LA ENSEÑANZA DE LA ENTROPÍA POR MEDIO DEL CONSTRUCTIVISMO...
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LA ENSEÑANZA DE LA ENTROPÍA POR MEDIO DEL CONSTRUCTIVISMO SOCIAL DE VIGOTSKY EN EDUCACIÓN SUPERIOR MÓNICA ANDREA CORTÉS PÉREZ UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN BOGOTÁ D.C 2016
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LA ENSEÑANZA DE LA ENTROPÍA POR MEDIO DEL CONSTRUCTIVISMO
SOCIAL DE VIGOTSKY EN EDUCACIÓN SUPERIOR
MÓNICA ANDREA CORTÉS PÉREZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
BOGOTÁ D.C
2016
LA ENSEÑANZA DE LA ENTROPÍA POR MEDIO DEL CONSTRUCTIVISMO
SOCIAL DE VIGOTSKY EN EDUCACIÓN SUPERIOR
MÓNICA ANDREA CORTÉS PÉREZ
DOCUMENTO PARA OPTAR AL TÍTULO DE LICENCIADA EN QUÍMICA
DIRECTOR
JAVIER ALONSO PÉREZ CUBIDES
Ingeniero Químico
Docente Universidad Distrital FJC
CODIRECTOR
LIZ MAYOLY MUÑOZ ALBARRACÍN
M.Sc Docencia de la Química
Dr. Educación para la Ciencia
Coordinadora Proyecto Curricular de licenciatura en Química
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
BOGOTÁ D.C, Enero 20 de 2016
AGRADECIMIENTOS
Al finalizar un trabajo tan arduo y lleno de dificultades como el desarrollo de una tesis es
inevitable agradecer a las personas que te acompañaron en este proceso y te ayudaron a
sacar lo mejor de la misma para cumplir uno de los tantos objetivos. Debo agradecer de
manera especial y sincera al Profesor Javier Alonso Pérez por acompañarme siempre en
este proceso por su gran paciencia, apoyo, confianza y su capacidad para guiar mis ideas ha
sido un aporte invaluable, no solamente en el desarrollo de esta tesis, sino también en mi
formación profesional; le agradezco también a la profesora Liz Mayoly Muñoz por su
participación y haber enriquecido el trabajo realizado por su arduo conocimiento en
educación para las ciencias. Muchas gracias Profesores.
Por otro lado agradecerle a Dios y a mi familia por acompañarme y apoyarme en cada cosa
que hago sin importar el tiempo y las veces que no quería más tesis. Finalmente quiero
agradecerle a Andrés Bonilla por su apoyo incondicional sin su participación no la había
podido finalizar y además, ha significado el surgimiento de aquel complemento perfecto
como persona.
TABLA DE CONTENIDO
1. Resumen..............................................................................................................
2. Resumen Analítico Educativo.............................................................................
3. Introducción.........................................................................................................
4. Antecedentes ………………...............................................................................
5. Justificación……………………………………………………………………
6. Objetivos.............................................................................................................
6.1.Objetivo General...........................................................................................
6.2.Objetivos Específicos....................................................................................
7. Marco Referencial...............................................................................................
7.1 Desarrollo conceptual de la entropía en la historia de la
química....................
7.2 Modelo didáctico y
pedagógico......................................................................
8. Metodología……….............................................................................................
9. Resultados y
Análisis...........................................................................................
9.1 Test de ideas
previas.......................................................................................
9.2 Lecturas
guiadas…….....................................................................................
9.3 Problemas
experimentales……......................................................................
9.4 Evaluación formativa…….............................................................................
10. Conclusiones........................................................................................................
11. Recomendaciones................................................................................................
12. Bibliografía..........................................................................................................
13. Anexos.................................................................................................................
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LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Resultados evaluación formativa en el periodo lectivo de 2014-3 y
2015-1………………………………………………………………………..
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Tabla 2. Deserción escolar periodo lectivo de 2014-1, 2014-3 y 2015-1.......... 26
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1. Máquina de la fricción de
Davy...........................................................
12
Figura 2. Proceso de la máquina de
Carnot.........................................................
12
Figura 3. Nivel de desorden molecular (Entropía) de una sustancia aumenta
cuando esta se funde o
evapora...........................................................................
15
Figura 4. Zonas de construcción de un concepto elaborado por medio de la
interacción social de
Vygotsky...........................................................................
18
Figura 5 Algunas respuestas de estudiantes a las preguntas 2 y 3 (5-A), 4 (5-
B) y 5 (5-C)........................................................................................................
Figura 6. Respuestas de estudiantes a la pregunta 6..........................................
Figura 7. Montajes llevados a cabo en la práctica de laboratorio......................
Figura 8. Algunas respuestas a las preguntas 1 (8-A) y 5 (8-B) de la
evaluación formativa.........................................................................................
Figura 9. Algunas respuestas de preguntas con enfoque matemático...............
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LISTADO DE GRAFICAS
Grafica 1. Resultados test de ideas previas excepto pregunta 4 (Arriba).
Resultado test de ideas previas pregunta 4
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(Abajo)............................................
Gráfica 2. Resultados evaluación formativa en el periodo lectivo de 2014-3 y
2015-1................................................................................................................
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1. RESUMEN
El presente trabajo de grado consistió en elaborar, aplicar y evaluar una alternativa para la
enseñanza de la entropía basada en el constructivismo social de Vygotsky en estudiantes de
Licenciatura en Química de la universidad Distrital Francisco José de Caldas en el curso de
Fisicoquímica II; para lo cual se hizo necesario la elaboración y aplicación de instrumentos
de recolección de información (Test de ideas previas) y problemas experimentales guiados,
teniendo en cuenta el enfoque socio interaccionista. Permitiendo así que los docentes
replantearan su práctica pedagógica, cambiando su cátedra, con el fin de contextualizar
significativamente a los estudiantes; formando así personas con pensamiento crítico y
creativo que contribuyan al desarrollo de la sociedad, lo cual se ve favorecido por esta
alternativa de aprendizaje (Chaves A. 2001). Con el uso de lecturas guiadas los estudiantes
lograron potencializar habilidades como explicar, comunicar, indagar e inferir; lo cual se
vio evidenciado con la argumentación, análisis y comunicación mostradas durante el debate
realizado. En cuanto a los problemas experimentales se logró demostrar la aplicación de la
entropía en actividades sencillas y comunes en la vida diaria; lo cual fue reflejado en las
construcciones escritas en la pregunta 5 del parcial. Teniendo en cuenta los resultados del
instrumento de ideas previas y contrastándolos con los resultados del parcial y el porcentaje
en la deserción escolar, se puede encontrar una disminución del 9% en la pérdida del
parcial y del 27% en la deserción escolar; por lo cual es posible asegurar que la aplicación
de este modelo de enseñanza y aprendizaje facilito la aprehensión del concepto de entropía.
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2. RESUMEN ANALÍTICO EDUCATIVO (RAE)
Título La Enseñanza De La Entropía Por Medio Del Constructivismo
Social De Vigotsky En Educación Superior
Autor Mónica Andrea Cortés Pérez
Institución Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Fecha Enero 20 de 2016
Palabras clave
Constructivismo social
Entropía
Interaccionismo Social
Problemas experimentales
Historia de la química
Educación Superior
Descripción Trabajo de grado para optar al título de Licenciada en Química
Fuentes 26 fuentes bibliográficas
Contenidos
El documento inicia con una introducción acerca de la importancia
de la implementación de un modelo de enseñanza y aprendizaje en el
interaccionismo social de Vygotsky basado en la temática de
entropía. Posteriormente, se presentan los antecedentes, justificación
y objetivos; donde se recopilan los estudios realizados a nivel
mundial sobre la enseñanza de la entropía y se hace hincapié en las
dificultades del proceso de enseñanza y aprendizaje causados por las
metodologías utilizadas, la motivación y las pocas bases
matemáticas del estudiante. Seguido se encuentra el marco
referencial donde se hace una contextualización histórica,
epistemológica, teórica y experimental. Finalizando se muestra el
diseño metodológico, resultados, análisis de resultados, conclusiones
y bibliografía; allí se recalca la propuesta innovadora del uso del
interaccionismo social como método de enseñanza y sus alcances a
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nivel cognitivo, argumentativo y demostrativo.
Metodología
Investigación cualitativa con enfoque socio interaccionista, la cual
utiliza instrumentos de recolección de información como test y
observaciones; aplicando textos guía sobre historia de la química en
entropía. La evaluación es formativa con el fin de proponer
estrategias para la mejora del currículo.
Conclusiones
El proceso de enseñanza y aprendizaje manejado desde un modelo
sociocultural postulado por Vygotsky para la enseñanza de la
entropía, hace que los docentes replanteen su práctica pedagógica,
cambiada su labor profesional con el fin de contextualizar
significativamente a los estudiantes para formar personas más
críticas y creativas que contribuyan a construir una sociedad más
pensante lo cual resulta favorable para esta alternativa de
aprendizaje (Chaves A. 2001). Luego del análisis de los resultados
del instrumento de ideas previas contrastándolo con el resultado del
parcial y la disminución en la deserción escolar, es posible asegurar
el éxito en la enseñanza de entropía por medio del constructivismo
social de Vygotsky y el socio interaccionismo ya que teniendo en
cuenta su teoría sociocultural el estudiante se enfrenta a
contextualizaciones más cercanas y que por tanto le permiten ser
partícipe del conocimiento más estructurado. De esta forma enseñar
un concepto complicado como la entropía se facilita mejorando el
interés y motivación del estudiante con lecturas, problemas
experimentales y la disposición del docente a cargo. Viau. Moro
(2010)
Autor del RAE Mónica Andrea Cortés Pérez
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3. INTRODUCCIÓN
En la presente investigación se rescata una propuesta de enseñanza y aprendizaje por
medio del interaccionismo social, reorientando las concepciones alternativas sobre el
concepto de entropía. La aplicación del interaccionismo social en muchas escuelas ha
mantenido tradicionalmente un modelo instruccionista en el que un profesor o profesora
'transmite' información a los estudiantes. Por el contrario, la teoría de Vygotsky promueve
contextos de aprendizaje en el que los estudiantes tienen un papel activo en su formación.
Por lo tanto, los roles del profesor y el alumno se desplazan, el profesor debería colaborar a
sus estudiantes ayudando a facilitar la construcción de significado en ellos. Aprender, por
lo tanto, se convierte en una experiencia recíproca entre los estudiantes y el profesor.
(Casado R. A 2010). Actualmente en la enseñanza de la química se han encontrado
conceptos de elevada elaboración que requieren de ciertas habilidades para su comprensión;
dichas habilidades se desarrollan y potencializan según aspectos pedagógicos que,
principalmente, dependen del docente; donde un ejemplo claro es el concepto de entropía.
En este caso específico, uno de los principales obstáculos durante los procesos de
enseñanza y aprendizaje es la reducción a aspectos matemáticos que, finalmente, se
mecanizan con poca o ninguna interpretación y/o argumentación; (Gallego, Pérez,
Figueroa 2010) por lo que los estudiantes manejan las ecuaciones pero no el concepto
como tal. Esta representación matemática de la entropía no solamente se encuentra en el
aula de clase sino en los textos guía que manejan los docentes, lo cual dificulta el proceso
de enseñanza y aprendizaje ya que los estudiantes no tienen buenas bases en matemáticas
(Sokrat, Tamani, Moutaabbid, Radid, 2013) como se puede presentar en la licenciatura
en química de la Universidad Distrital Francisco José De Caldas.
Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente referente a las problemáticas de la
enseñanza como transmisión de conocimiento y la matematización de los conceptos usados
por los docentes apoyados en sus textos guías la presente investigación planteo la
enseñanza de la entropía por medio de una unidad didáctica apoyada en instrumentos de
recolección de información como test de ideas previas, lecturas guiadas sobre historia de la
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entropía acompañada de debates, desarrollo de problemas experimentales y finalmente la
aplicación de una evaluación formativa. Siendo así el presente trabajo se orientó a la
aplicación y evaluación del constructivismo social de Vygotsky mediante el socio
interaccionismo como alternativa para la mejora en los procesos de enseñanza y aprendizaje
del concepto de entropía en el curso de fisicoquímica de un programa de formación inicial
de profesores de química.
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4. ANTECEDENTES
Los procesos de enseñanza y aprendizaje de la fisicoquímica en los últimos años han sido
de gran importancia para la formación profesional de cualquier licenciado en química, en
temáticas como entropía, se constituye como un conocimiento imprescindible para
cualquier institución educativa. Por tal razón a lo largo de los años se han realizado
investigaciones relacionadas con la didáctica de la fisicoquímica entre ellos encontramos:
Derjani, Olivera (2011), realizó una investigación: Winds are from Venus, mountains are
from Mars: Science fiction in chemical engineering education, Simón Bolívar University,
Caracas Venezuela. La investigación llegó a las siguientes conclusiones: Mediante el
proceso de enseñanza y aprendizaje en los estudiantes de ingeniería química se expone el
enfoque con dos ejemplos que forman parte del curso, elaborado a partir de novelas de
ciencia ficción que hablan de la exploración de nuestros planetas vecinos, Marte y Venus,
temas relacionados como entropía y entalpía con toda la mecánica del caso con sus
respectivas ecuaciones, teniendo en cuenta que por medio de la ciencia ficción los
estudiantes comprenden los principios básicos de la termodinámica con sus gráficas,
ecuaciones y explicaciones mecánicas.
Teodoro, (2005), realizó una investigación: A entropia no ensino médio: utilizando
concepções prévias dos estudantes e aspectos da evolução do conceito, Unicamp, São
Paulo, Brasil. La investigación llegó a las siguientes conclusiones: Se realizó un test de
ideas previas observando cómo los 10 estudiantes conciben las ideas sobre el sentido de los
procesos espontáneos, la entropía y la irreversibilidad, cambiando lo memorístico con un
enfoque constructivista (situaciones cotidianas) ya que traer este concepto a el aula es un
gran problema en la enseñanza por consiguiente los estudiantes tienden a confundir los
conceptos de calor y temperatura, esta idea permaneció nebulosa hasta que a mediados del
siglo XVIII, cuando José Negro, alrededor del año 1760, estableció la diferencia entre estos
al observar que conseguían temperaturas diferentes al suministrar la misma cantidad de
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calor a la misma masa de sustancias diferentes. Otra de las ideas es que el calor como una
sustancia que "deja el cuerpo y va a otro" - un concepto integral de la teoría sustancial de
calor, que surgió a principios del siglo XVIII y se convirtió en dominante después de casi
medio siglo cuando Lavoisier adoptó el término de calorías "sustancia de calor." Este
concepto continuó sin cesar hasta finales del siglo XVIII, cuando Benjamin Thompson
(también conocido como el Conde Rumford) llevara a cabo una serie de experimentos que
mostraron que el calor es una forma de movimiento mecánico.
Sokrat, Tamani, Moutaabbid, Radid, (2013), realizaron una investigación: Difficulties of
students from the faculty of science with regard to understanding the concepts of chemical,
thermodynamics, ORDIPU Hassan II-Mohammedia University, Casablanca Marruecos. La
investigación llegó a las siguientes conclusiones: Los factores que dificultan la
comprensión de una temática, son los conocimientos básicos insuficientes, especialmente
en matemáticas, por su dificultad para entender y hablar adecuadamente el idioma,
sobrecarga de currículo, falta de concentración durante el curso y falta de la motivación de
los estudiantes.
Martinez. Villagran (2007), realizaron una investigación: Mientras el agua hierve, el
nitrógeno… ¿qué?, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México
Distrito Federal la investigación llego a las siguientes conclusiones: Por medio de cambios
de fase del agua y el nitrógeno dando conocimientos de la termodinámica en la explicación
de los diagramas de fases de esta forma desarrollan un razonamiento que lo conduzca a
obtener algún tipo de conocimiento.
Hershey (1989), propuso en su revisión denominada Another way of looking at entropy,
realizada en la universidad de Cincinnati, una enseñanza del concepto de entropía no
tradicional, la cual busca el interés y motivación de los estudiantes a través de metodologías
que involucran fenómenos naturales donde interviene la entropía, tales como la evolución y
el envejecimiento.
8
Ashbaugh (2010), propuso en su revisión denominada Ehrenfest’s lottery – Time and
entropy maximization, realizada en la universidad de Tulane, New Orleans, que por medio
del modelo de las urnas Ehrenfest es posible enseñar la segunda ley de la termodinámica,
teniendo en cuenta la irreversibilidad de los procesos y la probabilidad de los mismos en
estudiantes de educación superior.
Flores. Ulloa (2014), propuso en su artículo denominado ¿Cómo enseñan la entropía los
profesores universitarios?, realizada en la Universidad Nacional Autónoma de México,
México, donde se plantea que teniendo en cuenta que la entropía es un concepto tan
complejo, no se han dado los elementos necesarios para su comprensión, donde se analizan
los textos utilizados por los docentes en carreras como química y física, el desconocimiento
en el desarrollo histórico de la entropía y sus primeros textos sobre enseñanza lo cual evita
darle significado al concepto
Viau. Moro (2010), propuso en su propuesta denominado El Cuento del Demonio de
Maxwell, una Propuesta Didáctica para la Enseñanza de Conceptos Básicos de
Termodinámica, realizada en la Universidad Nacional De Mar De Plata, Argentina, que
para enseñar conceptos complicados como la entropía es necesario utilizar relatos literarios
con contextos didácticos como lo es el cuento de “El demonio de Maxwell” que involucran
contenidos científicos, aumentando el interés y la motivación de los estudiantes alcanzando
un mayor grado de racionalismo.
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5. JUSTIFICACIÓN
La fisicoquímica es una rama de la química encargada de estudiar todas las leyes
termodinámicas las cuales permiten explicar varios fenómenos de la naturaleza; entre los
conceptos esenciales para entender estas leyes se encuentra la entropía, esta es una temática
compleja y las formas en que se enseña parece no aportar elementos para el desarrollo de
habilidades que conlleven a la aprehensión del concepto. Las principales razones por las
cuales se dificulta el proceso de enseñanza y aprendizaje de la entropía es el uso de
metodologías inapropiadas por parte del docente y las escasas bases matemáticas que
presentan los estudiantes, lo que conlleva, inicialmente, al desinterés presentado por la
clase y en específico con la temática, y que, finalmente se traduce en la deserción y perdida
de la materia Fisicoquímica II. En cuanto a metodología se refiere, para este tópico, se
implementó problemas experimentales que lleven al estudiante a relacionar su cotidianidad
con la temática, teniendo una interacción social con sus otros compañeros y el docente,
según Juan D. Godino, Salvador Llinares, (2000) esta metodología es de gran utilidad
para entender las representaciones matemáticas y facilitar su comprensión; lo cual se vio
reflejado en los estudiantes con una buena aprehensión.
Por lo anterior esta investigacion mejoro a gran escala los procesos de enseñanza y
aprendizaje, evitando problemas educativos tales como descercion, bajo interes, inadecuada
metodologia del docente y una mayor compresion de la entropia en la Universidad Distrital
Francisco Jose de Caldas en la Faculata de Ciencias y Educacion en Licenciatura en
Quimica.
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6. OBJETIVOS
6.1 Objetivo general:
Aplicar y evaluar una propuesta de enseñanza basada en el constructivismo social de
Vygotsky mediante el socio interaccionismo como alternativa para la mejora en los
procesos de enseñanza y aprendizaje del concepto de entropía en el curso de fisicoquímica
de un programa de formación inicial de profesores de química.
6.2 Objetivos Específicos:
Aplicar instrumentos de recolección de información como test de ideas previas,
evaluaciones y problemas experimentales.
Diseñar problemas experimentales que relacionen la entropía con la cotidianidad
para una mayor aprehensión.
Aportar a los procesos de enseñanza y aprendizaje de la entropía por medio del
constructivismo social de Vygotsky utilizando herramientas que relacionen lo
aprendido con el entorno.
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7. MARCO REFERENCIAL
7.1 Desarrollo conceptual de la entropía en la Historia de la Química.
Para empezar a hablar sobre la historia de la química en el tema de entropía se plantean
estas preguntas ¿Por qué en química no estamos interesados en el segundo principio
fundamental tanto como en la física?, ¿Es la entropía realmente importante para el estudio
de la química?, ¿Cuál ha sido la evolución histórica que ha tenido este concepto como para
que solamente tengan un impacto real en física?, dando así a los diferentes concepto de
entropía y las dificultades en su enseñanza. (Chamizo. J, 2009)
Inicialmente se tiene la definición del término calórico, que a través de la historia fue
modificado y explicado de diversas maneras, mediante experimentos que ayudaron a la
aprensión de lo que se conoce hoy en día como calor. Inicialmente el calor o calórico, como
era llamado en dicha época, se lleva a cabo por el tacto propuesto por Francis Bacon
(1620), este invento el primer termómetro planteando que habían cambios de calor a través
del cambio de temperatura propuesto por Galilei (1564-1642). Joseph Black planteo la ley
cero de la termodinámica “Equilibrio térmico”, planteando que el cambio entre calor y
temperatura era algo material (Chamizo. J, 2009). Lavoisier definió a su vez el calor como
una sustancia, un fluido sutil que se encontraba en el fuego, calor y la luz (llamado fluido
ígneo) este se combinaba con otros cuerpos, por ello este era permeable. A su vez relacionó
las moléculas con su fuerza de atracción y repulsión en equilibrio. M. de Morveau, M.
Berthollet y M. Fourcroy denominaron a la materia del calor como un calórico, el cual es
un fluido elástico con moléculas tan pequeñas que pueden atravesar cualquier material y
este incrementa la fuerza repulsiva. Lavoisier describió a su vez algunas propiedades: su
elasticidad y la tendencia a separarse. Existían dos diferentes tipos de calórico: uno libre
(atmósfera) y otro combinado (fuerza de atracción que forman parte de la misma sustancia);
de este modo se dieron los primeros experimentos sobre fisicoquímica (Garritz. A. R,
Chamizo. J. A, 2001).
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Lavoisier y Laplace denominaron la vis viva, que actualmente se conoce como energía
cinética de las partículas. En el siglo XVIII se dan los primeros experimentos en
termodinámica sobre capacidades caloríficas de las sustancias, para ello Davy diseñó una
máquina que por el incremento de la fricción se incrementaba la vis viva (Chamizo. J,
2009)
Figura 1. Máquina de la fricción de Davy (Chamizo. J, 2009)
Carnot y la máquina térmica: Se da uso a los conceptos calor y calórico. Sadi Carnot
estudió el fenómeno de producción de movimiento (trabajo), planteando que este solo
transportaba el calórico de un cuerpo caliente a uno frío hasta alcanzar el equilibrio; esto se
veía afectado por la presión, el volumen y los cambios en la temperatura. Cambiando el
término de calórico por calor (Chamizo. J, 2009). Las aportaciones de Émile Clapeyron,
James Joule y William Thomson, todos físicos, fueron de relevancia; Clapeyron consideró
que a partir de trabajo se producía calor, postulando así el poder del movimiento debido a
este último. Además matematizó la máquina de Carnot proponiendo la siguiente gráfica:
Figura 2. Proceso de la máquina de Carnot (Chamizo. J, 2009)
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Joule propuso producir calor a partir de la fricción y planteó el “Efecto mecánico que
transmite o genera calor”, lo cual ya había sido trabajado por Davy en la máquina de la
fricción. Thomson y Joule crearon la escala absoluta de Kelvin uno de los procesos más
importantes, aportando así una escala de medición para el calor. Julius Mayer y Hermann
von Helmholtz condujeron a la primera ley de la termodinámica en 1842 (Chamizo. J,
2009). Finalmente Rudolf Clausius, el máximo representante, en 1865, partiendo de las
demostraciones de Carnot sobre los ciclos de calor, introdujo el término entropía y lo
definió como: la proporción de energía de un sistema que no es capaz de desarrollar
trabajo, y demostró que la entropía de un sistema se incrementa en un proceso irreversible;
el progreso de la máquina de vapor se debe en parte a sus estudios mejoró la máquina
térmica de Carnot, tanto en sus planteamientos como al darle un sentido matemático que
explicara dicho proceso. (Garritz. A. R, Chamizo. J. A, 2001).
Los investigadores en el campo de la termodinámica y, específicamente, de la entropía
consideran la física térmica, en relación con el concepto de energía y las leyes que la rigen,
como un tema "impopular" entre los estudiantes y difícil de trabajar para tratar fenómenos
en los que la matemática disocia la cotidianidad experimental Silvia C. Teodoro, Dirceu.
Silva (2005). La Termodinámica goza de la reputación de ser la parte más difícil del
programa de química en la Universidad. Según los expertos, es un tema que requiere
comprensión y una formación conceptual de la mente que necesita una gran cantidad de
pensamiento (Teodoro, S, 2005). Debido a lo anterior, es muy común escuchar a los
estudiantes decir: "No es la química" y, en efecto, el razonamiento detrás de la
termodinámica se basa en las ideas de la física y las matemáticas, más que en la química
(Wheatley, G. H, 1991).
El aprendizaje de esta asignatura requiere un conocimiento previo de las matemáticas y la
física en general. A pesar de la importancia de la termodinámica y cinética como la base
para la química, la mayoría de los estudiantes avanzan en cursos básicos con varios
conceptos erróneos acerca de estos temas. Los cursos de química física, donde los
estudiantes abordan las ideas más avanzadas de la termodinámica y la cinética, son
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percibidos por muchos como uno de sus cursos más difíciles. Estos estudios han
caracterizado las concepciones de los estudiantes de calor y la temperatura (Llorens, J.A,
2010)
Entre los libros de texto utilizados por los docentes para los procesos de enseñanza y
aprendizaje se encuentra La Termodinámica de Cengel, donde en el séptimo capítulo de la
sexta edición se trata la temática de entropía. Desde el inicio de este capítulo se presentan
ecuaciones de integrales con una alta densidad en matemáticas y con ejemplos bien
estructurados. Cengel Y. y Boles M. plantean un texto llamado “¿Qué es la entropía?, allí
después de dar la explicación matemática pertinente, rescatan lo siguiente Cengel Y. y
Boles M (2009):
“La entropía es una propiedad útil y una valiosa herramienta de análisis de la segunda ley
en los dispositivos de ingeniería, pero esto no significa que sabemos y entendemos bien la
entropía. De hecho no podemos dar una respuesta adecuada a la pregunta ¿Qué es la
entropía?” Sin embargo, la imposibilidad de describir la entropía en su totalidad no tiene
nada que ver con su utilidad. No es posible definir energía, pero esto no interfiere con
nuestra comprensión de las transformaciones de energía y su principio de conservación. Se
admite que entropía no es una palabra común como lo es energía, pero con el uso continuo
se alcanza una comprensión más profunda y una mayor apreciación. El estudio que sigue
debe verter alguna luz en el significado físico de la entropía, considerando la naturaleza
microscópica de la materia.
La entropía puede verse como una medida de caos molecular, o aleatoriedad molecular.
Cuando un sistema se vuelve más aleatorio, las posiciones de las moléculas son menos
predecibles y la entropía aumenta; de ahí que no sorprenda que la entropía de una sustancia
sea más baja en la fase sólida y más alta en la gaseosa.
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Figura 3. Nivel de aleatoriedad molecular (Entropía) de una sustancia aumenta cuando
esta se funde o evapora (Cengel Y. y Boles M, 2009)
Cengel Y. y Boles M. a su vez plantean un texto corto titulado “La entropía y la generación
de entropía en la vida diaria” comparando como cada persona lleva su vida con base en el
aumento o disminución del desorden de la misma Cengel Y. y Boles M. (2009).
7.2 Modelo Didáctico y Pedagógico
El modelo pedagógico se basa en el constructivismo, cuyo fundamento, según Lev
Vygotsky, consiste en considerar al individuo como el resultado del proceso histórico y
social donde el lenguaje desempeña un papel esencial. Para Lev Vygotsky el conocimiento
es un proceso de interacción entre el sujeto y el medio, entendiendo este último como algo
social y cultural, no solamente físico. (Gergen K, 2006).
Teniendo en cuenta lo planteado en el constructivismo y en orden de articularlo con el
interaccionismo social de Vygotsky se plantearon los siguientes ítems:
Metas: Construir el conocimiento de la entropía como un saber con sentido significativo
para el diario vivir del estudiante, cambiando el conocimiento previo por un aprendizaje
nuevo que ayude a entender los diferentes fenómenos que lo rodean; teniendo en cuenta la
relación entre el conocimiento y su ambiente, este constructivismo es netamente social.
(Izquierdo M, 2001).
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Desarrollo: Se edificó el conocimiento sobre las experiencias vividas en el laboratorio
donde con prácticas sencillas y bien estructuradas, se enseñó el concepto de entropía y su
relación con la cotidianidad; dando así una modificación de sus saberes previos y a la
construcción de nuevos más estructurados para entender el mundo (Izquierdo M, 2001).
Docente Estudiante: En este proceso la relación docente estudiante debe ser horizontal, ya
que el maestro y el estudiante son partes de la formación del conocimiento y ninguno tiene
más poder que el otro; generando una relación complementaria en el ámbito netamente
académico que favorezca la enseñanza y el aprendizaje. En esta relación horizontal
maestro-estudiante se favorece la información y la comunicación, la primera, dice Jaime
Labastida, "procede como si se tratara de un mandato, va de la cúspide hasta el valle, de la
cabeza a los pies, mientras que la segunda es horizontal". Cada persona alcanzada por la
comunicación se convierte en un punto resonante inteligente, enjuicia, acepta, rechaza,
modifica, y puede enriquecer el mensaje recibido de acuerdo a su saber y circunstancia; de
este modo cada participante en la comunicación juega el papel alterno de emisor y receptor.
(Izquierdo M, 2001).
Contenidos: El contenido es dependiente de la temática, en este caso dicha temática
(entropía) es de gran importancia para la formación profesional de los estudiantes de
Licenciatura en Química de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas; velando por
una posterior enseñanza en la cual el aprendizaje sea de gran interés y de participación en el
aula (Izquierdo M, 2001).
Método: El método es dialéctico ya que hace referencia al diálogo y a la discusión que se
puede llevar a cabo en el aula, este se da cuando los alumnos indagan y se cuestionan por
diferentes fenómenos para ser entendidos; de allí surge la interacción de tres formas:
horizontal entre el docente y el estudiante, entre los mismo estudiantes y entre el estudiante
y su entorno; dando así una mayor interpretación y reflexión del mismo (Gergen K, 2006).
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En el enfoque interaccionista Social, se supone que la adquisición de un aprendizaje se ve
influenciado por la interacción de una serie de factores - físicos, lingüísticos, cognitivos y
sociales (Cooter y Reutzel, 2004). El aprendizaje de la entropía juega un papel importante
en cómo el alumno aprende a expresar sus ideas. Algunos argumentan que la "naturaleza"
es la única responsable de como un alumno aprende un concepto nuevo, mientras que otros
sostienen que el individuo es responsable de cómo el alumno toma su propio conocimiento.
Los interaccionistas sociales sostienen que la forma en que un alumno aprende es tanto
biológica como social. (Gillet, J. W., & Temple, C., Crawford, A. N, 2004).
Menéndez. E. A y Medina M. A en 2011 describieron como Vygotsky creó un modelo de
desarrollo humano que actualmente se denomina el modelo sociocultural. Creía que todo el
desarrollo cultural en los niños es visible en dos etapas Medina M. A
(2011):
En primer lugar, el niño observa la interacción entre la gente y entonces el
comportamiento se desarrolla en el interior del niño. Esto significa que el niño
primero observa los adultos que lo rodean comunicándose entre sí y luego se
desarrolla la capacidad de comunicarse a sí mismo.
En segundo lugar, Vygotsky establece que un niño aprende mejor cuando interactúa
con los que le rodean para resolver un problema. En un primer momento, el adulto
que interactúa con el niño es responsable de liderar el niño y, finalmente, el niño se
vuelve capaz de resolver problemas por su cuenta. Esto es cierto con el lenguaje,
como las primeras conversaciones de adultos con el niño, donde este aprende a
responder a su vez. El niño pasa de gorgoteo al lenguaje de bebé a oraciones más
completas y correctas.
La teoría de Vygotsky es uno de los fundamentos del constructivismo, esta afirma tres
zonas principales:
1. Zona de desarrollo real: Esta juega un papel fundamental en el proceso de desarrollo
cognitivo. En contraste con la comprensión de Jean Piaget sobre el desarrollo del niño (en
18
el que el desarrollo precede necesariamente el aprendizaje), Vygotsky sintió que el
aprendizaje social precede al desarrollo cognitivo. Afirmando: "Cada función en el
desarrollo cultural del niño aparece dos veces: primero en el plano social y, más tarde, en el
nivel individual; primero entre personas (interpsicológicos) y luego en el interior del niño
(intrapsicológico)” lo que corresponde a los conjuntos de conocimientos que posee y las
actividades que el niño puede realizar por sí mismo sin la guía y ayuda de otras personas.
(Casado R. A, 2010)
2. La Zona de Desarrollo Próximo: Hace referencia a cualquier persona que tenga una
mejor comprensión o un nivel de habilidad más alto que el alumno, con respecto a una
determinada tarea, proceso o concepto. Es normalmente considerado como ser un maestro,
entrenador, o un adulto mayor, pero también podrían ser compañeros, una persona más
joven o, incluso, ordenadores (Casado R. A, 2010).
3. Zona de desarrollo potencial: La ZDP es la distancia entre la capacidad del estudiante
para realizar una tarea bajo la orientación de adultos y/o con la colaboración de pares y la
capacidad del estudiante para resolver el problema de forma independiente. Según
Vygotsky, el aprendizaje se produjo en esta zona. (Casado R. A, 2010).
Figura 4. Zonas de construcción de un concepto elaborado por medio de la interacción
social de Vygotsky. (Casado R. A, 2010)
Vygotsky se centró en las conexiones entre las personas y el contexto sociocultural en el
cual actúan e interactúan en experiencias compartidas Medina M. A,
2011). Según Vygotsky, los seres humanos utilizan herramientas que se desarrollan a partir
19
de una cultura, como el habla y la escritura, para mediar en sus entornos sociales. Los niños
inicialmente desarrollan estas herramientas como funciones sociales, como por ejemplo la
formas de comunicar necesidades. Vygotsky creía que la internalización de estas
herramientas llevó a habilidades de pensamiento superiores (Martinez M. S, 2009).
20
8. METODOLOGÍA
Se realizó una investigación con enfoque socio interaccionista para la enseñanza de
entropía en 34 estudiantes de licenciatura en química de la Universidad Distrital Francisco
José de Caldas adscritos a la asignatura de Química Física II siguiendo las etapas mostradas
a continuación:
Primera Etapa: Aplicación de un test de ideas previas mediante el cual se identificaron las
concepciones alternativas que tienen los estudiantes sobre el tema de entropía; a su vez se
determinaron las bases teóricas necesarias para abordar la temática. (Anexo 1)
Segunda Etapa: Implementación del socio interaccionismo a través del uso de lecturas
guiadas que tienen una clara relación con la historia de la entropía y cómo ha evolucionado
para entender los procesos (Anexo 2). Posteriormente, se realizaron debates a partir de
preguntas guiadas donde fue necesaria la interacción estudiante-estudiante y entorno-
estudiante.
Tercera Etapa: Desarrollo de problemas experimentales que relacionaron la entropía con la
cotidianidad, teniendo en cuenta temas como energía, maquinas térmicas, irreversibilidad,
movimiento perpetuo, calor, temperatura y el entender y explicar los procesos a nivel
molecular. (Anexo 3)
Cuarta Etapa: Aplicación de una evaluación formativa con el fin de determinar las
competencias y habilidades desarrolladas por los estudiantes a través del modelo de
constructivismo social de Vygotsky. (Anexo 4)
21
9. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Durante el desarrollo y elaboración de una alternativa para la enseñanza de la entropía,
basada en el constructivismo social de Vygotsky en estudiantes de Licenciatura en Química
de la universidad Distrital Francisco José de Caldas en el curso de Fisicoquímica II, se
elaboraron diferentes sesiones con actividades guiadas para lograr un avance general y
adecuado en dicho tema en específico. Debido a la complejidad de la temática de entropía,
no se han dado los elementos necesarios para su comprensión, donde el desconocimiento en
su desarrollo histórico evita darle un verdadero significado al concepto (Florez. Ulloa
2014).
La alternativa de enseñanza elaborada está guiada al desarrollo de las habilidades analíticas
y sociales en el concepto de entropía; para ello, haciendo uso del constructivismo social y el
socio interaccionismo de Vygotsky, se propusieron una serie de situaciones
contextualizadas con los estudiantes; relacionadas con lecturas guiadas, debates, problemas
experimentales. Todo ello enfocado a situaciones de la vida cotidiana. Los estudiantes
mostraron una motivación y un interés durante el transcurso de las sesiones debido a que
pudieron determinar las aplicaciones de los conceptos que estaban aprendiendo.
Se tuvo en cuenta el constructivismo social de Vygotsky, ya que el hombre como persona
social interactúa con lo que lo rodea para poder resolver un problema, la interacción de
dicho hombre se da mientras observa y experimenta, no solamente con sus manos sino con
sí mismo, mientras a través del análisis le da una explicación coherente a los fenómenos y
después de ello la expresa como ser social para llegar a un acuerdo con su grupo de trabajo;
de aquí salen las ideas más estructuradas gracias al aporte y creación de diferentes formas
de pensar lo cual se vio identificado durante toda la investigación (Cortés 2016). En
relación al socio interaccionismo, la zona de desarrollo real es donde el aprendizaje social
precede al desarrollo, pasando de lo social a lo individual; la zona de desarrollo potencial es
donde la ayuda de su grupo de trabajo lo lleva a resolver un problema de forma
22
independiente y, por último, la zona de desarrollo próximo, que se encuentra entre las dos
nombradas anteriormente, plantea que todos los estudiantes no aprenden de la misma
manera y por ello se proponen diferentes alternativas para lograr un aprendizaje
estructurado (Casado R. A, 2010).
9.1 Test de ideas previas:
En la Figura 5 se presentan algunas de las respuestas de los estudiantes al test de ideas
previas aplicado. Con base en los resultados de la pregunta 2 y 3, donde el 68% y 45%
respectivamente de los estudiantes respondieron erróneamente, es posible evidenciar que
los estudiantes no identifican que es la energía interna y sus consecuencias en un sistema;
pues dicha energía es una propiedad extensiva, es decir, que depende de la cantidad de
materia, encontrándose una confusión entre energía interna y calor (Ver Figura 5-A); este
tema presenta gran dificultad por las situaciones cotidianas y culturales a la que se
enfrentan los estudiantes, confundiendo conceptos de calor y temperatura, y la falta de
imaginación para interpretar el concepto de energía interna (Teodoro, 2005). Con base en
los resultados de la pregunta 4, donde el 68% respondió erróneamente, se observa que los
estudiantes no conocen las principales características de procesos entrópicos (Ver Figura 5-
B). La pregunta 5 tiene relación con la segunda ley de la termodinámica en cuanto a la
direccionalidad del flujo de energía en procesos de calor, donde el 62% de los estudiantes
respondió erróneamente, lo cual indicó que no tienen clara la transferencia de energía del
cuerpo con más energía al cuerpo de menos energía (Ver Figura 5-C), estos resultados se
justifican debido a que los estudiantes empiezan a tratar el concepto de segunda ley de la
termodinámica hasta cursar fisicoquímica II, la cual trae consigo temas como entropía,
equilibrio, irreversibilidad entre otras.
23
Figura 5. Algunas respuestas de estudiantes a las preguntas 2 y 3 (5-A), 4 (5-B) y 5 (5-C).
Con referencia a la pregunta 6, se buscó la relación de conceptos que giran en torno al
término entropía para lograr un acercamiento a la definición de los estudiantes; en este caso
se evidenció la idea de entropía como un “desorden”, definición que, tal como lo
mencionan Alonso y Finn (1996), carece de explicación convincente o suficiente (Ver
Figura 6).
24
Figura 6. Respuestas de estudiantes a la pregunta 6.
En cuanto a las preguntas 1 y 7, referentes a energía cinética y conversión de energía
mecánica respectivamente, se evidenció que los estudiantes conocen la relación entre
temperatura y energía; además utilizan dichos conceptos para explicar procesos de
conversión de energía en situaciones cotidianas como la propuesta en el último punto del
test (Ver Anexo 1); es posible afirmar lo anterior debido a los porcentajes altos de
respuestas correctas (70% y 76% respectivamente. Ver anexo 5).
En las Gráfica 1 se muestran los resultados del test de ideas previas, se observa la cantidad
de estudiantes que respondieron de forma correcta las preguntas sobre un total de 34
personas. Es de vital importancia rescatar que el tema de energía no solamente se enseña en
universidades o, en los primeros semestres, si no que estos conceptos son participes de la
formación secundaria, por ende no son nuevos en la vida de cada estudiante.
25
Grafica 1. Resultados test de ideas previas excepto pregunta 4 (Arriba). Resultado test de
ideas previas pregunta 4 (Abajo).
Con base en lo anterior, se logró identificar falencias en conceptos que parecen obvios pero
que no lograron identificar los estudiantes; principalmente la diferencia entre calor y
temperatura, energía interna y segunda ley de la termodinámica que trae consigo conceptos
como entropía, equilibrio, irreversibilidad, entre otras. Es inevitable que los estudiantes no
elaboren sus propias ideas acerca del funcionamiento de la naturaleza, estas ideas son
desarrolladas mientras el estudiante tiene contacto con el mundo que lo rodea, mediante la
experimentación e interpretación de los hechos o de los contenidos tratados en el aula, o en
su vida cotidiana. (Alda, E; Álvarez, J. & Mata, C. 2011).
9.2 Lecturas guiadas:
La primera lectura propuesta se titula “La entropía y la generación de entropía en la vida
diaria” por medio de la cual los estudiantes deben relacionar la entropía con su vida
cotidiana para lograr una contextualización con la temática; con ello, por medio de
observación por parte del investigador, se evidenció un aumento en el interés por las
aplicaciones del concepto, lo cual confluyó en la intención, por parte de los estudiantes, de
verbalizar y aplicar las ecuaciones matemáticas requeridas para el cálculo de la entropía en
procesos sencillos encontrados en su entorno. La segunda lectura titulada “La
Termodinámica de Carnot a Clausius” realiza un resumen histórico del desarrollo de la
teoría mecánica del calor, ya que, como se mencionó anteriormente, los estudiantes
presentaban concepciones erróneas y confusas respecto a calor, temperatura, energía interna
y segunda ley de la termodinámica. Para el debate realizado, se plantearon una serie de
preguntas (Ver Anexo 2) las cuales buscaban preparar al estudiante para defender con
argumentos su posición frente a los planteamientos de las teorías de la termodinámica
previas al concepto de entropía. Durante el debate se propusieron dos preguntas generales
en torno a generación y transferencia de entropía; en este punto los estudiantes realizaron
construcciones haciendo uso de situaciones cotidianas y clasificando las palabras “generar”
y “transferir” para encontrar sus diferencias. El apoyo de las lecturas guiadas,
26
principalmente la referente a la historia de la entropía, permitieron que el estudiante
identificara sus concepciones erróneas y las reconstruyeran respondiendo a las invenciones
de máquinas térmicas, tal como Rudolf Clausius lo realizó. Lo anterior, representa el
proceso de los estudiantes en la zona de desarrollo próximo, en la cual comienza la
reestructuración de conceptos con base en las dinámicas sociales propuestas en la primera
lectura y sustentadas en las construcciones conceptuales realizadas por los distintos
contribuyentes a la teoría de la entropía durante su desarrollo histórico. De este modo los
estudiantes argumentaron los procesos de transferencia y generación de entropía basados en
los flujos de calor, como lo hizo Carnot, para finalmente dar respuestas como: “La
transferencia de entropía de un sistema de alta entropía a uno de baja, generará un
equilibrio térmico”, “El flujo de calor de un cuerpo de mayor energía a otro de menor
disminuye la entropía del primero y aumenta la del segundo”, “La entropía aumenta por
calor y esto hace que aumente la entropía del universo” y “Es posible que en un sistema
disminuya la entropía porque hay trabajo”, entre otras. Teniendo en cuenta la última
construcción mencionada, se argumentó desde la definición dada por Rudolf Clausius
usando ejemplos como hidroeléctricas donde la entropía disminuye por la generación de
trabajo; evidenciándose así el cambio de visión de entropía como desorden para convertirse
en energía de un sistema. Como plantea Flores Ulloa (2014), la entropía es un concepto tan
complejo donde no se han dado los elementos necesarios para su comprensión; los textos
utilizados por los docentes en carreras como química y física carecen de información
respecto al desarrollo histórico, dicho desconocimiento evita darle significado al concepto.
Como se plantea Medina M. A (2011), el socio interaccionismo, por ser
un modelo de desarrollo humano a nivel sociocultural, establece que una persona aprende
mejor cuando inicialmente observa y analiza y luego interactúa creando un concepto más
estructurado con la ayuda de su grupo de trabajo; evidenciando así el constructivismo social
de Vygotsky y sus zona de desarrollo real (Test de ideas previas), zona próxima (Lecturas
guiadas) y zona potencial cuando el conocimiento finalmente es adquirido.
9.3 Problemas experimentales:
27
Se llevaron a cabo una serie de laboratorios sencillos y relacionados con la cotidianidad del
estudiante (Ver Anexo 3), los cuales buscaban la explicación de los fenómenos sucedidos
con base en el conocimiento adquirido, es decir, la aplicación de las nuevas concepciones
sobre entropía y, a modo general, energía. Como plantea Hershey (1989) la enseñanza de
un concepto tan abstracto como lo es la entropía se ve favorecida por el uso de diferentes
metodologías que saquen al estudiante de lo tradicional y busquen aumentar la motivación
y el interés por la temática; de tal modo que los estudiantes realizaron videos de los
laboratorios con su respectiva explicación, teniendo en cuenta la termodinámica pero
específicamente la entropía, donde se evidenció el uso de las lecturas guiadas y de los
conceptos aprendidos desde la historia de la entropía. A modo general, los videos constaban
de 7 laboratorios (Ver Figura 7 y Anexo 3), por cada uno de ellos los estudiantes describían
lo que sucedía y lo explicaban con base en sus nuevas concepciones referentes a entropía y
energía; encontrándose explicaciones como: Para el caso de batir un huevo, los estudiantes
generaron construcciones referentes a la generación de calor y trabajo por el proceso de
fricción al batir el huevo que disminuyen la entropía del sistema; y a su vez el aumento de
entropía al momento de romper el huevo debido a ser un proceso irreversible. Para el caso
de la vela, explicaban el aumento del nivel del agua dentro del vaso como producto del
equilibrio de presiones, tal como explicaba Carnot en su máquina térmica usando procesos
adiabáticos.
La búsqueda de dichos laboratorios fue necesaria ya que la Universidad Distrital FJC no
cuenta con máquinas o prácticas donde se aplique la temática de entropía. Se buscaron
laboratorios sencillos que se podían llevar a cabo en casa para que el estudiante relacionara
lo ocurrido con su vida cotidiana y las lecturas guiadas. Por otro lado, es una excelente
metodología para relacionar cada una de las zonas planteadas por Vygotsky ya que
mientras el estudiante realiza la practica este observa detenidamente, crea conceptos
previos y se cuestiona internamente, estando así en la zona de desarrollo real, luego de ello
al realizar con su grupo de trabajo las discusiones pertinentes para entender cada una de las
practicas aclarando conceptos encontrándose en la zona próxima y finalmente cuando se
28
enfrenta a dar una explicación con fundamentos en la zona potencial donde el conocimiento
es adquirido y por ende expresado ( Medina M. A 2011).
Figura 7. Montajes llevados a cabo en la práctica de laboratorio (El autor)
9.4 Evaluación formativa:
La aprehensión del tema fue confirmada por los resultados del parcial (Anexo 4); allí las
preguntas fueron focalizadas hacia la aplicación de la entropía al contexto social del
estudiante; de dicho modo los estudiantes respondieron, principalmente, con base en las
explicaciones dadas por los científicos mencionadas durante la lectura “De Carnot a
Clausius”; como por ejemplo en la pregunta 1 donde se fundamentaron en los postulados de
Carnot sobre la no posible utilización del 100% de la energía producida por una máquina
térmica (Ver Figura 8-A). Respecto a la pregunta 5, se buscó la aplicación de la primera y
segunda ley de la termodinámica a una situación social; allí los estudiantes utilizaron las
ideas de Carnot para explicar la relación de la situación con la segunda ley de la
termodinámica (Ver Figura 8-B).
29
Figura 8. Algunas respuestas a las preguntas 1 (8-A) y 5 (8-B) de la evaluación formativa.
En cuanto a las preguntas 2, 3 y 4; se refieren al ciclo de Carnot y a la eficiencia y
rendimiento de máquinas térmicas teniendo en cuenta que se cumplan las leyes de la
termodinámica. Estas preguntas tuvieron un mayor enfoque matemático, sin embargo, los
estudiantes mostraron las capacidades adquiridas para realizar las deducciones pertinentes
para la solución apropiada de las preguntas (Ver Figura 9).
Figura 9. Algunas respuestas de preguntas con enfoque matemático.
Como se muestra en la Tabla 1 y Gráfica 2, en el que los estudiantes lograron aplicar sus
nuevos conocimientos sobre entropía para dar mayor significado a los cálculos
matemáticos, como plantea Sokrat, Tamani, Moutaabbid, Radid, (2013) para que los
estudiantes lleguen a matematizar algún concepto primero dicho concepto debe tener un
gran significado. Como se puede observar en la Tabla 1, en el año inmediatamente anterior
al de la implementación de la investigación el porcentaje de pérdida del parcial de primer
corte fue de 64%, posiblemente por los vacíos conceptuales en cuanto a energía y a la
30
matematización del tema. Al comparar dicho valor con lo obtenido al implementar la
investigación, se encontró una disminución del 9% en estudiantes que no aprobaron el
parcial de primer corte; llegando así al objetivo de la investigación con éxito debido, entre
otras cosas, a la motivación que genera en el estudiantes situaciones de análisis cercanas a
su entorno sociocultural.
Tabla 1. Resultados evaluación formativa en el periodo lectivo de 2014-3 y 2015-1
N° de
estudiantes Porcentaje
2014-3 Pierden 28 64%
Pasan 16 36%
2015-1 Pierden 24 55%
Pasan 20 45%
Gráfica 2. Resultados evaluación formativa en el periodo lectivo de 2014-3 y 2015-1
31
10. CONCLUSIONES
Los instrumentos de recolección de información utilizados (Test, problemas experimentales
y evaluación formativa) permitieron la articulación entre el constructivismo social y el
socio interaccionismo de Vygotsky; brindando a los estudiantes y docentes diferentes
metodologías para el abordaje del tema de entropía.
La contextualización de los conceptos relacionados con entropía, a través de problemas
experimentales sencillos y cercanos, al entorno del estudiante le permite encontrar
significado a lo que está aprendiendo y por tanto se ve motivado.
La presente investigación es un aporte significativo a los procesos de enseñanza y
aprendizaje de la entropía por medio del constructivismo social de Vygotsky.
Luego del análisis de los resultados del instrumento de ideas previas contrastándolo con el
resultado del parcial y la disminución en la deserción escolar, es posible asegurar la mejora
en la enseñanza de entropía por medio del constructivismo social de Vygotsky y el socio
interaccionismo ya que teniendo en cuenta su teoría sociocultural el estudiante se enfrenta a
contextualizaciones más cercanas y que por tanto le permiten ser partícipe del conocimiento
más estructurado. De esta forma, enseñar un concepto complicado como la entropía se
facilita, mejorando el interés y motivación del estudiante con lecturas, problemas
experimentales y la disposición del docente a cargo Viau. Moro (2010).
32
11. RECOMENDACIONES
Se recomienda para próximas investigaciones en el desarrollo y elaboración de nuevas
propuestas, mejorar las lecturas guiadas para que estas sean más interesantes y que llamen
la atención de los estudiantes; de esta forma se elaboraría un conocimiento más
estructurado. Para ello se deben tener en cuenta el tiempo con el que disponen los
estudiantes según su carga académica.
En relación a las prácticas de laboratorio se podrían implementar más laboratorios sencillos
para que en las sustentaciones se puedan dar más interpretaciones y una mayor
construcción del conocimiento.
33
12. BIBLIOGRAFÍA
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36
13. ANEXOS
Anexo 1: Test de ideas previas
1. En todos los procesos fisicoquímicos se encuentra involucrada la energía. En el siguiente
cuadro se muestran la representación molecular presente en sustancias frías y calientes,
utilizando cualquier herramienta que considere adecuada represente la energía interna.
Indique cuál de las representaciones corresponde al agua caliente y cual a la fría.
Responda las preguntas del 2 y 3 teniendo en cuenta que se tienen dos recipientes con
adamantium uno con 80L y otro con 50L.
2. ¿Cual tendría mayor energía interna total?
a. El de 80L
b. El de 50L
c. Los dos tendrían la misma energía interna
d. No existiría energía interna
3. Si los dos recipientes se encuentran a 50°C no habrá
a. Calor
b. Energía interna
c. Temperatura
d. Energía cinética
El siguiente test tiene como finalidad identificar sus ideas acerca de la fisicoquímica II y sus intereses personales;
por tanto este no tiene ningún tipo de calificación. Le agradecemos que responda a conciencia cada uno de los
siguientes ítems:
37
4. Conteste falso o verdadero según las siguientes afirmaciones
a. Las cenizas de un árbol podrían convertirse de forma espontánea nuevamente en un árbol
( )
b. Un proceso donde hay generación de entropía es irreversible ( )
c. Un proceso donde hay generación de entropía es no espontanea ( )
d. El incrementos en la energía interna de una sustancia implica el incrementos en la
entropía de esta ( )
e. Mayor entropía implica menor probabilidad de establecer donde se localiza una molécula
( )
5. ¿Cuál de las siguientes representaciones graficas explica la segunda ley de la
termodinámica y porque?
a.
b.
c.
6. Organiza en el siguiente espacio un mapa conceptual sobre entropía teniendo en cuenta
de donde proviene este término y que trae a colación.
7. Explique la siguiente imagen teniendo en cuenta los conocimientos de la fisicoquímica I
38
“Lisa en esta casa representamos
las leyes de la termodinámica”
Anexo 2: Lecturas guiadas
Lectura 1:
LA ENTROPÍA Y LA GENERACIÓN DE ENTROPÍA EN LA VIDA DIARIA
La entropía se considera como una medida del desorden o desorganización en un sistema.
Del mismo modo, la generación de entropía es una medida del desorden o
desorganización generados dentro de un proceso. El concepto de la entropía no se emplea
en la vida cotidiana tan ampliamente como el concepto de la energía, aunque la entropía
se aplica con facilidad a diversos aspectos de la vida diaria. La extensión del concepto de
entropía a campos no técnicos no es una idea nueva, ha sido tema de varios artículos e
incluso de algunos libros. A continuación se presentan varios acontecimientos ordinarios
y se muestra su relevancia en relación con el concepto de la entropía y de la generación
de la misma.
La gente eficiente lleva vidas de baja entropía (altamente organizada). Ellos tienen un
lugar para todo (incertidumbre mínima) y requieren energía mínima para encontrar algo.
En cambio, la gente ineficiente es desorganizada y llevan vidas de alta entropía. Les toma
minutos (si no horas) encontrar algo que necesiten, y es probable que creen un gran
desorden cuando lo buscan puesto que lo más probable es que conduzcan la investigación
de una manera desorganizada. La gente que lleva estilos de vida de alta entropía siempre
está corriendo pero nunca llega a ningún lado.
Es probable que el lector observe (con frustración) que ciertas personas parecen aprender
39
más rápido y recordar bien lo que aprenden. Se puede llamar aprendizaje organizado o de
baja entropía. Estas personas hacen un esfuerzo consciente para archivar la nueva
información de manera apropiada, la relacionan con su base de conocimiento existente y
crean una sólida red de información en sus mentes. Por otro lado, la gente que conforme
al estudio arroja información dentro de sus mentes, sin ningún esfuerzo para asegurarla,
puede pensar que está aprendiendo. Ellos están condenados a descubrir otra cosa cuando
necesite localizar la información, por ejemplo durante una prueba. No es sencillo
recuperar información de una base de datos que está, en cierto sentido, en la fase gaseosa.
Los estudiantes que tienen lagunas durante las pruebas deben reexaminar sus hábitos de
estudio.
Una biblioteca con un buen sistema de clasificación y catalogación se considera una
biblioteca de baja entropía debido al alto nivel de organización. Del mismo modo, una
biblioteca con un sistema pobre de clasificación y catalogación es una biblioteca de alta
entropía debido al elevado grado de desorganización. Una biblioteca que no tenga
sistema de catalogación no es una biblioteca, puesto que un libro no es valioso si no
puede encontrarse.
Considere dos edificios idénticos: cada uno tiene copias idénticas de un millón de libros.
En el primer edificio los libros se apilan uno encima del otro, mientras que en el segundo
edificio están altamente organizados, clasificados y catalogados para fácil referencia. Es
probable que no haya duda de a cuál edificio entrará un estudiante para consultar cierto
libro. Sin embargo, alguien podría argumentar que desde el punto de vista de la primera
ley estos dos edificios son equivalentes ya que la masa y el contenido de energía de los
dos son idénticos, a pesar del alto nivel de desorganización (entropía) del primer edificio.
Este ejemplo muestra que cualquier comparación realista debe incluir el punto de vista de
la segunda ley.
Dos libros de texto que parecen ser idénticos debido a que ambos cubren básicamente los
40
mismos temas y presentan la misma información en realidad pueden ser muy diferentes,
depende de cómo abordan los temas. Después de todo, dos automóviles que parecen
idénticos no lo son si uno recorre la mitad de millas que el otro con la misma cantidad de
combustible. De igual manera, dos libros aparentemente idénticos no lo son tanto si
requiere el doble de tiempo aprender un tema con uno de ellos que con el otro. De ese
modo las comparaciones que se hacen con base en la primera ley es posible que estén
sumamente equivocadas.
Tener un ejército desorganizado (alta entropía) es lo mismo que no tener nada. No es una
coincidencia que los centros de comando de cualesquiera fuerzas armadas se encuentran
entre los blancos fundamentales durante una guerra. Un ejército compuesto por diez
divisiones es diez veces más poderoso que diez armadas consistentes cada una en una
sola división. De igual manera, un país que se compone de diez estados es más poderoso
que diez países, cada uno integrado de un solo estado. Estados Unidos no sería un país
tan poderoso si hubiera cincuenta países en su lugar en vez de un solo país con cincuenta
estados. El nuevo mercado común europeo tiene el potencial como para ser la nueva
superpotencia económica. El viejo cliché “divide y vencerás” puede ser parafraseado
como “aumenta la entropía y vencerás”.
Se sabe que a la fricción mecánica siempre la acompaña la generación de entropía, y que
así se reduce el rendimiento. Es posible generalizar esto para la vida cotidiana: la fricción
con los compañeros en el lugar de trabajo está condenada a generar entropía y, en
consecuencia, a afectar adversamente el rendimiento. El resultado será una reducción en
la productividad. Hay esperanzas de que algún día se establezcan algunos procedimientos
para cuantificar la entropía generada durante actividades no técnicas y tal vez, incluso,
para señalar sus fuentes primarias y magnitud.
También se sabe que la expansión libre (o explosión) y el intercambio de electrones
incontrolado (reacciones químicas) generan entropía y son altamente irreversibles. De
41
igual manera, abrir la boca sin ninguna restricción para soltar palabras de enojo es
altamente irreversible cuando esto genera entropía, y puede provocar un daño
considerable. Una persona que se enoja con facilidad está condenada a perder. Cengel Y.
y Boles M, (2009).
Lectura 2:
La Termodinámica de Carnot a Clausius.
Justo R. Pérez Cruz
Catedrático de Física Aplicada. Facultad de Física
Universidad de La Laguna.
Lectura 3:
La Última Pregunta
Isaac Asimov
Preguntas guiadas antes del debate:
En el principio, cuando se crearon las máquinas térmicas, ¿Cuál se creía que era
la relación de calor y trabajo? ¿A qué error condujo los planteamientos de
Carnot?
¿Qué características comunes, según Carnot, tenían las máquinas térmicas?
Enuncie y explique algunos equipos modernos que posean elementos de las
maquinas térmicas de Carnot.
Haga un bosquejo donde se evidencie la máquina térmica con las características
establecidas por Carnot con su respectiva explicación.
¿Conceptualmente, en qué relación se basó Thomson para proponer la escala
absoluta de temperatura?
¿Cómo logro Joule establecer la relación entre calor y trabajo?
Enuncie y explique los postulados de la segunda ley de la termodinámica que
enuncia el texto.
42
Haga una línea del tiempo con los acontecimientos que condujeron al diseño de la
máquina térmica y los planteamientos de Carnot.
Preguntas guiadas durante el debate
¿Qué diferencia hay entre la generación de entropía y transferencia de entropía?
¿Es posible disminuir la entropía de un sistema?
Anexo 3: Problemas experimentales
Laboratorio 1:
Calentar agua hasta punto de ebullición poner en un Becker.
Tomar agua de la llave a temperatura ambiente en otro Becker.
Con hielo enfriar agua y ponerla en otro Becker.
Agregar un cubo de hielo (colorante) a cada uno de los tres Becker.
Observar lo sucedido y tomar temperaturas en los tres sistemas cada 10-15 segundos.
Responda: ¿Desde la entropía y la segunda ley de la termodinámica explique qué sucede?
Laboratorio 2:
Calentar agua y ponerla en un Becker.
Tomar agua a temperatura ambiente y ponerla en otro Becker.
Agregarle una gota de tinta a cada sistema.
Responda: ¿Explique claramente lo que sucede?
Laboratorio 3:
Batir un huevo en un Becker.
Responda: Explicar ello desde la entropía teniendo en cuenta la segunda ley de la
termodinámica.
Laboratorio 4:
Tomar dos bombas, una de ellas llenarlas con aire y la otra con agua, exponerlas a una
llama de vela, observar lo sucedido.
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Responda: Explique desde la termodinámica y la entropía.
Laboratorio 5:
Construcción de una maquina térmica, tomar una lata de Coca-Cola y llénela 1/3 de agua,
amárrela a un trípode de forma horizontal con alambre de cobre, poner en calentamiento.
Construir un molino de viento con papel y ponerlo frente del agujero de la lata y observar.
Responda: Explique claramente una maquina térmica y las transformaciones de la misma a
través de la historia.
Laboratorio 6:
Tomar un plato de porcelana y adherirle una vela en el centro del plato, agregar al plato de
5 a 10ml de agua tinta, encender la vela, y con un vaso de vidrio taparla. Observar lo
sucedido. Dar una explicación teniendo en cuenta la segunda ley de la termodinámica.
Laboratorio 7:
Máquina del movimiento perpetuo, con una manguera transparente se 15 cm de largo
adherirla a la base de una botella plástica en donde quede bien sellado, llenar la botella de
leche, luego de Coca-Cola y por ultimo de cerveza. Observe y explique el movimiento
perpetuo teniendo en cuenta la química y la segunda ley de la termodinámica.
Anexo 4: Evaluación formativa
Nombre ___________________________________________ Código _______________
1. Una máquina térmica que tiene una eficiencia térmica del 100% viola
necesariamente la primera o la segunda ley de la termodinámica. Explique.
2. ¿Cómo será el cambio de entropía del fluido de trabajo en un ciclo ideal de
Carnot durante el proceso isotérmico del rechazo de calor?
3. Considérese dos motores internamente reversibles (A y B) que funcionan en serie
si A recibe calor a Ta y transfiere calor a B a Tb quien a su vez cede calor a un
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sumidero que se encuentra a Tc. ¿Cuál será la eficiencia térmica combinada de
los dos motores?
4. Un refrigerador tiene un COP de 1,5. Es decir, el refrigerador transfiere 1,5 kWh
de energía desde una temperatura baja hacia una alta por cada 1 kWh de
electricidad que consume. ¿Es esto una violación de la primera o segunda ley de
la termodinámica? Explique.
5. Considere dos libros con los mismos contenidos temáticos. Uno de ellos es más
complicado de entender que el otro. ¿Cómo evidenciar la primera y la segunda
ley de la termodinámica en este par de ejemplares?
6. Un motor térmico internamente reversible funciona entre 627 y 17 °C. A) Calcule
la potencia obtenida por cada kW de calor suministrado. B) Un motor real que
opera entre las mismas temperaturas cede 3,5 veces el calor del motor reversible
con el mismo trabajo de Salida, calcule el rendimiento térmico de este motor.
7. Se mezclan 50 kg de agua a 1 atm y 20°C con 20 kg de agua a 1 atm y 90°C. Si el
proceso de mezclar es adiabático, determine. A) La temperatura final. B) La
generación de entropía producida por la mezcla.
Anexo 5: Tabulación test de ideas previas
Preguntas P1 P2 P3
P4 P5 P6 P7
Estudiantes a b c d e
E1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
E2 0 0 0 1 1 0 1 0 0 NP NP
E3 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1
E4 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1
E5 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1
E6 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1
E7 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
E8 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1
E9 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1
45
E10 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0
E11 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
E12 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
E13 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1
E14 0 1 1 1 1 1 0 1 0 NP NP
E15 1 0 1 1 1 1 0 1 0 NP NP
E16 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1
E17 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1
E18 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1
E19 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 NP
E20 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
E21 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
E22 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1
E23 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
E24 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
E25 0 0 1 1 1 1 1 1 1 NP NP
E26 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
E27 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1
E28 1 0 1 1 0 1 1 1 1 NP 1
E29 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
E30 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 NP
E31 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
E32 1 1 1 1 1 1 1 1 0 NP 0
E33 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
E34 1 1 1 1 1 1 1 1 1 NP 1
Energía Energía Calor Entropía
Segunda Entropía
Físico
I Interna Interna Ley
