanza tradicional de la química se centra en los contenidos de ciencias, presta poca atención a cómo se crea el conocimiento y presenta las teorías como realidades absolutas. Este enfoque ofrece una imagen de ciencia triunfalista que poco tiene que ver con la realidad. Si queremos que el alumnado aprenda a «hacer ciencias» resulta más útil evidenciar que en química la construcción del conocimiento se ha formado para dar respuesta a «problemáticas» surgidas en momentos y contextos determinados (Camacho y Quintanilla, 2008). Un ejemplo es la evolución del concepto de cambio químico gracias a la empresa colectiva de numerosos científicos que a lo largo de siglos participaron en ese «caminar» hacia las concepciones de la materia, la masa y las leyes ponderales (Bascuñan, 1999).

Estas leyes ponderales nos permiten partir de lo observable (Jiménez-Liso et al., 2021a) con la finalidad de identificar proporcionalidad e ir construyendo el significado de reacción y equilibrio químicos, resultando muy útiles los diagramas de partículas antes y después (Taber, 2002a), ya que permiten conectar los niveles macroscópico y microscópico. La

La investigación educativa ha identificado

dificultades de aprendizaje relacionadas con el modelo de cambios físicos y químicos

diferenciación entre cambios físicos y químicos es evidente al considerar la necesaria condición de que los cambios químicos tienen lugar por combinación de las sustancias en proporciones fijas, así como al establecer la relación fenomenológica con la estructura de la materia. La composición constante y las proporciones múltiples son criterios exclusivos de los cambios químicos (Jiménez-Liso et al., 2021a).

4. Secuencia de actividades de cambios químicos por indagación Además de la aportación de la historia de la química para anticiparnos a las dificultades del alumnado y a posibles estrategias de resolución, es imprescindible seleccionar contextos cercanos al alumnado (Jiménez-Liso et al., 2001). La relevancia del cambio químico conlleva plantear actividades conectadas con situaciones de la vida cotidiana que promuevan la expresión de ideas del alumnado (MarchánCarvajal y Sanmartí, 2015). En el desarrollo cognitivo, es crucial establecer una visión del mundo experiencial desde la perspectiva del entorno del alumnado, lo que sugiere que la adaptación a la experiencia es una poderosa estrategia de aprendizaje (Roth, 2000). De acuerdo con las recomendaciones de la OMS, la probabilidad de ser infectado con SARS-CoV-2 puede disminuir mediante medidas como el lavado de manos. Entre los posibles productos que

eliminan el coronavirus, se encuentran el jabón, el hidroalcohol, la lejía o el agua oxigenada, los cuales actúan por mecanismos distintos (Jiménez-Liso et al., 2021a). Es posible aprovechar este contexto de actualidad para promover la explicitación de criterios que permitan clasificar estos procesos como cambios físicos o químicos de forma inequívoca. De las diferentes opciones, hemos escogido eliminar el SARS-CoV-2 de nuestras manos utilizando jabón, sustancia que puede disolver las membranas biológicas y formar micelas mezcladas con los fosfolípidos y los glicolípidos (Müller-Esterl, 2011). En contacto con el virus, el jabón rodea la doble capa lipídica del coronavirus y forma una micela, mediante un proceso físico, que se disuelve en agua (Voigt, 2020).

La secuencia de actividades ha sido diseñada para el alumnado de cuarto curso de la ESO, cuyo currículo incluye contenidos de fuerzas intermoleculares (Real Decreto 1105/2014). La secuencia está basada en el ciclo de indagación y modelización propuesto por Jiménez-Liso et al. (2021b), que centra su atención en la expresión de las ideas iniciales mediante preguntas que «enganchan» y la búsqueda de pruebas que permitan crear un modelo que dé respuesta a dicha pregunta. Con este referente, nuestra propuesta consta de una serie de actividades (tabla 1) orientadas a promover en el alumnado la curiosidad sobre cómo actúa el jabón con los virus y generar la necesidad de encontrar un modelo que lo explique.

En primer lugar se proyecta en clase un vídeo (que posiblemente el alumnado ya conozca dada la popularidad alcanzada por el mismo durante la pandemia) en el que, en un contexto familiar, con agua, jabón y pimienta, se explica a un/a niño/a la importancia de

lavarse las manos para eliminar los virus. A continuación, se plantea al alumnado que participa en la actividad la duda de si la simulación explica de forma adecuada la acción del jabón en la eliminación del virus. Para dar respuesta a la pregunta, se requiere el planteamiento de hipótesis acerca de si el jabón repele al virus o actúa de otra forma al lavarnos las manos. Tras expresar las ideas iniciales, se pide que se consulten en internet las estructuras químicas del jabón, el SARS-Cov-2 y el aceite. Dada su naturaleza lipídica, el aceite será sugerido en la actividad 5 de diseño experimental, como un mejor «análogo» químico del virus que la pimienta. Posteriormente, se llevan a la práctica los diseños y se comprueba la mayor eficacia del jabón para eliminar aceite que empleando solo agua. Con la actividad 7 se plantean nuevas preguntas: ¿Qué características debe cumplir un cambio para ser químico?, ¿Y para ser físico? A raíz de las mismas, se debe reflexionar sobre aquellos criterios que se consideran útiles para diferenciar ambos tipos de cambios. Se espera que el alumnado proponga los criterios tradicionales, mencionados en la introducción, así como que sugiera la inclusión de las leyes ponderales. En la siguiente actividad se realizan y representan gráficamente varios ejemplos de cambios físicos (derretir un cubito, mezclar varios tipos de arena) y químicos (reacción de vinagre y bicarbonato, encender una vela y taparla con un vaso) para que el propio alumnado decida la validez o no de cada uno de los criterios.

La actividad 9 marca el inicio de la etapa de modelización, ya que mediante un dibujo el alumnado debe intentar explicar el tipo de cambio que tiene lugar al tratar los virus con

agua y jabón. A continuación, se evalúan los modelos propuestos y se reflexiona sobre cómo la falta de relaciones estequiométricas necesarias para explicarlo es una muestra inequívoca de la naturaleza física del cambio. Como resultado se llega a un modelo consensuado entre todo el alumnado que se representa gráficamente en la actividad 11. La última actividad pretende emplear el modelo diseñado para explicar otras situaciones de cambio, concretamente el controvertido ejemplo de la disolución de sal en agua. Se pide al alumnado que, teniendo en cuenta las leyes ponderales, represente gráficamente lo que ocurre a nivel microscópico al disolver sal en agua y establezca una conclusión sobre la naturaleza física o química del cambio. Se espera que, tras la secuencia, se alcance un consenso en la naturaleza física del mismo, ya que no existe una proporción constante sal/agua necesaria para que se produzca el cambio.

Conclusiones

Coincidimos con Talanquer (2013) en la necesidad de introducir los contenidos de química de forma contextualizada para que tengan sentido para el alumnado y la importancia de trabajar dichos contenidos dedicando tiempo suficiente a la modelización y la experimentación, de manera que se logre construir conocimiento químico validado y duradero (Caamaño, 2006).

Con esta propuesta hemos diseñado una secuencia de indagación que pretende «enganchar» al alumnado con un contexto actual, como es el covid-19, para explicar las diferencias entre cambios físicos y químicos en base a las leyes ponderales, tal y como hicieron los científicos históricamente (Jiménez-Liso et al., 2001).

Estratègies

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Fase de indagación (i) o modelización (m)

Secuencia de actividades

i 1. Pregunta que «engancha»A1. Se proyecta en clase un vídeo, que se ha hecho viral, que simula con pimienta y jabón lo que ocurre con los virus cuando nos lavamos las manos. ¿Es adecuada esta experiencia para explicar la acción del jabón?

i 2. Expresar, justificar ideas personales

Contextualización

i 3. Planificación, evaluación o desarrollo de diseños para obtener pruebas

A2. ¿Crees que el jabón puede repeler al virus?

A3. ¿Cuáles son vuestras hipótesis? ¿Qué crees que le ocurre al virus al lavarnos las manos para no infectarnos ni transmitir el covid-19?

A4. Búsqueda de información en internet. ¿Cuál es la estructura del jabón? ¿Y la del virus? ¿Y la del aceite?

A5. ¿Cómo podríamos comprobar las hipótesis?

Se propone al alumnado que diseñe un experimento sencillo para comprobar sus hipótesis. A modo de pista se sugiere el uso de aceite para simular el virus.

Los alumnos se ponen aceite en las manos e intentan eliminarlo inicialmente solo con agua y posteriormente con agua y jabón.

i 4, 5 y 6 Recopilación y expresión de datos

i 2. Expresar y justificar ideas personales

A6. Recopilación de datos.

¿Qué le ocurre al aceite al añadir agua y jabón?

El alumnado comprueba que solo con agua el aceite no es eliminado del todo, mientras que al añadir jabón las manos quedan perfectamente limpias.

A7. ¿Qué características debe cumplir un cambio para ser químico? ¿Y físico?

Los docentes aportan los criterios que a su parecer deben cumplir un cambio físico y uno químico.

Se proponen diversos criterios para comprobar cuál sería aceptado: Irreversibilidad del cambio

Ruptura y formación de enlaces

Cambios en las propiedades de la sustancia

Calor liberado

Cumplimiento de las leyes ponderales i 5 y 6. Recopilación de pruebas y obtención de conclusiones

m 1. Nueva pregunta (inicio de modelización) y 2. Expresión y justificación de ideas personales

A8. Se realizan y representan gráficamente varios cambios químicos y físicos sencillos para ir descartando la universalidad de todos los criterios anteriores excepto el cumplimiento de las leyes ponderales en las reacciones químicas.

A9. ¿Cómo podemos explicar la acción del jabón? ¿Qué efectos causa el jabón en los virus? ¿Es un cambio físico o químico?

Realiza un dibujo explicativo del efecto del jabón en el virus utilizando diferentes relaciones estequiométricas/proporciones.

m 2. Evaluación del modeloA10. ¿Permite este modelo explicar las diferencias entre cambio físico y químico?

El alumnado reflexiona sobre la utilidad de sus modelos para explicar de forma inequívoca si un cambio es físico o químico.

m 3. Expresión del modelo consensuado

m 4. Usar el modelo para explicar nuevos fenómenos

A11. ¿Qué modelo permite explicar el cambio físico que genera el jabón en el virus?

Representación gráfica en la que no se necesita una proporción específica de agua-jabón para eliminar el virus.

A12. ¿La disolución de sal en agua es un cambio físico o químico?

Se emplea el nuevo modelo para clasificar el controvertido ejemplo de la disolución de sal en agua como un cambio físico.

Tabla 1. ¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón? Secuencia de actividades basadas en el enfoque de enseñanza por indagación-modelización.

Agradecimientos

Los autores agradecen el proyecto PGC2018-097988-A-I00 financiado por: FEDER / Ministerio de Ciencia e Innovación (MCI) de España-Agencia Estatal de Investigación (AEI).

Referencias

baKer, C. (2006). «The ‘blue bottle’ reaction». Education in Chemistry [en línea]. <https://edu.rsc. org/exhibition-chemistry/ the-blue-bottle-reaction/2020070.article>

basCuñán blaset, A. (1999). «Bases históricas sobre materia, masa y leyes ponderales». Revista de la Sociedad Química de México, vol. 43, n.º 5, p. 171-182. baptista, m.; martins, i.; ConCeição, t.; reis, P. (2019). «Multiple representations in the development of students’ cognitive structures about the saponification reaction». Chemistry Education Research and Practice, vol. 20, n.º 4, p. 760-771. Disponible en línea en: <https://doi. org/10.1039/c9rp00018f>

ben-zvi, r.; eylon, b.; silberstein, J. (1987). «Students’ visualization of a chemical reaction». Education in Chemistry, vol. 24, n.º 4, p. 117-120. borsese, a.; esteban, s. (1998). «Los cambios de la materia, ¿deben presentarse diferenciados en químicos y físicos?». Alambique. Didáctica de las ciencias experimentales, n.º 17, p. 85-92. borsese, a.; esteban, s.; treJo, L. M. (2003). «Estudio de los cambios químicos a través de fenómenos cotidianos». En: pinto Cañón, G. (ed.). Didáctica de la Química y Vida Cotidiana Madrid: Universidad Politécnica de Madrid.

Caamaño, A. (2006). «Retos del currículum de química en la educación secundaria. La selección y contextualización de los contenidos de química en los currículos de Inglaterra,

Portugal, Francia y España». Educación Química, vol. 17, n.º extra (IV Jornadas Internacionales), p. 195-208. Caamaño, a.; oñorbe, A. (2004). «La enseñanza de la química: conceptos y teorías, dificultades de aprendizaje y replanteamientos curriculares». Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, n.º 41, p. 68-81.

CamaCho, J. p.; quintanilla, M. R. (2008). «Resolución de problemas científicos desde la historia de la ciencia: retos y desafíos para promover competencias cognitivo lingüísticas en la química escolar». Ciência & Educação, vol. 14, n.º 2, p. 197-212. Disponible en línea en: <https://doi.org/10.1590/s151673132008000200002>

Couso, D. (2020). «Aprender ciencia escolar implica construir modelos cada vez más sofisticados de los fenómenos del mundo». En: Couso, d.; Jiménezliso, m r.; reFoJo, C.; saCristán, J. a (ed.). Enseñando ciencia con ciencia. Madrid: Penguin Random House Grupo Editorial, p. 70-81. Disponible en línea en: <https://www.fecyt. es/es/publicacion/ensenandociencia-con-ciencia>

driver, R. (1986). «Psicología cognoscitiva y esquemas conceptuales de los alumnos [Cognitive psychology and conceptual schemes of students]». Enseñanza de las Ciencias, vol. 4, n.º 1, p. 3-15. Disponible en línea en: <http:// ddd.uab.cat/record/40558>

Furió, C. J.; Furió, C. (2000). «Dificultades conceptuales y epistemológicas en el aprendizaje de los procesos químicos». Educación Química, vol. 11, n.º 3, p. 300-308. DOI: <http://dx.doi. org/10.22201/ fq.18708404e.2000.3.66442> hesse, J. J.; anderson, C. W. (1992).

«Students’ conceptions of chemical change». Journal of Research in Science Teaching, vol. 29, n.º 3, p. 277-299. Disponible en línea en: <https://doi. org/10.1002/tea.3660290307>

Jiménez-liso, m r.; martínez-aznar, m m.; lópez-banet, l.; quesada, a.; romero-ariza m. (2021a). «Para prevenir contagios por coronavirus hay que lavarse las manos, ¿con jabón, hidroalcohol, lejía o agua oxigenada?». En: abril, a m.; blanCo-lópez, á.; FranCo, A. J. (ed.). Enseñanza de las ciencias en tiempos de COVID-19. De la investigación didáctica al aula Barcelona: Graó, p. 177-191. Jiménez-liso, m r.; sánChez-Guadix, m á.; de manuel, E. (2001). «Aprender química de la vida cotidiana más allá de lo anecdótico». Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, n.º 28, p. 53-62.

Jiménez-liso, m r.; delGado, l.; Castillo-hernández, F. J.; baños, I. (2021b). «Contexto, indagación y modelización para movilizar explicaciones del alumnado de secundaria». Enseñanza de las Ciencias. Revista de Investigación y Experiencias Didácticas, vol. 39, n.º 1, p. 5-25. Disponible en línea en: <https://doi.org/10.5565/rev/ ensciencias.3032>

Jiménez-liso, m r.; lopez-banet, l.; dillon, J. (2020). «Changing how we teach acid-base chemistry: a proposal grounded in studies of the history and nature of science education». Science & Education, vol. 29, n.º 4, p. 1291-1315. Disponible en línea en: <https://doi. org/10.1007/s11191-02000142-6> lópez-Gay, r.; Jiménez-liso, m r.; martínez-ChiCo, M. (2015). «Enseñanza de un modelo de energía mediante indagación y uso de sensores». Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, n.º 80, p. 38-48.

Estratègies

¿Qué le ocurre al coronavirus en presencia de jabón? Las leyes ponderales para diferenciar cambios físicos de químicos número 30 39

Disponible en línea en: <http:// alambique.grao.com/revistas/ alambique/80-la-energia-enla-vida-cotidiana/ensenanzade-un-modelo-de-energiamediante-indagacion-y-usode-sensores>

marChán-CarvaJal, i.; sanmartí, N. (2015). «Criterios para el diseño de unidades didácticas contextualizadas: aplicación al aprendizaje de un modelo teórico para la estructura atómica». Educación Química, n.º 26, p. 267-274. martín del pozo, R. (2001). «Lo que saben y lo que pretenden enseñar los futuros profesores sobre el cambio químico». Enseñanza de las Ciencias, vol. 19, n.º 2, p. 199-215.

martínez-torreGrosa, J.; doméneCh, J. l.; verdú-Carbonell, R. (1999). «Del derribo de ideas al levantamiento de puentes: la epistemología de la ciencia como criterio organizador de la enseñanza en las ciencias física y química». Qurriculum, n.º 6-7, p.67-89. Disponible en línea en: <http://www.quadernsdigitals.net/index. php?accionMenu=hemeroteca. VisualizaArticuloIU. visualiza&articulo_id=2675> müller-esterl, W. (2011). Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida. Barcelona: Reverte.

quílez, J.; sanJosé, V. (1995). «Errores conceptuales en el estudio del equilibrio químico: nuevas aportaciones relacionadas con la incorrecta aplicación del principio de Le Chatelier». Enseñanza de las Ciencias, vol. 13, n.º 1, p. 72-80. Disponible en línea en: <https://www.raco.cat/index. php/Ensenanza/article/ download/21395/93354> Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria

Obligatoria y el Bachillerato (2015). BOE-A-2015-37. roth, W.-M. (2000). «Artificial Neural Networks for Modeling Knowing and Learning in Science». Journal of Research in Science Teaching, vol. 37, n.º 1, p. 63-80.

solsona, n.; izquierdo-aymeriCh, M. (1999). «El aprendizaje del concepto de cambio químico en el alumnado de secundaria». Investigación en la Escuela, n.º 38, p. 65-75.

stavridou, h.; solomonidou, C. (1998). «Conceptual reorganization and the construction of the chemical reaction concept during secondary education». International Journal of Science Education, vol. 20, n.º 2, p. 205-221. Disponible en línea en: <https://doi.org/10.1080/ 0950069980200206>

taber, K. (2002a). Chemical Misconceptions: Prevention, diagnosis and cure: Classroom resources. Londres: Royal Society of Chemistry.

— (2002b). Chemical Misconceptions: Prevention, diagnosis and cure: Theoretical background. Londres: Royal Society of Chemistry. talanquer, V. (2013). «School Chemistry: The Need for Transgression». Science & Education, n.º 22, p. 1757-1773. DOI: <https://doi.org/10.1007/ s11191-011-9392-x>

voiGt, M. (2020). Fighting Coronavirus with soap [en línea]. <https://youtu.be/ s2EVlqql_f8>

Marina Martínez-Carmona

Doctora en Química por la UCM. Profesora a tiempo completo en el

Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales de la Universidad de Murcia. Investiga en el uso de metodologías activas (indagación, argumentación, ABJ y gamificación) para el desarrollo de la competencia profesional científica en el profesorado en formación.

C. e.: marina.m.c1@um.es

Luisa López-Banet

Profesora contratada doctora en el Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales de la Universidad de Murcia. Ha participado en diversos congresos y publicaciones sobre el diseño, implementación y evaluación de propuestas didácticas. Su investigación se centra en la formación de profesorado de ciencias de educación infantil, primaria y secundaria. C. e.: llopezbanet@um.es

Rut Jiménez-Liso

Catedrática de Didáctica de las Ciencias Experimentales (DCE) en la Universidad de Almería. Licenciada en Química y doctora en DCE. Investiga sobre la formación de docentes en ciencias y el efecto que producen la indagación, la modelización y la contextualización. Directora del grupo Sensociencia. Editora de las revistas Eureka y Enseñanza de las Ciencias

C. e.: mrjimene@ual.es

Química, ciudadanía y sociedad. Un desafío prometedor para la enseñanza de las ciencias en Chile

Química, ciutadania i societat. Un repte prometedor per a l’ensenyament de les ciències a Xile

Chemistry, citizenship and society. A promising challenge for science education in Chile

Mario Quintanilla / Departamento de Didáctica. Facultad de Educación. Universidad Católica de Chile

Cristian Merino / Instituto de Química. Universidad Católica de Valparaíso

Ainoa Marzabal / Departamento de Didáctica. Facultad de Educación. Universidad Católica de Chile

resumen

En este artículo caracterizamos las implicaciones didácticas del ‘cambio curricular’ para la química escolar en Chile. Nos referimos a la asignatura de Ciencias para la Ciudadanía, con la finalidad de justificar nuestra perspectiva de una «Química ciudadana». Intentamos respondernos: i) ¿qué química esperamos que aprendan los estudiantes con esta nueva asignatura?; ii) ¿qué estrategias de aula serían más apropiadas para esta nueva mirada de las ciencias?, y iii) ¿qué desafíos se plantean para la formación del profesorado de química? Finalmente, planteamos algunas propuestas que pueden promover aprendizajes de calidad en la enseñanza de la química en Chile.

palabras clave

Ciencias para la Ciudadanía, química, cuestiones sociocientíficas, currículo.

resum

En aquest article caracteritzem les implicacions didàctiques del ‘canvi curricular’ de la química escolar a Xile. Ens referim a l’assignatura de Ciències per a la Ciutadania, amb la finalitat de justificar la nostra perspectiva d’una «Química ciutadana». Intentem respondre’ns: i) quina química esperem que aprenguin els estudiants amb aquesta nova assignatura?; ii) quines estratègies d’aula serien més apropiades per a aquesta nova mirada de les ciències?, i iii) quins reptes es plantegen per a la formació del professorat de química? Finalment, plantegem algunes propostes que poden promoure aprenentatges de qualitat en l’ensenyament de la química a Xile.

paraules clau

Ciències per a la Ciutadania, química, qüestions sociocientífiques, currículum.

abstract

In this article we characterize the didactic implications of the ‘curricular change’ for school chemistry in Chile. We refer to the subject of Science for Citizenship, with the purpose of justifying our perspective of a «Citizen Chemistry». We try to answer: i) what chemistry do we expect students to learn with this new subject; ii) what classroom strategies would be more appropriate for this new view of science, and iii) what challenges are posed for the training of chemistry teachers? Finally, we put forward some proposals that can promote quality learning in chemistry teaching in Chile.

key words

Science for Citizenship, chemistry, socio-scientific issues, curriculum.

1. Introducción

Para que un país esté en condiciones de atender a las necesidades fundamentales de su población, la enseñanza de las ciencias en general y de la química en particular es un imperativo estratégico. La alfabetización científica de la ciudadanía constituye hoy un componente básico de la educación ciudadana y de la enseñanza de la química (Area y Guarro, 2012; Izquierdo, 2022). Pero ¿qué puede aportar realmente la química a la educación científica de los escolares? La ciencia, en la educación obligatoria, contribuye a que el estudiantado logre utilizar el conocimiento científico para comprender, analizar críticamente y tomar decisiones sobre el mundo natural y los cambios producidos en él asociados a la actividad humana (DomènechCasal, 2018). Los resultados de diferentes pruebas nacionales e internacionales (OECD, 2019) muestran que hasta ahora en las aulas de Chile no se está logrando el desarrollo de estas habilidades y aprendizajes, y que la enseñanza de las ciencias promueve visiones ingenuas sobre la ciencia y la práctica científica, y dificulta que los jóvenes mantengan el interés por aprender ciencias y se despierten vocaciones científicas. En recientes publicaciones señalamos las múltiples evidencias del impacto social y cultural de la actividad científica, y las visiones contradictorias coexistentes en relación a los beneficios y perjuicios del desarrollo científico y tecnológico en la sociedad (Martins et al., 2020; Cuellar et al., 2021). Diferentes estudios continúan dejando en evidencia representaciones neutras, superficiales y descontextualizadas acerca de la ciencia en todos los niveles educativos. Estas visiones parciales, incompletas y en ocasiones reduccionistas sobre la actividad científica obstaculizan la valoración de este conocimiento para la partici-

pación ciudadana y al mismo tiempo otorgan escaso valor al análisis crítico de las prácticas de la ciencia (Quintanilla et al., 2020). Estas evidencias pusieron de manifiesto la necesidad de superar las limitaciones impuestas por el currículum escolar de ciencias vigente: una visión alfabetizadora excesivamente funcional, donde el conocimiento es predominantemente memorístico, y la insuficiente formación en ciencias de los estudiantes de formación técnicoprofesional y artística –que representan el 40 % de la población escolar–, que limitan sus oportunidades de participación ciudadana futuras. En respuesta, el 2019 se llevó a cabo una importante reforma curricular que introdujo una nueva asignatura, Ciencias para la Ciudadanía, en los dos últimos años de escolaridad obligatoria para todas las modalidades educativas que describimos a continuación.

2. Ciencias para la Ciudadanía. Un reto intelectual para el profesorado de ciencias

Ciencias para la Ciudadanía busca promover una comprensión integrada de fenómenos complejos y problemas que ocurren cotidianamente, que contribuya a una ciudadanía alfabetizada científicamente, con capacidad de pensar de manera crítica, de participar y tomar decisiones informadas y responsables basándose en el uso de evidencia. La asignatura promueve la integración entre disciplinas científicas y su articulación con otras áreas del saber, como la matemática. Se pretende que el estudiantado adquiera la capacidad de aplicar las ideas, prácticas, formas de razonamiento y valores de las ciencias, para comprender experiencias y situaciones cercanas, y proponer soluciones creativas y viables a problemas que puedan afectar a las personas, la sociedad

y el ambiente. La asignatura se organiza en cuatro módulos, que sitúan el aprendizaje de ideas clave y competencias científicas en doce contextos sociocientíficos relevantes, inspirados en el marco actual de la evaluación PISA (OECD, 2019) (ver tabla 1). Los cuatro módulos de la asignatura están claramente orientados hacia contenidos CTS y los objetivos de aprendizaje tributan a ellos: salud, ambiente, enfermedades, productos químicos de uso frecuente y transgénicos, usos de la tecnología, entre otros. Aun cuando se sitúan en contextos pertinentes, la mayoría de los objetivos de aprendizaje siguen siendo de carácter instrumental y conceptual. Ninguno considera una orientación competencial explícita, como explicar fenómenos o justificar o argumentar sobre problemas sociocientíficos. En consecuencia, se declara un currículum «inspirado» en temas relevantes de ciencia, tecnología y sociedad, pero carente de una razonable promoción de habilidades cognitivo-lingüísticas o competencias científicas, favorecedoras del pensamiento crítico y la participación ciudadana (Quintanilla, 2022b).

La coexistencia de contradicciones en este nuevo currículo desafía al profesorado de ciencias, para promover estas nuevas finalidades de una química ciudadana. Entonces, ¿cuál de las distintas aproximaciones a esta nueva asignatura sería más razonable e interesante?

Frente a las incertidumbres que enfrenta el profesorado de ciencias, en este artículo proporcionamos algunas ideas que pueden orientar la implementación del nuevo currículo, promoviendo innovaciones en la enseñanza de la química que favorezcan una mayor vinculación de la resolución de problemas con las necesidades territoriales, ambientales, sociales del país. Todo ello para la

MóduloObjetivos de aprendizaje

M1

Ambiente y sostenibilidad

M2

Bienestar y salud

1. Investigar el ciclo de vida de productos de uso cotidiano y proponer, basados en evidencia, estrategias de consumo sostenible para prevenir y mitigar impactos ambientales.

2. Diseñar proyectos locales, basados en evidencia científica, para la protección y utilización sostenible de recursos naturales de Chile, considerando eficiencia energética, reducción de emisiones, tratamiento de recursos hídricos, conservación de ecosistemas o gestión de residuos.

3. Modelar los efectos del cambio climático en diversos ecosistemas y sus componentes biológicos, físicos y químicos, y evaluar posibles soluciones para su mitigación.

4. Analizar, sobre la base de la investigación, factores biológicos, ambientales y sociales que influyen en la salud humana (nutrición, consumo de alimentos transgénicos, la actividad física, el estrés, consumo de alcohol y drogas y la exposición a rayos UV, plaguicidas, patógenos y elementos contaminantes).

5. Investigar y comparar diversas medicinas (incluyendo la convencional, la tradicional de nuestros pueblos originarios y la complementaria alternativa), considerando su origen, conocimientos y prácticas para la resolución de problemas de salud cotidianos.

6. Analizar, a partir de evidencias, situaciones de transmisión de agentes infecciosos a nivel nacional y mundial y evaluar críticamente posibles medidas de prevención como el uso de vacunas.

M3

Seguridad, prevención y autocuidado

M4

Tecnología y sociedad

7. Investigar sustancias químicas de uso cotidiano en el hogar y el trabajo (medicamentos, detergentes y plaguicidas), analizando su composición, reactividad, riesgos potenciales y medidas de seguridad asociadas (manipulación, almacenaje y eliminación).

8. Diseñar, evaluar y mejorar soluciones que permitan reducir las amenazas existentes en el hogar y en el mundo del trabajo (en sistemas eléctricos y de calefacción, y exposición a radiaciones) para disminuir posibles riesgos en el bienestar de las personas y el cuidado del ambiente.

9. Analizar, a partir de modelos, riesgos de origen natural o provocados por la acción humana en su contexto local (aludes, incendios, sismos de alta magnitud, erupciones volcánicas, tsunamis e inundaciones) y evaluar las capacidades existentes en la escuela y la comunidad para la prevención, la mitigación y la adaptación frente a sus consecuencias.

10. Diseñar proyectos tecnológicos que permitan resolver problemas personales y/o locales de diversos ámbitos de la vida (como vivienda y transporte).

11. Explicar, basados en investigaciones y modelos, cómo los avances tecnológicos (en robótica, telecomunicaciones, astronomía, física cuántica, entre otros) han permitido al ser humano ampliar sus capacidades sensoriales y su comprensión de fenómenos relacionados con la materia, los seres vivos y el entorno.

12. Evaluar alcances y limitaciones de la tecnología y sus aplicaciones, argumentando riesgos y beneficios desde una perspectiva de salud, ética, social, económica y ambiental.

promoción de una participación ciudadana más activa, que contemple el desarrollo Escuela-Territorio y que proporcione oportunidades para una comprensión profunda del entorno, acorde a las necesidades del país, y del ciudadano del siglo xxi. Trataremos de aportar a resolver las ambigüedades de esta nueva propuesta, respondiendo a tres preguntas clave:

— ¿Qué química esperamos que aprenda el estudiantado en esta nueva asignatura?; — ¿Qué estrategias de enseñanza, aprendizaje y evaluación de la química serían apropiadas para esta nueva mirada –integral y aplicada– de las ciencias?, y — ¿Qué desafíos plantean las Ciencias para la Ciudadanía para

la formación del profesorado de química?

3. ¿Qué química esperamos que aprendan los estudiantes en esta nueva asignatura?

Desde la didáctica de las ciencias experimentales, los estudios sobre Ciencias para la Ciudadanía han caracterizado tres posibles aproximaciones a su imple-

Química, ciudadanía y sociedad. Un desafío prometedor para la enseñanza de las ciencias en Chile número

Tabla 1. Módulos de contenidos específicos y objetivos de aprendizaje.

Modelo Comprensión

EPISTÉMICO

Énfasis en la práctica científica

UTILITARIO y CONTROVERSIAL

Énfasis en la aplicación

Comprender de qué manera se desarrolla la actividad científica: rol de la negociación social, creatividad, mediación de la teoría, impacto cultural y tentatividad.

Comprender fenómenos o hechos concretos, socialmente relevantes, no controversiales, aplicando las ideas o modelos científicos en términos de su naturaleza explicativa o predictiva.

Análisis crítico Toma de decisiones

Evaluar la confiabilidad de los procesos de generación de conocimiento científico, de los resultados obtenidos, discusión de los límites de validez.

Analizar críticamente fenómenos o hechos socialmente relevantes y controversiales que implican debate, discusión, argumentos y contraargumentos.

Plantear situaciones que requieran toma de decisiones, donde el énfasis está en evaluar en qué conocimientos se fundamentan y su grado de confiabilidad.

Plantear situaciones que requieren toma de decisiones en escenarios controversiales, donde el énfasis está en profundizar en el fenómeno o problema, con una mirada interdisciplinar.

Tabla 2. Objetivos de aprendizaje asociados a la visión epistemológica, y utilitaria y controversial.

mentación, según su propósito subyacente: a) visión epistemológica, b) visión utilitaria y controversial y c) visión académica, que pueden proporcionarnos algunas claves para responder a esta pregunta. Para algunos autores solamente las dos primeras estarían en consonancia con la naturaleza de asignaturas como Ciencias para la Ciudadanía, en tanto se espera respondan a las actuales demandas sociales de formación científica (Pedrinaci, 2008; Pipitone, 2013). En la tabla 2 presentamos las tres aproximaciones mencionadas anteriormente con sus respectivos énfasis.

Bajo estas perspectivas es posible promover una química ciudadana en el estudiantado, contribuyendo a que esta disciplina deje de ser percibida como un saber incomprensible, peligroso, poco motivador y poco útil (Izquierdo, 2013), y los ciudadanos puedan identificar la gran cantidad de fenómenos químicos con los que convivimos y el valor de la química para comprenderlos y actuar sobre ellos (Weinrich y Talanquer, 2016). Pensar en una química ciudadana supone hoy un desafío no solo conceptual y metodológico, sino que implica

comprender la complejidad de las transformaciones sociales, políticas, culturales y económicas donde la química tiene algo que decir. El cambio curricular en Chile nos invita a reconocer las zonas de sacrificio del norte del país, donde abunda la contaminación de plomo, mercurio, molibdeno y arsénico; la explotación de las minas de cobre y los salares de litio, como recursos económicos clave para el presente y el futuro del país, o la contaminación atmosférica en las zonas urbanas del sur del país por la combustión de leña usada para la calefacción de los hogares, como escenarios controversiales que favorecen los aprendizajes en química, mostrando su potencial para mejorar nuestra calidad de vida.

4. ¿Qué estrategias de enseñanza, aprendizaje y evaluación de la química serían apropiadas para esta nueva mirada –integral y aplicada– de las ciencias?

De acuerdo a la propuesta curricular chilena, la resolución de problemas y el aprendizaje basado en proyectos asociados a los distintos módulos en que se estructura la asignatura, serían

las estrategias más apropiadas para propiciar aprendizajes de una química vinculada con los problemas ciudadanos. La resolución de problemas es una actividad habitual en el aula de ciencias a la que se dedica una parte considerable del tiempo de enseñanza-aprendizaje. En los currículos oficiales se ha incluido generalmente como procedimientos científicos, al mismo nivel que la observación o la experimentación. Ocupa también un papel destacado en los libros de texto, junto a ejercicios y preguntas (Quintanilla, 2022a).

En términos tradicionales, un problema es concebido como un obstáculo que se presenta al estudiantado, que hace difícil y desafiante alcanzar un objetivo, normalmente situado en los productos de la ciencia. Hasta el presente la solución de problemas científicos escolares ha sido utilizada de manera limitada en el aprendizaje de la química, como medio para que el estudiantado se apropie de conocimientos y procedimientos (Couso, Izquierdo y Merino, 2008).

Aprender a enfrentar la resolución de problemas auténticos, en cambio, nos permite situarnos en

una perspectiva de química para la ciudadanía más genuina y prometedora intelectualmente, al concebir la resolución de problemas no solamente como una competencia a desarrollar, sino también como una estrategia de enseñanza y aprendizaje para promover y desarrollar el pensamiento científico (Quintanilla, 2022a). Enfrentarse a la resolución de un problema científico escolar de química como estrategia de aprendizaje implica orientar la enseñanza hacia problemas que hacen posible la emergencia de nuevo conocimiento con sentido para el estudiantado. Han de ser «problemas auténticos», es decir, generados a partir de buenas preguntas que hacen pensar, que el estudiantado logre comprender y compartir, que lo pueda formular, argumentar, explicar, justificar o describir con sus propias palabras (Labarca, Quintanilla y Izquierdo, 2022; Quintanilla 2022a).

Bajo esta perspectiva, los problemas y proyectos sintonizan con las actividades a desarrollar en la propuesta curricular que nos ofrece la asignatura de Ciencias para la Ciudadanía, porque se promueve la integración de ideas de diferentes disciplinas al buscar soluciones, mejorando las representaciones que el estudiantado construye sobre su propio territorio, desarrollando prácticas discursivas que les permiten participar como ciudadanos en las discusiones actuales, y reconociendo la importancia de sustentar las afirmaciones en evidencias, considerando sus límites de validez.

En cuanto a la evaluación de las actividades de aprendizaje, éstas debieran focalizarse en el monitoreo, seguimiento y retroalimentación de las estrategias de planificación y regulación de las etapas que conlleve la resolución de un problema o el diseño y eje-

cución de un proyecto como elementos clave de un proceso de aprendizaje activo y autónomo (Merino, Arellano y Jara, 2014). Que un estudiante sepa planificar y desarrollar un proyecto en la asignatura de Ciencias para la Ciudadanía revela que es capaz de representarse las posibles acciones que puede hacer para resolver las tareas que se le proponen y que puede aplicar los conceptos, prácticas y formas de representación de los contextos asociados en los módulos de la asignatura, monitoreando y ajustando permanentemente las operaciones escogidas.

5. ¿Qué desafíos plantean las Ciencias para la Ciudadanía para la formación del profesorado de química?

Se requiere una nueva cultura formativa y de desarrollo profesional docente identificada con las contradicciones políticas y económicas de esta época, donde la mayoría de los problemas sociales, ambientales o de salud podrían enfrentarse efectivamente con capital humano consciente de las consecuencias asociadas al actual modelo de desarrollo de la era antropocena (Equihua et al., 2016). Esto implica valorar y potenciar una nueva profesionalidad emergente que reconoce y valora una lógica desarrolladora, donde la actividad formativa del profesor de ciencia se inscribe en un espacio colaborativo de reflexión, análisis y cuestionamiento de su propio proceso de profesionalización haciendo consciente no sólo los contenidos disciplinares de la química y su epistemología, sino, con ello, los mecanismos y estrategias formativas sistemáticas, dinámicas y continuas a través de los cuales toma posición teórica de la didáctica de las ciencias como campo de investigación y conocimiento, transitando así

hacia una nueva cultura docente (Martins et al., 2020).

Ello implica que la formación del profesorado de ciencias debe orientarse a nuevas prácticas didácticas y discursivas que promuevan procesos intelectuales interesantes en las decisiones de diseño didáctico y en la propia «actividad discursiva escolar de la ciencia» (Candela, 2022). Requiere además compartir un paradigma de valores que se conecta con la intervención y transformación del mundo, pero también con las emociones, historias de vida, cultura y esperanzas de futuro de los estudiantes. Así, las clases de química se transforman en retos valiosos para el estudiantado, que favorecen el desarrollo del pensamiento científico y promueven la ciudadanía, la paz, la equidad, la justicia, la convivencia social y, en definitiva, los valores democráticos (Quintanilla, 2022b).

6. El conocimiento químico en el currículo de Ciencias para la Ciudadanía

Dados los ajustes realizados al currículo de ciencias (MINEDUC, 2019) se hace necesario visualizar posibles interrelaciones entre los módulos de la nueva asignatura y las dimensiones sobre la producción de conocimiento de la química como disciplina científica (Talanquer, 2009).

En la tabla 3 presentamos las conexiones que visualizamos.

En el módulo Ambiente y sostenibilidad (M1), las relaciones se orientan a tomar conciencia de la emergencia climática local y global (p. e. reacciones cuyos productos sean la producción de dióxido de carbono), y evaluar acciones de mitigación, desde una visión estequiométrica.

En el módulo Bienestar y salud (M2), los conocimientos químicos se focalizarían en analizar y modelar la dinámica de la salud indi-

Módulo

M1

Ambiente y sostenibilidad

Unidades

Unidad 1 - Cambio climático como desafío urgente: ¿Qué espero para actuar? Tomar conciencia de la emergencia climática local y global.

Unidad 2 - Consumo sostenible y protección ambiental: Reflexionar, debatir y tomar conciencia de la urgencia de proteger nuestro ambiente y consumir sosteniblemente.

Unidad 1 - Salud humana y medicina: ¿Cómo contribuir a nuestra salud y a la de los demás?

M2

Bienestar y salud

M3

Seguridad, prevención y autocuidado

M4

Tecnología y sociedad

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Cómo lo hago? (Síntesis)

¿Cómo lo cambio? (Transformación)

¿Cómo lo explico/predigo? (Modelaje)

¿Cómo lo cambio? (Transformación)

¿Cómo lo explico o predigo? (Modelaje)

¿Cómo lo explico o predigo? (Modelaje)

Reflexionar y analizar la dinámica de la salud individual y colectiva, considerando factores personales, sociales y ambientales. ¿Qué es esto? (Análisis)

Unidad 2 - Prevención de infecciones: Analizar situaciones de contagio de enfermedades e infecciones que afectan a la población en nuestros días. Evaluar las posibles medidas de prevención asociadas, valorando también la importancia de las decisiones y comportamientos de cada uno en la salud de los demás.

Unidad 1 - Riesgos socionaturales en nuestros territorios: ¿Preparados para actuar en situación de emergencia?

Reflexionar, tomar conciencia y adoptar medidas de prevención frente a riesgos socionaturales.

Unidad 2 - Amenazas y riesgos cerca de nosotros: ¿Estoy actuando responsablemente?

Reflexionar y actuar de manera responsable y propositiva frente a amenazas y riesgos en el hogar y en el trabajo.

Unidad 1 - Innovación tecnológica: ¿Hasta dónde llegaremos?

Reflexionar y debatir sobre los beneficios, alcances y limitaciones de los avances tecnológicos en la sociedad.

Unidad 2 - Proyectos tecnológicos: diseño, alcances e implicancias con base científica, considerando problemáticas de su contexto local.

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Cómo lo explico o predigo? (Modelaje)

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Cómo lo explico o predigo? (Modelaje)

¿Qué es esto? (Análisis)

¿Cómo lo explico o predigo? (Modelaje)

Tabla 3. Relaciones entre las dimensiones del conocimiento químico y los módulos de la asignatura Ciencias para la Ciudadanía.

vidual y colectiva, considerando factores personales, sociales y ambientales, por ejemplo el caso el consumo de alcohol y el uso de alcoholímetros para determinar su concentración en sangre. El análisis de la misma sustancia química nos sirve ahora para mirar desde otra perspectiva su uso, para mitigar el contagio de enfermedades, para la asepsia de los espacios y uso personal, por ejemplo en la determinación de concentración en un alcohol gel para manos.

En el módulo Seguridad, prevención y autocuidado (M3), los conocimientos químicos se orientan al análisis y modelamiento de situaciones de riesgo en el almacenamiento de productos químicos dedicados a la limpieza (cloro, amoníaco, entre otros), solventes (cetona, aguarrás), entre otros y su uso responsable frente a amenazas y riesgos en el hogar o centros educativos.

Finalmente, en el módulo Tecnología y sociedad (M4) los conocimientos químicos promueven analizar y modelar proyectos tecnológicos que consideren problemáticas de su contexto local, alcances y limitaciones, por ejemplo estaciones de monitoreo de polución o gases de efecto invernadero.

7. Propuestas y sugerencias de intervención para una química ciudadana

Al finalizar, quisiéramos plantear en función de los antecedentes presentados, algunos desafíos que pueden inspirar el futuro de la enseñanza de la química en Chile:

— Diseñar y proponer actividades, materiales e instrumentos para la clase de química que promuevan en el estudiantado actividad competencial (modelizar, explicar, argumentar, justificar) de la química que se aprende.

— Reconfigurar la estructura, conocimientos y finalidades de los libros de texto de química es-

colar, orientándolos a temas sociocientíficos de interés para el estudiantado con los valores y expectativas de nuestra época y los procesos cambiantes de un mundo nuevo y globalizado.

— Sumar ideas creativas y prometedoras como nuevas asignaturas en los diseños curriculares que colaboren a esos propósitos: química y sociedad; química y salud; química y medio ambiente; química y alimentación, entre otras materias.

8. Reflexiones finales

Asistimos a nivel planetario a un «cambio de época y no a una época de cambios» y ello tiene consecuencias inmediatas para los procesos educativos, particularmente aquellos en que la articulación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y la cultura encuentran su convergencia más genuina y prometedora, para una intervención y transformación social urgente y necesaria, quizás como nunca antes en la historia humana. En este trabajo hemos adelantado nuestras visiones personales como profesores de química de Chile en un momento particularmente complejo para la historia de nuestro país, destacando la introducción de una asignatura nueva, Ciencias para la Ciudadanía, como el eje relevante de este análisis, caracterizando los ambientes y condiciones para que ello sea posible. Se trata de una reflexión, discreta, e inacabada por cierto, incompleta, cuya pretensión es invitar a una comprensión más profunda que promueva nuevos procesos formativos en la enseñanza y aprendizaje de la química y en el desarrollo del profesorado.

Agradecimientos

Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) del Gobierno de Chile a través de los proyectos Fondecyt Regular 1211092 y 1190843.

Referencias

area, m.; Guarro, A. (2012). «La alfabetización informacional y digital: fundamentos pedagógicos para la enseñanza y el aprendizaje competente».

Revista Española de Documentación Científica, n.º monográfico, p. 46-74. Candela, A. (2022). «Interacción discursiva y construcción de la ciencia en el aula». En: quintanilla, m.; adúriz-bravo, A. (ed.). Enseñanza de ciencias para una nueva cultura docente. Desafíos y oportunidades. Santiago de Chile: Ediciones Universidad Católica de Chile, p. 65-82.

Couso, d.; izquierdo, m.; merino, C. (2008). «La resolución de problemas». En: merino, C.; Gómez, a.; adúriz-bravo, A. (ed.). Áreas y estrategias de investigación en la didáctica de las ciencias experimentales. Bellaterra: Universidad Autónoma de Barcelona, p. 59-82.

Cuellar, l.; merino, C.; marzabal, a.; quintanilla-GatiCa, M. (2021). «La formación continua del profesorado de ciencias en Chile. Contribuciones del enfoque C-T-S-A, promotor de una ciudadanía protagonista del siglo xxi». Boletín de la AIA-CTS, n.º 15, p. 73-77.

domèneCh-Casal, J. (2018). «Comprender, Decidir y Actuar: una propuesta-marco de Competencia Científica para la Ciudadanía». Revista Eureka de Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, vol. 15, n.º 1, p. 110501-110512.

equihua, m.; hernández, a.; pérez, o.; benítez, G.; ibañez, S. (2016). «Global Change: the Anthropocene» CIENCIA ergo-sum, vol. 23, n.º 1, p. 67-75.

izquierdo, M. (2013). «School Chemistry: An Historical and Philosophical Approach». Science Education, n.º 22, p. 1633-1653. (2022). «Química para el ciudadano». En: quintanilla, m.;

adúriz-bravo, a (ed.). Enseñanza de las ciencias para una nueva cultura docente. Desafíos y oportunidades. Santiago de Chile: Ediciones UC, p. 309-336. labarCa, m.; quintanilla, m.; izquierdo, m. (2022). «El problema del Grupo 3 de la tabla periódica. Su enseñanza mediante la argumentación y la explicación científica. Primera parte». Ciência & Educação (Bauru), vol. 28(e22013), p. 1-12. martins, i.; quintanilla-GatiCa, m.; amador, r.; Cabrera, G.; daza, s.; ospina, n.; pereira, J. (2020). «Breves aproximaciones sobre la historia, las tendencias y las perspectivas del movimiento CTS en América Latina». Boletim da AIA-CTS, n.º 12 (ed. especial), p. 99-104 (1). merino, C.; arellano, m.; Jara, r (2014). «La promoción de la regulación y autorregulación en química a través de la actividad experimental». En: merino, C.; arellano, m.; adúrizbravo, A. (ed.). Avances en Didáctica de la Química: Modelos y Lenguajes. Valparaíso: Ediciones Universitarias Valparaíso, p. 119-130.

MINEDUC (2019). «Bases Curriculares» [en línea]. <https://www.curriculumnacional.cl/614/w3-propertyvalue-120183.html>

OECD (2019). «PISA 2018 Science Framework». En: PISA 2018 Assessment and Analytical Framework. París: OECD Publishing.

pedrinaCi, E. (2008). «¿Tiene sentido una materia como las Ciencias para el Mundo Contemporáneo?». Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, vol. 16, n.º 1, p. 9-16.

pipitone, M. C. (2013). Visión del profesorado sobre la implementación de una nueva asignatura: Ciencias para el mundo contemporáneo. Tesis doctoral, Universitat Autònoma de Barcelona.

Disponible en línea en: <https://www.tdx.cat/handle/10803/123208>

quintanilla, M. (2022a). «Las competencias de pensamiento científico en el aula. Aportes teóricos y metodológicos para promover y desarrollar aprendizajes de nivel superior». En: quintanilla, m.; adúriz-bravo, A. (ed.). Enseñanza de ciencias para una nueva cultura docente. Desafíos y oportunidades. Santiago de Chile: Ediciones Universidad Católica de Chile, p. 25-64.

— (2022b). «Ciencia, ciudadanía y valores promotoras de una nueva educación para Chile». En: romero, m.; tenorio, S. (ed.). Educación y Nueva Constitución Repensar lo Educativo. Buenos Aires, Santiago de Chile: CLACSO. Fondo Editorial UMCE, p. 371-400.

quintanilla, m.; marzábal, a.; merino, C.; Cuellar, L. (2020). «La educación CTS en Chile. Reflexiones, historia, tendencias y perspectivas de futuro». Boletim da AIA-CTS, n.º 12, p. 131-136.

talanquer, V. (2009). «Química: ¿Quién eres, a dónde vas y cómo te alcanzamos?». Educación Química, n.º 20, p. 220-226. weinriCh, m.; talanquer, V. (2016). «Mapping students’ modes of reasoning when thinking about chemical reactions used to make a desired product». Chemical Education Research and Practice, n.º 17, p. 394-406.

Es

en Educación y profesor de Química y Ciencias Natu-

rales por la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales por la Universidad Autónoma de Barcelona. Es docente e investigador en Enseñanza de la Química, en diferentes niveles educativos en el Instituto de Química de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile).

C. e.: cristian.merino@pucv.cl

Ainoa Marzabal Blancafiort Es licenciada en Química y profesora de Física y Química de la Universidad Autónoma de Barcelona y Doctora en Didáctica de las Ciencias Experimentales por la Universidad Autónoma de Barcelona. Es formadora de profesores e investigadora en Educación Química a nivel escolar, en la Facultad de Educación de la Pontificia Universidad Católica de Chile (Chile).

C. e.: amarzabal@uc.cl

Mario Roberto Quintanilla-Gatica Es licenciado en Educación en Química y Biología por la Universidad de Santiago de Chile (1986) y Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales por la Universidad Autónoma de Barcelona (1997).

Profesor Asociado de la Facultad de Educación de la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador en la formación inicial y continua del profesorado de ciencias en el nivel escolar y universitario.

C. e.: mquintag@uc.cl

Cristian Merino Rubilar

licenciado

Molècules que ens han canviat la vida. Retrat d’una exposició

Molecules that have changed our lives. Portrait of an exhibition

Pilar González Duarte / Institut d’Estudis Catalans

resum

L’Institut d’Estudis Catalans (IEC) va acollir des del 12 de novembre del 2021 fins a l’1 d’abril del 2022 l’exposició «Molècules que ens han canviat la vida» (https://expo-molecules.iec.cat/). La mostra es va organitzar amb l’objectiu de transmetre als estudiants que la ciència és comprensible i atractiva, i essencial per al progrés i per a la millora de la qualitat de vida. L’exposició, que va ser visitada per prop de tres mil alumnes, incloïa deu plafons dedicats a elements, compostos i productes químics que han estat cabdals per a viure més i millor: amoníac, anestèsics, cisplatí, clor, diòxid de silici, nitroglicerina, penicil·lina, polietilè, sabons i detergents i vitamina C. Amb la finalitat de facilitar la comprensió a un públic ampli i per raons d’economia terminològica tots ells han estat designats com a molècules.

paraules clau

Exposició científica, química i qualitat de vida.

abstract

The Institut d’Estudis Catalans (IEC) hosted from November 12, 2021 to April 1, 2022 the exhibition «Molecules that have changed our lives» (https://expo-molecules.iec.cat/). The exhibition was organized with the aim of conveying to students that science is understandable and attractive, and essential for progress and for the improvement of the quality of life. The content of the exhibition, which was visited by about three thousand students, included ten panels dedicated to elements, compounds, and chemicals that have been essential in living longer and better: ammonia, anesthetics, cis-platinum, chlorine, silicon dioxide, nitroglycerin, penicillin, polyethylene, soaps and detergents, and vitamin C. To facilitate understanding to a wide audience and for reasons of terminological economics all of them have been designated as molecules.

keywords

Scientific exhibition, chemistry and life.

Introducció

Presentar la ciència d’una manera planera, atractiva i entenedora és un requisit imprescindible per a engrescar els joves que comencen a fer les primeres passes en el món científic. Molt probablement, de la visió que n’obtinguin en les primeres etapes de l’educació dependrà l’actitud d’entusiasme, indiferència o rebuig que hi mantindran durant la resta de la seva vida.

Transmetre què és la ciència i fer-ho com un apassionant viatge de descoberta és essencial per a la formació de futurs ciutadans del món

Però, què és la ciència? D’acord amb la definició d’Edward O. Wilson (Wilson, 2014):

«la ciència és el coneixement organitzat i comprovable del món real, de tot el que ens envolta i de nosaltres mateixos»

Sembla difícil dir més amb menys paraules. De la primera part de la definició es dedueix que sense un raonament ben informat

les opinions no tenen cap valor. De la segona part en sorgeix una pregunta: si la ciència té com a objectiu el coneixement de tot el que ens envolta i de nosaltres mateixos, com pot deixar d’interessar-nos?

La història mostra que, malgrat la curiositat innata de l’espècie humana, després del descobriment de la ceràmica, el vidre o el ciment, van haver de passar molts segles fins al naixement i desenvolupament de

la ciència moderna. En els darrers dos-cents anys, les nostres condicions de vida han millorat molt més que en tots els segles anteriors. I això ha estat possible gràcies a la ciència i a la tecnologia. Tal com es pot veure en el gràfic de la figura 1, avui a Europa una persona viu de mitjana 46 anys més que una de nascuda el 1800, quan l’esperança de vida era només de 33 anys. En el cas d’Espanya l’augment és de 50 anys.

Per tal de contribuir a engrescar i motivar els joves perquè s’interessin per la ciència, l’Institut d’Estudis Catalans (IEC) va organitzar l’exposició «Molècules que ens han canviat la vida» (https://expo-molecules.iec.cat/), que es va poder visitar al claustre de la seva seu (carrer del Carme, 47, de Barcelona) des del 12 de novembre del 2021 fins al primer d’abril del 2022. L’objectiu essencial de l’exposició era obrir finestres al món científic per

Figura 1. La gràfica indica com molècules d’aquesta exposició han estat essencials per a augmentar l’esperança de vida. Avui, a Europa, una persona viu, de mitjana, 46 anys més que una de nascuda el 1800.

fer-lo més comprensible i atractiu i per evidenciar que ciència i progrés són indissociables (González Duarte, 2021).

El perquè de l’exposició

L’exposició «Molècules que ens han canviat la vida» entronca amb iniciatives similars impulsades per l’IEC, atès que dins de les seves funcions s’inclou la difusió i transmissió del coneixement. L’any 2011, que fou declarat Any Internacional de la Química, la Secció de Ciències i Tecnologia (SECCT) de l’IEC va fer dues exposicions, una sobre Maria Skłodowska-Curie, «Marie Curie, 1867-1934», i una altra sobre els elements químics: «Els elements químics, joies imprescindibles». També l’any 2019, en ocasió de l’Any Internacional dels Elements Químics de la Taula Periòdica, en va organitzar una altra: «La taula periòdica a l’IEC» (González Duarte, 2019).

La bona acollida d’aquestes exposicions va esperonar-nos a fer el salt dels elements químics a les molècules. El salt és important no solament en el context conceptual sinó també en el quantitatiu, atès que

els noranta elements que trobem a la Terra donen lloc a més de cent milions de molècules

Fer una selecció d’un nombre relativament petit d’elements d’un conjunt tan ampli, exigència òbvia a l’hora de preparar una exposició, no sembla una qüestió trivial. Fins i tot no ho és quan l’objectiu és mostrar aquelles molècules (terme general amb el qual designarem els elements, compostos i productes químics inclosos en l’exposició) que han contribuït molt particularment a

millorar la nostra qualitat de vida. Només cal entrar en una farmàcia per a comprovar que n’hi ha moltíssimes que compleixen aquesta funció.

Les deu molècules escollides per a aquesta exposició compleixen un requisit addicional: no només ajuden a viure més i millor, sinó que el seu descobriment ha representat un sotrac en el món científic perquè o bé ha ampliat i enriquit les bases del coneixement o bé ha contribuït a resoldre problemes pendents de solució durant molts segles. La potabilització de l’aigua, els fertilitzants, els anestèsics, els detergents i els antibiòtics en són bons exemples.

El descobriment de les molècules de l’exposició no hauria estat possible sense la recerca científica, i sense la passió i dedicació de moltes persones. En aquest context vam voler mostrar el descobriment de cada molècula com un viatge d’aventura, amb els seus entrebancs i sorpreses, sovint fonamentals per a arribar a port. També vam voler fer un reconeixement especial als autors del descobriment, perquè fer-se preguntes interessants no és senzill, però trobar respostes correctes és encara més complicat.

El contingut

L’exposició «Molècules que ens han canviat la vida» es va installar al claustre de l’IEC i consistia en deu plafons de 200 × 150 cm, cadascun dels quals estava dedicat a un element, compost o producte químic: amoníac, anestèsics, cisplatí, clor, diòxid de silici, nitroglicerina, penicil·lina, polietilè, sabons i detergents i vitamina C (fig. 2).

El plantejament i l’organització dels deu plafons era similar. L’encapçalament mostrava el nom, la fórmula empírica i l’estructura de l’element o del compost químic en qüestió. Tot

seguit s’indicava el perquè de la seva elecció i amb una breu introducció s’arribava a la descripció del seu descobriment. La part central del plafó incloïa el context científic, històric i sociopolític del descobriment i els reconeixements rebuts pels seus autors. Finalment es donava una visió del present i el futur del camp científic obert amb aquest descobriment. Una explicació més àmplia del contingut dels plafons es pot trobar a la Revista Mètode (https://metode.cat/noticies/molecules-que-ens-han-canviat-la-vida. html), a la conferència pronunciada en ocasió de la inauguració de l’exposició, el 12 de novembre de 2021 (https://youtu.be/DOjNcriGYoc), i a la Guia Breu adreçada als centres escolars per tal de poder preparar prèviament la visita a l’exposició (https:// expo-molecules.iec.cat/wp-content/ uploads/2021/10/guia_breu_expomolecules.pdf).

En els plafons del diòxid de silici i del polietilè es va fer constar que aquests compostos, des d’un punt de vista estrictament químic, no són molècules, sinó macromolècules. El que va justificar la seva inclusió en l’exposició va ser la rellevància que tenen en la microelectrònica i els plàstics, respectivament. A banda d’això, a la mostra s’explicava que fent una simplificació important, i en sentit divulgatiu, qualsevol combinació d’àtoms es podia considerar una molècula.

El procediment

Malgrat les diferents alternatives que avui ofereix la tecnologia a l’hora d’organitzar una exposició, ens va semblar que l’assistència presencial optimitza la interacció del visitant amb el contingut de l’exposició. Seguint aquest argument, en comptes d’utilitzar audioguies o facilitar textos explicatius, es van oferir visites guiades durant quatre

Molècules

dels deu plafons de l’exposició, que inclou el nom de la molècula, la justificació de la seva elecció, la fórmula empírica, l’estructura tridimensional i el codi de colors corresponent.

matins a la setmana al llarg dels cinc mesos, visites dirigides per professionals amb experiència en la transmissió del coneixement científic (fig. 3). També es va preveure que un matí a la setmana, i cada dia a la tarda, es poguessin realitzar visites públiques lliures, alumnes sols o alumnes acompanyats pels seus professors.

A part de la molècula en qüestió, el contingut dels plafons permetia una visió dels següents aspectes de la ciència en general i de la química en particular:

— La interdisciplinarietat avui imprescindible per al progrés científic.

— La diferència entre el coneixement i l’ús o mal ús que se’n fa.

— L’aparent simplicitat d’algunes molècules en contrast amb les dificultats de la seva síntesi.

— La impossibilitat de sintetitzar al laboratori molècules de les quals no es coneix l’estructura química.

— La limitació de les fonts dels elements químics i la impossibilitat de sintetitzar-los al nostre planeta.

— La urgent necessitat del consum sostenible, de la protecció del medi ambient i del reciclatge.

A tots els plafons hi havia una secció etiquetada com a Present i futur, la qual pretenia esperonar comentaris i preguntes que podien ser d’interès en el context de classes posteriors a la visita. A tall d’exemple, en el cas de la penicil·lina possibles temes d’anàlisi i discussió podrien ser els següents:

— Com s’obté avui la penicil·lina?

— Quines branques de la ciència han estat fonamentals per al desenvolupament de la penicil·lina com a fàrmac?

— Com actua la penicil·lina per a impedir el creixement de determinats bacteris?

— Ús i abús, resistència i al·lèrgia als antibiòtics.

— Coneixeu altres descobriments que s’hagin fet amb serendipitat?

Figura 2. Encapçalament

Figura 3. Les visites guiades van anar a càrrec de Pilar González, Àngel Messeguer i Moira Costa (d’esquerra a dreta).

Activitats complementàries a l’exposició

Paral·lelament a l’exposició, la Societat Catalana de Química (SCQ), societat filial de l’IEC, va convocar un concurs de vídeos de noranta segons (en català) amb el lema Molècules que ens han canviat la vida. L’objectiu del concurs era divulgar de manera breu la importància d’una certa molècula per a la vida, escollida per un alumne o grup d’alumnes que es presentaven al concurs. En quedaven excloses les deu molècules que apareixien en l’exposició.

En aquest concurs de vídeos hi havia tres categories de participació de l’alumnat: ESO, batxillerat i d’altres estudis (CFGM, CFGS, graus, màsters…) i estava dotat amb un premi de 300 euros per a cada categoria. Per a preparar aquest vídeo es recomanava la visita a l’exposició –lliurement o amb visita guiada. Aquells que ho van fer amb guia van rebre un exemplar de la versió catalana del llibre Molècules de Theodore Gray, obsequi de la SCQ. A més a més, la SCQ va organitzar un concurs a Twitter, que també va tenir premi.

Els resultats

Els comentaris rebuts en les visites guiades i el conjunt de piulades provinents de grups que van visitar l’exposició són indicatius d’una valoració global clarament positiva.

En total van visitar l’exposició 2.780 alumnes de 72 centres

escolars procedents de diferents comarques de Catalunya, distribuïts en 119 grups de 20-25 alumnes.

Per la bona acollida de l’exposició, pel desig que puguin veure-la els alumnes que per diferents circumstàncies no van fer una visita presencial, i també per fer possible la discussió a classe dels temes que més hagin interessat,

l’exposició continuarà oberta en format virtual. Ben aviat tot el contingut i les explicacions, al vostre abast! Podreu fer la visita al vostre aire accedint a https:// expo-molecules.iec.cat/

Finalment, tal com es deia en un plafó de les conclusions, si «Molècules que ens han canviat la vida» ha contribuït a transmetre la importància de la química en la nostra vida i el potencial de la ciència perquè puguem viure més i millor, l’objectiu haurà estat assolit.

Referències

González duarte, P. (2019). «150è aniversari de la taula periòdica de D. I. Mendeléiev. La contribució de les dones al seu desenvolupament».

Revista de la Societat Catalana

de Química, núm. 18, p. 52-61. — (2021). Entrevista publicada al web institucional de l’Institut d’Estudis Catalans [en línia]. <https://www.iec.cat/activitats/noticiasencera.asp?id_noticies=3183>

wilson, E. O. (2014). Cartes a un jove científic. [Trad. de J. Ros.] Barcelona: Rosa dels Vents (Penguin Random House Grupo Editorial, SA).

Agraïments

Volem fer un reconeixement especial als doctors Àngel Messeguer i Jordi Llorca, membres de l’equip científic; a Moira Costa Calsamiglia, per la seva participació en les visites guiades a l’exposició, i a tots els que l’han fet possible.

Pilar González Duarte

Doctora en ciències químiques, màster de química per la Universitat de Michigan (Ann Arbor, EUA) i catedràtica jubilada de química inorgànica de la Universitat Autònoma de Barcelona. La seva activitat docent i investigadora s’ha centrat en els camps de la química inorgànica i bioinorgànica. Ha estat presidenta de la Societat Catalana de Química (1995-2002). El govern de la Generalitat de Catalunya li va atorgar l’any 2004 la distinció Jaume Vicens Vives a la qualitat docent universitària. Des de l’any 2004 és membre de l’Institut d’Estudis Catalans en la Secció de Ciències i Tecnologia. Actualment la seva activitat professional se centra en la divulgació científica.

A/e: Pilar.Gonzalez.Duarte@uab.cat Nivell educatiu

Reacciones químicas didácticas con pajitas ecológicas

Reaccions químiques didàctiques amb palles ecològiques

Didactic chemical reactions with ecological drinking straws

Pablo Cassinello Espinosa / Grupo Especializado de Didáctica e Historia de la Física y la Química RSEF-RSEQ

resumen

Se proponen reacciones químicas que se llevan a cabo con la ayuda de pajitas ecológicas para bebidas. Estas reacciones implican conceptos fundamentales y resultan llamativas y lúdicas a los estudiantes. Se pretende aumentar su motivación e implicación y fomentar una enseñanza basada en la indagación y el razonamiento.

palabras clave

Neutralización ácido-base, oxidación, precipitación, gases exhalados, aprendizaje por indagación.

resum

Es proposen reaccions químiques que es duen a terme mitjançant palles per beure ecològiques. Aquestes reaccions impliquen conceptes fonamentals i resulten cridaneres i lúdiques per als estudiants. Es pretén augmentar la seva motivació i implicació i fomentar un ensenyament basat en la indagació i el raonament.

paraules clau

Neutralització àcid-base, oxidació, precipitació, gasos exhalats, aprenentatge per indagació.

abstract

Didactic chemical reactions with ecological drinking straws that cover fundamental topics are proposed. They are attractive and playful to the students. It is intended to increase motivation and involvement and to encourage reasoning and inquiry-based teaching.

keywords

Acid-base neutralization, oxidation, precipitation, exhaled gases, inquiry based learning.

Introducción

En este artículo se presentan con intencionalidad didáctica algunas reacciones químicas realizadas con la ayuda de pajitas ecológicas para bebidas. Este material se hace necesario porque en tres de ellas hay que soplar suavemente y en la cuarta hay que introducir una pajita en una disolución para que al agitar cambie misteriosamente de color.

Con estas actividades se consigue una buena motivación e implicación de los alumnos en el aprendizaje de principios de química importantes, porque estas reacciones inciden en temas fundamentales: oxidación-reducción, reacciones de ácido-base y precipitación.

Para que estas reacciones supongan un buen avance pedagógico es conveniente seguir un proceso indagativo (Caamaño y Corominas, 2020). Se supone, por tanto, que se va a establecer un diálogo con los alumnos en el cual ellos manifiesten una predicción de lo que va a ocurrir y, después de realizar la experiencia, aventuren explicaciones interpretativas de lo observado. Con ayuda del docente se contrastan las hipótesis iniciales y se ayuda a clarificar una interpretación final.

Las pajitas son un material muy económico y cercano a la vida cotidiana de los estudiantes. Las que se utilizan son ecológicas (hechas de materiales como maíz, papel, bambú…) y no de plástico porque estas no son biodegradables.

En estas experiencias no se precisa de un material sofisticado ni de un instrumental y un montaje complicados. Decía Maxwell que el valor educativo de un experimento es, a menudo, inversamente proporcional a la complejidad del diseño experimental que requiere (Maxwell, 1871).

Son experiencias sencillas que captan el interés de los estudiantes porque utilizan gases que generan sus propios pulmones. No son sustancias extrañas y ajenas a su entorno. Les llama la atención que ellos mismos provoquen estas reacciones mediante el aire que exhalan. Con estas reacciones van a conocer la composición del aire que espiran (e inspiran). Cuando se pide a los estudiantes que propongan explicaciones para estas reacciones, hemos constatado que sorprendentemente muchos piensan que el aire exhalado es casi todo dióxido de carbono y que no contiene oxígeno, cuando en realidad presenta solo un 4 % de dióxido de carbono y un 16 % de oxígeno (Banet y Núñez, 1990).

En estas experiencias hay participación directa de los estudiantes pues en cada una de ellas se pide que algún voluntario las realice, ya sea soplando sin ningún riesgo con un material desechable biodegradable, o bien introduciendo y retirando una pajita en un matraz. Pueden participar varios alumnos en cada sesión, cada uno con sus propias pajitas desechables. Todos los experimentos que sugerimos permiten ser repetidos un número elevado de veces, así que son experiencias susceptibles de

llevarse a cabo en una feria, clase o exposición en público.

El problema que podría haber en este tipo de reacciones es que al soplar se produjeran salpicaduras. Para evitarlo proponemos unir tres pajitas con fuelle, así se sopla a cierta distancia y cómodamente, y sugerimos utilizar un matraz aforado, un matraz con embocadura relativamente pequeña o una botella. En la figura 1 hay un esquema de este montaje fácil, sencillo y lúdico. Para introducir las pajitas una en otra rápidamente lo mejor es hacer un pequeño corte en bisel con unas tijeras en el extremo de la pajita que se va a introducir en otra. Además, este montaje permite también estar a suficiente distancia del recipiente para observar fácilmente los cambios que se vayan produciendo en el mismo. Con este dispositivo o montaje se evitan las reticencias de algunos docentes a realizar este tipo de prácticas alegando la suciedad y peligrosidad de las salpicaduras (cuando se realiza solo con una pajita). Otra ventaja de ensamblar tres pajitas radica en que los extremos del montaje son claramente distintos, evitando cualquier confusión en la elección de aquel por el que se sopla e impedir así que se tome contacto con el líquido si se sopla en dos veces. Además la posibilidad de aspirar en vez de soplar

resulta prácticamente imposible por el largo recorrido que hay desde el recipiente hasta la boca. Estas prácticas están dirigidas sobre todo a alumnos que cursen la asignatura de química en secundaria obligatoria. Ahora bien, también son interesantes en bachillerato con un análisis de mayor profundidad que también sugerimos. En el vídeo cuyo enlace recogemos en las referencias (Cassinello, 2022) pueden verse todas las reacciones que proponemos.

Reacciones de neutralización en disoluciones extremadamente diluidas

Los alumnos denominan a esta experiencia la pajita mágica de los colores. Ahora veremos por qué.

Preparación de la experiencia

Se rellena hasta la mitad un vaso de precipitados de 250 mL con agua destilada. Se echan unas 3 o 4 gotas del indicador azul de bromotimol. Se coloca papel de filtro debajo del vaso para apreciar mejor los cambios de color.

Se ponen cerca del vaso de precipitados dos matraces (o vasos) de medio litro con una disolución ácida y otra básica.

Una con 400 cm3 de ácido clorhídrico 0,1 M o 0,2 M y otra con el mismo volumen y concentración de hidróxido de sodio.

Finalmente, se pone una pajita de color azul o similar en la

Figura 1. Montaje con tres pajitas: a) esquema; b) imagen.

disolución básica y otra pajita de color amarillo en la ácida.

Desarrollo de la experiencia

Al principio, el vaso con agua destilada y gotas de indicador presenta un color verde. Se pide a algún alumno voluntario, que procederá como sigue: se coge la pajita amarilla (que estaba en el matraz con ácido) y se introduce en el vaso (sin apretarla, solo introduciéndola) y se agita. El color verde se transforma en amarillo. Se deja la pajita utilizada en su matraz. A continuación, se coge la pajita azul y se introduce en el vaso. Al agitar, el amarillo se transforma en azul. Se vuelve a dejar esta pajita en su disolución básica. Se puede repetir la experiencia tantas veces como se desee. Se deja tiempo para que la clase o audiencia emita o piense distintas hipótesis. A continuación, se retiran las dos pajitas y otro voluntario vuelve a hacer la experiencia pero solo con una pajita de cualquier color. Cuando solo hay una, se procede así: se mete y se saca rápidamente la pajita de la disolución ácida (o básica), a continuación se introduce en el vaso con agua y se agita. Si la pajita procede de la disolución alcalina se consigue el color azul. Pero si se metió previamente en la disolución ácida aparece el color amarillo (fig. 2). También se puede

reiterar muchas veces, produciendo asombro en el espectador.

Primeras hipótesis e interpretación final de la reacción química

Antes de explicar lo que ocurre podemos animar a los estudiantes a lanzar posibles explicaciones. Algunos afirman al principio que la pajita transmite su color y posteriormente, después de realizar la experiencia con una sola pajita, que tiene propiedades que hacen cambiar el color. Pero algunos estudiantes creen, acertadamente, que el cambio de color no se debe a la pajita sino a la disolución de donde procede. No se pueden dejar llevar por las apariencias. El cambio de color en todos los casos se produce porque una o dos gotas quedan adheridas a la pajita cuando se saca de cualquiera de las disoluciones y son suficientes para cambiar el pH del vaso con agua y así variar el color del indicador utilizado, que es idóneo para detectar ligeros cambios de acidez y basicidad en el agua. Adquiere color amarillo cuando la disolución es ligeramente ácida y color azul cuando es ligeramente básica. Efectivamente, el intervalo de viraje en pH del azul de bromotimol es (6,07,6). En el momento en que se acidifica un poco, por ejemplo a pH = 5,8, aparece el color amarillo. Pero basta con introducir muy

poco de la disolución básica para neutralizar esta acidez y conseguir un pH ligeramente básico, por ejemplo pH = 7,8. Ahora se observa el color azul.

La experiencia puede analizarse con más profundidad con alumnos de bachillerato.

El equilibrio del indicador (In) es el siguiente:

HIn + H2O  In– + H3O+ ; Ka= 10 –7 (Amarillo) (Azul)

Si se añade un ácido, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda y predominará el color de su forma ácida. Si se añade una base predominará la forma In–, que es la básica. Al principio, en agua destilada, la concentración de In– y de HIn son prácticamente iguales.

Según la ley de acción de masas,

Utilizando cologaritmos se obtiene:

pKa = pH + p[I––] – p[HIn].

7 = pH + p[In] – p[HIn]

Al principio, el agua destilada (con pH = 7) tenía color verde (fig. 3).

7 = 7 + p[In] – p[Hin]

Por tanto: p[In] = p[HIn]. Como la concentración de la forma azul

Figura 2. Coloración del agua con azul de bromotimol al agitar con una pajita previamente sumergida: a) en medio ácido; b) en medio básico.

coincide con la de la especie amarilla, el color visualizado es verde (mezcla de azul y amarillo). Si el pH es significativamente menor que 7, [HIn] es mayor que [In–], así que se aprecia de color amarillo. Y si el pH es suficientemente mayor que 7, [HIn] es menor que [In–], por lo que se ve de color azul.

De todos los indicadores más utilizados este es el único, junto con el rojo neutro, cuyo pKa es próximo a 7 y, por lo tanto, con un intervalo de viraje idóneo para esta experiencia. En el caso del rojo neutro, también llamado rojo fenol, el intervalo de viraje de pH es (6,7-8) y los colores son rojo en medio básico y amarillo en medio ácido. Se utiliza profusamente para detectar aproximadamente el pH de las aguas de las piscinas, pues a pH inferior a 6,7 es amarillo y en las condiciones adecuadas para el baño con pH ligeramente alcalino adquiere color naranja. Los alumnos de bachillerato pueden analizar la variación de pH (o de pOH) que producen una o dos gotas adheridas a la pajita cuando se introduce en agua: si se toma como volumen de una gota 0,05 mL, hay 0,05 · 10–3 L · 0,15 mol L–1 = 7,5 10–6 mol de ácido (o base). Así que con una gota se obtiene pH = –log 7,5 10–6 = 5,12. Si hay 2 gotas, hay doble cantidad: 15 · 10–6 mol, cuyo cologaritmo es pH = 4,8.

Se sugiere empezar la experiencia con agua destilada recién extraída de su recipiente. Con el

indicador utilizado (azul de bromotimol) se observa color verde. Si el agua destilada se deja un rato a la intemperie se disuelve un poco el dióxido de carbono del aire de la habitación y da color amarillo. Si se comienza con agua del grifo o embotellada mineral el indicador toma normalmente color azul porque contiene pequeñas cantidades de sales que le dan un carácter ligeramente alcalino. Al comenzar con agua de lluvia el indicador presenta color amarillo porque lleva en disolución un poco de dióxido de carbono de la atmósfera, obteniéndose un pH aproximado de 5,8.

Acidificación de una disolución con dióxido de carbono del aire exhalado

Preparación de la experiencia

Preparamos una disolución muy diluida de hidróxido de sodio (sosa cáustica). En nuestro caso hemos añadido 1 L de agua a 0,2 g de NaOH. Vertemos 100 cm3 de la disolución en un matraz aforado de 250 cm3. Se añaden unas gotas de fenolftaleína. La disolución adquiere un color rosa característico, porque el intervalo de viraje de pH es (8,2-10). Para acidificar la disolución se introducirá aire exhalado. Se pregunta a la audiencia de qué gas se trata. Finalmente, se pone papel de filtro debajo del matraz para apreciar mejor los cambios de color.

Desarrollo de la experiencia

Para neutralizar la base se pide a algún alumno voluntario que sople (fig. 4a) utilizando un montaje con tres pajitas recién hecho como el de la figura 1 para evitar cualquier derrame de líquido. Al cabo de poco tiempo, la disolución se vuelve incolora (fig. 4b), momento en que se ha conseguido la neutralización.

Puede repetirse la reacción más veces si se añaden a la

disolución ya neutralizada unas gotas de otra disolución ya preparada de sosa en agua más concentrada. Así pueden participar más estudiantes de la misma clase.

Primeras hipótesis e interpretación final de la reacción química

Al introducirse una sustancia de carácter ácido, reacciona con la base (hidróxido de sodio) produciéndose su neutralización. Cuando se ha completado la reacción, el pH es más cercano a 7 por lo que cambia el color de la fenolftaleína que pasa de rosa a incoloro (fig. 4).

Los alumnos suelen acertar al emitir hipótesis, pues piensan que el gas espirado que interviene en la reacción es dióxido de carbono, pero no saben que tiene carácter ácido. Cuando se explica que parte de este dióxido de carbono al disolverse en agua da H2CO3 (ácido carbónico), piensan que la reacción que tiene lugar es la siguiente:

H2CO3(aq) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + 2H2O(l)

Ahora bien, el 99 % del dióxido de carbono disuelto está en forma gaseosa en vez de H2CO3 (De Vicente, 1985), luego la reacción predominante debe ser esta:

CO2(g) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + H2O(l)

El CO2(g) proviene del aire exhalado introducido. Es el 4 % del mismo, aunque es frecuente que los estudiantes piensen que su porcentaje es mucho más elevado, incluso para algunos de casi el 100 %. En cambio, en el aire circundante solo representa el 0,04 % del aire (sin embargo, se trata del valor más elevado desde la revolución industrial, con el mayor efecto invernadero).

A los alumnos de bachillerato se les advierte que el cambio a

Figura 3. Agua destilada con azul de bromotimol

color incoloro de la fenolftaleína no significa un pH neutro (pH = 7), sino ligeramente mayor a 7, porque se forma la sal carbonato de sodio, que presenta hidrólisis (Vinagre y Vázquez, 1984). Por tanto, la fenolftaleína es un indicador adecuado para esta reacción, pero no se deben utilizar indicadores como el utilizado en la práctica anterior (azul de bromotimol), pues no se va a detectar exactamente el punto de equivalencia ya que su intervalo de viraje abarca valores de pH más bajos, incluso de carácter ácido (6-7,6).

Oxidación de la glucosa con oxígeno del aire exhalado Preparación de la experiencia

Se prepara una disolución de 250 cm3 que contenga 3 g de hidróxido de sodio y 5 g de glucosa. Se ponen unos 200 cm3 de la disolución en un matraz aforado de 250 mL con tapón y se añaden unas gotas del colorante azul de metileno (se utiliza sobre todo para teñir células o bacterias). Se pone el tapón al matraz aforado. Se coloca papel de filtro debajo del matraz para apreciar mejor los cambios de color.

Desarrollo de la experiencia

Se observa que poco a poco va desapareciendo el color azul de la disolución hasta hacerse incoloro. Se advierte a los alumnos que para conseguir otra vez color azul hay que mezclarlo con aire. Para hacerlo, normalmente se sugiere agitar el matraz cerrado para que la disolución se mezcle con el aire remanente en el matraz (Baker, 2006). Nosotros proponemos soplar por una pajita para mezclarlo con el aire exhalado. Se pide a un estudiante voluntario que lo haga, utilizando un montaje recién hecho como el de la figura 5.

Figura 4. Acidificación: a) antes de soplar aire exhalado; b) después de soplar aire exhalado.

a)

b)

Figura 5. Experiencia de oxidación de la glucosa: a) antes de soplar aire exhalado; b) después de soplar aire exhalado.

a)

b)

Después de obtenerse el color azul, se cierra el matraz con el tapón. Se observa que de nuevo poco a poco la disolución se va volviendo incolora. Puede repetirse el proceso varias veces, por lo que pueden participar varios alumnos, cada uno con sus pajitas biodegradables y desechables.

Primeras hipótesis e interpretación final de la reacción química

Al alumnado se le dice que en el caso de realizar la experiencia con el aire circundante es el oxígeno de éste el que provoca la reacción. Al plantearse qué componente actúa en el caso, que han visionado, de utilizar aire exhalado, algunos vacilan en identificar al oxígeno como reactivo en el aire espirado. Entonces, se explica y aclara el proceso que ocurre, que incluye una fase rápida y otra lenta.

Fase lenta: cuando el azul de metileno oxida a la glucosa en presencia de hidróxido de sodio (sosa cáustica), se reduce y se vuelve incoloro.

Fase rápida: al añadir oxígeno del aire (circundante o exhalado) para que vuelva a oxidarse el azul de metileno, vuelve a aparecer el color azul.

El aire que exhalamos con el que se realiza la experiencia tiene un 16 % de oxígeno por lo que también produce la oxidación del azul de metileno. A los alumnos les sorprende que el aire que espiramos tenga un porcentaje de oxígeno casi como el del aire circundante (21 %) (Gálvez et al., 1998).

A los estudiantes que se considere conveniente, se les puede explicar la reacción redox lenta que ha tenido lugar:

Azul de metileno(ox) + Glucosa(red)

→ Azul de leucometileno(red) + Ácido glucónico(ox)

El azul de metileno es una sustancia que en su forma oxidada

tiene un color azul intenso, pero en su forma reducida, azul de leucometileno, es incolora. La glucosa se oxida y se transforma en ácido glucónico. Esta reacción es idónea para realizar estudios cinéticos, porque hay una etapa lenta que se vuelve más rápida si la concentración de los reactivos es mayor. Es importante asegurarse de utilizar glucosa, ya que no se puede hacer con azúcar (sacarosa).

Reacción de precipitación con dióxido de carbono exhalado Preparación de la experiencia

Se necesita una disolución de hidróxido de calcio (cal apagada) disuelta en agua. Puede conseguirse mezclando este sólido blanco en agua; o bien introduciendo óxido de calcio (cal viva) en agua [CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq)], que debe hacerse con las debidas precauciones porque libera una gran cantidad de calor, por lo que es un caso idóneo para explicar o recordar qué es una reacción exotérmica. En este caso se ha preparado una disolución de 500 mL que contiene agua y unos 5 g de óxido de calcio. Se agita hasta la disolución. En el matraz aforado solo se vierten 100 mL de la misma.

Desarrollo de la experiencia

Cuando algún voluntario sopla por tres pajitas recién ensambladas (fig. 6) en una disolución preparada, se observa que en la disolución transparente aparece una sustancia blanca que enturbia cada vez más la disolución. Se indica a los estudiantes que se ha obtenido un precipitado.

Primeras hipótesis e interpretación final de la reacción

A los alumnos se les pregunta cuál creen que es el producto que precipita y que con sus soplidos han conseguido obtener. Se trata de un producto muy abundante

en la naturaleza, principal componente de minerales y rocas como la calcita o la caliza. También se les pregunta cuál ha sido el gas del aire exhalado que interviene en la reacción y cómo es posible que un gas consiga un precipitado blanco. Se explica que la reacción que ha tenido lugar se conoce como carbonatación. Es una reacción química en la que el hidróxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono y forma carbonato de calcio insoluble y de color blanco:

Ca(OH)2 (aq) + CO2(g) → CaCO3↓(s) + H2O(l)

A partir de un gas y un sólido disueltos, reorganizándose los átomos de éstos, se forma una nueva sustancia que precipita porque es un sólido insoluble. Conviene limpiar bien el matraz después de cada sesión porque el carbonato de calcio deja una mancha blanca en el matraz que es difícil de quitar al cabo del tiempo.

A diferencia del hidrogenocarbonato de calcio que sí es soluble, el carbonato no lo es. Este hecho explica la formación de estalactitas y estalagmitas según la siguiente reacción (favorecida cuando la presión de dióxido de carbono es baja):

Ca(HCO3)2(aq) → CaCO3(s)↓+ CO2(aq) + H2O(l)

Hay que tener en cuenta que la concentración de CO2(aq) viene determinada por la concentración de CO2 gaseoso, de acuerdo con el equilibrio:

CO2(g) ↔ CO2(aq)

Puede sugerirse a los estudiantes que investiguen la utilidad tradicional de la cal apagada. La suspensión de hidróxido de calcio

en agua (lechada de cal) se utiliza para encalar las paredes de las casas, por su intenso color blanco, con el fin de reflejar la luz solar y así conseguir rebajar la temperatura, además de ser un buen desinfectante.

A los alumnos de segundo de bachillerato se les pide calcular la solubilidad del carbonato de calcio teniendo en cuenta el valor de su producto de solubilidad a 25 °C: Ks = 3,36 10–9

Por tanto, la solubilidad es:

s = Ks = 3,36 · 10–9 = 5,8 10–5 mol·L–1 que equivale a 0,058 g de carbonato de calcio por cada 100 mL de disolución.

Conclusiones

La utilización de pajitas para llevar a cabo algunas reacciones químicas fundamentales puede ser beneficiosa porque son reacciones que atraen, gustan a los alumnos y generan interés por conocer y aprender procesos químicos importantes de oxidación-reducción, de precipitación y de ácidobase. Los estudiantes llevan a cabo las transformaciones químicas con los gases que exhalan y elaboran explicaciones sobre la composición de estos gases y de los fenómenos observados.

Agradecimientos

Agradecemos la labor y todas las sugerencias de los revisores. Asimismo, queremos dar las gracias a las alumnas que han llevado a cabo las experiencias y han dado permiso para que sus fotos sean publicadas en la revista.

Referencias

banet, e.; núñez, F. (1990). «Esquemas conceptuales de los alumnos sobre la respiración». Enseñanza de las Ciencias, vol. 8, n.º 2, p. 105-110. baKer, C. (2006). «the ‘blue bottle’ reaCtion». Education in Chemistry, vol. 43, n.º 6. p. 155.

Caamaño, a.; Corominas, J. (2020). «Modelització macroscòpica dels canvis físics i químics. Un diàleg constant entre observació, interpretació, experimentació i argumentació». Educació Química EduQ, n.º 27, p. 19-26. Cassinello, P. (2022). Reacciones químicas utilizando pajitas ecológicas [en línea]. <https:// youtu.be/_viI_enQWYM> de viCente, S. (1985). Química de las disoluciones: diagramas y cálculos gráficos. Alhambra Universidad.

Gálvez, F. J.; llopis, a.; lópez, r.; rubio, C. (1998). Física: curso

teórico-práctico de fundamentos físicos de la ingeniería. Editorial Tebar, p. 456.

maxwell J. C. (1871). The Scientific Papers of James Clerk Maxwell Vol. II. [W. D. Niven (ed.). Nueva York: Dover (1965), p. 241-255.] vinaGre, F.; vázquez, L. M. (1984). Fundamentos y problemas de Química. Departamento de Química General de la Universidad de Extremadura. Gráficas Varona.

Pablo Cassinello Espinosa

Doctor en Ciencias Químicas. Ha participado con sus alumnos de secundaria en numerosas actividades científicas. Ha sido galardonado en muchas ocasiones en certámenes como Ciencia en Acción. También ha sido ponente en cursos de formación de profesorado. Sus artículos y ponencias promueven la enseñanza de la química con materiales sencillos y lúdicos.

C. e.: pbcassi@gmail.com

Figura 6. Precipitación de carbonato de calcio: a) disolución transparente de Ca(OH)2; b) después de soplar se enturbia.

RESSENYA

Daniel CEBRIÁN, Antonio Joaquín FRANCO, Teresa LUPIÓN, M.ª del Carmen ACEBAL, Ángel BLANCO (COORDS.)

Enseñanza de las ciencias y problemas relevantes de la ciudadanía Barcelona: Graó, 2021

Enseñanza de las ciencias y problemas relevantes de la ciutadanía és un llibre coordinat per cinc professors del Departament de Didàctica de les Ciències Experimentals de la Universitat de Màlaga experts en l’enfocament de l’ensenyament de les ciències a partir de problemes de la vida quotidiana amb la finalitat que l’alumnat esdevingui un ciutadà informat, responsable, actiu i compromès davant de problemàtiques actuals amb base científica. En la introducció, els coordinadors defensen l’enfocament de l’ensenyament de les ciències centrat en problemes complexos, socialment rellevants i que siguin de l’entorn proper a l’alumnat, i situen l’enfocament de qüestions de la vida diària com a eix estructurador de propostes d’aula. Aquest enfocament promou la comprensió del fonament científic de les problemàtiques, la capacitat d’argumentació, el pensament crític i la presa de decisions.

El llibre recull un conjunt d’articles de trenta-vuit autors que aporten estratègies metodològiques i recursos d’aula, així com reflexions i recerques sobre la seva implementació, amb la finalitat de donar a conèixer aquesta manera de plantejar l’ensenyament de les ciències al professorat de diversos nivells educatius.

Està estructurat en quatre blocs de transferència a les aules amb un total de 24 capítols o articles. Els dos primers blocs recullen experiències amb estudiants de diferents etapes educatives. El bloc 1, amb vuit capítols, està dedicat a l’educació secundària i el batxillerat i els dos capítols del bloc 2 estan dedicats a graus de ciències i enginyeria. Els blocs 3 i 4 presenten experiències amb professorat, en un cas de formació inicial i en l’altre de formació permanent. El primer d’aquests blocs és el més extens i conté dotze capítols, mentre que el bloc 4 en conté dos.

Els capítols del bloc 1 presenten articles amb experiències dedicades a propostes que promouen la presa de decisions basada en arguments sobre temes de la vida diària, com el consum d’aigua, i seqüències d’ensenyament-aprenentatge que integren pràctiques

científiques d’argumentació, indagació i modelització entorn dels plàstics i el seu impacte. També es planteja el desenvolupament del pensament crític per diferenciar entre ciència i pseudociència, i algunes propostes empren metodologies com el joc de rol per desenvolupar la capacitat d’argumentació en temes de desenvolupament sostenible i nutrició.

El segon bloc inclou dos articles, un dels quals presenta una seqüència d’ensenyament-aprenentatge sobre la mesura enzimàtica de la glucosa, i l’altre una seqüència d’activitats d’argumentació, ambdues per a estudiants de grau.

Els articles del tercer bloc, dedicat a la formació inicial del professorat, presenten propostes diverses, com una fira d’experiències d’indagació, el foment de l’educació per a la salut, controvèrsies associades a la lactància com a context per a l’argumentació, un programa formatiu sobre l’activisme col·lectiu, la nutrició i la publicitat, i dilemes sobre energia, tecnologia i salut per al desenvolupament del pensament crític. Altres articles se centren en el model actual de producció i consum de carn, la fotosíntesi artificial presentada com un dilema científic per treballar l’argumentació i el pensament crític, i els jocs de rol, com per exemple sobre l’energia nuclear. Els últims capítols o articles del bloc debaten sobre les dificultats i habilitats dels docents en formació per a la preparació de seqüències d’indagació i modelització, i sobre com apoderar el futur professorat de física i química en estratègies d’indagació.

Al bloc 4 s’hi troben articles sobre la visió del professorat en actiu de l’ensenyament de les ciències basat en el context, i sobre com ajudar el professorat de ciències en actiu a incorporar la indagació i l’enfocament STEM.

Esperem que el conjunt de propostes didàctiques i de formació del professorat que inclou aquest llibre serveixin d’estímul per integrar a les aules el tractament de problemes científics rellevants per a la ciutadania.

Fina Guitart Coeditora de la revista Educació Química EduQ

Energía, espontaneidad y equilibrio

Alambique, núm. 107, gener 2022

La revista Alambique (núm. 107) dedica el monogràfic «Energía, espontaneidad y equilibrio» a tractar els models que s’elaboren en l’educació secundària per explicar l’energia, l’espontaneïtat i l’equilibri dels processos físics i químics, i la forma en què els fem progressar a través dels cursos de l’ESO i el batxillerat, així com algunes de les idees de l’alumnat sobre aquests conceptes.

Quin és l’origen de l’energia absorbida o alliberada en una reacció química, per què certes substàncies reaccionen i altres no, per què cal una energia d’activació perquè s’iniciï una reacció i per què hi ha reaccions que són completes i altres que «s’aturen» abans de completar-se; aquestes són algunes de les preguntes que es plantegen en el conjunt d’articles que constitueix el monogràfic. De fet, són qüestions clau que permeten planificar la progressió dels aprenentatges.

En el primer article, «La energía de les reacciones químicas: lo que piensa el alumnado», Isabel P. Martins descriu els models alternatius que l’alumnat de secundària de quinze i disset anys utilitzen per interpretar l’energia de les reaccions químiques, a l’hora que planteja diverses hipòtesis sobre el probable origen d’aquests models i proporciona alguns suggeriments didàctics per evitar la seva formació.

En el segon article, «Construcción progresiva del concepto de espontaneidad en secundaria», Aureli Caamaño aborda els diferents models que s’utilitzen per explicar com i per què tenen lloc els processos físics i químics espontanis, des de les primeres explicacions basades en el moviment de les partícules i les seves interaccions fins a les explicacions basades en la disminució de l’energia potencial i l’augment d’una nova propietat, l’entropia, definida com una mesura del nombre de configuracions espacials i energètiques que pot adoptar un sistema.

Per la seva part, Vicente Talanquer, en «¿Por qué suceden las reacciones químicas. Desarrollo de una idea central», considera que la direccionalitat de les reaccions químiques està determinada per factors energètics i configuracionals que afecten l’estabilitat termodinàmica relativa de reactius i productes. Es constata que el raonament de l’alumnat comunament es guia per un esquema cognitiu en què el canvi es veu com a resultat

de les accions d’un agent actiu amb certes intencions, propòsits o tendències naturals. Finalment, es presenta una seqüència d’activitats d’aprenentatge per reconèixer els factors que determinen si una reacció tindrà lloc o no de manera espontània a certa temperatura.

Isabelle Kermen, en el seu article «Explicar y predecir la evolución de los sistemas químicos», presenta els resultats escolars que ha tingut la introducció d’un criteri termodinàmic –el quocient de reacció, Qc, en relació a la constant d’equilibri, Kc–, per predir i explicar l’evolució espontània de sistemes químics en el programa de l’últim curs del batxillerat a França. L’anàlisi dels qüestionaris passats a alumnes d’aquest curs indica que els estudiants utilitzen tant models cinètics com el model termodinàmic per explicar l’aturada de l’evolució d’un sistema que es produeix quan assoleix l’equilibri químic.

Juan Quílez, en «Predicción de la evolución de equilibrios químicos perturbados. Una alternativa al principio de Le Chatelier», presenta un estudi termodinàmic que permet fonamentar un raonament alternatiu a la regla de Le Chatelier per predir l’evolució dels equilibris químics pertorbats per variació de la concentració d’una o més substàncies participants en la reacció en condicions isotèrmiques. El criteri es basa en la comparació del quocient de reacció i la constant d’equilibri. El mateix autor també presenta en l’article «Breve reconstrucción histórica del concepto de equilibrio químico» l’evolució històrica d’aquest concepte que s’inicia amb les taules d’afinitat química que es van desenvolupar en el segle xviii i els conceptes de «reacció incompleta» i d’«inversibilitat» que va introduir Berthollet. El relat prossegueix amb els treballs realitzats pels químics noruecs Guldberg i Waage i les primeres deduccions termodinàmiques de la constant d’equilibri portades a terme per Van’t Hoff a finals del segle xix

Per acabar, Gabriel Pinto i Marisa Prolongo, en «Experiencias sobre la energía y la espontaneidad de las reacciones químicas», presenten diferents experiències sobre conceptes relacionats amb l’energia i espontaneïtat de les reaccions químiques: la determinació de l’energia de combustió d’un fruit sec i la determinació de l’espontaneïtat relativa de l’oxidació de metalls a partir de mesures de diferència de potencial de piles galvàniques construïdes amb parells de metalls submergits en un electròlit.

Aureli Caamaño Coeditor de la revista Educació Química EduQ

NORMES DE PUBLICACIÓ

Preparació dels manuscrits

Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana.

Els treballs han de tenir una extensió màxima de 25.000 caràcters sense espais. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12.

La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès. Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat.

Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s’han d’enviar en arxius separats en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw.

L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el sistema internacional d’unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat

Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents:

Per a llibres:

VILCHES, A.; GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994).

Per a articles:

SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N. (2000). «Ensenyar a argumentar científicament: un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las Ciencias, vol. 18, núm. 3, p. 405-422. Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000).

Per a documents digitals (webs): OCDE (2006). PISA 2006 [en línia]: Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura. París: OCDE. <http://www.oecd.org/dataoecd/59/2/39732471.pdf> [Consulta: 11 setembre 2013].

Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista.

Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles

Els articles han de ser enviats per correu electrònic a l’adreça següent: EduQ@iec.cat

Revisió dels articles

Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible, les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

CATEGORIES

ACTUALITZACIÓ DE CONTINGUTS

Articles que revisen i posen al dia continguts propis de la disciplina o en relació amb altres àmbits del coneixement, i que faciliten i promouen un ensenyament actualitzat de la química.

APRENENTATGE DE CONCEPTES I MODELS

Articles que tracten sobre conceptes i models químics, des del punt de vista de les concepcions alternatives dels alumnes i les dificultats d’aprenentatge conceptuals, així com les estratègies didàctiques per a l’elaboració i l’aplicació dels models químics a l’aula.

CURRÍCULUM, PROJECTES I UNITATS

Presentació i anàlisi dels currículums de química de diferents països, de projectes curriculars i unitats i seqüències didàctiques.

DIVULGACIÓ DE LA QUÍMICA

Articles que presenten temes d’actualitat química amb caràcter divulgatiu i que posen de manifest les relacions de la química amb la societat i altres àmbits del coneixement o bé presenten activitats i experiències de caràcter divulgatiu de la química adreçades a l’alumnat o al públic en general.

ESTRATÈGIES DIDÀCTIQUES

Presentació i anàlisi d’enfocaments i estratègies didàctiques per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química: modelització, indagació, resolució de problemes, treball cooperatiu, avaluació, etc.

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT

Propostes i investigacions sobre la formació inicial i en actiu del professorat de química i ciències en general que contribueixin al seu desenvolupament professional.

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA

Articles sobre la història i la naturalesa de la química i sobre l’interès didàctic d’aquestes disciplines en l’ensenyament de la química. Activitats per treballar aspectes de la naturalesa de la ciència.

INNOVACIÓ

A L’AULA

Articles que descriuen la planificació i l’experimentació a l’aula d’experiències didàctiques de caràcter innovador. La secció pretén ser un espai per compartir experiències d’aula.

LLENGUATGE, TERMINOLOGIA I COMUNICACIÓ

Articles relacionats amb l’aprenentatge de les habilitats comunicatives (llegir, escriure i parlar) en relació amb l’aprenentatge de la química. I també sobre el llenguatge i la terminologia científics.

NOVES TECNOLOGIES

Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament de la química: simulacions, ús d’Internet, mitjans audiovisuals, laboratoris virtuals, experiències amb equips de captació de dades, etc.

QUÍMICA EN CONTEXT

Articles que presenten contextos rellevants –de la vida quotidiana, tecnològics, industrials, socials, mediambientals, de salut o culturals– que puguin ser presos com a punt de partida per a un ensenyament de la química en context i per promoure l’alfabetització científica.

QUÍMICA, EDUCACIÓ AMBIENTAL I SOSTENIBILITAT

Articles que facin palesa l’estreta de relació entre la química i els aspectes del medi ambient, i temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química, així com propostes educatives per a la sostenibilitat.

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA

Articles que difonguin investigacions didàctiques d’utilitat per a la millora de l’ensenyament de la química. Descripció i resultats d’experiències didàctiques que hagin estat avaluades de forma qualitativa o quantitativa.

RECURSOS DIDÀCTICS

Articles que presentin qualsevol tipus de recurs i material didàctic per a l’ensenyament de la química. Poden incloure, entre d’altres, audiovisuals, jocs, visites, textos dels mitjans de comunicació, etc.

TREBALL EXPERIMENTAL

Articles sobre diferents tipus de treballs pràctics experimentals: demostracions, experiències interpretatives, aprenentatge de tècniques, investigacions, etc.

TREBALLS DE RECERCA DELS ALUMNES

Articles descriptius de treballs de recerca dels alumnes dins l’àmbit de la química. En aquesta secció, els alumnes són els autèntics protagonistes.

Properes monografies

Qüestions

sociocientífiques amb química

Energia, espontaneïtat i equilibri