Consultar ensayos de calidad


La resolución de problemas científicos - la resolución de problemas científicos en el ambito de algunos conceptos termoquímicos



“Año de la Consolidación Económica y Social del Perú'


La resolución de problemas científicos en el ambito de algunos conceptos termoquímicos

Palabras clave: Resolución de problemas, situaciones problematicas, aprendizaje en química, calor, temperatura.

Resumen: En el presente trabajo se analiza cómo los estudiantes se enfrentan una situación problematica que contiene los conceptos de calor y temperatura, luego caracterizamos a partir del analisis descriptivo de sus respuestas, los obstaculos que les impiden una resolución satisfactoria. En seguida se plantea una propuesta para la enseñanza de estas tematicas.

Desarrollo
En la actualidad, el conocimiento sobre los fenómenos químicos contribuye a comprender e interpretar el mundo que nos rodea.
Por otro lado, la resolución de problemas en química, se basa principalmente en la aplicación de fórmulas y relaciones algorítmicas. Los conocimientos científicos se generan a partir de la necesidad de resolver situaciones problematicas que requieren planteamientos nuevos desconocidos hasta ahora (la actividad científica como un proceso continuo). Por eso nos parece necesario que los estudiantes, en el proceso de su formación, tengan ocasión de enfrentar auténticos problemas científicos con la ayuda del profesorado y de ensayar las estrategias de solución, que contribuyen a ampliar sus conocimientos.


Los problemas científicos enla actividad escolar, tienen la facultad de contribuir al desarrollo de competencias de resolución de problemas, como lo hacen a menudo los científicos en el mundo real (Quintanilla y Labarrere, 2002). Por tanto compartimos la idea de que para aprender, hay que problematizar los ejercicios y actividades que se plantean en las clases. Quisiéramos hacer énfasis en el hecho de que “resolver problemas científicos” no significa una “tarea de hacer”, sino “una actividad científica verdadera”, con la cual, los estudiantes construyen los nuevos conocimientos que se consideran fundamentales para desempeñarse como profesionales competentes en el campo de las ciencias. Si bien, investigaciones sugieren que el aprendizaje a partir de problemas es un medio disponible para desarrollar potencialidades en los estudiantes (Birch, 1986; citado por Campanario, 1999), la forma en la cual éstos se presentan, conduce a los estudiantes a resolverlos de manera mecanica y sin razonamientos evidentes y sin profundización en el contenido del mismo, un problema científico debe requerir un procedimiento de reflexión sobre la consecuencias de los pasos que seran tomados (Pozo, J. 1998). Es común, que tanto profesores como estudiantes confundan ejercicio con
problema. Esto ocurre precisamente porque los docentes no reconocen las características de los problemas en cuanto a su nivel de dificultad y desde los procedimientos utilizados para su resolución, elementos que no encontramos en un ejercicio. (García, 2003). Es por esto que las clases en la cuales predominen estrategias en resolución de problemas, deberían generarcambios positivos en los aprendizaje de los estudiantes, promoviendo y consolidando nuevas formas de raciocinio. Los profesores deberían proponer a sus alumnos verdaderos problemas y no ejercicios “tipo”. Estos auténticos problemas deben ser diseñados de tal manera que puedan resolverlos a la vez que evolucionan los conceptos previos, el lenguaje y las experiencias que le proporcionan evidencias. (Gonzalez, A. 2005). De esa manera el profesor debera ultrapasar la enseñanza de la resolución de problemas, pasando de esa manera, a enseñar a su estudiante a proponerse problemas a si mismo, transformando la realidad en un problema que merezca ser estudiado (Pozo, J. 1998).


Cuando hablamos de problema, nos referimos a una situación que presenta una oportunidad para los alumnos de poner en juego los esquemas de conocimiento, que exige una solución que aun no se tiene y en la cual se deben hallar interrelaciones expresas y tacitas entre un grupo de factores o variables. (García, 2003). A medida que las situaciones en un problema se van ampliando, la solución del problema representa para el estudiante una demanda cognitiva y motivacional mayor. La resolución de problemas debe extrapolar la preparación de los estudiantes al enfrentamiento de problemas y su resolución. Esta debe permitir que sean empleados de forma mucho mas amplia, permitiendo un mayor desenvolvimiento profesional y social en relación a las ciencias, permitiendo el desenvolvimiento de una autorregulación sistematica de sus aprendizajes.
En el proceso de resolución del problema, las preguntas juegan un rol fundamental. Marquez y Roca(2006) Señalan que identificar preguntas y plantearse problemas forma parte del proceso de “hacer ciencias”. Las buenas preguntas desarrollan los conocimientos que los estudiantes pueden utilizar para empezar a resolver el problema (mediante su ‘modelo teórico’ incipiente) y que, gracias a las buenas preguntas en la resolución de problemas y a las explicaciones del profesor y de la bibliografía adecuada, pueden evolucionar hasta alcanzar la meta final, es decir, la resolución del problema y el nuevo ‘modelo’, enriquecido con nuevas entidades científicas, nuevos lenguajes y nuevos criterios sobre qué se debe o qué no se debe hacer. Se desarrollan así las competencias de pensamiento científico de los estudiantes. (Gonzalez, 2005).
Por otra parte, los conceptos de calor y temperatura, tradicionalmente han sido asociados al campo de estudio de la Física, sin embargo son ampliamente abordados en los programas de Química

particularmente cuando se estudian algunos aspectos termoquímicos. El término calor esta presente tanto en el lenguaje cotidiano como también en el científico y a partir del lenguaje y de las experiencias de la vida diaria construimos descripciones y explicaciones acerca del comportamiento y la naturaleza de objetos “calientes” y “fríos”. (Domínguez Castiñeiras et al, 1998). En este sentido, con este estudio se pretende identificar, en las respuestas de los estudiantes a una situación problematica que incorpora ambos conceptos, cómo los resuelven, caracterizando los que podrían resultar ser facilitadores, así como los que se mencionan o se identifican como obstaculos en el proceso deresolución; y a partir de lo anterior, proponer algunas sugerencias didacticas y metodológicas en el estudio de estos conceptos.

Metodología
En este estudio participaron 10 sujetos, todos ellos estudiantes de 4º año de la Carrera de Química y Ciencias Naturales. Se les pidió que resolvieran por escrito un problema de termoquímica. Ademas se les pidió verbalmente, que escribieran las dificultades que se les iban presentando, ademas de los calculos matematicos pertinentes para la resolución. Para esto, contaron con un tiempo de 20 minutos. Con esto, se pretende examinar cómo los estudiantes se enfrentan a la resolución de un problema. Lo interesante radica en detectar los posibles obstaculos a los cuales ellos se enfrentan ante algún problema en particular, ademas de los que ellos señalas explícitamente. La elección de este problema se debió a que en él estan presentes los conceptos de calor y temperatura dentro de una situación contextualizada.
Los datos fueron extraídos de las anotaciones hechas por los estudiantes, tanto la información numérica, como los escritos (obstaculos detectados por ellos en el proceso de resolución). El problema sugiere la utilización de un instrumento llamado calentador por inmersión (ver figura 1), el cual proporciona potencia a una razón fija. Muchos tienen una potencia de 200W, lo que significa que la salida de energía puede calcularse usando la fórmula P =E/t donde P es la potencia, E es la energía transferida desde el calentador hacia el agua y t es el tiempo.



Figura 1. Calentador por inmersión[1].

PROBLEMA: Usando un calentador por inmersión de 200 W¿Podrías calentar 250 g de tu frío café (que es mayoritariamente agua), el cual esta contenido en un tazón de masa 0,380 kg (c= 0,650 J/g°C), desde 20°C hasta una temperatura (en que se pueda beber) de 92°C en los 3 minutos que tienes de descanso? ¿Cuales son las suposiciones que realizaras en tus calculos?

La resolución del problema nos muestra que no es posible calentar el café en el tiempo permitido. Eso si, se debe considerar el tazón, dado que el experimento fue realizado en un corto período de tiempo.
Entre las suposiciones que los estudiantes podrían hacer
- El tazón y el café estaran siempre a la misma temperatura.
- Para la capacidad calórica específica del café, consideraremos la misma que el agua (4,184 J/gºC) ya que en el problema se menciona explícitamente que el café es “mayoritariamente agua”
- Considerar no se pierde calor hacia los alrededores. Algunos estudiantes podrían asumir que si el tazón esta hecho de materiales aislantes, por lo tanto se transfiere muy poco o nada de calor. En cualquiera de los casos, el calentador no proporciona la cantidad necesaria de energía en el tiempo permitido.

Se realizó un analisis cualitativo de las respuestas de los estudiantes. Para esto, el diseño escogido fue un estudio de casos múltiples, ya que se utilizaron varios casos únicos para estudiar la realidad deseada. (Rodríguez, Gil, 1999). En este caso en particular interesa describir y explicar cómo los alumnos se enfrentan a la resolución de un problema de termoquímica.

Analisis preliminar
Para la comprensión del problema propuesto, se hace indispensable la ayuda de undibujo el cual pudiese facilitar la comprensión del fenómeno que esta ocurriendo. Sin embargo, la mayoría de los estudiantes no elaboran graficos o diagramas para ayudarse y tampoco piensan en las diferentes formas y métodos que pudiesen existir para resolverlo. (Fortunato, 1991; citado por García 2003). Si bien, sólo una estudiante lo hace, pero el dibujo propuesto es incorrecto, lo que evidencia una falta de entendimiento del sentido del problema.
En relación al instrumento a utilizar, una estudiante escribe lo siguiente: “no recuerdo lo que significa que es un calentador por inmersión, por lo tanto sólo asimilaré que la energía 200 W es constante”. Si bien la unidad mencionada corresponde a potencia y no a energía, este hecho puede sugerir que, en algunos casos, los estudiantes no comprender el problema por un desconocimiento, por ejemplo, del aparato utilizado.
Otro aspecto a analizar tiene que ver con la manera que se relacionan los estudiantes con los datos. Esto lo podemos asociar con el modelo tradicionalmente de enseñanza y es que para abordar un problema es necesario primeramente extraer los datos que se proporcionan. Los estudiantes mientras van leyendo, inmediatamente comienza la extracción de los datos, sin necesariamente comprender el objetivo del problema, sin tener en cuenta el porqué utilizan uno u otro proceso en la resolución. (García, 2003). Para este estudio, ocho de los diez estudiantes inician la resolución del problema escribiendo los datos con los cuales cuentan para llevar poder resolverlo, sin embargo, ninguno de ellos lo logró.
En relación a la obtención de un resultado,sólo un estudiante fue capaz de determinar la energía que necesita el café para calentarse, pero este valor obtenido es erróneo ya que utiliza el valor de la masa del tazón en vez de la masa del café.
Seis de los estudiantes expresan que no recuerdan la fórmula para resolver el problema. Esto constituye un obstaculo para continuar el desarrollo del problema y se detienen en ese punto. Este aspecto es importante de considerar, tomando en cuenta lo esencial que resulta para los estudiantes memorizar y recordar una gran cantidad de fórmulas a la hora de resolver un problema. La mayoría de los estudiantes necesitan los conceptos, las leyes y las fórmulas para la resolución de problemas y le “dan una importancia predominante a encontrar una fórmula o un algoritmo.” (Nakhleand, 1980; citado por García, 2003).
Lo anterior corresponde a algunos de los elementos identificados en las respuestas analizadas. Sin duda es posible encontrar muchos mas.

Propuesta Metodológica y Didactica

Cuando un profesor inicia una unidad tematica, en la cual estan presentes conceptos como temperatura y calor, debería hacerlo tomando en cuenta las ideas previas de los estudiantes. Los profesores deberían informarse sobre las (pre)concepciones y habilidades de sus alumnos, así como sobre sus dificultades para entender temas científicos y para resolver problemas practicos. (De Jong, 1998). Y sin dejar de considerar lo siguiente

Algunos estudiantes confunden los conceptos calor y temperatura, incluso algunos pueden pensar que son lo mismo. Esta confusión surge debido a que en los cursos basicos, no se presta atención adesarrollar ideas que aclaren el significado que distingue cada uno de estos términos y la relación entre ellos (Arons, 1990). Sin embargo sabemos que la

temperatura es una medida relativa de qué tan caliente o frío esta un objeto. Específicamente, la temperatura es un indicador del nivel de energía interna del objeto, medida en una escala estandarizada 2]. Calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que estan a diferente temperatura[3]. Las temperaturas de los dos objetos permiten predecir el sentido de la transferencia de energía. A pesar que el calor y la temperatura estan relacionados, no son lo mismo. En esta línea, Amaral y Mortimer (2001) citados por Dumrauf, A. y Cordero, S. (2004) desarrollaron una descripción del perfil conceptual para la noción de calor, que establece cinco zonas:
- Realista: Vincula la idea de calor estrictamente a las sensaciones y en ella se encuentran las ideas de sentido común relativas al calor y a la temperatura.
- Animista: el calor es considerado una sustancia viva con una fuerza motora inherente, y llega a pensarse que los objetos o materiales “desean” dar o recibir calor.
- Substancialista: plantea al calor como una sustancia que puede penetrar otros materiales.
- Empírica: esta relacionada con el desarrollo del termómetro, la medición de la temperatura y la consecuente diferenciación entre calor y temperatura.
- Racionalista: el concepto de calor deviene una relación entre variables (la diferencia de temperatura y el calor específico de un sistema en interacción con su entorno), y al ser pensado como una relaciónentre magnitudes adquiere un caracter racional.

Esta propuesta permite a los estudiantes trabajar con los conceptos de calor y temperatura, introduciendo rapidamente el concepto de temperatura y sus mediciones y desde ahí avanzar hacia la exploración del calor con otro tipo de actividades. Posteriormente es posible desarrollar la relación, Q=mc(T, para así terminar con actividades en donde los estudiantes apliquen sus conocimientos desarrollando problemas que los enfrenten a diferentes tipos de situaciones en las cuales tengan que relacionar todos los conceptos estudiados anteriormente.
Considerando todas las características descritas anteriormente, es que esta propuesta sugiere el uso de este tipo de material para realizar actividades practicas de transferencia de calor. Ademas que permiten realizar calculos sencillos acerca de las magnitudes de la energía y las variaciones de temperatura, así como se entender el fenómeno en su totalidad.

Algunas conclusiones preliminares

En el ambito de una ‘nueva cultura docente de la enseñanza de las ciencias’ es de relevante importancia la promoción de competencias que permitan al estudiante afrontar situaciones diversas, sobre la base de un cierto dominio de habilidades. Estas competencias representan una combinación dinamica de atributos en relación a conocimientos, habilidades, actitudes, valores y responsabilidades que describen los resultados de aprendizaje dentro de un programa educativo mucho mas amplio y enriquecedor, en el que son capaces de demostrar de manera no reproductiva que han aprendido a comprender la ciencia “aprendiendo aenfrentarse a resolver problemas mas que a resolverlos instrumentalmente”.
A partir de las anotaciones registradas por los estudiantes, es posible detectar algunos elementos distintivos, los cuales se repiten dentro de un mismo grupo, con características similares.
Los analisis respectivos de las respuestas de los estudiantes, nos muestran algunos aspectos significativos
• Los estudiantes se aproximan a los problemas propuestos de manera mecanica, automatica y sin una reflexión profunda relativa al sentido del problema.
• Los estudiantes atribuyen grande importancia a los datos, formulas y resultados los cuales resultan ser obstaculos en la posterior resolución y no permiten a los estudiantes llegar una respuesta buscada.
• Aspectos como la comprensión del problema, la planificación en la resolución del mismo, y el uso de diagramas, no se evidencian en las respuestas de los estudiantes; elementos que podrían resultar claves para un buen entendimiento del problema.

En el evento del que hacemos parte esta comunicación, esperamos compartir algunos hallazgos interesantes en este sentido, derivados de nuestro proyecto de investigación FONDECYT 1070795 ‘Identificación, caracterización y promoción de competencias científicas en estudiantes de enseñanza media mediante el enfrentamiento a la resolución de problemas. Un aporte al mejoramiento de la calidad de los aprendizajes y a la reforma’ que dirige el segundo autor de esta comunicación.



[1] Definición extraída del libro Química de R. Chang. (2002
[2] Definición extraída del libro Química de R. Chang. (2002)




Política de privacidad