Alina Isabel María De Jesús Vieira

alinaipc@hotmail.com

Rosa Elena Camero

(UPEL-IPC)

RESUMEN

Con el propósito de lograr una mayor comprensión de toda la dinámica de cambios que ocurren en la naturaleza, se ha implementado el ejercicio práctico "Estaciones para el Estudio de la Materia". Esta estrategia didáctica fue aplicada a una muestra de 152 estudiantes universitarios cursantes de las carreras de Educación Integral, Educación Preescolar y Educación Especial del Instituto Pedagógico de Caracas. Antes del desarrollo del ejercicio práctico se realizó un pretest para determinar las concepciones que tenían los estudiantes. Al finalizar el ejercicio práctico, se aplicó un postest con el fin de establecer los posibles cambios conceptuales producidos. Los resultados muestran una mejoría evidente en las concepciones de los estudiantes con relación a la consideración del carácter material de todos los cuerpos, sin embargo, prevalecen concepciones alternativas con respecto al carácter atómico-molecular de lo vivo, al reconocer en menor medida la constitución atómica de los seres vivos.

Palabras clave: estrategias didácticas; materia; átomo; preconcepciones; aprendizaje significativo.

Los trabajos relativos a las concepciones de los educandos y de los obstáculos para el aprendizaje que éstos revelan son muy numerosos pero, en general, no se consideran adecuadamente en las situaciones didácticas. Los alumnos presentan ideas previamente construidas que tienden a perdurar, casi sin sufrir modificaciones, a pesar de la importante presión de la enseñanza. Para ellos, sus representaciones constituyen las herramientas intelectuales con las que piensan, y las conservan mientras tengan un valor explicativo superior al que da el concepto involucrado (Astolfi, 1994). En esto último debe basarse el docente para crear dispositivos didácticos que permitan una evolución intelectual de los estudiantes, es decir, una secuencia didáctica construida para la superación de un obstáculo, en oposición a otra, organizada en torno a una simple adquisición del saber.

Pozo (1996), señala que el conocimiento que los alumnos traen al aula se refiere al mundo cotidiano, compuesto de objetos y cosas reales, los cuales son perceptibles. La ciencia que se les enseña es más virtual, relacionada con entidades no observables y modelos idealizados. Se debe buscar establecer relaciones entre estos diferentes niveles de análisis de la realidad para ayudarlos a comprender el significado de los modelos científicos. Así, por ejemplo, el comportamiento de los materiales, sus características y sus cambios pueden ser explicados a través de la teoría corpuscular que se basa en que todos los materiales están formados por partículas o corpúsculos. Ante la imposibilidad de ver estas partículas, se dificulta imaginar esa estructura íntima de la materia.

Es importante indagar lo que saben los futuros maestros sobre ciertos campos conceptuales concretos ya que los conocimientos que éstos tengan sobre un contenido influyen en lo que van a enseñar. Conceptos relacionados con materia, propiedades, estados físicos, cambios físicos y químicos de la materia, son de especial interés para los maestros, dado que, en los primeros niveles de la Educación Básica están inmersos bloques de contenidos relacionados con materia y energía.

Las concepciones alternativas son persistentes y no se modifican fácilmente con la enseñanza convencional (Furió, 1996). De aquí la necesidad de implementar innovaciones que permitan la superación de obstáculos. Las estrategias didácticas, es decir, las acciones que muestran el camino a recorrer por el docente y los estudiantes para construir conocimientos, desarrollar procesos y demostrar actitudes, deben estar centradas en el alumno como verdadero sujeto de aprendizaje. Dentro de una metodología participativa se emplean actividades pedagógicas que apuntan al principio según el cual el alumno construye su propio conocimiento. Todo esto se lleva a la práctica a través de las vivencias, las conceptualizaciones, la documentación, la ampliación y la aplicación.

La comprensión de temas como origen y evolución del universo, surgimiento de nuevos materiales, estructura de los materiales que rodean al ser humano, estados físicos de la materia y los cambios que puede experimentar con las implicaciones energéticas correspondientes, sólo puede lograrse a cabalidad si se conoce y comprende la estructura íntima de la materia. Estos aspectos han resultado bastante difíciles para los estudiantes cursantes de las carreras de Educación Integral, Preescolar y Especial del Instituto Pedagógico de Caracas, detectándose en ellos concepciones alternativas sobre dichos tópicos. Con base en lo anteriormente expuesto, se ha buscado implementar estrategias didácticas activas que permitan subsanar las concepciones alternativas detectadas y abordar estos temas con miras a lograr aprendizajes significativos. Particularmente, en este trabajo se presenta una estrategia didáctica basada en el recorrido de un conjunto de "estaciones". El uso de "estaciones" también ha sido propuesto por Kleinheider en 1996 como una alternativa para evaluar contenidos sobre la estructura de la materia.

La muestra estudiada estuvo conformada por 152 estudiantes, con una mortalidad experimental de 9,21 % debido a inasistencia y retiro de la asignatura, entre otras causas. Antes del desarrollo del ejercicio práctico se realizó un pretest para determinar las concepciones previas que tenían los estudiantes con relación al carácter material de la materia viva y no viva, los cambios físicos y químicos y algunas propiedades de los materiales (Anexo 1). Posterior al desarrollo del ejercicio práctico se aplicó un postest con el fin de determinar los posibles cambios conceptuales producidos.

1. De los siguientes objetos, productos, etc., señala cuáles están formados por materia:

árbol - aire - ser humano - agua - atún – dióxido de carbono - piedra - leche

3. Lo más pequeño que forma parte de una roca es:

molécula - átomo - arena - mineral

4. Lo más pequeño que forma parte de un perro es:

molécula - átomo - célula - órgano

5. Lo más pequeño que forma parte de una lechuga es:

6. Qué es lo más importante que está vivo en:

7. Indica si es verdadero (V) o falso (F):

- Los seres vivos, al igual que los inertes, están constituidos por átomos.

- Los animales no contienen átomos y la materia inerte sí.

- Tanto un árbol como una piedra tienen constitución atómica.

( ) La materia inerte tiene vida.

( ) La materia inerte es material en descomposición.

( ) La materia inerte no tiene vida.

( ) La materia inerte es material en composición.

9. Señale con una X qué tipo de cambio sufre un huevo cuando es sancochado.

( ) Un cambio químico porque se le suministra calor.

( ) Un cambio químico porque varía la composición del huevo.

( ) Un cambio físico porque sigue siendo huevo.

( ) Un cambio físico porque varía la apariencia del huevo pero no su composición.

11. Indique cuál de los siguientes materiales es el menos denso.

(Adaptado de: Mondelo, A., M.; García B., S. y Martínez L., C. (1994) Materia Inerte / Materia Viva ¿Tienen ambas constitución atómica?, Enseñanza de las Ciencias, 12(2), pp. 226-233).

El ejercicio práctico "Estaciones para el Estudio de la Materia" se fundamenta en la premisa de que el estudiante debe participar en su propio aprendizaje, el cual es más favorable si se efectúa de una manera dinámica y vivencial. Precisamente, en este ejercicio, el estudiante recorre estaciones donde se le plantean diversas actividades. En el recorrido se pueden presentar interrogantes que inducen a la reflexión, y al ser resueltos permiten el logro de aprendizajes significativos. A su vez, se considera que los procesos cognoscitivos básicos (observación, descripción, clasificación, formulación de problema e hipótesis, análisis, síntesis...) son esenciales para el logro de estos aprendizajes, por lo que se toma en cuenta su desarrollo en el ejercicio práctico. Un trabajo fundamentado en la realización de estaciones, también fue propuesto por Kleinheider (1996) como método alternativo de evaluación en el aula, dado que se consideraba que la aplicación de exámenes influía negativamente produciendo en muchos casos frustraciones en los estudiantes. Por el contrario, en la secuencia didáctica presentada en este trabajo, las estaciones o paradas que deben desarrollarse van dirigidas al diagnóstico de preconcepciones y a la superación de las mismas.

A continuación se describen brevemente las estaciones que recorre el estudiante al realizar el ejercicio práctico. La propuesta didáctica completa puede apreciarse en el Anexo 2.

Observe los materiales suministrados. Recuerde que debe considerar "todo" el material en conjunto para decidir si una característica es común o no a todos los materiales. Considere características como forma, color, textura, olor, sabor, volumen, masa, etc. Complete la siguiente tabla.

Las características que "SÍ" poseen todos los materiales son las características comunes (esenciales) de la materia.

En la tabla adjunta organice las características que considera comunes y no comunes a los materiales asignados.

* ¿Cuál sería el concepto de materia que construiría tomando en consideración las características esenciales (comunes) que ha seleccionado de los objetos observados?

* ¿Está seguro(a) de que todo lo que ha observado es materia?

* ¿Existe diferencia entre materia y material?. Explique.

A continuación se le dan varios materiales. De cada uno de ellos tome tres muestras diferentes para determinar masa, volumen y densidad. Complete la siguiente tabla con los datos obtenidos.

* ¿Se puede diferenciar un tipo de material de otro por el valor de su masa?

Observe la siguiente tabla donde se presentan valores de masa, volumen, densidad, punto de fusión y punto de ebullición de diferentes muestras.

* ¿Cuál de las propiedades señaladas en la tabla para las diferentes muestras permiten diferenciar un tipo de material de otro tipo de material?

* Las propiedades que permiten diferenciar un tipo de material de otro tipo de material se denominan propiedades características de la materia. Nombre propiedades características de la materia diferentes a las indicadas aquí.

Agregue las muestras en un mismo recipiente y observe qué ocurre. Dibuje lo observado. ¿A qué se debe lo ocurrido?

Si agrega más cantidad de alguna de las muestras, ¿qué ocurrirá? Anote sus predicciones.

Agregue más cantidad de una de las muestras al recipiente anterior y observe lo ocurrido. ¿La ubicación de las muestras en el recipiente es independiente de la cantidad de material?

La materia puede presentarse en varios estados (sólido, líquido y gas) y cada uno de éstos presenta características que lo definen. En esta estación va a extraer las características que definen cada estado de la materia. Anote dichas características en la tabla.

Instrucciones:

* Pase el líquido contenido en uno de los recipientes a otro recipiente. ¿El líquido del segundo recipiente ocupa el mismo volumen que en el primer recipiente? ¿La forma del líquido en el segundo recipiente es similar a la del primer recipiente?

* Prepare dos botellas con una bomba en la abertura de cada una. Caliente una de las botellas en agua de María y anote las observaciones. ¿El gas en la botella calentada ocupa el mismo volumen que en la otra botella?. Deje enfriar la botella, ¿ qué ocurre con la bomba?, ¿ cómo explica lo ocurrido?

* Prepare tres jeringas con arena, agua y aire respectivamente. Mantenga cerrada la abertura de cada jeringa con el dedo. Observe el volumen inicial ocupado por los diferentes materiales presentes en cada una de las jeringas. Presione el émbolo. Observe lo que ocurre. ¿Cómo explicaría lo observado?

* De acuerdo a las actividades realizadas en esta estación, enumere las características esenciales que consideraría identifican cada estado de la materia.

La materia puede presentarse en varios estados. Así, por ejemplo, el agua la podemos encontrar en estado sólido, líquido y gaseoso. Cada estado de la materia debe tener una organización interna definida, es decir, las partículas en cada uno de los estados deben estar organizadas en tal forma que se presente un determinado estado de la materia.

Imagina que estás observando un trozo de hielo, una gota de agua o una burbuja de aire. Ahora imagina que te haces muy, muy pequeño, de tal forma que puedes observar el hielo, el agua, el aire desde dentro, es decir, como si te encontraras dentro de ellos y pudieras observar cómo están organizadas sus partículas.

• Dentro de una gota de agua, qué verías, cómo están organizadas sus partículas.
• Dentro de un cubo de hielo, qué verías, cómo están organizadas sus partículas.
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• Dentro de una burbuja de aire, qué verías, cómo están organizadas sus partículas.

Ahora representa mediante un modelo de partículas como el que te imaginaste, pero usando plastilina, esferas de anime, marcadores u otro material, la estructura interna de un sólido, un líquido y un gas.

En el modelo elaborado:

* ¿Qué mantiene la organización de las partículas?

* ¿Cómo es la distancia entre partículas?

* ¿Qué puede decir en cuanto a la libertad de movimiento de las partículas?

El objetivo de esta estación es demostrar cambios químicos y físicos.

Instrucciones:

* Determine la masa y el volumen de aproximadamente 25 granos de maíz.

¿Qué ocurriría si los granos de maíz son calentados?. Haga predicciones en relación a las propiedades de masa y volumen de los granos antes y después de ser calentados.

Considere si hay otras variables que puedan influir en la determinación de la masa y el volumen.

Caliente los granos de maíz y determine nuevamente la masa y el volumen.

Compare los resultados. ¿Hubo algún cambio? Compare estos resultados con sus predicciones.

* Con los diferentes materiales suministrados, ¿cómo haría uso de ellos para explicar cambios químicos y físicos? Puede realizar las siguientes actividades:

- Rompa la nuez con el martillo (o el maní con la mano).

- Arrugue un pedazo de papel.

- Caliente el azúcar.

- Derrita la mantequilla.

- Queme un pedazo de papel.

De los cambios producidos, ¿cuáles son físicos y químicos? Explique el por qué?

¿Qué otros ejemplos de su vida diaria de cambios físicos y químicos puede dar?

Los materiales que existen en la naturaleza son de muchos tipos distintos y la sociedad humana fabrica cada día otros nuevos. De la gran gama de materiales que existen se escogen los más adecuados, para fabricar toda clase de objetos.

Fuente: Fernández, M. A.; Mingo, B.; Bernabé, R. R.; Sanmartí, N. y Torres, M^a D. (1996). Entorno 1: Ciencias de la Naturaleza. España: Vicens Vives ediciones.

Observe los objetos presentes en esta estación. ¿Estarán estos objetos fabricados con los materiales adecuados? ¿Cuáles son esos materiales? ¿Qué propiedades presentan esos materiales que los hacen adecuados para el uso que se les da?

Dé un ejemplo de un objeto indicando de qué material está elaborado y si es adecuado dicho material para el uso que se le da.

En esta estación se provee a los estudiantes de materiales como: líquidos incoloros, con color, en recipientes de diferentes formas, líquidos viscosos, organismos vivos (plantas, euglenas, planarias), espuma para afeitar, arena, figuras geométricas, jabones, maní, anime, clavos, ligas, rocas, globo inflado, perfume, matraz o frasco cerrado, reglas, balanza, cilindros graduados, pipetas. Se les pide que consideren las características comunes a todos los materiales suministrados como base para definir qué es materia.

Los estudiantes determinan la masa, volumen y densidad de diferentes muestras. También consideran propiedades como el punto de ebullición y de fusión. Con esta base, se les pide que determinen cuál de las propiedades estudiadas permite diferenciar un tipo de material de otro tipo de material, es decir, cuáles son las propiedades características de la materia.

Esta estación se elaboró de una forma estructurada y otra no estructurada. En la no estructurada se pide que los estudiantes demuestren cambios químicos y físicos con los materiales suministrados. En la forma estructurada se dan instrucciones como: calentar granos de maíz determinando tanto la masa y volumen inicial como el final, derretir hielo, quemar papel, arrugar papel, abrir una nuez, calentar azúcar, chupar caramelo, etc. Se pide que clasifiquen los cambios experimentados como físicos y químicos, y definan cada uno.

La detección de las concepciones de los estudiantes antes y después de la ejecución del ejercicio práctico "Estaciones para el Estudio de la Materia", se logró mediante la aplicación de un test cuyo modelo fue adaptado del empleado por Mondelo, García y Martínez (1994) (Ver Anexo 1).

Estudios anteriores muestran la existencia de un esquema alternativo donde los estudiantes piensan que los gases son casi inmateriales, es decir, no pesan (Furió, 1996). Esta idea puede persistir dado que los alumnos en sus representaciones asocian los gases con la química, mientras consideran que las transformaciones físicas sólo se refieren a los sólidos y a los líquidos (Astolfi, 1994). A su vez, una gran proporción de los estudiantes no considera la estructura atómico molecular como lo más pequeño entre los diferentes materiales. Similar a lo señalado por Mondelo y cols. (1994), los estudiantes hacen referencia a partes macroscópicas como ojo, semilla, escamas, aletas, pata, clavo, en las preguntas abiertas (Ver gráficos 2 y 3).

En el caso de los seres vivos, sobre todo al considerar los animales, establecen que la célula es el elemento más pequeño que los conforma (Ver gráficos 3 y 4). Esto último coincide con lo indicado por Gutiérrez, Capuano, Perrotta, De la Fuente y Follari (2000): los alumnos que no consideran a los minerales, vegetales o animales compuestos por átomos, señalan que las partes más pequeñas son las partículas, moléculas y células. De igual forma, sólo un 55% de los estudiantes caracteriza a la "materia inerte" por no tener vida, aspecto que evidencia la poca claridad de este término.

A continuación se describen algunas situaciones que se desarrollaron durante el ejercicio práctico "Estaciones para el estudio de la Materia" y que ilustran las concepciones previas de los estudiantes:

• Un aspecto llamativo en la Estación 1 referida a ¿qué es la materia? fue que al colocar una planta entre los materiales, ésta es considerada por los estudiantes sólo como un adorno y terminan apartándola. Esto evidencia la no consideración de lo vivo como materia.
• En las Estaciones 2 y 2A relacionadas con las propiedades que permiten diferenciar un material de otro, en el que se hace especial énfasis en la densidad, se detecta que no comprenden bien dicho concepto, no entienden, por ejemplo, cómo diferentes volúmenes de agua pueden tener la misma densidad, o por qué al mezclar aceite con agua, el aceite queda sobre el agua (es menos denso) aunque sea más espeso y que sin importar la cantidad del material siempre se ubican en la misma posición. Esto concuerda con los resultados del test donde un alto porcentaje de estudiantes (77% en el pretest y 67% en el postest) identifica cuándo la densidad es mayor o menor a través de un modelo de partículas, sin embargo, macroscópicamente señalan que el agua es menos densa que el anime o el aceite.
• Al pasar líquidos de un recipiente a otro, en la Estación 3 referida a estados de la materia, se observa que al trabajar con envases de diferente forma no calibrados, algunos alumnos creen que el volumen ocupado por el líquido varía de un recipiente a otro. Esto no fue observado al trabajar con recipientes calibrados.

]]> En la Estación 4 sobre representación de los estados de la materia, los estudiantes en muchos casos, dibujan ejemplos de los estados de la materia, observándose dificultad para considerar la estructura interna de los mismos. El trabajo con plastilina ha resultado más efectivo porque les permite representar con mayor facilidad cada uno de los estados de la materia. Se detectan así concepciones alternativas: los sólidos están formados por un solo tipo de átomos, los líquidos por más tipos de átomos y los gases por muchos más tipos de átomos (esto expresado a través de la plastilina en diferentes colores). En la figura 1 se pueden apreciar varios de los modelos representados por los estudiantes.

Figura 1. Modelos de partículas elaborados por los estudiantes para representar los diferentes estados de la materia. En el modelo (a) y (c) están identificados cada uno de los estados de la materia. En el modelo (b), los estados de la materia representados de izquierda a derecha son sólido, líquido y gas. Como señalan los estudiantes, los alfileres empleados en los modelos no representan enlaces químicos.

]]> Durante la Estación 5 sobre cambios físicos y cambios químicos, se ha encontrado que los estudiantes algunas veces relacionan calentamiento con cambio químico. Este aspecto también ha sido reportado por Martín (2001) quien señala que los estudiantes refieren el cambio químico como un proceso donde a menudo tienen que calentar para pasar del estado inicial al final. De igual forma, cuando el material final es llamado de la misma manera que el material inicial, tienden a considerar que no ocurrió un cambio químico. Esto último se aprecia en la discusión, cuando señalan que "hervir un huevo es un cambio físico porque sigue siendo huevo", aspecto que también coincide con los resultados obtenidos en el test aplicado, donde un 80,6% en el pretest y un 56,6% en el postest señalan que sancochar un huevo se considera un cambio físico porque varía la apariencia del huevo pero no su composición y hasta un 23,3% en el postest señala que es un cambio químico porque se le suministra calor.

Estos resultados son consistentes con lo indicado por Nieda (1993) quien señala que las concepciones alternativas que presentan los estudiantes pueden deberse en gran medida al no establecimiento de relaciones entre los contenidos de Biología y los contenidos de Química en los niveles inferiores, como es el caso de relaciones entre la teoría celular y la teoría atómico-molecular. La no extrapolación o transferencia de los contenidos que se estudian a los aspectos de la vida cotidiana, puede propiciar también, en gran medida, el establecimiento de concepciones alternativas al no favorecerse la comprensión de aspectos muchas veces abstractos. Considerando la importancia del conocimiento de la naturaleza corpuscular de la Materia, para la comprensión de todo lo relativo a ella y a sus cambios, se va a considerar con mayor detalle la Estación 4 referida a la representación de los estados de la materia.

De acuerdo con Benarroch (2000), se pueden distinguir diferentes niveles en la evolución de las concepciones macroscópicas a las microscópicas. Considerando el aspecto anterior, en los modelos de partículas elaborados por los estudiantes, se observa que existen diferentes niveles explicativos acerca de la naturaleza corpuscular de la materia. En este sentido, en algunos modelos se considera la materia formada por partículas invisibles, entre las cuales hay huecos "vacíos o llenos de algo" (nivel III). En otros modelos se considera la materia formada por partículas entre las que existe vacío (nivel IV). También se considera el nivel V donde se concibe la materia como un sistema de interacción entre partículas, donde se producen movimientos. Es importante señalar que, en general, al iniciar las actividades de la Estación 4, a algunos estudiantes les cuesta ir más allá de lo observable

(nivel I), pero, a medida que desarrollan las actividades de la estación en equipo y al confrontar sus modelos con los ya elaborados por los diferentes grupos, se van enfrentando a situaciones que les permiten liberarse de la consideración previa de las características macroscópicas para acercarse a la estructura microscópica de la materia. Todo esto coincide con lo señalado por Gómez (1996) acerca de las ideas y dificultades en el aprendizaje de la Química, en la que se describe la naturaleza íntima de la materia, que no se puede ver y en muchos casos ni imaginar, lo que ya constituye un factor que influye en las ideas y dificultades del alumnado en dicha asignatura.

El ejercicio práctico "Estaciones para el Estudio de la Materia" ha resultado adecuado para detectar y subsanar concepciones alternativas referidas a la consideración del carácter material de todos los cuerpos y la constitución atómica de la materia inerte. Sin embargo, se debe considerar a su vez que la estrategia aplicada no hace hincapié en aspectos como materia inerte y viva, la célula como unidad viva fundamental, la constitución atómica de la materia viva, la existencia de los mismos elementos en la materia inerte y viva. Esto sugiere la necesidad de incorporar actividades prácticas adicionales que permitan al estudiante dilucidar sobre estos aspectos.

El test aplicado fue modificado a partir del propuesto por Mondelo y cols. (1994), dado que este último no considera la detección de preconcepciones sobre aspectos como cambios físicos y químicos, densidad, materia viva e inerte, entre otros conceptos o contenidos trabajados en el ejercicio práctico de las estaciones. Por otro lado, también sería conveniente diagnosticar en qué nivel explicativo de la naturaleza corpuscular de la materia se encuentra cada estudiante para poder considerar dicho diagnóstico en el desarrollo del ejercicio práctico.

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