Orientaciones Didácticas Físico Química 2do ESB

ORIENTACIONES DIDÁCTICAS PARA FISICOQUÍMICA En esta sección, se proponen orientaciones didácticas para el trabajo en el aula, a partir de los contenidos establecidos para el trabajo de este 2º año. Las orientaciones toman en consideración dos aspectos. Por un lado, presentar como actividades de aula algunas de las prácticas que son específicas de estas disciplinas y que están relacionadas tanto con los conceptos como con las metodologías propias de la física y la química. Por otro lado, resignificar prácticas escolares y didácticas que, aunque puedan ser habituales en la enseñanza de estas disciplinas, vuelven a definirse en el contexto de este diseño. Las orientaciones se presentan como actividades, no en el sentido de ser “ejercitaciones” para los alumnos/as, sino prácticas específicas, compartidas y distribuidas por docentes y alumnos/as. De acuerdo al enfoque de enseñanza propuesto para esta materia, y en consonancia con los fundamentos expuestos en este diseño, se señalan tres grandes tipos de situaciones de enseñanza que, si bien no deberían pensarse ni actuarse en forma aislada constituyen, al menos, unidades separadas a los fines de la presentación. Estos tipos de situaciones son: • hablar, leer y escribir en las clases de Fisicoquímica; • trabajar con problemas de Fisicoquímica; • utilizar y construir modelos en Fisicoquímica. HABLAR, LEER Y ESCRIBIR EN LAS CLASES DE FISICOQUÍMICA Como se mencionó en el apartado correspondiente a Enseñanza de las Ciencias Naturales en la SB, la comunicación (de ideas y/o resultados) es una actividad central para el desarrollo científico y para la enseñanza de la ciencia escolar, lo que significa que debe ser explícitamente trabajada, dando tiempo y oportunidades para operar con ella y sobre ella. Se pretende generar en el aula de Fisicoquímica espacios de trabajo colaborativo entre pares. Esto implica gestionar el aula de tal manera que los intercambios de ideas, opiniones y fundamentos circulen como prácticas habituales. Serán actividades pertinentes: el trabajo de a pares, en pequeños grupos o los debates generales, en los que las prácticas discursivas resultan fundamentales para establecer acuerdos durante la tarea, expresar disensos o precisar ideas, hipótesis o resultados, vinculados a los conceptos de Fisicoquímica. Estas consideraciones implican que, en la práctica concreta del trabajo escolar en Fisicoquímica, se lleven adelante las siguientes acciones: • leer y consultar diversas fuentes de información y contrastar las afirmaciones y los argumentos en las que se fundan con las teorías científicas que den cuenta de los fenómenos involucrados; • cotejar distintos textos, comparar definiciones, enunciados y explicaciones alternativas, por lo que se plantea la necesidad de seleccionar y utilizar variedad de textos, revistas de divulgación o fuentes de información disponiendo el tiempo y las estrategias necesarias para la enseñanza de las tareas vinculadas al tratamiento de la información científica; • trabajar sobre las descripciones, explicaciones y argumentaciones, y fomentar su uso tanto en la expresión oral como escrita. Es importante tener en cuenta que estas habilidades vinculadas con la comunicación, son parte del trabajo escolar en esta materia y, por lo tanto, deben ser explícitamente enseñadas generando oportunidades para su realización. El trabajo con pares o en grupos colaborativos, favorece estos aprendizajes y permite ampliar las posibilidades de expresión y circulación de las ideas y conceptos científicos a trabajar; Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 79 • producir textos de ciencia escolar adecuados a diferentes propósitos comunicativos (justificar, argumentar, explicar, describir); • comunicar a diversos públicos (alumnos/as más pequeños, pares, padres, comunidad) una misma información científica como forma de romper con el uso exclusivo del texto escolar. Para que estas actividades puedan llevarse adelante el docente debería: • dar explicaciones antes de la lectura de un texto para favorecer la comprensión de los mismos y trabajar con y sobre los textos de Fisicoquímica en cuanto a las dificultades específicas que éstos plantean (léxico abundante y preciso, estilo de texto informativo, modos de interpelación al lector, etcétera); • precisar los formatos posibles o requeridos para la presentación de informes de laboratorio, actividades de campo, visitas guiadas y descripciones; • señalar y enseñar, explícitamente, las diferencias existentes entre las distintas funciones de un texto como: describir, explicar, definir, argumentar y justificar, al trabajar con textos tanto orales como escritos. • explicar y delimitar las demandas de tarea hechas a los alumnos/as en las actividades de búsqueda bibliográfica o en la presentación de pequeñas investigaciones (problema a investigar, formato del texto, citas o referencias bibliográficas, extensión, ilustraciones, entre otras), o todo elemento textual o paratextual que se considere pertinente; • leer textos frente a sus alumnos/as, en diversas ocasiones y con distintos motivos; especialmente, cuando los mismos presenten dificultades o posibiliten la aparición de controversias o contradicciones que deban ser aclaradas, debatidas o argumentadas. La lectura de textos científicos, de parte de un adulto competente, ayuda a visualizar los procesos que atraviesa un lector al trabajar un texto de Fisicoquímica, con la intención de conocerlo y comprenderlo. Además de lo expuesto, el discurso científico en Fisicoquímica presenta algunas especificidades, debido a que se utilizan distintos niveles de descripción, representación y formalización. • El lenguaje que se utiliza habitualmente, es compartido por toda la comunidad y los científicos expresan ideas también con las formas discursivas, sintácticas y gramaticales del lenguaje cotidiano. Esta cuestión oscurece, a veces, el significado de algunos términos que, utilizados corrientemente, tienen connotaciones diferentes a las que se les dan en el ámbito científico. Términos como fuerza, masa, energía, electricidad, materia, tienen un significado muy distinto en el aula de ciencias naturales que en el uso cotidiano. De modo que la precisión en el uso de los términos, el uso adecuado del léxico propio de cada disciplina, es un propósito fundamental de la enseñanza de la Fisicoquímica. Esto no implica, sin embargo, que se pueda dar por comprendido un concepto a partir, exclusivamente, del uso correcto del término, pero sí que es un elemento necesario en la enseñanza. La necesidad de precisar los conceptos debe incluir, no solamente el uso de los términos específicos, sino también garantizar que los alumnos/as tengan la oportunidad de construirlos, partiendo de sus propias forma de expresar hasta enfrentarse a la necesidad de precisarlo y de consensuar los significados, evitando que sólo los memoricen para repetirlos. En segundo término, es preciso considerar el uso de las expresiones adecuadas a cada nivel de descripción de los objetos de la Fisicoquímica. En particular, establecer la diferencia para los diversos niveles de descripción (macroscópico o atómico molecular) y utilizar para cada uno, los términos que resulten adecuados. Por ejemplo: Microscópicamente, hablamos de la solubilidad de la sal de mesa en agua, mientras que microscópicamente describimos este proceso en términos de polaridades o de las interacciones entre las partículas de agua y las de la sal. • Por último, es necesario consignar que estas disciplinas tienen “lenguajes” propios. En este sentido, sus simbolismos también deben ser aprendidos. Un caso paradigmático es el de la química, con su críptico lenguaje de fórmulas, así como las formalizaciones matemáticas –que dan la im80 | Dirección General de Cultura y Educación pronta cultural del desarrollo de las ciencias naturales, en particular de la física-. La enseñanza de estos simbolismos requiere hacer evidentes las necesidades que llevaron a crearlos y las ventajas que de ello derivan, mostrando su lógica interna, en lugar de transmitir un compilado de normas a memorizar. Es necesario establecer cómo, por qué, y para qué surgieron y son utilizados estos lenguajes particulares cuyo aprendizaje como señala Lemke1 genera para los alumnos/as, dificultades análogas al aprendizaje de una lengua extranjera. Resulta evidente que actividades vinculadas con el uso del lenguaje se pueden ofrecer en todos y cada uno de los núcleos de contenidos, así como en toda tarea escolar en el ámbito de la Fisicoquímica. Al resolver problemas, es necesario trabajar sobre el significado de los datos y consignas. Al encarar investigaciones -tanto bibliográficas como experimentales- se hará necesario enfrentar los usos del lenguaje en los textos que sean abordados y en la redacción de informes de las experiencias. Del mismo modo al dar una definición, formular una hipótesis o argumentar, se dan oportunidades claras de ejercitar las prácticas de lenguaje y su uso en el ámbito de la Fisicoquímica. Estas últimas consideraciones, deben ser tenidas en cuenta durante el desarrollo de cada uno de los ejes temáticos propuestos y, además, proporcionar criterios pertinentes para la evaluación de las actividades vinculadas con el lenguaje. Las fórmulas, los símbolos y las representaciones Las representaciones mediante símbolos, fórmulas o expresiones matemáticas aparecen, preponderantemente, en el núcleo de cambios químicos y físicos y en el de corriente eléctrica. Al tratar la corriente eléctrica, aparecen representaciones simbólicas, aunque no a través de ecuaciones sino mediante íconos. En este caso, las representaciones usadas por la física no son de carácter “textual” sino gráfico, usándose distintos símbolos para representar resistencias, llaves, pilas y demás elementos de los circuitos (ver núcleo de contenidos “La corriente eléctrica”). Con relación al uso de fórmulas y ecuaciones químicas (ver núcleo de contenidos “Cambios químicos y físicos”) en este 2º año, se pretende que las ecuaciones sean presentadas con los simbolismos correspondientes cada vez que sean necesarias, mostrando la forma correcta de escribirlas, así como su significado de modo general. Es decir, mostrar la información cualitativa –qué clases de sustancias intervienen en una reacción como reactivos y productos - y la cuantitativa - significado de los subíndices en las fórmulas (atomicidades) así como de los coeficientes estequiométricos. Al trabajar sobre el cambio químico o utilizar diferentes sustancias en un diseño experimental, el profesor escribirá las fórmulas y nombrará correctamente las sustancias, sin establecer una clasificación de tipos de compuestos, sin necesidad de partir de las ecuaciones de formación y sin enseñar ninguna clase de nomenclatura. Esos contenidos, que forman parte de las convenciones establecidas en la comunidad de científicos, se trabajarán en años posteriores. Como ejemplo, se puede trabajar con reacciones en las que se produzcan desprendimiento de gases con lo que es posible aunar y reforzar el tratamiento del cambio químico y el comportamiento del estado gaseoso. Con ese motivo, se puede escribir la ecuación química correspondiente. Por ejemplo: Zn (s) + 2 HCl (aq) Æ ZnCl2 (aq) + H2 (g) Indicando el significado de la misma y leyendo su enunciado “si se combina zinc (metálico) con ácido clorhídrico (en solución) se obtiene como resultado de la transformación química cloruro de zinc (en solución) e hidrógeno gaseoso”. Del mismo modo, se debe hacer visible el significado de la fórmula química, como representación de las diversas sustancias, y explicitar el significado de las atomicidades 1 Lemke, J, Aprender a hablar ciencias, Buenos Aires, Paidós,1997. Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 81 aprovechando, al mismo tiempo, para construir la idea de conservación de átomos de cada elemento y la ley de conservación de masas. Al explicar temas como el comportamiento de los gases o la corriente eléctrica, se introducen leyes que están expresadas en ecuaciones matemáticas. En estos casos, es importante que los alumnos/as lleguen, por un lado, a establecer qué relaciones existen entre las variables (si son lineales, cuadráticas, hiperbólicas, entre otras) y, de acuerdo a estos vínculos, puedan predecir cómo el cambio de una variable afecta a la otra. Es igualmente importante que el alumno/a sea capaz de traducir en palabras estas relaciones presentes en las fórmulas, y viceversa. Por ejemplo, cuando se trabaje con las leyes de los gases, con la de Boyle, por ejemplo, y el profesor escriba la expresión de la ley: P.V = constante (m,T) será importante que la enuncie diciendo: “en las transformaciones de un sistema gaseoso, al mantener constante la temperatura y la masa del mismo, la presión del gas resulta ser inversamente proporcional al volumen que ocupa, lo que se expresa matemáticamente diciendo que el producto de la presión por el volumen del gas dará siempre el mismo valor”. Es igualmente necesario que se explicite la proporcionalidad establecida, que es inversa en este caso. Lo que se pretende es que el profesor no se limite a leerla del pizarrón relatando “Pe por Ve igual constante”. Es fundamental que, al utilizar estas expresiones, el alumno/a pueda comprender qué es lo que expresa la ecuación, con qué fenómenos se vincula, cuáles son las variables que intervienen; así como las reglas necesarias para obtener valores numéricos a partir del pasaje de términos. Estos contenidos, vistos en matemática desde el aspecto formal, deben ser retomados y transferidos al ámbito de sus aplicaciones físicas o químicas y ser resignificados para vincularlos con los fenómenos a los que aluden. Del mismo modo, resulta necesario explicar cómo se traduce esa fórmula al ser utilizada para construir tabla de valores o gráficos. Estas representaciones forman parte del lenguaje de la física y la química, y los alumnos/as deben poder leerlas, interpretarlas y traducirlas correctamente con sus propias palabras. TRABAJAR CON PROBLEMAS DE FISICOQUÍMICA La resolución de problemas es reconocida como una parte fundamental de los procesos de la ciencia, constituyendo una de las prácticas más extendidas. Como quehacer científico, implica buscar respuestas a una situación a través de diversos caminos y además chequear que esa respuesta sea adecuada. Al resolver un problema, el experto, el científico, recorre en forma bastante aproximada los pasos señalados por George Polya2: 1. identifica el problema y sus conexiones conceptuales, 2. genera un plan de acción en la búsqueda de soluciones, 3. obtiene resultados que interpreta y, 4. por último, evalúa en qué medida los mismos son coherentes con las concepciones científicas propias de ese ámbito. En todo momento, el experto monitorea la marcha de las acciones que lleva a cabo. Sigue un recorrido hacia delante -hacia la resolución del problema a partir de los datos- que, sin embargo, no es lineal. Va y vuelve desde los datos al marco teórico, hasta obtener resultados satisfactorios o verosímiles. Se espera que los alumnos/as, en colaboración con un docente experto en la materia y con sus pares, vayan recorriendo esos mismos pasos al enfrentar problemas de ciencia escolar. 2 Polya, George, Cómo plantear y resolver problemas, Méjico, Trillas, 1987. 82 | Dirección General de Cultura y Educación El docente deberá promover las acciones necesarias para que, al resolver distintos problemas de ciencia escolar, los alumnos/as adquieran estas habilidades con creciente autonomía. En este sentido al trabajar con problemas el docente buscará: • presentar situaciones reales o hipotéticas que impliquen verdaderos desafíos para los alumnos/as, que admitan varias soluciones o alternativas de solución, en lugar de trabajar exclusivamente problemas cerrados con solución numérica única; • promover la adquisición de procedimientos en relación con los métodos de trabajo propios de Fisicoquímica; • requerir el uso de estrategias para su resolución y, por lo tanto, la elaboración de un plan de acción en el que se revisen y cotejen los conceptos y procesos científicos involucrados y no sólo aquellos que presenten una estrategia inmediata de resolución –entendidos habitualmente como ejercicios-; • integrar variedad de estrategias (uso de instrumentos, recolección de datos experimentales, construcción de gráficos y esquemas, búsqueda de información de diversas fuentes, entre otras) y no ser exclusivamente problemas de lápiz y papel; • ampliar las posibilidades del problema no reduciéndolo a un tipo conocido; • fomentar el debate de ideas y la confrontación de diversas posiciones en el trabajo grupal durante el proceso de resolución de las situaciones planteadas; • permitir que los alumnos/as comprendan que los procedimientos involucrados en su resolución constituyen componentes fundamentales de la metodología científica en la búsqueda de respuestas a situaciones desconocidas. Las cuestiones aquí planteadas exigen un trabajo de enseñanza muy distinto del que supone exponer un tema y enfrentar a los alumnos/as a la resolución de ejercicios tipo con mayor o menor grado de dificultad. Es decir, la resolución de ejercicios o el uso de algoritmos sencillos es un paso necesario aunque no suficiente para el logro de los desempeños planteados, teniendo claro que el horizonte está puesto en alcanzar desempeños más ricos y complejos por parte de los alumnos/as. El docente, como experto en cuestiones de Fisicoquímica, en sus métodos y sus conceptos y además como experto en resolver problemas de la materia, es quien está en mejores condiciones de recrear un panorama conceptual y metodológico para facilitar el acceso de los alumnos/as a este amplio campo de conocimientos. Sus acciones se encaminan a diseñar intervenciones que propicien en los alumnos/as el aprendizaje de conceptos y procederes, tanto como la reflexión sobre su propio pensamiento en materia de problemáticas científicas. Si bien el trabajo con problemas puede utilizarse en cualquiera de los núcleos de contenidos de Físicoquímica para este año, se señalan a continuación algunos ejemplos en los cuales pueden plantearse ejercicios y algunos tipos de problemas más abiertos a modo de indicación: Problemas cerrados o ejercicios: pueden plantearse en aquellos núcleos en los que el objetivo está ligado al aprendizaje del uso de fórmulas o ecuaciones como leyes de los gases, soluciones y corriente eléctrica. Al realizarse este tipo de ejercitaciones tendientes al aprendizaje o aplicación de un algoritmo, la secuencia debería comenzar por problemas en donde la cantidad de datos sea la estrictamente necesaria para obtener la respuesta y el procedimiento sea directo, siguiendo con situaciones en las cuales existan o bien más, o bien menos datos de los necesarios de modo que el alumno/a deba decidir de qué manera seleccionar o buscar los datos pertinentes para la solución; así se seguirá avanzando hasta lograr que el alumno maneje con soltura y cada vez con mayor autonomía, los conceptos vinculados tanto como los algoritmos requeridos. Es importante que el docente tenga en cuenta algunas cuestiones a la hora de trabajar con ejercicios: Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 83 • Por una parte, la complejidad del problema no debe estar centrada en los algoritmos matemáticos necesarios para la resolución, ya que esto conspira tanto para el aprendizaje de la técnica como para la interpretación de la respuesta. • El rol del docente, como experto, debe ser el de presentar, según el caso, un modelo de resolución del ejercicio, pensando en voz alta y explicitando los pasos que va siguiendo a la hora de resolverlo, pero a su vez intentando que los alumnos/as, puedan alcanzar una dinámica propia de resolución evitando que sólo consigan copiar al docente en los pasos seguidos. Problemas abiertos: estos problemas pueden plantearse en todos los ejes y núcleos de contenidos de la materia. En general, cualquier investigación escolar puede pensarse como un ejemplo de resolución de problemas abiertos. Se señalan a continuación algunos problemas abiertos (o semi-abiertos) adecuados a los contenidos de Fisicoquímica para este 2º año: • En el núcleo de corriente eléctrica puede plantearse la siguiente problemática. ¿Qué tipo de cable se debe usar para llevar corriente eléctrica hasta una lámpara de 60 W que se encuentra 50 metros de un enchufe? -el problema “escondido” aquí reside en determinar, con la ley de Ohm, a partir de qué longitud dejará de ser despreciable la resistencia de los cables, y de qué material podría ser el cable• Dentro del mismo núcleo puede plantearse cómo armar un circuito de dos lámparas para que cuando una de ellas se prenda la otra se apague y viceversa. Este problema si bien pertenece al mismo núcleo que el anterior, puede abordarse desde una perspectiva más tendiente a comprender y aplicar cómo funcionan las mallas y las corrientes, que al cálculo de valores. • En el núcleo de soluciones, y a partir de problemas- preguntas de tipo: “se desea disolver cierta masa de azúcar en un liquido, ¿Cuál es el líquido más apropiado?, ¿Qué cantidad de agua es necesaria para que la disolución sea total?, ¿Se repetirán los resultados si la temperatura cambia? ¿Por qué? Con lo que se pueden retomar en la explicación los conceptos vinculados al modelo cinético de partículas, así como el de temperatura como medida del movimiento de las partículas, también puede plantearse como problema la determinación de qué sustancias se disuelven mejor en agua -entendiendo por mejor cuáles tienen mayor solubilidad en el solvente- o bien, qué condiciones favorecen la disolución de una dada sustancia en otra con lo que se ponen en juego conceptos asociados a concentración, solubilidad y temperatura. • Dentro del mismo núcleo y buscando la cuantificación, puede plantearse el problema siguiente: si a determinada temperatura se disuelve cierta masa de sal en determinada cantidad de agua, al aumentar la temperatura al doble ¿Se puede afirmar que la sal disuelta en esa misma cantidad de agua será también el doble? O también: ¿Si se mezclan dos líquidos al 50 % V/V, se puede asegurar que la solución tendrá también una composición 50 % m/m?, ¿Cuál de ellos será el soluto y cuál el solvente? • En el núcleo de magnetismo y materiales pueden plantearse problemas como “¿Cuántos alfileres pueden colgar de un imán simultáneamente? ¿De qué variables depende? ¿Esas variables corresponden sólo al imán, sólo a los alfileres o a ambos? • En el núcleo de cambios físicos y químicos, pueden proponerse problemas a partir de intentar clasificar un conjunto de fenómenos como el derretimiento del hielo fuera de la heladera, el burbujeo de una gaseosa cuando la temperatura del ambiente es alta, el cambio de color de un cuchillo al fuego, el cambio de coloración de una manzana al exponerse al aire, la cocción de un huevo, la escritura con una birome, el funcionamiento de una tableta mata mosquitos, la iluminación con una lámpara, la iluminación con una vela, intentando distinguir entre ambos tipos de cambio y fundamentando el por qué de la clasificación obtenida. Al diseñar actividades de evaluación de conceptos y procedimientos para los problemas, sean éstos cerrados o abiertos, pueden tenerse en cuenta los siguientes indicadores: • el conocimiento de hechos o datos (nombre de elementos químicos, sus símbolos, las unidades en que se mide la potencia). 84 | Dirección General de Cultura y Educación • la definición y/o reconocimiento de definiciones (qué es una concentración, cómo se calcula, el enunciado de la ley de Ohm). • la ejemplificación y exposición de conceptos. • la transferencia de conceptos, es decir, si más allá de conocer hechos o datos, de definir y/o reconocer definiciones, de ejemplificar y exponer conceptos, son capaces de aplicarlos a nuevas situaciones. • el conocimiento del procedimiento, que supone determinar si el alumno/a conoce las acciones que componen el procedimiento y el orden en que deben abordarse. Por ejemplo: ¿Cómo se separan los componentes de una muestra por decantación? ¿Cuáles son los pasos para medir una corriente eléctrica? • la utilización en una situación determinada, por la que se trata de constatar si una vez conocido el procedimiento, se logra aplicar. Por ejemplo: ¿Cómo se conecta determinado componente en este circuito? ¿Cómo se calcula la masa de una roca? • la generalización del procedimiento a otras situaciones en la que se trate de ver en qué medida el procedimiento se ha interiorizado y es capaz de extrapolarse a problemas análogos asociadas a otras temáticas. • la selección del procedimiento adecuado que debe usarse en una situación determinada, de modo que una vez aprendidos varios procedimientos, interesa conocer si los alumnos/as son capaces de utilizar el más adecuado a la situación que se presenta. Por ejemplo, ¿Es conveniente usar un grafico cartesiano para representar estos datos? O ¿Cuál sería el/los métodos de fraccionamiento más adecuado/s para separar una solución compuesta por pigmentos de varios colores disueltos en alcohol? En todo caso, debe advertirse que la comprensión conceptual supone una intervención pedagógica docente de mayor complejidad que la supuesta para evaluar el recuerdo de hechos y datos, y remite al desafío de diseñar diversidad de instrumentos que promuevan la utilización de los conocimientos en distintas situaciones o contextos. También, debe tenerse en cuenta que la evaluación de procedimientos requiere de un seguimiento continuo en los procesos de aprendizaje que promueva instancias de reflexión sobre los pasos o fases involucradas. El trabajo con problemas y las investigaciones escolares. En el enfoque de este diseño curricular las investigaciones escolares se orientan a poner a los alumnos/as frente a la posibilidad de trabajar los contenidos de la materia, partir de problemas, de forma integrada, permitiendo aprender simultáneamente los marcos teóricos y los procedimientos específicos de estas ciencias. Según las pautas que se ofrezcan a los alumnos/as para el trabajo, las investigaciones pueden ser dirigidas -aquellas en las que el docente va indicando paso a paso las acciones a realizar por los alumnos/as- o abiertas, en las que, la totalidad del diseño y ejecución de las tareas está a cargo de los alumnos/as, bajo la supervisión del docente. Esta división depende de muchos factores que el docente debe considerar como: el nivel de conocimiento de los alumnos/as respecto de conceptos y procedimientos que deban utilizarse, la disponibilidad de tiempos, la forma en que se define el problema, la diversidad de métodos de solución, entre otros. El uso de investigaciones implica una gradualidad, comenzando con trabajos más pautados hacia un mayor grado de autonomía de los alumnos/as, en la medida en que éstos adquieran los conocimientos y las habilidades necesarias. Al realizar investigaciones con el fin de resolver un problema, se ponen en juego mucho más que el aprendizaje de conceptos, por lo cual las investigaciones escolares no pueden reducirse a la realización de trabajos experimentales, sino que deben implicar procesos intelectuales y de comunicación -cada uno explícitamente enseñado y trabajado por y con los alumnos/as-. Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 85 Estas investigaciones escolares, al servicio de la resolución de una problemática, pueden realizarse desde el inicio mismo de la actividad, dando oportunidades a los alumnos/as para aprender las técnicas, procedimientos, conceptos y actitudes que resulten pertinentes en cada situación, en el curso mismo de la resolución del problema. Las investigaciones escolares, así entendidas, pueden llevarse a cabo en cualquier momento del desarrollo de una temática y no es necesario que el alumno/a haya “aprendido” los conceptos para que pueda investigar. La realización de una investigación escolar no implica, necesariamente, el uso de laboratorio o de técnicas experimentales sofisticadas. Muchas y muy buenas investigaciones escolares pueden realizarse a través de búsquedas bibliográficas o por contrastación con experiencias sencillas desde el punto de visto técnico, cuya realización puede llevarse a cabo en el aula o aún en los hogares. Las instancias de investigación escolar constituyen, también, buenas oportunidades para analizar casos de experimentos históricos que aportan datos valiosos acerca de la construcción de determinados conceptos y del recorrido que llevó a los modelos actualmente aceptados. A modo de síntesis se mencionan, siguiendo a Caamaño3 (2003), algunas fases del proceso seguido durante las investigaciones escolares que permiten orientar el trabajo: • fase de identificación del problema: en la que se permite a los alumnos/as la discusión de ideas que permitan identificar la situación a resolver, conceptualizarla, formular las posibles hipótesis y clarificar las variables a investigar. • fase de planificación de los pasos de la investigación: en la que se confeccionan los planes de trabajo y se los coteja con el grupo de pares y con el docente. • fase de realización: en la que se llevan a cabo los pasos planificados, realizando la búsqueda de información o la recolección de datos experimentales. • fase de interpretación y evaluación: en la que los datos relevados se valoran, se interpretan y se comparan con los de otros grupos y otras fuentes hasta establecer su validez. • fase de comunicación: en la que, mediante diversos formatos, se redactan informes o se expresan las conclusiones en forma oral al grupo o a la clase, propiciando los debates sobre los resultados o planteando nuevas investigaciones asociadas que permitan profundizar la problemática trabajada. Es importante, en este caso, que la comunicación se establezca utilizando diversos formatos: afiches, láminas, gráficos, tablas, demostraciones de cálculos y no sólo a través de informes. Es necesario recalcar que una tarea importante a cargo del docente, es guiar a los alumnos/as por un camino que les permita comprender la lógica y la cultura propia del quehacer científico. De este modo, pensar una investigación escolar en el marco de la resolución de un problema tiene, como finalidad, hacer evidente a los alumnos/as la forma en que se plantean las investigaciones en el ámbito científico. Siempre hay alguna situación que no está del todo resuelta o de la que, lo conocido hasta el momento, resulta insatisfactorio tal que se constituye en un problema. Resulta preciso insistir en la realización de planes de acción, discutirlos con los grupos de alumnos/as, dar orientaciones específicas o sugerencias cuando sea necesario; así como disponer de los medios adecuados para la realización de las investigaciones, coordinar los debates o plenarios para hacer circular y distribuir entre los alumnos/as los resultados y conclusiones alcanzados. Asimismo, es importante considerar los tiempos que requieren las investigaciones escolares. Es preciso planificar el tiempo y generar las oportunidades necesarias para los aprendizajes que deben realizarse ya que, junto con la obtención de información y datos, se están poniendo en juego destrezas y habilidades de diverso orden que hacen a la comprensión del modo de hacer ciencias. Seguramente, la extensión variará de acuerdo a los diversos contextos, la disponibilidad de información, la profundidad de la cuestión planteada, entre otros factores; pero es necesario establecer que 3 Jiménez, Aleixandre y otros, Enseñar ciencias. Barcelona, Grao, 2003 86 | Dirección General de Cultura y Educación una investigación escolar requiere, como mínimo, de tres clases en las que puedan realizarse las fases de identificación y planificación, la de realización y finalmente la de comunicación. De acuerdo a lo planteado, las actividades de investigación propuestas en las clases de Fisicoquímica deben estar orientadas de tal modo que: Los alumnos/as aprendan a: • elaborar planes de acción para la búsqueda de soluciones al problema o pregunta planteado; • elaborar las hipótesis que puedan ser contrastadas por vía de la experiencia o de la búsqueda de información; • diseñar experiencias o nuevas preguntas que permitan corroborar o refutar la hipótesis; • realizar experiencias sencillas; • utilizar registros y anotaciones; • utilizar los datos relevados para inferir u obtener conclusiones posteriores; • encontrar alternativas de solución ante los problemas presentados que sean coherentes con los conocimientos físicos y químicos; • construir y reconstruir modelos descriptivos o explicativos de fenómenos o procesos; • comunicar la información obtenida en los formatos pertinentes (gráficos, esquemas, ejes cartesianos, informes, entre otras); • trabajar en colaboración con otros alumnos/as para la resolución de la tarea, aceptando los aportes de todos y descartando aquellos que no sean pertinentes tras la debida argumentación. Y, para ello, los docentes deberán: • plantear problemas de la vida cotidiana y/o situaciones hipotéticas que involucren los contenidos a enseñar; • elaborar preguntas que permitan ampliar o reformular los conocimientos; • orientar en la formulación de los diseños o hipótesis de trabajo de los grupos; • explicar el funcionamiento del instrumental de laboratorio o de técnicas que deban usarse al resolver el problema; • plantear conflictos y contradicciones entre las ideas intuitivas o incompletas de los alumnos/as y los conceptos o procedimientos a aprender; • promover el interés por encontrar soluciones a problemas o preguntas nacidas de la propia necesidad de conocer de los alumnos/as sobre los temas propuestos; • estimular la profundización de los conceptos necesarios y precisos para responder a las preguntas o problemas formulados, tal que el proceso de aprender esté en consonancia con las prácticas de la actividad científica; • orientar hacia la sistematización de la información, datos o evidencias que avalen o refuten las hipótesis planteadas por los alumnos/as. En esta materia puede proponerse la realización de investigaciones escolares en relación con, prácticamente, todos los contenidos planteados para este 2° año. Las preguntas a formular deben tener en cuenta los contenidos planteados en este año, tanto en lo relacionado con los conceptos como con los procedimientos a enseñar. Las investigaciones escolares que se realicen deben presentarse a partir de problemas o preguntas que deban ser profundizados con ayuda bibliográfica o a través de trabajos experimentales de posible realización. En este sentido, es posible trabajar ampliamente con situaciones que promuevan investigaciones escolares en las que, además de las búsquedas bibliográficas, se trabaje con experiencias en las que se utilicen aparatos y/o técnicas sencillas como en los siguientes casos: • separar sustancias de una solución; • obtener cristales a partir de soluciones sobresaturadas; • estudiar los comportamientos de sistemas gaseosos utilizando globos, infladores, jeringas, entre otros; Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 87 • • • • armar circuitos eléctricos con cables y lamparitas; trazar las líneas de fuerza en el campo de un imán; construir instrumentos de medición caseros como barómetros o termómetros; obtener electricidad por frotamiento, entre otras. UTILIZAR Y CONSTRUIR MODELOS EN FISICOQUÍMICA Como ya se mencionara en el apartado “La enseñanza de las Ciencias Naturales en la SB”, los modelos son formas específicas de la actividad científica y su uso y construcción deben ser enseñados. El trabajo con modelos en la SB tiene dos líneas: • introducir a los alumnos/as a la construcción y el uso de modelos propios. • Introducir a los alumnos/as al uso de los modelos científicos ya construidos. Es necesario revisar el uso que suele hacerse de los modelos en las aulas. Una de las confusiones más frecuentes consiste en homologar la enseñanza de la ciencia a la enseñanza de modelos científicos. Al recortarse de su necesaria interacción con el fenómeno, el “modelo” se vuelve carente de sentido y como objeto de enseñanza es poco asible y significativo. Así, al dejar de lado el problema que el modelo procura resolver, éste se transforma sólo en un esquema estático y no representa ninguna realidad. Múltiples son los ejemplos de modelos que se han transformado en verdaderos objetos de enseñanza, tales como el modelo atómico, la cinemática del punto, el modelo de uniones químicas, entre otros. Todos ellos son ejemplos de construcciones que resultan funcionales para la ciencia pero que, al aislarse de su contexto, se han vaciado de contenido y se han vuelto objetos abstractos de enseñanza, sin contacto explícito con los fenómenos a los que remiten. Por ello, al trabajar con modelos, deberá presentarse a los alumnos/as cuál es la finalidad de su construcción, a qué pregunta o problema responde dicha modelización (por ejemplo el modelo del átomo planetario), qué aspectos toma en cuenta y cuáles omite, en qué sentido está en correspondencia con la evidencia experimental y en qué medida es una construcción idealizada de los fenómenos que pretende explicar. Es decir, trabajar con el modelo, sus bases y la concepción que de él se desprende, de modo tal que él mismo sea interpretado y utilizado en la explicación de determinado fenómeno en lugar de ser memorizado sin comprender su contenido. Es tarea del docente tender un puente entre el conocimiento previo de los alumnos/as, sus interpretaciones idiosincrásicas y las representaciones específicas del modelo científico que se pretende enseñar. Otra tarea importante a realizarse en el aula, consiste en promover la construcción y el uso de modelos por parte de los propios alumnos/as. Estos modelos servirán para explicar el comportamiento de sistemas o fenómenos sencillos con los que se trabaje en este 2º año, al tiempo que permiten evidenciar las ideas que los alumnos/as tienen respecto de algún fenómeno. En ningún caso se pretende que los alumnos/as “inventen” mejores modelos que los de la comunidad científica, pero sí, que puedan enriquecerse con la experiencia de tener que explicar una situación modelizando comportamientos de sistemas o variables que la afectan. La enseñanza de modelos debe progresar en un continuo de dos direcciones que son paralelas y complementarias: a) por un lado, debe promover la construcción de modelos, de distinto grado de abstracción en los estudiantes como parte de una introducción al quehacer científico. Estos modelos pueden representar situaciones cotidianas, implicar creación de íconos o análogos. b) por otro lado, debe buscar el tránsito entre las ideas previas de los alumnos/as y los modelos de la ciencia construidos por la comunidad científica. 88 | Dirección General de Cultura y Educación Conocer esas construcciones previas es un requisito fundamental para encarar la tarea futura (puede verse al respecto el apartado sobre ideas previas en Orientaciones para la evaluación). La tarea del docente consistirá en descubrir los puntos centrales de las representaciones de los alumnos/as, sus inconsistencias, las variables que no han tenido en cuenta, las imprecisiones, explicitándolas, haciendo evidentes las contradicciones, permitiendo la aparición de un conflicto al que los alumnos/as se enfrentarán para tratar de alcanzar una alternativa aceptable desde el marco teórico disciplinar. Lo expuesto anteriormente, puede ser ejemplificado considerando aspectos de dos de los procesos de modelización como son el uso de las analogías y el uso de modelos simbólico/matemáticos (ver Tabla 1) Algunos ejemplos de analogías que pueden usarse a partir de los contenidos de este diseño son: • la analogía que recurre a un estadio de fútbol con una canica en el centro y el electrón orbitando en las tribunas más altas, como forma de “visualizar” la dimensión del núcleo en relación con la del átomo; • la analogía de la corriente eléctrica asimilada al flujo de agua por una cañería (o de autos por una carretera) y; • la de los átomos como “bolitas” en el tratamiento corpuscular de la materia, sin considerar su estructura interna. Todos estos análogos pueden presentarse a partir de un texto donde figuren la imagen del análogo y/o su descripción verbal. Además, el docente puede orientar esta presentación explicitando que la estrategia utilizada es una analogía y explicando el análogo. El trabajo conjunto con los alumnos/as sobre las limitaciones en el alcance de la analogía, puede contribuir tanto a la comprensión de lo que implica el uso de modelos, como a identificar sus limites de validez. Al considerar la analogía entre la corriente eléctrica y el paso de vehículos por una calle, el sentido de circulación de la corriente continua y el de los coches, es una diferencia que requiere ser analizada en tanto limitación de la analogía. Al trabajar con modelos simbólico/matemáticos, será importante tener en cuenta dos cuestiones: • que la abstracción de este tipo de modelos conlleva toda una serie de dificultades provenientes del uso de un nuevo lenguaje, que ya se señalaron en el apartado sobre lenguajes científicos; • que dado que estos modelos no surgen como producciones del aula sino que son “traspuestos” a partir de modelos científicos, el trabajo del docente en este caso implica recorrer la variedad de usos que tiene, desde el punto de vista funcional (relación entre variables) y desde la predicción (cálculo de nuevos valores por modificación de una variable). Con relación a la evaluación de los aprendizajes de modelos, debe considerarse que la construcción y el uso de modelos, es una actividad basada en una continua interacción entre el fenómeno a explicar, los alumnos/as y el modelo a construir, a fin de controlar y regular aciertos y errores, haciendo ajustes y explicitando nuevas hipótesis y argumentos. Por lo tanto, no es posible apelar a estrategias de evaluación que tomen en cuenta exclusivamente el producto o los resultados. Se hace necesario que la evaluación implique un permanente acompañamiento durante las construcciones de modelos, señalando aciertos y fallas, de modo que los alumnos/as vayan incorporando, paulatinamente, la necesidad del control y regulación permanente de sus hipótesis, pasando del control externo del docente a la evaluación y supervisión entre pares o autónoma, en el mejor de los casos. La construcción de modelos debe ser una tarea compartida, y no un ritual memorístico, por lo que los criterios para evaluar los avances y retrocesos en la construcción de los modelos deben también construirse y explicitarse. Para ello es necesario cuestionarse en principio qué es lo que se va a evaluar con relación a los modelos, esto es plantearse si los alumnos/as son capaces de responder a los siguientes interrogantes: a) ¿Qué problema/s resuelve o representa el modelo? ¿Qué otras situaciones permite representar? Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 89 A partir de estas respuestas se puede dar cuenta de la adecuación del modelo y de su grado de generalidad. En una primera etapa de la construcción los modelos, éstos serán singulares, casi diseñados ad hoc para el problema origen, por lo cual es importante hacer hincapié en la necesidad de ampliar los alcances del modelo quitando restricciones -en la medida en que sea pertinente- para explicar o dar cuenta también de otros problemas. Un detalle importante en esta evaluación reside en poder describir el tipo de problema origen (si es un problema de predicción, de explicación o de representación). Poder clarificar cuál es el problema origen es un paso necesario para poder evaluar el modelo y además es una muestra importante de aprendizaje porque implica una profunda reflexión sobre el mismo. b) ¿Cuáles son las variables implicadas? ¿Se han explicitado todas las variables y las hipótesis utilizadas? La explicitación de las hipótesis usadas es un buen indicador de la profundidad de comprensión del trabajo realizado. Por ejemplo, ya sea al comprender un modelo proveniente de un texto o de la producción de otros compañeros, así como del análisis de los modelos propios, la capacidad de discriminar entre distintas variables e hipótesis es una tarea central del trabajo con modelos. c) ¿Qué analogías o semejanzas con otros problemas entran en juego? El establecimiento de relaciones con otros modelos es una muestra de la conectividad del mismo y de la capacidad que han desarrollado los alumnos/as para el trabajo con ellos. Las redes conceptuales son útiles indicadores para detectar, tanto la conectividad de un modelo con otros, como para indagar acerca de la comprensión que muestran los alumnos/as sobre la estructura interna del modelo analizado en el punto anterior. En resumen, es importante tener en cuenta que el proceso de modelización en el aula va mucho más allá de la elaboración de maquetas o esquemas y tampoco se limita a la construcción de metáforas o analogías, sino que implica la representación de un hecho o proceso bajo diversas simbologías. En tal sentido, es conveniente proponer a los alumnos/as distintos tipos de modelos y explicitar sus características, la correspondencia entre el modelo y el hecho o proceso representado. En el cuadro que se adjunta, se propone una posible tipificación de los diversos modelos como guía para la enseñanza, tal como se propone en los contenidos. Esta tipificación no constituye contenido de enseñanza sino que tiene por intención proponer un marco de referencia para el docente. (Tabla 1) 90 | Dirección General de Cultura y Educación TIPO Modelos Físicos Icónico CARACTERÍSTICAS EJEMPLO Se asemeja directamente a una propiedad o conjunto de propiedades de un hecho, proceso, sistema. Puede ser de dos tipos: Gráficos, planos, mapas, imágenes, entre otros. Una representación pictórica bidimensional y a escala La maqueta de un edificio, la representación física del átomo, los modelos moleculares, el modelo de sistema solar, entre otros. Una representación física total o parcial y a escala de lo que se quiere representar. Abstracción mayor que el anterior. Construido a partir de la representación por analogía: Debe contener: Analógico Un conjunto de cualidades o elementos. El modelo del sistema planetario aplicado al átomo. Una estructura. El modelo de circulación del agua para representar un circuito eléctrico. Diseño Curricular para 2° año (SB) | Ciencias Naturales | 91 Un proceso, fenómeno o sistema que se estudia. Se expresa lingüísticamente Modelos verbales Pueden ser de dos tipos : 1-Fórmulas o representaciones por medio de símbolos de partes del sistema que se estudia. Simbólico/ matemáticos 2-Representaciones algebraicas. Permite cuantificar relaciones entre cantidades a partir de conjeturas o postulados. H2O para representar el agua. P para representar la presión para una resistencia eléctrica La ley de Ohm V= i.R La ley de Boyle P.V= k (m=cte y T=cte) Tabla 1 Una clasificación simplificada de los modelos en el aula de Fisicoquímica