Innovación para la enseñanza de la Química
QUÍMICA EN CONTEXTO AGRONÓMICO. UNA PROPUESTA DIDÁCTICA PARA EL TEMA FÓRMULAS QUÍMICAS Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS
María Alejandra Goyeneche1, Analía Inés Margheritis1, Lydia Raquel Galagovsky2
1- Facultad de Agronomía. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Azul. Argentina.
2- Centro de Formación e Investigación en Enseñanza de las Ciencias. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires.
E-mail: alegoy@faa.unicen.edu.ar
Recibido: 01/08/2020. Aceptado: 25/08/2020.
Resumen. La Química de cursos introductorios universitarios abarca una lista densa de contenidos tradicionales. La enseñanza de dichos temas suele presentarse descontextualizada de los perfiles profesionales de los estudiantes. El presente trabajo muestra detalles derivados de una investigación sobre la aplicación de una propuesta didáctica original, en la que se contextualizó para estudiantes de agronomía el tema Fórmulas químicas y nomenclatura de compuestos inorgánicos. Los resultados fueron muy positivos en términos de aceptación, motivación y compromiso por parte de los estudiantes.
Palabras clave. química en contexto, agronomía, formulas químicas, nomenclatura de compuestos inorgánicos
Chemistry in agronomic context. A teaching proposal for the issue of chemical formulas and nomenclature of inorganic compounds
Abstract. Chemistry syllabus of introductory university courses encompasses a dense list of traditional contents. Those subjects are usually presented far from the students´ future professional profiles. The present work shows results from a research on the application of an original didactic approach to teach Chemical formulas and inorganic compounds nomenclature, contextualized for students of agronomic sciences. The results were deeply positive in terms of student acceptance, motivation and commitment.
Key Words. chemistry in context, agronomy, chemical formulas, inorganic compound nomenclature
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS DE LA PROPUESTA DIDÁCTICA
La Química del primer año de carreras universitarias suele presentar el inconveniente de abarcar una densa lista de contenidos que no logran motivar a los estudiantes y mucho menos generarles conciencia sobre su importancia para su futura profesión. Numerosas investigaciones indican que una apropiada contextualización de los contenidos favorecería la motivación de los estudiantes (Díaz Barriga, 2006; Caamaño, 2018; Goyeneche y Galagovsky, 2020) con sostén del desarrollo de competencias científicas[1] y de pensamiento científico.
En este trabajo presentamos la secuencia didáctica original que sirvió de base para una extensa investigación en el marco de una carrera de Especialización (Goyeneche, 2017).[2] Dicha secuencia incluyó el tema de Fórmulas Químicas y Nomenclatura de compuestos inorgánicos, para estudiantes del curso introductorio de Ingeniería Agronómica, de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Estos temas químicos son iniciales y resultan tediosos y complicados porque requieren la aplicación de reglas sistemáticas, e implican un discurso técnico-científico complejo.[3] Sumando a estos inconvenientes, los temas no son abordados por textos universitarios de uso común, y los estudiantes del primer año tienen una muy dispar formación previa en química.
Los objetivos del diseño didáctico fueron:
. Que las dificultades de comprensión de los contenidos químicos resultaran independientes de los saberes químicos previos de los estudiantes.
. Que el material y las actividades generaran motivación por desarrollar competencias del “saber-hacer” agronómico y capacidad de lectura comprensiva de textos con vocabulario químico.
. Que favoreciera la metacognición, el compromiso con la tarea académica y la empatía para el trabajo colaborativo (Galagovsky, 2004a, b).
Para lograr estos objetivos se diseñó un problema agronómico que planteara conflictos cognitivos cuya resolución expondría a los estudiantes a la toma de conciencia sobre la necesidad de un conocimiento químico de base, y los hiciera reflexionar sobre el rol central de la química para comprender temáticas avanzadas de la carrera. Este problema era el disparador didáctico inicial de una secuencia de actividades que implicaban instancias de trabajo individual intercaladas con trabajos colaborativos en subgrupos y en plenario, con permanente aceptación de las argumentaciones hasta arribar a la información final, de tal forma de favorecer reflexiones metacognitivas (Thomas, 2020) en los estudiantes.
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE LA PROPUESTA DIDÁCTICA
La propuesta innovadora[4] se desarrolló durante los meses de febrero y marzo de 2017, abarcando tres clases de dos horas y media; se aplicó a la totalidad del curso formado por 50 estudiantes agrupados en una única comisión. El equipo de dos docentes recopiló información proveniente de los estudiantes durante y a posteriori de cada clase. Durante las clases se realizaron grabaciones que fueron posteriormente analizadas (Sirvent, 2003), y se plasmaron comentarios en un diario docente (Porlán y Martín, 1999). Al finalizar las clases se recogieron trabajos impresos, individuales o grupales, según las respectivas consignas, que sirvieron tanto para un análisis cuantitativo (las encuestas) como cualitativo (evaluación y percepción sobre las dificultades u obstáculos de aprendizajes).
La secuencia didáctica implementada consistió en 4 Actividades que se describen a continuación. Los estudiantes evaluaron la propuesta didáctica global, así como sus propias actitudes durante la misma (Actividad 5), en el cierre de la última clase. En la primera clase se realizaron las actividades 1 y 2; en la segunda clase, la actividad 3 y en la última clase, diez días después, se realizaron las actividades 4 y 5. Todas ellas se describen a continuación:
-Actividad 1: Resolución de un problema agronómico sobre absorción de nutrientes y fertilización
Se distribuyó a cada estudiante una fotocopia con el problema de la Figura 1, que constaba de 2 preguntas, y se dio 10 minutos de tiempo para su resolución individual y otros 10 minutos para la discusión en pequeños subgrupos de entre 3-5 estudiantes, que se formaran espontáneamente.
Resolver el problema de los nutrientes (parte a de la Figura 1) implicaba conocer en qué forma química se encuentra el nitrógeno en el aire y en el suelo, y en qué forma y con qué números de oxidación puede ser absorbido por los vegetales.
Al plantearse sin explicación previa, se esperaban resoluciones individuales idiosincrásicas. Estas respuestas darían sustento a la expresión de conflictos cognitivos conscientes, tanto en las discusiones al interior de cada subgrupo, como al final en la puesta en común de toda la clase (Galagovsky, 2004a, b).
La segunda parte del problema, sobre fertilizantes (parte b de la Figura 1), proponía que los estudiantes establecieran correspondencias entre dos lenguajes químicos: el de fórmulas químicas y el de nombres de compuestos químicos. Los estudiantes ya habían estudiado el tema Tabla Periódica y en esos conocimientos podrían encontrar indicios de resolución, pero encontrar las correspondencias generaría conflictos cognitivos, especialmente en la identificación del grupo químico amonio, pues los estudiantes suelen confundirlo con un elemento químico.
Concluido el tiempo de trabajo individual y en pequeño grupo, se realizó un plenario para la discusión de las diversas resoluciones.
Figura 1. Problema agronómico que se utilizó como disparador didáctico.
- Actividad 2: Explicación del tema Fórmulas Químicas (FQ) y Nomenclatura de compuestos inorgánicos (NCI)
La información correcta y pertinente a los temas FQ y NCI fue presentada en el contexto de la puesta en común de la Actividad 1, luego de las discusiones sobre las resoluciones idiosincrásicas de ambas partes del problema agronómico (Figura 1). Dicha información también fue entregada en un texto ad hoc[5] (Goyeneche, 2018), que incluía las diapositivas utilizadas por la docente, con sus respectivas notas aclaratorias.
Al finalizar la primera clase se dio a los estudiantes la consigna para la siguiente clase, que involucraba trabajar primero en forma individual y luego grupal, en tiempo extra-clase, para sostener con compromiso la Actividad 3.
Actividad 3: Resolución de consignas químicas y preparación de un trabajo creativo/explicativo grupal, a partir de la lectura de artículos publicados
La consigna para la Actividad 3 era completar la tabla de la Figura 2 discriminando las características de los compuestos químicos mencionados en cada uno de cuatro artículos publicados[6], dos de química en contexto, uno de agronomía y otro sobre una técnica de laboratorio. Dichos compuestos podían encontrarse nombrados tanto en lenguaje de fórmulas como en lenguaje verbal (Galagovsky y cols., 2014).
Figura 2. Tabla que debían completar los estudiantes para cada uno de cuatro artículos publicados (Actividad 3). La clasificación según el número de elementos químicos refiere a compuestos binarios, ternarios, etc.; y respecto de su composición es óxidos, hidruros, oxácidos, hidróxidos, sales no oxigenadas y oxigenadas, iones.
Los textos y los respectivos compuestos inorgánicos eran:
I- Agricultura y medio ambiente (FAO): nitratos, fosfatos, óxido nitroso, agua, amoníaco, sulfato de amonio, nitritos, óxido nítrico, ácido nítrico, dióxido de azufre, dióxido de carbono;
II-La comprensión química de un proceso ambiental: remediación para el caso del lago Nyos (Sala, 2011): dióxido de carbono, carbonato de calcio, óxido de calcio, hidróxido de calcio, agua;
III- La química de los metales involucrada en biología: la bioinorgánica (Sala, 2011): cromato de sodio, dicromato de sodio, óxido de bromo (VI), óxido de cromo (III), sulfato de cormo (III), hidróxido crómico, dióxido de manganeso;
IV- Técnica Kjeldahl para determinar nitrógeno total en suelos (Marban y Ratto, 2005): NH4+, NaOH, H2SO4, K2SO4, CuSO4, HBO2, Na2CO3, HCl.
Se esperaba que los estudiantes reconocieran los compuestos químicos inorgánicos diferentes citados en cada artículo, y completaran la respectiva tabla.
El material explicativo ad hoc con el que contaban los estudiantes contenía información teórica general para dicha resolución; a su vez, permitiría cumplimentar la Actividad 3 a aquellos estudiantes que no hubieran asistido a la primera clase. En esta segunda clase los estudiantes formaron subgrupos de 4 o 5 y discutieron sus resoluciones individuales para comparar y completar sus respectivas tablas[7].
Al final de la clase se entregó a cada estudiante una copia con las tablas resueltas correctamente, y la consigna para la Actividad 4. Ésta consistía en que cada subgrupo debía seleccionar uno de los artículos para elaborar un trabajo artístico/explicativo, de formato libre[8], de no más de 10 minutos de duración, a ser presentado ante sus compañeros en una clase especial, a los diez días. Los estudiantes podrían consultar cualquier duda o sugerencia a los docentes en horarios extra clase. Cada subgrupo también entregaría un informe sobre su producción a las docentes, con los respectivos sustentos teóricos, para ser evaluado conceptualmente.
La consigna para la Actividad 4 preestablecía un ítem de autoevaluación y uno de evaluación de otros grupos, todos basados en la grilla[9] de la Figura 3. Esta grilla presentaba 9 categorías fijas (respeto por las pautas, organización y coherencia entre los integrantes del grupo durante la exposición, claridad, creatividad, comunicación oral, precisión en el lenguaje, uso del pizarrón, uso de tecnologías, otros recursos), que serían evaluadas mediante dos indicadores numéricos: uno correspondiente a una palabra y otro a un emoticón, cuyas listas se presentaban a continuación de la grilla, respectivamente. La misma grilla sería utilizada por las docentes para valorar el trabajo de cada subgrupo (la ponencia y su respectivo informe)[10].
-Actividad 4: Exposiciones y evaluaciones del trabajo creativo/ explicativo de cada subgrupo
La preparación y exposición del trabajo grupal implicaba una instancia de fuerte trabajo colaborativo extra clase, en el que los estudiantes deberían auto-organizarse, y exhibir habilidades de comunicación. Los 8 grupos de estudiantes fueron distribuidos en dos aulas, de manera que en cada aula se presentaron todos los artículos. Al finalizar cada exposición, los estudiantes completaban la grilla de evaluación y se realizaba la devolución de los compañeros y de los docentes.
Figura 3. Grilla a completar por los estudiantes para ponderar las producciones de cada uno de los subgrupos numerados del 1 al 8.[11]
-Actividad 5: Evaluación final de la propuesta didáctica global
Figura 4: Encuesta de opinión final solicitada a los estudiantes.
El instrumento de evaluación fue una encuesta anónima (ver Figura 4) que consistió en calificar 5 categorías relativas a las diversas actividades realizadas (Resolver el problema agronómico, Leer la selección de textos, Elaborar la producción final, Exponer la producción y Resolver las consignas químicas) y 5 categorías sobre actitudes transitadas durante la propuesta didáctica (Su
participación, La participación de sus compañeros, Recibir opiniones de sus compañeros, Dar opiniones a sus compañeros), seleccionando indicadores numéricos correspondientes palabras o emoticones. Esas palabras y emoticones eran más variados[12] que los utilizados para la actividad 4, y fueron clasificadas por la docente investigadora con posterioridad, en positivos, neutrales o negativos, según se muestra en la Figura 5.
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connotación |
Número de palabra |
Letra de emoticón
|
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POSITIVO |
1-4-9-10-11-13-15-16 |
A-D-E-H-I-J-K-L-M
|
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NEUTRAL |
5-12 |
P
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NEGATIVO |
2-3-6-7-8-14 |
B-C-F-G-O-N
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Figura 5. Connotaciones positivas, neutrales y negativas de las palabras y emoticones de la encuesta (Figura 4).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
De los 50 estudiantes se recogieron respuestas impresas de 44 tareas individuales para la Actividad 1; 10 tareas grupales de la Actividad 3, y 8 trabajos finales de exposición.
Respecto de las Actividades 1 y 2
La propuesta del MACCS establece que la riqueza de la aparición de conflictos cognitivos sobre informaciones entendibles y contradictorias es motivacionalmente positiva, siempre que el clima de la clase sea tal que no condene la aparición de errores. Es fundamental que argumentos incorrectos esgrimidos por parte de los estudiantes fueran valorados –en el sentido de darles cabida en la discusión y no obliterarlos ni impedirles su expresión–, pues son partes importantes del proceso de aprendizaje y de metacognición. Este clima fue lográndose poco a poco durante las discusiones en los pequeños grupos, durante las cuales las docentes no resolvían los conflictos dando la respuesta correcta, sino que animaban a su recreación posterior para la discusión en plenario. Este clima se vivió durante las cuatro clases involucradas en la propuesta.
El punto más desconocido por los estudiantes para la parte a) de la Actividad 1 (Figura 1) fue la posibilidad de que los elementos químicos sean -o no- absorbidos o metabolizados por los cultivos, en relación con los números de oxidación de los compuestos de nitrógeno. Durante la resolución de la parte b) de la Actividad 1 quedó expuesta la heterogeneidad en conocimientos previos de química y los esfuerzos en estrategias deductivas para lograr algunas correspondencias correctas entre nombre químico y su fórmula.
La evaluación cualitativa de las docentes pudo rescatar que los estudiantes al finalizar la clase valoraron y dieron importancia al conocimiento químico, como base para comprender cómo las prácticas agropecuarias modifican el ciclo del nitrógeno en los suelos.
Respecto de la Actividad 3 y 4
Respecto a las consignas químicas, los estudiantes lograron clasificar los compuestos químicos y asignar números de oxidación de elementos químicos involucrados. La mayor dificultad se presentó en el nombre o fórmula química para el caso de sales y ácidos oxigenados.
La preparación de la Actividad 4 les resultó interesante y se logró motivación y compromiso para la tarea auto-regulada de cada grupo: un grupo realizó una entrevista a un Ingeniero Agrónomo; otros quisieron recrear la experiencia de laboratorio de determinación de nitrógeno en suelo, o realizaron en el aula la reacción química entre bicarbonato de sodio y vinagre para simular el caso de contaminación ambiental que ocurrió en el lago Nyos. Seis grupos elaboraron Power Point (algunos incluyeron videos); otros tres usaron pizarrón y uno una cartulina Los grupos mostraron con orgullo sus exposiciones[13]. Las evaluaciones entre los subgrupos fueron enriquecedoras y en un marco de respeto y reconocimiento, poniéndose en evidencia la importancia de que todos hubieran discutido los cuatro artículos durante la Actividad 3 y que todos contaran de antemano con la grilla evaluativa (Figura 3).
Respecto de la actividad 5
Los resultados provenientes de la encuesta de opinión de los estudiantes (Figura 3) se presentan en las Figura 6.
Figura 6. Porcentaje de opiniones de estudiantes de la cohorte 2017 respecto a las actividades (gráfico superior) y respecto a actitudes (inferior) desarrolladas durante la propuesta didáctica.
Se observa que los resultados fueron muy positivos tanto respecto a las actividades como a las propias actitudes.
La actividad que los estudiantes percibieron como menos positiva fue la Resolución del problema agronómico (Actividad 1), que clasificaron como “difícil”, posiblemente porque culturalmente siempre se sienten presionados a contestar sólo de forma “correcta”.
Con respecto a las actitudes, hubo una percepción menos positiva en recibir las opiniones y valoraciones de los compañeros, aun cuando éstas fueron respetuosas y con muy buen nivel de valoración.
CONCLUSIONES
La propuesta didáctica presentada en este artículo resultó ser muy motivadora para los estudiantes de la primera asignatura con contenidos químicos del primer año universitario, de la carrera de Agronomía. La idea tras el desarrollo era abordar los temas de fórmulas químicas y nomenclatura de compuestos inorgánicos -usualmente iniciales-, dentro del acotado tiempo dedicado a ellos y con la inclusión de una perspectiva de enseñanza en contexto, como forma de superar la tradicional presentación clasificatoria y normativa del tema, sin elementos atractivos para el aprendizaje.
El MACCS resultó un marco didáctico apropiado para planificar las actividades contextualizadas, lográndose predecir conflictos cognitivos, anticipar errores, y anticipar compromiso, motivación y actitudes positivas frente al aprendizaje.
Los problemas contextualizados en el perfil de un profesional agrónomo resultaron desafiantes para los estudiantes y apropiados para estimular sus esfuerzos de resolución. Esto generó interés, en un clima cordial, donde las docentes respetaban las contribuciones de los estudiantes como partes sustanciales de los procesos idiosincrásicos de aprendizaje. Este ambiente facilitador y respetuoso incluyó a las instancias de presentación de los trabajos finales, donde los estudiantes se mostraron creativos, buscaron material informativo adicional, y pusieron de manifiesto un alto compromiso por brindar esfuerzos explicativos sobre los contenidos químicos objeto de aprendizaje. Las actividades incluían instrumentos que permitieron a las docentes –y a los propios estudiantes- monitorear procesos de aprendizaje, tanto grupales como individuales, de forma cualitativa –estos temas son introductorios y, por lo tanto, nunca son evaluados en forma numérica en los exámenes parciales.
Los estudiantes desplegaron muchas más capacidades que aquellas pasivas de las clases tradicionales. Toda la propuesta pudo llevarse a cabo en el tiempo previsto, que en el curso tradicional se dedicaba a la presentación de reglas teóricas y ejercicios, mientras en esta propuesta se destinó a originar y resolver conflictos cognitivos en los estudiantes, motivarlos para un trabajo intenso extra clase y auto-regulado, y para darles espacio de lucimiento personal y grupal. La propuesta se diferenció de la tradicional resolución de problemas químicos tipo y posterior tediosa ejercitación, y apuntó a la motivación, a mejorar la auto-estima de los estudiantes de agronomía, con valoración positiva y toma de conciencia sobre la importancia de los conceptos químicos subyacentes a los conocimientos requeridos en el desarrollo de su futura profesión.
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