Furió Gómez, Cristina

Furió, Carles

Solbes Matarredona, Jordi

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO¿CÓMO SE PRESENTAN LOS CONCEPTOS Y MODELOSEN LA ENSEÑANZA DE LA TERMOQUÍMICA? VISIONESDISTORSIONADAS DE LA CIENCIA EN LIBROS DE TEXTO*FURIÓ1, CRISTINA; SOLBES2, JORDI y FURIÓ1, CARLES1 Departament de Didàctica de les Ciències Experimentals i Socials.Universitat de València.2 I.E.S. ‘Rodrigo Botet’ de Manisses, València.Palabras clave: Visiones deformadas; Enseñanza; Termoquímica; Libros de texto. INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DE PROBLEMAEl objetivo básico de este trabajo consiste en analizar en qué medida se presentan deficiencias en la ense-ñanza convencional de la termodinámica química que dificultan la comprensión de conceptos complejoscomo energía interna y entalpía así como la aplicación de la primera ley de la Termodinámica en procesosfísicos y químicos. La importancia del tema de estudio es doble. Por una parte, una meta fundamental dela enseñanza de las ciencias es alfabetizar científicamente a los ciudadanos y ciudadanas en un mundo cadavez más tecnologizado que nos está llevando a una situación de emergencia planetaria. Es por ello impor-tante una buena formación en el tema de la energía si queremos que la gente llegue a tomar decisiones bienfundamentadas. Un segundo motivo de interés del estudio es la poca investigación didáctica realizada enla Universidad. En efecto, en las dos últimas décadas ha habido muchos resultados de investigación en, porejemplo, el tratamiento de las concepciones alternativas de los alumnos de secundaria sobre trabajo, calory energía pero muy pocos en el nivel universitario (Barlot & Mastrot, 2000). Como el objeto de estudio esanalizar las enseñanzas de la Termoquímica en los últimos cursos del Bachillerato científico y los primerosuniversitarios, se ha pensado que una primera aproximación al problema puede realizarse estudiandocómo se presentan los conceptos y modelos teóricos en los libros de texto que utiliza el profesorado deQuímica de aquellos cursos. Así pues, hemos enfocado el problema tratando de responder a la siguientepregunta general:¿En qué medida los textos de Química de Bachillerato y Universidad presentan una imagen pobre y defor-mada de la ciencia cuando introducen el o los capítulos de Termoquímica? Esta pregunta se ha desdoblado en otras particulares relativas a las visiones deformadas de la ciencia quese pueden presentar al introducir la Termoquímica y, en particular, cuando exponen el concepto de ental-pia. Estas preguntas se irán planteando como apartados en la sección destinada al diseño y resultados obte-nidos de esta comunicación. * Este trabajo es una contribución de los autores al comienzo de la Década de la Educación por el Desarrollo Sostenible. 2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOMARCO TEÓRICO E HIPÓTESISLa investigación está mostrando que una adecuada formación docente requiere un conocimiento en pro-fundidad de la materia que ha de enseñar y ello implica conocer, entre otros aspectos, la historia y episte-mología de la disciplina (Solbes y Traver, 2003). Esto es, el profesorado ha de conocer los problemas y obs-táculos históricos saliendo al paso de visiones deformadas sobre la naturaleza de la ciencia y su aprendiza-je que se transmiten en la enseñanza (Fernández et al. 2002). A este respecto la didáctica de las ciencias hapuesto de relieve que, por ejemplo, el conocimiento tecnocientífico es hipotético, es decir, elabora mode-los y conceptos teóricos como respuestas tentativas de explicación a problemas planteados por la tecnolo-gía, por la misma ciencia o por la sociedad que ha sido simplificados y precisados superando así visionesempiristas, ateóricas y aproblemáticas sobre la construcción de estos conocimientos. Se reconoce que estosmodelos científicos, y por tanto, sus leyes y conceptos no son dogmas a aplicar en cualquier circunstanciaya que tienen limitaciones y campos de validez saliendo al paso de visiones rígidas y algorítmicas de la cien-cia. Se van construyendo y cambiando gradualmente llegando a producirse saltos cualitativos que, a veces,suponen crisis o revoluciones científicas (Thagard 1992) superándose aquellas visiones acríticas y acumu-lativas, de crecimiento lineal, de modelos y conceptos que tenemos los profesores respecto al progresocientífico. También interesa resaltar que, aunque estos cuerpos teóricos se originan y evolucionan inicial-mente separados, en la ciencia hay una búsqueda constante de síntesis globalizadoras en contra de visionesexclusivamente analíticas (Fernández et al 2002).Nuestra hipótesis es que la mayor parte de estas visiones deformadas de la naturaleza de la ciencia que sehan detectado en la literatura también se manifestarán cuando se enseña la termoquímica tanto en el nivelde bachillerato como en el universitario. DISEÑO EXPERIMENTAL Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOSEl diseño experimental elaborado consta de 15 ítems que constituyen una red de análisis de las deficien-cias que se han supuesto en los capítulos de Termoquímica de libros de texto de Química de los nivelespreuniversitario y universitario. Esta red se ha aplicado a una cantidad significativa de textos (30), la mitadde 2º de Bachillerato y COU (nivel preuniversitario) y la otra mitad de Química General de nivel univer-sitario. Ahora bien, de acuerdo con el problema planteado, nada más se analizará la presentación del con-tenido relativo a cómo tienen lugar los cambios energéticos en los procesos físicos o químicos y cómo seexplican con el primer principio de la termodinámica y los conceptos de energía interna y entalpia. El aná-lisis del contenido de los textos fue realizado por separado por dos investigadores y, en el caso, de existirdiscrepancias en algún ítem se revisaba y si subsistían se eliminaba o intervenía un tercer investigador.a) ¿Se introduce el tema de Termoquímica con una visión socialmente descontextualizada de la cienciasin enfatizar la dimensión axiológica del aprendizaje?En la tabla 1 se presentan los dos primeros ítems de la red que tienen por objeto analizar si el texto sale alpaso de una visión descontextualizada, socialmente neutra, de la ciencia sin prestar atención a los aspectosaxiológicos considerados. En particular el ítem 1 se refiere a la introducción de relaciones Ciencia,3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOTecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA) a lo largo del tema y el ítem 2 a la posible inclusión de algunaactividad, referencia o comentarios histórico relativos a cuáles fueron los principales problemas científicosy tecnológicos que se resolvieron al introducir los nuevos conceptos y la nueva ciencia.Como puede observarse, solamente una tercera parte de los textos (30%) salen al paso de una visión social-mente descontextualizada de la ciencia (ítem 1) al proponer, al menos, 3 ejemplos de relaciones CTSA enel desarrollo del tema. El porcentaje es aún más bajo, 16,7%, respecto a los libros que tienen en cuenta unmínimo desarrollo histórico de los orígenes de la teoría termodinámica o de la termoquímica (ítem 2). b) ¿La introducción de la Termoquímica en los libros tiene en cuenta la existencia de concepciones alter-nativas en prerrequisitos conceptuales (calor, trabajo y energía) detectadas por la investigación?En la tabla 2 se presentan los ítems 3, 4 y 5 que tienen como objetivo analizar si los textos prestan atencióna la existencia de ideas alternativas en conceptos básicos como calor, trabajo, y energía que la ciencia a lahora de introducir otros más complejos como energía interna y entalpía. Se ha valorado en contra de lahipótesis cuando el texto sale al paso de cada preconcepción con solo hacer una simple mención de adver-tencia al lector.Como se puede observar los resultados de las cuestiones 3 y 4 son bastante significativas, dado que sólo el26,7% de los libros diferencian explícitamente entre calor y temperatura y solamente uno (3,3%) indicaque la energía no es ninguna sustancia que se encuentre en los cuerpos. Estas dos concepciones alternati-vas, entre otras, hemos comprobado que aparecen en las respuestas de estudiantes universitarios. Por otraparte, menos de la mitad de los libros de texto analizados (43,3%) indican que tanto el calor como el tra-bajo no son variables de estado del sistema sino variables de proceso utilizadas para explicar las transfe-rencias energéticas.c) ¿Los textos ponen énfasis en aspectos metodológicos saliendo al paso de reduccionismos conceptualesy razonamientos de sentido común que pueden dificultar el aprendizaje?La tabla 3 recoge los resultados obtenidos en cuatro ítems (6, 7, 8 y 9) cuyo objetivo general es ver en qué4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOmedida los textos introducen los conceptos de sistema y energía interna (ítems 6 y 7, respectivamente) yconsideran importante la familiarización de los estudiantes con aspectos procedimentales tales como laaplicación de estos conceptos en el análisis energético de situaciones problemáticas (ítem 8) o salir al pasode razonamientos de sentido común como la reducción funcional (ítem 9) que pueden dificultar la cons-trucción de estos conocimientos termoquímicos.En la cuestión 6 vemos que las dos terceras partes (66,7%) de los libros de texto dan afirmativo, lo que sig-nifica que se pone bastante énfasis en explicitar qué es un sistema, que puede interaccionar con otros sis-temas, como por ejemplo el medio ambiente, o pueden hacerlo partes del mismo sistema. También esmayoritaria y muy parecida la cantidad de libros que introducen un concepto cualitativo de energía inter-na (70%) en el ítem 7. En cambio, el porcentaje de libros que presenta, al menos, tres ejemplos de análisisenergético de situaciones donde han de aplicarse dichos conceptos (ítem 8), no llega a ser la mitad (40%).Así pues, son pocos los libros que presenten actividades para que los estudiantes se enfrenten a estos aná-lisis cualitativos y de los que lo hacen solamente uno (3%) sale al paso de la existencia de posibles obstá-culos epistemológicos en forma de pensamientos de sentido común como es, por ejemplo, la reducción fun-cional según la cual se llega a simplificar la dependencia de una función de varias variables reduciéndola auna única dependencia sin controlar las restantes. d) ¿Se sale al paso de una visión rígida y algorítmica de la ciencia presentando ideas cualitativas sobre elconcepto de entalpia antes de su definición operativa?En la tabla 4 se presentan los resultados obtenidos en una serie de ítems (10, 11, 12, 13 y 14) cuyo objetivogeneral es ver cómo se introduce el concepto de entalpia en los libros de Química. Las deficiencias a ana-lizar en la introducción habitual de conceptos científicos fueron las siguientes: i) si se presenta el conceptode forma arbitraria sin aludir a los hechos o problemas que pretende explicar (ítem 10); ii) si se introducensus definiciones matemática (ítem 12) y operacional (ítem 13) acabadas, esto es, sin anticipar ideas cuali-tativas que puedan dar sentido físico o químico a aquellas definiciones cuantitativas (ítem 11). Estas defi-ciencias en las que se que prima la algoritmización ciega frente a la conceptualización cualitativa, se rela-cionan fácilmente con una visión rígida e infalible de la ciencia según la cual los conceptos son verdadesuniversales y, por tanto, al definirse se obviará explícitamente su campo de validez (ítem 14).Como vemos en estos resultados, en el ítem 10 se constata que sólo la mitad de los textos (53,3%) de losl i b ros presenta la clasificación empírica de fenómenos en exotérmicos y endotérmicos, previamente a la pre-sentación del concepto de entalpía que se introduce para explicarlos. En esta presentación de la entalpía, seo b s e rva que 4 de cada 5 textos (80%) da la definición de H (H=U+P.V) derivándola matemáticamente delprimer principio (ítem 12) y, en cambio, el porcentaje se invierte cuando se ha de dar una significación cua-litativa del concepto (ítem 11) ya que solamente lo hacen 1 de cada 4 libros (26,7%). O sea, la mayoría de5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOlos textos derivan directamente la entalpía de la primera ley sin poner el énfasis en una conceptualizaciónque dé sentido químico al concepto. Se podría pensar que este significado se extrae fácilmente cuando se dala definición operacional de la variación de entalpía de un proceso que, como se puede apreciar en el ítem13, lo hace la casi totalidad de los libros (93,3%). Ahora bien, presentar ΔH del proceso diciendo que ‘es elcalor de reacción a presión constante’ puede inducir en los lectores un significado erróneo de la funciónentalpía como calor o ‘contenido calorífico’ del sistema. Se debería explicitar que este calor será la medidade ΔH en determinadas condiciones no solamente cuando P y T son constantes, sino también se ha de adver-tir que para que se cumpla no han de producirse otros procesos de transferencia de energía distintos al calorcomo puede ser trabajo eléctrico, radiaciones luminosas, etc. Sin embargo, más de los 2/3 de los libros (70%)no especifican el campo de validez o las limitaciones del concepto (ítem 14).e) ¿Se enfatiza los libros de texto la presentación simultánea de explicaciones macroscópicas y atomistasde los fenómenos termodinámicos? Por último, en la tabla 5 se presenta el resultado encontrado en el ítem 15 que tiene por objeto ver en quémedida la enseñanza favorece que los estudiantes utilicen, a la vez, estrategias termodinámicas macroscó-picas y microscópicas para explicar las interacciones entre sistemas y así mostrar la coherencia del cuerpoteórico de conocimientos. Hay cerca del 70% de los libros que no presentan ningún ejemplo de análisismicroscópico donde se explique la relación entre la energía interna, el trabajo y el calor haciendo uso delprimer principio de la Termodinámica.CONCLUSIONESEn definitiva, las conclusiones obtenidas podemos resumirlas indicando que la muestra de textos analiza-dos presentan mayoritariamente deficiencias al no tener en cuenta aspectos axiológicos como la introduc-ción de ejemplos de relaciones CTSA, no tener en cuenta la existencia de concepciones alternativas de losestudiantes en prerrequisitos conceptuales como calor y energía y de formas de razonamiento de sentidocomún como la reducción funcional al plantear análisis cualitativos de estos fenómenos, excesivo énfasisen el operativismo al introducir el concepto de entalpía y poco en presentar un significado cualitativo quele dé sentido físico o químico y, finalmente, son pocos los que utilizan simultáneamente los modelos ato-mista y termodinámico general a la hora de analizar situaciones problemáticas en este dominio. En un pró-ximo trabajo se presentará una propuesta alternativa que intente superar estas deficiencias didácticas en lapresentación de los conceptos y leyes de la Termoquímica.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASBARLET, R. y MASTROT, G., 2000. L’alghorithmisation-refuge, obstacle à la conceptualisation. L’exemple de la ther-mochimie en 1er cycle universitaire. Didaskalia, 17, 123-159. FERNÁNDEZ, I., GIL, D., CARRASCOSA, J. CACHAPUZ, A. y PRAIA, J., 2002. Visiones deformadas de la cien-cia transmitidas por la enseñanza. Enseñanza de las Ciencias, 20 (3), 477-488.FURIÓ,C., CALATAYUD, M.L., BÁRCENAS, S. y PADILLA, O.M., 2000. Functional fixedness and functionalreduction as common sense reasonings in chemical equlibrium and in geometry and polarity of molecules.Science Education, 84(5), 545-565.6 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOMARTÍNEZ, A. y PÉREZ, B.A., 1997. Estudio de propuestas alternativas en la enseñanza de la termodinámica bási-ca. Enseñanza de las Ciencias, 15(3), 287-300. THAGARD, P., 1992. Conceptual revolutions.New Jersey: Princenton University Press.VILCHES, A. y GIL-PÉREZ, D., 2003. Construyamos un futuro sostenible. Diálogos de supervivencia. Madrid:Cambridge University.

¿Cómo se presentan los conceptos y modelos en la enseñanza de la Termoquímica? : visiones distorsionadas de la ciencia en libros de texto

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