Investigación Educativa

 

La pedagogía en la educación química. La experiencia al implementar un modelo didáctico en la enseñanza de la química en el laboratorio

 

The pedagogy concerning chemical education. The experience by means of a teaching experimental procedure

 

B. Virginia Cervantes-Nemer,¹ Javier Loredo-Enríquez,² María del Carmen Doria-Serrano,¹ y Arturo Fregoso-Infante¹

 

¹ Centro Mexicano de Química en Microescala. Depto. de Ingeniería y Ciencias Químicas, Universidad Iberoamericana. Prol. Reforma 880, Del. Álvaro Obregón, 01210, México, DF. Correo electrónico: arturo.fregoso@uia.mx

² Departamento de Educación, Universidad Iberoamericana. Correo electrónico: javier.loredo@uia.mx

 

Recibido: 7 de diciembre de 2006;
Aceptado: 14 de febrero de 2008.

 

Abstract

In order to improve chemical education a teaching procedure has been developed, implemented and evaluated, that offers a set of strategies to assist student learning difficulties, in order to promote student's conceptual change. This teaching procedure also proposes a course of action that guides instruction and invites the professor to increase his/her teaching abilities and improve chemical education.

To test it a general chemistry lab manual has been elaborated, using microscale techniques. In order to assess its efficacy, a cuasiexperimental study has been carried out to examine student academic efficiency and interest in chemistry topics. Analysis resulted in statistically-proven increased grades as compared to those using the socalled traditional procedure.

Key words: Enseñanza química, investigación educativa química, pedagogía química.

 

Introducción

La educación superior mexicana opera en un nuevo escenario de competencia mundial y enfrenta el desafío de fortalecer sus objetivos fundamentales. La ANUIES (ANUIES, 2000) señala que México requiere de una profunda transformación de la educación superior. La innovación deberá tener como eje una nueva visión y un nuevo paradigma de formación de los estudiantes, entre cuyos elementos se encuentra la incorporación de nuevos métodos y modelos educativos que propicien el trabajo grupal, la integración de comunidades de aprendizaje y el desarrollo integral del estudiante.

Con el deseo de contribuir a mejorar la enseñanza y el aprendizaje de la química en la Universidad Iberoamericana (UIA) se contempló el diseño, desarrollo, implementación y evaluación de un modelo didáctico que es un apoyo para el docente y reúne un conjunto de estrategias encaminadas a superar las principales dificultades del estudiante en esta disciplina, como son la existencia de ideas previas a los conceptos científicos y la falta de interés en la materia (Cervantes, 2006).

 

El modelo didáctico

Este modelo se diseñó considerando que uno de los principales problemas de la enseñanza de las ciencias es la existencia en los alumnos de concepciones alternativas o ideas previas a los conceptos científicos, siendo necesaria su transformación (Garritz, 2001; Flores, 2004; Bello, 2004; Gómez-Crespo, Pozo y Gutiérrez-Julián, 2004). Las concepciones alternativas son ideas intuitivas fuertemente arraigadas con las que los estudiantes llegan a la escuela; dado que éstas interfieren en la adquisición del conocimiento científico es preciso modificarlas, es decir, lograr un cambio conceptual. Debido a la complejidad que representa el cambio conceptual no se cuenta aún con una teoría que satisfaga todos sus interrogantes (Flores, 2004). Se asume que las dificultades en la comprensión y aprendizaje de la ciencia se deben en buena medida a que el conocimiento científico que se pretende enseñar resulta contrario a muchas de las creencias que los seres humanos tenemos sobre el mundo (Gómez-Crespo, Pozo y Gutiérrez-Julián, 2004).

El cambio conceptual es ampliamente estudiado y la investigación muestra que hay una gran diversidad de posturas en torno a él (Rodríguez-Moneo, 2003; en Bello, 2004, Flores, 2004). Existen posiciones radicales que proponen la sustitución de las ideas previas por los conceptos científicos. Otras conciben el cambio conceptual como una modificación gradual y parcial de las ideas de los alumnos, que al ser un proceso complejo, no lineal y largo, no se puede lograr en un ciclo escolar (Bello, 2004),

Carey (citado por Flores, 2004) reconoce que los procesos de cambio conceptual no tienen todos el mismo estatus e implican distintos niveles de transformación, lo que nos permite pensar que algunos procesos de cambio conceptual toman más tiempo, y otros menos complejos podrían lograrse en un lapso de tiempo más corto.

Dentro de las estrategias de enseñanza que se han diseñado para promover el cambio conceptual está el llamado conflicto cognitivo, en el que se trata de partir de las concepciones alternativas de los alumnos para lograr un cambio conceptual al confrontarlas con situaciones conflictivas (Pozo y Gómez Crespo, 2001). A pesar de que en ocasiones se duda de esta estrategia porque el estudiante tiende a modificar la información recibida, más que aceptar la contradicción y revisar sus esquemas de pensamiento, consideramos que puede existir la posibilidad de lograr cierto nivel de transformación de las ideas previas del estudiante al propiciar su confrontación.

Es indudable el valor que tiene la investigación en la enseñanza de las ciencias y la opinión de los diversos autores para orientar adecuadamente el desarrollo de estrategias de enseñanza, pero también es necesario considerar la propia experiencia docente cuando se efectúa su diseño; es inevitable que ésta influya en ello. En la práctica cotidiana algunos profesores hemos utilizado de manera intuitiva ciertas estrategias de enseñanza encaminadas a mostrar al estudiante la insuficiencia de algunas ideas previas para tratar de explicar cierto hecho; esto nos ha permitido observar que a través de la enseñanza los estudiantes confrontan y transforman tales ideas previas, lo cual se ve reflejado al evaluar el aprendizaje. Estas experiencias son alentadoras y serán decisivas en la metodología de enseñanza que adopte el docente.

Se ha afirmado que para que las estrategias de cambio conceptual tengan algún efecto importante es preciso que no se apliquen como un conjunto de estrategias aisladas, sino como un enfoque de enseñanza coherente con la adquisición de conocimientos y valores, aunado a procesos de evaluación acordes con ello (Bello, 2004). Al diseñar este modelo didáctico, además de incluir estrategias encaminadas a confrontar las ideas previas del estudiante, se integraron otras que pretenden mejorar la exposición del docente facilitando la comprensión de los conceptos y haciendo significativo el aprendizaje, acercar al estudiante a la investigación científica, despertar su interés por la química y conducirlo a desarrollar actitudes de aprecio y gusto por ella. Para aplicar el modelo propuesto, resultado de un esfuerzo por mejorar la enseñanza tradicional que se venía practicando en el Laboratorio de Química General de la UIA, se elaboró el Manual Pedagógico de Prácticas.

 

El Manual Pedagógico de Prácticas

Cada una de las prácticas fue estructurada con los siguientes puntos principales:

— Actividades pre-laboratorio.

— Objetivos de la práctica.

— Información teórica.

— Parte experimental, resultados y su análisis.

— Informe de los resultados y su análisis.

— Discusión grupal de los resultados y su análisis.

— Actividades post-laboratorio.

Como actividades pre-laboratorio, antes de efectuar cada práctica y estudiar la información teórica, el alumno da respuesta a un breve cuestionario que tiene como objetivo hacer que reflexione sobre sus ideas preexistentes relacionadas con el tema a estudiar. Posteriormente estudia la información teórica del tema que desarrollará experimentalmente y la resume. Estas actividades están encaminadas a preparar al estudiante para que al realizar la práctica de laboratorio mejore la comprensión de los temas estudiados y confronte sus ideas preexistentes. A continuación se muestra, como ejemplo, el cuestionario pre-laboratorio de la práctica No. 8 "Métodos de separación y purificación de compuestos químicos". Parte D. Extracción.

Entre los objetivos de la práctica: destaca la comprensión de los conceptos como una de las metas más importantes que se pretende conseguir.

La información teórica que se incluye en el manual pedagógico permite que el alumno relacione el tema estudiado, con conocimientos propios de su realidad; por ejemplo, en la primera página de cada una de las prácticas se muestra la imagen de algún fenómeno, hecho o proceso que tiene relación con el tema a estudiar y es propio de nuestra vida cotidiana (como la foto de la figura 1 de la práctica No. 8).

Los estudios realizados en el campo de la psicología educativa señalan que para que el aprendizaje adquiera un significado, es necesario que se relacione el tema estudiado con los conocimientos que se han adquirido a través de la experiencia diaria (Ausubel, Novak, y Hanesian, 1978; Díaz-Barriga y Hernández, 2002).

La información teórica articula el tema a estudiar con las prácticas ya realizadas, esto mejora la comprensión y permite que el alumno aplique el conocimiento adquirido. Se utilizan imágenes con la representación microscópica de los procesos estudiados y se incorporan las que muestran su vista macroscópica, facilitando la comprensión y la asociación entre ellas (Gómez-Crespo, Pozo y Gutiérrez-Julián, 2004). Estudios realizados en el campo de la enseñanza de la ciencia señalan que la presentación de imágenes durante la exposición y discusión de los temas ocasiona que el alumno mejore la comprensión de los conceptos (Russell et al., 1997; Bunce, 2001). En la práctica No. 8 se presentan las imágenes mostradas en las figuras 2 y 3.

En la parte experimental alguno de los reactivos o materiales que utiliza el alumno corresponde a una sustancia o mezcla que está presente en su vida cotidiana permitiéndole interactuar con su realidad; por ejemplo, en la práctica No. 8 el estudiante extrae los pigmentos de la hoja de espinaca (figura 4).

En la enseñanza tradicional de las prácticas de laboratorio el alumno sigue fielmente las indicaciones dadas en la parte experimental hasta llegar al resultado, sin reflexionar en ello, con escasa comprensión de los conceptos y del procedimiento. Este hecho ha sido severamente criticado (Hodson, 1994). Es necesario lograr que el estudiante interactúe física y mentalmente al efectuar la práctica (Hofstein, 2004; Hofstein y Lunetta, 2004). En la clase de laboratorio es necesario disminuir el trabajo práctico y aumentar las actividades orientadas a la reflexión, estimular el desarrollo conceptual animando a los estudiantes a que exploren y supervisen sus ideas existentes comparándolas con las aportadas por la experiencia (Hodson, 1994).

La parte experimental de este manual contempla varias actividades, que a continuación se describen, encaminadas a favorecer la comprensión, reflexión, análisis e interpretación de resultados. Dentro de las actividades que realiza el estudiante están la predicción del resultado, el planteamiento y comprobación de hipótesis, lo cual favorece la comprensión, el desarrollo del pensamiento —indispensable en el aprendizaje de la química (Bunce, 2001; Chandral, Treagust y Tobin, 1987; Lawson, 1985)—, la confrontación de sus preconcepciones, el interés por la realización de la práctica al sumar una situación que implica reto y despierta curiosidad por saber si la predicción fue correcta o no. A continuación se muestra el apartado de la práctica No. 8 en el que el alumno lleva a cabo una predicción.

Con frecuencia los estudiantes tienen la idea preexistente de que la formación de líquidos inmiscibles se explica con base en las diferencias de densidad, sin considerar la polaridad de los compuestos. Por tal motivo, generalmente en este ejercicio el estudiante predice que el metanol y el agua son líquidos inmiscibles, ya que tienen una diferencia mayor en densidad. Al efectuar el experimento los alumnos descubren que no es así y al relacionar el resultado con la información teórica aceptan que la formación de líquidos inmiscibles está determinada por las diferencias en la polaridad de los compuestos.

En la parte experimental se promueve tanto el adecuado manejo de datos y resultados a través del llenado de tablas y en algunos casos la elaboración de gráficas, como la reflexión y análisis de los mismos mediante un cuestionario que el estudiante, al ir realizando los experimentos, debe revisar, discutir y dar respuesta en equipo. En la enseñanza tradicional se le indica al estudiante efectuar esto después de la clase y de acuerdo con nuestra experiencia, la ejecución del estudiante frecuentemente es deficiente dado que en el momento de hacerlo no tiene la orientación del profesor y por lo general la actividad no la realiza en equipo, en la mayoría de los casos los estudiantes no se reúnen para analizar y discutir los resultados. Como ejemplo, a continuación se muestran la tabla de resultados y las preguntas del análisis de resultados de un apartado de la misma práctica.

Cuando desarrolla las prácticas el estudiante se acerca a la actividad científica e investiga al analizar, hacer predicciones, plantear hipótesis, discutir el resultado y establecer conclusiones. En las prácticas se incluye un apartado experimental en el que se efectúa una pequeña investigación y a pesar de que el estudiante no diseña el experimento, esta actividad le permite no sólo descubrir un hecho, sino también vislumbrar cómo se puede llegar a descubrirlo. La cultura científica no es repetición de contenidos y fórmulas, sino comprensión de los principios fundamentales, problemas, métodos e instrumentos que llevan a la proposición de teorías (Córdoba, 2005). En esta práctica se investiga cuál de los dos tipos de pigmento, la clorofila o la xantofila, es más polar.

Al finalizar los experimentos los estudiantes elaboran en equipo el informe de los resultados y su análisis, mismo que entregan al profesor quien conduce la discusión grupal de los informes. Se destaca la parte interpretativa en la construcción del conocimiento. Al inicio del curso de laboratorio se comenta a los alumnos que al igual que la interpretación dada por los científicos al investigar puede ser variada y generar controversia, también en el laboratorio escolar un mismo resultado se llega a explicar de distintas formas, haciendo necesaria la discusión grupal de los resultados y su interpretación, para que a través de ella se pueda construir el conocimiento científico.

Esta actividad, que no se efectúa en la enseñanza tradicional, promueve el diálogo y la reflexión entre el grupo, permite que el alumno complemente sus respuestas, las que se ven enriquecidas con las de los demás estudiantes, favorece la comprensión de la práctica, la confrontación de las ideas preexistentes, el ajuste de errores en la interpretación de los resultados, retroalimenta oportunamente al alumno y contribuye a mejorar su aprendizaje e interés por el tema de estudio. Se afirma que una forma para mejorar el interés del estudiante es lograr que aprenda más durante las clases (Pozo y Gómez Crespo, 2001).

Las actividades post-laboratorio incluyen la elaboración del reporte de la práctica. Para ello el estudiante establece las conclusiones con base en los resultados y su análisis, además incluye un ejemplo de aplicación del tema de la práctica a su área de estudio, que ayuda al estudiante a dar sentido a su aprendizaje y mejorar su interés.

Dentro de las actividades post-laboratorio el alumno contesta un cuestionario que tiene como finalidad la reflexión sobre el aprendizaje logrado, las dificultades que encontró al realizar la práctica y lo invita a comentar si alguna de sus ideas previas sobre los conceptos estudiados se ha transformado. Esta reflexión logra que el alumno esté más consciente tanto de los conceptos aprendidos como de las dificultades que tuvo al efectuar los experimentos, induciéndolo a practicar la autoevaluación y autorregulación de su aprendizaje. Esta información es de utilidad para el docente ya que contribuye a identificar los conceptos que el estudiante logró aprender, los aspectos que causaron dificultades al realizar los experimentos y las ideas que el alumno dice que ha transformado. En esta forma el docente tiene más información para tomar las medidas necesarias a fin de ayudar al alumno a mejorar su aprendizaje y dar seguimiento a la transformación de sus preconcepciones.

En este modelo, que se muestra en la figura 5, el papel del docente es más activo, interviene en diversas acciones como son la exposición de los fundamentos de los experimentos, la dirección y supervisión del trabajo, el planteamiento de preguntas estratégicas durante la experimentación a fin de retar las concepciones de los estudiantes y favorecer la comprensión y aprendizaje de los diferentes temas, la conducción de la discusión grupal de los resultados y su análisis, la continua evaluación del alumno, la retroalimentación oportuna, etc.

A continuación se muestran las actividades post-laboratorio de la práctica No. 8.

Para evaluar la eficacia del manual pedagógico de prácticas se diseñó y realizó una investigación cuasiexperimental porque el rendimiento académico del estudiante no sólo varía conforme al modelo de enseñanza, sino que también influyen otros factores que se deben controlar al estudiar la pertinencia de un modelo didáctico.

 

Investigación cuasiexperimental y conclusiones

La investigación, que se describe en el anexo I, se diseñó considerando que el aprendizaje del estudiante de química se ve afectado por sus conocimientos previos y habilidad para razonar (Chandral, Treagust y Tobin, 1987; Lawson, 1985, Bunce, 2001). Al inicio del estudio se comprobó la equivalencia de los grupos que participaron, en cuanto a estas dos variables.

Estos grupos tuvieron un mismo docente titular a fin de que el rendimiento de los estudiantes no cambiara en función del profesor.

La investigación cuasiexperimental realizada en la UIA durante el semestre de otoño 2004 revela que los estudiantes que utilizaron el manual pedagógico tuvieron un rendimiento académico más alto. A través de la confrontación de las concepciones alternativas se favoreció su enriquecimiento y transformación. El modelo didáctico permitió optimizar el aprendizaje y mejorar en los alumnos su interés, apreciación y gusto por la química (Cervantes, 2006).

En el siguiente semestre a la investigación (primavera 2005) se implementó el uso del manual pedagógico en la UIA y fue posible ver el avance que tuvieron nueve grupos a cargo de diferentes docentes, a los cuales previamente se les dio a conocer el modelo didáctico. En ese semestre se confirmaron los beneficios que dicho modelo brinda tanto al estudiante, contribuyendo a incrementar su aprendizaje, como al profesor, proporcionándole un marco donde puede mejorar su práctica. Este manual, que actualmente se sigue utilizando, ayuda al docente a planear, organizar, desarrollar y evaluar las prácticas del laboratorio de química. El modelo se puede adaptar a las características y necesidades de otros cursos de laboratorio y podría ofrecer las mismas ventajas.

Es un reto para las instituciones hacer realidad la nueva visión de la educación superior al contribuir a renovar los modelos didácticos y optimizar la calidad de la enseñanza. Es posible mejorar la educación química y compartir con los estudiantes el gusto y el aprecio por la ciencia.

 

Referencias

ANUIES. Consejo Nacional de la Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior. La Educación Superior en el Siglo XXI. Líneas estratégicas de desarrollo. Una Propuesta de la ANUIES, ANUIES, Ciudad de México, México, 2000.         [ Links ]

Ausubel, D., Novak, J. y Hanesian, H. Educational Psychology: A Cognitive View (2^nd ed.). New York: Holt, Rinehart & Winston, 1978.         [ Links ]

Bello, S., Ideas previas y cambio conceptual, Educ. quím., 15(3) 210-217, 2004.         [ Links ]

Bunce, D.M. ¿Does Piaget still have anything to say to Chemist?, Journal of Chemical Education, 78(8) 127-140, 2001.         [ Links ]

Cervantes, N. V., Diseño, Desarrollo y Evaluación de un Programa de Estrategias para la Enseñanza de la Química, Tesis. Maestría en Investigación y Desarrollo de la Educación. Universidad Iberoamericana, Ciudad de México, México 2006.         [ Links ]

Córdoba, J., La enseñanza de las ciencias: Alfabetización científica o ciencia para futuros científicos, Educ. quím., 16(3) 398-403, 2005.         [ Links ]

Chandral S., Treagust D. y Tobin, K. The role of cognitive factors in chemistry achievement, Journal of Research in Science Teaching, 24(2) 145-160, 1987.         [ Links ]

Díaz-Barriga, A. F., Hernández, R.G., Estrategias docentes para un aprendizaje significativo. Una interpretación constructivista, McGraw Hill, Ciudad de México, México, 2002.         [ Links ]

Flores, F., El cambio conceptual: interpretaciones, transformaciones y perspectivas, Educ. quím., 15(3) 256-269, 2004.         [ Links ]

Garritz, A., Veinte años de la teoría del cambio conceptual, Educ. quím., 12(3) 123-126, 2001.         [ Links ]

Gómez-Crespo, M.A., Pozo, J. I. y Gutiérrez-Julián, M.S., Enseñando a comprender la naturaleza de la materia: el diálogo entre la química y nuestro sentido, Educ. quím., 15(3) 198-209, 2004.         [ Links ]

Hodson, D., Hacia un enfoque más crítico del trabajo del laboratorio, Enseñanza de las Ciencias, 12(3) 299 -313, 1994.         [ Links ]

Hofstein, A., The laboratory in chemistry education: thirty years of experience with developments, implementation, and research, Chemistry Education: Research and Practice, 5(3) 247-264, 2004.         [ Links ]

Hofstein, A. y Lunetta, V. N. The Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-First Century, Science Education, 88, 28-54, 2004.         [ Links ]

Lawson, A.E. (1985) A review of research on formal reasoning and science teaching, Journal of Research in Science Teaching, 22(7) 569-617, 1985.         [ Links ]

Pozo, J.I. y Gómez Crespo M.A. Aprender y enseñar ciencia, Ediciones Morata, S.L. Madrid, España, 2001.         [ Links ]

Rodríguez-Moneo, M. y Aparicio J., Los estudios sobre el cambio conceptual y la enseñanza de las ciencias, Educ. quím., 15(3) 270-280, 2004.         [ Links ]

Russell, J., Kozma, R., Jones, T., Wykoff, J., Marx, N., y Davis, J. Use of simultaneous - synchronized macroscopic, microscopic, and symbolic representations to enhance the teaching and learning of chemical concepts, Journal of Chemical Education, 74(3) 330-334, 1997.         [ Links ]