Incidencia de la implementación de una unidad didáctica diseñada en el

modelo de Investigación Dirigida en el aprendizaje de la Estequiometría

Tesis de grado para optar el título de Magíster en Educación, modalidad Profundización

JAIME VILLARREAL ROCHA

LORELI SÁNCHEZ HERNÁNDEZ

Directora:

ADRIANA MARÍA SOTO ZULUAGA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE EDUCACIÓN

DEPARTAMENTO DE POSGRADOS Y MAESTRÍAS

Medellín

2018

ii

DEDICATORIA:

“Infinitos agradecimientos a esa fuerza

maravillosa que mueve los obstáculos y nos

da el poder de mover montañas, que

fortaleció la fe en todas esas personas que

contribuyeron de manera directa e indirecta

en la creación de este trabajo.

A todos ellos gracias”.

iii

Resumen:

La investigación contempla uno de los temas de la Química de grado 10° que presenta mayores

dificultades para su aprendizaje: La Estequiometría de reacciones y ecuaciones químicas. Para el

abordaje de esta temática se diseña e implementa una unidad didáctica basada en el modelo de

enseñanza por investigación dirigida empleando las fases del ciclo de aprendizaje constructivista

de Jorba y Sanmartí. La estrategia se aplica en dos grupos de estudiantes de las Instituciones

Educativas presbítero Antonio Baena Salazar de Sabaneta y Carlos Vieco Ortiz de Medellín, dos

contextos diferentes por lo que en la indagación no se busca realizar comparaciones sino mostrar

la incidencia que tiene la implementación de la estrategia en el aprendizaje del tema en estudio.

En este sentido, los resultados permitieron evidenciar aprendizajes en el manejo de conceptos,

procedimientos y actitudes luego de la implementación de la estrategia.

Palabras Clave: estequiometría, aprendizaje, enseñanza, unidad didáctica, investigación dirigida,

ciclo de Jorba y Sanmartí.

Abstract:

The research addresses one of the topics of 10th grade chemistry that presents major difficulties

for their learning: the stoichiometry of reactions and chemical equations. To address this issue, a

teaching unit is designed and implemented based on the model of teaching by directed research

using the phases of the constructivist learning cycle of Jorba and Sanmartí. The strategy is applied

in two groups of students of the Educational Institutions Antonio Baena Salazar of Sabaneta and

Carlos Vieco Ortiz of Medellín, two very different contexts so in the investigation does not seek

to make comparisons but to show the incidence that has the implementation of the strategy in

learning the subject under study. In this sense, the results allowed to demonstrate learning in the

management of concepts, procedures and attitudes after the implementation of the strategy.

Keywords: stoichiometry, learning, teaching, didactic unit, directed research, Jorba and Sanmartí

cycle.

iv

Tabla de contenido

Introducción ............................................................................................................................. 1

1. Planteamiento del problema ...................................................................................... 3

1.1. Justificación ............................................................................................................... 6

1.2. Objetivos .................................................................................................................. 11

1.2.1. Objetivo general. ..................................................................................................... 11

1.2.2. Objetivos específicos. .............................................................................................. 11

2. Marco Teórico ......................................................................................................... 11

2.1. Antecedentes ............................................................................................................ 11

2.1.1. Dificultades para el aprendizaje de la Estequiometría. ............................................ 12

2.1.2. Publicaciones de unidades didácticas para la enseñanza de estequiometría............ 13

2.1.3. Publicaciones de enseñanza de la Química bajo el modelo de Investigación

Dirigida. ................................................................................................................... 15

2.2. Bases Teóricas. ........................................................................................................ 17

2.2.1. El Constructivismo en la enseñanza. ....................................................................... 18

2.2.2. Aprendizaje Significativo. ....................................................................................... 19

2.2.3. El modelo de enseñanza por Investigación Dirigida. .............................................. 20

2.2.4. El diseño de unidades didácticas en la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias. ... 24

2.2.5. La enseñanza de las ciencias en el contexto CTSA (Ciencia, Tecnología, Sociedad y

Ambiente). ............................................................................................................... 26

2.2.6. Contenidos disciplinares: definición de términos básicos. ...................................... 30

3. Diseño metodológico ............................................................................................... 32

3.1. Tipo de estudio. ....................................................................................................... 32

3.2. Población y Muestra. ............................................................................................... 36

3.3. Criterios para la selección de la muestra. ................................................................ 36

3.4. Procedimientos para la recolección de información. ............................................... 37

3.5. Sistematización de la información. .......................................................................... 38

3.6. Criterios de análisis de datos. .................................................................................. 40

v

4. Resultados y análisis de datos ................................................................................. 42

4.1. Fase de exploración ................................................................................................. 43

4.1.1. Aplicación del cuestionario KPSI. ........................................................................... 43

4.1.2. Actividades ¿qué le pasa a la masa de un papel cuando se quema? y sándwiches ¡al

límite! ....................................................................................................................... 52

4.1.3. Actividad exploratoria (3)........................................................................................ 59

4.2. Fase de introducción de nuevos conceptos / procedimientos .................................. 62

4.2.1. Actividad de factores estequiométricos: factores molares vs. factores de

conversión………………………………………………………………………… 62

4.2.2. Actividad: el agua y el alka-seltzer: ¡una combinación efervescente! .................... 69

4.3. Fase de estructuración y síntesis .............................................................................. 72

4.3.1. Efectos de los antiácidos y reacciones de neutralización. ....................................... 72

4.3.2. Actividad: ¿Qué hago con esta agriera? .................................................................. 73

4.3.3. Actividad: ¡preparemos una torta! ........................................................................... 76

4.4. Fase de aplicación .................................................................................................... 79

4.4.1. Actividad: ¿Cómo aplicamos los cálculos estequiométricos en situaciones

cotidianas? – (situaciones CTSA – Exposiciones). ................................................. 80

4.4.2. Aplicación de cuestionario Likert. Análisis comparativo fase inicial y final de la

aplicación de la U.D. ............................................................................................... 82

4.4.3. Aplicación de la prueba de competencias. ............................................................... 91

5. Conclusiones ............................................................................................................ 98

6. Recomendaciones y reflexiones pedagógicas ........................................................ 101

7. Referencias ............................................................................................................ 103

vi

Índice de tablas

Tabla 1. Secuencia de actividades de la unidad didáctica en cada una de las fases.. ................. 37

Tabla 2. Cuestionario KPSI aplicado en las instituciones IEPABS e IECVO. ………………….44

Tabla 3. Red sistémica correspondiente a la aplicación del cuestionario KPSI .......................... 46

Tabla 4. Resultados de la actividad alterna a la preparación de la torta (reactivo límite)……...78

Tabla 5. Identificación de categorías y subcategorías relacionadas durante la actividad………….

expositiva de situaciones CTSA con problemas estequiométricos ................................. 80

Tabla 6. Comparación de momento inicial (cuestionario KPSI) y momento final (test Likert) en la

IECVO. Afirmaciones 1 a 6. ........................................................................................... 83

Tabla 7. Comparación de momento inicial (cuestionario KPSI) y momento final (test Likert) en la

IECVO. Afirmaciones 7 a 10. ......................................................................................... 85

Tabla 8. Comparación de momento inicial (cuestionario KPSI) y momento final (test Likert) en la

IEPABS. Afirmaciones 1 a 6 ........................................................................................... 87

Tabla 9. Comparación de momento inicial (cuestionario KPSI) y momento final (test Likert) en la

IEPABS. Afirmaciones 7 a 10 ......................................................................................... 89

Tabla 10. Resultados alcanzados por los estudiantes con relación a las tres categorías de

análisis.…………………………………………………………………………………………………………………………..97

vii

Índice de figuras

Figura 1. Mapa conceptual de fases de la implementación de la unidad didáctica. ..................... 35

Figura 2. Fragmento de una tabla de descripción de la fase exploratoria. ................................... 40

Figura 3. Categorías y subcategorías de análisis de la muestra estudiada. .................................. 41

Figura 4. Gráficos de los cuestionarios KPSI aplicados en las instituciones (a) IEPABS y (b)

IECVO.. ..................................................................................................................... 45

Figura 5. Secuencia de la actividad de factores estequiométricos. .............................................. 63

Figura 6. Solución de actividad aplicando los factores molares. ................................................. 63

Figura 7. Diseño de los pasos procedimentales en la experiencia agua y alka-seltzer. ............... 70

Figura 8. Contraste de las V de Gowin elaboradas por los equipos en las dos instituciones y

muestra de una V elaborada por un equipo de la IECVO. ......................................... 71

Figura 9. Pasos de la actividad ¿Qué hago con esta agriera? ....................................................... 74

Figura 10. Cuadro de chequeo de los procesos realizados por los diferentes equipos en la

aplicación de factores estequiométricos. .................................................................... 76

Figura 11. Resultados porcentuales obtenidos en la prueba de competencias de conceptos y

cálculos estequiométricos aplicada en la IECVO e IEPABS. .................................... 93

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1

Introducción

La escuela hoy debe propiciar los espacios para la formación de individuos con las

competencias necesarias para desenvolverse de acuerdo con las necesidades y la situación actual

del mundo moderno, sin pasar por alto la identidad cultural en los ámbitos local, regional y

nacional, a través de los aprendizajes que reciban los educandos. Es por ello que los procesos de

enseñanza desde los que se interviene deben contextualizarse para el desarrollo de la actividad

científica escolar, generando desde las ciencias naturales espacios de intervención y reflexión que

consoliden un currículo según las necesidades e intereses de cada institución; en este sentido, la

escuela debe ofrecer espacios físicos e insumos que faciliten ese desarrollo científico para la

intervención de los fenómenos de interés y sus resultados dependerán en parte del medio en el que

se presente.

Atendiendo a estas ideas, surge este trabajo de investigación diseñado en el marco de la

Maestría en Educación modalidad Profundización en Ciencias Naturales de la Universidad de

Antioquia para la intervención de estudiantes de grado 10° de las Instituciones Educativas

Presbítero Antonio Baena Salazar de Sabaneta y Carlos Vieco Ortiz de Medellín, instituciones de

contextos y dinámicas diferentes. El propósito de la investigación es evaluar la incidencia que tiene

la implementación de una unidad didáctica diseñada en el modelo de Investigación Dirigida en el

aprendizaje de la Estequiometría proponiendo estrategias didácticas siguiendo las etapas del ciclo

de aprendizaje de Jorba y Sanmartí, que contribuyan al desarrollo de competencias en los

estudiantes.

Esta indagación parte entonces del interés de aportar a la solución de esa preocupación

generada al interior de las aulas de clase con una situación específica que implica los niveles de

aprendizaje y desempeño de los estudiantes en un contenido específico de la Química que, según

la experiencia del equipo investigador, ha sido de difícil aprendizaje y comprensión, con el

propósito de aportar al mejoramiento en las misiones institucionales, específicamente en la

formación académica.

En coherencia con lo expuesto, como docentes del área Ciencias Naturales se considera

oportuno plantear una propuesta para el fortalecimiento del aprendizaje de la Química en el grado

10°, específicamente de la Estequiometría de Reacciones y Ecuaciones Químicas, a partir de la

generación de un espacio académico atractivo, pedagógico, didáctico y formativo que motiva en

los estudiantes diferentes formas de percibir y recibir las clases de esta disciplina en las que

2

confluyen los aportes individuales y las interacciones de los estudiantes de cada grupo objeto y

con el docente dinamizador, que potencian la retroalimentación para el enriquecimiento de las

dinámicas de aula y la adquisición de competencias científicas escolares, a la vez que se propicia

la reflexión y los procesos de autorregulación con actividades metacognitivas, concibiendo así el

alumno como movilizador del ritmo de la clase.

En este informe, se presenta un primer capítulo en el que se plantea una problemática

química surgida de las dificultades para el aprendizaje de la Estequiometría en los estudiantes del

grado 10°, apoyada en un rastreo de autores que las avalan y se formula la pregunta de

investigación que aborda la problemática de estudio. Se presentan aspectos de la normatividad en

la que se fundamenta la labor educativa en las instituciones educativas en torno a la formación

para el aprendizaje de conceptos y el desarrollo de aptitudes y actitudes científicas en el contexto

escolar y se presentan los objetivos de la indagación, que guían las acciones del equipo

investigador.

En un segundo capítulo, se exhibe un rastreo bibliográfico de los elementos teóricos que

sirven de base conceptual y que permiten contrastar los hallazgos y determinar la validez de los

mismos luego de la implementación de las fases de la investigación y de la unidad didáctica

diseñada. Se presentan entonces antecedentes investigativos de esta propuesta desde las

dificultades para el aprendizaje de la Estequiometría, pasando por publicaciones sobre unidades

didácticas para el aprendizaje de este contenido y las que refieren a la implementación de la

Investigación Dirigida como Modelo de enseñanza y aprendizaje. Así mismo se presentan

elementos teóricos de enseñanza con tendencia constructivista considerando la enseñanza de las

ciencias para el desarrollo de competencias, el establecimiento de relaciones CTSA, y el

aprendizaje de conceptos, procedimientos y actitudes. Finalmente se esboza una síntesis de los

contenidos disciplinares de la unidad didáctica que propician el escenario para la recolección de

información relevante de la indagación.

Como tercer capítulo se despliega el diseño metodológico de la investigación consistente

en una investigación aplicada en el paradigma cualitativo y desarrollada desde el enfoque de

investigación-acción. En este apartado de muestra lo realizado en las diferentes fases de

intervención en la cual se presentan las herramientas de aplicación y recolección de información,

las categorías y subcategorías de análisis, que dan cuenta de desarrollo del proceso investigativo

paralelo a la implementación de la unidad didáctica y los ajustes realizados a la misma.

3

En el cuarto capítulo se muestran los resultados y las técnicas de análisis empleadas

considerando cada una de las fases de la unidad didáctica, el modelo de investigación dirigida y

se relacionan los resultados con cada una de las categorías de análisis y teniendo en cuenta los

referentes teóricos.

Finalmente se presentan las conclusiones teniendo en cuenta los objetivos de la indagación

y se muestran reflexiones pedagógicas y recomendaciones para futuras intervenciones.

La reflexión pedagógica realizada por el equipo investigador que surge de los análisis de

cada una de las etapas de intervención en la que se implementa el modelo de enseñanza por

Investigación Dirigida en las fases del ciclo de aprendizaje de Jorba y Sanmartí, se materializa en

los resultados obtenidos de esta experiencia de indagación. En este sentido, se evidencian

progresos en la consolidación de aprendizajes en los estudiantes de la muestra, reflejados en el

manejo de conceptos involucrados con la Estequiometría de Reacciones y Ecuaciones, el

planteamiento y ejecución de procedimientos teórico-prácticos para resolver situaciones y

problemas Estequiométricos, así como en la movilización de actitudes positivas hacia la asignatura

y los contenidos en estudio, hacia los procesos de la ciencia y hacia el trabajo en equipo como

dinamizador en la construcción colectiva de conocimientos en este tipo de intervenciones. De ahí

que resulta necesario soportar lo expresado en estas líneas con la descripción de lo acontecido a lo

largo del proceso esbozado en esta introducción.

1. Planteamiento del problema

La Química ha sido vista por las diferentes generaciones de estudiantes como una

asignatura con cierto grado de dificultad; transformar esa realidad es, indudablemente un desafío

incluido en la tarea de educar, que motiva a los maestros a crear estrategias metodológicas sencillas

que propicien en el estudiante el deseo de aprender. Izquierdo (2004) plantea una crisis en la

enseñanza de la química, manifestada en las opiniones desfavorables de los estudiantes quienes

expresan que es una ciencia incomprensible y hasta difícil, reflejada en la disminución de

estudiantes que la escogen como carrera y en las connotaciones negativas que tienen sobre esta

asignatura.

Complementando la anterior apreciación, Izquierdo (2004) establece que los profesores de

Química saben bien que, incluso los buenos estudiantes en esta disciplina tienen dificultades en

4

aplicar sus conocimientos y, además, la sensación de que ésta no les sirve para ‘explicar’

situaciones relacionadas. Pero si la química ha de contribuir a la alfabetización científica de los

ciudadanos, precisamente es su capacidad de explicar fenómenos relevantes lo que debería

priorizarse en su enseñanza. En el artículo la autora cuestiona: ¿es posible diseñar una química

para todos?; argumenta que ahora se ha de enseñar química a personas que no saben de qué trata,

ni tienen interés por saberlo. Al respecto, expresa:

Por esto se debería empezar por generar experiencia química en los estudiantes, para que,

a partir de ella, puedan formular preguntas; sin ellas, las explicaciones no tendrían sentido

puesto que no se pueden avanzar respuestas (químicas) a preguntas que aún no se han

planteado. (Las buenas preguntas son las que generan respuestas argumentadas que

utilizan la Teoría Química y, a la vez, conectan con la experiencia) (Izquierdo, 2004, p.

116).

Atendiendo lo dicho por la autora en el párrafo anterior, habría que decir también que en

el ámbito escolar poco o nada se evidencia el interés que despierta la asignatura para los

estudiantes, así como los conceptos que la fundamentan; de ahí que se presenten dificultades para

su aprendizaje y comprensión.

En la experiencia acumulada en la enseñanza de la Química, se evidencia la sobrecarga de

material teórico y orientado hacia lo abstracto (principios y teorías) que, para los estudiantes

aparentemente no tienen relevancia en su contexto cotidiano. En este sentido, en el proceso de

enseñanza de contenidos de la química, es poco lo que se le acerca al estudiante la posibilidad de

interactuar con su entorno, de aquí que en la solución de ejercicios y situaciones de la química que

requieren de cálculos y razonamientos matemáticos, el estudiante se limita a copiar y repetir lo

que le enseñan (Gil, Carrascosa, Furió y Martínez, 1991) sin que ello signifique un aprendizaje.

Uno de esos contenidos, la Estequiometría, es de los que en su aprendizaje genera mayores

problemas en los estudiantes del grado 10°, por cuanto tienen dificultades en la comprensión de

conceptos como el mol, fórmula y ecuación química y de procedimientos, ya que tienden a

confundir cantidades químicas (moles, masas, entre otras) así como el establecimiento de

relaciones cuantitativas entre reactivos para obtener productos durante la realización de cálculos a

partir de ecuaciones químicas (Castelán y Hernández, 2009; Furió, Azcona, Guisasola y Mujika,

1993; Raviolo y Lerzo, 2014; Marcano, 2015).

5

Diferentes autores (Azcona, Furió, Intxausti y Álvarez, 2004; Furió, Azcona y Guisasola,

2006; Gómez, 2007; Guzmán, Méndez, Romero, Sosa y Trejo, 2005; citados por Grisolía y

Grisolía, 2009) indican que es importante conocer la Teoría Atómica, y conceptos como el de

sustancia, compuesto y reacción química, para la comprensión de cantidad de sustancia y sus

unidades. Además de incluir breves descripciones, definiciones y explicaciones sencillas de estos

conceptos necesarios para el desarrollo de contenidos correspondientes a cada eje temático, para

establecer relaciones adecuadas entre estos y los nuevos contenidos a desarrollar.

Así mismo, en el contexto de la elaboración de informes de prácticas experimentales, estos

dan cuenta de los aprietos que tienen los estudiantes para utilizar el lenguaje de la ciencia y hacer

explícitas sus ideas en la formulación de hipótesis, de explicaciones, argumentos y conclusiones.

Este tipo de dificultades además se manifiestan durante prácticas de aula en las que se solicita el

uso del lenguaje verbal.

Las problemáticas referenciadas en los párrafos anteriores no se alejan de las observadas

en los contextos institucionales en los que se desenvuelven los profesores de Química que hacen

parte de este proceso de indagación, quienes a pesar de pertenecer a entornos de intervención

diferentes, desde sus reflexiones pedagógicas han observado estas regularidades en los estudiantes

de sus instituciones educativas, lo que suscita el interés y la necesidad de intervenir desde los

procesos de enseñanza con estrategias que permitan la consecución de aprendizajes por los

estudiantes, en aspectos como el reconocimiento del concepto de mol y cantidad de sustancia, la

identificación y descripción de reacciones químicas, el planteamiento de ecuaciones químicas y el

establecimientos de relaciones cuantitativas entre reactivos y productos (cálculos) mediante

factores estequiométricos basados en dichas ecuaciones.

En consecuencia, se debe reconsiderar el tipo de prácticas que se realizan, de manera que

ofrezcan espacios que favorezcan la consolidación de habilidades cognitivas y procedimentales de

los estudiantes en torno a las temáticas estudiadas, así como para la comunicación de ideas

científicas. Al respecto, Sardà y Sanmartí (2000, p. 407) afirman que “para aprender ciencia es

necesario aprender a hablar y escribir (y leer) ciencia de manera significativa”, por tanto, si se

pretende que los alumnos comuniquen ideas estructuradas a lo largo de las intervenciones de aula,

deben ofrecerse espacios para ello; esta formación es importante por cuanto “una forma de

aproximarse a la epistemología de la ciencia es aprender a construir afirmaciones y argumentos y

6

a establecer relaciones coherentes entre ellas para interpretar los fenómenos” (Sardà y Sanmartí,

2000, p.407).

En atención a las dificultades detectadas en los estudiantes a la hora de resolver problemas

estequiométricos, comunicar ideas y participar en discusiones que involucran la utilización de un

lenguaje científico en rutinas de experimentación, surge la necesidad de intervenir las prácticas de

aula, con acciones que involucren situaciones cercanas a sus intereses, desde su cotidianidad, de

manera que se aborden estas falencias con un conjunto de acciones secuenciales y sistemáticas que

lleven a la construcción y consolidación de conocimientos en un entorno científico y así fortalecer

su saber y su saber hacer.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores se formuló la siguiente pregunta como

base para la intervención con este trabajo de profundización:

¿Cómo incide la implementación de una unidad didáctica diseñada según el modelo de

Investigación Dirigida, en el aprendizaje de la Estequiometría en estudiantes del grado 10º de las

Instituciones Educativas Presbítero Antonio Baena Salazar de Sabaneta y Carlos Vieco Ortiz de

Medellín?

1.1. Justificación

La Ley General de Educación de 1994, en su artículo 5 especifica los fines de la educación

en Colombia, y en especial en el numeral 9, le confiere a esta labor “el desarrollo de la capacidad

crítica, reflexiva y analítica que fortalezca el avance científico y tecnológico nacional,…”; así

mismo en el numeral 5 especifica que otro de estos fines es “la adquisición y generación de los

conocimientos científicos (…) mediante la apropiación de hábitos intelectuales adecuados para el

desarrollo del saber” de nuestros estudiantes (Ley 115, 1994).

En lo que respecta a esta responsabilidad formativa, De Zubiría (2014), expresa que la

sociedad a la escuela le solicita formar “individuos competentes para pensar, comunicarse, trabajar

en equipo y convivir, aspectos todos ellos casi inexistentes en un proceso formativo tradicional”

(p. 107); lo anterior, permite considerar que las acciones pedagógico-didácticas en las instituciones

educativas deberán propender por una formación integral que otorgue a los alumnos las

oportunidades de formación en su ser, su cultura y su saber, mediante la apropiación de hábitos

intelectuales adecuados, que permitirán familiarizarlos con procesos de carácter científico.

7

La escuela, al ser un contexto para la actividad científica escolar, ha de generar espacios de

reflexión para la consolidación de su currículo según las necesidades e intereses del contexto, debe

ofrecer los espacios físicos e insumos que faciliten ese desarrollo científico para la intervención

de los fenómenos de interés, ya que sus resultados dependerán en parte de lo que ese contexto les

presente. Al respecto, en los Lineamientos Curriculares en Ciencias Naturales se afirma:

Entre las misiones de la escuela está la de construir, vivificar y consolidar valores y en

general la cultura. La escuela aprovecha el conocimiento común y las experiencias

previas de los alumnos para que éstos en un proceso de transformación vayan

construyendo conocimiento científico (…) (p.19).

En este sentido, la actividad científica toma la connotación como práctica que implica un

proceso colectivo (práctica social), que, al ser llevada al ámbito escolar, cobra gran importancia

en la dinámica de construcción colectiva de conocimientos. En este contexto, es el maestro quien,

valiéndose de acciones estratégicas surgidas de su saber pedagógico-didáctico y mediante la

reflexión de su experiencia, establece secuencias de intervención que le permiten abordar la

enseñanza de su disciplina.

En coherencia con lo expuesto y como docentes de esta disciplina, se cree pertinente

plantear una propuesta para el fortalecimiento del aprendizaje de la Química en el grado 10°,

especialmente de la Estequiometría de reacciones y ecuaciones químicas, a partir de la generación

de un espacio académico pedagógico, didáctico y formativo que aporte sustancialmente a

dinamizar los procesos de enseñanza y aprendizaje, que integre en ellos procedimientos científicos

y en el que se aborde el aprendizaje desde la mirada de las competencias, en ambientes de

aprendizaje motivadores, participativos, colaborativos, cercanos a los contextos cotidianos de los

estudiantes, mediante la implementación de una unidad didáctica de corte constructivista de

manera que se concreten y se hagan explícitos los aprendizajes y competencias de los estudiantes

en los aspectos teóricos y experimentales.

Considerando lo anterior, en la unidad didáctica se desarrollan actividades consecuentes

con estos propósitos y con lo planteado en los Estándares Básicos de Competencias de Ciencias

Naturales formulados por el Ministerio de Educación Nacional (MEN, 2004, pp. 22, 23) para el

grado 10°, los cuales muestran que el aprendizaje de los cálculos estequiométricos es fundamental

para alcanzar las competencias, pues en su contenido se infiere la estrecha relación que guardan

8

con este eje temático en los aspectos conceptuales, procedimentales y actitudinales, así como sus

relaciones CTSA (ciencia, tecnología, sociedad y ambiente). Los estándares que se trabajan con el

desarrollo de esta temática se muestran a continuación:

- Relaciono la estructura de las moléculas orgánicas e inorgánicas con sus propiedades

físicas y químicas y su capacidad de cambio químico.

- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y

conservación de la energía.

- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos

industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus

usos.

De manera semejante, y atendiendo a los nuevos requerimientos de inclusión en las

Instituciones Educativas, recientemente fueron formulados por el MEN los Derechos Básicos de

Aprendizaje (DBA) en el área de Ciencias Naturales (2016), en los que el Gobierno Nacional

incluye un conjunto de aprendizajes estructurantes que deben adquirir los estudiantes en los

diferentes grados y niveles de formación. Esta intervención no es ajena a esta pretensión y con ella

se busca hacer eco a esa necesidad de formación; por ello, las actividades de la unidad didáctica

se orientan al siguiente DBA:

- Comprende que los diferentes mecanismos de reacción química (oxido-reducción,

descomposición, neutralización y precipitación) posibilitan la formación de compuestos

inorgánicos.

El proyecto de investigación surge del interés de aportar a la solución de esa preocupación

generada al interior de las instituciones educativas en el marco de los niveles de aprendizaje y

desempeño de los educandos, de forma que porten al mejoramiento continuo en las gestiones

institucionales, específicamente en aspectos relacionados con la formación académica siguiendo

los estándares y Derechos Básicos de Aprendizaje formulados por el MEN.

Haciendo hincapié en lo expuesto con antelación, la indagación se justifica desde los

resultados de las dos instituciones en las pruebas Saber 11 que, aunque no se consideran como

muy bajos, sí dan indicios de que se existen falencias en la identificación de conceptos y la

transferencia de sus conocimientos a la comprensión de textos y procedimientos de contextos

9

químicos. Es así como en la prueba del año 2016-2, los estudiantes de la IEPABS y de la IECVO,

presentaron resultados muy similares en los aprendizajes químicos evaluados: solo en los

componentes “observar y relacionar patrones en los datos para hacer predicciones” y “utilizar

algunas habilidades de pensamiento y procedimiento para evaluar predicciones”, los estudiantes

tuvieron un porcentaje de respuestas incorrectas menor al 20% (entre el 8 y el 14%; entre más bajo

es el porcentaje mejor es el desempeño en cada aprendizaje evaluado). En los demás aprendizajes,

los porcentajes de respuestas incorrectas es superior al 40%, siendo el más alto el 71% obtenido

por los estudiantes de la IEPABS en el que se refiere a “explicar cómo ocurren algunos fenómenos

de la naturaleza basado en observaciones, en patrones y en conceptos propios del conocimiento

científico”. En este aprendizaje, los estudiantes de la IECVO obtuvieron el 59% de respuestas

erradas, siendo el componente que presentó resultados más bajos. Con la presente investigación,

se espera aportar al fortalecimiento de los aprendizajes de los contenidos específicos de la

Estequiometría de reacciones y ecuaciones químicas, que es uno de los que se evalúa en las pruebas

estatales.

Habría que mencionar también, que esta indagación se circunscribe a lo establecido en las

políticas educativas colombianas en los ámbitos nacional, regional, municipal e institucional, que

en su conjunto muestran una linealidad en sus propósitos:

En lo que toca al ámbito nacional, el gobierno colombiano en su Plan de Desarrollo 2014-

2018 Todos por un nuevo país (2014) establece acciones para aumentar la calidad educativa como

insumo fundamental para consolidar la paz. En este plan, el gobierno manifiesta como limitante

de la formación para la vida, la baja calidad y pertinencia en todos los niveles educativos; propone

realizar acciones para el desarrollo de competencias que propenda por la consolidación de

individuos informados, innovadores, críticos, flexibles y con capacidades para aprender en el

contexto de la globalización.

En el ámbito regional, en el Plan de Desarrollo 2016-2019 Antioquia piensa en grande

(2016), establece como misión potenciar las capacidades de las personas, mediante la calificación,

cualificación y construcción de competencias, que propicien su desarrollo social y productivo, de

manera que respondan a un mundo cada vez más cambiante.

En el contexto municipal, el Plan de desarrollo de Medellín 2016-2019 Cuenta con vos

(2016) promueve un enfoque de desarrollo mediante una educación de calidad que responda al

10

fortalecimiento de los saberes y las capacidades a partir de la ejecución de modelos educativos

integrales, que estimulen el desarrollo de habilidades y competencias para su incorporación en la

estructura cognitiva de los estudiantes, mediante la promoción del trabajo colaborativo y la

búsqueda del conocimiento, en función de una sociedad competitiva.

Por su parte el Plan de Desarrollo de Sabaneta 2016-2019 Sabaneta de todos (2016), tiene

como uno de sus fundamentos de desarrollo la educación con calidad, como base de la igualdad y

de las oportunidades, para el mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes desde el

fortalecimiento de los Proyectos Educativos Institucionales (PEI).

En lo atinente a los contextos institucionales, este proyecto de investigación se sustenta en

los fundamentos teóricos pedagógicos consagrados en los PEI de las dos instituciones

participantes: la Institución Educativa Presbítero Antonio Baena Salazar (IEPABS) de Sabaneta

tiene entre sus objetivos la promoción del conocimiento científico y la preparación de los

estudiantes desde un enfoque de competencias que responda a las necesidades regionales mediante

el uso de ambientes ricos en experiencias de crecimiento, el desarrollo de contenidos pertinentes

y la implementación de estrategias problematizadoras fundamentadas en procesos investigativos

que propicien el diálogo, el debate y la negociación para el fortalecimiento de las capacidades

intelectuales y así lograr una formación integral basada en la comprensión (Proyecto Educativo

Institucional IEPABS, 2015).

En lo que respecta al PEI de la Institución educativa Carlos Vieco Ortiz (IECVO) de

Medellín, desde los fundamentos de su modelo pedagógico pretende una formación integral para

sus estudiantes de manera que enfrenten eficazmente los retos de un mundo que exige seres

humanos éticos, reflexivos, críticos, creativos, comprometidos con su entorno social y competentes

para desempeñarse exitosamente en el medio social, laboral y profesional con una alta calidad

humana. En esta institución se enfatiza en el desarrollo de las capacidades y potencialidades del

estudiante en torno a las necesidades de la sociedad, para adaptarse a ella y transformarla. De aquí

que el estudiante se concibe como un ser único, destacado por su calidad humana, su capacidad

crítica y creativa, capaz de construir y apropiarse de conocimientos, así como desarrollar

habilidades y destrezas, valores y actitudes que le permiten la interrelación consigo mismo y con

los demás (Proyecto Educativo Institucional IECVO, 2013).

11

Como se observa los objetivos y referentes de esta indagación están en relación directa con

los lineamientos institucionales, municipales, regionales y nacionales en materia educativa lo que

avala este proceso de intervención.

Con la ejecución de las diferentes actividades propuestas en esta indagación, de la reflexión

pedagógica y el análisis surgidos de los procesos de intervención, se promoverá la ventaja del

diseño e implementación de unidades didácticas en las diferentes áreas curriculares de los

contextos institucionales como herramientas valiosas para el mejoramiento de los procesos de

enseñanza y aprendizaje, donde el mejoramiento de los desempeños y competencias mediante la

apropiación de los intereses de los estudiantes para contribuir a la formación de individuos críticos,

éticos y reflexivos, lo que se convertirá en un beneficio educativo y social que impacte los

contextos institucional, local, regional y nacional.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo general.

Evaluar la incidencia que tiene la implementación de una unidad didáctica diseñada en el

modelo de Investigación Dirigida en el aprendizaje de la Estequiometría en estudiantes del grado

10º de las Instituciones Educativas Presbítero Antonio Baena Salazar de Sabaneta y Carlos Vieco

Ortiz de Medellín.

1.2.2. Objetivos específicos.

- Diseñar una unidad didáctica según el modelo de aprendizaje por Investigación Dirigida y

en el ciclo de aprendizaje de Jorba y Sanmartí para el aprendizaje de la Estequiometría.

- Implementar la secuencia de actividades en contextos de aula que implican relaciones con

hechos cotidianos, científicos, tecnológicos y ambientales.

- Determinar los efectos en los aprendizajes de los estudiantes (conceptuales,

procedimentales, actitudinales) durante la implementación de la unidad didáctica.

Marco Teórico

2.1. Antecedentes

A continuación, se presenta una revisión bibliográfica en la que se muestran los resultados

de algunas investigaciones realizadas en el ámbito internacional, nacional y regional, respecto a la

12

implementación de unidades didácticas en el campo de la Química, en general y de la

Estequiometría en particular.

2.1.1. Dificultades para el aprendizaje de la Estequiometría.

Existen trabajos e investigaciones que señalan una serie de inconvenientes y dificultades

que se convierten en obstáculos para el aprendizaje de la Química y en especial en lo que tiene que

ver con la comprensión y aprendizaje de la Estequiometría. En este sentido se hace necesario

precisar cuáles son algunas de las dificultades puntuales que se presentan al momento de abordar

este tema, así como las concepciones que tienen los estudiantes frente al mismo:

Raviolo y Lerzo (2014) exponen, a partir de datos aportados por otros autores, cuáles

serían los obstáculos de los estudiantes para el aprendizaje de la Estequiometría; entre estos

plantean que:

- “confunden distintas cantidades químicas (moles, concentraciones, masas, volúmenes) que

se ponen en juego en la resolución de problemas” (Frazer y Servant, 1987).

- "una incompleta comprensión de la ecuación química" ya que "partiendo de la composición

inicial del sistema no logran determinar el estado final" a partir de la ecuación química

(Arasasingham et al., 2004).

- “no comprenden las fórmulas químicas en términos de partículas y el significado de los

subíndices o de los coeficientes estequiométricos, aun cuando ajusta correctamente las

ecuaciones químicas” (Yarroch, 1985).

- “no conservan la masa y los átomos en una reacción química, o presentan problemas con

la conservación de los átomos y la no conservación de las moléculas en el cambio químico”

(Mitchell y Gustone, 1984).

- “sostienen que el reactivo limitante es la sustancia que tiene el menor coeficiente

estequiométrico en la ecuación química balanceada” (Huddle y Pillay, 1996).

- "afirman que para que se produzca el cambio químico es necesario que los reactivos estén

en la situación inicial en una proporción particular (por ejemplo, la proporción dada por los

coeficientes estequiométricos), dado que se confunden el lado izquierdo de la ecuación

química con el estado inicial del sistema" (Gauchon y Méheut, 2007; Raviolo, 2006).

13

(Todos los autores citados por Raviolo y Lerzo, 2014, pp. 28-29)

Las afirmaciones anteriores se convierten en insumos que justifican en parte esta

intervención dado que no son ajenos a lo que diariamente se observa en las aulas de clase cuando

se aborda la enseñanza de la Estequiometría. El conjunto de estrategias y actividades que se

pretende implementar con esta intervención, ofrece una serie de elementos particulares y variables

que permitirán una reflexión pedagógica permanente para la consolidación de saberes

pedagógicos.

Además de lo expresado hasta este punto, conviene añadir que resulta innegable que el

escenario para el estudio, no solo de la Estequiometría sino de cualquier tema en química, requiere

una serie de conocimientos previos que permitan un empalme eficaz con los contenidos que se

abordarán en diferentes temáticas y que debían haber sido adquiridos por los estudiantes a partir

del trabajo de las diferentes áreas a lo largo de su vida académica, necesarios para fundamentar y

aplicar en esta asignatura. Sin embargo, las falencias y deficiencias de contenidos con las que

llega el estudiante al grado 10 se ven reflejadas cuando se desarrollan los temarios químicos lo que

limita la comprensión y, por ende, el avance en los aprendizajes.

2.1.2. Publicaciones de unidades didácticas para la enseñanza de estequiometría.

En este apartado se presenta algunas de los trabajos desarrollados a partir de la

implementación de unidades didácticas para la enseñanza de la Estequiometría; de ellos se

muestran aspectos metodológicos, así como resultados/conclusiones de los mismos:

Mira (2012), desarrolló una investigación titulada Diseño de una unidad didáctica mediante

miniproyectos como estrategia metodológica en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las

reacciones químicas para estudiantes del grado 11º en la I.E. INEM “José Félix de Restrepo”. En

ella se describen algunas actividades en relación con la promoción de competencias cognitivo

lingüísticas, en particular la explicación y la argumentación y se recomienda estructurar la unidad

didáctica a partir de miniproyectos, con el ánimo de minimizar los riesgos de motivación que

pueden tener los estudiantes cuando se desarrollan unidades didácticas en tiempos muy extensos.

Esta aseveración resulta útil en la medida que, la planeación de las diferentes

intervenciones didácticas al grupo en estudio ha de considerar que los tiempos destinados para el

14

desarrollo de cada una debe ser el apropiado de manera que no se pierda el interés por la tarea a

desarrollar y el norte del proceso de intervención.

Obando (2013) desarrolló una propuesta de enseñanza de la Estequiometría en su trabajo

titulado “Implementación de estrategias didácticas para la enseñanza de la Estequiometría en

estudiantes del grado once de enseñanza media” en la Institución Educativa Rural Los Ángeles del

corregimiento La Estación del Municipio de Angelópolis, Antioquia. En el proceso utilizaron

como secuencia de enseñanza las Unidades de Enseñanza Potencialmente Significativas (UEPS),

propuestas por Moreira (2008). Recomiendan fomentar actitudes como la curiosidad, la

indagación de la naturaleza, la formulación de hipótesis, la experimentación por ser acciones que

llevan al desarrollo de competencias científicas e investigativas para abordarlas en diferentes

contextos.

Guisado (2014) realizó la investigación “Diseño de una estrategia didáctica basada en

analogías para motivar el aprendizaje de la Estequiometría” dirigida a estudiantes de grado 10° de

educación media vocacional de la Institución Educativa John F. Kennedy, de la localidad 8 de

Bogotá. Concluye que el uso de analogías puede mejorar los procesos de aprendizaje, aumentar

las posibilidades de éxito y disminuir el fracaso. Afirma que partir de situaciones que son cercanas

al estudiante, hacer comparaciones y estableciendo relaciones con el tema abordado, hace que este

se incorpore a su estructura conceptual, obteniéndose un aprendizaje significativo.

Mantilla (2014) en su trabajo de profundización que lleva por título “Diseño e

implementación de una unidad didáctica para la enseñanza-aprendizaje de la Estequiometría”

intervino usando el modelo de escuela activa urbana; la aplicación de la unidad le permitió concluir

que “es una estrategia que mejora el proceso de enseñanza - aprendizaje en los estudiantes” el

estudio realizado fue de tipo cuantitativo obteniendo en el proceso de evaluación final, un

porcentaje de incremento en la apropiación del concepto. Además, concluyó que la aplicación del

modelo enseñanza le “permitió a los estudiantes un trabajo más cooperativo porque se vuelven

más activos, participativos y se motivan para alcanzar un aprendizaje significativo de la

Estequiometría”.

Raviolo y Lerzo (2014) en su artículo “Enseñanza de la Estequiometría: uso de analogías

y comprensión conceptual” abordan la problemática de la resolución de ejercicios/problemas y si

su resolución implica la comprensión de los conceptos que en ella se abordan, en especial la

15

comprensión a una escala submicro o de partículas (átomos, moléculas, iones). El estudio se realizó

aplicando una secuencia didáctica, basada en analogías, a estudiantes de primer año de universidad

y en él indican que alumnos que resuelven bien problemas empleando algoritmos o ecuaciones, no

siempre visualizan ni comprenden los conceptos químicos que están detrás. Concluyeron que

diversificar la metodología de presentación del tema de Estequiometría usando analogías produce

un efecto motivador, por cuanto se relaciona con la vida cotidiana lo que la lleva a ser evaluada

muy positivamente por los estudiantes; Sin embargo, el uso de las analogías no garantizó mejores

resultados en la resolución de problemas estandarizados que involucran la interpretación de

situaciones con partículas y su relación con los niveles de representación macro y simbólico.

Recomiendan un abordaje conceptual en el que prime el diálogo con los estudiantes que

permita ir evaluando sus comprensiones parciales y apoyando la construcción de imágenes

mentales sobre el sistema químico abordado, prestando especial atención a las relaciones entre las

cantidades experimentales, las representaciones a nivel submicroscópico y el simbolismo de la

ecuación química y lo que ella representa.

2.1.3. Publicaciones de enseñanza de la Química bajo el modelo de Investigación

Dirigida.

Furió y colaboradores (2006) desarrollaron una investigación en el aula titulada “enseñanza

de los conceptos de cantidad de sustancia y de mol basada en un modelo de aprendizaje como

investigación orientada” que fundamenta y aplica esa concepción constructivista de la enseñanza-

aprendizaje de las ciencias para la comprensión de estos conceptos, a 8 grupos experimentales de

física y química de 1º de bachillerato (16-17 años), en los institutos de enseñanza secundaria de

Zarautz, Hondarribia y Eibar, y 6 grupos control de institutos de enseñanza media de Irún y

Valladolid. Los estudiantes de los grupos experimentales resolvieron satisfactoriamente ejercicios

estequiométricos, utilizando estrategias que manejan de modo significativo la magnitud cantidad

de sustancia, al contrario de lo que ocurre con la mayoría de los estudiantes de control. Con ello,

determinaron que “la introducción del concepto cantidad de sustancia va a aportar una solución

general a estos cálculos estequiométricos en las reacciones químicas”.

Rueda, Hernández y Castrillón (2009) implementaron un trabajo titulado “Diseño de un

programa guía de actividades para la enseñanza de la química en educación media basado en el

Modelo Didáctico por Investigación Dirigida”; mediante su programa “QUIMIVIDA:

16

Cotidianidad y Ciencia”, desarrollaron una serie de estrategias con las que evidenciaron que es

posible el desarrollo de competencias básicas en ciencias a partir de la aplicación de modelos

didácticos con los que promueven la relación entre la cotidianidad y el estudio en la escuela;

concluyeron que a partir de la interacción entre el conocimiento científico y el cotidiano, se llega

al conocimiento científico escolar, con el cual se muestra al estudiante una verdadera aplicación

al conocimiento adquirido en la escuela.

Loaiza (2011) en su investigación “Diseño y aplicación de una unidad didáctica para la

enseñanza de cuantificación de sustancias y de relaciones en mezclas homogéneas en un curso de

Estequiometría”, desarrollada con un grupo de quince estudiantes de un semestre académico en la

Universidad Tecnológica de Pereira para los programas de tecnología, Química y Química

Industrial; el objetivo de este estudio fue favorecer el aprendizaje de los conceptos mencionados

desde una postura constructivista apoyándose en el modelo didáctico de enseñanza por

investigación orientada. Concluyó que una estrategia de orientación constructivista como la

utilizada, en forma de unidad didáctica puede generar aprendizajes significativos a largo plazo que

pueden ser construidos a partir de la solución de problemas con los que el estudiante se ve

enfrentado a diario en el medio en el que se desenvuelve.

Vásquez, Becerra e Ibáñez (2014) presentaron los resultados de una investigación realizada

con estudiantes de grado 11° de la Institución Educativa Distrital Nuevo San Andrés de los Altos

de la ciudad de Bogotá, la cual tuvo por objeto desarrollar las competencias científicas propuestas

por PISA, a través de la implementación de una estrategia didáctica orientada por el modelo de

aprendizaje por investigación dirigida y enfocada al estudio de la contaminación química del agua.

La intervención de aula estuvo mediada por el enfoque metodológico de investigación-acción y

sus resultados evidenciaron que los modelos basados en investigación replantean las prácticas

educativas de enseñanza y aprendizaje de la Química favoreciendo el desarrollo de competencias.

Como puede verse, son variadas las intervenciones realizadas en el campo de la enseñanza-

aprendizaje de la Estequiometría; sin embargo, aún queda un campo extenso de estudio en el cual

se puede indagar de manera que se generen conocimientos, estrategias y escenarios de acción más

acordes con las tendencias actuales en el campo de la enseñanza de la química que contribuyan

eficientemente con la consolidación de aprendizajes y la formación en competencias científicas de

los estudiantes.

17

Con lo citado anteriormente y considerando las dificultades mencionadas, en la realización

de procedimientos cuantitativos en las clases de estequiometria química, surgen unas preguntas

básicas que se constituyen en puntos de partida para la aplicación de procesos teóricos y

experimentales:

¿Cuánto producto se obtiene a partir de la reacción de determinadas cantidades de

reactantes?

¿Qué cantidad de reactivos se requieren para obtener determinada cantidad de producto?

Al determinar la masa del producto de una reacción química ¿Qué limita la formación de

dicha masa resultante?

¿Qué aspectos no permiten que se obtenga la cantidad del producto esperado de una

reacción química?

En torno a estas preguntas se formularán los problemas que se pretendan resolver mediante

la aplicación del modelo de investigación dirigida en la implementación de la unidad didáctica.

2.2. Bases Teóricas.

Todo proceso de innovación o cambio en la enseñanza de las ciencias que se pretenda

aplicar deviene del convencimiento de maestros que han observado previamente la necesidad de

innovar sus prácticas pedagógicas de manera que se reviertan en la consolidación de aprendizajes

por los estudiantes, así como en la formación de seres que se vinculen de manera activa en su

contexto sociocultural. En este sentido la labor del maestro de ciencias va más allá de la simple

transmisión de unos conocimientos, sino que pasa a ser quien busca constantemente responderse

interrogantes como el qué, cómo, cuándo, por qué y para qué enseñar ciencias. Estas preguntas

orientadoras, encausarán su labor hacia la formación integral de las personas a su cargo.

En este sentido, las respuestas surgidas de las reflexiones pedagógicas del maestro de

ciencias, en este marco de indagación permanente, habrán de responder a un tipo de formación que

apunte a que los estudiantes resuelvan situaciones problémicas de su interés en diferentes

contextos, con la consiguiente adquisición de conceptos de las disciplinas y la construcción de sus

conocimientos, a fin de que tengan aprendizajes significativos y, consecuentemente, adquieran

habilidades y destrezas esenciales para la vida.

18

En el siguiente apartado se consideran los aspectos más recurrentes en la enseñanza de las

ciencias en el contexto actual: Orientar el aprendizaje como construcción de conocimientos

científicos a través del tratamiento de situaciones problema cercanas a la realidad cotidiana de

manera que resulten significativas para los estudiantes.

2.2.1. El Constructivismo en la enseñanza.

La teoría constructivista del aprendizaje enfatiza el papel activo del aprendiz en la

construcción de la comprensión y en darle sentido a la información. El constructivismo es un

término general utilizado por los filósofos, planeadores educativos, psicólogos, docentes y otros.

Las perspectivas constructivistas están fundamentadas en las investigaciones de Piaget y

Vygotsky, psicólogos como Bruner y filósofos como Dewey entre muchos otros aportes de

intelectuales. Estas perspectivas tienen en común dos puntos de encuentro: 1) el aprendiz es parte

activa en la construcción de sus conocimientos y, 2) las interacciones sociales son fundamentales

para esa construcción de conocimientos (Woolfolk, 2010).

Aunque no existe una única teoría constructivista, Woolfolk (2010) reconoce en diferentes

modelos unas condiciones para el aprendizaje constructivista:

• Insertar el aprendizaje en ambientes complejos, realistas y pertinentes: asegurarse de que

cada estudiante tenga experiencia en la resolución de problemas complejos, insertos en

tareas y actividades auténticas.

• Ofrecer elementos para la negociación social y la responsabilidad compartida, como parte

del aprendizaje: los procesos mentales superiores se desarrollan mediante la negociación

social y la interacción, de manera que la colaboración en el aprendizaje es valiosa.

• Brindar múltiples perspectivas y utilizar múltiples representaciones de contenido: Cuando

los estudiantes sólo son expuestos a un modelo, una analogía o una forma de entender un

contenido complejo, con frecuencia simplifican de forma excesiva cuando intentan aplicar

el mismo método en todas las situaciones.

• Fomentar la conciencia personal y la idea de que los conocimientos se construyen:

concientizar a los alumnos del papel que desempeñan en la construcción de los

conocimientos; si ellos son conscientes de las influencias que moldean su pensamiento,

19

tendrán mayor capacidad de elegir, desarrollar y defender posturas de manera autocrítica,

mientras respetan las posturas de los demás.

• Motivar la propiedad del aprendizaje: la mayoría coincide en que implica un cambio

significativo en el enfoque de la enseñanza, colocando los propios esfuerzos de los

estudiantes por comprender en el centro de la tarea educativa, lo que no significa que el

maestro abandone la responsabilidad de la instrucción.

Todo lo anterior pone de manifiesto que las teorías del aprendizaje constructivistas ponen

a los aprendices en el centro de los procedimientos que dispone el profesor para la enseñanza,

haciéndolos partícipes activos, artífices de la construcción de sus propios conocimientos, en un

entorno de reflexión y autocrítica con dinámicas e interacciones sociales.

2.2.2. Aprendizaje Significativo.

Este modelo se considera una teoría psicológica del aprendizaje en el aula que se ocupa de

los procesos mismos que el individuo pone en juego para aprender, es decir, pretende dar cuenta

de los mecanismos por los que se lleva a cabo la adquisición y la retención de los grandes cuerpos

de significado de una disciplina. Para Ausubel (2000, citado en Moreira, 2008) el factor más

importante que influye en el aprendizaje de un aprendiz, es lo que este ya sabe. Concibe así el

aprendizaje como un proceso de integración de lo nuevo en la estructura cognitiva del individuo,

donde lo que ya hay en dicha estructura previa sirve de anclaje para los nuevos conceptos. En este

sentido, “el aprendizaje significativo tiene lugar cuando nuevos conceptos, ideas, proposiciones

interactúan con otros conocimientos relevantes e inclusivos, claros y disponibles en la estructura

cognitiva, siendo por ellos asimilados, contribuyendo para su diferenciación, elaboración y

estabilidad” (Moreira, 2012, p.1).

Por su parte, Pozo (1989) desde una postura vigotskiana, considera al aprendizaje como

una teoría cognitiva de reestructuración, una teoría psicológica que se construye desde un enfoque

organicista del individuo, quien no puede ser un receptor pasivo, sino que debe hacer uso de los

significados que ya internalizó, de modo que pueda captar los significados que el maestro en el

contexto educativo le ofrece, los compara, identifica diferencias y semejanzas, para finalmente

reorganizar su estructura cognitiva. Lo anterior supone de quien aprende una actitud reflexiva que

le permita cuestionar y su implicación personal hacia el propio proceso y el objeto de aprendizaje

20

tendiente a que nos preguntemos qué queremos aprender, por qué y para qué aprenderlo

significativamente.

Se trata entonces de una teoría constructivista, ya que es el propio aprendiz el que genera

y construye su conocimiento.

2.2.3. El modelo de enseñanza por Investigación Dirigida.

En el contexto de este trabajo de profundización, se trabajará con base en el modelo de

enseñanza por investigación dirigida, que en términos de Ruiz (2007) desarrolla “una postura

constructivista en la construcción del conocimiento y la aplicación de problemas para la enseñanza

de las ciencias” (p. 51). Mediante el planteamiento de problemas representativos, planteados por

el docente, se busca diagnosticar ideas y construir nuevos conocimientos por los estudiantes, que

adquieran habilidades cognitivas y actitudes positivas hacia la ciencia de manera que se acerquen

los ámbitos del conocimiento científico y cotidiano. De esta forma se “pretende un verdadero

razonamiento, reflexión y crítica del conocimiento que el docente está comunicando a sus

educandos” (Ruiz, 2007, p. 53). Se asume que el aprendizaje de la ciencia es un proceso de

construcción social de teorías y modelos, distinto y alejado de la aplicación rigurosa de los pasos

del método científico.

De acuerdo con este modelo, la investigación se realiza a partir de un problema planteado

que no tiene una respuesta automática. Los participantes van desarrollando o construyendo sus

conceptos con las diferentes fases de intervención en las que se aplican procesos propios de la

ciencia. Apoyando lo anterior, resulta conveniente considerar lo expresado por Moya, Chaves y

Castillo (2011) cuando afirman:

Si la investigación a partir de una inquietud funciona para los científicos, por qué no pensar

que para ciertos temas de los programas de estudio de ciencias en educación secundaria, la

investigación podría ser una estrategia metodológica pertinente para el proceso de enseñanza

-aprendizaje de tal tema (p. 121).

En este sentido, la investigación en el aula se constituye en una forma de indagar la realidad

por los estudiantes quienes, bajo la orientación del maestro, entrarían a resolver situaciones

problemas inherentes a los conceptos estudiados, que se desconocen o de los que se tienen dudas

pero que son susceptibles de intervenir. De esta manera se logra dar a la ciencia una aplicación en

21

un contexto cotidiano, es decir, que se logra una contextualización de los procesos científicos

(Moya et al., 2011).

En este modelo el estudiante deja de ser un sujeto pasivo que recibe información para

convertirse en un sujeto activo y dinámico que debe plantear métodos y estrategias que lo lleven a

resolver el interrogante retomando aquello de sus concepciones previas que le es útil, modificando

las que estaban erradas y aprendiendo nuevos conceptos; en otras palabras, el estudiante construye

sus conocimientos, a partir del reordenamiento de su estructura cognoscitiva.

2.2.3.1. El rol del docente en el modelo de enseñanza por Investigación Dirigida.

En el modelo que se presenta en este trabajo de profundización, el docente juega un papel

fundamental en la orientación de las actividades que han de desarrollar los participantes; es un guía

que debe diseñar estrategias que posibiliten el acercamiento tanto de los nuevos conocimientos a

aquellos que los estudiantes ya conocen, como a los procesos de investigación que estos están

realizando, haciendo un seguimiento riguroso de manera que reoriente los procedimientos cuando

estos se hayan desviado de la ruta diseñada para poder dar respuesta a la problemática planteada.

Teniendo en cuenta lo anterior, Ruiz (2007) plantea que en este modelo el trabajo docente

está orientado a:

- Desarrollar procesos de pensamiento y la formación integral del estudiante a partir de la

comprensión y búsqueda de solución a problemas que tengan relación con el área en estudio.

- Implementar estrategias metodológicas que permitan al alumno la apropiación de

conceptos científicos básicos y métodos que implican razonamiento, argumentación,

experimentación, comunicación, utilización de información científica y otros procesos requeridos

en la actividad científica.

- Promover la reconstrucción de conceptos científicos de manera progresiva, así como el

uso del lenguaje científico y tecnológico, para aplicarlos en el contexto.

2.2.3.2. Fases del modelo de enseñanza por Investigación Dirigida.

Gil (1993) plantea 4 etapas en las que se desarrolla el proceso de construcción de

conocimientos en este modelo, las que no implican un orden estricto de sucesión; estas son:

22

a) Planteamiento de situaciones problema: el profesor las propone de manera que

estas han de despertar el interés de los educandos y permiten que ellos esbocen sus

concepciones preliminares de la tarea a realizar.

b) Estudio cualitativo de las situaciones planteadas: el profesor propone a sus

estudiantes que, mediante el trabajo en grupo y haciendo un rastreo bibliográfico, delimiten

el problema y comiencen a hacer explícitas sus ideas.

c) Orientación del tratamiento científico de los problemas: los estudiantes emiten

hipótesis con las que explicitan sus ideas previas y realizan predicciones; a su vez plantean

estrategias de solución con la inclusión de diseños experimentales y, a la luz de la información

de la que se dispone (cuerpo de conocimientos), se contrastan las hipótesis, se analizan los

resultados, los que son contrastados con los de los otros grupos y con los conceptos científicos.

En esta fase puede presentarse el conflicto cognitivo de las diferentes concepciones lo que

llevaría a replantear el problema y a emitir nuevas hipótesis.

d) Manejo y aplicación de los nuevos conocimientos a nuevas situaciones: con ello se

busca que los estudiantes profundicen y afiancen sus conocimientos aplicándolos en contextos

que relacionen ciencia, tecnología, sociedad -y medio ambiente- (CTSA) que se establecen el

desarrollo científico para la toma de decisiones. En esta fase se proponen actividades de

síntesis como mapas conceptuales y esquemas, entre otros, así como la elaboración de

productos que han de romper con aquellos considerados excesivamente escolares y de reforzar

el interés por la tarea planteada, así como concebir nuevos problemas.

Como puede verse, este modelo de enseñanza plantea la participación activa y efectiva de

los estudiantes en la construcción de sus conocimientos de manera objetiva mediante su

aproximación a las características del trabajo científico.

2.2.3.3. La evaluación en el modelo de enseñanza por Investigación Dirigida.

El estudiante al ser un constructor de su propio conocimiento a través de lo que para él

resulta importante e interesante de aprender y como resultado de la aplicación de sus

procedimientos para la solución de una pregunta de investigación, ha de ser evaluado de manera

diferente y no a través de sus resultados finales: se debe realizar un proceso de seguimiento y

realimentación permanente, una evaluación que dé cuenta de sus avances o retrocesos de acuerdo

23

con las estrategias y procedimientos por él realizados así como sus actitudes a lo largo del proceso,

de tal forma que se valore su desarrollo.

Al respecto Sanmartí (2007) expresa “las actividades de evaluación deberían tener como

finalidad principal favorecer este proceso de regulación, de manera que los propios alumnos

puedan detectar sus dificultades y dispongan de estrategias e instrumentos para superarlas” (p. 10).

Así mismo, en el contexto del aula que se presenta, la evaluación debe tener un sentido

democrático por cuanto ha de presentarse un proceso de negociación constante entre los procesos

formulados en las estrategias de enseñanza (el itinerario a seguir en la construcción del

conocimiento, las actividades, etc.) y los aprendizajes, en el sentido de la evolución de las ideas

(García, 1999, citado por Perea y Manrique, 2012).

A este respecto conviene planear y secuenciar los momentos para la evaluación de manera

que resulten coherentes con los propósitos pretendidos en la intervención que se favorezca el

aprendizaje, es decir que pueda ser percibida por los estudiantes como una ayuda real, generadora

de expectativas positivas (Sanmartí, 2005); así se pueden diferenciar varios elementos a tener en

cuenta para la evaluación:

- La explicitación de los criterios de evaluación y con ellos, los objetivos de aprendizaje -¿qué

vamos a aprender, por qué y para qué?: que no son simples instrumentos de control sino que

permiten tener claridad sobre la tarea a realizar así como el considerar que se trata de un

proceso de autoevaluación y autorregulación (Jorba y Sanmartí; 1996)

- Una evaluación diagnóstica inicial: que sirva para el reconocimiento de las ideas y

preconceptos de los estudiantes.

- Una evaluación formadora, cuya la finalidad no es evaluar cómo un alumno da respuesta a

un problema, sino la de ayudarle a evaluar-regular si realmente percibe cuáles son los

objetivos de aprendizaje, si sabe explicitar cómo hacerlo y por qué, en qué ha de pensar, qué

pasos debe realizar, y si reconoce cuáles son los criterios que le permiten decidir si su

actuación le posibilita llegar a dar una respuesta adecuada o no. En este sentido a lo largo de

la intervención durante las actividades de introducción de conceptos/procedimientos, las de

estructuración y síntesis así como en las de aplicación, ha de evaluarse los aprendizajes

mediante esquemas, memorias, mapas conceptuales, recapitulaciones, V heurísticas,

24

instrumentos metacognitivos de autorregulación, la elaboración de informes y de productos

que rompan con lo tradicional y refuercen el interés por las tareas, presentándose como

alternativas a los problemas y ejercicios tradicionales (Campanario y Moya, 1999). Estas

síntesis y recapitulaciones son fundamentales para que los estudiantes no olviden el hilo

conductor de lo que se les planteó al principio.

Al tener el proceso de aprendizaje por investigación dirigida una estructura problematizada

se favorece la realización de recapitulaciones periódicas sobre lo que se ha avanzado y cómo (en

la solución al problema planteado), así como los obstáculos que se presentaron, la forma como

fueron superados, lo que queda por hacer y la elaboración de informes, con características similares

a los informes científicos, se convierten en insumos para la regulación y reorientación del trabajo

de los alumnos en el desarrollo de la investigación.

De este modo, la evaluación se concibe como un instrumento de ayuda para el avance en

la resolución de los problemas planteados, lo que requiere de un equipo de

profesores/investigadores con un conocimiento profundo de la materia a tratar (Sanmartí, 2005).

2.2.4. El diseño de unidades didácticas en la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias.

Son actividades inherentes a labor docente el diseño y planeación de sus intervenciones de

aula para una adecuada enseñanza de su área disciplinar. Diseñar y planear las clases implica la

selección de los contenidos, la secuenciación de los mismos, así como las diferentes estrategias

didácticas de enseñanza a utilizar para la trasposición didáctica de dichos temas. El orden que se

dé a estas acciones implica el desarrollo de un conjunto de habilidades cognitivas en los estudiantes

que son transversales a todas las áreas del currículo, así como aspectos conceptuales,

procedimentales y actitudinales propios del área que se enseña.

Considerando lo anteriormente expuesto, Sánchez y Valcárcel (1993) proponen una serie de

procedimientos para la elaboración de unidades didácticas para las cuales debe disponer de los

materiales de aprendizaje necesarios para su ejecución; en estos procedimientos se incluye:

▪ Análisis científico: selección de contenidos y de procedimientos científicos.

▪ Análisis didáctico: establecer las implicaciones para la enseñanza; indagar las ideas previas de

los alumnos.

25

▪ Selección de objetivos: considerar conjuntamente los elementos anteriores; reflexión de los

aprendizajes esperados.

▪ Selección de estrategias didácticas: determinar los aspectos metodológicos para la enseñanza

(secuencia global de enseñanza, tareas maestro-alumno, materiales a utilizar).

▪ Selección de estrategias de evaluación: seguimiento y valoración del proceso de enseñanza y

de los aprendizajes; retroalimentación del proceso.

El diseño y puesta en marcha de una unidad didáctica da al docente la autonomía para tomar

decisiones conscientes y consecuentes con lo que se pretende alcanzar con la aplicación de la

unidad tanto para la mejora de la enseñanza como para la generación de aprendizajes.

2.2.4.1. El diseño de unidades didácticas en la enseñanza y aprendizaje de la

Química.

En la actualidad la enseñanza de la química se orienta hacía la formación del pensamiento

científico de los estudiantes en contextos cercanos a ellos, que integren el mundo en el cual viven

en el establecimiento de relaciones entre la ciencia que se estudia y la que se da a niveles

superiores, la tecnología que se desarrolla a partir de ella, y la sociedad y el medio ambiente que

se ven influidos por los cambios que se generan a partir de los avances tecnológicos.

La implementación de las diferentes estrategias de enseñanza y aprendizaje que se diseñan

han de propender por mejorar las bases conceptuales de los estudiantes que cursan el área de

química. Con el diseño de unidades didácticas para la enseñanza-aprendizaje de la química desde

el tema de la estequiometria, se pretende plantear acciones alternativas a la enseñanza tradicional,

que motiven a los estudiantes hacia la búsqueda constante de sus propias respuestas de manera que

pongan en juego sus habilidades para dar explicaciones a fenómenos químicos.

El uso de unidades didácticas en química, permite que tanto estudiantes como el docente,

participen de manera coactiva en el desarrollo de una metodología que no solo busca la adquisición

y/o construcción teórica sino que además genere en el estudiante su curiosidad de manera que se

apropie del conocimiento, que busque sus propias explicaciones acercándose a las actividades

propias del trabajo científico para la adquisición o el fortalecimiento de competencias

conceptuales, procedimentales y actitudinales. Al respecto, Campanario y Moya (1999), en su

escrito señalan la variedad de propuestas para la construcción de estas unidades didácticas.

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En el contexto de este trabajo de intervención, la unidad didáctica a diseñar e implementar,

que ha de contener una secuencia de acciones debidamente estructuradas para la construcción de

conocimientos por los estudiantes, permitirá aprendizajes significativos de conceptos,

procedimientos y actitudes en el campo de la Estequiometría, tema en el que los estudiantes tienen

mayores dificultades para su comprensión, debido a lo abstracto que este puede llegar a ser, ya que

para poder comprenderlo a plenitud, el estudiante debe manejar ciertos conceptos básicos (mol,

peso atómico, peso molecular, reactivo limitante y en exceso, fórmula empírica, fórmula

molecular, etc.) y tener un dominio alto del lenguaje químico (simbología, la nomenclatura, la

representación de reacciones químicas, entre otros) los cuales, la mayoría de las veces no son

comprendidos a cabalidad, lo que conlleva en cierta medida a una predisposición por parte de los

estudiantes, lo que trae como consecuencia desmotivación y bajo rendimiento académico.

El diseño e implementación de la unidad didáctica en este trabajo de profundización ha de

convertirse en la herramienta fundamental que contribuya a la consolidación de aprendizajes desde

una perspectiva constructivista, la cual recogerá esos elementos motivadores que propendan por

la consolidación de conocimientos, procedimientos y actitudes en un contexto científico.

2.2.5. La enseñanza de las ciencias en el contexto CTSA (Ciencia, Tecnología,

Sociedad y Ambiente).

Según lo planteado por Martínez-Torregrosa, Sifredo y Verdú (2005, p.187), en el diseño de

unidades didácticas “se suele prestar escasa atención a los contenidos de tipo actitudinal,

relacionados con los denominados aspectos axiológicos del aprendizaje”. De acuerdo con esta

afirmación, se enfatiza entonces que la enseñanza de las ciencias ha de propender por la

implementación de actividades que pongan en contexto las relaciones CTSA que se establecen en

el desarrollo científico, sus aspectos históricos y sus implicaciones, de manera que se propicie una

preparación de los estudiantes en entornos reflexivos y críticos de esa ciencia que aprende, para la

toma fundamentada de decisiones, aspecto importante en un proceso de formación.

La enseñanza de las ciencias, vinculada sistemáticamente a lo que un currículo promueve,

ha de propender por la adquisición de competencias (básicas y científicas) mediante el

establecimiento de relaciones entre la ciencia que se enseña, la tecnología, la sociedad y el

ambiente. El diseño de las intervenciones de aula y de sus actividades ha de tener en cuenta las

relaciones entre estas variables de manera tal que despierten en los alumnos una reflexión crítica

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que se refleje en sus actuaciones respecto del mundo en el que habitan y en el cual conviven como

expresión de ese ser en formación:

Las competencias: no existe un consenso que deje en claro la definición de competencia;

para el Icfes "implica un conjunto de conocimientos, habilidades y actitudes que determinan la

realización de una acción en un contexto determinado; en dicho contexto el sujeto además debe

mostrar un desempeño que se considera adecuado en la acción que realiza" (Fundamentación

conceptual área de Ciencias Naturales, 2007, p. 15).

La educación en ciencias orientada a la adquisición de competencias, en palabras de Tobón

(2006) pretende entonces:

orientar la formación de los seres humanos hacia el desempeño idóneo en los diversos

contextos culturales y sociales, y esto requiere hacer del estudiante un protagonista de su

vida y de su proceso de aprendizaje, a partir del desarrollo y fortalecimiento de sus

habilidades cognoscitivas y metacognitivas, la capacidad de actuación, y el conocimiento

y regulación de sus procesos afectivos y motivacionales (p.15).

De ahí que el término competencia se defina como la habilidad o capacidad para realizar

tareas o enfrentar diferentes situaciones planteadas en contextos determinados de forma eficaz para

lo cual el estudiante se vale de sus conocimientos, habilidades y actitudes, es decir que mediante

la competencia el estudiante desarrolla su saber, su saber hacer y su ser.

Adicionalmente, en Colombia se realizan pruebas censales en los diferentes niveles

educativos (educación básica primaria y secundaria, educación media y educación superior) que

evalúan las competencias de los estudiantes enfrentándolos a situaciones problema. En ellas se

evalúan competencias científicas. Al respecto, PISA define la competencia científica como:

La capacidad de usar el conocimiento científico, de identificar cuestiones y extraer

conclusiones basadas en pruebas científicas que les permita comprender y tomar decisiones

sobre el medio natural y los cambios que sufre en relación con la acción humana. Se

distinguen tres dimensiones interconectadas para la evaluación de las ciencias: conceptos,

procesos y situaciones en diferentes años (PISA-OECD, 2009, p.12).

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La ciencia: el objetivo de la educación en ciencias es la formación individuos que puedan

entender el mundo en que viven y sus acontecimientos mediante la apropiación de nociones y

explicaciones (contenidos disciplinares) de manera que desarrollen la capacidad crítica para

identificar argumentaciones erradas y asumir una posición propia basada en sus argumentaciones.

En este contexto la formación en ciencias debe apuntar al dominio del lenguaje propio de las

ciencias y la comunicación de ideas. Al estudiar las ciencias naturales en los distintos niveles podrá

entender que la ciencia es universal, pero cambiante por la constante intervención humana, teórica

y práctica, con la cual se pueden explicar y predecir fenómenos, y que tiene un impacto directo

sobre la tecnología y la sociedad. Es necesario promover en los alumnos el interés científico y esto

sólo se puede lograr acercando la ciencia a sus propios intereses, haciendo que ellos participen en

la construcción de su propio conocimiento, aplicando los procesos o formas de aproximarse al

entendimiento del mundo (procedimientos) e intervenirlo.

La tecnología: la educación en ciencias debe ocuparse de la formación de ciudadanos con

capacidad para emitir juicios de valor fundamentados acerca de las bondades y riesgos derivados

de los adelantos científicos y tecnológicos, su utilidad, sus riesgos, su impacto social y ambiental,

es decir, realizar evaluaciones y valorar de manera crítica el conocimiento.

La sociedad: el contexto social dentro del cual se lleva a cabo la formación en ciencias ha

de propiciar la aplicación de los conocimientos adquiridos y los desarrollos científicos para

comprender sus implicaciones sociales de manera que se provean acciones para la intervención y

satisfacción de las necesidades humanas y a la solución de los problemas del mundo.

El ambiente: con la enseñanza de las ciencias se pretende que los alumnos analicen y

entiendan la situación del medio ambiente en el contexto en que viven y relacionarlo con las

prácticas cotidianas de los seres humanos (y las propias) de manera