Quesada Herrero, Pilar

Sánchez Blanco, Gaspar

Valcárcel Pérez, Mª Victoria

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESORELACIÓN ENTRE EL MODELO DE ATOMODE LOS ESTUDIANTES (16-17 AÑOS) Y LOS DIFERENTESMODELOS ATÓMICOS PRESENTADOS EN LA ENSEÑANZAQUESADA HERRERO1, PILAR; VALCÁRCEL PÉREZ2, Mª VICTORIA y SÁNCHEZ BLANCO2, GASPAR1 IES Licenciado Cascales (Murcia)2 Departamento Didáctica de Ciencias Experimentales. Universidad de Murcia.Palabras clave: Contenido escolar; Modelos atómicos; Conocimientos de los alumnos; Libros de texto; Educaciónsecundaria.MARCO TEÓRICOLa construcción del conocimiento químico se organiza en torno a un gran número de leyes, teorías y mode-los que nos permiten situarnos en distintos niveles de complejidad a la hora de responder a preguntascomo: ¿existen propiedades comunes a todos los materiales?, ¿por qué hay tantas sustancias diferentes?,¿qué hace que una sustancia tenga propiedades diferentes a otra?, ¿cómo se puede explicar  que unas sus-tancias se transformen en otras distintas? Las respuestas que han dado los científicos y científicas a lo largode la  historia a cuestiones como estas han generado un cuerpo de conocimientos que, mediados por latransposición didáctica, se recogen en los currículos escolares, organizados también en torno a diferentesleyes, teorías y modelos que deben presentarse a los estudiantes. Esto hace de los Modelos un tema de estu-dio importante para los científicos y los profesores.Las dificultades que se presentan en el proceso de  aprendizaje de la Química se ponen de manifiesto ennumerosos trabajos, pudiendo atribuirse a tres causas (Caamaño y Oñorbe, 2004): • Dificultades intrínsecas y terminológicas de la propia asignatura• Pensamiento y proceso de razonamiento de los estudiantes • Proceso de instrucción recibido.De todas las dificultades que en este trabajo se señalan no escapan los contenidos relacionados con losModelos en general y con los Modelos Atómicos en particular, como ha sido puesto de manifiesto en diver-sos trabajos (Griffiths y Preston, 1992; Valcárcel, Sánchez y Ruiz, 2000; Harrison y Treagust, 2002), aúnescasos en nuestro contexto educativo. A pesar de esto se insiste, desde la didáctica de la ciencia, en lanecesidad del estudio de los modelos para iniciar a los alumnos en el campo conceptual, procedimental yactitudinal de la Química, así como que conocer modelos escolares adecuados, y usarlos para explicar ypredecir hechos seleccionados, ayuda a los alumnos a desarrollar su comprensión y a tomar conciencia decómo se construye el conocimiento de la Química, mediante la relación de los niveles macroscópico,microscópico y simbólico (Sánchez y Valcárcel, 2003).Todo lo anterior justifica en nuestro contexto el interés por profundizar en  las concepciones y modelosmentales que construyen nuestros alumnos cundo se enfrentan al aprendizaje de algunos conceptos, para2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOlos que hay que utilizar modelos didácticos que resultan bastante abstractos para ellos, como es el caso delconcepto de átomo y los modelos atómicos. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓNEl propósito del trabajo que estamos realizando es indagar en las ideas y modelos mentales que han cons-truido los alumnos de una clase de 1º de Bachillerato (16-17 años), después de la enseñanza, en torno alátomo. Concretamente en esta clase se habían estudiado la teoría cinético- molecular y los modelos ató-micos (Dalton, Thomson, Rutherford, Borh y algunas ideas relacionadas con la teoría mecano-cuántica).Pretendemos profundizar en las relaciones entre el aprendizaje de los modelos atómicos y la presentaciónque se hace del contenido de enseñanza en los libros de texto.Los aspectos que se abordan en el estudio están relacionados con el concepto de átomo y el proceso demodelización, construidos por el alumno y presentados en el libro de texto, sobre el: 1. modelo acerca del átomo,2. sentido que tienen las diferentes teorías atómicas, 3. significado que tiene el concepto de modelo, y 4. uso que se hace de los modelos atómicos para explicar algunos hechos científicos. En esta comunicación avanzaremos los resultados encontrados en relación con el primer punto: los mode-los de átomo construidos por los alumnos, los modelos atómicos didácticos presentados en el libro de textoy la relación entre ellos.DISEÑO EXPERIMENTALEl estudio se realiza con alumnos de 1º de Bachillerato, 9 alumnos de un total de 23, de un centro deEnseñanza Secundaria de la Comunidad Autónoma de Murcia. Su selección ha estado determinada por ladisponibilidad de los estudiantes y que la muestra fuera heterogénea en cuanto a rendimiento académico.La metodología de trabajo se ha materializado en la realización de entrevistas individuales a los alumnos,utilizando un protocolo semiestructurado con 29 cuestiones en torno a los objetivos planteados en el tra-bajo. Para su realización se han revisado algunos trabajos sobre las concepciones y  modelos mentales delos estudiantes de Enseñanza Secundaria sobre átomos y moléculas (Griffiths y Preston , 1992; Harrison yTreagust, 1996, 2002). En la entrevista se planteaban dos tipos de cuestiones: abiertas, encaminadas a obte-ner lo que dicen espontáneamente y otras más dirigidas a través de la elección y explicación que dan a unaserie de representaciones correspondientes a distintos modelos atómicos y moleculares que se les aporta.La entrevista fue ensayada con una estudiante del mismo curso, para adecuar la formulación de las pre-guntas, su claridad, el ambiente, duración…El tiempo medio empleado en cada entrevista fue de 45 minutos y fue realizada por la profesora/investi-gadora a los siete meses de finalizar el periodo de instrucción de los contenidos relacionados con los mode-los atómicos mencionados anteriormente. Estas fueron grabadas, transcritas literalmente y se establecie-ron categorías en función de las respuestas dadas por los alumnos.En cuanto al libro de texto el análisis se ha limitado al utilizado por el profesor (Física y Química. 1ºBachillerato. Proyecto Ecosfera. Editorial SM). Se ha realizado un análisis documental del relato escri-to, de las ilustraciones y las actividades, siguiendo un protocolo ajustado a los intereses de la investiga-c i ó n .3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESORESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓNAvanzaremos los primeros resultados diferenciando los conocimientos de los alumnos recogidos en laentrevista y la información presentada en el libro de texto.En relación con los conocimientos de los alumnos sobre el átomo:• Todos los alumnos reconocen el átomo como la unidad constituyente de la materia, pero no establecend i f e rencias entre átomos, moléculas o iones como entidades responsables de la distinta naturaleza de lamisma. Es decir, los alumnos saben que los átomos se unen unos a otros para formar las sustancias perono diferencian si la partícula que define la composición y estructura, y por tanto es responsable de sus pro-piedades específicas, es el átomo, el ión o la molécula, aunque utilicen estos términos en sus re s p u e s t a s .• También todos reconocen el átomo como una partícula neutra, compuesta de protones, neutrones y elec-trones, diferenciando un núcleo con los electrones girando alrededor. Se refieren a capas, órbitas o nive-les, indistintamente. A su vez declaran que en su mayor parte el átomo es vacío, aunque la mayoría secontradice al imaginarlo esférico y macizo (“yo lo vería  todo compacto…”, “macizo”, “yo vería el átomopero no las órbitas”, “la materia está formada por cosas compactas”).• Al describir algunas de sus características se refieren al tamaño (“muy pequeño, microscópico”, “dife-rentes tamaños…como un virus…”, “su tamaño depende de sus capas y sus electrones …pero es muypequeño”) que, aunque ninguno lo considera suficientemente grande como para verlo con un microsco-pio superpotente, es sobredimensionado como partícula y desfigurado en la proporción que establecenentre el tamaño del núcleo y corteza. En cuanto a su forma (“circulito”,”esferico”, “todos la mismaforma…”) y masa (“muy ligeros”, “poco pesados”) comparten ideas similares y algunos hacen estima-ciones semicuantitativas (“una o varias umas”, “una micra”, “como un virus”). Sin embargo, no se hanencontrado confusiones entre átomo y célula, ni le atribuyen características de ser vivo (“lo comparo conel tamaño de un virus, pero es muy diferente a él, el virus es una sustancia viva y el átomo no”) como seseñala en otros trabajos.• Al átomo le asignan algunas propiedades macroscópicas propias de las sustancias que forman (“se dila-tan”, “tienen propiedades distintas como el color”, “tienen densidad, resistencia”…). Concretamente, encuanto a la densidad se mantienen dos concepciones, una macroscópica que identifica la densidad delátomo con la de la sustancia (“El átomo es denso porque el oro es denso”) y otra microscópica relacio-nada con las subpartículas que lo componen (“El núcleo es denso, pero las órbitas no lo son. En el núcleocomo hay neutrones y protones hay más condensación”). • En cuanto a la conceptualización de la estructura del núcleo y la corteza, todos localizan los protones enel núcleo, los electrones moviéndose alrededor y la mitad no tienen clara la localización de los neutro-nes. Se detecta que mantienen modelos discretos y concretos, al considerar los electrones como partícu-las moviéndose y que los diagramas de órbitas, elípticas o circulares, representan mejor su disposición enel átomo que los diagramas de nube electrónica o de orbitales, no reconocidos por los alumnos. • Aunque admiten la existencia de distintos niveles no hablan de subniveles y confunden capa y orbital,órbita y orbital. Muy pocos describen la estructura electrónica y si la mencionan no utilizan notaciones ysímbolos adecuados o los confunden. • En relación a las interacciones entre las partículas subatómicas, admiten interacciones de dos tipos. Unasdebidas al contacto y choques de las partículas (“mas intensas en el núcleo, al haber más partículas”, “loselectrones no las tienen porque no chocan”) y otras de naturaleza eléctrica atractivas y repulsivas (“losprotones con las neutras no se repelen”, “las cargas positivas y negativas se compactan”). Algunos no con-sideran interacciones entre el núcleo y la corteza (“entre el núcleo y donde están los electrones hay unvacío que no deja que haya interacción entre ellos”).4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO• Al mostrarles representaciones de diferentes modelos atómicos, habitualmente recogidas en los libros detexto, las preferidas por los estudiantes son las de Borh y Rutherford porque son las que mejor repre-sentan sus ideas acerca de cómo son los átomos, porque las han visto en los libros y dibujadas por el pro-fesor. Sin embargo, estas dos representaciones las encuentran prácticamente iguales y, cuando tratan deexplicarlas, no señalan diferencias en la información que proporciona cada una. También muestran algu-na preferencia por la representación de Dalton pues, aunque reconocen que no les dice nada acerca dela estructura atómica, es la mas fácil de aprender e imaginar porque corresponde con su idea de partícu-la maciza, que sigue coexistiendo con los modelos anteriores. Las de Thomson y nube de carga solo sonidentificadas por dos alumnos.En relación con la información presentada por el libro de texto: • Se introducen sucesivamente los distintos modelos sobre el átomo (Dalton, Thomson, Rutherford, Bohry mecano-cuántico) con ideas clave siguientes: Partícula muy pequeña e indivisible, indestructible y quese une a otros átomos para formar compuestos (Dalton). En cuanto a su estructura puede ser: una espe-cie de masa cargada positivamente dentro de la cual se insertan los electrones, cargados negativamente(Thomson) o estar formado por un núcleo, compuesto por protones y neutrones, cargado positivamente,que ocupa una fracción muy pequeña del volumen atómico y electrones que se mueven fuera del núcleo yocupan la mayor parte del volumen atómico. Entre los electrones y el núcleo se encuentra el vacío(Rutherford). En cuanto a la estructura electrónica: Los electrones giran en órbitas circulares de energía fija y solo estánpermitidas aquellas cuya energía tome ciertos valores restringidos (Bohr) y Un electrón se mueve de formacaótica en un espacio definido alrededor del núcleo que se llama orbital (mecano-cuántico), diferencian-do el concepto de nivel y subnivel en relación con los números cuanticos. La forma en que se presentanlos modelos no incide en el sentido de la modelización y la necesidad de los sucesivos modelos presenta-dos, lo que creemos contribuye a una idea fragmentada y ambigua de átomo, que lleva al alumno a optarpor un modelo determinado.• En general, en la información presentada, sólo aparecen afirmaciones que expresamente se consideranpresupuestos que describen el átomo en los modelos de Dalton y Borh. En los demás, no se diferencianpresupuestos y explicaciones científicas acerca de hechos. Estas y los presupuestos son poco claros,imprecisos y algunos incorrectos. En estos modelos sólo se menciona el nombre de las partículas y otrosconceptos que se crean, sin entrar en descripciones que ayuden a aclarar su significado. Tampoco se seña-lan claramente las limitaciones de cada modelo o se omiten. • En cuanto a las explicaciones, tanto en las que justifican la necesidad del modelo como en las utilizadaspara explicar los hechos seleccionados, se utilizan conceptos que no han aparecido en los presupuestos(carga nuclear, la nube de carga y las fuerzas de atracción y repulsión). Tampoco se sitúan en un mode-lo concreto y mezclan argumentos o utilizan  con el mismo significado términos que pertenecen a mode-los diferentes.• En cuanto a las ilustraciones, falta correspondencia entre lo que pretenden representar y los presupues-tos del modelo al que se refiere. Solo recoge representaciones de los modelos atómicos de Thomson yRutherford, en el de Bohr y mecano cuántico aparecen de modo incompleto referidas a algún aspecto oexperimento relacionado con el modelo. Sobredimensionan los tamaños de las entidades representadas,sin conservar la relación entre ellas y aparecen dibujos, analogías, símbolos y letras de forma arbitrariaque sugieren interpretaciones erróneas.• De todas las actividades propuestas solo una está directamente relacionada con los presupuestos delmodelo de Bohr, todas las demás se refieren a conceptos que, aunque podrían enmarcarse en un mode-lo concreto, no aparecen explícitamente relacionados, mezclándose ideas de los diferentes modelosdidácticos, lo que creemos contribuye a que el alumno construya un único modelo de átomo, resultadode una integración confusa de los diferentes modelos presentados.5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOBIBLIOGRAFÍACAAMAÑO, A. y OÑORBE, A. (2004). La enseñanza de la química: conceptos y teorías, dificultades de aprendiza-je y replanteamientos curriculares. Alambique, 43, 81-92.HARRISON, A.G. and TREAGUST, D.F. (1996). Secondary students’ mental models of atoms and molecules: impli-cations for teaching chemistry. Science Education, 80 (5), 509-534.HARRISON, A.G. and TREAGUST, D.F. (2002). Students’ understanding of the role of scientific models in learningscience. International Journal of Science Education, 24, (4), 357-368. GRIFFITHS, A.K. and PRESTON, K.R. (1992). Grade-12 students’ misconceptions relating to fundamental charac-teristics of atoms and molecules. Journal of Research in Science Teaching, 29 (6), 611-228.SANCHEZ, G. y VALCARCEL, M.V. (2003). Los modelos en la enseñanza de la química: el concepto de sustanciapura. Alambique, 35, 45-52.VALCARCEL, M.V., SANCHEZ, G. y RUIZ, M. (2000). El estudio del átomo en la educación secundaria.Alambique, 26, 83-94.

Relación entre el modelo de atomo de los estudiantes (16-17 años) y los diferentes modelos atómicos presentados en la enseñanza

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