Formació Universitària-Vol. 2 Nº2-2009, pàg .: 9-16
ARTICLES
Expressió de Conceptes Químics Mitjançant Llenguatge Significatiu
Expression of Chemical Concepts by Means of Significant Language
I. Galache i P. Pérez Castellano Universitat de Màlaga, Facultat de Ciències de l’Educació, Àrea de Química Inorgànica, Campus Universitari de Teatinos, 29071 Màlaga-Espanya (e-mail: [email protected])
Resum
l’objectiu d’aquest treball és fomentar l’ús de l’llenguatge significatiu per a definir conceptes químics en estudiants universitaris. Es assaja una metodologia activa i participativa, que consisteix en sondeig inicial, exposició a classe dels aspectes fonamentals, treball personal, debat i aclariment de conceptes. S’exploren dos temes: establir la diferència entre elements i compostos i el diferent comportament d’elements metàl·lics i no metàl·lics. Es constata en l’exposició dels resultats experimentals i en l’elaboració de d’unitats didàctiques una major precisió en l’ús de l’llenguatge químic i una raonada exposició de l’comportament de les substàncies. Es conclou que la metodologia és vàlida, ja que els alumnes s’impliquen activament en el procés d’aprenentatge i valoren positivament l’experiència.
Paraules clau: ensenyament de la química, llenguatge significatiu, conceptes químics, tècniques d’ensenyament
Abstract
The objective of this study was to promote among university students the use of significant language to defineix chemical concepts. An activi and participative methodology which includes initial survey, class exposition of fonamental concepts, personal work, debat and clarification of concepts, was tested. Two subjects were Explorer: the definition of differences between elements and compounds, and the different behaviour between metallic and non metallic elements. Exposition of the experimental results and development of didactic units revealed that greater precisió was established in the use of chemical languages as well as producing reasoned exposition on the behaviour of the Substances. It is concluded that the methodology té validesa since students became actively involved in the learning process and Positively Valued the experience.
Keywords: chemistry teaching, significant language, chemical concepts, teaching techniques
Nota: aquest article està pres de “Informació Tecnològica” (ISSN 0716-8756), vol. 12 (2), 69-74 (2001)
INTRODUCCIÓ
Les experiències d’innovació educativa realitzades al llarg d’aquests anys han permès detectar la utilització inadequada per part dels alumnes de l’ llenguatge químic. No respon als coneixements que se suposen han de tenir. Així quan es pregunta el que són barreges i se’ls demana algun exemple, trobem respostes com aquesta: “L’aigua és una barreja de dos elements, l’hidrogen i l’oxigen. En el seu estat pur es considera homogènia, per ser estable” (Pérez i Galache, 1998). Utilitzen indiscriminadament termes com: Barreja, combinació, element, compost.
Aquesta i altres experiències similars (Pérez i Galache, 1995; Blanco, 1995) han motivat aquest treball que tracta d’aconseguir un aprenentatge significatiu de la química . Això implica que: “una definició només es pot donar després d’haver assegurat la comprensibilitat dels termes que en ella vénen utilitzats” (Borsese, 1998). La qüestió de l’significat i el paper de la definició és un problema de gran interès i importància: el caràcter convencional de la definició la converteix en tant més significativa quan més es coneguin els seus límits de validesa, és a dir, com més es conegui el tema que s’està tractant.
Lucas (1993), planteja la necessitat que té la investigació de buscar noves respostes a velles preguntes: per què ensenyar ciències? Què ciència ensenyar? Com ensenyar ciències d’una manera més efectiva? Aquestes qüestions suggereixen buscar correlacions entre: el paper de l’professor idees dels alumnes naturalesa de la ciència a transmetre.
En aquesta experiència s’intenta adaptar el llenguatge a la capacitat efectiva de recepció i de comprensió dels alumnes. Per això s’han tingut en compte aportacions anteriors de Bell i Freyberg (1991); Cassels i Johnstone (1983); Llorens (1988) i Parker (1992).
Per delimitar d’alguna manera el camp, s’opta per l’estudi dels elements químics, metalls i no metalls i s’utilitza una metodologia activa.
Com a objectius generals d’aquest estudi s’assenyalen: a) Innovar la pràctica docent; b) Participació activa de l’alumne en el seu propi aprenentatge; c) Crear un pont entre el llenguatge químic i el que porten els alumnes, per facilitar el procés d’aprenentatge; d) Conèixer l’ús i significat dels conceptes químics; e) Diferenciar elements de compostos i ser capaç de definir-los; f) Estudiar les propietats dels metalls i no metalls i relacionar-les amb la seva configuració electrònica; g) Comprovar experimentalment algunes propietats de metalls i no metalls; h) Despertar la curiositat de l’alumne per la utilitat i aplicació dels materials que l’envolten.
El present treball, es va realitzar durant el curs 1998/99, en els dos quadrimestres i amb els alumnes corresponents. L’àmbit d’aplicació va dirigit a uns 600 alumnes, distribuïts de la següent manera:
1. Alumnes de la Diplomatura de Mestre, Facultat de Ciències de l’educació. de 2. Alumnes de 1r de la Llicenciatura de Químiques, Facultat de Ciències. de 3. Alumnes de Química de el Medi Ambient, Facultat de Ciències de l’Educació.
METODOLOGIA
Tenint en compte els objectius exposats, s’assaja una metodologia activa i participativa amb la següent seqüència:
1) Inici de l’experiència amb un sondeig que permet detectar si els alumnes utilitzen un llenguatge químic correcte per referir-se a determinats conceptes i si coneixen el significat d’alguns termes.
2) Exposició a classe dels aspectes fonamentals, així com plantejament de l’enfocament i metodologia a seguir.
3) Treball personal que ajuda els alumnes a aprofundir en el coneixement dels diferents elements i el seu comportament químic. Realitzen: experiències de laboratori; treballs bibliogràfics i de camp; elaboren unitats didàctiques. Debaten i puguin resoldre els dubtes.
RESULTATS I DISCUSSIÓ
S’inicia l’experiència amb un sondeig que permet conèixer l’ús de la terminologia química per part dels alumnes. Els qüestionaris són similars, encara que amb algun matís diferent, d’acord amb el nivell que es pressuposa hauria de tenir cada grup.
Sondeig inicial
1. Als alumnes de 1r de la Diplomatura de Mestre de Primària se’ls presenta un qüestionari en què s’ha tingut en compte que, a jutjar per l’experiència de cursos anteriors, els seus coneixements de química són més aviat d’un nivell baix, d’aquí que les preguntes siguin més senzilles i útils per a la seva orientació professional com a mestres. Es demana classificar una sèrie de substàncies en: I) Elements i compostos. II) Metalls i no-metalls. III) Indicar tres característiques dels metalls. IV) Assenyalar tres metalls d’ús industrial. V) Indicar tres elements no metàl·lics importants per la seva utilitat.
Els resultats expressats en% es presenten a la figura 1. Com es pot observar, les respostes dels ítems I i II amb prou feines es diferències de les de l’ grup de Química de l’entorn.
I. Un 68% classifiquen elements i compostos.
II. Metalls i no-metalls, els identifiquen un 45%.
III. Tot just saben assenyalar característiques dels metalls un 3%.
IV. Metalls d’aplicació industrial, 22%.
V. Coneixen no metalls importants per la seva utilitat 6%.
|
a |
|
|
|
Fig. 1: Alumnes de Química de Primària |
Fig. 2: Alumnes de 1r de Químiques |
2. Pel que fa als alumnes de 1r de la Llicenciatura de Químiques, en el pre-test s’incideix més en el raonament de les respostes. És a dir, no només se’ls demana que classifiquin, sinó també que defineixin i expliquin alguns conceptes. Se’ls demana classificar una sèrie de substàncies en: I) Elements i compostos. II) Metalls i no-metalls. III) Definir: element i compost. IV) Explicar per què el sofre és un element i el metà un compost. V) Explicar per què el coure és un metall i el sofre un no metall. Els resultats es poden observar a la figura 2. Es pot observar:
I i II. Les respostes als dos primers ítems, amb un 80 i 90% d’encerts, són superiors als altres grups.
III. En el tercer es demana una definició d’element i compost. Un 58% respon correctament.
IV. El quart “Per què el sofre és un element i el metà un compost” responen correctament un 58%.
V. El cinquè “per què el sofre és un no metall i el coure un metall”. Respostes correctes, un 12%.
3.El grups d’alumnes de Química de l’entorn 3r curs, es caracteritza per la diversitat del seu currículum, ja que uns procedeixen de diferents especialitats de la Diplomatura de mestre i altres han optat per ella, com de lliure configuració, des de diverses llicenciatures.
Estan interessats en aprofundir en aquesta matèria i s’ha tingut en compte aquesta motivació a l’realitzar el pre-test. Se’ls ha demanat classificar una sèrie de substàncies en: I) Elements i compostos. II) Metalls i no-metalls. III) Indicar algun element que considerin perjudicial per al medi ambient. IV) Escriure tres substàncies que estiguin en l’aire i siguin importants per la seva utilitat. V) Enumerar tres temes que interessen, des del punt de vista químic, per aprofundir en el seu coneixement.
A la figura 3 s’observa que:
I i II. Els dos primers ítems, coincideixen pràcticament amb els resultats de el grup de Primària.
a
a 
a
Fig. 3: Alumnes de química de l’entorn
a
III. El tercer “elements perjudicials” el responen correctament un 15%.
IV. El quart “elements de l’aire importants per la seva utilitat” responen un 17%.
V. La cinquena pregunta, no tabulada, va posar de manifest que els interessen fonamentalment temes que preocupen avui amb relació a:
a) Deteriorament de l’atmosfera: “forat d’ozó, pluja àcida,” efecte hivernacle “, etc. .
b) Contaminació de l’aigua: les seves causes i depuració de la mateixa.
c) Residus sòlids i reciclats.
Temes que s’han estudiat a classe i han estat objecte de treballs personals.
Tot i que entre els tres grups no s’ha pretès establir un paral·lelisme total, la veritat és que no hi ha una gran diferència en les respostes als dos primers ítems que són comparables.
Sorprèn que els alumnes de la llicenciatura de químiques no siguin capaços de justificar per què un element és metall o no metall. Potser una raó sigui el fet que en aquesta llicenciatura no hi ha “numerus clausus” i per tant el nivell de química és més baix del que es podria esperar.
a la vista dels resultats es veu la importància d’insistir en el treball personal i d’equip (experiències de laboratori, plantejaments de qüestions senzilles, treballs de camp i bibliogràfics) sobre l’ús correcte de la terminologia ja que el llenguatge químic té un significat. És a dir que l’afirmació que un element és metall o no metall no és cap abstracció, sinó que té un significat concret i que la diferència de propietats entre ells té importància no només per als químics, sinó que explica el comportament de substàncies comuns que veiem i utilitzem cada dia, precisament perquè tenen unes propietats que estan íntimament relacionades amb la seva estructura.
s’aconsegueix, per exemple, que els alumnes interpretin que la sal comuna, NaCl, està formada per ions sodi positius i per ions clor negatius, units formant una xarxa cristal·lina en què s’alternen en posició d’equilibri dels Cl i Na en una proporció 1: 1, i la diferència de la molècula d’oxigen i la unió que es dóna entre els seus dos àtoms.
Per això ha estat necessari que sàpiguen el que significa la configuració electrònica dels àtoms i han après a interpretar-la des de l’ordenació dels elements en la taula periòdica. Objectiu perseguit en la realització de la feina.
Treball personal i d’equip
– Les experiències de laboratori seleccionades són assequibles, especialment formatives i reforcen i motiven l’estudi. Es coordina teoria i pràctica. Així:
Han observat l’aspecte físic de metalls i no metalls.
Han comprovat algunes propietats químiques: a) Comportament dels metalls actius i metalls nobles enfront dels àcids, b) oxidació-reducció de metalls, c) experiències amb el sofre i el carboni.
Han preparat dissolucions de sals i identifiquen anions i cations per electròlisi. Aprenen així el comportament dels ions, què signifiquen i quin paper tenen el càtode i l’ànode.
Es demana que els resultats experimentals es formulin amb precisió química.
– Han realitzat treballs de camp que els permet analitzar l’ús adequat de l’llenguatge químic:
Dos grups d’alumnes realitzen anàlisis de llibres de text de l’segon cicle de primària i d’ESO (Ensenyament Secundari Obligatori), per veure com i quan introdueixen el tema metalls i no metalls. Comenten:
“Amb prou feines es parla d’alguns metalls (ferro, alumini, mercuri) i de no metalls (oxigen, carboni) però en cap cas s’introdueix o comenta la diferència de comportament entre metalls i no metalls” .
Dos grups passen un qüestionari a companys de diferents cursos i facultats. Assenyalen que:
“Un 45% de les respostes identifica l’aigua destil·lada i la sal comuna com una barreja”.
“Aproximadament un 40% afirma que el neó i el sofre són metalls, i per a un 52% el sodi és un no metall”.
“Un 47% afirma que és correcte dir que l’aigua és una barreja d’hidrogen i oxigen i un 70% creu que el ferro és un mineral “.
Alguns utilitzen indistintament metall / mineral i comenten:
” A nosaltres mateixos l’anàlisi d’aquests resultats ens ha fet caure en el compte dels errors conceptuals i de vocabulari que tenim, per referir-nos a determinats conceptes “.
Altres afirmen:
” ens ha costat passar i classificar els resultats de les enquestes però hem après a diferenciar i definir, saber que l’aire és una mescla i conèixer els seus components. En definitiva, ha estat positiu fer aquesta obra per a conèixer el nivell de química dels nostres companys i també el nostre “.
Un grup d’alumnes de 3r curs de” Química de l’entorn “entrevista a alumnes de el curs d’orientació universitària de diferents instituts i assenyala:
“Un 50% d’alumnes confonen metalls i no metalls. Així classifiquen el bor i el calci com no metalls i l’hidrogen com a element fonamental component de l’aire “.
Finalment, els que passen el qüestionari a estudiants de ciències, lletres i tecnològiques, estableixen una comparació:
“no veiem normal que alumnes de carreres de ciències confonguin metalls i no metalls, potser per que han contestat l’enquesta sense posar molta atenció. Tampoc apreciem molta diferència entre els alumnes de ciències i tècniques amb els de lletres, potser perquè aquests conceptes, quan s’aprenen a l’escola, s’obliden, perquè no s’apliquen o s’utilitzen en la vida quotidiana, o perquè a l’escola no es ajuda a retenir amb l’observació i realització d’experiències no s’insisteix en el que signifiquen “.
– en els treballs bibliogràfics realitzats al voltant de la temàtica d’estudi, han aprofundit i exposat als seus companys aspectes sobre:
Descobriment i història dels elements químics.
El sistema periòdic i les propietats periòdiques dels elements.
propietats generals de metalls i no metalls.
Estudi d’alguns no metalls importants: oxigen, nitrogen, carboni, etc..
metalls nobles i les seves propietats.
Metal·lúrgia d’alguns metalls més importants.
l’estudi de la història permet conèixer els marcs teòrics que s’han utilitzat per interpretar els fenòmens i po de servir d’eina per a l’aprenentatge d’alguns conceptes.
En el treball de Galache et al. (1991), es va considerar que la visió històrica pot ajudar a entendre les dificultats que es troben a l’pretendre introduir el concepte “ió”.
És summament interessant acostar-se a la figura de Faraday, la seva obra i la seva correspondència (Caamaño et al., 1987). És, certament, un model de científic de segle XIX. Va introduir una terminologia que se segueix utilitzant en l’actualitat: electròlisi, electròlits, elèctrodes, ànode, càtode, anió, catió, ió, etc. Va afirmar per primera vegada que els ions són partícules elèctriques carregades que transporten electricitat. Va cuidar molt el seu vocabulari científic, el que li va permetre interpretar nombrosos fenòmens i el va sotmetre a la crítica de diversos col·legues revisant-i contrastant repetides vegades. Escriu Faraday a Whewell (Pearce, 1971): “Busco alguns noms per expressar les meves experiències en electricitat”. En un altre moment diu: “estic satisfet d’aquests termes, però no amb altres que he utilitzat”.
Aquesta forma de procedir de Faraday, precisa meticulosa, corrobora la importància de l’llenguatge científic. Crida l’atenció la seva preocupació perquè “els escolars” puguin recordar aquests termes fàcilment i apareix en una de les seves cartes una inquietud de caràcter didàctic: que el terme sigui de fàcil lectura, és clar, precís, que permeti establir relacions (ànode-anió, càtode -catión).
Ha resultat motivador per als alumnes l’interès i esforç d’un gran científic per utilitzar una terminologia adequada. Com ha quedat de manifest, a l’elaborar unitats didàctiques dirigides a nens de 2n cicle d’educació primària, ja que han cuidat especialment el llenguatge químic.
– A l’acabar aquesta experiència, es constata que la majoria dels alumnes arriben a interpretar:
Per què determinats elements de el sistema periòdic són metalls.
Què caracteritza els metalls.
Què són els electrons de valència.
Per què els metalls donen ions positius.
Com s’uneixen els àtoms en els metalls.
Per què tenen brillantor metàl·lica, són bons conductors de la calor i l’electricitat.
Així mateix poden explicar:
Per què els àtoms dels no metalls formen entre si molècules.
per què tenen a donar ions negatius.
per què no condueixen el corrent elèctric.
Com s’uneixen amb els ions positius per donar compostos cristal·lins iònics.
No obstant això, queden llacunes i sorprèn que alguns alumnes afirmin “el neó és un metall perquè té completa la seva capa de valència” i a el mateix temps indiquen com característiques dels metalls “facilitat per cedir electrons”.
Aquesta incoherència i inconsistència que es percep no ha de resultar estranya si es té en compte que el químic utilitza una lògica i criteris científics, que són els que es considera “correctes” i en molts casos, diferents dels que utilitzen els alumnes. Black i Simon (1992), es refereixen a això amb el símil de “dues illes” i a el paper de professor com el de “construir ponts entre ells”.
CONCLUSIONS
A partir dels resultats obtinguts es conclou que:
1. S’ha aconseguit avançar en la comprensió dels conceptes químics i en l’adquisició de l’llenguatge científic adequat.
2. S’ha arribat a diferenciar de forma raonada el que són metalls i no metalls, així com les seves propietats característiques.
3. S’ha despertat en els alumnes l’interès pels materials que els envolten.
4. Les respostes a les qüestions de les proves escrites han estat àmplies, raonades i explícites, així a la pregunta:
“Per què el sofre és un no metall i el coure un metall”, responen: “Perquè el sofre té configuració electrònica 3s2p4, pertany a el grup 16, pot acceptar electrons i no té brillantor. el coure amb configuració 3d104s1, cedeix electrons, té lluentor metàl·lica i condueix la corrents elèctrica i la calor “.
5. Els alumnes s’impliquen activament en el procés d’aprenentatge i han superat les proves escrites sense dificultat. El resultat acadèmic ha estat bo i ells han valorat positivament l’experiència.
6. La metodologia emprada és vàlida però requereix de temps i dedicació.
REFERÈNCIES
Bell, B. i P. Freyberg; “El llenguatge a la classe de ciències” en L’aprenentatge de les ciències dels alumnes, d’Osborne, R. i Freyberg, P. (eds.) Madrid. Narcea (1991).
Black, P. i S. Simon; “Progression in Learning Science”. Research in Science Education: 22, 45-54 (1992).
Blanc, A .; “Estudi de les concepcions dels alumnes sobre alguns aspectes de les dissolucions i dels factors que influeixen en elles”. Tesi doctoral publicada en microfitxa. Universitat de Màlaga (1995).
Borsese, A .; “Ensenyament, llenguatge, aprenentatge significatiu: el cas de la química” en Didàctica de les Ciències i Transversalitat. Edita Universitat Màlaga (1998).
Caamaño, A., C. Maestre, C. Major i T. Ventura; “Història de la química: una eina útil per a l’aprenentatge dels conceptes químics”. Ensenyament de les ciències: extra, 161-162 (1987).
Cassels, J. i A. Johnstone; “The meaning of words and the teaching of chemistry”, Education in Chemistry, January, pp.10-11 (1983).
Galache López, M.I., I. Camacho Domínguez i A. Rodríguez García; “Origen històric de terme ió”. Ensenyament de les Ciències: 9 (2), 187-192 (1991).
Llorens, J .; “Aprenentatge de la química i exemple de l’llenguatge”. Ensenyament de les Ciències: 7 (2), 195-197 (1988).
Lucas, A .; “Condicionants de l’currículum i aportacions a la pràctica de l’educació en ciències” a Palacios, C; Ansoleaga, D. i All, A .; (Eds), Deu anys d’investigació i innovació en ensenyament de les ciències. Madrid. CIDE (1993).
Parker, L .: “Language in Science education: implication for teachers”. The Australian Science Teachers Journal: 38 (2), 111-119 (1992).
Pearce, L .; The selected correpondence of Michael Faraday. (Ed. By L. Pearce Williams. The royal institution of great britain. University Press. Cambridge) (1971).
Pérez Miranda, P. i I. Galache López; “Una experiència per millorar el procés d’ensenyament-aprenentatge del concepte àcid-base” en Innovació educativa a la Universitat de Màlaga. Màlaga. ICE i Servei Publicacions Universitat (1995).
Pérez Miranda, P. i I. Galache López; “Assaig d’un mètode actiu per al coneixement de la matèria i el seu comportament” a promoure la qualitat de l’ensenyament Universitària de Tojar Hurtado, J.C. i altres, Màlaga. ICE i Servei Publicacions Universitat (1998).