Enseñanza de la Cinética Química por Medio de Simulaciones y
Aprendizaje Activo
Julián Guillermo Paredes Navia
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2017
Enseñanza de la Cinética Química por Medio de Simulaciones y
Aprendizaje Activo
Julián Guillermo Paredes Navia
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Director:
Qco, M. Sc. Manuel Fredy Molina Caballero
Línea de Investigación:
Enseñanza de la Química
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2017
Agradecimientos
A DIOS por ser el guía de mi vida.
A mi director M. Sc. Manuel F. Molina C. por su valiosa dirección y enseñanza
constante.
A mi hermano M. S. Sergio A. Paredes N. por ser un pilar importante y un gran
apoyo en la realización de esta investigación.
A mis padres, por su apoyo incondicional y el cariño que me inspiran.
A la Gobernación del Huila, Colciencias y Colfuturos, por su acompañamiento,
respaldo económico y contribución a mi formación personal y profesional.
A los compañeros docentes y estudiantes que colaboraron y participaron en la
realización de este trabajo.
El maestro es un transformador de vidas,
por eso aplica la máxima del Maestro:
“Trata a los demás como quieras que te traten a ti”
(Jesús de Nazaret, Mateo 7:12).
Resumen y Abstract V
Resumen Este trabajo presenta una propuesta de implementación de actividades
experimentales y de simulación, utilizando como fundamento los principios de la
metodología del aprendizaje activo, para la enseñanza-aprendizaje de los
factores que modifican la velocidad de una reacción química. La estrategia se
aplica en los grados décimo de la Institución Educativa San Lorenzo del
municipio de Suaza en el departamento del Huila. Para ello se toman dos grupos,
uno de los cuales integra el desarrollo de las actividades a través del trabajo
práctico y otro, el cual lo hace utilizando el simulador de experimentos de
cinética química “virtual LabCin”.
La estrategia integra la aplicación de un test de ideas previas para la
exploración del nivel de conocimiento de las dos secciones, el desarrollo de
talleres de interacción-demostración, y la implementación de la prueba final
para el reconocimiento de la influencia de la estrategia en el aprendizaje de los
estudiantes. Conforme a los resultados, se hace un análisis de confrontación
temporal (antes, durante y después), en el cuál se determina que la propuesta
didáctica no solo permite establecer un impacto positivo y favorable en el
rendimiento y adquisición de conocimiento de los conceptos abordados, sino
que también proporciona el desarrollo de capacidades intelectuales y
procedimentales, que estimulan la proposición, la confrontación, la
comunicación y el desarrollo de ideas.
Palabras claves: Actividades de experimentación y simulación, aprendizaje
activo, cinética química.
VI Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Abstract
This paper presents a proposal for the implementation of experimental and
simulation activities, based on the principles of active learning methodology, for
teaching and learning of the factors that modify the rate of reaction. This strategy
was applied to tenth graders from San Lorenzo Secondary School, located in the
town of Suaza, in Huila department. For this purpose, two groups are taken, one of
which integrates the development of the activities through the practical work and
another one, which does so using the "Virtual LabCin” chemical kinetic
experiments simulator.
The strategy integrates the application of a previous ideas test for the exploration
of the level of knowledge in both sections, the development of interaction-
demonstration workshops, and the implementation of the final test for the
recognition of the influence of the strategy applied on the students learning.
According to the results, a temporal confrontation analysis (before, during and
after) is run. This analysis determines that the didactic proposed not only allows
establishing a positive and favorable impact on the performance and acquisition
of knowledge of the concepts addressed, but also provides the development of
intellectual and procedural capacities, which stimulate proposition,
confrontation, communication and the development of ideas.
Keywords: Experimental and simulation activities, active learning, chemical
kinetics.
Contenido VII
Contenido
Pág.
Resumen ............................................................................................................... V
Lista de Figuras ................................................................................................... XI
Lista de Tablas .................................................................................................. XIII
Lista de Símbolos y Abreviaturas .................................................................... XIV
Introducción ......................................................................................................... 1
Capítulo 1. Situación Problemática ................................................................ 5
1.1 Planteamiento del Problema ............................................................................ 5
1.2 Justificación ......................................................................................................... 8
1.3 Objetivos de la Investigación .......................................................................... 10
1.3.1 Objetivo General .......................................................................................... 10
1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................... 11
Capítulo 2. Marco de Fundamentación ....................................................... 13
2.1 Estado de Enseñanza de la Química .............................................................. 13
2.2 Investigación Didáctica de la Cinética Química .......................................... 15
2.3 Conocimiento Disciplinar de la Cinética Química ........................................ 16
2.3.1 Cinética Química ......................................................................................... 16
2.3.2 Teoría de las Colisiones ................................................................................ 17 2.3.2.1 Orientación de las moléculas ............................................................................ 17 2.3.2.2 Energía de activación ........................................................................................ 18
2.3.3 Factores que Afectan la Velocidad de una Reacción Química ........... 19 2.3.3.1 Temperatura a la cual se desarrolla la reacción ............................................ 19 2.3.3.2 Concentración de los reactivos ........................................................................ 20 2.3.3.3 Naturaleza de los reactivos ............................................................................... 21 2.3.3.4 Estado físico y grado de particulación de los reactivos ................................ 21 2.3.3.5 Presencia de catalizadores ............................................................................... 22
2.4 Metodología de Aprendizaje Activo ............................................................... 24
2.5 La Experimentación en el Aula de Clase ....................................................... 26
2.6 Enfoques Tecnológicos, Aplicaciones e Importancia en la Educación en Ciencias Naturales ..................................................................................................... 28
VIII Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
2.6.1 Simuladores y Laboratorios Virtuales en la Enseñanza de las Ciencias
Naturales ................................................................................................................... 29
Capítulo 3. Marco Epistemológico ............................................................... 31
3.1 Contexto Histórico de la Cinética Química ................................................... 31
3.2 Aspectos Epistemológicos de la Cinética Química ...................................... 34
3.2.1 Modelo Antropomórfico .............................................................................. 34
3.2.2 Modelo de Afinidad Corpuscular ............................................................... 35
3.2.3 Modelo Cuantitativo .................................................................................... 35
3.2.4 Modelo de Mecanismo ............................................................................... 36
3.2.5 Modelo Termodinámico .............................................................................. 36
3.2.6 Modelo Cinético ........................................................................................... 37
3.2.7 Modelo Mecánico Estadístico .................................................................... 37
3.2.8 Modelo de Estado de Transición ................................................................ 37
3.3 Preconcepciones sobre Cinética Química .................................................... 38
3.3.1 Origen de las Concepciones Alternativas ................................................ 41
Capítulo 4. Diseño Metodológico ................................................................. 43
4.1 Tipo de Investigación ........................................................................................ 43
4.2 Contexto Educativo y Población ..................................................................... 44
4.3 Desarrollo de la Investigación ......................................................................... 45
4.3.1 Acciones de la Propuesta Didáctica ......................................................... 45
4.3.2 Fase de Planificación ................................................................................... 46 4.3.2.1 Documentación bibliográfica ........................................................................... 46 4.3.2.2 Realización del test ............................................................................................. 47 4.3.2.3 Diseño y desarrollo del simulador “Virtual LabCin” ........................................ 47 4.3.2.4 Realización de manuales de práctica y simulación ...................................... 48 4.3.2.5 Validación de los instrumentos ......................................................................... 51 4.3.2.6 Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de enseñanza y
aprendizaje ........................................................................................................................ 53
4.3.3 Fases de Ejecución y Observación ............................................................ 53 4.3.3.1 Reconocimiento de ideas previas e introducción (Aplicación del pre-
test)……. ............................................................................................................................. 54 4.3.3.2 Desarrollo de actividades experimentales y uso del simulador “Virtual
LabCin”….. ......................................................................................................................... 54 4.3.3.3 Aplicación de la prueba final (pos-test) .......................................................... 56
4.3.4 Fase de Reflexión .......................................................................................... 56
4.4 Plan de Análisis .................................................................................................. 56
Capítulo 5. Resultados y Discusión ............................................................... 59
5.1 Fase de Planificación ........................................................................................ 59
5.1.1 Validación de los Instrumentos ................................................................... 59 5.1.1.1 Prueba piloto y validación del test de ideas previas ..................................... 59 5.1.1.2 Validación de los manuales de práctica y simulación .................................. 62
Contenido IX
5.1.1.3 Validación del simulador “Virtual LabCin” ...................................................... 63
5.2 Fases de Ejecución y observación .................................................................. 65
5.2.1 Reconocimiento de Ideas Previas (Aplicación del Pre-Test) .................. 65 5.2.1.1 Análisis de los resultados del pre-test ................................................................ 65 5.2.1.2 Análisis del pre-test considerando el nivel de desempeño ........................... 74 5.2.1.3 Análisis del pre-test considerando la distribución de los resultados ............. 75
5.2.2 Introducción a la Temática ......................................................................... 77 5.2.2.1 Actividad: “El poder del corcho” ..................................................................... 77 5.2.2.2 Actividad: “La botella mágica” ........................................................................ 78
5.2.3 Desarrollo de Actividades Experimentales y Uso del Simulador ............. 80 5.2.3.1 Actividad 1: Efecto de la temperatura ............................................................ 80
5.2.3.1.1 Trabajo experimental ................................................................................... 80 5.2.3.1.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 83
5.2.3.2 Actividad 2: Efecto de la concentración de los reactivos ............................ 85 5.2.3.2.1 Trabajo experimental ................................................................................... 85 5.2.3.2.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 87
5.2.3.3 Actividad 3: Efecto de la naturaleza de los reactivos ................................... 89 5.2.3.3.1 Trabajo experimental ................................................................................... 89 5.2.3.3.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 92
5.2.3.4 Actividad 4: Efecto del grado de particulación de los reactivos ................ 94 5.2.3.4.1 Trabajo experimental ................................................................................... 94 5.2.3.4.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 96
5.2.3.5 Actividad 5: Efecto de los catalizadores ......................................................... 98 5.2.3.5.1 Trabajo experimental ................................................................................... 98 5.2.3.5.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” .......................................................... 101
5.2.4 Prueba Final (Aplicación del Pos-Test) ..................................................... 103 5.2.4.1 Análisis de los resultados del pos-test ............................................................. 104 5.2.4.2 Análisis del pos-test considerando el nivel de desempeño ......................... 114 5.2.4.3 Análisis del pre/pos-test considerando la distribución de los resultados ... 116
5.3 Fase de Reflexión ............................................................................................ 117
5.3.1 Análisis General de la Propuesta .............................................................. 117
5.3.2 Recapitulación: Cumplimiento de los Objetivos .................................... 120
Capítulo 6. Conclusiones y Propuesta de Mejora (Recomendaciones) 123
6.1 Conclusiones ................................................................................................... 123
6.2 Propuesta de Mejora y Recomendaciones .................................................. 125
A. Anexo: Pre/Pos-Test ................................................................................... 127
B. Anexo: Manuales de Práctica ................................................................. 130
C. Anexo: Manuales de Simulación ............................................................. 135
D. Anexo: Formato de Validación de la Prueba Piloto .............................. 140
E. Anexo: Perfiles de Jueces y Expertos ...................................................... 142
X Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
F. Anexo: Formato de Validación de la Prueba Piloto por Expertos ........ 144
G. Anexo: Formato de Validación de los Manuales de Práctica y Simulación por Expertos .................................................................................. 146
H. Anexo: Formato de Validación del Simulador “Virtual LabCin” por Expertos ............................................................................................................. 148
Capítulo 7. Referencias Bibliográficas ........................................................ 151
Lista de Figuras XI
Lista de Figuras Pág.
Figura 2-1: Orientación de las colisiones .................................................................................... 18 Figura 2-2: Diagrama energético de las reacciones endotérmicas y exotérmicas ............. 18 Figura 2-3: Concentración de los reactivos ............................................................................... 20 Figura 2-4: Dependencia de la velocidad de reacción con el grado de particulación de
los reactivos .................................................................................................................................... 22 Figura 2-5: Diagrama energético de las reacciones, con y sin catalizador .......................... 23 Figura 2-6: Cono del aprendizaje por Edgar Dale .................................................................... 26 Figura 4-1: Resumen de las actividades realizadas en la fase de planificación .................. 46 Figura 4-2: Logo del simulador "Virtual LabCin" ......................................................................... 48 Figura 4-3: Interfaz gráfica del simulador "Virtual LabCin" ....................................................... 48 Figura 4-4: Resumen de las actividades realizadas en las fases de ejecución y observación
......................................................................................................................................................... 54 Figura 5-1: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pre-test) .............. 65 Figura 5-2: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pre-test) .............. 66 Figura 5-3: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pre-test) .............. 66 Figura 5-4: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pre-test) .............. 67 Figura 5-5: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pre-test) .............. 68 Figura 5-6: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pre-test) .............. 68 Figura 5-7: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pre-test) .............. 69 Figura 5-8: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pre-test) .............. 70 Figura 5-9: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pre-test) .............. 70 Figura 5-10: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pre-test) .......... 71 Figura 5-11: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pre-test) .......... 71 Figura 5-12: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pre-test) .......... 72 Figura 5-13: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pre-test) .......... 73 Figura 5-14: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pre-test) .......... 73 Figura 5-15: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos
......................................................................................................................................................... 74 Figura 5-16: Distribución de resultados del pre-test de los dos grupos ................................... 75 Figura 5-17: Desarrollo del experimento "La botella mágica" ................................................. 79 Figura 5-18: Trabajo experimental del efecto de la temperatura .......................................... 81 Figura 5-19: Analogía, curva de altimetría - energía de activación ...................................... 82 Figura 5-20: Taller de simulación, efecto de la temperatura ................................................... 84 Figura 5-21: Resultados de la simulación, efecto de la temperatura .................................... 85 Figura 5-22: Taller práctico, efecto de la concentración ........................................................ 86 Figura 5-23: Actividad de simulación, efecto de la concentración ...................................... 88
XII Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 5-24: Resultados de la simulación, efecto de la concentración de los reactivos .... 89 Figura 5-25: Actividad experimental, efecto de la naturaleza de los reactivos ................... 90 Figura 5-26: Resultados de la simulación, efecto de la naturaleza de los reactivos ............ 92 Figura 5-27: Taller experimental, efecto grado de particulación de los reactivos ............... 94 Figura 5-28: Actividad de simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos
......................................................................................................................................................... 97 Figura 5-29: Resultados de la simulación, efecto del grado de particulación de los
reactivos ......................................................................................................................................... 98 Figura 5-30: Desarrollo del experimento "La sustancia x" ......................................................... 99 Figura 5-31: Analogía, salto alto - efecto de los catalizadores ............................................. 101 Figura 5-32: Resultados de la simulación, efecto de los catalizadores ................................ 103 Figura 5-33: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pos-test) .......... 104 Figura 5-34: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pos-test) .......... 104 Figura 5-35: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pos-test) .......... 105 Figura 5-36: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pos-test) .......... 106 Figura 5-37: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pos-test) .......... 107 Figura 5-38: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pos-test) .......... 107 Figura 5-39: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pos-test) .......... 108 Figura 5-40: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pos-test) .......... 109 Figura 5-41: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pos-test) .......... 110 Figura 5-42: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pos-test) ........ 110 Figura 5-43: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pos-test) ........ 111 Figura 5-44: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pos-test) ........ 112 Figura 5-45: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pos-test) ........ 112 Figura 5-46: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pos-test) ........ 113 Figura 5-47: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos
....................................................................................................................................................... 115 Figura 5-48: Distribución de resultados del pre/pos-test de los dos grupos ......................... 116
Lista de Tablas XIII
Lista de Tablas Pág.
Tabla 4-1: Muestra de estudio ..................................................................................................... 45 Tabla 4-2: Fases del estudio ......................................................................................................... 45 Tabla 4-3: Conceptos abordados en cada ítem del cuestionario ........................................ 47 Tabla 4-4: Escala de valoración .................................................................................................. 57 Tabla 5-1: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos .......................... 74 Tabla 5-2: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos ........................ 114
Lista de Símbolos y Abreviaturas XIV
Lista de Símbolos y Abreviaturas
Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición
K Constante de velocidad
(Ecuación de Arrhenius) 1 Ec. 2
𝑣 Velocidad de reacción 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿!!∙ 𝑆
!! Ec. 1
V Coeficiente de Aiken 1 Ec. 7
Símbolos con letras griegas
Símbolo Término Unidad SI Definición
𝛼 Alfa de cronbach 1 Ec. 5
Abreviaturas
Abreviatura Término C# (Pronunciado si sharp) lenguaje de programación E Estudiante Ea Energía de Activación g Gramos
GTE Grupo de Trabajo Experimental
GPS Grupo de Prácticas de Simulación
IESL Institución Educativa San Lorenzo
J Juez
L Litros
MEN Ministerio de Educación Nacional mL Mililitros TIC Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Introducción En el proceso de enseñanza-aprendizaje de la química, el desarrollo de los
principios básicos (modelos atómicos, periodicidad, enlace químico, funciones
orgánicas e inorgánicas, estequiometría, equilibrio y cinética) aplicados a
problemas concretos haciendo uso de la experimentación, pueden llegar a
favorecer la metodología didáctica y pedagógica de los docentes (Kaya &
Geban, 2012). Asimismo el trabajo práctico asociado también a la incorporación
de herramientas tecnológicas se convierte en una estrategia que permite
mejorar el ritmo de aprendizaje de los estudiantes y la gestación de
competencias que tienen que ver con el uso de los conocimientos de química,
su aplicación en contexto y la utilización de las nuevas tecnologías. Sin embargo
la dificultad para poder comprender estos principios radica en gran medida en
que la aplicación práctica que se le da a estos, es por lo general nula.
No obstante, la realidad es que el desarrollo de estas habilidades no se está
implementando transversalmente en la enseñanza, especialmente en temas en
la cual es importante su utilización, como es el caso de la cinética química. Este
contenido se aborda en el grado décimo, en donde se han encontrado
dificultades para su comprensión, debido al uso de metodologías tradicionales
que no satisfacen las necesidades de aprendizaje de los estudiantes (Tejada et
al., 2013) y excluyen la experimentación y la utilización de las TIC como aspectos
fundamentales en la enseñanza de la química, (Kurt & Ayas, 2012, p. 980;
Cardellini, 2012; Lynch, 1997).
De igual forma los modelos convencionales no proporcionan oportunidades para
que los estudiantes puedan interactuar en ejemplos de la vida real y tomar sus
conocimientos más allá del aula, indicando así que una de las principales
razones que está detrás de la mayoría de los problemas en el aprendizaje de la
2 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
química, es que se considera solo como una ciencia académica que no está
relacionada con la vida diaria, (Treagust et al., 2000, tomado de Kurt & Ayas,
2012, p. 980).
Por tanto, dado que el descubrimiento, la investigación y la comprobación
científica están alejados del contexto del estudiante, y su aplicación es clave
para la enseñanza y aprendizaje de la química, esta investigación plantea el
diseño de una estrategia didáctica para la enseñanza de los conceptos de la
velocidad de reacción, en relación con situaciones prácticas en el aula de clase
o en el laboratorio y/o simuladas a través de una computadora, en donde se
evidencie la utilización de materiales de uso cotidiano para su mayor
comprensión.
La presencia e importancia de la experimentación y el uso de las TIC, basados en
una metodología de aprendizaje activo deben responder de la mejor forma
posible a esta realidad, para tratar de cambiar en los estudiantes las
representaciones mentales erróneas que suelen tener de los conceptos de la
incidencia de los factores en la velocidad de las reacciones químicas, y que
sean ellos mismos quienes logren vincular lo que ya saben con los elementos
nuevos, utilizando su propio esfuerzo y parte de los materiales de los que ya
disponen, (Ramos, 2013). En efecto, esta propuesta surge con el objetivo de
implementar actividades que relacionen el trabajo práctico con la teoría para
proporcionar experiencias directas sobre fenómenos, se permita contrastar la
abstracción científica ya establecida con la realidad (Barberá y Valdés, 1996), y
se haga uso de la tecnología a través de la utilización de herramientas virtuales y
experimentales buscando ambientes de aprendizaje acordes al conocimiento
científico, donde se genere en los estudiantes la posibilidad de interactuar con
otros, fortalecer el trabajo en equipo y facilitar una participación activa.
En esta línea hay una importante literatura asociada a la utilización de las TIC
para abordar los conceptos de velocidad de las reacciones químicas como lo es
la investigación realizada por Hernández (2013) quien implementó el uso de
herramientas virtuales en estudiantes del grado 11, en la enseñanza de la
Introducción 3
cinética y equilibrio químico, lo cual propició un cambio en la disposición para el
aprendizaje y comprensión de conceptos asociados; el trabajo de Zain, Abdul &
Sui (2013) en la enseñanza de la cinética química apoyado con MS Excel, que
demuestra ser una herramienta confiable para el aprendizaje de la química y el
desarrollo de habilidades matemáticas, informáticas y gráficas; el estudio
descriptivo hecho por Stieff & Wilensky (2003), que pone en manifiesto el impacto
que tiene el uso del simulador "Connected Chemistry-Incorporating Interactive” y
su influencia en el aprendizaje de los conceptos de equilibrio químico en 6
estudiantes universitarios de pregrado y posgrado con un alto rendimiento en
ciencias, quienes revelan resultados significativos en la comprensión de esta
temática, mostrando una menor dependencia en el uso de algoritmos y datos
memorísticos y más en enfoques conceptuales en resolución de problemas.
De acuerdo con el uso de la experimentación se presenta la propuesta de Mejía
(2014) quien desarrolla la implementación de actividades experimentales que
posibilitaron un mejor desempeño de los estudiantes en el aprendizaje de la
química a través del fortalecimiento de las competencias científicas básicas; y la
investigación de Kaya & Geban (2012), de los efectos de la instrucción orientada
al cambio conceptual en estudiantes del grado 11 a través de manifestaciones
prácticas del concepto velocidad de las reacciones, aplicando una
metodología de aprendizaje activo, en donde se concluye que las
demostraciones en el aula contribuyen a mejorar la comprensión conceptual, la
atención, motivación y participación de los estudiantes, ya que tienen la
oportunidad de observar el producto químico.
Esta propuesta se estructura en la definición de los objetivos de forma clara y
puntual, en la exposición conceptual y teórica de los elementos que están
estrechamente relacionados con la investigación, y en la organización
metodológica para el cumplimiento de cada uno de los objetivos propuestos. Su
desarrollo se basa en la aplicación de los criterios que identifican al aprendizaje
activo a través de la demostración en el aula y la simulación virtual de ciertos
experimentos que pretenden explicar la incidencia de los factores en la
4 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
velocidad de las reacciones químicas, haciendo uso y evidenciando materiales
cotidianos.
Los resultados son analizados de manera cuantitativa utilizando un tratamiento
descriptivo-comparativo de gráficas porcentuales y de distribución.
Finalmente se presentan las conclusiones del proceso de investigación y se dan
algunas recomendaciones para el mejoramiento de estudios posteriores en
donde se integren metodologías basadas en esta estrategia.
Capítulo 1. Situación Problemática
1.1 Planteamiento del Problema
La ciencia es un campo propenso a manifestar cambios como producto de la
evolución y desarrollo de la tecnología; y a medida que esta cambia, también lo
debe de hacer la forma de cómo se percibe y se trasmite por profesores y
estudiantes. En efecto, las estrategias de enseñanza-aprendizaje deben de
evolucionar para permitir la preparación académica en las Ciencias Naturales,
(Alvarado, 2011, p. 15) y lograr así los avances tecnológicos y científicos que
posibilitan transformaciones en la sociedad.
Estos cambios también presentes en la enseñanza de la química surgen de la
necesidad de lograr abordar y dar solución a las dificultades que se vienen
presentando desde ya hace bastante tiempo. Los bajos niveles de aprendizaje
significativo y motivación, la falta de desarrollo de pensamiento crítico, la
ausencia de trabajos experimentales, la incompetencia de poder conectar los
conceptos con las prácticas científicas, la poca capacidad de comunicación y
trabajo colaborativo (Alvarado, 2011, p. 20), son algunas de las problemáticas
que están estrechamente relacionadas con el uso de metodologías
tradicionalistas por parte de los profesores de química del país, lo cual se
evidencia en la Institución educativa San Lorenzo y otros colegios públicos y
privados de secundaria.
Aunque no hay que desconocer que el fracaso escolar de un estudiante se debe
también a la falta de estudio, la forma de abordar el proceso de aprendizaje por
parte del docente se convierte en un factor determinante que permite que se
presenten estas actitudes y dificultades; pues su papel de sujeto pasivo y
6 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
protagónico con el uso de estrategias que no se adaptan a las necesidades y al
contexto del estudiante, quien es considerado como un simple receptor,
imposibilitan el mejoramiento en la calidad de la educación en química; pues se
ha llevado hasta una visión negativa, como lo indica los trabajos de Stocklmayer
& Gilbert (2003) quienes identifican que los alumnos han llegado a categorizarla
como aburrida, difícil y nada creativa.
Se están empleando estrategias que excluyen la investigación en el aula de
clase y favorecen poco la participación de los alumnos, lo que conduce a no
desarrollar competencias tales como: observar, analizar, argumentar, concluir,
definir conceptos, redactar un informe, expresarse oralmente, etc. Asimismo no
hay relación de la química con las tecnologías de la información y la
comunicación (TIC); según Galiano (2014, p. 29), las actividades se centran en
describir hechos o conceptos o en la resolución de ejercicios numéricos
repetitivos.
De acuerdo a la ausencia o la poca participación del trabajo práctico en las
clases de química, sus limitaciones se deben de algún modo por la falta de
motivación por parte de los maestros o la forma en que se están abordando,
pues aún sigue vigente los experimentos tipo receta, que excluyen el desarrollo
de habilidades y competencias científicas en los estudiantes, que permiten la
resolución de problemas. De igual modo se presentan otras razones que tienen
relación con el número de estudiantes como la falta de espacios, materiales,
equipos y reactivos, que aunque sean considerados cruciales, no deberían de
convertirse en un impedimento para el desarrollo de trabajos prácticos o
experimentales en el aula de clase.
La enseñanza de la química en la educación secundaria, incluyendo la IESL,
ofrece contenidos que se encuentran muy alejados de los intereses de los
alumnos (Galiano, 2014, p. 28) y de los problemas cotidianos que intentan
resolver; tal es el caso de la temática de cinética química, contemplada
explícitamente en los estándares básicos de competencias en Ciencias Naturales
para los grados décimo y once, difundidos por el Ministerio de Educación
Capítulo 1 7
Nacional (MEN), enmarcados bajo el estándar general en donde los estudiantes
deben relacionar las estructuras de las moléculas orgánicas e inorgánicas con sus
propiedades físicas, químicas y su capacidad de cambio, y que permitan así el
desarrollo de la competencia de identificar condiciones para controlar la
velocidad de cambios químicos, (MEN, 2004, p. 22).
De esta manera la temática de cinética química, se puede considerar como un
contenido relevante, que da licencia y es requisito para el entendimiento de
temas fundamentales como lo son las reacciones químicas y de tópicos
posteriores como equilibrio químico, (Sánchez et al., 2002, p. 172). El problema
radica, en que a nivel general, el tema figura entre los contenidos considerados
más difíciles de comprender tanto para estudiantes de colegio como para
estudiantes de pregrado (Cakmakci & Aydogdu, 2010, p. 15); además se
encuentra entre los menos importantes en el temario de química de bachillerato
(Finley et al., 1992, tomado de Sánchez et al., 2002, p. 172), es decir que no se
imparte de manera generalizada en la educación secundaria, especialmente en
Colombia, y si se hace, se trabaja de forma magistral y dispersa (Barrera, 2013, p.
175). La información que se transmite de los conceptos de velocidad de las
reacciones no es la más adecuada; así lo revela los estudios, en donde se ha
encontrado que los alumnos tienen una gran cantidad de ideas falsas, que
entorpecen el aprendizaje de la química, originados en la mayoría de los casos
por la falta de conocimiento de estos contenidos por parte de los profesores,
quienes transfieren estas concepciones alternativas a sus estudiantes, (Kolomuç &
Tekin, 2011, p. 85). Las investigaciones han demostrado que los profesores y
estudiantes tienen conceptos erróneos similares sobre cinética química,
resistentes al cambio y que persisten a pesar de la instrucción formal, (Kolomuç &
Tekin, 2011, p. 93-94).
Por lo tanto la enseñanza de la química, en particular los temas de velocidad de
reacción se enfrenta a serias dificultades, donde los profesores y estudiantes de
los grados décimos de la IESL, no se excluyen de estos resultados. Su
problemática se presenta principalmente en la ausencia de estos contenidos en
8 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
el plan de estudios de química y del temor al ser desarrollados por su nivel de
complejidad. Igualmente, el bajo nivel académico en la asignatura y en las
pruebas Saber de 9º, así como también, la falta de materiales, equipos y
reactivos para el desarrollo de trabajos de laboratorio, se constituyen como un
reto para cambiar las actuales prácticas docentes y comenzar a implementar
estrategias novedosas y activas, basadas en el uso de la experimentación y de
las TIC.
Teniendo en cuenta lo anterior se relaciona la siguiente pregunta de
investigación: ¿Cuál puede ser una estrategia didáctica experimental para la
enseñanza-aprendizaje de los factores que afectan la velocidad de las
reacciones químicas, bajo el enfoque del aprendizaje activo y el uso del
simulador, para estudiantes del grado 10º de la institución educativa San Lorenzo
de Suaza, Huila?
1.2 Justificación
Unos de los retos de la didáctica de la química que se ha logrado plantear para
el tercer milenio es conseguir que su educación sea racional y razonable
(Izquierdo y Aliberas, 2004, tomado de Izquierdo, 2006, p. 286) pues esta ausencia
ha logrado que la enseñanza de la química se base en el hecho de aprender de
memoria conceptos que tienden a ser complejos, resolver ejercicios de rutina,
alejarse de su aplicación en hechos reales, de plantear problemas pocos
problemáticos y de resolverlos mediante una rutina que pocos comprenden.
Hacerla razonable requiere evaluar a los estudiantes a partir de preguntas y
problemas auténticos en los que muestren sus competencias de pensamiento
científico (Izquierdo, 2006, p. 286); conseguirlo y superar el reto, implica un punto
de partida centrado en una dimensión didáctica innovadora, para ello se debe
partir, necesariamente de la investigación en el aula (Galiano, 2014, p. 31).
Esta investigación orientada a la innovación de la docencia, en este caso de
química, debe permitir la aportación de un camino de construcción de saberes,
Capítulo 1 9
métodos y estilos de conocimiento que promueven el mejoramiento de la tarea
docente; además se convierte en una línea fundamental para identificar
prácticas que deben ser objeto de profundas indagaciones, originando ideas
que surgirán de situaciones vividas en los múltiples procesos de enseñanza-
aprendizaje, que nos permiten aportar valiosos problemas objetos de la
investigación (Medina, Herrán y Domínguez, 2014, p. 1).
Entonces, debido a la problemática presentada en la enseñanza-aprendizaje de
los conceptos que implican dificultades en química no solo en los docentes y
estudiantes del grado décimo de la IESL, sino también en otros colegios de
Colombia, resulta prioritario dotar a la educación en química de una estrategia
esencial para la innovación educativa: el aprendizaje activo (Pinto et al., 2008, p.
69) incluyendo distintas metodologías de enseñanza como lo es el aprendizaje
basado en resolución de problemas, aprendizaje cooperativo y la discusión de
trabajos prácticos, de tal forma que haya una mayor implicación y autonomía
del estudiante y un nuevo papel del profesorado como agente creador de
entornos de aprendizaje que estimule a los alumnos (Pinto et al. 2008, p. 70).
A su vez, la implementación de trabajos prácticos o experimentales de química
se convierte en una dotada opción para promover el aprendizaje activista en el
aula, pues se presenta como una herramienta que permite el desarrollo del
pensamiento crítico, aumenta la capacidad para conectar los conceptos con
las implicaciones prácticas, fomenta el desarrollo de habilidades de
comunicación, trabajo en equipo y genera algo muy importante en la didáctica,
que es despertar el interés y la motivación del estudiante, y más aún en
temáticas consideradas relevantes porque permiten interrelacionarse con otros
conceptos subsiguientes de la química y se establecen en los estándares de
competencias del MEN, como es el caso de la cinética química, que poco se
imparte en los grados décimo u once en la educación secundaria, incluyendo la
IESL, debido a su compleja afinidad conceptual y el alto grado de concepciones
alternativas que tienen los docentes de ella.
10 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Para la implementación de estas metodologías es importante la incorporación
de herramientas de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC),
especialmente los programas informáticos, las simulaciones y laboratorios
virtuales, que posibilitan una mayor interacción con la información química, no
solo cuantitativa, sino también cualitativa en lo que respecta tanto a la
utilización de información textual como de códigos visuales (Cabero, 2007, p. 2)
que fortalecen el aprendizaje de los estudiantes al interpretar de manera
interactiva los conceptos químicos. La utilización de los simuladores en el aula
constituyen modelos que permiten la creación de ambientes en donde los
alumnos tienen la posibilidad de ensayar, probar, arriesgar a equivocarse (Lion,
2006) para el desarrollo de hábitos, destrezas y esquemas mentales (Cataldi et
al., 2008, p. 8).
Con el fin de contribuir a la formación de los estudiantes, a elevar su motivación
en el aprendizaje de la química, lograr un cambio de actitud y la solución de la
problemática anteriormente expuesta, este trabajo pretende ser un aporte a la
comunidad académica de docentes en química, brindándole una estrategia de
enseñanza-aprendizaje de la temática de los factores que afectan la velocidad
de las reacciones químicas, siguiendo una metodología activa y cooperativa a
través de trabajos prácticos, experimentales y haciendo uso de herramientas
informáticas. De igual forma se busca que este trabajo sirva como marco de
referencia para que los profesores reflexionen y se preocupen por su acción
educativa, con el único propósito de mejorar la enseñanza y el aprendizaje de la
química.
1.3 Objetivos de la Investigación
1.3.1 Objetivo General
Diseñar una estrategia didáctica para la enseñanza-aprendizaje de los factores
que afectan la velocidad de las reacciones químicas, por medio de simulaciones
y la metodología de aprendizaje activo, para estudiantes de educación media.
Capítulo 1 11
1.3.2 Objetivos Específicos
§ Seleccionar los conceptos relacionados con velocidad de las reacciones
químicas que harán parte de la estrategia didáctica.
§ Desarrollar una herramienta tecnológica virtual que permita la simulación de
experimentos de cinética química.
§ Identificar los saberes previos sobre los factores que afectan la velocidad de
una reacción química.
§ Proponer el contenido y la estructura de la estrategia didáctica siguiendo la
metodología de las actividades interactivas y experimentales del aprendizaje
activo.
§ Aplicar la propuesta con estudiantes del grado 10° de la Institución educativa
San Lorenzo de Suaza (Huila).
§ Evaluar la incidencia de la estrategia sobre los saberes previos de los
estudiantes.
Capítulo 2. Marco de Fundamentación
2.1 Estado de Enseñanza de la Química
La importancia de la enseñanza de la química se ha establecido como un factor
determinante en esta sociedad, demandada por la información, la tecnología y
el conocimiento científico (Velasco et al., 2005, p. 33). De este modo, se hace
fundamental la incorporación de los contenidos de química en el bagaje
formativo de los estudiantes, necesarios para la formación de ciudadanos con
una actitud crítica e investigativa, con capacidad de interpretar los hechos
cotidianos derivados de los avances científicos.
Sin embargo, la educación científica en la enseñanza y aprendizaje de la
química está presentando dificultades, que no solo se revelan en Colombia sino
que también se extienden en todo el mundo (Galiano, 2014, p. 53); así lo han
manifestado los altos índices de reprobación y deserción estudiantil, ocasionados
por la falta de interés y motivación hacia esta disciplina científica, que aumenta
conforme los estudiantes de secundaria van recibiendo más cursos de química,
debido a la elevación del nivel conceptual (Furió, 2006, p. 222). Este mismo autor
sostiene que se ha creado un círculo vicioso: los alumnos van a clase de química
desmotivados, eso hace que no presten atención a las explicaciones y no
aprendan. Como no aprenden, se aburren y con ello aumenta el desinterés por
aprender.
Así pues, esta actitud desfavorable para el aprendizaje de la química recae en
una enseñanza descontextualizada de la sociedad, de su entorno y de sus
aplicaciones en la vida diaria, con temáticas ambiguas, poco útiles y novedosas.
Se ha llegado a crear una imagen negativa de la química, por ser reconocida
como una asignatura aburrida, difícil y además peligrosa, con repercusiones en
14 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
la sociedad, calificativo que se le ha dado por efecto de los impactos del
entorno y de los medios de comunicación social. Por otro lado las estrategias de
enseñanza aplicada por los profesores se consideran como aburridas, poco
participativas, alejadas de la experimentación y la investigación, en donde
prevalece la falta de confianza de los alumnos en el momento de ser evaluados
(Furió y Vilches, 1997; Solbes, 2002, tomado de Furió, 2006, p. 222).
Las limitaciones, surgen de la obstinada acción que tienen los docentes de
secundaria a cubrir en el menor tiempo planes y programas de química sin
intención alguna, a través de clases expositivas, haciendo uso excesivo de libros
con contenidos alejados del contexto del estudiante, remplazando las
aplicaciones prácticas por el entrenamiento repetitivo de ejercicios
matemáticos, empleando ciegamente leyes y fórmulas sin sentido alguno. Esta
rutina de aprendizaje es lo que ha conducido a la falsa creencia que tienen los
estudiantes de la química; problemas asociados directamente con el modelo
pedagógico tradicional.
La búsqueda de estrategias novedosas de enseñanza-aprendizaje de la química
es una alternativa que los docentes han optado por seguir, para lograr
complementar las metodologías tradicionalistas que aún se siguen incorporando.
Según Jarauta y Bozu (2013), citado en Galiano (2014, p. 58), los métodos
expositivos dejan de tener el protagonismo absoluto de antes, y se integran
metodologías en donde toma relevancia el atrevimiento, la decisión inicial, la
participación activa y responsable y el vínculo con las necesidades de los
estudiantes en formación. Así, surge para los docentes la necesidad de
asociación con nuevas propuestas pedagógicas, que están estrechamente
relacionadas con el desarrollo del pensamiento crítico del estudiante, con la
capacidad de poder resolver gran parte de los problemas que surgen, no solo en
química sino también de los que se presentan en la vida cotidiana (Gil et al.,
1999), que involucran el desarrollo de habilidades tecnológicas, de información y
de comunicación (TIC), de investigación, de trabajo en equipo y liderazgo, todos
con el único fin de propiciar un aprendizaje significativo, colaborativo y
cooperativo.
Capítulo 2 15
2.2 Investigación Didáctica de la Cinética Química
Los estudios en didáctica de la química, han demostrado que los conceptos de
cinética química son considerados temas altamente relevantes para la
enseñanza de las reacciones químicas y del equilibrio químico, (Sánchez et al.,
2002, p. 172; Kurt & Ayas, 2012, p. 980; Kaya & Geban, 2012, p. 217) además
revelan que debe ser estructurado como contenido central en el plan de
estudios de química (Cachapuz & Maskill, 1987, tomado de Kaya & Geban, 2012,
p. 217; MEN, 2004, p. 22) pues permite que los estudiantes aprendan cómo se
produce una reacción química por medio de la teoría de la colisiones, la
importancia de los catalizadores, los mecanismos de las reacciones y sus
aplicaciones industriales (Tastan et al., 2010, p. 47). No obstante, se ha
encontrado que no hay muchas investigaciones acerca de la comprensión de
los conceptos de velocidad de reacción ya que la mayoría de los estudios en
enseñanza de la cinética química están bajo la sombra del equilibrio químico
(Sánchez et al., 2002, p. 172).
Asimismo, las investigaciones internacionales ponen de manifiesto que los
estudiantes de los diferentes niveles académicos, tienen problemas en la
explicación de los conceptos científicos que se evidencian en la vida cotidiana
(Wu, 2003) y el concepto de velocidad de reacción es considerado uno de los
temas en el que los estudiantes tienen dificultades para entender y aplicar a la
vida real (Kurt & Ayas, 2012, p. 980).
Dentro de las propuestas que se han utilizado para mejorar la enseñanza y
aprendizaje de la cinética química se encuentran en su mayoría estudios con
metodologías que permitieron dar a conocer los diferentes errores conceptuales
que tienen los estudiantes y profesores de la temática de la velocidad de las
reacciones químicas y sobre su posible origen (Kolomuç & Tekin, 2011; Kolomuç &
Çalik, 2012; Tastan et al., 2010; Ahiakwo e Isiguzo, 2015) a su vez se han utilizado
estrategias basadas en el modelo constructivista con actividades de resolución
de problemas de los conceptos de cinética química y su aplicación en
acontecimientos de la vida real (Kurt & Ayas, 2012); el uso de actividades y
16 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
trabajos prácticos o experimentales para estudiantes y profesores siguiendo el
enfoque de la enseñanza y aprendizaje significativo (Martínez, 2009; Barrera,
2013, p. 175; Kaya & Geban, 2012); la utilización de modelos y analogías como
estrategia para aproximar lo abstracto mediantes representaciones concretas
(Bender et al., 2007) y el uso de recursos informáticos que van desde la utilización
de simuladores que modelan los procesos ocurridos en las reacciones a nivel
micro (da Silva et al., 2014; Stieff & Wilensky, 2003; Bigger, 2011; Huddle & White,
2000), el manejo de hojas de cálculo de la plataforma Ms Excel conveniente
para conceptualizar datos cinéticos experimentales: trazar gráficos de forma
rápida, determinar el orden de una reacción y la constante de velocidad (Zain,
Abdul & Sui, 2013), el diseño de objetos virtuales de aprendizaje (OVA) como
herramientas para complementar las actividades planeadas por el docente
dentro de su estrategia de enseñanza al abordar el tema de cinética química
(Botero y Palomeque, 2014) y la implementación de las TIC (Hernández, 2013).
2.3 Conocimiento Disciplinar de la Cinética Química
En este apartado se encuentra una recopilación de los elementos
fundamentales de la cinética química, catalogado como contenido principal,
para el refuerzo-complemento de temas anteriores –reacciones químicas– y
requisito para la comprensión de tópicos posteriores –equilibrio químico–
enmarcados dentro del programa o plan de estudio de la química en la
educación secundaria colombiana (MEN, 2004, p. 18-23). Además su estudio
permite el desarrollo y entendimiento de esta investigación.
Los contenidos que se muestran a continuación hacen parte del capítulo de
cinética química de libros universitarios (Maron y Prutton, 2010; Capparelli, 2013) y
del texto de química avanzada de Contreras et al. (2008).
2.3.1 Cinética Química
La cinética química es aquella rama de la Físico-Química que estudia la
velocidad de las reacciones químicas y los mecanismos a través de los cuales se
Capítulo 2 17
produce. La velocidad de una reacción química es aquella en la que las
concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo, es decir:
𝑣 = −!"
!" (1)
Donde C es la concentración del reactivo y t es el tiempo; el signo menos indica
que la concentración disminuye con el tiempo, (Maron y Prutton, 2010). De este
modo, se permite conocer como son las etapas que llevan a los reactivos desde
la condición de reactivos a la de productos, incluyendo un conocimiento
detallado sobre los posibles intermediarios que participan en la reacción, así
como los factores que son relevantes y controlan la velocidad del proceso
(Capparelli, 2013, p. 985).
2.3.2 Teoría de las Colisiones
Según Maron y Prutton (2010), se ha encontrado que de acuerdo a la teoría
cinético-molecular, para que pueda producirse una reacción química entre
átomos, iones y moléculas es necesario primero que éstos presenten colisiones.
Sin embargo, no basta que las moléculas choquen para que se lleve a cabo una
reacción. Se ha podido estimar que una fracción muy pequeña corresponde a
colisiones efectivas. Hay por lo menos dos factores que deben concurrir para que
un choque molecular produzca una nueva sustancia: la orientación de las
moléculas y la energía de activación.
2.3.2.1 Orientación de las moléculas
En el choque debe haber una orientación adecuada para que los enlaces que
se tienen que romper y formar estén a una distancia y posición viable. Por
ejemplo, para la formación del ácido yodhídrico (HI), se sugiere en la figura (2-1),
dos orientaciones de las moléculas de hidrógeno (H2) y yodo (I2) en el momento
de la colisión. En el caso (a) se da lugar a la formación de HI, en cambio en (b) la
colisión ocurre pero no con la orientación adecuada por lo tanto no se forma el
producto HI. En este caso como la colisión no fue efectiva, no hay reacción.
18 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 2-1: Orientación de las colisiones
Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Orientación de las moléculas. [Figura]. Tomado el 18 de Julio del 2016 de:
Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.
2.3.2.2 Energía de activación
La energía de activación (Ea); es la energía que requieren las moléculas para
activarsen antes de que puedan reaccionar por colisión y alcancen el estado de
transición o complejo activado, que es la disposición de mínima energía que los
reactivos deben alcanzar para que reaccionen. En otras palabras, las moléculas
en los reactivos no pasan directamente a convertirse en productos, sino que
primero tienen que saltar la barrera de energía antes de que pueda avanzar y
formar los productos (Maron y Prutton, 2010); como se ilustra en la figura (2-2).
Figura 2-2: Diagrama energético de las reacciones endotérmicas y exotérmicas
Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Perfil de una reacción. [Figura]. Tomado el 18 de Julio del 2016 de: Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.
Capítulo 2 19
2.3.3 Factores que Afectan la Velocidad de una Reacción Química
Los estudios asociados con la velocidad de las reacciones químicas tienen gran
trascendencia desde el punto de vista básico como práctico, al igual que su
implicación en la educación formal. El aprendizaje de los conceptos de cinética
son de suma importancia para que los estudiantes comprendan las relaciones
entre el cambio químico y la energía, los tipos de reacciones, los procesos
desarrollados y lo que es más importante, el entendimiento de los fenómenos
químicos de la vida cotidiana y la explicación de por qué suceden (Kolomuç &
Tekin, 2011, p. 85). Desde el punto de vista fundamental, es relevante obtener
información sobre todos los factores que influyen sobre la velocidad de la
reacción, pues es importante para el control cinético de procesos aplicados
(Capparelli, 2013, p. 985).
Según la teoría de las colisiones la velocidad de una reacción dependerá de
cinco factores:
2.3.3.1 Temperatura a la cual se desarrolla la reacción
Un aumento de la temperatura, indica que las moléculas tendrán mayor energía
cinética, esto significa que crece la fracción de moléculas, cuya energía será
mayor o igual a la energía de activación. De esta manera, se moverán más
rápido, es decir, se incrementará el número de colisiones efectivas y la violencia
de éstas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción.
Svanthe Arrhenius estableció empíricamente que las constantes de velocidad de
muchas reacciones varían con la temperatura según la expresión:
𝐾 = 𝐴𝑒!!!/ !" (2)
Tomando logaritmos naturales en ambos miembros de la ecuación, quedaría:
𝑙𝑛 𝐾 = 𝑙𝑛 𝐴 −!!
!" (3)
20 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Donde K es la constante de velocidad de la reacción, A es la constante de
Arrhenius, Ea es la energía de activación, R es la constante universal de los gases y
T la temperatura absoluta.
La ecuación de Arrhenius indica que la constante de velocidad:
a) Es directamente proporcional a A (frecuencia de las colisiones).
b) Disminuye cuando aumenta la Ea, es decir, que mientras mayor es la
energía de activación menor es la velocidad de la reacción.
c) Aumenta con el incremento de la temperatura (se duplica cada vez que
se eleva en 10 ºC la temperatura). ���
2.3.3.2 Concentración de los reactivos
Cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción,
ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número o
frecuencia de choques, y mientras más frecuentes sean estas colisiones mayores
posibilidades existen de que los choques sean efectivos y den lugar a nuevos
productos. En la figura (2-3) se observa la relación existente entre la
concentración y la velocidad de las reacciones químicas.
Figura 2-3: Concentración de los reactivos
Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Concentración de los reactivos. [Figura]. Modificado el 18 de Julio del 2016
del sitio web: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//500/530/html/Unidad_02/pagina_39.html
Capítulo 2 21
2.3.3.3 Naturaleza de los reactivos
Cada reacción química tiene una velocidad característica que está
determinada por la estructura y composición química de los compuestos
involucrados, o en otras palabras, de la naturaleza de los reactivos. Por ejemplo,
a temperatura ambiente el sodio metálico reacciona rápida y violentamente
con el agua, mientras que el calcio metálico en las mismas condiciones lo hace
muy lentamente. En suma, en sustancias parecidas la estructura química es un
factor que altera la velocidad de reacción.
Además se puede considerar, que a temperatura ambiente, las reacciones que
no implican un reajuste de enlaces en donde solo hay un intercambio de
electrones entre iones suelen avanzar aprisa, pero cuando se requiere de la
ruptura y/o formación de enlaces, las reacciones tienden a ser lentas. Así, por
ejemplo, si tomamos como referencia la velocidad de las siguientes reacciones a
temperatura ambiente:
§ Catión hierro (III) (ac) + Catión cromo (II) (ac) → Catión hierro (II) (ac) + Catión
cromo (III) (ac) ; muy rápida
§ Monóxido de nitrógeno (g) + Oxígeno (g) → Dióxido de nitrógeno (g); moderada
§ Metano (g) + Oxígeno (g) → Dióxido de carbono (g) + Agua (g); muy lenta
La primera reacción no requiere la ruptura ni la formación de enlaces, sino un
intercambio de electrones de unos iones a otros. La segunda requiere la ruptura
del enlace O=O, y la formación de dos nuevos. Finalmente, la tercera reacción
requiere la ruptura de seis enlaces y la formación de otros seis nuevos (Demo
educativa, 9 de Julio de 2017).
2.3.3.4 Estado físico y grado de particulación de los reactivos
El estado físico (líquido, sólido o gaseoso) en el que se encuentran las sustancias
que reaccionan es importante para determinar su reactividad. Para este hay que
reconocer dos situaciones:
a) Reacciones homogéneas: los reactivos están en la misma fase.
b) Reacciones heterogéneas: los reactivos están en diferente fase.
22 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
En el primer caso, como sucede en la mezcla de gases o en una disolución
acuosa, las moléculas y/o iones, están en contacto directo y las reacciones son,
en general, rápidas. En cambio cuando hay diferentes fases (por ejemplo, sólido
y líquido) las reacciones son lentas, pues solo ocurren en las superficies de
contacto, como se muestra en la imagen (2-4). Por consiguiente entre menor sea
el tamaño de las partículas de un reactivo en estado sólido, o éste se encuentre
finamente dividido, mayor será la velocidad de la reacción, debido a que se
facilitan las colisiones de las moléculas de los reactivos, es decir que el choque
será más eficaz (figura 2-1).
Figura 2-4: Dependencia de la velocidad de reacción con el grado de particulación de los reactivos
Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Grado de pulverización de los reactivos. [Figura]. Modificado el 19 de Julio
del 2016 del sitio web: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//500/530/html/Unidad_02/pagina_39.html
2.3.3.5 Presencia de catalizadores
Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción
química, recuperándose, sin cambios en su composición al término de la
reacción.
En la mayoría de los casos los catalizadores aumentan la velocidad de las
reacciones. Sin embargo, hay casos en que un catalizador disminuye la
Capítulo 2 23
velocidad de una reacción, a estos catalizadores negativos se les llama
comúnmente inhibidores.
En general, un catalizador modifica el mecanismo de una reacción, reduciendo
la energía de activación, lo que provoca un descenso en la barrera energética
entre reactivos y productos. De esta manera, la velocidad de la reacción
catalizada es mayor que la velocidad de la reacción no catalizada, (como se
observa en la figura 2-5). Al fenómeno en sí en donde se hace uso de un
catalizador se designa como catálisis.
En ocasiones parece que un catalizador modifica la constante de equilibrio, pero
hay estudios que revelan que o bien participa activamente como reactivo, o
existe alguna complicación no prevista. Además la actividad de un catalizador
incrementa con la concentración, aunque es invariablemente cierto. Lo que
sugiere que éste actúa como un reactivo pero que se regenera al finalizar la
reacción (Maron y Prutton, 2010).
Según estos mismos autores, la catálisis puede ser homogénea o heterogénea,
según que el catalizador forme una sola fase con los reactivos o integre una fase
separada respectivamente.
Figura 2-5: Diagrama energético de las reacciones, con y sin catalizador
Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Acción de catalizadores. [Figura]. Tomado el 20 de Julio del 2016 de:
Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.
24 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
2.4 Metodología de Aprendizaje Activo
El aprendizaje activo ha recibido una considerable atención por profesores en
los últimos años, en su afán por buscar alternativas de cambio para los métodos
tradicionales de enseñanza (Prince, 2004, p. 1). Se define como un método de
enseñanza en donde el eje central en el proceso de aprendizaje son los
estudiantes, a través de la realización de actividades prácticas en el aula, que
permiten que los alumnos piensen en lo que están haciendo (Bonwell & Eison,
1991, citado de Prince, 2004, p. 1).
A diferencia de la clase tradicional en donde los estudiantes reciben
pasivamente la información por parte del profesor, el aprendizaje activo
conduce a mejorar las actitudes de los alumnos, en el desarrollo de habilidades
de pensamiento crítico. Según Hiler y Paul, para aprender, se debe de pensar y
preguntar continuamente “¿Qué quiere decir esto realmente? ¿Cómo lo
sabemos? Si es cierto, ¿qué más es cierto?” y contestar estas preguntas por sí
mismo. Las respuestas que el profesor da no se asimilan completamente a menos
que las mentes de los estudiantes estén listas para recibirlas. El fundamento de la
estrategia radica en propiciar una actitud activa del estudiante durante la
dinámica de la clase, en donde él mismo es autónomo, responsable y
consciente de lo que aprende, de qué debe aprender y de lo que no ha
aprendido (Sierra, 2013).
Este método exige que los educandos no sean simples espectadores, que no se
limiten simplemente a oír, sino que generen procesos de lectura, escritura,
indagación y resolución de problemas. Es decir, según Gonzales (2000), le
permite la utilización de operaciones intelectuales de orden superior como lo es
el análisis, la síntesis, la interpretación, la inferencia y la evaluación. En
consecuencia se requiere por parte del profesor una forma diferente de conducir
la clase, y dejar atrás la cátedra expositiva, en el que se caracteriza por ser el eje
central del proceso de enseñanza-aprendizaje. El docente por tanto adquiere el
rol de facilitador, orientando a los alumnos en su proceso de búsqueda del
conocimiento. Es quien posibilita que los estudiantes desarrollen las diferentes
Capítulo 2 25
actividades con el propósito de que sean ellos mismos quienes se involucren en el
trabajo para que comiencen a descubrir y construir sus propios conceptos de la
realidad, y que si para algún caso estos conceptos son errados, su función es
aclarar estos conocimientos que suponen dificultades en los estudiantes
(Cuadrado, 2010, p. 2). De forma específica el docente en la metodología del
aprendizaje activo debe estimular la iniciativa de los estudiantes, utilizando
materiales para llamar su atención, permitiendo la formulación y comprobación
de hipótesis, propiciar el aprendizaje cooperativo, es decir la socialización con los
demás compañeros, promover el aprendizaje por medio de preguntas y dejar
que las respuestas de los alumnos orienten el rumbo de las clases.
De acuerdo a Sierra (2013) los beneficios de esta estrategia se relacionan con
mantener mejor el nivel de atención de los alumnos, facilitar la adquisición de
conocimientos, lograr una mejor comprensión de conceptos, beneficiar la
retroalimentación tanto para estudiantes como para profesores, permitir la
interacción de los alumnos, ubicar al estudiante como el centro del proceso y lo
más importante, propiciar un aprendizaje significativo. Para ello la enseñanza
basado en el trabajo práctico en el aula toma mayor relevancia, y se hace
indispensable en esta metodología, puesto que se ajusta al hecho fehaciente
de que aquellos conocimientos que no se traducen en acciones tienden a no
aprenderse –como se observa en la figura 2-6–; y la química como Ciencia
experimental se ajusta muy bien a este tipo de estrategia. Según Brenson (2002),
citado de Sierra (2013, p. 10), si la enseñanza tradicionalista propicia una 40% de
aprendizaje en los estudiantes, las metodologías constructivistas como el
aprendizaje activo orientado hacia la utilización de actividades prácticas en el
aula de clase puede llegar hasta un 60%, debido a que este genera un
incremento notable en la tendencia de la persona a recordar.
26 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 2-6: Cono del aprendizaje por Edgar Dale
Fuente: Cono del aprendizaje. [Figura]. Recuperado el 21 de Julio del 2016 de la página web: https://i.ytimg.com/vi/WMpqznyZtek/maxresdefault.jpg
2.5 La Experimentación en el Aula de Clase
Uno de los enfoques utilizados con mayor impacto en la enseñanza-aprendizaje
de las ciencias naturales, entre ellos la química, especialmente en temáticas
donde prevalece la práctica, es considerar la indispensable relación entre teoría
y experimentación. De esta manera se puede razonar que el aula debe
convertirse en un espacio de generación de conocimiento, en donde
prevalezca la indagación y la experimentación constante y se aleje un poco del
uso memorístico y repetitivo de fórmulas. Sin embargo, según Golombek (2008) es
estrictamente cierto que el enfoque experimental de la enseñanza de las
ciencias naturales requiere una base metodológica que permita la formulación
de tales experimentos, de forma que el docente pueda desarrollar en el
estudiante la adquisición de capacidades intelectuales, científicas y de
investigación.
Por consiguiente, los trabajos prácticos o experimentales son actividades
diseñadas para dar a los estudiantes la oportunidad de acercarse al trabajo que
realizan los científicos en la resolución de problemas, que pueden ser
Capítulo 2 27
investigaciones teóricas y/o prácticas (Albadalejo y Caamaño, 1992, p. 95-157),
en el que los estudiantes siguen un procedimiento con el fin de demostrar,
corroborar y convencerse de una teoría o ley científica.
Estos contenidos procedimentales que se ejecutan en la experimentación exigen
la aplicación de un conjunto de habilidades en donde prevalece la observación,
la medición, la investigación, las destrezas comunicativas, el trabajo en equipo y
las estrategias cognitivas, (Insausti y Merino, 2000). Además favorece que los
estudiantes aprendan técnicas elementales y se familiaricen con el uso de
materiales, instrumentos y aparatos (Caamaño, 2003). En efecto, y según Mejía
(2014), para poder concebir las actividades experimentales se debe incluir una
experiencia que sea real, efectuada por el maestro con la colaboración de los
estudiantes, empleando materiales de su entorno, que dirijan y articulen el
proceso de enseñanza aprendizaje y evaluación de algún concepto científico.
Para Alvarado (2011, p. 67), los trabajos prácticos giran con base a un modelo
por descubrimiento, como el constructivista, que llevan al estudiante a adquirir
aprendizaje significativo, a través de métodos activos. Para lograr su éxito, se
debe partir desde la indagación de las ideas previas de los alumnos para permitir
que por sí mismos investiguen fenómenos, cuestionen, analicen y argumenten sus
hallazgos para que poco a poco vayan formalizando su propio aprendizaje, pues
según Gil (1986), pretender que se adquieran en corto tiempo, puede conducir a
resultados pocos satisfactorios y conllevar a una visión superficial del trabajo
científico. Para ello es necesario de cierto entrenamiento constante y continuo
para poder ser comprendidos e interiorizados.
La preparación del trabajo experimental en el aula de clases debe estar
orientado hacia la preparación concreta de una secuencia de actividades,
teniendo en cuenta el tiempo, la forma más adecuada en que se van a agrupar
los estudiantes y los recursos necesarios. Estas actividades se centran
específicamente en un orden, para que los alumnos puedan: identificar el
problema, plantearse preguntas y tener ganas de responderlas; formular
hipótesis; imaginar contrastaciones experimentales de la hipótesis; argumentar las
28 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
representaciones de los resultados experimentales; buscar información para la
solución del problema; resolver el problema ideando experimentos y finalmente
imaginar aplicaciones y extrapolar de lo que se ha investigado (Dumon, 1992,
tomado de Alvarado, 2011, p. 82).
2.6 Enfoques Tecnológicos, Aplicaciones e Importancia en la Educación en Ciencias Naturales
Las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son herramientas que
facilitan la labor productiva de un país; estos instrumentos han llegado a cambiar
todo un esquema en la manera de ver el mundo, ya que simplifican el proceso,
sintetizan una información y permiten presentarla de forma sistematizada
(UNESCO, 2006).
Las TIC en la educación son todos los materiales informáticos que facilitan el
desarrollo de la dualidad enseñanza-aprendizaje, creando ciertas destrezas
mentales, con el fin de fortalecer unos ritmos de aprendizaje y permitir que el
estudiante pueda desenvolverse y adaptarse al cambio tan exigente de la
nueva sociedad.
Para Perales y Sierra (2005), las TIC en la enseñanza de las Ciencias y su uso, le
permiten al alumno adquirir diversos contenidos correspondientes a tres
dimensiones. Los contenidos conceptuales, relacionados con fenómenos
naturales físicamente inaccesibles, peligrosos, complejos, que necesitan montajes
experimentales caros. Contenidos procedimentales como la interpretación de
observaciones, datos, la manipulación de modelos analógicos; y por último los
contenidos actitudinales en el reconocimiento de la influencia de los modelos en
la elaboración del conocimiento científico.
Gracias a la evolución de la tecnología podemos aprovechar de un gran
número de alternativas para enfocarlas en la enseñanza de los contenidos de
química, para esto existen materiales multimedia tales como hipertextos,
hipermedia, software o simuladores para laboratorios virtuales, OVA, infografías,
Capítulo 2 29
entre otros. Las simulaciones como juegos educativos deben ser consideradas
como uno de los recursos más importantes dentro de una metodología de
aprendizaje activo de la química (Orlik, 2002). Participar en juegos focalizados
promueve la motivación y le permite al estudiante ser protagonista de su propio
aprendizaje.
2.6.1 Simuladores y Laboratorios Virtuales en la Enseñanza de las Ciencias Naturales
Ante las considerables repercusiones que ha tenido en el ámbito educativo la
implementación de las nuevas tecnologías, se hace necesario enfatizar en la
importancia que ha tenido ésta, y el uso de recursos hardware y software en la
innovación de la educación en ciencias naturales. Esto ha creado una nueva
relación entre el proceso de enseñanza y la forma en el aprendizaje de los
estudiantes, revolucionando la manera tradicional como se llevaba este proceso
(Macías, 2007, citado de Contreras y Carreño, 2012, p. 109). Uno de los materiales
informáticos que hace parte de los cambios históricos impuesto por la evolución
tecnológica, que han influido significativamente no solo en educación sino
también en otros sectores como la medicina, la economía, la ingeniería, entre
otras, es el uso y la implementación de los simuladores.
Los simuladores utilizados en educación se definen como “programas que tienen
un modelo del algún aspecto del mundo y que permite al estudiante cambiar
algunos parámetros o variables de entrada, ejecutar o correr el modelo y
desplegar los resultados” (Escamilla, 2000, citado de Contreras y Carreño, 2012, p.
108). Para Narváez (2015, p. 29), “los simuladores son herramientas que llevan a
los estudiantes a imitar un contexto real, estableciendo en ese ambiente
situaciones problemáticas o reproductivas, similares a las que él deberá
enfrentar”.
Su uso en la enseñanza de las ciencias naturales, en especial química, permite
además de un cambio de ambiente, mejorar y complementar la enseñanza y
aprendizaje de los conceptos químicos en los que los estudiantes han presentado
30 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
problemas para comprender. En consecuencia, proporciona la forma interactiva
de modelar situaciones reales y fenómenos químicos que suponen presentar
dificultades para realizarlas en la vida cotidiana, posiblemente por falta de
recursos materiales y económicos, o porque a lo mejor no son evidenciados a
simple vista. Además facilita el logro de algunas metodologías utilizadas para la
investigación educativa, como el trabajo por proyectos, por descubrimiento y
resolución de problemas, en donde los usuarios manipulan las variables a través
de la simulación, para obtener los resultados adecuados y posibles (Contreras y
Carreño, 2012, p. 107).
Debido a que los simuladores permiten la modelación de prácticas científicas,
han logrado una gran adaptabilidad a los espacios destinados a la
experimentación en el ámbito educativo, dando lugar a laboratorios virtuales de
aprendizaje. Según Cataldi et al. (2008, p. 7), este medio tecnológico facilita la
tarea de incursionar a estudiantes y profesores en el método científico,
convirtiendo al trabajo de laboratorio y sus precauciones por accidentes, en una
opción de aprendizaje en donde el alumno puede equivocarse y repetir la
actividad con una inversión baja. Para Rodríguez et al. (2013), los laboratorio
virtuales, también se pueden utilizar como medio de preparación para adquirir o
fortalecer las habilidades, destrezas y conocimientos básicos para seguir con el
buen uso de las clases prácticas y evaluar las habilidades que se deben de tener
en un laboratorio real.
La realización de experimentos químicos simulados a través del uso de
laboratorios virtuales sin la necesidad de comprar equipo y materiales químicos
costosos o peligrosos, promueve en los estudiantes el autoaprendizaje y la
capacidad de análisis; fomenta el pensamiento crítico por medio de la
resolución de problemas semejantes a los reales y permite en el estudiante, la
comprensión de mecanismos de reacción química, la motivación e interés por la
experimentación, (Cataldi et al., 2008, p. 7).
Capítulo 3. Marco Epistemológico
3.1 Contexto Histórico de la Cinética Química
El primer tratamiento del concepto de velocidad de una reacción química que
sitúa los primeros comienzos de la cinética química según Laidler (1985, p. 45)
surge en 1850 en el trabajo realizado por el físico alemán Ludwing Ferdinand
Wilhelmy (1812-1864), quien notó la medida del grado de avance de una
reacción de hidrólisis del azúcar de caña (sacarosa) en medio ácido. Investigó la
reacción a diferentes concentraciones de ácido por medio de un polarímetro, y
encontró que la velocidad instantánea de cambio de la concentración de
azúcar era proporcional a las concentraciones de azúcar y ácido, esta relación
fue expresada en una ecuación diferencial. También examinó la influencia de la
temperatura sobre la velocidad de la reacción.
Por otra parte Zambelli (2012) alude que mucho antes, el alemán Carl Friedrich
Wenzel (1740-1793) encuentra el primer enlace entre la velocidad de reacción y
la cantidad de los reactivos, teniendo en cuenta el momento de disolución de
pequeños cilindros de metal dentro de soluciones de ácido diluido, lo cual lo
lleva a concluir que la velocidad de la reacción resulta proporcional a la
afinidad o la fuerza del ácido, mientras que es inversamente proporcional a la
resistencia del disolvente. Para 1803 el químico francés Claude Louis Berthollet
(1748-1822) expresa la primera forma cualitativa a lo que más adelante llamarían
“Ley de acción de masas”, al considerar que el progreso de una reacción
química depende de la cantidad y las condiciones de las sustancias
reaccionantes (Zambelli, 2012, p. 7).
32 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Pero fue para 1862, después de los trabajos de Wilhelmy, que los químicos
noruegos Peter Waage (1833-1900) y Cato Maximilian Guldberg (1836-1902)
contribuyeron a este esclarecimiento, proporcionando una expresión
cuantitativa insatisfactoria a la ley de acción de masas (Zambelli, 2012, p. 11).
Asumieron que las ecuaciones de velocidad se podían deducir de las
ecuaciones estequiométricas, y que su igualación conducía al equilibrio químico
(Laidler, 1985, p. 46). A pesar que sus estudios fueron muy relevantes para la
época, actualmente se sabe que el equilibrio químico debe ser tratado por los
métodos de la termodinámica.
En los años 1865 a 1867 el químico ingles Augusto George Vernon Harcourt (1834-
1919) y el matemático británico William Esson (1838-1916) introdujeron las
ecuaciones diferenciales para formular diferentes tipos de reacciones, que al ser
integradas obtuvieron expresiones para las cantidades del producto formado en
función del tiempo (Gallego et al., 2010, p.105). Como resultado suscitaron los
conceptos de reacciones de primer orden en el que la velocidad es
proporcional a la concentración de una sola sustancia, reacciones de "segundo
orden" en el que la velocidad es proporcional al producto de las dos
concentraciones, y reacciones consecutivas (tercer orden) en las que el
producto de una reacción de primer orden sufre otra reacción de primer orden
(Laidler, 1985, p.47) denominaciones que introdujo Friedrich W. Ostwalt (1853-
1932) en 1887 (Laidler, 1995, citado de Gallego et al., 2010, p.105). Según Gallego
et al., (2010) Esson establece también el concepto de mecanismos de reacción,
que se desprenden del análisis matemático de la cinética química.
Una de las mayores contribuciones en cinética química del siglo pasado fueron
las del químico holandés Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911). Introdujo el
símbolo de la doble flecha de dirección contraria en la ecuación de una
reacción química como representación del equilibrio químico; estableció el
concepto de lo que hoy conocemos como “fin de la reacción”; clasificó las
reacciones como “monomolecular” por el cual quería decir que sus velocidades
eran proporcional a la primera potencia de la concentración de un reactivo,
“bimolecular” si sus velocidades eran proporcionales al cuadrado de la
Capítulo 3 33
concentración del reactivo o al producto de dos concentraciones de reactivos y
“trimolecular” eran las que implicaban el producto de tres concentraciones, y así
sucesivamente (Laidler, 1985, p. 51-52).
Fue a través de resultados experimentales que Van't Hoff pudo explicar estos
tipos de reacciones. El ejemplo para las “unimoleculares” (primer orden) la
estableció con la descomposición de la arsina, experimentó con la hidrólisis de
acetato de etilo con sosa cáustica como ejemplo de la reacción “bimolecular”
(segundo orden), y aunque no encontró ejemplos prácticos para las reacciones
“trimoleculares” (tercer orden), estableció la ecuación de velocidad, en su forma
diferencial e integrada, para una reacción 'polimolecular', en el que la velocidad
es proporcional a una concentración a la enésima potencia. Estos ejemplos los
ilustró en su ecuación equilibrada y les aplicó el método diferencial para la
determinación de la “molecularidad” (hoy en día conocido como orden) de una
reacción química de acuerdo con la medición de la velocidad [v] a diferentes
concentraciones [c] del reactivo:
𝑣 = 𝑘𝑐! (4)
Donde k es la constante de proporcionalidad (constante de velocidad) y n se
halla a partir de la pendiente de una gráfica de log v frente al log c, (Laidler,
1985, p. 52-53; Gallego et al., 2010, p.105).
Otro aspecto importante en que se destacó Van't Hoff fue el de la influencia de
la temperatura sobre las constantes de velocidad y las constantes de equilibrio,
que de manera temprana había sido expresada por Wilhelmy.
Para 1890 el químico alemán Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) introdujo la
noción de energía de activación y en el mismo año Mentchtkine explicó la
influencia del medio en la velocidad de una reacción (Wojtkowiak, 1987).
Los estudios relacionados a la dependencia de la temperatura con la velocidad
de las reacciones, tuvo un mayor enfoque por el sueco Svante August Arrhenius
(1859-1927), quien estuvo de acuerdo con la teoría de las colisiones de los gases,
34 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
explicando que debía de existir para las moléculas de los reactivos una cierta
forma de colisionar “choque eficaz” y tener la suficiente energía para activarse,
poder reaccionar y formar los productos. Fue a partir de 1922, que Frederick
Alexander Lindemann (1886-1957), Fritz Wolfgang London (1900-1954), Louis
Stevenson Kassel (1923), Henry Eyring (1901-1981), Cyril Norman Hinshelwood
(1897-1967) y Arthur Amos Noyes (1866-1936) complementaron la teoría de los
choques moleculares, argumentando que la energía que se ganaba se repartía
en los diferentes grados de libertad de las moléculas dando una configuración
cinéticamente activa (Wojtkowiak, 1987).
Cabe mencionar también como aspecto histórico, los comienzos de la catálisis
con las contribuciones de Ostwald, quien investigó el trabajo hecho por Wilhelmy
y descubrió que no era el ácido quien reaccionaba directamente con el azúcar,
sino que actuaba como acelerador de la reacción. Por otra parte se destaca el
estudio de Berzelius y sus pupilos quien dieron la primera definición de catálisis y
catalizador, que “se manifiesta cuando las fuerzas de atracción entre los
radicales, (especies activadas en términos modernos), se cambian debido al
contacto con un tercer cuerpo (catalizador) que no se combina con las especies
reaccionantes originales” (Zambelli, 2012, p. 17-18).
3.2 Aspectos Epistemológicos de la Cinética Química
Para el desarrollo de este apartado se tienen en cuenta ocho modelos citados
por Justi & Gilbert (1999), que son representaciones epistemológicas de una idea
que une las abstracciones de las teorías del concepto de velocidad de reacción
con la experiencia del mundo.
3.2.1 Modelo Antropomórfico
Este primer modelo surge en un contexto donde se relaciona el comportamiento
de la materia con la conducta humana, incorporando una explicación filosófica
y romántica, por ejemplo con el amor y el odio; afirmación dada por algunos
filósofos materialistas griegos, quienes se aventuraban a pensar sobre la afinidad
Capítulo 3 35
que tenía la materia, como fuerza selectiva capaz de relacionarse con este tipo
de sentimientos para producir ciertas transformaciones.
La única noción de velocidad en este modelo fue dada por Aristóteles, quien
argumentó que “la Velocidad es sinónimo de la preparación para que se
produzca una transformación” (Mellor, 1904, citado por Justi & Gilbert, 1999).
3.2.2 Modelo de Afinidad Corpuscular
El modelo de afinidad corpuscular, interpreta los conceptos de fuerza y de
afinidad que existían en el siglo XVII y XVIII propuestos en primer lugar por Robert
Boyle (1627-1691) quien definió ésta como la tendencia de las sustancias para
combinarse con otras como resultado de fuerzas entre las partículas involucradas
a las que se les atribuía distintas características; y por otro lado, está Isaac
Newton (1642-1727) con su teoría “principio de acción a distancia” que explica la
existencia de una fuerza que hacía que los cuerpos tendieran uno hacia el otro.
Esta concepción llevó a que el químico francés Etienne Francois Geoffroy (1672-
1731) desarrollara tablas de afinidad que podrían ser consideradas como el
primer antepasado de la tabla periódica (Zambelli, 2012, p. 5).
En este modelo se hicieron los primeros acercamientos al concepto de velocidad
de una reacción, en el que se consideró que la disposición para su desarrollo
dependía de la relación con los diferentes grados de afinidad entre las partículas
(Miranda et al., 2014, p. 199).
3.2.3 Modelo Cuantitativo
En este modelo las reacciones químicas hacen parte de un proceso en el cual las
partículas están en constante interacción, pero no a causa de algún tipo de
afinidad corpuscular. La introducción de las matemáticas en el estudio de la
cinética química propuestos en un comienzo por Ludwing Ferdinand Wilhelmy y
que después fue complementado por William Esson, permitió establecer la
relación de proporcionalidad entre la velocidad a la que se produce una
36 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
reacción y la cantidad de partículas (variación de concentración) de los
reactivos o productos en un tiempo dado.
3.2.4 Modelo de Mecanismo
Para esta representación la atención se focaliza en el proceso, en el curso de la
reacción que sucede a través de distintos pasos. Se proponen las relaciones
entre la velocidad de las reacciones químicas y las interacciones entre partículas
en distintas etapas, determinadas por el mecanismo en el cual ocurrían,
estableciendo las reacciones de primer y segundo orden. Según Miranda et al.
(2014), este modelo permitió el desarrollo de expresiones matemáticas
relacionadas con la velocidad de las reacciones químicas.
3.2.5 Modelo Termodinámico
Los aportes principales en este modelo, fueron hechos por Van't Hoff y Arrhenius.
El primero confirmaba la dependencia que tiene la temperatura con la
velocidad, necesaria para que ésta sufra un cambio. Por otro lado Arrhenius
basó su idea en que la velocidad de una reacción no solo depende de la
cantidad de sustancia existente, sino también del número de moléculas que
tienen suficiente energía para reaccionar e incorporó el concepto de “barrera
energética” o energía de activación. Además desarrolló la ley que lleva su
nombre, en donde se explica esta teoría incluyendo la dependencia de la
constante de velocidad con la temperatura.
En el modelo termodinámico se dio explicación a la actuación de los
catalizadores sobre la energía de activación y por otra parte se esclareció la
determinación de la “molecularidad” y el orden de una reacción química, de
acuerdo con la medición de la velocidad a diferentes concentraciones del
reactivo.
Capítulo 3 37
3.2.6 Modelo Cinético
A partir de la teoría cinética de los gases, surge el modelo cinético, como una
representación que pretendía explicar el comportamiento de las moléculas en
una reacción química. Su mayor atributo se centró en tratar de ilustrar el
rompimiento y formación de enlaces por las colisiones entre las moléculas de los
reactivos, teniendo en cuenta la adecuada orientación espacial, forma de
choque y la obtención de la suficiente energía de activación para poder llegar a
formar los productos. Este significativo aporte llegó a construir la famosa “teoría
de las colisiones”.
Este modelo sentó las bases para los estudios en catálisis, al explicar la acción del
catalizador en términos de disminución de la energía de activación, y además
permitió profundizar en los mecanismos de reacción.
3.2.7 Modelo Mecánico Estadístico
Centró su investigación en expresar de forma estadística la probabilidad de
aumento de choques de las moléculas de los reactivos hasta llegar a su máxima
energía potencial y formar así el complejo activado.
También se establecieron propuestas experimentales que manifestaban las
reacciones en cadena, la participación de los radicales libres en el desarrollo de
una reacción química y el efecto de algunos átomos como intermediarios de
reacción.
3.2.8 Modelo de Estado de Transición
En éste se integraron los tres últimos modelos, con el desarrollo de nuevas
técnicas experimentales para poder comprender de forma más detallada los
mecanismos de reacción y obtener mejores predicciones en el comportamiento
de un sistema químico. Además permitió un avance significativo en el
entendimiento del avance y desarrollo de las reacciones químicas con y sin
catalizador.
38 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
3.3 Preconcepciones sobre Cinética Química
Si bien se ha dicho que el aprendizaje como construcción activa de las ideas
previas (Nieswandt, 2000, citado de Kaya & Geban, 2012, p. 216) se producen
como consecuencia de la interacción con las nuevas concepciones (Linn, 1987,
citado de Kaya & Geban, 2012, p. 216), es un hecho real que los estudiantes
están presentando dificultades en el aprendizaje de las ciencias. El problema se
genera cuando los alumnos traen consigo conceptos erróneos que se incorporan
en su estructura cognitiva generando conflictos para ser conectados con la
nueva información que se presume que es la apropiada. Las investigaciones en
didáctica de las ciencias han revelado que hay ciertas ideas previas que no son
consistentes con las explicaciones de lo científicamente aceptado y se resisten al
cambio (Novak, 1988), más aún cuando se implementan estrategias de
enseñanza tradicionales (Tastan et al., 2010, p. 48).
La difícil comprensión para los estudiantes de los conceptos de química debido a
su condición abstracta, pone en manifiesto la existencia de diversas ideas falsas.
La temática de cinética química no se escapa a esta realidad, pues según los
estudios (por ejemplo Onwu, 1986 y Bojczuk, 1979, citado de Ahiakwo e Isiguzo,
2015, p.113) se ha encontrado que los alumnos perciben los conceptos
relacionados como difíciles de aprender.
Teniendo en cuenta las diferentes investigaciones en enseñanza de la cinética
química y el estudio de Sánchez et al. (2002, p. 175-177), los cuales hicieron una
revisión bibliográfica sobre los trabajos publicados en didáctica en los diversos
niveles educativos relacionados a los preconceptos de los estudiantes del tema
de cinética química, se destacan las siguientes concepciones alternativas:
§ Incapacidad para distinguir masa de concentración (wheeler & Kass, 1978).
§ Para algunos alumnos una reacción química implica la transformación de
unos átomos en otros o el desplazamiento físico de un sitio a otro, para
reactivos y productos (Johnstone et al., 1977; Gorodetsky & Gussarsky, 1986).
Capítulo 3 39
§ Problemas en la definición de la velocidad de una reacción química. Los
estudiantes declaran que la velocidad y el avance de una reacción es la
misma cosa (Banerjee, 1991; Çakmakçı, 2005, citado en Tastan et al., 2010).
§ Dificultades para explicar fenómenos químicos basados en modelos teóricos
(Cachapuz & Maskill, 1987, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).
§ No tienen en cuenta el orden una reacción al afirmar que la velocidad de una
reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactivos
(Tastan et al., 2010).
§ Los estudiantes tienen dificultades en la comprensión de cómo ocurren las
reacciones a nivel molecular teniendo en cuenta la teoría de las colisiones
(Justi, 2002).
§ Dificultad para interpretar gráficas relacionadas con el cambio en la
concentración de sustancias con respecto al tiempo, para una reacción
química (Kolomuç, 2009, citado en Tastan et al., 2010).
§ Se considera que la velocidad de una reacción aumenta con el tiempo
(Hackling & Garnett, 1985). Los estudiantes son incapaces de diferenciar la
velocidad de reacción y el tiempo de reacción, pues creen que las
reacciones avanzan más rápido al inicio de la reacción y más lento al final
(Cakmakci, 2010a, citado de Ahiakwo e Isiguzo, 2015).
§ Confusión entre el intermediario, el catalizador y el complejo activado
(Çakmakçi, 2005).
§ Se utilizan los coeficientes estequiométricos en la ecuación de velocidad
como exponentes o se incluyen en las concentraciones. No se consigue
obtener la ecuación de velocidad a partir de datos experimentales
(Boujaoude, 1993).
§ Los alumnos aplican incorrectamente el principio de Le-Chatelier (Hackling &
Garnett, 1985).
§ Creen que los catalizadores no afectan o no cambian los mecanismos de una
reacción (Hameed et al., 1993; Johnstone et al., 1977; Gorodetsky & Gussarsky,
1986; Kakmakci, 2010a).
40 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ Algunos confunden la energía de activación con la temperatura (Gussarsky &
Gorodetsky, 1988). También se considera que la Ea es la energía cinética de las
moléculas reaccionantes, o que es la cantidad total de energía liberada en
una reacción (Kakmakci, 2010a, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).
§ Los alumnos tienen dificultades para comprender el concepto de factores que
afectan la velocidad de reacción, así como la interpretación de gráficas en
las que están inmersas (Tastan et al., 2010).
§ Piensan que un aumento en la temperatura inicial del sistema disminuye la
velocidad de reacción: las colisiones de las partículas en rápido movimiento
serían menos efectivas, porque las partículas rebotarían (Van Driel, 2002).
Igualmente, se considera que un aumento de la temperatura inicial no afecta
o disminuye la velocidad de las reacciones exotérmicas (Kakmakci, 2010a,
citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).
Por otra parte, algunos estudios como Çalık & Ayas (2005); Ebenezer & Gaskell
(1995); Ginns & Watters (1995); Goodwin (1995); Kolomuç & Çalık, 2012; Kolomuç
& Tekin, 2011; Taber & Tan (2011) y Valanides (2000) plantearon hipótesis de que
los estudiantes tienen una gran cantidad de ideas falsas, que entorpecen el
aprendizaje, en este caso de la química, originados la mayoría de las veces por
la falta de conocimiento de los contenidos por parte de los profesores, quienes
transmiten estas concepciones alternativas a sus alumnos.
En la temática de velocidad de las reacciones químicas se han logrado
identificar en los docentes estos conceptos erróneos que suelen ser similares a los
de los estudiantes y que se resisten a ser cambiados. El propósito de la enseñanza
de la química es encontrar estas ideas falsas y tratar de superarlas al
reemplazarlas por conceptos científicos, es decir lograr un cambio conceptual
(Kolomuç & Tekin, 2011, p. 85-86).
Los resultados de las investigaciones indicaron que las ideas erróneas más
representativas en los docentes de acuerdo a estas temáticas puede resultar en
primera instancia del hecho de que los maestros confunden la velocidad de
reacción con el tiempo en que se ha completado. Cuando se analizan gráficas
Capítulo 3 41
de tiempo en función de la velocidad, los docentes no logran explicar
correctamente la relación existente, argumentando que el proceso de una
reacción química solo puede ser afectado por la temperatura y los
catalizadores. En cuanto el concepto de la determinación del mecanismo de
reacción se ha comprobado que tienen dificultades para comprenderlos y
determinar el mecanismo de reacción mediante el análisis de gráficos de
tiempo-concentración. También se ha detectado que tienen problemas para
explicar la relación entre la entalpía y la velocidad de una reacción química y
confunden el concepto de energía de activación en la teoría de las colisiones
(Kolomuç & Tekin, 2011).
3.3.1 Origen de las Concepciones Alternativas
La naturaleza abstracta de la temática de cinética química presume ser la causa
principal a la que se le atribuye el origen de las ideas alternativas. La dificultad se
encuentra en la elevada demanda cognitiva de estos conceptos en la
instrucción (Hackling & Garnett, 1985, citado de Sánchez et al., 2002), a los que
estudiantes y profesores suelen acomodar a sus concepciones previas, que
tienen origen en los conocimientos que adquieren en su vida cotidiana.
Asimismo, la dificultad en la cinética química radica en la incomprensión de los
conceptos fundamentales, al problema de los cálculos estequiométricos, a la
utilización de variables diferentes en los problemas, a la memoria, las dificultades
del lenguaje y de nomenclatura, pues nunca se da una visión global al tema de
las reacciones y solo se da importancia a los aspectos que interesan en su
momento (Ben-Zvi et al., 1987, citado de Sánchez et al., 2002)
Por otro lado, los métodos y estrategias de enseñanza inadecuadas que no
originan considerables aportes al cambio conceptual y que por el contrario
aumentan el desinterés y fortalecen las ideas falsas de los estudiantes en la
comprensión de los fenómenos químicos que hacen parte del contenido. A su
vez ocasionan que los alumnos supongan ideas que aunque el profesor no las
haya dicho, se alejan del concepto científico adecuado. Por consiguiente las
42 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
estrategias de enseñanza de la química deben estar diseñadas de manera que
se pueda relacionar las concepciones alternativas con el nivel cognitivo del
estudiante, pues se presume que cuando se orientan temáticas relacionadas
con química, como por ejemplo las de velocidad de reacción, los alumnos
requieren alcanzar el nivel de las operaciones formales, lo que a menudo no
sucede (Ben-Zvi, et al., 1987; Johnstone et al., 1977). Hay métodos que funcionan
mejor para estudiantes que piensan en una etapa operacional más baja y son
menos útiles para los estudiantes más capaces, que probablemente ya han
llegado a la etapa de las operaciones formales de desarrollo (Huddle & White,
2000, p. 920). Esta puede ser una posible justificación al problema de
comprensión de los conceptos de cinética química.
Capítulo 4. Diseño Metodológico
4.1 Tipo de Investigación
Para desarrollar el estudio “Enseñanza de la cinética química por medio de
simulaciones y aprendizaje activo” se definió un enfoque cuantitativo.
El estudio es de tipo descriptivo-comparativo, que busca según Dunkhe (1986),
especificar las propiedades importantes de personas, grupos, comunidades, o
cualquier otro fenómeno que sea sometidos a un análisis, (tomado de
Hernández, Fernández y Baptista, 2004, p. 45), y esto es lo que se efectuó en este
estudio, se determinó la incidencia de la práctica experimental y la simulación en
el aprendizaje de los estudiantes, del tema: factores que afectan la velocidad de
una reacción química, a través de la aplicación de un tratamiento (estrategia de
enseñanza-aprendizaje); esto sirvió para evaluar el fenómeno y describirlo lo más
ampliamente posible.
La investigación se ajusta a un diseño cuasi-experimental porque se trata de un
estudio pre/pos-test y por la forma no aleatoria de seleccionar a las dos
poblaciones de estudio, los cuales ya estaban formados antes de la experiencia:
los grupos son intactos, la razón por la que surgen y la manera como se forman es
independiente o aparte del experimento (Hernández, Fernández y Baptista, 2010,
p. 148). El propósito consiste en observar el efecto que tiene la aplicación del
tratamiento de la estrategia didáctica en sus versiones respectivas para las dos
secciones, sobre el aprendizaje de los conceptos propuestos, es decir que no hay
una designación de tipo experimental y control.
44 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
La finalidad de las pruebas pre/pos-test es recoger información significativa sobre
el nivel de aprendizaje de los alumnos con respecto a la temática propuesta,
antes y después del proceso de intervención y aplicación de las actividades.
Igualmente se busca hacer hincapié en la efectividad de la metodología de
aprendizaje activo y cooperativo sobre el nivel de competencias y comprensión
de los conceptos de química por parte de los participantes de este estudio.
Los dos grupos que participan en la investigación se consideran como estudio de
caso, porque en cada uno de ellos se recogen datos de las interacciones que
ocurren en el ambiente de aprendizaje, así como de las razones por las que estas
suceden.
4.2 Contexto Educativo y Población
La estrategia didáctica se aplica en la Institución Educativa San Lorenzo ubicada
en el municipio de Suaza. El colegio hace parte del organismo pedagógico
oficial de la secretaria de educación del departamento del Huila. Cuenta con un
laboratorio de química, instalaciones y recursos tecnológicos adecuados para
que sus estudiantes tengan la oportunidad de experimentar, investigar e
interactuar con salas virtuales de computación necesarias para la gestación de
competencias que tienen que ver con el uso de los conocimientos de química,
su aplicación en contexto y la utilización de las nuevas tecnologías.
La población de este estudio está compuesta por estudiantes de los grados
décimos, en los que la mayoría de jóvenes se establecen en el primer y segundo
estrato socioeconómico. Para su ejecución se tiene en cuenta dos grupos (ver
tabla 4-1) que son la base para analizar el efecto de la propuesta. En el primero,
con censo estudiantil de 36 estudiantes del grado 10ºA, se realizan clases con la
aplicación de trabajos experimentales, este se designa como GTE. En el segundo,
con una población estudiantil de 26 jóvenes del grado 10ºB, se ejecuta una
propuesta basada en el uso de prácticas de simulación a través del software
“virtual LabCin”, esta sección es denominada como GPS. En ambos grupos se
trabaja el mismo tema, utilizando una metodología basada en los criterios del
Capítulo 5 45
aprendizaje activo.
Tabla 4-1: Muestra de estudio
Grupo de estudiantes
(Asignatura de Química)
Cantidad de muestra
Número de estudiantes por género
GTE (décimo A) 36 estudiantes 17 hombres 19 mujeres
GPS (décimo B) 26 estudiantes 6 hombres 20 mujeres
Fuente: Creación propia
4.3 Desarrollo de la Investigación
Este apartado contempla las acciones para cada una de las fases de la
investigación, durante las cuales se proponen los instrumentos, se desarrollan las
actividades y se recolecta la información necesaria para el análisis y el
cumplimiento de los objetivos descritos.
4.3.1 Acciones de la Propuesta Didáctica
Tabla 4-2: Fases del estudio
Nº Fases de la
Investigación Acciones
1 Planificación
Documentación bibliográfica
Realización del test
Diseño y desarrollo del simulador Virtual LabCib
Realización de manuales de práctica y simulación
Validación de los instrumentos
Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de
enseñanza-aprendizaje
2/3 Ejecución/
Observación
Reconocimiento de ideas previas e introducción
(Aplicación del pre-test)
Desarrollo de actividades experimentales y uso del
simulador
Prueba final (Aplicación del pos-test)
4 Reflexión Análisis y conclusiones de la propuesta
Fuente: Creación propia
46 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
4.3.2 Fase de Planificación
La investigación didáctica permite identificar problemas en las prácticas
educativas (Medina, Herrán, Domínguez, 2014). En este sentido, se hace
primordial interpretar no solo lo que ocurre en la enseñanza, sino también en el
aprendizaje de los individuos implicados. Por consiguiente, el planteamiento de
este proyecto conllevó a revisar nuestra práctica en la enseñanza de los
conceptos de cinética química para poder identificar así la problemática
expuesta en el primer capítulo, y de esta manera plantear acciones que
permitieran mejorar e innovar nuestra labor en el aula.
Por tanto, la fase de planificación, incluye el diseño y el planteamiento de los
métodos e instrumentos necesarios para el desarrollo de la estrategia o
propuesta de mejora e innovación. En la figura 4-1 se presenta el resumen de las
actividades efectuadas en esta fase.
Figura 4-1: Resumen de las actividades realizadas en la fase de planificación
4.3.2.1 Documentación bibliográfica
Esta primera actividad consiste en una considerable revisión bibliográfica, a fin
de originar los diferentes marcos que componen este trabajo: el marco teórico
disciplinar, epistemológico y el marco metodológico que provee los diferentes
procedimientos investigativos. Esta etapa es constante en todo el proceso y se
actualiza durante la última fase.
Asimismo para efectos de la investigación, se adaptan los dos trabajos –práctico
Documentación
bibliográfica
Selección de
conceptos
para
Realización del test
Diseño y desarrollo del
simulador
Realización de
manuales de práctica y simulación
Validación de estos
instrumentos
Utilización en escenarios
y plataformas tecnológicas de
enseñanza-aprendizaje
Para su
Capítulo 5 47
y de simulación- con la unidad en estudio, y se hace una selección de los
conceptos que hacen parte de la temática de los factores que modifican la
velocidad de las reacciones químicas.
4.3.2.2 Realización del test
Con el propósito de determinar el conocimiento que los alumnos poseían acerca
de los conceptos seleccionados (ver tabla 4-3) antes y después de aplicar la
estrategia didáctica, se construye un test (Anexo A) con 14 preguntas de
selección múltiple con única respuesta. Para su realización se tiene como
referencia el trabajo de investigación de Cakmakci & Aydogdu (2011), el
cuestionario de Huamán (2014), el banco de preguntas de química del ICFES y
conocimientos propios del tema.
Tabla 4-3: Conceptos abordados en cada ítem del cuestionario
Concepto Ítem del cuestionario
Concentración de los reactivos 1, 2, 6, 13
Temperatura a la cual se desarrolla la reacción 3, 7, 10
Energía de activación 4
Estado físico de los reactivos 5, 13
Velocidad de una reacción química 8, 14
Naturaleza de los reactivos 9
Presencia de catalizadores 11, 12, 13
Fuente: Creación propia
4.3.2.3 Diseño y desarrollo del simulador “Virtual LabCin”
El laboratorio virtual de cinética química Virtual LabCin (Figura 4-2), es un
software de creación propia en colaboración con el M. S. Sergio Andrés Paredes
Navia. El programa, diseñado en Suaza (Huila-Colombia) a comienzos del año
2016 y culminado en agosto del mismo año, fue desarrollado en la plataforma
Unity3D, que funciona principalmente como motor de videojuegos, sin embargo
su completo contenido de herramientas de animación en 2D y 3D, también
48 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
permite la creación de simuladores. Su programación se fundamenta en la
implementación del código .NET Framework a través del lenguaje C#.
Figura 4-2: Logo del simulador "Virtual LabCin"
El simulador cuenta con una interfaz (Figura 4-3) que le permite al usuario
disponer de materiales, instrumentos, reactivos y de los procedimientos –basados
en la metodología del aprendizaje activo- que se deben de tener en cuenta
para la ejecución de los experimentos. Por el momento, el programa se puede
utilizar en ordenadores y tablets con el sistema operativo Windows.
Figura 4-3: Interfaz gráfica del simulador "Virtual LabCin"
4.3.2.4 Realización de manuales de práctica y simulación
Teniendo como base la metodología del aprendizaje activo, se construyen 5
guías para las actividades de experimentación y uso del laboratorio virtual,
nombradas como manuales de prácticas (Anexo B) / manuales de simulación
(Anexo C).
Área de trabajo
Recipientes
Reactivos
Equipos
Procedimientos
Capítulo 5 49
Los manuales de práctica y simulación están establecidos por 5 experimentos, en
donde se permite identificar los conceptos de los factores que modifican la
velocidad de una reacción química. Cabe aclarar que los experimentos que se
describen a continuación, muestran en detalle todo el proceso ocurrido, para
dar una idea al docente del resultado de cada práctica. Situación que no se
presenta en los formatos de los manuales de práctica y simulación que se
entregan a los estudiantes, debido a que estos no deben de conocer los
resultados esperados.
1. Temperatura
Influencia de la temperatura del agua en el tiempo de disolución de una pastilla
de aspirina efervescente.
Se dispone de tres recipientes, el primero contiene agua a temperatura
ambiente, el segundo agua caliente y el tercero agua fría. En cada uno de ellos
se agregará una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente.
Medir el tiempo transcurrido desde el momento en que se agrega la pastilla
hasta cuando se observe a simple vista que ha finalizado el burbujeo.
2. Concentración
Determinación de la influencia de la concentración de las soluciones de yodo,
vitamina C, peróxido de hidrogeno y almidón sobre el tiempo de formación de
un complejo de yodo-amilosa.
En un recipiente 1 se agregan 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente
solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de
color. En un recipiente 2 se agregan 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada
(peróxido de hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. Finalmente se agrega
toda la disolución del recipiente 2 en el 1. Repetir el experimento, pero ahora se
adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al 50% (manipular solo con guantes).
Medir el tiempo en las dos experiencias desde el momento en que se agrega la
disolución 2 en la 1, hasta observar un cambio de coloración.
50 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
3. Naturaleza de los reactivos
Relación de la naturaleza de los reactivos con el tiempo de disolución de una
pastilla de vitamina C en diferentes tipos de sustancias.
Se tienen tres vasos, el primero contiene peróxido de hidrógeno, el segundo
alcohol etílico y el tercero ácido acético. En cada uno de ellos se adicionará
una pastilla pequeña de vitamina C efervescente. Medir el tiempo transcurrido
desde el momento en que se agrega la pastilla hasta cuando se observe a
simple vista que ha finalizado el burbujeo.
4. Grado de particulación de los reactivos
Incidencia del grado de particulación del azúcar sobre el tiempo de reacción
con levadura para la formación de dióxido de carbono.
Se dispones de tres botellas, en cada uno de ellas y con la ayuda de un embudo
se agregan 50 mL de agua caliente y dos cucharadas de levadura, se agita la
mezcla y luego se añade azúcar blanca, teniendo cuidado de adicionar la
misma cantidad para las tres botellas, con la diferencia que para la primera se
agregue en forma de cubos, en la segunda esté pulverizada y en la tercera el
azúcar se encuentre en forma de granos enteros. Por último se colocan los tres
recipientes en una cubeta con agua caliente y se coloca una bomba (globo) en
la boca de cada una de ellas. Medir el tiempo transcurrido desde el momento
en que se coloca la bomba en la boca de la botella hasta cuando se observe a
simple vista que no se infla más.
5. Presencia de un catalizador
Dependencia del catalizador de la papa cruda, la sangre y el dióxido de
manganeso sobre la velocidad de reacción del peróxido de hidrógeno.
Se disponen de tres vasos, en cada uno se adicionan 50 mL de agua oxigenada.
Posteriormente en el primer vaso se agregan pequeños trozos de papa cruda, en
el segundo 10 mL de sangre y en el tercero 3 g dióxido de manganeso extraído
de una pila alcalina. Se acerca un fosforo encendido a todas las disoluciones y
se determina el tiempo desde el momento en que se agrega la sustancia hasta
Capítulo 5 51
cuando se observe a simple vista que ha finalizado la efervescencia. Tener en
cuenta que la sangre la debe de proveer el docente, y esta se puede conseguir
en una carnicería, matadero o con una persona donante voluntario (cumpliendo
con los requisitos técnicos e higiénicos para la extracción).
4.3.2.5 Validación de los instrumentos
Para garantizar que los instrumentos utilizados respondan a los objetivos de la
investigación, establecer que estos sean considerados como idóneos y se
puedan utilizar con toda confianza, se hace necesario su validación. Esta
determina el grado de confiabilidad y validez de los instrumentos (González,
2008, citado por Bojórquez et al., 2013, p. 2).
Una de las técnicas que se utiliza para validar los cuestionarios como instrumentos
de investigación para estudiantes, es la prueba piloto, que consiste en aplicar un
borrador del test en un grupo diferente de la población de estudio, pero con
características similares a los participantes; con el fin de que a través de su
desarrollo se pueda identificar las opiniones a cada una de la preguntas, en este
caso, teniendo en cuenta la comprensión, claridad de redacción del ítem,
enunciado correcto, intención y pertinencia. Su formato de validación y la de los
demás instrumentos presentan valoraciones politómicas (de 0 a 5) y codificación
analógica verbal, es decir, a través de la escala tipo Likert en donde se
establece la gradación entre las categorías verbales de acuerdo/desacuerdo
(ver Anexos D).
La confiabilidad que es el grado en que un instrumento mide con precisión, es
decir, de ser capaz de ofrecer en su empleo repetido resultados veraces y
constantes en condiciones similares de medición, (Arribas, 2004, p. 27), se
comprueba a través del método estadístico alfa de Cronbach, que es el
promedio de las correlaciones entre los ítems que hacen parte de un instrumento
(Streiner, 2003, citado por Oviedo y Campo, 2005). Su valor, que oscila entre 0 y 1
se calcula a través de la siguiente ecuación:
∝=!
!!! 1 −
∑!"
!" (5)
52 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Donde K es el número de ítems; Vi es la varianza independiente y Vt es la
varianza del total. Hernández, Fernández y Baptista (2010) establecen los
siguientes rangos para los valores de confiabilidad de un instrumento con
respecto al alfa de Cronbach:
§ De -1 a 0: no es confiable
§ De 0.01 a 0.49: baja
§ De 0.5 a 0.75: moderada
§ De 0.76 a 0.89: fuerte
§ De 0.90 a 1: alta
La validez, definida como el grado en que los instrumentos miden aquello que
realmente pretende medir, (Arribas, 2004, p. 27), se realiza a través de la
valoración de investigadores y expertos, en este caso docentes y profesionales
del campo de la química (ver Anexo E), seleccionados dependiendo de su
conocimiento en la temática y características de cada instrumento. Para ello se
tienen en cuenta algunos criterios como redacción, extensión adecuada, buena
ortografía, lenguaje apropiado, intención y pertinencia de los ítems. Esta
evaluación se analiza a través del índice de Bellack y el coeficiente de validez V
de Aiken, que permiten cuantificar el acuerdo entre jueces.
El índice de Bellack se mide con la siguiente ecuación matemática:
𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠
(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠 + 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠)⋇ 100 (6)
Si el valor resultante del índice de Bellack es superior al umbral arbitrario del 80%,
se considera que el instrumento es válido y además confiable, (Delgado,
Colombo y Orfila, 2002).
El coeficiente V de Aiken se halla con la siguiente formula:
𝑉 = !
(! !!! ) (7)
Siendo S la sumatoria de Si; Si el valor asignado por el juez i; n el número de
jueces y C el número de valores de la escala de valoración. Se considera que el
Capítulo 5 53
instrumento es válido si el coeficiente V es igual o mayor de 0,7, (Soto y Segovia,
2009, p. 170).
4.3.2.6 Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de enseñanza y aprendizaje
Para propiciar el adecuado desarrollo de la actividades de experimentación y
simulación, se dispuso de algunos espacios físicos y virtuales, que permitieron
establecer las condiciones apropiadas para la enseñanza y aprendizaje de los
conceptos seleccionados.
En los escenarios físicos, se utilizaron las aulas o salones de las dos poblaciones de
estudio, el laboratorio de química y la sala de bilingüismo del colegio, que
dispone de computadoras. Por otra parte, el ambiente virtual se creó mediante
el uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), en donde se
usan computadoras, tablets, video beam y se emplea el software informático
para la enseñanza de conceptos de cinética química, Virtual LabCin.
Igualmente, se utiliza la plataforma virtual Génesis VLE, la cual permite administrar
y compartir toda clase de archivos a las computadoras de los estudiante desde
un solo ordenador, de tal forma que toda la información queda al alcance de
ellos.
4.3.3 Fases de Ejecución y Observación
La fase de ejecución incluye la aplicación de los instrumentos previamente
diseñados en la etapa anterior, así como también la puesta en marcha de la
estrategia didáctica.
Por otra parte, la fase de observación comprende el registro de lo que ocurre
antes, durante y después de la ejecución de la propuesta de acción, así como
también de su incidencia en la enseñanza y aprendizaje de las personas
implicadas. En la figura 4-3 se presenta el resumen de las actividades efectuadas
en esta fase.
54 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 4-4: Resumen de las actividades realizadas en las fases de ejecución y observación
4.3.3.1 Reconocimiento de ideas previas e introducción (Aplicación del pre-test)
Esta fase inicia con un ejercicio de diagnóstico, empleando como instrumento de
indagación de ideas previas, la aplicación del pre-test (Anexos A). Este se aplica
de forma física para el grupo de trabajo experimental (GTE), y de forma virtual
para el grupo de prácticas de simulación (GPS), a través de la plataforma
Génesis VLE. Los resultados del pre-test son tabulados, analizados y evaluados
para determinar el conocimiento que el alumno posee acerca de los conceptos
de los factores que afectan la velocidad de las reacciones. Igualmente la
prueba de diagnóstico tiene el objetivo de comparar el nivel de los estudiantes
de ambos grupos antes de aplicar las actividades de la estrategia, para medir si
son iguales o hay diferencia entre ellos que puedan incidir en los resultados.
Posteriormente, se hace una clase de introducción sobre el concepto de
reacciones químicas siguiendo la metodología de aprendizaje activo a través de
una demostración experimental para las dos poblaciones de estudio.
4.3.3.2 Desarrollo de actividades experimentales y uso del simulador “Virtual LabCin”
La dinámica de las clases tanto para el grupo de trabajo experimental como
para el grupo en donde se utilizó el simulador, está guiada respectivamente por
los 5 manuales de prácticas (Anexo B) y los 5 manuales de simulación (Anexo C),
en donde el docente y los estudiantes siguen cada uno de los pasos que
caracterizan tanto a las clases teóricas demostrativas y las actividades
interactivas del aprendizaje activo (Monroy, 2016):
Aplicación del pre-test.
Reconocimiento de ideas previas e
introducción
Antes
Desarrollo de
actividades experimentales y uso del
simulador
Durante
Aplicación de la prueba final (pos-test)
Después
Capítulo 5 55
a) Introducción y contextualización: pretende ubicar y situar a los estudiantes en
un contexto determinado. El docente describe el experimento y lo explica sin
proyectar el resultado.
b) Formulación de predicciones: los estudiantes deben registrar su predicción
individual, es decir lo que considera que va a suceder al ejecutar la situación
problema. El docente debe enfatizar que sus respuestas no se tendrán en cuenta
para la evaluación. Luego los estudiantes discuten sus predicciones en un grupo
de 3 compañeros, se designa a un relator quien registrará y expresará la
predicción final del grupo. Por último, el docente recoge verbalmente o por
escrito las predicciones de cada grupo
c) Actividad y observación: los alumnos y/o el profesor realizan la práctica
mostrando claramente los resultados.
d) Discusión: se pide a algunos estudiantes que describan los resultados y se
discutan en el contexto de la demostración para luego ser registrados como
resultados.
e) Síntesis: los estudiantes o el docente realizan una síntesis de los conceptos
involucrados en los resultados anteriormente analizados, para este se discuten
situaciones análogas con características que respondan al mismo concepto.
Cabe resaltar que cada uno de los pasos que se utilizan en el desarrollo de las
prácticas demostrativas e interactivas del aprendizaje activo, se caracterizan por
tener en cuenta el tiempo necesario que se requiere para su ejecución,
cumpliendo así con uno de los fundamentos de esta metodología: tratar de
aprovechar al máximo el espacio o lapso de tiempo en donde hay más atención
por parte del estudiante, (Prince, 2004, p. 4).
Los manuales de práctica y simulación establecidos por los 5 experimentos
anteriormente expuestos, están diseñados para que a partir del trabajo
experimental se haga uso de sustancias y materiales reciclables de fácil
56 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
obtención, mientras que su desarrollo virtual, se realice a través del simulador
“Virtual LabCin”.
4.3.3.3 Aplicación de la prueba final (pos-test)
Finalmente, se evalúa el desempeño de los dos grupos y el conocimiento
adquirido en el desarrollo de la estrategia didáctica por medio de un pos-test,
que consta de las mismas preguntas establecidas en la primera prueba, con el
objetivo de valorar todo un proceso.
4.3.4 Fase de Reflexión
Con el propósito de dar respuestas puntuales a la problemática de enseñanza y
aprendizaje de los conceptos de cinética química, se hace necesario establecer
un fase de reflexión que permita evaluar los resultados establecidos antes,
durante y después del desarrollo de la estrategia didáctica. Es importante
reconocer también, que una buena forma de valorar la práctica del docente,
en este caso en la enseñanza de los contenidos establecidos, es a través de la
evaluación del desempeño de los estudiantes y de los resultados que arrojaron
las pruebas presentadas. Esta última fase incluye el análisis general de la
propuesta y las conclusiones.
4.4 Plan de Análisis
El análisis de los datos se hace en su gran mayoría de manera descriptiva,
utilizando la comparación de los resultados que presentan los estudiantes de los
dos grupos.
Durante la realización de los talleres, se utiliza la observación secuencial como
método para identificar y describir de las actividades los principios reflejados en
el comportamiento de los estudiantes, concepciones presentes en la práctica,
metas de aprendizaje alcanzadas, características de interacción entre los
alumnos y los recursos o materiales utilizados en la clase y la relación entre el
contenido a desarrollar y el estudiante. Para su desarrollo se dispone de un diario
de campo en donde se escriben las opiniones y resultados, evidencia de fotos
Capítulo 5 57
para reconocimiento de las acciones de los alumnos, y un registro escrito de los
resultados y conclusiones de las actividades por parte de los estudiantes.
Posteriormente, corresponde evaluar la confiabilidad y validez lograda por los
instrumentos de medición y desarrollo de las actividades.
La etapa de estudio pre/pos-test requiere de un análisis descriptivo, a través de
la explicación detallada de las creencias, conceptos, características,
rendimiento y aprendizaje de los dos grupos en cada pregunta del cuestionario.
Esta se logra a través de la interpretación de las gráficas porcentuales y de
distribución que representan los resultados de las pruebas.
Para las dos secciones de estudio, se establece una escala de valoración que
permite estimar el desempeño y la competencia obtenida por los estudiantes en
el pre/pos-test. Su análisis estadístico se obtiene al calificar los resultados para
estas dos pruebas en el rango de 0 a 5, a través de la suma de los puntajes de
cada pregunta y clasificarlos teniendo en cuenta la tabla (4-4). De esta manera
también se realiza la comparación de los grupos de acuerdo al nivel de logro
alcanzado.
Tabla 4-4: Escala de valoración
Rango Desempeño Competencia
0-1 Deficiente No entiende ningún concepto acerca de los factores
que afectan la velocidad de las reacciones
químicas; ni los aplica en la resolución de problemas.
1,1- 2 No
satisfactorio
La comprensión de los conceptos acerca de los
factores que afectan la velocidad de las reacciones
químicas y su aplicación en la resolución de
problemas es escasa.
2,1- 3 Aceptable Manifiesta dificultades para relacionar los conceptos
de los factores que afectan la velocidad de las
reacciones químicas en situaciones problémicas.
3,1- 4 Satisfactorio
Comprende los conceptos acerca de los factores
que afectan la velocidad de las reacciones
químicas, pero tiende a confundirse cuando los
aplica en un problema.
58 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
4,1- 5 Muy
satisfactorio
Tiene un excelente dominio de los conceptos acerca
de los factores que afectan la velocidad de la
reacciones químicas, y los aplica en situaciones
problémicas.
Fuente: Creación propia
Finalmente se utiliza el método estadístico de diagramas de cajas y bigotes para
analizar la simetría, dispersión, la tendencia central de los valores obtenidos en las
pruebas de los dos grupos, y además poder comparar los resultados del pre-test
con los de la prueba final.
Por consiguiente, se utilizan diferentes estrategias y fuentes de información para
recolectar y contrastar los resultados (triangulación de datos), (Aguilar y Barroso,
2015, p. 74), establecidos de manera temporal, es decir que la información fue
recogida en distintas fechas, en un antes (aplicación de pre-test), durante
(desarrollo de actividades) y después (prueba final). La triangulación
metodológica es intramétodo, debido a la utilización de una única estrategia de
investigación, aunque aplica distintas técnicas de recogida y de análisis de datos
(Aguilar y Barroso, 2015, p. 74).
Capítulo 5. Resultados y Discusión
5.1 Fase de Planificación
La fase de planificación que incluye las actividades de diseño y elaboración de
los instrumentos para el desarrollo de la estrategia didáctica, fueron abordadas
en su mayoría en el capítulo anterior. Si embargo aún falta mencionar los
aspectos relacionados con la etapa de validación. Los resultados se muestran a
continuación.
5.1.1 Validación de los Instrumentos
La validación se hace de los tres instrumentos (test de ideas previas, los cinco
manuales de prácticas-simulación y el software o laboratorio virtual) que fueron
diseñados para la recolección de datos y el cumplimiento de los objetivos de la
investigación.
5.1.1.1 Prueba piloto y validación del test de ideas previas
Para la aplicación de la prueba de ensayo, se seleccionó de forma no aleatoria
al grado décimo “C” constituido por 30 estudiantes que no hacen parte de la
población de estudio, pero poseen características similares. En una primera
instancia se explica en que consiste la actividad, se entrega el formato de
validación del cuestionario (Anexo D) y se dan las respectivas instrucciones para
su desarrollo. Culminada esta primera parte, se le solicita a los alumnos que
resuelvan de forma sincera el test, y simultáneamente diligencien el formato de
validación en donde se debe de valorar cada una de las preguntas y hacer las
respectivas observaciones de acuerdo a dos criterios de evaluación:
60 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ Claridad de redacción de los ítems: las preguntas, respuestas y gráficos
utilizados son entendibles y tienen un lenguaje apropiado.
§ Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las
opciones de respuestas, facilitando que cada ítem evalúe un concepto en
específico.
Se realiza el análisis estadístico en Excel de las apreciaciones hechas por los
estudiantes para cada pregunta. El valor alfa de Cronbach es de 0,89, indicando
que la confiabilidad del instrumento es fuerte (Hernández, Fernández y Baptista,
2010), sin embargo, el coeficiente total de V de Aiken es de 0,71 y aunque este
revela que el cuestionario es válido para su aplicación, se tiene en cuenta los
valores individuales del coeficiente para cada una de las preguntas, pues se
registran algunos datos por debajo de 0,7. Estas apreciaciones fueron relevantes
para que después de compararlas con los registros hechos por los expertos, se
realizaran las respectivas modificaciones a los ítems.
Las observaciones de los estudiantes también fueron fundamentales para la
reestructuración del test (Anexo A). A continuación se presentan las opiniones
que se tuvieron en cuenta para la modificación del cuestionario:
§ E1 (Estudiante 1): “La pregunta 6 es muy extensa y no tiene un gráfico que
explique el enunciado”.
§ E2: “En la pregunta 10, se desconoce el significado de “detoxificar”, es una
palabra nueva para los estudiantes”.
§ E3: “La pregunta 13 tiene un enunciado muy extenso y confuso. No es clara y
no se entiende”.
El test fue evaluado por cinco jueces o expertos (docentes de química, ver
Anexo E), seleccionados por su experiencia, disponibilidad e imparcialidad. El
juicio de los expertos permitió verificar la idoneidad del instrumento gracias a su
opinión informada y de trayectoria en el tema de estudio. Según Escobar y
Cuervo, (2008), los jueces que participan en una validación son considerados
expertos cualificados que pueden dar información, evidencias, juicios y
valoraciones.
Capítulo 5 61
La evaluación del test por expertos, se hace teniendo en cuenta cinco criterios
(ver Anexo F): extensión adecuada, enunciado correcto y comprensible, buena
ortografía y uso del lenguaje apropiado, mide lo que pretende e induce a la
respuesta. De acuerdo a las recomendaciones, sugerencias y observaciones
hechas por los docentes para los ítems que según sus criterios debían ser
modificados se destacan los siguientes:
§ J1 (Juez 1): La pregunta 1, que hacía una comparación de la velocidad de
reacción para dos casos de reacciones químicas con condiciones
particulares, igual concentración pero diferente cantidad en cuanto a las
sustancias o especies reaccionantes, fue modificada por que tendía a crear
confusión entre la relación de velocidad de reacción y concentración,
atendiendo a la sugerencia de que “las concentraciones para este caso son
iguales, las velocidades son iguales, sólo que en el de menor cantidad se
termina primero, en la mitad del tiempo, pero no porque las velocidades sean
diferentes… es como ir en dos carros, uno Bogotá-Armenia, otro Bogotá-Cali, a
la misma velocidad, llega primero el de Armenia”. Esta pregunta se
reestructuró, cambiando la concentración para las dos condiciones.
§ J2: “En el enunciado de la pregunta 3 se aconseja cambiar la palabra “color”
por apariencia y aspecto, definiendo el término en paréntesis”. Se hizo el
respectivo cambio.
§ J1: “Debido a la extensión del enunciado de la pregunta 6, se recomienda
colocar una imagen que ilustre lo formulado. Se aconseja también revisar la
redacción de las opciones de respuesta, pues según las reglas de
construcción de ítems, deben quedar de extensión similar y no diferir mucho
en redacción; en este caso la clave C es diferente”. Este se soluciona
agregando la imagen en la pregunta y utilizando la palabra Apex para iniciar
la opción de respuesta C, al igual que las otras claves”.
§ J3: “En el ítem 7, revisar la redacción de las opciones de respuesta y prescindir
de la palabra “para”, se repite al iniciar las oraciones”. Se hace la respectiva
corrección.
62 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ J1, J3, J4: Cambiar la palabra “detoxificar” en la pregunta 11, debido a que es
un término desconocido para los estudiantes. Se hace la modificación,
añadiendo que los elementos químicos platino, rodio y paladio ayudan a
transformar de forma rápida los gases tóxicos a productos menos
contaminantes.
§ En vista de que no había ninguna pregunta que evidenciara la relación entre
la concentración y el tiempo de una reacción química en un gráfico, se
agregó la pregunta 14, y se eliminó el ítem número 13 del antiguo cuestionario,
debido a su extenso enunciado, falta de claridad y confusión en la redacción.
En el estudio estadístico hecho en Excel de las propiedades métricas de la escala
utilizada para evaluar el instrumento por parte de los expertos, se reporta un valor
de 1 para el alfa de Cronbach, ratificando la consistencia y confiabilidad del
cuestionario. En cuanto a la cuantificación del número de acuerdos entre jueces,
se tiene un valor de 0,86 para el coeficiente de validez V de Aiken, y un índice de
Bellack de 92,26%.
Al considerar que el valor del índice de Bellack y del coeficiente Aiken fue
superior al 80 % y al 0,7 respectivamente; se confirma que el test de ideas previas
es confiable y válido, y además permite la consecución de los objetivos de la
investigación.
5.1.1.2 Validación de los manuales de práctica y simulación
Los talleres utilizados para realizar las clases teóricas demostrativas y las
actividades interactivas del aprendizaje activo de forma práctica y simulada,
fueron evaluadas por cinco jueces expertos (docentes de química, ver Anexo E)
teniendo en cuenta los siguientes criterios: extensión adecuada, procedimiento
correcto y comprensible, buena ortografía, uso del lenguaje apropiado, mide lo
que pretende y el desarrollo pertinente del aprendizaje activo (Anexo F).
El juicio de expertos manifiesta algunas observaciones referentes a la redacción y
orden de acuerdo al proceso que identifica el aprendizaje activo, no obstante se
determina la aprobación y aplicación del instrumento.
Capítulo 5 63
Se reporta un alfa de Cronbach de 0,97, un índice Bellack de 94% y un
coeficiente Aiken de 0,92, lo que determina que los manuales de práctica y
simulación son confiables y válidos y por consiguiente se pueden aplicar en la
población de estudio con la confianza de conseguir resultados significativos que
respalden el objetivo principal de la investigación.
5.1.1.3 Validación del simulador “Virtual LabCin”
El laboratorio virtual fue sometido al juicio de 4 expertos (ver Anexo E),
seleccionados por su conocimiento en la temática y de las características del
instrumento. Los criterios que se tuvieron en cuenta para su evaluación involucra
el fácil manejo de las herramientas virtuales, la estética de la interfaz gráfica, la
ejecutabilidad de los experimentos, el realismo de los fenómenos y materiales
utilizados, lenguaje apropiado, la pertinencia de la temática y el uso correcto de
la metodología del aprendizaje activo (Anexo G).
En total se hicieron 14 modificaciones al lenguaje de programación del
laboratorio virtual atendiendo a las observaciones de los jueces y a su previa
ejecución. Estos arreglos se distribuyen en tres momentos distintos, en el cual se
consideraba que el simulador ya estaba listo para su aplicación; es decir que el
proceso de mejoramiento y adecuación del software se manifiesta en una
constante transformación.
A continuación se presentan las observaciones y modificaciones en orden
cronológico:
§ Problema al soltar un objeto (recipiente) en el área de trabajo, se mueve o se
sale del área.
§ Tiempos de reacción incorrectos para algunos experimentos.
§ J2: Dificultades al levantar el recipiente para vaciarse apenas se coloca sobre
otro. “Toca moverlo varias veces sobre éste para que se levante”.
§ Al ejecutar el simulador en una tablet no se dispone del teclado numérico
para escribir las cantidades que se requieren.
§ J9: Problemas al eliminar cualquier objeto.
64 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ J1: “En el experimento 1, falta colocar la temperatura para el agua fría, al
clima y caliente”.
§ Uso inadecuado de algunos términos en el procedimiento de los experimentos.
§ Mostrar diferencia entre las cantidades de volumen para las sustancias
cuando están en los recipientes; (se mira la misma cantidad así se agregue
menos).
§ J4: “En el experimento 4, mostrar la estructura en la que se encuentra el
azúcar, es decir en forma de cubo, pulverizada y en granos. Se podría colocar
en recipientes diferentes y mostrar la imagen de la forma en el frasco”.
§ En el experimento 5, no se consigue el resultado esperado (reacción química).
§ J9: Problema al colocar la bomba sobre la boca del balón volumétrico. “Toca
moverlo muchas veces para que funcione”.
§ En el experimento 3 en donde se agrega una pastilla de vitamina C en la
diferentes sustancias, se cambió agua por peróxido de hidrogeno al 50%,
debido a que la diferencia de tiempo entre la reacción de la vitamina C con
el agua y el vinagre es casi la misma.
§ J9: “Al pasar un recipiente cerca del otro, se levanta sin querer”.
§ J10: “Mejorar el aspecto del burbujeo para las reacciones químicas del
experimento 3”.
En el estudio estadístico, se obtiene un valor de alfa de Cronbach de 0,79, un
índice Bellack de 78,1% y un coeficiente Aiken de 0,81; en consecuencia y según
recomendaciones de los jueces que lo evaluaron, el instrumento podía ser
ejecutado en la investigación si se hacían los respectivos arreglos y
modificaciones anteriormente mencionados. Por consiguiente, se tomaron todas
las medidas pertinentes para la reestructuración del programa, con el objetivo
de brindarle confiabilidad y validez al instrumento.
Capítulo 5 65
5.2 Fases de Ejecución y observación
Estas dos fases incluyen las actividades de reconocimiento de ideas previas,
introducción a la temática, el desarrollo de los talleres de experimentación y
simulación, y la aplicación de la prueba final.
5.2.1 Reconocimiento de Ideas Previas (Aplicación del Pre-Test)
5.2.1.1 Análisis de los resultados del pre-test
A continuación se muestra el análisis de la información que se obtuvo en el test
de ideas previas (Anexo A), así como también la comparación del rendimiento
de las dos secciones (GTE y GPS). El objetivo de su aplicación fue el de
determinar el nivel de conocimiento de los estudiantes en relación con la
cinética química.
Pregunta 1.
Figura 5-1: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pre-test)
En las gráficas se muestra un porcentaje representativo (44% y 42%
respectivamente) en las dos secciones para la opción A que es la respuesta
correcta, por tal motivo se puede deducir que los estudiantes tienen vagas
nociones acerca de la relación directa, existente entre la concentración de los
reactivos con la velocidad de una reacción. De igual modo, se evidencia un
porcentaje considerable (39% y 46% respectivamente) para la opción C, en
donde se estima que los alumnos creen en la idea de una dependecia entre una
cantidad mayor o volumen superior de los reactivos con la velocidad de una
reacción (Wheeler & Kass, 1978), dando a conocer la influencia de este error
conceptual en los dos grupos.
A
44%
B
17%
C
39%
Pregunta 1 - GTE
A
42%
B
12%
C
46%
Pregunta 1 - GPS
66 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Pregunta 2.
Figura 5-2: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pre-test)
Un buen porcentaje de estudiantes de las dos secciones (58% y 39%
respectivamente) que respondieron la opción correcta B, demuestran tener
cierta percepción de la relación inexistente entre la forma del recipiente que
contiene los reactivos y la velocidad de una reacción; aunque se muestra mayor
dominio en el GTE. Así pues, este porcentaje de estudiantes analiza los datos de
forma adecuada y comprende los dos conjuntos de condiciones. Por otra parte,
se evidencia un porcentaje significativo para la opciones A y C en los dos grupos,
quienes admiten la concepción errónea de vincular la velocidad de una
reacción química con la forma ancha y angosta del recipiente que contiene los
reactivos; no obstante se observa un valor superior del 61% en total para el GPS,
en comparación con el 42% del total de estudiantes del GTE en donde también
impera este errado preconcepto, lo que indica que el GPS presenta una mayor
dificultad para interpretar la pregunta y reconocer la importancia de la
concentración en la velocidad de una reacción química.
Pregunta 3.
Figura 5-3: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pre-test)
A
20%
B
58%
C
22%
Pregunta 2 - GTE A
19%
B
39%
C
42%
Pregunta 2 - GPS
A
25%
B
53%
C
19%
Anulada
3%
Pregunta 3 - GTE
A
39%
B
38%
C
23%
Pregunta 3 - GPS
Capítulo 5 67
En los dos grupos se muestra un porcentaje menor para la opción correcta C
(19% y 23% respectivamente), es decir que solo una pequeña cantidad de
estudiantes reconoce la influencia del incremento de la temperatura en la
velocidad de una reacción química. Para el GTE, el 53 % de los estudiantes, no
tiene claro el concepto de temperatura y su función en la cinética química, al
igual que el 38% del GPS. El otro porcentaje de estudiantes (25% y 39%
respectivamente) tiene la concepción errónea de que las bajas temperaturas
determinan que una reacción química suceda de forma más rápida. Lo que
sugiere que durante el desarrollo de la estrategia, se debe de reforzar estos
conceptos en donde los estudiante presentan dificultades, a través de ejemplos
prácticos.
Pregunta 4.
Figura 5-4: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pre-test)
Se evidencia un alto porcentaje para las respuestas C y D en las dos secciones,
debido a tres posibles hipótesis. En primer lugar, por desconocimiento del
concepto de energía de activación y de su estimada influencia en la velocidad
de una reacción química; en segundo lugar, debido a esta falta de
comprensión, los estudiantes se ven forzados a responder la clave D, porque es la
que mejor se acomoda a sus juicios, preconcepciones y nada tiene que ver con
la noción principal de la pregunta, y en tercer lugar, como lo manifiesta
Gussarsky & Gorodetsky (1988), se confunde la energía de activación con la
temperatura. Por otro lado, la respuesta correcta que es la clave A, presenta un
bajo porcentaje, 19% y 31% para los dos grupos respectivos, considerando que
esta pequeña fracción de estudiantes entiende el concepto de energía de
A
19%
B
14%
C
28%
D
39%
Pregunta 4 - GTE A
31%
B
8% C
23%
D
38%
Pregunta 4 - GPS
68 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
activación, al asumir que se necesita de una mínima energía para que se
produzca la reacción química.
Pregunta 5.
Figura 5-5: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pre-test)
La gráfica muestra un porcentaje considerable (50%) para la respuesta correcta
C en el GTE, lo que indica que probablemente, aun desconociendo el concepto
de la influencia del grado de particulación de los reactivos en la velocidad de
una reacción química, los estudiantes presentan ideas previas construidas a partir
de su propia experiencia cotidiana que permiten comprender de forma correcta
el fenómeno presentado en el ítem. Igualmente, el GPS, aunque con un
porcentaje menor (38%) interpreta de forma adecuada el enunciado y las
opciones de respuesta de la pregunta. También se presenta un porcentaje
significativo para la opción B (30% y 38% respectivamente) en los dos grupos, lo
que demuestra que los estudiantes incluidos no interpretaron de forma
apropiada la pregunta, fijándose solamente en las condiciones que presentan los
dos procesos químicos manifestados.
Pregunta 6.
Figura 5-6: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pre-test)
A
3% B
30%
C
50%
D
14%
Anulada
3%
Pregunta 5 - GTE A
12%
B
38%
C
38%
D
12%
Pregunta 5 - GPS
A
31%
B
5% C
17%
D
47%
Pregunta 6 - GTE
A
35%
B
12%
C
15%
D
38%
Pregunta 6 - GPS
Capítulo 5 69
Existe una cantidad relevante de estudiantes en las dos secciones que
contestaron la respuesta correcta D. Esto implica que el 47% y 38% de los dos
grupos respectivos reconoce las unidades de medida establecidas en el ítem, las
relaciona con la concentración e interpreta su efecto en la velocidad de la
reacción química. Por otro lado, se muestra un grupo considerable de respuestas
de estudiantes que suponen que el porcentaje establecido en el enunciado
hace referencia a la pureza de la solución de ácido y además aún se manifiesta
la concepción de que existe una dependencia entre la cinética química y el
volumen de los reactivos que participan en la reacción.
Pregunta 7.
Figura 5-7: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pre-test)
Las gráficas muestran las múltiples opiniones de los estudiantes en las dos
secciones; esto pone en manifiesto el desconocimiento de la teoría que explica
en términos de partículas la influencia de la temperatura en la velocidad de las
reacciones químicas. En el GTE se observa un mayor porcentaje en la respuesta D
(36%), que alude al hecho de asociar las colisiones con la adición de reactivos
que actúan como conservantes; no obstante, el GPS, presenta un valor superior
en la opción B (43%), indicando que se desconoce el concepto de una reacción
química, debido a que es la única opción que ejemplifica ser un cambio físico;
mientras que la respuesta correcta C no recibe un muy buen porcentaje en los
dos grupos, ratificando la falta de conocimiento en asociar la teoría de las
colisiones con la temperatura.
A
20%
B
19% C
25%
D
36%
Pregunta 7 - GTE A
19%
B
43%
C
19%
D
19%
Pregunta 7 - GPS
70 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Pregunta 8.
Figura 5-8: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pre-test)
Se evidencia, que hay un porcentaje considerable en los dos grupos para cada
una de las opciones de respuestas. La heterogeneidad de los datos y el bajo
porcentaje en la respuesta correcta D (28% y 27% respectivamente), indica que
no existe un conocimiento claro del concepto de velocidad de una reacción, en
consecuencia, prevalece la idea alterna de relacionarla con el tiempo en que
dura un proceso en cambiar o transformarse, tal cual, como lo aseguran
Hackling & Garnett, (1985); Cakmakci, 2005 y Cakmakci, 2010a.
Pregunta 9.
Figura 5-9: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pre-test)
La mayoría de los estudiantes de los dos grupos (39 % y 42% respectivamente)
asocian que la velocidad de la reacción química de cada uno de los metales
que se presenta en el enunciado del ítem, se debe a la temperatura establecida.
Esta relación alude al hecho de considerar el desprendimiento de hidrógeno al
consumirse el metal en el ácido.
En vista de que el enunciado representa de forma clara las condiciones para
cada uno de los metales y debido a la elección de las diferentes opciones de
respuesta por parte de los estudiantes, se establece que el bajo rendimiento en
A
33%
B
31%
C
8%
D
28%
Pregunta 8 - GTE
A
15%
B
27% C
31%
D
27%
Pregunta 8 - GPS
A
14%
B
39% C
25%
D
22%
Pregunta 9 - GTE
A
16%
B
42%
C
15%
D
27%
Pregunta 9 - GPS
Capítulo 5 71
esta pregunta y en la opción correcta D, es causado por la falta de comprensión
y análisis de los datos suministrados en el problema, así como también del
desconocimiento del concepto e influencia de los factores que afectan la
velocidad de una reacción química (Tastan et al., 2010).
Pregunta 10.
Figura 5-10: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pre-test)
Se observa un notorio porcentaje en la respuesta correcta D en las dos secciones
(58% y 46% respectivamente), indicando que cuando la pregunta problema
presenta de forma explícita la temperatura con sus unidades, los estudiantes son
capaces de analizar su dependencia directa con la velocidad de una reacción
química. El resto de porcentaje que se distribuye en las otras opciones de
respuesta, se debe a la mala interpretación del ítem, porque aunque el
enunciado indica que existe una relación entre la velocidad y la temperatura, los
estudiantes marcan las opciones incorrectas B y C; e igualmente al considerar
por ejemplo que cuando la temperatura es mayor la reacción ocurre más lento.
Pregunta 11.
Figura 5-11: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pre-test)
A
14%
B
17%
C
11%
D
58%
Pregunta 10 - GTE A
27%
B
19%
C
8%
D
46%
Pregunta 10 - GPS
A
17%
B
44%
C
6%
D
33%
Pregunta 11 - GTE A
0% B
23%
C
12% D
65%
Pregunta 11 - GPS
72 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
En el GTE, hay un porcentaje significativo (44%) para la clave correcta B, lo que
indica que aunque los estudiantes desconocen el concepto y la función de un
catalizador en una reacción química, se hace un análisis apropiado del contexto
de la pregunta y por descarte se elige la respuesta correcta. También se
evidencia un valor menor pero relevante en la opción D (33%), dando a conocer
que existe un error conceptual de concentración, tal y como se explicó en el
ítem 1 y 6.
Caso contrario ocurre en el GPS, en donde la mayor cantidad de respuestas se
incluyen en la opción D (65%), ratificando la existencia de la idea alternativa que
tienen los estudiantes de la incidencia de la concentración, mientras que la
opción correcta B recibe un porcentaje no muy apropiado, indicando que la
gran mayoría de estudiantes de este grupo no tienen claro el concepto y las
características de un catalizador.
Pregunta 12.
Figura 5-12: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pre-test)
Al igual que el análisis del ítem 11, se evidencia que los estudiantes no tienen
conocimiento de la influencia de los catalizadores en la cinética química. De
modo que al desconocer su intervención en la energía de activación de la
reacción, los estudiantes no tienen en cuenta la respuesta correcta C (11% y 12%
respectivamente) y optan por elegir las alternativas que se acomodan a sus
preconcepciones, como por ejemplo involucrar la temperatura y relacionarla
con el catalizador, que fue la opción que tuvo más porcentaje en los dos grupos
(42%).
A
25%
B
42%
C
11%
D
22%
Pregunta 12 - GTE
A
23%
B
42%
C
12%
D
23%
Pregunta 12 - GPS
Capítulo 5 73
Pregunta 13.
Figura 5-13: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pre-test)
En este ítem se ratifica el desconocimiento y la existencia de los errores
conceptuales en los estudiantes acerca de los factores que afectan la velocidad
de las reacciones químicas. La pregunta consistía en analizar ciertas
afirmaciones, y elegir las correctas. Según los resultados se observa un alto
porcentaje en la opción D para los dos grupos (53% y 42%), lo cual indica que se
confirma la inconsistencia al tratar de relacionar la velocidad de las reacciones
con la concentración de los reactivos y la presencia de los catalizadores. Por otro
lado, en la respuesta correcta A, se muestra un porcentaje que revela un
rendimiento regular para esta pregunta.
Pregunta 14.
Figura 5-14: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pre-test)
El ítem 14 evalúa la representación gráfica del concepto de la velocidad de una
reacción química al igual que el mecanismo establecido cuando se relaciona el
cambio de concentración de los reactivos al transcurrir un tiempo determinado.
Esto indica que la mayoría de los estudiantes de los dos grupos no tiene
conocimiento de esta dependencia y el esquema que lo constituye. En
A
30%
B
14% C
3%
D
53%
Pregunta 13 - GTE A
23%
B
16%
C
19%
D
42%
Pregunta 13 - GPS
A
17%
B
20%
C
19%
D
44%
Pregunta 14 - GTE
A
27%
B
8%
C
15%
D
50%
Pregunta 14 - GPS
74 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
consecuencia, se elige las opciones de respuestas que presentan inconsistencias
y se alejan de lo teóricamente correcto. Solo el 17% y el 27% de las dos secciones
respectivas, contesta de forma acertada, asumiendo que este grupo de
estudiantes también desconoce esta concepción.
5.2.1.2 Análisis del pre-test considerando el nivel de desempeño
En la tabla (5-1) y en la figura (5-15) se muestran los resultados del test de ideas
previas teniendo en cuenta el rango de calificación, la distribución de
estudiantes (F) y el porcentaje establecido para los dos grupos.
Tabla 5-1: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos
Rangos GTE GPS
F % F %
0-1 3 8,33 5 19,23
1,1-2 21 58,33 14 53,85
2,1-3 12 33,33 7 26,92
3,1-4 0 0,00 0 0,00
4,1-5 0 0,00 0 0,00
Total 36 100 26 100
Media 1,7 1,5
Figura 5-15: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos
grupos
8,33
58,33
33,33
0,00 0,00
19,23
53,85
26,92
0,00 0,00 0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0-‐1 1,1-‐2 2,1-‐3 3,1-‐4 4,1-‐5
Porc
en
taje
(%
)
Rango de calificación
GTE GPS
Capítulo 5 75
Según los resultados del test de ideas previas en el GTE el nivel de logro
alcanzado fue un poco mayor que el GPS, con una diferencia considerable en el
rango 1,1-2 y 2,1-3, de 4,49% y 6,41% respectivamente. Por tanto, los
conocimientos previos de la mayoría de estudiantes de los dos grupos están en la
escala no satisfactorio, es decir que la comprensión de los conceptos acerca de
los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas y su aplicación
en la resolución de problemas es escasa. Por otra parte se muestra un porcentaje
significativo en la escala aceptable, reportando un valor del 33,33 % en el GTE y
del 26,92% en el GPS, asumiendo que estos estudiantes presentan dificultades
para relacionar los conceptos en situaciones problémicas.
5.2.1.3 Análisis del pre-test considerando la distribución de los resultados
La figura 5-16 presenta información acerca de la tendencia central, simetría y
dispersión de las respuestas del pre-test de los dos grupos
Figura 5-16: Distribución de resultados del pre-test de los dos grupos
§ Los diagramas muestran que para el GPS, la caja y los bigotes son más largos,
lo que indica que la distribución de los valores es más disperso que en el GTE.
§ El GTE presenta una menor distribución en el rango intercuartílico (longitud de
la caja), lo que implica que el 50% central de la población está comprendida
en 2 valores, es decir, que tienen un acierto de 4 a 6 preguntas; mientras que
el GPS presenta una escala de 2,75.
§ Se observa que en el GPS los datos en el rango intercuartílico se extienden
4
3
1
0
5
4
7
8
6 5,75
0
2
4
6
8
10
Pre-‐test GTE Pre-‐test GPS
76 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
hacia arriba de la mediana (4) (punto medio de la caja que coincide con el
valor del segundo cuartil), es decir que las respuestas comprendidas entre el
50% y el 75% de la población está más dispersa que entre el 25% y el 50%,
aunque se puede señalar que en términos generales presenta una distribución
simétrica, puesto que hay igual concentración de datos a ambos lados de la
mediana.
§ El bigote inferior para el GTE es más largo, lo que a su vez, sugiere una mayor
dispersión de las respuestas hacia los valores más bajos, es decir presenta
mayor distribución para los estudiantes que tienen de 1 a 4 respuestas
correctas, esto es del 0 al 25%. Así pues, se observa que la mediana está más
cerca del lado superior de la caja (valores más altos), lo que implica que el
25% de aquellos estudiantes que tienen datos entre el tercer cuartil y el valor
máximo ocupan un menor tramo en la escala. Por consiguiente la distribución
para este caso es asimétrica negativa sesgada a la izquierda.
Este análisis de los resultados del pre-test, considerando el diagrama de caja y
bigotes de la figura 5-16, permite identificar en forma general dos aspectos
importantes para las dos secciones que participan en esta investigación (GTE y
GPS). El primer aspecto es que los grupos presentan ideas ingenuas sobre el
concepto de cinética química, debido a que ningún estudiante obtuvo un
resultado de más del 60% favorable, pues de 14 preguntas el máximo puntaje
para el GTE fue de 7 respuestas correctas y en el GPS fue de 8; además hay
estudiantes con puntajes muy bajos, en donde sólo se responde correctamente
una sola pregunta como es el caso del GTE, e incluso la existencia de un puntaje
de cero para un estudiante del otro grupo. Como segundo aspecto se tiene que
los grupos son relativamente homogéneos debido a que el rango intercuartílico
del GTE es de 2 y el de GPS es de 2,75, sin embargo en este último grupo hay una
dispersión particular en aquellos que están por encima de la media (asimetría = -
0,625). Todo lo anterior trae como conclusión que la respectiva estrategia
didáctica que se aplica a los dos grupos es pertinente para comparar el grado
de eficiencia de cada una de ellas, ya que se parte del hecho de que son
grupos similares y con ideas ingenuas sobre el concepto de cinética química; por
Capítulo 5 77
lo tanto el pos-test sería un buen indicador para comparar cuál es la versión de la
estrategia didáctica que mejor se adapta para el aprendizaje de dichos
conceptos.
5.2.2 Introducción a la Temática
Como resultado del diagnóstico y exploración de las ideas alternativas de los
estudiantes, y considerando el reconocimiento de errores conceptuales que
pudieran llegar a influir en el aprendizaje de la temática establecida, se hizo
necesario recapitular y fortalecer las nociones que se tiene de las reacciones
químicas y de sus características. Para ello, se decidió emplear la metodología
propia del aprendizaje activo.
Se realizaron dos actividades experimentales, llevadas a cabo por el docente en
los dos grupos, que posibilitaron en primer lugar establecer diferencias entre los
cambios químicos y físicos, así como también permitir que los estudiantes
comenzaran a conocer cada uno de los pasos del enfoque de enseñanza que
se emplearía en las clases.
5.2.2.1 Actividad: “El poder del corcho”
La primera actividad se designó como “el poder del corcho”, que consistía en
agregar una cantidad determinada de alcohol en una botella de gaseosa, se
agitaba y posteriormente se tapaba con un corcho, el cual se le había
introducido una aguja utilizada para inflar balones y esta a su vez estaba
conectada a una bomba para bicicleta. Finalmente, se bombeaba aire hasta
asegurar que la presión interna fuera alta y luego se retiraba el corcho.
La clase inicia con la explicación de los materiales que se iban a utilizar en la
experimentación así como también del procedimiento llevado a cabo. Luego se
dio lugar al planteamiento de las predicciones individuales y grupales teniendo
en cuenta la siguiente pregunta: ¿qué ocurrirá en el interior del recipiente antes y
después de retirar el corcho?. Las respuestas más influyentes en los estudiantes
hacían referencia a que antes de retirar el corcho la presión interna de la botella
78 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
iba a aumentar haciendo que se inflara, y que después de retirar el corcho la
botella estallaría o reduciría su volumen.
Posteriormente se dio paso a la realización de la demostración, exponiendo
claramente los resultados, que luego se sintetizaron, se discutieron y se
extrapolaron con los conceptos científicos (evaporación, presión y su relación
con la temperatura, cambio químico y físico, condensación y formación de
nubes) a partir de preguntas orientadoras y teniendo como base las predicciones
de los estudiantes. A continuación se muestran los cuestionamientos utilizados en
la fase de síntesis:
§ ¿Qué sucede dentro del recipiente cuando agregamos aire?, ¿qué nombre
recibe este término en física?.
§ ¿Qué relación tiene con la temperatura?, ¿directa o inversa?.
§ ¿Qué le sucede al alcohol cuando se deja reposar en el recipiente y luego se
agita?, ¿lo que se forma dentro del recipiente en qué estado se encuentra?, ¿
hubo un cambio de estado?, ¿cuál?. En la vida real ¿en dónde se puede
observar este cambio de estado?.
Finalmente son los mismos alumnos quienes definen que el fenómeno presentado
en la práctica hace referencia a la condensación, un cambio físico asociado a
la realidad cotidiana, ocasionado por la influencia de la presión y la
temperatura.
5.2.2.2 Actividad: “La botella mágica”
Posteriormente, se realiza un segundo experimento denominado “La botella
mágica”, que consistía en agregar en una botella pequeña de vidrio 30 mL de
agua oxigenada al 50%, 20 mL de jabón líquido y finalmente adicionar 4 gramos
de yoduro de potasio (figura 5-17). Al igual que la actividad anterior, se desarrolló
todo el proceso metodológico y la discusión giró en torno a la pregunta
problematizadora: ¿qué ocurrirá en el interior de la botella cuando se agrega el
yoduro?. La mayoría de las predicciones de los estudiantes coincidieron con el
hecho de que el contenido de la botella iba a cambiar de color, aunque
también hubo opiniones en donde aseguraban que se iba a presentar
Capítulo 5 79
efervescencia y una reacción explosiva. Después de realizar la demostración, los
estudiantes discutieron el tema enfocándose en preguntas orientadoras, que
encaminaron la opinión de los estudiantes a definir el concepto de una reacción
química, sus características, su conformación e inclusive a dar ejemplos de estos
cambios en la naturaleza. Estos fueron los cuestionamientos utilizados en la fase
de síntesis:
§ ¿Qué sucede cuando se agrega el KI en la botella que contiene agua
oxigenada y jabón líquido?, ¿Las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se
forma algo nuevo?, ¿Qué sucede?.
§ Después de agregar el KI y tocar el recipiente ¿Cómo se siente este?, ¿qué
indica?.
§ Además de esa evidente formación ¿se observó algo más?
§ Finalmente ¿cómo se le puede llamar a este proceso?.
Es importante tener en cuenta que una de las particularidades del aprendizaje
activo, es permitir que el mismo estudiante sea quien construya su propio
conocimiento, en consecuencia, durante el proceso de aprendizaje el docente
no puede dar a conocer los resultados ni definir ningún concepto, puesto que su
rol se limita a orientar la creación de ideas a través de contrapreguntas.
Figura 5-17: Desarrollo del experimento "La botella mágica"
80 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.2.3 Desarrollo de Actividades Experimentales y Uso del Simulador
Esta fase comprende la aplicación de los manuales de práctica y simulación
para las dos secciones (GTE y GPS respectivamente). Cada estudiante disponía
de los formatos (Anexos B y C) establecidos para el desarrollo de las clases, los
cuales debían de resolver y entregar al finalizar todas las actividades para que
pudieran ser evaluados.
5.2.3.1 Actividad 1: Efecto de la temperatura
5.2.3.1.1 Trabajo experimental
Este taller experimental se desarrolló en el laboratorio de química de la institución,
siguiendo la metodología de las prácticas interactivas del aprendizaje activo, en
donde los estudiantes realizan la práctica.
La actividad inicia dando a conocer el título de la práctica –el carácter de una
pastilla-, los materiales que se iban a utilizar y una breve descripción del
experimento sin proyectar el resultado. Luego, se da paso a las predicciones
individuales y grupales, en donde se discutieron con 3 compañeros las preguntas
propuestas. Los estudiantes coincidieron en las siguientes respuestas:
§ Predicción 1:
E4 (estudiante 4): “El agua cambia de color, se oscurece cuando se agrega la
aspirina”.
E5: “Salen burbujas (efervescencia) y gas del agua. La aspirina se disuelve”.
§ Predicción 2:
E4: “La aspirina se disuelve más rápido en el vaso que tiene el agua caliente”.
Posteriormente los estudiantes en grupo de 3 compañeros realizan la práctica
(Figura 5-18), nombran un relator quien describe los resultados y los discute en el
contexto de la demostración.
Capítulo 5 81
Figura 5-18: Trabajo experimental del efecto de la temperatura
La síntesis de los conceptos involucrados se realiza con los siguientes
cuestionamientos:
§ Según los resultados de la mayoría de los grupos, se dice que cuando se
agrega la aspirina en el agua de los vasos hay un cambio de color y salen
burbujas, ¿las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se forma algo
nuevo?, ¿Qué sucede?, ¿cómo se le conoce a este proceso?.
§ En los resultados se afirma que las aspirinas se disuelven en el agua, ¿se
disuelven todas al mismo tiempo?, ¿cuál lo hace primero?.
§ ¿Por qué la aspirina se disuelve más rápido en el vaso con agua caliente?.
§ Hablando en términos de partículas, ¿cuál es el comportamiento de las
moléculas en el agua fría, al clima y caliente?.
§ ¿Cómo se le llama al factor que influye en este proceso?.
A través de estas preguntas, los estudiantes logran determinar, en primer lugar,
que se presenta una reacción química y se recuerdan sus características.
Igualmente se permite identificar el concepto de cinética química asociado a la
velocidad de una reacción y a la teoría de las colisiones. Para su mayor
comprensión, se utiliza la siguiente analogía: para ello se utiliza tres bolsas de
plástico transparentes, que contienen una cantidad igual y considerable de
bolitas pequeñas de icopor. Se entrega las bolsas a tres estudiantes, y se les
solicita que el primero sople en su interior de forma suave, el segundo un poco
más fuerte y el tercero lo haga de forma violenta, con el propósito de observar el
movimiento de las bolitas en cada situación. Con esta extrapolación se logra
82 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
explicar las 3 condiciones principales de la teoría de las colisiones para que se
produzca una reacción química: (1) las moléculas tienen que chocar entre sí, (2)
las colisiones deben de producirse con energía suficiente y (3) el choque debe
tener una orientación adecuada. Asimismo los estudiantes logran entender el
efecto de la temperatura en el comportamiento de las moléculas de agua en los
tres vasos (frío, al clima y caliente) y además consiguen asociarlo con la
velocidad de la reacción. A continuación se muestra la respuesta dada por una
estudiante para los resultados de la práctica:
E4: “En el recipiente con agua caliente se consume más rápido la aspirina, ya
que las moléculas están más alteradas y tienen mayor movimiento, lo cual hace
que hayan choques más violentos y debido a esto la reacción es más rápida”.
Finalmente, se utiliza una analogía visual (Figura 5-19) como estrategia para
comprender el concepto de energía de activación y de los cambios de entalpia
en una reacción química. En este caso la representación gráfica realizada en el
tablero facilitó su explicación, no solo por su semejanza, sino por su estructura.
Esta consistía en utilizar la analogía con las curvas de altimetría de la geografía
de la vía Suaza-Florencia, utilizada por los ciclistas para hacer deporte. En ella se
analizó el comportamiento de un ciclista cuando sube y desciende por la
cordillera.
Figura 5-19: Analogía, curva de altimetría - energía de activación
Fuente: Creación propia. [Figura]. Modificada el 23 de Enero de 2017 con base al libro: Tovar, M. (2005).
Encuentros de educación superior y pedagogía. Universidad del Valle.
Capítulo 5 83
Para que el ciclista llegue a su destino final, debe de superar la altura a la que se
encuentran las montañas, y para ello es preciso tener la suficiente energía en los
músculos de las piernas y la orientación adecuada de la bicicleta. Si las
montañas son bajas, cualquier persona puede subirla y bajarla, porque la altura
es pequeña; pero si la cordillera es muy alta, sólo podrán superarla los más
capacitados. Algo similar ocurre en las reacciones químicas. Sólo aquellas
moléculas que choquen con la energía suficiente de forma que puedan romper
y formar enlaces, se convertirán en productos. A esta energía se le conoce como
energía de activación, y gráficamente se podría comparar con la altura de la
cordillera que tiene que superar el ciclista.
5.2.3.1.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”
En esta actividad se hace uso de las tablets que dispone la institución, en donde
previamente se había instalado el simulador (Figura 5-20). Su desarrollo
compromete la aplicación metodológica de las prácticas interactivas del
aprendizaje activo.
En primer lugar, se menciona el título de la práctica y los materiales a utilizar.
Luego, a través de un video beam se da a conocer la plataforma del simulador,
las instrucciones del uso de las herramientas y el procedimiento de la simulación.
Las predicciones más influyentes en los estudiantes fueron las siguientes:
§ Predicción 1:
E6: “Espero ver como se disuelve la aspirina en cada uno de los vasos, creo que
se creará un efecto burbujeante”.
E7: “En el vaso 1(agua ambiente) la aspirina se disuelve en un tiempo más rápido;
en el vaso 2 (agua caliente) al igual que en el vaso 1, la aspirina se disuelve pero
a una velocidad más rápida, debido a la temperatura del agua, y en el vaso 3
(agua fría) la disolución de la aspirina será un poco más lenta que la de los vasos
anteriores. En los tres recipientes salen burbujas”.
§ Predicción 2:
E6: “Se disolverá más rápido en el vaso con agua caliente, luego en el vaso con
agua al clima y por último en el vaso con agua fría”.
84 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 5-20: Taller de simulación, efecto de la temperatura
Los estudiantes realizan la simulación a través del laboratorio virtual, observando
lo que sucede en el experimento (Figura 5-21). Luego se utilizan las mismas
preguntas orientadoras de la práctica experimental, con el propósito de
identificar el concepto de cinética química y velocidad de las reacciones. De
igual modo se emplea la analogía experimental de las bolsas con las bolitas de
icopor; este permitió interactuar de forma práctica con el comportamiento
molecular de las sustancias que participan en una reacción; una actividad
necesaria y relevante para que los estudiantes comprendieran a través de la
teoría de las colisiones lo que ocurre en una reacción química y el efecto de la
temperatura en su velocidad. A continuación se muestra la respuesta dada por
una estudiante para los resultados de las dos actividades:
E6: “En el vaso con agua caliente, la aspirina se disolvió más rápido, hubieron
más choques por la temperatura. En el vaso con agua al clima, la aspirina se
disolvió un poco más lento, hubo menos choques o colisiones entre las partículas.
En el vaso con agua fría, los choques fueron menos, por la temperatura del
agua”, ”La aspirina se consumió más rápido en el vaso con agua caliente, ya
que a mayor temperatura, más rápida será la reacción. Esto se debe a la
energía cinética de las partículas”.
Capítulo 5 85
Figura 5-21: Resultados de la simulación, efecto de la temperatura
Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.
Por último, se proyecta a través del video beam la representación gráfica de la
curva de altimetría como analogía visual para comprender el concepto de
energía de activación.
5.2.3.2 Actividad 2: Efecto de la concentración de los reactivos
5.2.3.2.1 Trabajo experimental
Esta actividad se realizó en el laboratorio de la institución teniendo en cuenta la
metodología de las prácticas interactivas del aprendizaje activo.
Las predicciones más destacadas de los estudiantes fueron las siguientes:
§ Predicción 1:
E8: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la
tintura de yodo+agua, esta se vuelve de color anaranjado”
E9: “Cambiará de color o seguirá normal solo que se produce una nueva
sustancia”
E10: “Hay un aumento de volumen al mezclar las dos sustancias, esta se rebosa,
sale burbujas y se produce un gas”
§ Predicción 2:
E9: “Cuando se agrega el contenido del vaso 2 en el 1, hay un cambio de color,
se pondrá caliente, saldrá espuma y botará gas”
E10: “La sustancia se rebosa y cambia de color”
Agua a temperatura ambiente
Agua caliente Agua fría
Cronómetro
86 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Figura 5-22: Taller práctico, efecto de la concentración
Después de que los estudiantes realizan la práctica (Figura 5-22), la fase de
síntesis de conceptos gira en torno a las siguientes preguntas orientadoras:
§ ¿Que sucede en la primera parte del experimento?, según las predicciones y
resultados de los grupos se dice que se forma una nueva sustancia, ¿cómo se
le conoce al proceso en donde sucede esto?, ¿cuáles son sus características?.
§ Según los resultados observados en la segunda parte del experimento se
presenta un cambio de color ¿a qué se debe?, cuando se repite el
experimento con agua oxigenada al 50% ¿tarda lo mismo?, ¿en cuál de los
dos cambia más rápido?, ¿a qué se debe?.
§ Si hablamos en términos de partículas, ¿Cómo sería el comportamiento de las
moléculas en los dos instantes de la práctica cuando se agrega peróxido de
hidrógeno al 4% y al 50%?.
§ ¿Cómo se le llama al factor que influye en este proceso?.
La mayoría de estudiantes contestan de forma correcta a la primera pregunta,
asegurando que en las dos etapas del experimento se producen reacciones
químicas, debido a que se presenta un cambio de color y se forman nuevas
sustancias con características propias que antes no estaban. En los siguientes
cuestionamientos las respuestas no son las más acertadas, pues los estudiantes
tienen la idea de que la reacción química con el peróxido de hidrógeno al 50%,
se produce más rápido porque hay mayor volumen, más cantidad, o el reactivo
es más puro, tal cual, como se analizó en el pre-test. Para lograr el cambio
conceptual en los alumnos se utiliza nuevamente la analogía experimental con
Capítulo 5 87
dos bolsas de plástico transparente que contiene bolitas de icopor. Su
explicación suponía imaginar que la bolsa representaba el solvente que contenía
el soluto (bolitas de icopor) y que cada una de ellas tenía 100 mL de disolución.
La diferencia radicaba en que había distinta cantidad de bolitas en las dos
bolsas, es decir diferente proporción de soluto disuelto en el solvente.
Posteriormente, se entrega las bolsas a dos alumnos, se les solicita que soplen su
interior con igual intensidad y se les indaga en cuál de las dos bolsas hay mayor
número de choques para la formación de productos. Esta fase de extrapolación
permitió esclarecer el concepto de concentración y de su efecto en la
velocidad de las reacciones químicas a través de la teoría de las colisiones. A
continuación se muestra las respuestas de dos estudiantes para los resultados de
la práctica:
E4: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la
solución de tintura de yodo+agua se torna transparente, esto sucede ya que hay
una reacción química donde uno se oxida y otro se reduce y debido a ello se
torna transparente”
E8: “Al agregar el peróxido de hidrogeno al 50%, el cambio de color ocurrió
muchísimo más rápido que cuando le agregamos el de concentración de 4%,
porque al tener mayor concentración hay más choques y al haber más choques
es más rápido el producto”
5.2.3.2.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”
Con el propósito de variar un poco la estrategia, este taller se lleva a cabo en el
laboratorio de bilingüismo de la institución, que dispone de computadores de
escritorio (Figura 5-23). La metodología aplicada se fundamenta en que en este
caso es el profesor quien realiza y proyecta solo la fase de experimentación en el
simulador, a través de la plataforma Génesis VLE.
Las predicciones más sobresalientes fueron las siguientes:
§ Predicción 1:
E6: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la
tintura de yodo+agua, creo que cambiará de color, se tornará café”.
88 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
E7: “Aumentará su volumen y esta sustancia cambiará de color”.
E11: “Creo que cambia de color, salen burbujas y espuma”.
§ Predicción 2:
E6: “Cuando se agrega el contenido del vaso 2 en el 1, también cambiara de
color y tal vez se produzcan burbujas”.
Figura 5-23: Actividad de simulación, efecto de la concentración
Se realizar la simulación (Figura 5-24), y luego se da lugar a la fase de síntesis
conceptual que se centra en la utilización del mismo diagnóstico efectuado en
la práctica experimental. Igualmente, las respuestas de los estudiantes
demuestran tener claro el concepto y la producción de dos reacciones químicas
en la simulación, sin embargo al igual que el GTE, también presentan dificultades
al momento de explicar el cambio de color en la segunda parte del
experimento, pues lo asocian a que hay mayor cantidad o volumen superior de
peróxido de hidrogeno al 50%. Para esclarecer esta idea alternativa, se utiliza la
analogía experimental de las dos bolsas de plástico transparente que contenían
las bolitas de icopor. Finalmente, se permite aclarar el concepto de
concentración y de su efecto en la velocidad de las reacciones químicas a
través de la teoría de las colisiones.
Esta fue la respuesta de una estudiante para los resultados de la simulación:
E6: “En la primera parte de la simulación cuando se agrega la disolución de
vitamina C al recipiente que contiene la tintura de yodo+agua, el color rojizo del
yodo se aclaró, debido a que el yodo se convirtió en yoduro”, “En la segunda
parte, la reacción es más rápida con el peróxido de hidrógeno al 50%, porque
Capítulo 5 89
tiene mayor concentración, o sea que van a haber más choques. La
concentración afecta la velocidad”.
Figura 5-24: Resultados de la simulación, efecto de la concentración de los
reactivos
Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.
5.2.3.3 Actividad 3: Efecto de la naturaleza de los reactivos
5.2.3.3.1 Trabajo experimental
Se describe y se explica el experimento si proyectar los resultados, para luego dar
paso a la formulación de las predicciones de los estudiantes.
Estas fueron las respuestas más representativas:
§ Predicción 1:
E8: “Cuando se agrega la vitamina C en el agua, en el alcohol y en el ácido
acético sale burbujas, cambia de color y se desprende un gas”.
E9: “En el peróxido de hidrogeno la vitamina C se disuelve y se producen
burbujas, en el alcohol hay un cambio de color y en el vinagre la vitamina C se
disuelve”.
§ Predicción 2:
La mayoría de estudiantes expresa que la vitamina C se disolverá más rápido en
el peróxido de hidrogeno al 50%. Solo un pequeño porcentaje de alumnos afirma
que ocurrirá más rápido en el vinagre y en el alcohol.
Solución de
almidón
Solución de vitamina C
Solución
2
Solución
1
Resultado
final
Cronómetro
90 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Para esta actividad la fase de experimentación de la metodología del
aprendizaje activo es realizada por el docente (Figura 5-25).
Figura 5-25: Actividad experimental, efecto de la naturaleza de los reactivos
La construcción de los conceptos se desarrolla a través del siguiente
cuestionamiento:
§ Los resultados expresados, indican que cuando se agrega la vitamina C en
cada una de las sustancias se genera un cambio de color y salen burbujas;
¿Las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se forma algo nuevo?, ¿Qué
sucede?, ¿cómo se le llama a este proceso?, ¿cuáles son sus características?.
§ En la práctica experimental se observa que la vitamina C se disuelve en todas
las sustancias, ¿se disuelven todas al mismo tiempo?, ¿cuál lo hace primero?.
§ ¿Por qué la vitamina C se disuelve más rápido en el vaso con vinagre?.
§ Cuáles son las características del alcohol que hace que la vitamina C tarde
tanto en disolverse?.
§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.
Los estudiantes contestan de forma adecuada a la primera pregunta, es decir
que demuestran tener un avance significativo en el conocimiento de la
producción de una reacción química en la práctica, asociando su concepto al
rompimiento y creación de enlaces para la formación de nuevas sustancias.
Luego, se cuestiona el hecho de haber creído que en el peróxido de hidrógeno
al 50% iba a ocurrir más rápido la reacción. Los estudiantes le atribuyen la razón
de su respuesta a la concentración del reactivo. Así pues, esta apreciación
Capítulo 5 91
resulta ser relevante para indicar que según los resultados hay mayor velocidad
de reacción en el vinagre (ácido acético), y que por lo tanto para este
experimento el factor influyente no es la concentración ni la temperatura.
Debido a la poca información que tienen los estudiantes acerca de las
propiedades químicas y físicas de las sustancias utilizadas que permiten
diferenciarlas teniendo en cuenta su velocidad de reacción con la vitamina C,
en primer lugar se da a conocer en el tablero la representación simbólica de la
estructura química del alcohol, del peróxido de hidrógeno y del ácido acético
que permitieron la creación de algunas ideas en los estudiantes, como por
ejemplo:
E9: “yo creo que como el alcohol tiene más enlaces que los demás, va a tardar
más tiempo en romperse, por eso se va a demorar más que el vinagre y el agua
oxigenada”.
Posteriormente la clase se centra en identificar algunos atributos generales de las
sustancias, que ayudaron a determinar porqué la reacción ocurre más rápido en
el vinagre y más lento en el alcohol, como por ejemplo considerar las
características de ácido del vinagre y las particularidades de los compuestos
orgánicos como el alcohol. Finalmente, los estudiantes concluyen que hay ciertas
propiedades físicas y químicas propias para cada sustancia, que le otorgan un
comportamiento diferente cuando reaccionan con otras especies; al que
denominan como “características de los reactivos”, “propiedades químicas
propias de las sustancias” y/o “características químicas únicas de las sustancias”
haciendo alusión a la naturaleza de los reactivos.
A continuación se muestra la respuesta dada por una estudiante:
E5: “La vitamina C se comporta así debido a la reacción que tiene al entrar en
contacto con las sustancias, y la velocidad de reacción de estas depende de los
componentes, sus propiedades fisicoquímicas o de sus características propias
que las hacen diferentes”.
92 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.2.3.3.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”
Este tercer taller de simulación se desarrolla en el laboratorio de bilingüismo de la
institución como práctica interactiva.
Los estudiantes coinciden en las siguientes predicciones:
§ Predicción 1:
E7: “La vitamina C en el vaso con agua oxigenada se disolverá más
rápidamente, creará una reacción burbujeante y cambiará de color. En el
alcohol simplemente se quedará ahí, tal vez esta se disuelva pero en un proceso
más lento, y en el ácido acético al igual que el agua oxigenada esta se disolverá
pero un poco más rápido, también cambiará de color”.
§ Predicción 2:
Un alto porcentaje de estudiantes afirma que la vitamina C se disolverá más
rápido en el peróxido de hidrógeno, mientras que el porcentaje restante asegura
que la velocidad de reacción será mayor en el ácido acético. Es decir que no
registran opiniones con respecto al alcohol.
Figura 5-26: Resultados de la simulación, efecto de la naturaleza de los reactivos
Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.
Los estudiantes realizan la simulación dando a conocer claramente los resultados
de la práctica virtual (Figura 5-26), para luego dar paso al proceso de
indagación que gira en torno a la utilización de las mismas preguntas del trabajo
experimental. Sin embargo la consolidación del concepto de reacción química
no es el mismo, pues aún se maneja la definición básica y superficial de
“cambio” en la generación de nuevas sustancias. No obstante, al Igual que el
Agua oxigenada al 50% Alcohol Ácido acético
Cronómetro
Capítulo 5 93
GTE, al cuestionar el hecho de haber creído que la vitamina C se disolvería más
rápido en el peróxido de hidrógeno al 50%, la respuesta de los estudiantes alude
a la concentración. Sin embargo, cuando se proyecta la formula química
estructural de las sustancias empleadas, no hay una opinión apropiada que
respalde el hecho de porque en el ácido acético es más rápida la reacción.
Por otra parte, también se discute porqué en las predicciones se apuesta por
creer que en el alcohol el proceso de reacción sería lento o no ocurriría nada, a
lo que los estudiantes responden:
E11: “Una vez hice el mismo experimento, pero con aspirina, y se demoraba
mucho en desaparecer”.
E12: “Yo siempre he visto que la vitamina C se disuelve en agua, por eso dije que
ocurría más rápido en el agua oxigenada, mientras que el alcohol es un
compuesto diferente”.
Aunque estas opiniones no tienen una estructura conceptual apropiada, son
utilizadas como punto de partida para identificar algunas particularidades de las
sustancias. A partir de esto, la clase se centra en indagar porqué se considera
como ácido al vinagre, cuáles son sus características, porqué se piensa que el
alcohol es diferente, qué es lo que hace que la aspirina tampoco se disuelva y
en que se diferencian las formulas estructurales de las sustancias. Finalmente, las
respuestas de los estudiantes permiten definir que los compuestos utilizados
tienen propiedades que se ajustan a su función química inorgánica u orgánica,
que le confieren un comportamiento distinto cuando reaccionan. A lo que en
química se le conoce como naturaleza de los reactivos, ellos lo denominan
como “características de la sustancias”, una designación similar al del otro
grupo, destacando principalmente la composición y comportamiento químico
de las sustancias involucradas. Esta es la conclusión de una estudiante:
E6: “Las sustancias utilizadas tienen características propias que hacen que
reaccionen de forma distinta con la vitamina C, como ejemplo, el vinagre que es
un ácido reacciona fácilmente”.
94 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.2.3.4 Actividad 4: Efecto del grado de particulación de los reactivos
5.2.3.4.1 Trabajo experimental
Igual que en el taller anterior, para esta actividad la fase de experimentación de
la metodología del aprendizaje activo es realizada por el docente.
Debido a la dificultad que se tuvo para conseguir los cubos de azúcar, el
experimento se realizó con panela, teniendo en cuenta que también permite
observar los resultados esperados del experimento (Figura 5-27). Cabe mencionar
que antes de iniciar el taller, se preguntó, se aclaró y se explicó qué es la panela.
Los estudiantes formularon las siguientes predicciones:
§ Predicción 1:
E4: “Cuando se agrega la panela en la disolución de levadura para cada
botella, se espera que esta se disuelva o desvanezca, que suba, que haya
liberación de gas, que se produzca burbujas y que cambie de color”.
E10: “Todas se disuelven sino que en diferente tiempo, primero la panela
pulverizada, luego en grano y por último en cubo. También hay un aumento en
la cantidad de la sustancia”.
§ Predicción 2:
La mayoría de los estudiantes opina que en la botella en donde se agrega la
panela pulverizada la bomba se infla más rápido. Solo una minoría asume que
comenzará a suceder algo extraño en la botella con panela en granos, mientras
que no hay opiniones para la panela en cubo.
Figura 5-27: Taller experimental, efecto grado de particulación de los reactivos
Capítulo 5 95
Después de haber realizado el experimento, la fase de síntesis conceptual se
lleva a cabo a partir de las siguientes preguntas:
§ Según las predicciones y los resultados, se observa que cuando se agrega la
panela en cada una de las sustancias se genera un cambio de color, salen
burbujas y se libera un gas, ¿qué ocurrió?, ¿qué es lo que infla la bomba?,
¿cómo se le conoce a este proceso?.
§ En la práctica se observa que la panela se disuelve en todas las botellas con la
disolución de levadura, pero ¿cuál se disuelve primero?, ¿en cuál se comienza
a inflar primero la bomba?, ¿qué indica esto?.
§ ¿En cuál de las tres botellas hay mayor velocidad de reacción?, ¿por qué?.
§ Si hablamos en términos de partículas ¿cuál es el comportamiento de las
moléculas en las tres botellas cuando se agrega respectivamente la panela
pulverizada, en granos y en forma de cubos?.
§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.
Esta fase de indagación permitió en primer lugar, definir la reacción ocurrida
entre el azúcar que contiene la panela y la levadura; estas fueron las respuestas
de dos estudiantes:
E5: “Lo que causa que los globos se comporten así, es que la levadura son
microorganismos unicelulares que utilizan el azúcar de la panela como alimento,
liberando en el proceso dióxido de carbono y con este gas liberado aumenta la
presión en el interior de la botella y el globo se infla”.
E11: “Se observó que en la botella empieza a fermentarse la levadura, por lo
tanto un producto es el gas (dióxido de carbono), este es el encargado de
formar burbujas y de que el globo se infle”.
Posteriormente, después de fortalecer el concepto de la reacción entre el azúcar
de la panela y la levadura, se le solicita a tres estudiantes que dibujen en el
tablero la organización que tendría las moléculas de la panela en sus tres formas
(pulverizada, en granos y en cubo), con el propósito de cuestionar en cuál de
ellos y porqué se produciría mayor número de colisiones cuando se entra en
96 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
contacto con las moléculas de la levadura. De igual forma, se analiza la
dependencia del tamaño de las partículas y del estado -sólido, líquido y
gaseoso- de las sustancias con la velocidad de las reacciones. Finalmente los
estudiantes le asignan diferentes nombres al factor que influye en este
experimento: “forma de los reactivos”, “tamaño de las partículas de los
reactivos” y “estado de los reactivos”, al que después se le denomina con su
nombre apropiado en la cinética química.
A continuación se muestra el análisis de resultados de la práctica, escrito por una
estudiante:
E4: “Observé que hubo un cambio de color en cada uno de los recipientes. La
panela pulverizada se disolvió más rápido ya que sus partículas estaban más
separadas, haciendo que se presente más contacto y más choques efectivos
para formar los productos. En el recipiente con la panela en grano no fue tan
rápido debido a que no son tan efectivos los choques, y en la de los cubos fue
mucho más lento”, “En el recipiente con la panela pulverizada ocurre más rápido
la reacción, ya que las partículas entre más pequeñas y separadas habrán más
colisiones, haciendo que se forme un gas, que al agitar el recipiente inflará la
bomba”.
5.2.3.4.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”
Este taller de simulación se realiza de forma interactiva en la sala de bilingüismo
de la institución.
Los estudiantes formularon las siguientes predicciones:
§ Predicción 1:
E7: “Creo que de las tres formas se va a disolver el azúcar, pero en tiempos
diferentes. Hay un cambio de color, sube la levadura, se produce espuma y se
inflan las bombas”.
§ Predicción 2:
Todos los estudiantes aseguran que en la botella con azúcar pulverizada se infla
más rápido la bomba.
Capítulo 5 97
Figura 5-28: Actividad de simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos
Después de desarrollar la práctica de simulación (Figura 5-28), se utiliza el mismo
cuestionamiento del GTE, con el propósito de sintetizar los conceptos más
influyentes. En primer lugar, los alumnos opinan sobre la reacción ocurrida,
describiendo lo observado e identificando aspectos básicos y superficiales
observados en la simulación, como por ejemplo la producción de burbujas y el
cambio de coloración (Figura 5-29). Son muy pocos los estudiantes que se
atreven a definir la función y el efecto de la levadura en el azúcar:
E11: “La levadura solo funciona si el agua está tibia, porque cuando hacíamos
pan en la casa, utilizábamos agua caliente y esta quemaba los hongos, por lo
tanto la levadura no subía”.
E12: “Al mezclarse el azúcar con la levadura, se producen las burbujitas que es lo
que hace que se infle la bomba”.
Las respuestas de los estudiantes fueron clave para comenzar a identificar
algunas características propias de la reacción, como por ejemplo el
reconocimiento de reactivos, la función del azúcar en la levadura, la definición
del concepto de fermentación y la generación de los subproductos de la
reacción. Posteriormente, se le solicita a los estudiantes que representen la
disposición que tendría las moléculas de azúcar en sus tres formas, para luego
cuestionar en cuál de ellos y porqué se produciría mayor número de colisiones
cuando se entra en contacto con las moléculas de la levadura, o en cuál de los
98 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
tres ocurriría más rápido la reacción química. Finalmente se define el factor
influyente en este caso, teniendo en cuenta las consideraciones anteriores. Una
de las respuestas más destacadas de los estudiantes es la siguiente:
E4: “En el recipiente con el azúcar en granos se disolvió un poco lento, porque las
partículas están unidas y no hay una colisión efectiva. En el recipiente con el
azúcar pulverizada, se disolvió más rápido que todas, ya que las partículas están
separadas y al haber más contacto entre ellas, hay más choques. En el
recipiente con azúcar en cubos, tardó más que la de granos, porque las
partículas se encuentran aún más unidas, y no chocan con las del centro”.
Figura 5-29: Resultados de la simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos
Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.
5.2.3.5 Actividad 5: Efecto de los catalizadores
5.2.3.5.1 Trabajo experimental
En esta actividad se utiliza la metodología de las prácticas interactivas del
aprendizaje activo. Sin embargo el experimento con la sangre se hace bajo la
supervisión del docente.
Las predicciones más destacadas se muestran a continuación:
§ Predicción 1:
Los estudiantes afirman que cuando se agregan los trozos de papa en el
peróxido de hidrogeno al 50% se “fritan”, se ablandan (se vuelve puré) y
Azúcar pulverizada
Azúcar en cubos Azúcar en granos
Capítulo 5 99
cambian de color. La sangre se “corta” y se “descoloriza”, mientras que el
dióxido de manganeso se disuelve y se rebosa.
§ Predicción 2:
La mayoría de estudiantes aseguran que la reacción química va a ocurrir más
rápido con la sangre. Dos estudiantes dicen que hay mayor avance en el dióxido
de manganeso y solo uno opina que será superior en la papa.
Figura 5-30: Desarrollo del experimento "La sustancia x"
Luego de realizar el experimento (Figura 5-30), la estructuración de conceptos se
lleva a cabo mediante la siguiente indagación:
§ Según los resultados, ¿qué sucede cuando se agrega cada uno de las
sustancias en el peróxido de hidrogeno?, ¿cómo es la reacción, rápida o
lenta?, ¿en cuál ocurre primero?.
§ En la práctica se observa que al final de cada experiencia se acerca una
cerilla o fósforo encendido en cada recipiente, ¿qué sucede?, ¿cuál es su
finalidad?.
§ ¿Qué sucedería en el peróxido de hidrógeno si se agrega este en un vaso y
luego se deja a la intemperie?, ¿cuál sería la reacción química ocurrida?.
§ Conociendo lo que se produce en la reacción ¿cuál es la función de las
sustancias en el peróxido de hidrógeno?, ¿estas sustancias harán parte de los
reactivos y productos?, explica.
100 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ En términos de partículas ¿cuál sería el comportamiento molecular del
peróxido de hidrógeno cuando se agrega cada una de las sustancias?, ¿cuál
será la relación con la energía de activación?.
§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.
La fase de síntesis conceptual es respaldada por la explicación previa de la
introducción, en donde se expuso lo ocurrido en la reacción química del yoduro
de potasio y el peróxido de hidrógeno; es decir que a partir de estas nociones los
estudiantes logran reconocer que se trata del mismo proceso y de igual manera
consiguen identificar los reactivos y productos de la reacción. Así pues, los
alumnos dan una respuesta apropiada cuando se les pregunta por la finalidad
del uso del cerillo, aludiendo al hecho de que este permite evidenciar la
producción de oxígeno. Estas son las respuestas de dos estudiantes:
E9: “La papa, la sangre y el dióxido de manganeso hacen que se forme más
rápido agua y oxígeno, este último se puede observar porque al acercarse un
fósforo prendido la llama crece”.
E11: “Se produce agua y oxígeno, o sea que la papa, el dióxido de manganeso y
la sangre, aunque se recuperan al final, no hacen parte de los productos”.
De esta manera se logra afianzar el concepto que se tiene de la función de
cada una de estas sustancias en la reacción química, al que los estudiantes
denominan como “acelerador”. Después de asignarle su nombre adecuado, se
prosigue a explicar a través de una analogía adaptada de Parry (1974), la
relación existente entre los catalizadores y la energía de activación:
La analogía consiste en imaginar lo que sucede en un salto alto. Se utiliza el
tablero para representar y explicar de una mejor forma la situación. En primer
lugar se comenta que los atletas profesionales que buscan una marca
excepcional deberán de esforzarse y utilizar mucha energía para poder saltar la
varilla colocada a una gran altura (ver imagen 5-29 a), pero para personas
aficionadas que deseen pasar utilizando un camino diferente (más corto) sin
esforzarse tanto o preocuparse por un record, solo tienen que colocar la varilla a
Capítulo 5 101
una menor altura (figura 5-29 b). Es decir que el entrenador actúa como
catalizador al bajar la varilla, con lo cual modifica la energía de activación al
proporcionar un camino más fácil al atleta para llegar al otro lado. De esta
manera su recorrido será más corto y llegará más rápido a su destino final.
Figura 5-31: Analogía, salto alto - efecto de los catalizadores
Fuente: Salto alto. [Figura]. Modificado el 23 de Enero de 2017 de:
https://blinkwpre.blinklearning.com/Cursos/c388779_c15754379__Libro_digital.php; con base al libro: Parry, R.
(1974). Química: fundamentos experimentales, guía del profesor.
Finalmente se mencionan y se explica la función de los catalizadores biológicos
más importantes en el cuerpo humano y de aquellos que se utilizaron en la
práctica. A continuación se muestra los resultados de un estudiante:
E11: “En la papa y en la sangre hay catalasa que hacen que se produzca más
rápido agua y oxígeno. De los tres catalizadores es más efectivo el MnO2 por que
la reacción se da más rápido”, “Un catalizador acelera la reacción química por
que disminuye la energía de activación”.
5.2.3.5.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”
Esta última práctica de simulación se desarrolla en la sala de inglés de la
institución, siguiendo la metodología de las clases interactivas.
Las predicciones se muestran a continuación:
a) Varilla a una gran altura
b) Varilla a una menor altura
102 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
§ Predicción 1:
E6: “Cuando se agrega la papa, tal vez se produzca un efecto burbujeante, al
agregar la sangre cambiará de color y al agregar el dióxido de manganeso las
moléculas pueden tener más choques, hasta tal punto de derramarse”.
E7: “En el agua oxigenada la papa cruda no reaccionará de ninguna manera.
La sangre tal vez reaccione de forma que esta se cuaje, y el dióxido de
manganeso simplemente quedará ahí o tal vez derrame un poco y produzca
burbujas”.
§ Predicción 2:
Hay opiniones divididas. La mitad de los estudiantes supone que la reacción
ocurrirá más rápido con la sangre, mientras que el resto asegura que habrá un
mayor avance con el dióxido de manganeso. No se generan opiniones con
respecto a los trozos de papa.
Después de realizar la simulación (Figura 5-32), se desarrolla la discusión y análisis
de resultados que gira en torno a la utilización de las mismas preguntas
orientadoras que se manejaron en el GTE. Sin embargo, la definición y
explicación de la reacción química ocurrida resulta ser más compleja, pues los
estudiantes en un principio no asocian el conocimiento abordado en la
introducción con lo ocurrido en la práctica. De este modo se hace necesario
retomar el experimento del yoduro de potasio que ya se había explicado, para
permitir que los estudiantes identificarán los productos de la reacción y los
confrontará con los de este nuevo proceso. Asimismo se logra reconocer el
propósito de acercar el fosforo encendido y la función que tienen estas
sustancias en las reacciones químicas. A continuación se muestra la respuesta de
una estudiante:
E12: “En la reacción química con el dióxido de manganeso el agua oxigenada se
descompone más rápido en agua y oxígeno. Si se acerca un fosforo encendido,
se prende más porque hay oxígeno”.
Capítulo 5 103
Figura 5-32: Resultados de la simulación, efecto de los catalizadores
Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.
Posteriormente, se dan otros ejemplos de sustancias que realizan la misma
función en las reacciones químicas, se define el nombre del factor influyente y se
explica el papel desempeñado por los principales catalizadores biológicos en el
cuerpo humano. Por último, se proyecta en cada ordenador la imagen (5-29)
como analogía para poder explicar la relación de los catalizadores con la
energía de activación.
A continuación se muestra los resultados de la práctica de simulación de un
estudiante:
E11: “El dióxido de manganeso y la catalasa de la papa y la sangre son los
catalizadores que hacen que el agua oxigenada se divida rápidamente en
agua y oxígeno, pero es más rápido con el dióxido de manganeso”, “cuando
hay catalizador la reacción es más rápida, ya que este disminuye la energía de
activación”.
5.2.4 Prueba Final (Aplicación del Pos-Test)
Esta última fase de la investigación se fundamenta en la aplicación del pos-test
como instrumento para evaluar la incidencia de la estrategia en el aprendizaje
de los estudiantes acerca de los conceptos de cinética química. Igualmente,
incluye el análisis respectivo de los resultados finales otorgados por los dos grupos
de estudio.
Trozos de papa Sangre Dióxido de manganeso
Cerillo encendido
Cronómetro
104 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.2.4.1 Análisis de los resultados del pos-test
A continuación se muestra el análisis de la información que se obtuvo en el pos-
test (Anexo A), la diferencia en el rendimiento de las dos secciones, así como
también la comparación con la prueba inicial de ideas previas.
Pregunta 1.
Figura 5-33: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pos-test)
En comparación con el pre-test se observa un aumento considerable –del 42% y
35% respectivamente- en las dos secciones para la opción A, que es la respuesta
correcta, por tal motivo se puede deducir que los estudiantes logran entender la
relación existente entre la concentración de los reactivos con la velocidad de
una reacción. De igual modo, se evidencia un porcentaje bajo (6% y 15%
respectivamente) para la opción C, lo que indica un cambio conceptual en los
alumnos de la idea errónea que tenían de la dependencia entre una cantidad
mayor o volumen superior de los reactivos con la velocidad de una reacción.
Pregunta 2.
Figura 5-34: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pos-test)
Un porcentaje significativo de estudiantes de las dos secciones (86% y 77%
respectivamente) que respondieron la opción correcta B, ratifican tener un claro
A
86%
B
8%
C
6%
Pregunta 1 - GTE
A
77%
B
8%
C
15%
Pregunta 1 - GPS
A
3%
B
86%
C
11%
Pregunta 2 - GTE
A
8%
B
77%
C
15%
Pregunta 2 - GPS
Capítulo 5 105
conocimiento de que no existe relación alguna entre la forma del recipiente que
contiene los reactivos y la velocidad de una reacción, así pues, los estudiantes
con este porcentaje analizan los datos de forma adecuada y comprenden los
dos conjuntos de condiciones; aunque se muestra mayor dominio en el GTE. Por
consiguiente, se presenta un aumento del 28% y 38% para las dos secciones
respectivas en comparación con el pre-test, es decir que hay un significativo
progreso en el GPS para esta pregunta. Por otra parte, las gráficas muestran un
porcentaje inferior para la opciones A y C con un valor apreciable -del 11% y
15%- en los dos respectivos grupos, en donde todavía prevalece el error
conceptual de vincular la velocidad de una reacción química con la forma
ancha y angosta del recipiente, debido a la mala interpretación de la
información suministrada en el ítem, lo que conlleva a que los estudiantes
consideren que hay un volumen superior de reactivos y por lo tanto la existencia
de una mayor concentración y velocidad de reacción.
Pregunta 3.
Figura 5-35: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pos-test)
En las dos secciones se presenta un aumento importante en el porcentaje para la
opción correcta C (del 42% y 38% respectivamente), es decir que este grupo de
estudiantes ya reconoce la influencia del incremento de la temperatura en la
velocidad de una reacción química. Para el GTE, el 22 % de los estudiantes aún
manifiesta tener confusión sobre el concepto de temperatura y su función en la
cinética química, tal como los expone Kakmakci (2010a), en sus estudios, (citado
de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16). Mientras que en el porcentaje restante
(17% y 31% respectivamente) todavía prevalece la concepción errónea de que
A
17%
B
22%
C
61%
Pregunta 3 - GTE
A
31%
B
4% C
61%
No
responde
4%
Pregunta 3 - GPS
106 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
las bajas temperaturas determinan que una reacción química suceda de forma
más rápida, a causa de un análisis inapropiado de la teoría de las colisiones.
Pregunta 4
Figura 5-36: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pos-test)
Se evidencia un inesperado y notable porcentaje (44% y 27% respectivamente)
para la respuesta C en las dos secciones. Por consiguiente, se puede analizar que
hay una mala interpretación por parte de los estudiantes de las analogías que se
utilizaron para explicar el concepto de energía de activación y de su influencia
en la cinética química, pues al parecer los alumnos que se incluyen en este
porcentaje creen que la energía de activación es la cantidad total de energía
liberada en una reacción, y que por tanto ocurre más rápido (Kakmakci, 2010a,
citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16), considerando una relación
directamente proporcional entre la Ea y la velocidad de reacción. Por otro lado,
los estudiantes que no tienen claro el concepto relevante en este ítem se ven
forzados a responder las opciones B y D, porque son las que mejor se acomodan
a sus juicios. Mientras que la respuesta correcta A, presenta un aumento del 20%
y 19% para los dos grupos respectivos, considerando que la estrategia utilizada
permitió que nuevos estudiantes entendieran la información suministrada y el
concepto presente.
A
39%
B
11%
C
44%
D
6%
Pregunta 4 - GTE
A
50%
B
4%
C
27%
D
15%
Anulada
4%
Pregunta 4 - GPS
Capítulo 5 107
Pregunta 5.
Figura 5-37: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pos-test)
La gráfica muestra un significativo porcentaje (80% y 81% respectivamente) para
la respuesta correcta C en las dos secciones, con un aumento del 30% y 43% en
relación con el pre-test. Lo que indica que este grupo de estudiantes comprende
de forma adecuada el concepto de la influencia del grado de particulación de
los reactivos en la velocidad de una reacción química. Por otra parte, se
presenta un porcentaje inferior para la opción B (17% y 8% respectivamente) en
los dos grupos, lo que demuestra que los alumnos incluidos siguen interpretando
de forma inapropiada la pregunta, fijándose solamente en las condiciones de
volumen y concentración que presenta los dos procesos químicos manifestados.
Pregunta 6.
Figura 5-38: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pos-test)
Hay una cantidad relevante de estudiantes (78% y 73%) en los dos respectivos
grupos que contestaron la respuesta correcta D. Esto implica que con un
aumento del 31% y 35% se ratifica que los estudiantes incluidos tienen una
favorable comprensión del efecto de la concentración en la velocidad de la
reacción química, tal y como se explica en el ítem 1, lo que indica además que
A
3% B
17%
C
80%
D
0%
Pregunta 5 - GTE
A
11%
B
8% C
81%
D
0%
Pregunta 5 - GPS
A
3% B
16%
C
0% D
78%
Anulada
3%
Pregunta 6 - GTE
A
4%
B
4% C
15%
D
73%
Anulada
4%
Pregunta 6 - GPS
108 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
la estrategia práctica de utilizar las bolsas con las bolitas de icopor cumplió su
cometido. Por otro lado, aunque con un porcentaje bajo (15%), aún se muestra
en el GPS una fracción considerable de estudiantes que suponen que la unidad
de concentración establecida en el enunciado hace referencia a la pureza de
la solución de ácido, mientras que en el GTE un 16% de la población se deja
convencer por la explicación errónea que se da al comportamiento de las
partículas. Un dato interesante para este ítem, es reconocer la disminución
considerable de estudiantes que respondían la opción A, al creer que había una
dependencia entre la cinética química y el volumen de los reactivos que
participan en la reacción.
Pregunta 7.
Figura 5-39: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pos-test)
Al igual que en el pre-test, las gráficas muestran las diversas opiniones de los
estudiantes. Un porcentaje relevante en las dos secciones (mayor en el GPS)
respalda la opción B, es decir que aún se presenta dificultades para explicar
fenómenos químicos y diferenciarlos de los cambios físicos (Cachapuz & Maskill,
1987, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16); los valores restantes indican
que se mantiene la idea de asociar la disminución del número de colisiones con
el aumento de la temperatura y con la adición de reactivos que actúan como
conservantes. Esto indica que todavía persiste en los estudiantes los errores
conceptuales que se tiene de la teoría que explica en términos de partículas la
influencia de la temperatura en la velocidad de las reacciones químicas, tal
como se explica en la investigación realizada por Van Driel (2002, p. 209), en
donde se indica el razonamiento de los estudiantes al creer que cuando las
partículas en rápido movimiento chocan unas con otras, es muy probable que
A
5% B
22%
C
50%
D
14%
Anulada
3%
Sin
responder
6%
Pregunta 7 - GTE
A
15%
B
42%
C
31%
D
12%
Pregunta 7 - GPS
Capítulo 5 109
estas “reboten” sin que acurra un cambio o reacción. Por consiguiente, se puede
estimar que hay un aumento poco significativo (del 25% y 6% respectivamente)
para los dos secciones, aunque es más desfavorable para el GPS.
Pregunta 8.
Figura 5-40: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pos-test)
En comparación con el test de ideas previas, se evidencia que en las dos
secciones se mantiene un porcentaje considerable para cada una de las
opciones de respuestas, sin embargo, se puede decir que muy pocos estudiantes
logran cambiar su equivocada concepción de la temática (velocidad de una
reacción) evaluada en este ítem, pues solo se logra un aumento del 16% y 11%
en la respuesta correcta D para los dos respectivos grupos. En consecuencia, los
estudiantes presentan dificultades para diferenciar "velocidad de reacción" y
"tiempo de reacción". Mientras que bajo ciertas condiciones el tiempo de
reacción es una cantidad constante para una reacción, la velocidad de una
reacción es dinámica durante el proceso (Kakmakci, 2010a, p. 450-451); es decir
que prevalece la idea de relacionar el concepto de velocidad con el tiempo en
que dura un proceso en cambiar o transformarse, sin tener en cuenta la
naturaleza dinámica del sistema de reacción (Hackling & Garnett, 1985). Por otro
lado, los alumnos también logran vincular el concepto de velocidad con la
frecuencia de choques de las moléculas, por el hecho de haber utilizado la
teoría de las colisiones para explicar el comportamiento de las partículas en una
reacción química.
A
31%
B
22%
C
3%
D
44%
Pregunta 8 - GTE
A
35%
B
19%
C
8%
D
38%
Pregunta 8 - GPS
110 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Pregunta 9.
Figura 5-41: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pos-test)
Se presenta un aumento favorable (45% y 27% respectivamente) en los dos
grupos para la respuesta correcta D, es decir que la estrategia utilizada permitió
en primer lugar que los estudiantes comprendieran los conceptos de los factores
que afectan la velocidad de una reacción química y a través de este lograran
analizar de forma apropiada las condiciones que proporciona el enunciado. En
vista de que el porcentaje de alumnos restante en las dos secciones (mayor en el
GPS) presenta dificultades en lo anterior, se puede decir que estos aún suponen
que la velocidad de la reacción química de cada uno de los metales que se
presenta en la información del ítem, se debe a la presencia de catalizadores, a
la temperatura establecida y al grado de particulación de los reactivos.
Pregunta 10.
Figura 5-42: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pos-test)
Aunque en el test de ideas previas ya se evidencia un buen porcentaje para la
opción correcta D, en este caso estos valores tienen un aumento significativo
(14% y 19% respectivamente) en las dos secciones, indicando que los estudiantes
son capaces de identificar el uso de la temperatura y de analizar su
dependencia directa con la velocidad cuando el enunciado presenta de forma
A
11% B
14%
C
5% D
67%
No
responde
3%
Pregunta 9 - GTE A
12%
B
15%
C
19%
D
54%
Pregunta 9 - GPS
A
5%
B
6%
C
11%
D
72%
No
responde
6%
Pregunta 10 - GTE A
11% B
12%
C
8%
D
65%
No
responde
4%
Pregunta 10 - GPS
Capítulo 5 111
explícita sus unidades. Pero los alumnos manifiestan tener dificultades cuando le
quieren dar una explicación en términos de partículas (Justi, 2002), tal y cual
como se expresó en el análisis del ítem 7. Igualmente, el resto de porcentajes que
se distribuyen en las otras opciones de respuesta, se debe a la mala
interpretación del ítem, al considerar por ejemplo que cuando la temperatura es
mayor la reacción ocurre más lento.
Pregunta 11.
Figura 5-43: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pos-test)
Hay un importante crecimiento en el número de estudiantes (31% y 65%) de las
dos respectivas secciones que responden la opción correcta B, lo cual indica
que además de la práctica experimental y simulada, los ejemplos utilizados para
explicar la función de un catalizador en una reacción química fueron
fundamentales para el aprendizaje de los estudiantes. Por otra parte, un detalle
particular de la comparación de los resultados del pre-test del GPS con los de
esta prueba, radica en que en el primero no había ningún valor para la opción A
y la mayor parte del porcentaje (65%) se incluye en la respuesta D; mientras que
en esta oportunidad se evidencia la presencia de algunos valores para la opción
A (12%) y cero opiniones para la respuesta D, esto quiere decir que la mayor
parte de los estudiantes de esta sección ya logran diferenciar y definir los
conceptos de los factores que modifican la velocidad de una reacción química.
Algo contrario sucede en el GTE, en donde se muestra un porcentaje nulo en la
opción A, y un valor poco significativo en las respuestas C y D, revelando algunas
dificultades en el entendimiento de los conceptos de la influencia de la
concentración y la naturaleza de los reactivos.
A
0%
B
75%
C
14%
D
11%
Pregunta 11 - GTE
A
12%
B
88%
C
0% D
0%
Pregunta 11 - GPS
112 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
Pregunta 12.
Figura 5-44: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pos-test)
De forma similar al análisis del ítem 4, se evidencia que los estudiantes presentan
dificultades para definir la energía de activación y relacionarla con los
catalizadores, pues en ambas secciones la respuesta correcta C que incluye este
término, no supera el 50% de la población, sin embargo, se produce un aumento
del 36% y 12% respectivamente, considerando que los valores en el pre-test para
esta opción son bajos. Por consiguiente, los estudiantes que desconocen o
presentan confusión en la principal función de los catalizadores, terminan
eligiendo una interpretación asociada por un lado a la ausencia de su efecto en
los mecanismos de una reacción (Hameed et al., 1993; Johnstone et al., 1977;
Gorodetsky & Gussarsky, 1986; Kakmakci, 2010a), y por otro lado una explicación
errónea vinculada a la teoría de las colisiones, tal cual como se describe en el
análisis del ítem 8, u optan por elegir las alternativas que aún se acomodan a sus
preconcepciones, como por ejemplo involucrar la temperatura y relacionarla
con el catalizador.
Pregunta 13.
Figura 5-45: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pos-test)
A
11%
B
14%
C
47%
D
25%
No
responde
3%
Pregunta 12 - GTE
A
8% B
15%
C
39%
D
38%
Pregunta 12 - GPS
A
44%
B
3%
C
14%
D
36%
No
responde
3%
Pregunta 13 - GTE
A
50%
B
8%
C
8%
D
34%
Pregunta 13 - GPS
Capítulo 5 113
Hay un bajo incremento (del 16% y 27% respectivamente) en la respuesta
correcta A para las dos secciones, que se debe a dos situaciones. La primera
hace referencia a que los estudiantes todavía están presentando algunas
dificultades en entender los conceptos que hacen referencia a los factores que
afectan la velocidad de una reacción química (Tastan et al., 2010), y en segundo
lugar, es que a pesar de que los alumnos conocen la teoría que encierra esta
temática, no logran comprender la forma en como está escrito el texto del
enunciado, generando confusiones. Por tanto, se observa un porcentaje
considerable en los dos grupos (36% y 34% respectivamente) para la opción D,
ratificando la presencia de ideas alternativas en cuanto a la función y el
proceso que genera un catalizador, dado que muchas de las justificaciones de
los estudiantes en los talleres de experimentación y simulación acerca de este
concepto, están asociados a un aumento en el rendimiento de los productos
formados; y como se señaló anteriormente, los estudiantes analizaron esta
situación en términos de tiempo; es decir, piensan que la adición de un
catalizador genera más productos en el mismo marco de tiempo que una
reacción no catalizada (Kakmakci, 2010a, p. 453).
Pregunta 14.
Figura 5-46: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pos-test)
Se presenta un destacado porcentaje (81% y 65%) para la respuesta correcta A
en las dos respectivas secciones, a causa del incremento de estudiantes (64% y
38% respectivamente) que interpretaron de forma adecuada este ítem. Esto
quiere decir que los alumnos que se incluyen en este grupo entienden la
representación gráfica del concepto de la velocidad de una reacción química,
A
81%
B
3%
C
8%
D
5%
No
responde
3%
Pregunta 14 - GTE
A
65%
B
8%
C
8%
D
19%
Pregunta 14 - GPS
114 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
al igual que el mecanismo establecido cuando se relaciona el cambio de
concentración de los reactivos al transcurrir un tiempo determinado. Por
consiguiente resulta relevante destacar la metodología y el proceso aplicado en
la actividad 1 para explicar esta temática.
El porcentaje restante se divide en aquellas opciones que presentan
inconsistencias y se alejan de lo teóricamente correcto. Manifestando que en
ciertos estudiantes aún prevalece las dificultades para interpretar este tipo de
gráficas (Kolomuç, 2009, citado en Tastan et al., 2010), como por ejemplo
manifestar que "la velocidad de reacción aumenta o disminuye a medida que
avanza la reacción" y que "la concentración de los reactivos inician con un valor
constante, luego este aumenta o disminuye hasta que se termina el proceso".
5.2.4.2 Análisis del pos-test considerando el nivel de desempeño
En la tabla (5-2) y en la figura (5-44) se muestran los resultados del pos-test
teniendo en cuenta el rango de calificación, la distribución de estudiantes (F) y el
porcentaje establecido para los dos grupos.
Tabla 5-2: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos
Rangos GTE GPS
F % F %
0-1 0 0,00 0 0,00
1,1-2 2 5,56 0 0,00
2,1-3 11 30,56 14 53,85
3,1-4 19 52,78 11 42,31
4,1-5 4 11,11 1 3,85
Total 36 100 26 100
Media 3,3 3,0
Capítulo 5 115
Figura 5-47: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos
En los dos grupos se presenta un aumento considerable de estudiantes
agrupados en el rango 3,1-4 y 4,1-5, que en los resultados del test de ideas
previas no disponía de datos, pues los alumnos se incluían en los niveles inferiores.
Sin embargo para esta prueba, en el GTE el nivel de logro alcanzado es
ligeramente superior que el GPS –con una diferencia de 0,3 con respecto a la
media-, debido a que se evidencia un menor porcentaje de estudiantes en el
rango reprobatorio 2,1-3 y se consigue un mayor incremento en las categorías
superiores de aprobación. Por consiguiente, el nivel de conocimiento de la
mayoría de estudiantes del GTE (52,78%) están en la escala satisfactorio, es decir
que comprenden los conceptos acerca de los factores que afectan la velocidad
de las reacciones químicas, pero tienden a confundirse cuando los aplican en un
problema; mientras que en el GPS, con un 53,85% se dispone en la escala
aceptable, asumiendo que estos estudiantes presentan dificultades para
relacionar los conceptos en situaciones problémicas. También es importante
considerar el hecho de que en el GPS no hay alumnos en los rangos inferiores, no
obstante en el grupo GTE se dispone de un porcentaje mínimo de 5,56% (2
estudiantes) en el nivel no satisfactorio.
0,00 5,56
30,56
52,78
11,11
0,00 0,00
53,85
42,31
3,85 0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0-‐1 1,1-‐2 2,1-‐3 3,1-‐4 4,1-‐5
Porcentaje (%)
Rango de calificación
GTE GPS
116 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.2.4.3 Análisis del pre/pos-test considerando la distribución de los resultados
La figura (5-45) presenta información acerca de la tendencia central, simetría y
dispersión de las respuestas del pre-test y pos-test de los dos grupos.
Figura 5-48: Distribución de resultados del pre/pos-test de los dos grupos
§ La gráfica muestra que en los dos grupos, los diagramas del pos-test se ubican
más hacia la parte superior en relación con el pre-test, esto quiere decir que
los resultados obtenidos en la prueba final son significativos y por consiguiente
la estrategia aplicada tiene un impacto positivo en el aprendizaje de los
estudiantes.
§ El pos-test del GTE presenta más heterogeneidad en sus puntuaciones,
sosteniendo una mediana de 9, lo que indica que la distribución de sus valores
es más dispersa en comparación al GPS, que tiene puntajes más homogéneos
con una med=8.
§ El GPS presenta una menor distribución en el rango intercuartílico para la
prueba final, lo que implica que el 50% central de la población está
comprendida en 3 valores, es decir, que tienen un acierto de 7 a 10 preguntas;
mientras que el GTE presenta una escala de 4, obteniendo de 7 a 11
respuestas correctas.
4
7
3
7
1
5
0
6 5
9
4
8 7
14
8
13
6
11
5,75
10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Pre-‐test GTE Pos-‐test GTE Pre-‐test GPS Pos-‐test GPS
Capítulo 5 117
§ El diagrama del pos-test del GPS presenta una distribución asimétrica positiva
sesgada a la derecha, debido a que los datos tienden a concentrarse hacia
la parte inferior. Además se observa que los valores en el rango intercuartílico
se extienden hacia arriba de la mediana es decir que las respuestas
comprendidas entre el 50% y el 75% de la población está más dispersa que
entre el 25% y el 50%.
§ En el pos-test del GTE se observa que la mediana está un poco más cerca del
lado inferior de la caja (valores más bajos), lo que implica que el 25% de
aquellos estudiantes que tienen datos entre el valor mínimo y el primer cuartil,
ocupan un menor tramo en la escala, en consecuencia hay mayor dispersión
de respuestas hacia los valores más altos. Por ésta razón se presenta una leve
distribución asimétrica positiva sesgada a la derecha.
5.3 Fase de Reflexión
En esta fase se realiza una evaluación sobre los cambios o mejoras que se han
producido por medio de la implementación de la estrategia didáctica. Se
incluyen las actividades de análisis general de la propuesta, cumplimiento de los
objetivos, conclusiones y recomendaciones.
5.3.1 Análisis General de la Propuesta
Teniendo en cuenta los resultados de las dos secciones, se evidencia que la
propuesta educativa empleada en sus dos versiones metodológicas tiene una
influencia positiva en la enseñanza-aprendizaje de los conceptos de cinética
química. Sin embargo, es importante destacar un mayor predominio de actitudes
y habilidades por parte del GTE que sin lugar a duda incidieron en la leve
superioridad de los resultados de la prueba final. Por consiguiente, se puede
argumentar que el proceso llevado a cabo a través del aprendizaje activo
basado en la utilización del trabajo práctico, le permite al maestro disponer de
herramientas didácticas dinámicas, que inciden en la atención, interés y
motivación de los estudiantes; factores que se lograron evidenciar durante el
118 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
desarrollo de los talleres y que en clases impartidas antes de aplicar la propuesta
no se manifestaban, pues los estudiantes mantenían una actitud ajena al
aprendizaje de la química, escuchando pasivamente lo que el docente decía. Es
importante destacar también, que a través de la observación secuencial del
comportamiento del GTE, se pudo evidenciar que estos estudiantes en
comparación a los del otro grupo preguntaban más y no se guardaban nada;
acciones que promueven el desarrollo de la investigación y la creatividad. Por su
parte, en el GPS, con resultados favorables, el ambiente de la clase cambió con
relación a sesiones anteriores, de manera que se transitó desde un contexto de
poca participación hasta una atmósfera de interacción, discusión y debate. De
este modo, en los dos grupos se logra introducir un escenario propicio para
contrastar predicciones, crear conclusiones y el desarrollo de competencias
comunicativas.
Igualmente, la secuencia de actividades empleadas proporcionó un proceso de
exploración, aplicación, comprobación y reestructuración de ideas, brindando
cierto grado de efectividad en el cambio conceptual. Sin embargo, se evidencia
la existencia de ciertos conceptos erróneos que persisten en algunos estudiantes
y se oponen a su transformación, como es el caso de la idea que se tiene de la
energía de activación y de su influencia con la velocidad de una reacción
química. Lo que indica que se debe de revisar la actividad implementada para
su enseñanza, teniendo cuidado principalmente en la explicación que se le da
en términos de energía y de su relación con la teoría de las colisiones, pues es a
partir de aquí en donde se genera su mala interpretación, asociando su
concepto por ejemplo a la cantidad total de energía liberada en una reacción
(Kakmakci, 2010a, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16). Es por esta razón
por la cual aquellos estudiantes consideraron que cuando la energía de
activación era mayor la reacción ocurría más rápido, una concepción que
influyó en los regulares resultados de las preguntas 4 y 7 del cuestionario. Sin
embargo, hay algunos investigadores que piensan que buscar la causa de las
concepciones alternativas es más prometedor que buscar su cura (Wandersee,
Mintzes & Novak, 1994, citado en Trinidad y Garritz, 2003), lo que sugiere también
Capítulo 5 119
la exploración de otras causas que permiten tanto el origen como la persistencia
de estas ideas, y entre ellas podemos referirnos por ejemplo a la influencia del
lenguaje de la calle, oral y escrito, tanto de las personas con que normalmente
nos relacionamos como de los diferentes medios de comunicación (televisión,
cine, cómics, libros, etc.) con significados que pueden ser muy diferentes del
científico; y también está la influencia de las experiencias físicas cotidianas
(Carrascosa, 2005). Tal es el caso del concepto de energía, que en algunas
ocasiones se expresa y refuerza la idea de su utilización en beneficio para el
hombre, asociándola no solamente como un tipo de combustible que permite el
movimiento de los cuerpos, sino también con llama, sol, calor, gasolina, gas,
corriente, velocidad, electricidad, esfuerzo, fuerza, entre otros (Bañas et al., 2004).
Lo que lleva a revalidar no solo el análisis de los resultados de esta investigación,
sino también el de otras en donde se encontró que el concepto de energía de
activación se confunde con la temperatura (Gussarsky & Gorodetsky, 1988) y con
la energía cinética de las moléculas reaccionantes (Cakmakci, 2010a).
Las actividades de experimentación y simulación, se consideran un punto clave
para el desarrollo de esta estrategia, pues éstas permiten formalizar un vínculo
con la realidad cotidiana y científica, necesaria para la confrontación de
opiniones previas y adquisición de nuevos conocimientos. Asimismo, la
disponibilidad de tener un espacio adecuado para la práctica (laboratorio de
química y sala de bilingüismo) propició un ambiente destinado al trabajo activo
durante el desarrollo real y virtual de los experimentos, y a pesar de que por
ejemplo, no se contaba con los suministros básicos (agua y gas), reactivos y
herramientas de laboratorio; la idea de utilizar materiales reciclables y de fácil
consecución favoreció la realización de los talleres.
Finalmente, las etapas de síntesis y extrapolación de la metodología del
aprendizaje activo fomentaron un espacio para la retroalimentación de
elementos vivenciales (experiencias cotidianas), conceptuales y actitudinales, a
través de la utilización de situaciones análogas, que lograron emparentar lo que
los estudiantes ya sabían con el nuevo conocimiento.
120 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
5.3.2 Recapitulación: Cumplimiento de los Objetivos
Se logra diseñar una estrategia didáctica para la enseñanza-aprendizaje de los
factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas, por medio de
simulaciones y la metodología de aprendizaje activo, orientada a estudiantes de
grado décimo. Su implementación permite establecer un impacto positivo y
favorable en el rendimiento, desempeño y adquisición de conocimiento de los
conceptos abordados, además proporciona el hallazgo de debilidades y
fortalezas de los alumnos en relación con la temática desarrollada.
A través de la exploración de los estándares de competencias en Química para
el grado décimo, el estudio del problema de investigación y una específica
revisión bibliográfica, se consigue seleccionar los conceptos relacionados con
cinética química y en especial con la velocidad de las reacciones, que fueron la
línea base de la estrategia didáctica.
Se consigue crear la herramienta tecnológica “Virtual LabCin” que permite la
interacción y simulación de experimentos de cinética química. Este software se
destinó a ser utilizado en el GPS, para la fase de aplicación y comprobación de
fenómenos, establecidos en la metodología del aprendizaje activo.
La identificación de los saberes previos sobre los factores que afectan la
velocidad de una reacción química, se logró a través de la aplicación del pre-
test, que permitió identificar y comparar el nivel de conocimiento de los alumnos
de ambos grupos (GTE y GPS), antes de aplicar las actividades de la estrategia, y
de esta manera conocer si eran iguales o si había diferencia entre ellos que
pudieran incidir en los resultados. Igualmente, la clase de introducción ratificó la
existencia de ideas alternativas y dificultades sobre el concepto de reacciones
químicas.
Los talleres experimentales y de simulación establecidos para los dos grupos
respectivos, se desarrollaron a partir del lineamiento establecido en la
metodología de las actividades interactivas y demostrativas del aprendizaje
Capítulo 5 121
activo, que abarca todo un proceso de exploración, aplicación, confrontación y
reestructuración de ideas.
La estrategia se aplicó en estudiantes del grado décimo de la Institución
educativa San Lorenzo de Suaza (Huila), quienes mostraron buena participación
e interés por las actividades desarrolladas y además manifestaron una actitud
favorable, diferente al de sesiones anteriores. La evaluación de la incidencia de
la propuesta didáctica en el aprendizaje de los estudiantes se llevó a cabo
mediante la aplicación del pos-test, el cual establece resultados favorables y de
mejoramiento en relación con el desempeño alcanzado en el test de ideas
previas.
Capítulo 6. Conclusiones y Propuesta de
Mejora (Recomendaciones)
6.1 Conclusiones
Los talleres de experimentación y simulación estructuradas bajo el enfoque
metodológico de aprendizaje activo, son una estrategia ideal para desarrollar en
los estudiantes la adquisición de capacidades intelectuales y procedimentales,
que van desde las más simples –como observar, medir, usar materiales, explorar y
predecir– hasta las más complejas –confrontar ideas, debatir, analizar, sintetizar
conceptos y concluir–.
La metodología del aprendizaje activo se ajusta a los principios del modelo
constructivista de la enseñanza de las Ciencias, en especial Química. Por
consiguiente los estudiantes son capaces de relacionar lo que ya saben con los
elementos nuevos, utilizando la ayuda del profesor que actúa como orientador, y
además apoyándose en sus compañeros, debido a que en este proceso se
aprende con y de los demás.
Las actividades con aprendizaje activo se organizan para desarrollarse en
ambientes presenciales como también en entornos no formales (virtuales), a
través del manejo respectivo de trabajos prácticos y el uso autónomo de las
nuevas tecnologías.
El uso de las TIC en la enseñanza de la química, se constituye en un material
fundamental que permite apoyar el descubrimiento y la construcción de los
conceptos y habilidades a través de la interacción con herramientas virtuales de
aprendizaje, como es el caso de los laboratorios virtuales. En particular, el
124 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
simulador de experimentos de cinética química “Virtual LabCin” empleado en el
grupo de prácticas de simulación (GPS) posibilitó el trabajo activo y dinámico de
la actividades de manera personalizada, facilitó la investigación por
descubrimiento, la resolución de problemas y proporcionó la forma interactiva de
modelar procesos químicos reales en donde el alumno podía repetir la actividad
con una inversión baja, es decir sin la necesidad de utilizar materiales y reactivos
que a veces por falta de recursos resulta difícil conseguirlos; situaciones que en el
grupo de trabajo experimental (GTE) no se llevaron a cabo.
El diseño y la implementación de las actividades con aprendizaje activo acerca
de la temática de cinética química, se fundamenta en la necesidad de
recuperar la enseñanza de contenidos que como este no tienen relevancia en el
plan de estudio de Química en la educación media, debido a que son
considerados temas difíciles que se alejan del interés de alumnos y docentes. De
esta forma la estrategia se presenta como una herramienta didáctica adecuada
para la apropiación de conceptos en donde interviene la velocidad de una
reacción química.
Los estudiantes traen consigo ideas alternativas erróneas acerca de los
conceptos de cinética química, que debido a su abstracta comprensión, se
incorporan en la estructura cognitiva de los alumnos, generando conflictos para
ser conectados con la nueva información. De esta manera se encontró que la
preconcepción falsa que se tiene sobre la energía de activación no es
consistente con las explicaciones impartidas, y a pesar de que se excluye la
utilización de una estrategia tradicional, se determinó que en los dos grupos de
estudio esta idea se resiste al cambio y permanece en algunos de los
estudiantes.
La estrategia didáctica en general tiene un impacto positivo en el aprendizaje
de los conceptos relacionados con los factores que afectan la velocidad de las
reacciones químicas, bajo el enfoque del aprendizaje activo, debido a que no
solo proporciona el desarrollo de nuevas capacidades mentales y actitudinales
en los estudiantes de los grados décimo de la IESL, sino que también le permite al
Conclusiones y propuesta de mejora (Recomendaciones) 125
profesorado en química reflexionar sobre su práctica educativa, innovar su
metodología y dar respuesta puntual a la situación problemática en la
enseñanza-aprendizaje de los conceptos abordados.
6.2 Propuesta de Mejora y Recomendaciones
Se considera que otra manera conveniente de obtener igualmente resultados
satisfactorios, es a través de la unificación de las dos actividades (experimental y
de simulación), con el propósito de otorgarle a la estrategia más dinamismo, de
tal forma que en la fase de realización de los experimentos de cinética química
se alterne el trabajo práctico con el uso del simulador.
Para la implementación de las actividades experimentales se debe de contar
con los materiales básicos y adecuados que permitan desarrollarse en el salón de
clase o en un laboratorio. En el caso de los talleres de simulación es primordial
disponer de los elementos, aparatos o el espacio tecnológico apropiado que
posibilite la ejecución del laboratorio virtual.
Esta estrategia didáctica se puede complementar con la integración de nuevos
experimentos que pongan en manifiesto los conceptos desarrollados. De esta
manera se considera importante el perfeccionamiento del simulador “Virtual
LabCin”, en donde se logre vincular otras experiencias, más materiales y
aparatos de laboratorio, nuevos efectos y sonido. Además que esta propuesta
sea el motivo del diseño de otros laboratorios virtuales, que permitan modelar
fenómenos químicos de las temáticas que establecen dificultades en el
aprendizaje de los estudiantes.
Con respecto a las dificultades conceptuales que presentan algunos estudiantes
y que no fue posible modificarlas a través de esta propuesta, en particular la
temática de energía de activación y catalizadores; requieren ser atendidas en
virtud de las concepciones alternativas halladas por medio del análisis de los
resultados evidenciados en los talleres y en la prueba final, es decir lo que los
estudiantes manifestaron al entender y explicar los temas desde su punto de
126 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
vista, pero que no se adaptan a los conceptos científicos. Se encontró por
ejemplo que los alumnos asocian el concepto de energía con las experiencias
personales cotidianas, “evidencias de sentido común”, que permiten en primer
lugar crear en los estudiantes la idea de que la Ea en una reacción química es la
cantidad total de energía liberada que conduce a la rápida generación de los
productos; en segundo lugar a que la Ea se confunda con la temperatura y con
la energía cinética, como también a problemas de entendimiento de otros
conceptos asociados, como por ejemplo la función de los catalizadores. Por lo
tanto, se recomienda que a partir de estos precedentes se permita la creación
de una nueva actividad en una sesión diferente, que involucre la metodología
del aprendizaje activo y que solamente desarrolle el concepto de energía de
activación, pues en esta propuesta se incluyó en el taller del tema de la
incidencia de la temperatura. Esto con el propósito de tratar en específico las
dificultades en el entendimiento del concepto de energía en general y de su
clasificación, al igual que su diferencia con la temperatura; para luego conseguir
que estas concepciones no necesariamente sean removidas sino meramente
cambiadas, en el sentido de ser re-interpretadas desde un nuevo punto de vista
teórico y práctico.
A. Anexo: Pre/Pos-Test UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES INSTITUCIÓN EDUCATIVA SAN LORENZO
Nombre: _________________________________ Fecha:________________ Grado: ____________
PRE/POS-TEST CINÉTICA QUÍMICA
El siguiente cuestionario corresponde a preguntas de opción múltiple con una sola respuesta. Marca con una X la respuesta correcta. 1. La siguiente reacción tiene lugar a temperatura ambiente (298 K = 25ºC): R (ac) + T (ac) → P (ac) La reacción se creó en virtud de dos conjuntos diferentes de condiciones iniciales: Primer conjunto de condiciones
Cantidad inicial de R = 10 mL, 3 mol / L Cantidad inicial de T = 10 mL, 3 mol / L
Segundo conjunto de condiciones
Cantidad inicial de R = 20 mL, 1 mol / L Cantidad inicial de T = 20 mL, 1 mol / L
Estos dos vasos idénticos contienen diferentes cantidades de sustancias de R y T. Si comparamos la velocidad de reacción en los dos casos, lo más posible es que: a) La reacción en el primer conjunto de condiciones es más
rápida que la reacción en el segundo conjunto de condiciones.
b) Las velocidades de reacción son las mismas para los dos casos.
c) La reacción en el segundo conjunto de condiciones es más rápida que la reacción en el primer conjunto de condiciones.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 2. La siguiente reacción tiene lugar a temperatura ambiente (298 K = 25ºC): D (ac) + E (ac) → F (ac) La reacción se creó en virtud de dos conjuntos diferentes de condiciones iniciales:
Primer conjunto de condiciones
Cantidad Inicial de D = 10 mL, 2 mol / L Cantidad inicial de E = 10 mL, 2 mol / L
Segundo conjunto de condiciones
Cantidad inicial de D = 10 mL, 2 mol / L Cantidad inicial de E = 10 mL, 2 mol / L
Ambos vasos de precipitados contienen la misma cantidad de especies químicas D y E, sin embargo, como se puede ver a partir de los dibujos las forma de los vasos de precipitados es diferente. Si comparamos la velocidad de reacción en los casos, lo más posible es que: a) La reacción en el primer conjunto de condiciones es más
rápida que la reacción en el segundo conjunto de condiciones.
b) Las velocidades de reacción son las mismas para los dos casos.
c) La reacción en el segundo conjunto de condiciones es más rápida que la reacción en el primer conjunto de condiciones.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 3. En la construcción de una casa, las tuberías que instalaron para el agua caliente y fría eran de apariencia brillante. Después de un tiempo, el exterior de estos tubos se oxidó y se convirtieron en un aspecto opaco (cubierto con una capa fina, de color marrón). Al comparar los dos tubos, lo más posible es que: a) El exterior de la tubería de agua fría estaría más oxidada
que el exterior de la tubería de agua caliente. b) Las dos tuberías de agua obtendrían la misma cantidad de
óxido en ellos.
128 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
c) El exterior de la tubería de agua caliente estaría más oxidada que el exterior de la tubería de agua fría.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 4. Las ecuaciones químicas que se indican a continuación representan dos reacciones hipotéticas. Tenga en cuenta estas dos reacciones que tienen diferentes energías de activación (Ea) y se llevan a cabo a la misma temperatura;
Reacción 1
G (ac) + J (ac) → K (ac)
Ea = 92 kJ.mol-1
Reacción 2
L (ac) + M (ac) → N (ac)
Ea = 480 kJ.mol-1 Al comparar la velocidad de estas reacciones, se puede decir que a) La reacción 1 es más rápida que la reacción 2. b) Las velocidades de reacción son las mismas. c) La reacción 2 es más rápida que la reacción 1. d) No es posible comparar las velocidades de estas reacciones,
porque no hay suficiente información en la pregunta.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).
5. Dos estudiantes están haciendo un experimento con la misma cantidad de óxido de magnesio y ácido clorhídrico.
1. Raúl agrega 100 mL, 1 M de HCl en el vaso de precipitados. 2. Posteriormente, adiciona 10 g de óxido de magnesio granulado en el vaso.
Antes de ver los resultados Raúl dice “el óxido de magnesio granulado reacciona con el ácido clorhídrico más rápido que el óxido de magnesio en polvo".
1. Carlos agrega 100 mL, 1 M de HCl en el vaso de precipitados. 2. Posteriormente, adiciona 10 g de óxido de magnesio en polvo en el vaso.
Antes de ver los resultados Carlos dice "el óxido de magnesio en polvo reacciona con el ácido clorhídrico más rápido que el óxido de magnesio granulado".
La reacción entre el óxido de magnesio y el ácido clorhídrico es la siguiente: MgO (s) + 2 HCl (ac) → MgCl2 (ac) + H2O (l)
De acuerdo con la velocidad de reacción, la opinión correcta de los estudiantes es la de a) Raúl, por que la forma granulada hace que el área de unión
entre los dos reactivos sea mayor b) Ninguno, en este caso las velocidades de reacción son las
mismas para los dos casos, ya que utilizaron igual cantidad de HCl y MgO.
c) Carlos, por que la forma pulverizada hace que la superficie de contacto entre los dos reactivos sea mayor.
d) Ninguno, ya que el ácido clorhídrico solo reacciona con reactivos en fase líquida ó acuosa.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).
6) La madre de Carlos utiliza generalmente Tudor, un producto que contiene una solución de 3% de ácido, utilizado para remover la cal del hervidor de agua. Sin embargo esta vez su marido se fue de compras, y le llevó otro producto de diferente marca, llamado Apex, que contiene una solución al 5% de ácido.
Cuando la madre de Carlos utiliza el nuevo producto se da cuenta de que Apex retira la cal más rápido que lo hizo Tudor. Si queremos darle una explicación en términos de partículas a la madre de Carlos, de porqué tardó menos tiempo para quitar la cal en el hervidor de agua con Apex, el mejor argumento sería: a) Apex tiene mayor volumen de solución de ácido, por lo
tanto las partículas ocupan más espacio, haciendo que sea más rápida la reacción.
b) Apex tiene una solución de ácido diferente, por lo tanto las partículas se comportan de forma violenta, acelerando la reacción.
c) Apex tiene mayor porcentaje de pureza, por lo tanto las partículas están libres de contaminantes, haciendo que sea más rápida la reacción.
d) Apex tiene mayor concentración de solución de ácido, por lo tanto al haber mayor cantidad de partículas aumentará el número de choques.
Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).
7. Un ejemplo que explique la tesis de que “al disminuir el número de colisiones de las moléculas y la violencia de éstas, el resultado es una menor velocidad de la reacción” puede ser: a) Un alimento se cocina al introducirlo en el horno o en una
olla puesta al fuego. b) El alcohol se evapora solo con dejarlo al aire libre por horas
hasta que se consuma. c) La putrefacción de los alimentos se impide al meterlos en la
nevera o en el congelador. d) La descomposición de los productos enlatados se evita,
cuando se añaden algunos conservantes.
(Pregunta de creación propia) 8. La velocidad de una reacción se mide como: a) La frecuencia con que chocan unas moléculas con otras. b) El tiempo que dura la transformación de una molécula en
otra.
Anexos 129
c) La cantidad de sustancia que se transforma en una unidad de tiempo.
d) El cambio de concentración de una sustancia en la unidad de tiempo.
Pregunta adaptada de: Huamán, A. (2014).
Responder las preguntas 9 y 10 de acuerdo con la siguiente información Cuando se agrega la misma cantidad (5 mL) de ácido clorhídrico a diferentes metales (zinc, magnesio, hierro y cobre) se ha observado que se presenta un desprendimiento de hidrogeno al consumirse el metal a diferentes velocidades para cada uno de ellos.
1, 0 g Zn en polvo 25ºC
1, 0 g Mg en polvo 25ºC
1, 0 g Fe en polvo 25ºC
1, 0 g Cu en polvo 25ºC
Se ha establecido que el orden de velocidad de reacción de ácido clorhídrico en los metales de mayor a menor es: Mg, Zn, Fe y Cu. 9. El factor que afecta ésta velocidad de reacción es: a) Presencia de catalizadores. b) Temperatura. c) Grado de particulación de los reactivos. d) Naturaleza de los reactivos.
(Pregunta adaptada del banco de preguntas de Química del ICFES) 10. En general, la temperatura afecta la velocidad de una reacción química. Si el experimento se realizara en tres momentos. Primero a 80 ºC, luego a temperatura ambiente (25 ºC) y finalmente a 0 ºC, lo más factible es que la velocidad de reacción va a ser: a) menor cuando se realiza a 80 ºC. b) igual cuando se hace a 25 ºC y 0 ºC. c) igual en todos los tres casos. d) mayor cuando se realiza a 80 ºC.
(Pregunta adaptada del banco de preguntas de Química del ICFES)
11. El tubo de escape de los gases de los carros contiene una estructura con mallas y canales recubiertos de platino, rodio y paladio que ayudan a transformar de forma rápida los gases tóxicos a productos menos contaminantes. Indique cuál de los factores interviene en este proceso: a) Grado de particulación de los reactivos. b) Presencia de catalizadores. c) Naturaleza de los reactivos. d) Concentración de los reactivos.
(Pregunta de creación propia)
12. La descomposición del peróxido de hidrógeno H2O2, sucede con gran lentitud a temperaturas ordinarias. El yoduro de potasio es un catalizador que permite acelerar esta reacción química, permitiendo que se genere de forma rápida, agua y oxígeno. La característica más importante de la influencia de este compuesto en la reacción radica en que: a) Aumenta el número de partículas en el peróxido de
hidrógeno. b) Proporciona la temperatura ideal para la descomposición. c) Reduce de forma considerable la energía de activación. d) Aumenta el número de choques de las moléculas presentes.
(Pregunta de creación propia)
13. Marque la respuesta que contiene las afirmaciones correctas I. La velocidad de una reacción aumenta cuando aumenta la concentración de los reactantes. II. El tamaño de partículas se relaciona de manera inversamente proporcional con la velocidad de reacción. III. El catalizador aumenta la velocidad de reacción y al final se transforma en productos. a) I y II c) Solo I b) Todas son correctas d) II y III
Pregunta adaptada de: Huamán, A. (2014).
14. La gráfica que representa la relación entre concentración y tiempo en la reacción A + B C + D es:
c)
d) b)
a)
B. Anexo: Manuales de Práctica UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química
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MANUAL DE PRÁCTICA - EL CARÁCTER DE UNA PASTILLA
1. Planteamiento del problema MATERIALES: Tres vasos plásticos, tres pastillas de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente, un cronómetro, cinta de papel, agua caliente, agua fría y agua al clima.
PROCEDIMIENTO: ü Colocar en el área de trabajo tres vasos plásticos. ü En el primero agregar 20 mL de agua al clima, en el segundo 20 mL de agua
caliente y en el tercero 20 mL de agua fría. (Etiquetar los vasos con la cinta). ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer®,
teniendo en cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.
ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase.
4. Realización de la práctica
Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua sucede más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®?, explique. c) ¿Qué causa que la Aspirina® o el Alkasetlzer® se comporten como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar a este factor?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adiciona la Aspirina® o el Alkasetlzer?
e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Anexos 131
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MANUAL DE PRÁCTICA - RELOJ DE YODO, ¡VAYA SORPRESA!
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Cuatro vasos plásticos, cuatro jeringas de 5 mL, un cronómetro, guantes de látex, cinta de papel, agua, solución de vitamina C (preparada con 1 pastilla de vitamina C), solución de almidón (preparada con almidón de yuca), tintura de yodo y agua oxigenada (peróxido de hidrogeno) al 4% y 50%. PROCEDIMIENTO:
ü Ubicar dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente
solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de color. (Etiquetar con la cinta como vaso 1).
ü En el segundo vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada al 4% (peróxido de hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. (Etiquetar como vaso 2)
ü Disponer de un cronómetro que mida el tiempo del proceso. ü Agregar toda la disolución del recipiente 2 en el 1, e inmediatamente iniciar el
cronómetro. Detenerlo cuando veas algo diferente. ü Repetir el experimento, pero ahora se adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al
50% (utilizar los guantes). Medir el tiempo en las dos experiencias.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué ocurrirá cuando agreguemos la disolución de vitamina C al recipiente que contienen la solución de tintura de yodo + agua? b) ¿Qué sucederá cuando agreguemos el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué ocurrió cuando se agregó la disolución de vitamina C al recipiente que contenía la solución de tintura de yodo + agua?, explique. b) ¿Qué sucedió cuando se agregó el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1?, explique. c) ¿Qué sucede cuando se repite el experimento y se agrega peróxido de hidrogeno al 50%?, explique la diferencia con el primer experimento y a qué se debe este cambio. ¿A qué se debe esta diferencia?, ¿cómo se le puede llamar a este factor? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) ¿Qué pasaría si en vez de usar solución de vitamina C, se utilizara zumo de naranja o limón? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Agua+tintura de yodo+sln de vitamina C
Vaso 1 Vaso 2
Agua+agua oxigenada+sln de almidón
132 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
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MANUAL DE PRÁCTICA - ¿QUIÉN FUE?
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos plásticos, un cronómetro, cinta de papel, tres trozos de vitamina C, agua oxigenada al 50%, alcohol etílico, ácido acético (vinagre).
PROCEDIMIENTO: ü Ubicar tres vasos de plástico en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 10 mL de agua oxigenada al 50%, en el segundo 10 mL
de alcohol etílico y en el tercero 10 mL de ácido acético. (Etiquetar los vasos con la cinta).
ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de vitamina C teniendo en
cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.
ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agrega la vitamina C en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agregó la vitamina C en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes sucede más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C?, explique. c) ¿Qué causa que las pastillas de vitamina C se comporten como lo observó?, ¿Cómo se le puede llamar al factor influyente?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Agua oxigenada
Alcohol Ácido acético
Anexos 133
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MANUAL DE PRÁCTICA – EL GLOBO TUVO LA CULPA
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos de boca ancha, tres botellas pequeñas de gaseosa, tres globos (bombas), un cronómetro, un embudo, cinta de papel, agua caliente, levadura, azúcar pulverizada, azúcar en forma de cubos y azúcar de granos enteros. PROCEDIMIENTO:
ü Colocar tres vasos de boca ancha en el área de trabajo y agregar 200 mL de agua caliente en cada uno.
ü Ubicar tres botellas pequeñas de gaseosa en el área de trabajo, uno al lado de cada vaso. ü Agregar en cada botella 200 mL de agua caliente. ü Adicionar 20 g de levadura en cada botella. ü Añadir 20 g de azúcar de granos enteros en la primera botella, 20 g de azúcar pulverizada en la
segunda botella y 20 g de azúcar en forma de cubos en la tercera botella. (Etiquetar las botellas con la cinta).
ü Disponer de un cronómetro. ü Situar en la boca de cada botella un globo (bomba), colocar cada uno de éstos en su respectivo
vaso, poner en funcionamiento el cronómetro y detenerlo cuando veas que el proceso finaliza. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los montajes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar cuando se agrega el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada botella? b) ¿En cuál de las tres botellas espera que comience a suceder algo en el globo? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Teniendo en cuenta lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó cuando se agregó el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada botella?, explique. b) ¿En cuál de las tres botellas comenzó a suceder lo observado en los globos?, explique a qué se debe. c) ¿Qué causó que los globos se comportaran como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) Este experimento se realizó con el reactivo azúcar en estado sólido. ¿Qué pasa si se utiliza un reactivo en estado líquido y gaseoso? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
134 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
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MANUAL DE PRÁCTICA – “LA SUSTANCIA X”
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos plásticos, un cronómetro, cinta de papel, cerillas (fósforos), guantes de látex, dióxido de manganeso extraído de una pila alcalina, trozos pequeños de papa cruda, sangre, agua oxigenada al 50%. PROCEDIMIENTO:
ü Ubicar tres vasos de plástico en el área de trabajo. (Etiquetarlos con la cinta, de acuerdo a cada sustancia: papá, sangre y MnO2).
ü Agregar 50 mL de agua oxigenada al 50% en cada uno de ellos, (utilizar guantes).
ü Disponer de un cronómetro. ü Adicionar pequeños trozos de papa cruda en el primer vaso, 10 mL de sangre
en el segundo vaso y 3 g de dióxido de manganeso en el tercer vaso, teniendo en cuenta de iniciar el cronometro inmediatamente se agreguen los reactivos y detenerlo cuando el proceso finalice.
ü Acercar una cerilla encendida a cada disolución. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los vasos.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada cuando se agrega la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones espera que suceda más rápido el proceso? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
���Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada cuando se agregó la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones ocurrió más rápido el proceso?, explique. c) ¿Qué contiene la papa, la sangre y el dióxido de manganeso que hicieron que el agua oxigenada se comportara como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad de proceso ocurrido cuando se adicionan estas sustancias?
e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
C. Anexo: Manuales de Simulación UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química
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MANUAL DE SIMULACIÓN – EL CARÁCTER DE UNA PASTILLA
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos de precipitado, tres pastillas de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente, cronómetros, agua caliente, agua fría y agua al clima.
PROCEDIMIENTO: ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primero agregar 20 mL de agua al clima, en el segundo 20 mL de agua
caliente y en el tercero 20 mL de agua fría. ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer®,
teniendo en cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.
ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas. a) ¿Qué observó en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua sucede más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®?, explique c) ¿Qué causa que la Aspirina® o el Alkasetlzer® se comporten como lo observó?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adiciona la Aspirina® o el Alkasetlzer?
e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno?
Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
136 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
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MANUAL DE SIMULACIÓN - RELOJ DE YODO, ¡VAYA SORPRESA!
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Cuatro vasos de precipitado, cronómetros, agua, solución de vitamina C (preparada con 1 pastilla de vitamina C), solución de almidón (preparada con almidón de yuca), tintura de yodo y agua oxigenada (peróxido de hidrogeno) al 4% y 50%.
PROCEDIMIENTO: ü Ubicar dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 60 mL de agua y una pastilla de vitamina C (ácido
ascórbico) para preparar la solución de vitamina C. ü En el segundo vaso agregar 100 mL de agua caliente y 7.5 g de almidón, para
preparar la solución de almidón. ü Ubicar otros dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente
solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de color. ü En el segundo vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada (peróxido de
hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. ü Disponer de un cronómetro que mida el tiempo del proceso. ü Agregar toda la disolución del recipiente 2 en el 1, e inmediatamente iniciar el
cronómetro. Detenerlo cuando veas algo diferente. ü Repetir el experimento, pero ahora se adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al
50%. Medir el tiempo en las dos experiencias.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué ocurrirá cuando agreguemos la disolución de vitamina C al recipiente que contienen la solución de tintura de yodo + agua? b) ¿Qué sucederá cuando agreguemos el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas a) ¿Qué ocurrió cuando se agregó la disolución de vitamina C al recipiente que contenía la solución de tintura de yodo + agua?, explique. b) ¿Qué sucedió cuando se agregó el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1?, explique. c) ¿Qué sucede cuando se repite el experimento y se agrega peróxido de hidrogeno al 50%?, explique la diferencia con el primer experimento y a qué se debe este cambio. ¿A qué se debe esta diferencia?, ¿cómo se le puede llamar a este factor?. d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) ¿Qué pasaría si en vez de usar solución de vitamina C, se utilizara zumo de naranja o limón?
Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Agua+tintura de yodo+sln de vitamina C
Vaso 1 Vaso 2
Agua+agua oxigenada+sln de almidón
Anexos 137
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MANUAL DE SIMULACIÓN - ¿QUIÉN FUE?
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos de precipitado, cronómetro, tres pastillas de vitamina C, agua oxigenada al 50%, alcohol etílico, ácido acético (vinagre).
PROCEDIMIENTO:
ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 10 mL de agua oxigenada al 50%, en el segundo 10 mL
de alcohol etílico y en el tercero 10 mL de ácido acético. ü Disponer para cada vaso un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla de vitamina C teniendo en cuenta de
poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.
ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agrega la vitamina C en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que se consuma más rápido la vitamina C? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas. 4. Realización de la práctica
Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agregó la vitamina C en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C?, explique c) ¿Qué causa que las pastillas de vitamina C se comporten como lo observó?, ¿Cómo se le puede llamar al factor influyente?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Agua oxigenada
Alcohol Ácido acético
138 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
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MANUAL DE SIMULACIÓN – EL GLOBO TUVO LA CULPA
1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres cristalizadores, tres balones volumétricos, tres globos (bombas), cronómetros, agua caliente, levadura, azúcar pulverizada, azúcar en forma de cubos y azúcar de granos enteros.
PROCEDIMIENTO:
ü Colocar tres cristalizadores en el área de trabajo y agregar 200 mL de agua caliente en cada uno.
ü Ubicar tres balones volumétricos en el área de trabajo, uno al lado de cada cristalizador. ü Agregar en cada balón 200 mL de agua caliente. ü Adicionar 20 g de levadura en cada balón. ü Añadir 20 g de azúcar de granos enteros en el primer balón, 20 g de azúcar pulverizada en el
segundo balón y 20 g de azúcar en forma de cubos en el tercer balón. ü Disponer para cada montaje un cronómetro. ü Situar en la boca de cada balón una bomba (globo), colocar cada uno de éstos en su respectivo
cristalizador, poner en funcionamiento el cronómetro y detenerlo cuando veas que el proceso finaliza.
ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los montajes.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar cuando se agrega el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada balón? b) ¿En cuál de los tres balones espera que comience a suceder algo en la bomba? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó cuando se agregó el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada balón?, explique b) ¿En cuál de los tres balones comenzó a suceder lo observado en las bombas?, explique a qué se debe. c) ¿Qué causó que las bombas se comportaran como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) Este experimento se realizó con el reactivo azúcar en estado sólido. ¿Qué pasa si se utiliza un reactivo en estado líquido y gaseoso? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
Anexos 139
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química
INSTITUCIÓN EDUCATIVA SAN LORENZO Nombre: _______________________________________ Fecha:_____________ Grado: ______________
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor
MANUAL DE SIMULACIÓN – “LA SUSTANCIA X” 1. Planteamiento del problema
MATERIALES: Tres vasos de precipitado, cronómetros, cerillas (fósforos), dióxido de manganeso, trozos pequeños de papa cruda, sangre, agua oxigenada.
PROCEDIMIENTO:
ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü Agregar 50 mL de agua oxigenada en cada uno de ellos. ü Disponer para cada vaso un cronómetro. ü Adicionar pequeños trozos de papa cruda en el primer vaso, 10 mL de sangre
en el segundo vaso y 3 g de dióxido de manganeso en el tercer vaso, teniendo en cuenta de iniciar el cronometro inmediatamente se agreguen los reactivos y detenerlo cuando el proceso finalice.
ü Acercar una cerilla encendida a cada disolución. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los vasos.
2. Predicciones individuales
Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada cuando se agrega la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones espera que suceda más rápido el proceso? 3. Predicciones grupales
Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica
Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión
���Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas. a) ¿Qué observó en el agua oxigenada cuando se agregó la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones ocurrió más rápido el proceso?, explique. c) ¿Qué contiene la papa, la sangre y el dióxido de manganeso que hicieron que el agua oxigenada se comportara como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente?
d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adicionan estas sustancias?
e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.
D. Anexo: Formato de Validación de la Prueba
Piloto UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
VALIDACIÓN DE TEST PARA MEDIR EL APRENDIZAJE DE LA CINÉTICA QUÍMICA
A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite medir el
aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace parte
de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo del
municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del instrumento y
permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.
La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su
rigurosa y sincera aplicación.
Instrucciones: Usted encontrará un conjunto de ítems relacionados con la prueba adjunta que deberá evaluar teniendo en cuenta las siguientes dimensiones:
ü Claridad de redacción de los ítems: las preguntas, respuestas y gráficos utilizados son
entendibles y tienen un lenguaje apropiado.
ü Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las opciones de
respuestas, facilitando que cada ítem evalúe un concepto en específico.
Teniendo como base los criterios anteriores, marque con una X solo una alternativa según considere
conveniente, teniendo en cuenta que para cada ítem se dispone la escala de 1 a 5 donde:
Totalmente de acuerdo 5
De acuerdo 4
Indiferente, no sabe 3
En desacuerdo 2
Totalmente en desacuerdo 1
En la casilla de observaciones escriba porque considera que el ítem que está evaluando no cumple
con las dimensiones anteriormente expuestas, indicando si es confusa, no se entiende, es muy difícil,
no es coherente, los dibujos no son los adecuados, etc…
Anexos 141
ITEMS CLARIDAD DE REDACCIÓN INDUCE A LA RESPUESTA OBSERVACIONES
1 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
10 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
11 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
12 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
13 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
14 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
E. Anexo: Perfiles de Jueces y Expertos La siguiente sección presenta información respectiva acerca de los perfiles académicos y experiencia de los expertos.
Juez 1 (J1) Nombre: Manuel Fredy Molina Caballero.
Formación académica: Químico, Universidad Nacional de Colombia; Esp. en pedagogía,
Universidad Pedagógica Nacional; M. Sc. en Ciencias Química, Universidad Nacional.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química.
Tiempo de experiencia: 13 años.
Cargo actual: Profesor titular de Química. Institución: Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.
Juez 2 (J2) Nombre: Sergio Leonardo Rojas.
Formación académica: Lic. en ciencias Naturales y Ed. Ambiental, Universidad Surcolombiana.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química y Biología.
Tiempo de experiencia: 7 años.
Cargo actual: Profesor de Química y Biología. Institución: Institución Educativa Guayabal, Suaza (Huila).
Juez 3 (J3) Nombre: Mónica Catalina González Vidal.
Formación académica: Lic. en Química, Universidad Pedagógica Nacional; M. S. en Enseñanza
de la Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Colombia.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Biología y Química.
Tiempo de experiencia: 10 años.
Cargo actual: Docente en propiedad, secretaria de educación de Soacha (Cundinamarca). Institución: Institución Educativa Buenos Aires.
Juez 4 (J4) Nombre: Gonzalo Marín Oviedo.
Formación académica: Lic. en Ciencias Naturales: Biología, Física y Química, Universidad
Surcolombiana.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Física y Matemáticas.
Tiempo de experiencia: 4 años.
Cargo actual: Docente de didáctica de la Física y práctica profesional. Institución: Universidad Surcolombiana.
Juez 5 (J5) Nombre: Julián Camilo Ocampo Cifuentes.
Formación académica: Lic. en Química, Universidad Pedagógica Nacional.
Anexos
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química y Biología.
Tiempo de experiencia: 6 años.
Cargo actual: Docente de Biología. Institución: Colegio Corazonista de Bogotá.
Juez 6 (J6) Nombre: Wilber Leonardo Martínez Gómez.
Formación académica: Ing. Químico, Fundación Universidad de América.
Áreas de experiencia profesional: Química, Física y metodología de la investigación.
Tiempo de experiencia: 16 años.
Cargo actual: Profesor titular de Química. Institución: Colegio Newman School, Cajicá (Cundinamarca).
Juez 7 (J7) Nombre: Javier Hernando Quesada Duque.
Formación académica: Lic. En Ciencias Naturales y Ed. Ambiental, Universidad Surcolombiana.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química, Biología y Física.
Tiempo de experiencia: 7 años.
Cargo actual: Profesor de Química, Física y Biología. Institución: Institución Educativa Quituro, Tarqui (Huila).
Juez 8 (J8) Nombre: Aura Mercedes Acero Díaz.
Formación académica: Lic. En Biología, Universidad Pedagógica Nacional.
Áreas de experiencia profesional: Docencia en Biología.
Tiempo de experiencia: 7 años.
Cargo actual: Profesora de Biología y Química. Institución: Institución Educativa San Pedro Claver, Bogotá.
Juez 9 (J9) Nombre: Felipe Alberto Paredes Navia.
Formación académica: Estudiante de ingeniería Química, Universidad de Antioquia.
Áreas de experiencia profesional: ninguna.
Tiempo de experiencia: 2 años.
Cargo actual: Profesor de Química. Institución: Institución Educativa Federico Sierra Arango, Bello (Antioquia).
Juez 10 (J10) Nombre: Marcela Alexandra Mera Trujillo.
Formación académica: Ingeniera Física, Universidad del Cauca; Master en Matemáticas, West
Virginia University; estudiante de Doctorado en Matemáticas, West Virginia University.
Áreas de experiencia profesional: Física y Matemáticas.
Tiempo de experiencia: 3 años.
Cargo actual: Investigadora.
Institución: West Virginia University.
A continuación se relaciona la participación de los jueces en la validación de los instrumentos:
Validación del cuestionario: J1, J2, J3, J4, J5 y J6.
Validación de los manuales de práctica y simulación: J1, J2, J3, J5, J7 y J8.
Validación del simulador “Virtual LabCin”: J2, J3, J5, J9 y J10.
F. Anexo: Formato de Validación de la Prueba
Piloto por Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
VALIDACIÓN DE TEST POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite medir
el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace
parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo
del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del
instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.
La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su
rigurosa y sincera aplicación.
Instrucciones: Teniendo como base los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión
sobre el instrumento de recolección de datos que se adjunta: Colocar solo un número en los
criterios que se quieren evaluar para cada uno de los ítems, teniendo en cuenta que se considera
la escala de 1 a 5 donde:
Totalmente de acuerdo 5
De acuerdo 4
Indiferente, no sabe 3
En desacuerdo 2
Totalmente en desacuerdo 1
ü Extensión adecuada: tanto el enunciado como las respuestas tienen una extensión cómoda y
adecuada para su desarrollo.
ü Enunciado correcto y comprensible: las preguntas, respuestas y gráficos utilizados son
entendibles y llevan una secuencia lógica; además los datos y fenómenos proporcionados
son científicamente correctos.
ü Buena ortografía y uso del lenguaje apropiado: las palabras utilizadas están bien escritas y se
adaptan al lenguaje de la población de estudio.
ü Mide lo que pretende: se establece una relación entre el ítem y el concepto que se quiere
evaluar (factores que afectan la velocidad de una reacción química)
Anexos
ü Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las opciones de
respuestas.
En la casilla de observaciones colocar solo una alternativa (M, E ó Mo), teniendo en cuenta:
M: si el ítem debe mantenerse tal y cual como está estructurado.
E: si el ítem debe eliminarse completamente. Mo: si al ítem se le debe de hacer una modificación.
Í T E M
CRITERIOS A EVALUAR OBSERVACIÓN
Extensión adecuada
El enunciado es correcto y comprensible
Buena ortografía y uso del lenguaje
adecuado
Mide lo que
pretende
Induce a la
respuesta
M=mantener E=eliminar
Mo=modificar
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
ASPECTOS GENERALES VALOR
(escala de 1 a 5)
OBSERVACIÓN
1. El instrumento recoge información
que permite dar respuesta al
problema de investigación.
2. El instrumento propuesto ayuda a
la consecución de los objetivos del
estudio.
3. La estructura del instrumento es la
adecuada.
4. El número de ítems es adecuado
para su aplicación.
5. El instrumento evalúa de manera
pertinente la temática.
Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:
Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia, Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J.
(2017).
G. Anexo: Formato de Validación de los
Manuales de Práctica y Simulación por
Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
VALIDACIÓN DE MANUALES DE PRÁCTICAS Y SIMULACIÓN POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite
desarrollar el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química,
que hace parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa
San Lorenzo del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad
del instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.
La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su
rigurosa y sincera aplicación.
Instrucciones: Teniendo como base los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión sobre
el instrumento que se adjunta: Colocar solo un número en los criterios que se quieren evaluar para
cada uno de los talleres, teniendo en cuenta que se considera la escala de 1 a 5 donde:
Totalmente de acuerdo 5
De acuerdo 4
Indiferente, no sabe 3
En desacuerdo 2
Totalmente en desacuerdo 1
ü Extensión adecuada: el procedimiento establecido para cada práctica tienen una extensión
cómoda y adecuada para su desarrollo. Además permite que se pueda realizar en un tiempo
apropiado.
ü Procedimiento correcto y comprensible: el procedimiento, las preguntas y gráficos utilizados son
entendibles y llevan una secuencia lógica; además los datos y fenómenos proporcionados son
científicamente correctos.
ü Buena ortografía y uso del lenguaje apropiado: las palabras utilizadas están bien escritas y se
adaptan al lenguaje de la población de estudio.
Anexos 147
ü Mide lo que pretende: se establece una relación entre el taller práctico y el concepto que se quiere evaluar (factores que
afectan la velocidad de una reacción química)
ü Aprendizaje activo: el procedimiento y las preguntas de cada taller, permiten adaptarse a los pasos establecidos en las
clases teóricas demostrativas y prácticas interactivas de la metodología del aprendizaje activo.
En la casilla de observaciones colocar solo una alternativa (M, E ó Mo), teniendo en cuenta:
M: si el taller o actividad debe mantenerse tal y cual como está estructurado.
E: si el taller o actividad debe eliminarse completamente.
Mo: si al taller o actividad se le debe de hacer una modificación.
MANUAL DE PRÁCTICA Y SIMULACIÓN
CRITERIOS A EVALUAR OBSERVACIÓN
Extensión adecuada
Procedimiento correcto y
comprensible
Buena ortografía y uso del lenguaje
adecuado
Mide lo que pretende
Aprendizaje activo
M=mantener E=eliminar
Mo=modificar
1. En donde se consume más
rápido
2. Reloj de yodo, ¡vaya
sorpresa!
3. ¿Quién fue?
4. El globo tuvo la culpa
5. “La sustancia X”
ASPECTOS GENERALES VALOR (escala
de 1 a 5) OBSERVACIÓN
1. El instrumento recoge información que permite dar
respuesta al problema de investigación.
2. El instrumento propuesto ayuda a la consecución de los
objetivos del estudio.
3. La estructura del instrumento es la adecuada. 4. El número de talleres es el adecuado para el aprendizaje
de la temática.
5. El instrumento desarrolla de manera pertinente la
temática.
Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:
Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J. (2017).
H. Anexo: Formato de Validación del Simulador
“Virtual LabCin” por Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
VALIDACIÓN DE SIMULADOR “VIRTUAL LABCIN” POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite desarrollar el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación. La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su rigurosa y sincera aplicación. Instrucciones: Con base a los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión sobre el instrumento que se adjunta: Colocar solo un número para cada uno de los criterios que se quieren evaluar, teniendo en cuenta que se considera la escala de 1 a 5 donde:
Totalmente de acuerdo 5 De acuerdo 4 Indiferente, no sabe 3 En desacuerdo 2 Totalmente en desacuerdo 1
CRITERIOS VALOR (escala
de 1 a 5) OBSERVACIÓN
1. Las herramientas virtuales que dispone el simulador son fáciles de usar, y permiten el desarrollo de los experimentos propuestos.
2. La interfaz gráfica del laboratorio virtual es llamativa, atractiva y estimula su manejo.
Anexos
3. Todos los experimentos que dispone el simulador son ejecutables.
4. Los experimentos y fenómenos propuestos son científicamente correctos.
5. La forma y aspecto de los materiales, aparatos y reactivos se asemejan a los que se encuentran en la realidad.
6. El procedimiento de cada experimento es entendible y se adapta al lenguaje de la población de estudio.
7. El instrumento desarrolla de manera pertinente la temática.
8. El uso del simulador permite adaptarse a los pasos establecidos en las clases teóricas demostrativas y prácticas interactivas de la metodología del aprendizaje activo.
Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:
Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J. (2017).
Capítulo 7. Referencias Bibliográficas
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158 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo
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