Enseanza de los factores que
afectan la velocidad de
reaccin: una propuesta de
aula desde el aprendizaje
activo
Juan Gabriel Barrera Herrera
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Bogot, Colombia
2012
Enseanza de los factores que
afectan la velocidad de
reaccin: una propuesta de
aula desde el aprendizaje
activo
Juan Gabriel Barrera Herrera
Trabajo final presentado como requisito parcial para optar al
ttulo de:
Magster en Enseanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Director:
Ms, Esp., Qumico Manuel Fredy Molina Caballero
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Bogot, Colombia
2012
Al nico fiel y verdadero.
A mi esposa y nuestros hijos.
Agradecimientos
El autor manifiesta su profunda gratitud:
A la Universidad Nacional de Colombia, por su vigencia en aras del
desarrollo nacional.
A todos los docentes involucrados en el programa, por compartir
generosamente tanto su vasta experiencia, como sus enriquecedoras
vivencias.
Al profesor Manuel Fredy Molina Caballero, por su apoyo y
disponibilidad permanentes.
Al profesor Freddy Alberto Monroy Ramrez, por sus valiosos
aportes en la elaboracin del documento.
A todas aquellas personas que, decidida y desinteresadamente,
contribuyeron a la materializacin de este anhelo.
Resumen y Abstract XI
Resumen
En este trabajo se propuso una estrategia de aula con un
componente experimental para la enseanza de los factores que
modifican la velocidad de una reaccin qumica, utilizando como
fundamento, entre otros, algunos principios del aprendizaje
activo. La propuesta se aplic en el nico curso de grado undcimo
del colegio Calatrava School, institucin de carcter privado y
calendario B, ubicada en la localidad de Suba en Bogot, Colombia.
La propuesta sugerida de un lado estimul la proposicin, la
discusin y la comunicacin de los estudiantes y, de otro lado, la
visualizacin del comportamiento de algunas reacciones qumicas en
las condiciones generadas, no slo favoreci la consolidacin de
los temas estudiados de la cintica qumica, sino que tambin
permiti retomar, relacionar, integrar y retroalimentar temas
trabajados con anticipacin.
Conforme a los resultados esperados, se not una mayor
participacin y una mejor disposicin de los estudiantes,
comparativamente con las observadas en las prcticas
experimentales tradicionales.
Palabras clave: aprendizaje activo, aprendizaje mediante la
prctica, enseanza cintica qumica, enseanza secundaria.
Abstract
This work proposed a classroom strategy with an experimental
component for teaching the factors that are affecting the rate of
a chemical reaction using as basis, among others, some principles
of active learning. The proposal was applied in the 11th grade of
Calatrava School (B Term) of Bogot, Colombia.
The suggested proposal stimulated the proposition, discussion and
communication of students. And on the other hand, the
visualization of the behavior of some chemical reactions in the
conditions generated, it did not only favor the consolidation of
the topics studied in chemical kinetics, but also, allowed to
resume, connect, integrate and feedback issues discussed in
advance.
According to the expected results, a better participation and
willingness in students was noted compared with those in
traditional practices.
Keywords: active learning, learning by doing, teaching chemical
kinetics, secondary education.
Contenido XIII
Contenido Pg.
Resumen ................................................................................................................................................................ XI
Lista de figuras .................................................................................................................................................... XV
Introduccin ........................................................................................................................................................... 1
1. Captulo 1 Aspectos histrico-epistemolgicos .................................................................................. 3 1.1 Aspectos histricos ...................................... 4 1.2 Aspectos epistemolgicos ................................. 8
1.2.1 Modelo antropomrfico ............................... 8 1.2.2 Modelo de afinidad corpuscular ...................... 8 1.2.3 Primer modelo cuantitativo .......................... 9 1.2.4 Modelo mecanismo .................................... 9 1.2.5 Modelo termodinmico ................................ 9 1.2.6 Modelo cintico .................................... 10 1.2.7 Modelo mecanismos estadsticos ..................... 10 1.2.8 Modelo del estado de transicin .................... 10
2. Captulo 2 Elementos disciplinares ..................................................................................................... 13 2.1 Cintica qumica ........................................ 13 2.2 La reaccin qumica ..................................... 13 2.3 Factores que influyen en las velocidades de reaccin .... 14
2.3.1 El estado fsico de los reactivos .................. 14 2.3.2 La concentracin de los reactivos .................. 14 2.3.3 La temperatura a la que se lleva a cabo la reaccin 15 2.3.4 La presencia de un catalizador ..................... 17
2.4 Velocidades de reaccin ................................. 19 2.5 Concentracin y velocidad ............................... 19 2.6 Cambio de la concentracin con el tiempo ................ 21
2.6.1 Reacciones de primer orden ......................... 21 2.6.2 Reacciones de segundo orden ........................ 21
2.7 Mecanismos de reaccin .................................. 23
3. Captulo 3 Propuesta didctica ............................................................................................................. 25 3.1 Anlisis conceptual de la propuesta ..................... 25
3.1.1 Estndares bsicos de competencias en ciencias naturales ................................................ 25 3.1.2 Aprendizaje activo ................................. 26 3.1.3 El papel de la experimentacin en el aprendizaje de las ciencias naturales ................................... 27
3.2 Estrategia de aula ...................................... 28
3.2.1 Planteamiento generador ............................ 29 3.2.2 Prediccin ......................................... 29 3.2.3 Deliberacin ....................................... 29 3.2.4 Experimentacin .................................... 29 3.2.5 Elaboracin de conclusiones ....................... 30
3.3 Anlisis de resultados .................................. 30
4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................................ 33 4.1 Conclusiones ............................................ 33 4.2 Recomendaciones ......................................... 34
A. Anexo: Prototipo de la propuesta ......................................................................................................... 35
B. Anexo: Prctica tradicional (Irazbal & de Irazbal, s.f., p.42-43) .............................................. 37
Bibliografa ........................................................................................................................................................... 39
Contenido XV
Lista de figuras Pg.
Figura 2-1: Influencia del grado de subdivisin de un slido en la velocidad de reaccin ............................................15
Figura 2-2: Perfiles de energa potencial para reacciones exotrmicas y endotrmicas.16
Figura 2-3: Mtodo grfico para determinar la energa de activacin, Ea17
Figura 2-4: Comparacin entre las barreras de energa de activacin de reacciones exotrmica y endotrmica con y sin catalizador....18
Figura 2-5: Efecto de la presin en la velocidad de reaccin de un sistemagaseoso.18
Figura 2-6: Grfica de ln[A] en funcin del tiempo de una reaccin A productos, que
sigue una cintica de primer orden...22
Figura 2-7: Grfica de 1/[A] en funcin del tiempo de una reaccin A productos, que
sigue una cintica de segundo orden ..23
Figura 2-8: Ejemplo de un perfil energtico y mecanismo de una reaccin qumica
orgnica (SN2) 24
Figura 3-1: Visin esquemtica de la propuesta deaula.29
Introduccin
Se presenta una propuesta de aula para la enseanza de algunos
factores que modifican la velocidad de una reaccin qumica, la
cual tiene un componente experimental cuyo modelo, por una parte
est catalogado dentro del enfoque de aprendizaje activo y por
otra, puede ser replicado en el estudio de otros temas.
Se explor este aspecto de la cintica qumica,atendiendo a varias
consideraciones:
El tema est contemplado explcitamente en los Estndares Bsicos de Competencias en Ciencias Naturales promulgados por el
Ministerio de Educacin Nacional (MEN) para los grados dcimo y
undcimo:
Al finalizar el undcimo grado los estudiantes relacionarn
la estructura de las molculas orgnicas e inorgnicas con
sus propiedades fsicas y qumicas y su capacidad de cambio
qumico. Para lograrlo los estudiantes [entre
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