Trabajo Original
MSc. Daisy Deniz Jiménez1 ddjimenez@ucp.ss.rimed.cu Dr.C. Gustavo E. Achiong Caballero2
La formación del profesional de la Educación de la carrera Biología - Química, presupone que los estudiantes al recibir los contenidos de las asignaturas logren en ese proceso el dominio de los contenidos de las disciplinas, así como los conocimientos y habilidades propios de su quehacer pedagógico. Es por ello que en este artículo se proponen procedimientos didácticos generales para el tratamiento de la relación estructura-propiedad-aplicación como una idea rectora en los contenidos de la asignatura Química en respuesta a una necesidad esencial en la preparación del profesor de esta asignatura, en correspondencia con las exigencias de su perfil profesional, en el cual resulta particularmente importante la formación didáctica que debe adquirir para establecer adecuados nexos entre objetos, fenómenos y procesos de la naturaleza, lo que garantiza su desempeño para la enseñanza de estas relaciones en los programas de química escolar que en el futuro impartirán.
Palabras clave: PROCEDIMIENTOS DIDÁCTICOS GENERALES; FORMACIÓN DIDÁCTICA; FORMACIÓN PROFESIONAL; PROCESO DE FORMACIÓN.The formation of the professional of education in the Biology-Chemistry studies presupposes the students to accomplish the mastery of the contents in the disciplines as they receive them in the subjects, as well as knowledge and abilities proper of their pedagogical task. That’s why general didactic procedures for the treatment of the relationships structure-property-application are proposed in this article as a rectory idea in Chemistry subject contents in response to an essential need in the preparation of this subject professor in correspondence with the demands of their professional profile, in which the didactic formation that should acquire to establish adequate nexuses among objects, phenomena and nature processes is particularly important, what guarantees their performance to teach these relationships in the Chemistry syllabuses they will give in the future.
Keywords: GENERAL DIDACTIC PROCEDURES; DIDACTIC FORMATION; PROFESSIONAL FORMATION; FORMATION PROCESS.La contemporaneidad, marcada por el desarrollo vertiginoso de la ciencia en las diferentes esferas de la vida, impone a las universidades la responsabilidad de egresar profesionales integrales, capaces de resolver los problemas que enfrenta la sociedad, pretende, entre otros propósitos, lograr la formación del profesional vinculado directamente a la realidad social que caracteriza su futuro contexto de actuación profesional.
Lo planteado anteriormente implica formar un profesional de la educación “desde la escuela y para la escuela” (Gonzales Pérez, 1997, p.14). En este sentido se debe lograr una formación integral y pertinente para enfrentar las tareas del ejercicio de su profesión en el marco de las complejidades que caracterizan la sociedad actual y en particular las del campo de la educación. Un aspecto esencial en este proceso es su preparación para dirigir el proceso de enseñanza-aprendizaje escolar.
La formación profesional de la educación, actualmente, presupone lograr en ese proceso el dominio por los estudiantes tanto de los conocimientos y habilidades propios de su quehacer pedagógico, como de aquellos que constituyen el contenido de las ciencias correspondientes a las asignaturas que deberá impartir como profesor (Achiong y otros, 2011).
En este sentido un aspecto importante es la preparación del futuro egresado con relación al tratamiento didáctico del contenido de enseñanza-aprendizaje del perfil específico de su profesión en la escuela, lo que generalmente condiciona la calidad de la dirección del aprendizaje que este logra en sus alumnos dentro de los diferentes programas escolares.
En el presente artículo se aborda una temática que, a juicio de los autores, constituye un elemento esencial dentro del contenido de la formación didáctica del futuro profesor de Química.
En el diseño curricular que caracteriza la asignatura Química en la Educación Media y Media Superior del sistema educativo cubano, los objetivos trazados para ella en estrecha relación con los establecidos para cada nivel de enseñanza, van dirigidos a la formación de un conjunto de ideas generales esenciales, juicios que serán interiorizados por los estudiantes mediante su tratamiento sistemático durante el desarrollo del contenido del programa.
Estos conjuntos de ideas esenciales se presentan, amplían y profundizan durante el estudio de la asignatura en los distintos grados escolares del nivel medio cubano e incluso, siguen tratándose en estudios superiores de las ciencias químicas. Según expresa Hedesa (2011, p.60): “constituyen un hilo conductor de inestimable valor metodológico, tanto para el docente como para los discentes, posibilitando así una mayor concentración en lo que se considera esencial del curso de química en cada tema, unidad de contenido, grado y nivel de enseñanza. Estas ideas se denominan ideas rectoras”.
En la actualidad los documentos normativos y metodológicos que orientan la enseñanza de la Química declaran siete ideas rectoras que definen los contenidos esenciales que constituyen ejes del sistema de conocimientos de esta asignatura:
1. Las aplicaciones de las sustancias están condicionadas por sus propiedades y, éstas a su vez, por su estructura química.
2. Entre todas las sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas, existen relaciones genéticas.
3. Las propiedades de las sustancias simples y de las compuestas, presentan periodicidad química.
4. La representación de las reacciones químicas, mediante ecuaciones químicas contribuye a la comprensión del fenómeno químico, tanto en su forma cualitativa como cuantitativa, así como los cambios energéticos en estos procesos.
5. Las aplicaciones de las leyes, principios y teorías de la química y de otras ciencias permiten optimizar los procesos industriales que se basan en reacciones químicas.
6. El diseño de los aparatos que se utilizan en el laboratorio y la industria están condicionados por las propiedades de las sustancias que se emplean y se obtienen.
7. La Química es una ciencia teórico-experimental.
La relación estructura-propiedad-aplicación (REPA) constituye la esencia de la primera idea rectora establecida. Las restantes ideas rectoras se subordinan e interrelacionan con ella. Su contenido constituye una guía orientadora en el proceso de explicación y aplicación de las sustancias y de las reacciones químicas. Además adquiere una elevada significación educativa pues posibilita el vínculo de los contenidos de esta asignatura con la vida y el desarrollo económico social.
La misma se sustenta en una doble relación causa-efecto y responde a la búsqueda del por qué de la causa de los distintos hechos y fenómenos químicos. La primera relación establece los nexos existentes entre las aplicaciones de las sustancias y sus propiedades, por lo que se constituyen en los fundamentos de la aplicación de las diferentes sustancias. En la segunda se precisa la estructura química como causa del comportamiento de las sustancias.
Por tanto, para lograr la interiorización por los alumnos de esa relación como idea rectora resulta una condición esencial dar tratamiento didáctico a la misma como una integralidad en todos aquellos contenidos que requieran el estudio de dicha relación.
A pesar de la importancia de este aspecto en la enseñanza de la Química y de existir consenso en el campo de la didáctica de la Química de su papel como invariante o idea rectora, se manifiesta en la práctica limitaciones en el aprendizaje de esta relación que afectan la asimilación de los contenidos químicos, teniendo como una de las causas de esta problemática el alto grado de abstracción y rigor del contenido o los requerimientos que plantea su aprendizaje a los alumnos, tales como hábitos organizativos, disciplina y habilidades. También puede tener su origen en la forma inadecuada de enseñarla por el profesor o en la desconexión entre los contenidos de esta ciencia que se explican en las aulas y sus manifestaciones en la vida cotidiana.
Es por ello que en el presente trabajo se proponen procedimientos didácticos generales que guían a los profesores de las disciplinas químicas en el tratamiento de la REPA en los contenidos que imparten.
En el estudio se considera como procedimiento didáctico general: “la secuencia de acciones de enseñanza y aprendizaje estrechamente interrelacionadas que orientan y favorecen el aprendizaje de la REPA en el contexto de los contenidos de las disciplinas químicas que sean objeto de estudio” (Deniz, 2002, p.20).
Los procedimientos didácticos se caracterizan por:
1- Revelar la lógica de las relaciones causales en dicha relación y el modo de actuación profesional que requiere su enseñanza escolar.
2- El tratamiento de la relación causal en correspondencia con los elementos que la definen y el nivel de organización de la materia en cuyo marco dicha relación se estudia.
3- La contribución a la sistematización del tratamiento de la REPA.
4- La lógica didáctica que sigue la secuencia de los procedimientos constituyendo el núcleo de la sistematización del tratamiento de la REPA en los contenidos de las disciplinas químicas.
5- La justificación de la relación causal entre las propiedades físicas y químicas y las aplicaciones de las sustancias.
La propuesta que se presenta está constituida por cuatro procedimientos didácticos generales que orientan las acciones del profesor y los estudiantes en un nivel progresivo de complejidad desde el análisis de la composición y estructura, pasando por las propiedades y llegando a las aplicaciones de la sustancia particular objeto de estudio como se presentan a continuación:
Procedimiento 1: Determinación de la naturaleza de los átomos enlazados.
Objetivo: Revelar las características de la estructura electrónica del elemento (o los elementos) que conforman la sustancia objeto de estudio.
Acciones de enseñanza.
1- Determinar la información cuantitativa y cualitativa de una sustancia química.
2- Plantear situaciones de aprendizaje que rememoren las características de la estructura electrónica de los elementos presentes en la sustancia que estudia.
3- Presentar interrogantes o ejercicios donde a partir de las características anteriores los estudiantes localicen en la Tabla Periódica (TP) la posición de los elementos.
Acciones de aprendizaje.
1- Analizar la fórmula química de la sustancia estudiada para revelar la información cuantitativa y cualitativa que aporta.
2- Determinar las características de la estructura electrónica de los elementos que conforman la sustancia estudiada.
3- Identificar el lugar que ocupan los elementos en la Tabla Periódica y su dependencia de las características de la estructura electrónica.
Procedimiento 2: Determinación de la naturaleza del enlace químico en función de las características de su estructura.
Objetivo: Explicar la naturaleza de la sustancia considerando los parámetros del enlace y las teorías que lo caracterizan.
Se desarrolla a partir de tres acciones de enseñanza-aprendizaje.
Acciones de enseñanza.
1-Orientar el análisis comparativo de la sustancia estudiada con otras sustancias de diferentes tipos de partículas.
2- Presentar interrogantes y problemáticas que conduzcan al estudiante a identificar la naturaleza del enlace químico en la sustancia y relacionarlo con los parámetros que determinan la asociación de las partículas (átomos, moléculas o iones).
3- Crear situaciones de aprendizaje que conduzcan al estudiante al análisis de la estructura de las sustancias según su tipo de enlace.
Acciones de aprendizaje.
1- Clasificar la sustancia en función del tipo de partícula presente en su estructura.
2- Explicar el enlace químico presente en la sustancia estudiada y sus parámetros aplicando los conocimientos teóricos correspondientes.
3- Clasificar las sustancias atendiendo al tipo de enlace que justifica su estructura.
Procedimiento 3: Explicación de las propiedades de las sustancias a partir de su estructura.
Objetivo: Explicar las propiedades de la sustancia teniendo en cuenta la dependencia de su estructura a partir de los elementos que la constituyen.
Se desarrolla a partir de tres acciones de enseñanza-aprendizaje.
Acciones de enseñanza.
2- Crear situaciones para relacionar la estructura de la sustancia objeto de estudio y las propiedades periódicas de sus elementos teniendo en cuenta la composición, tipo de partícula, el enlace químico y su ordenamiento, con sus propiedades físicas.
3- Crear situaciones para relacionar la estructura de la sustancia objeto de estudio y las propiedades periódicas de sus elementos teniendo en cuenta la composición, tipo de partícula, el enlace químico y su ordenamiento, con sus propiedades químicas.
Acciones de aprendizaje.
2- Justificar las propiedades físicas de la sustancia revelando las relaciones causales presentes entre sus propiedades y su estructura.
3- Justificar las propiedades químicas de la sustancia revelando las relaciones causales presentes entre sus propiedades y su estructura.
Procedimiento 4: Análisis de las relaciones entre las propiedades de las sustancias y sus aplicaciones en los procesos fisiológicos y tecnológicos, así como en la vida cotidiana y en el medio ambiente.
Objetivo: Explicar la dependencia entre las aplicaciones de las sustancias y sus propiedades.
Se desarrolla a partir de tres acciones de (enseñanza-aprendizaje).
Acciones de enseñanza.
1- Elaborar tareas docentes donde los estudiantes vinculen las propiedades de las sustancias con sus aplicaciones en los procesos fisiológicos, tecnológicos, en la vida cotidiana y en el medio ambiente.
2- Plantear a los estudiantes interrogantes o problemáticas que generen el análisis de los factores y condiciones que determinan los procesos físicos y químicos que posibilitan la aplicación.
3- Crear situaciones de aprendizaje que permitan revelar los rasgos, elementos o fenómenos que posibiliten explicar la aplicación como efecto de la propiedad en dependencia de la estructura.
Acciones de aprendizaje.
1- Identificar la relación entre una aplicación dada y la propiedad que posibilita dicha aplicación, así como la esfera de la vida o la práctica social en que resulta importante.
2- Determinar la influencia de la naturaleza de los factores y las condiciones del medio en el comportamiento de la propiedad que posibilita la aplicación que se estudia.
3- Explicar la aplicación como efecto de la propiedad que actúa como causa, la que a su vez constituye un efecto con relación a la estructura que la determina.
A fin de ilustrar cómo introducir en el proceso de enseñanza-aprendizaje de los contenidos químicos los procedimientos propuestos se presenta un ejemplo de situación didáctica, asumiendo que esta según Brousseau (1998), es aquella en la que el docente proporciona el medio didáctico donde el estudiante construye su conocimiento, estos procedimientos guían el accionar de profesores y estudiantes para el logro del propósito establecido.
Situación Didáctica.
Presentación:
2- ¿Cómo usted justifica la acidez del ácido sulfúrico (H2SO4) teniendo en cuenta que este es un hidróxido no metálico?
a) ¿A qué se debe la gran diferencia entre los valores de la constante de ionización (ki) del H2SO4?
Acciones de enseñanza.
1- Determine la información cuantitativa y cualitativa de la fórmula química del H2SO4.
Acciones de aprendizaje.
1- El estudiante debe responder que la molécula de ácido sulfúrico:
Está formada por dos átomos de hidrógeno, uno de azufre y cuatro de oxígeno o dos mol de átomos de hidrógeno, un mol de átomos de azufre y cuatro mol de átomos de oxígeno.
Acciones de enseñanza.
2- Represente la distribución electrónica por la notación nlx de los átomos que constituyen la sustancia H2SO4, teniendo en cuenta los siguientes datos:
S (Z=16) O (z=8) H (z=1)
Acciones de aprendizaje.
2- El estudiante debe realizar la distribución electrónica según la notación nlx de los átomos que constituyen la sustancia de la siguiente forma.
O 1s22s22p4 H 1s1
S 1s22s22p63s23p4
Acciones de enseñanza.
3- Determine la cantidad de niveles, subniveles y orbitales presentes en cada uno
Acciones de aprendizaje.
3- A partir de la distribución electrónica determina que:
El O se encuentra en el segundo nivel de energía, subnivel s, p y tiene un orbital en el subnivel s y tres en el p.
El H se encuentra en el primer nivel de energía, subnivel s y tiene un orbital en el subnivel s.
El S se encuentra en el tercer nivel de energía, subnivel s, p y tiene un orbital en el subnivel s y en el p.
Acciones de enseñanza.
4- Determine la cantidad de electrones en el último nivel de energía y señale en qué grupo y período de la Tabla Periódica se encuentra ubicado el azufre.
Acciones de aprendizaje.
4- El estudiante teniendo en cuenta la distribución electrónica realizada puede plantear que el oxígeno tiene 6 electrones en su último nivel de energía por lo que se encuentra ubicado en el grupo VIA período 2, el hidrógeno en el grupo IA período 1 y el oxígeno en el grupo VIA periodo 3 de la Tabla Periódica.
Acciones de enseñanza.
5- Localice en la Tabla Periódica los elementos hidrógeno, oxígeno y azufre.
Acciones de aprendizaje.
5- El estudiante debe localizar correctamente en la TP la posición del oxígeno, el hidrógeno y azufre teniendo en cuenta la información anterior y analizar cómo varía la electronegatividad de los elementos involucrados.
Acciones de enseñanza.
6- Identifique el enlace que se forma entre los átomos que forman la sustancia H2SO4.
¿Explique por qué el ácido sulfúrico siendo una sustancia molecular su temperatura de fusión está por encima de los 300 0C?
Acciones de aprendizaje.
6- Para identificar el tipo de enlace presente, el estudiante debe analizar el enlace que se forma entre el oxígeno y el hidrógeno y el oxígeno y el azufre.
Al analizar el enlace oxígeno-hidrógeno debe tener en cuenta que el oxígeno y el hidrógeno comparten un par de electrones, pero al ser el oxígeno más electronegativo que el hidrógeno, este atrae con mayor fuerza el par de electrones compartido por lo que el oxígeno adquiere densidad de carga negativa y el hidrógeno positiva, presentando un enlace covalente polar.
En el enlace oxígeno-azufre debe tener en cuenta cómo varía la electronegatividad en el grupo por lo que el oxígeno es más electronegativo que el azufre y atrae con más fuerza el par de electrones adquiriendo una densidad de carga negativa y el azufre positiva, presentando un enlace covalente polar.
El estudiante está en condiciones de responder por qué el ácido sulfúrico siendo una sustancia molecular su temperatura de fusión está por encima de los 3000 C ya que el oxígeno presenta una densidad de carga negativa y se puede enlazar a otra molécula formando un enlace por puente de hidrógeno.
Acciones de enseñanza.
7- Justifique la acidez del H2SO4 teniendo en cuenta que este es un hidróxido no metálico.
Acciones de aprendizaje.
7- El estudiante debe justificar el carácter ácido a partir del rompimiento del enlace covalente polar entre el oxígeno y el hidrógeno liberándose este último, determinando el carácter ácido.
Acciones de enseñanza.
8- ¿A qué se debe la gran diferencia entre los valores de la ki del H2SO4?
Acciones de aprendizaje.
8- A partir de los análisis anteriores y teniendo en cuenta que el ácido sulfúrico es soluble en agua los estudiantes deben responder que al disolverse el ácido en el agua en la primera etapa se rompe el enlace covalente apolar del O-H obteniéndose:
En la segunda etapa se rompe el otro enlace O-H.
El estudiante debe responder que la primera disociación es prácticamente completa y es debido a que el H2SO4 es considerado ácido fuerte , por lo que los valores de la constante de ionización disminuye debido a que es más factible separar un protón de una especie neutra que hacerlo de una cargada negativamente.
Acciones de enseñanza.
9- Relacione las propiedades físicas y químicas del H2SO4 con las aplicaciones en los procesos fisiológicos y tecnológicos, así como en la vida cotidiana y en el medio ambiente.
Acciones de aprendizaje.
9- Como materia prima para obtener ácido clorhídrico, detergente, medicamentos, plaguicidas, fertilizantes.
- En la purificación de los derivados del petróleo.
- Propiedad.
1- Estabilidad y fijeza.
Aplicación:
Aplicación:
Aplicación:
4- Carácer oxidante.
Aplicación:
El ácido sulfúrico tiene amplia aplicación tanto en el laboratorio como en la industria. Ejemplo en la industria de los fertilizantes, en la industria extractiva del níquel, en la purificación de aceites y grasas vegetales, del petróleo, en la preparación de papel pergamino, en los acumuladores.
Los procedimientos didácticos generales en el proceso de formación profesional a través de las disciplinas químicas son vías didácticas que debe utilizar el profesor para estimular el pensamiento lógico en los estudiantes en el tratamiento de la relación estructura-propiedad-aplicación.
El estudio de la relación estructura-propiedad-aplicación adquiere una elevada significación educativa, por cuanto posibilita el vínculo de los contenidos de las disciplinas químicas que se estudian con la vida y el desarrollo económico y social, lo que a su vez, sirve de base para modelar la actuación profesional de los estudiantes en su desempeño en las diversas formas de la práctica laboral e investigativa durante su quehacer preprofesional.
El tratamiento sistemático de dicha relación se logra en la formación inicial del profesional siguiendo la secuencia didáctica definida en los procedimientos propuestos, lo cual contribuye a lograr, además de un aprendizaje eficaz de los contenidos correspondientes, la apropiación por los estudiantes, futuros profesores, de la didáctica necesaria para su enseñanza teniendo en cuenta los programas de Química escolar que en el futuro impartirán.
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Recibido: 9 septiembre 2014
Aprobado: 29 septiembre 2014