Enseñanza de la Cinética Química por Medio de Simulaciones y

Aprendizaje Activo  

 

 

 

 

 

 

 

Julián Guillermo Paredes Navia

 

 

 

 

 

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Bogotá, Colombia

2017

Enseñanza de la Cinética Química por Medio de Simulaciones y

Aprendizaje Activo

 

 

Julián Guillermo Paredes Navia

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director:

Qco, M. Sc. Manuel Fredy Molina Caballero

Línea de Investigación:

Enseñanza de la Química

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Bogotá, Colombia

2017

Agradecimientos

A DIOS por ser el guía de mi vida.

A mi director M. Sc. Manuel F. Molina C. por su valiosa dirección y enseñanza

constante.

A mi hermano M. S. Sergio A. Paredes N. por ser un pilar importante y un gran

apoyo en la realización de esta investigación.

A mis padres, por su apoyo incondicional y el cariño que me inspiran.

A la Gobernación del Huila, Colciencias y Colfuturos, por su acompañamiento,

respaldo económico y contribución a mi formación personal y profesional.

A los compañeros docentes y estudiantes que colaboraron y participaron en la

realización de este trabajo.

El maestro es un transformador de vidas,

por eso aplica la máxima del Maestro:

“Trata a los demás como quieras que te traten a ti”

(Jesús de Nazaret, Mateo 7:12).

Resumen y Abstract V

Resumen Este trabajo presenta una propuesta de implementación de actividades

experimentales y de simulación, utilizando como fundamento los principios de la

metodología del aprendizaje activo, para la enseñanza-aprendizaje de los

factores que modifican la velocidad de una reacción química. La estrategia se

aplica en los grados décimo de la Institución Educativa San Lorenzo del

municipio de Suaza en el departamento del Huila. Para ello se toman dos grupos,

uno de los cuales integra el desarrollo de las actividades a través del trabajo

práctico y otro, el cual lo hace utilizando el simulador de experimentos de

cinética química “virtual LabCin”.

La estrategia integra la aplicación de un test de ideas previas para la

exploración del nivel de conocimiento de las dos secciones, el desarrollo de

talleres de interacción-demostración, y la implementación de la prueba final

para el reconocimiento de la influencia de la estrategia en el aprendizaje de los

estudiantes. Conforme a los resultados, se hace un análisis de confrontación

temporal (antes, durante y después), en el cuál se determina que la propuesta

didáctica no solo permite establecer un impacto positivo y favorable en el

rendimiento y adquisición de conocimiento de los conceptos abordados, sino

que también proporciona el desarrollo de capacidades intelectuales y

procedimentales, que estimulan la proposición, la confrontación, la

comunicación y el desarrollo de ideas.

Palabras claves: Actividades de experimentación y simulación, aprendizaje

activo, cinética química.

VI Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Abstract

This paper presents a proposal for the implementation of experimental and

simulation activities, based on the principles of active learning methodology, for

teaching and learning of the factors that modify the rate of reaction. This strategy

was applied to tenth graders from San Lorenzo Secondary School, located in the

town of Suaza, in Huila department. For this purpose, two groups are taken, one of

which integrates the development of the activities through the practical work and

another one, which does so using the "Virtual LabCin” chemical kinetic

experiments simulator.

The strategy integrates the application of a previous ideas test for the exploration

of the level of knowledge in both sections, the development of interaction-

demonstration workshops, and the implementation of the final test for the

recognition of the influence of the strategy applied on the students learning.

According to the results, a temporal confrontation analysis (before, during and

after) is run. This analysis determines that the didactic proposed not only allows

establishing a positive and favorable impact on the performance and acquisition

of knowledge of the concepts addressed, but also provides the development of

intellectual and procedural capacities, which stimulate proposition,

confrontation, communication and the development of ideas.

Keywords: Experimental and simulation activities, active learning, chemical

kinetics.

Contenido VII

Contenido

Pág.

Resumen ............................................................................................................... V

Lista de Figuras ................................................................................................... XI

Lista de Tablas .................................................................................................. XIII

Lista de Símbolos y Abreviaturas .................................................................... XIV

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

Capítulo 1. Situación Problemática ................................................................ 5

1.1 Planteamiento del Problema ............................................................................ 5

1.2 Justificación ......................................................................................................... 8

1.3 Objetivos de la Investigación .......................................................................... 10

1.3.1 Objetivo General .......................................................................................... 10

1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................... 11

Capítulo 2. Marco de Fundamentación ....................................................... 13

2.1 Estado de Enseñanza de la Química .............................................................. 13

2.2 Investigación Didáctica de la Cinética Química .......................................... 15

2.3 Conocimiento Disciplinar de la Cinética Química ........................................ 16

2.3.1 Cinética Química ......................................................................................... 16

2.3.2 Teoría de las Colisiones ................................................................................ 17 2.3.2.1 Orientación de las moléculas ............................................................................ 17 2.3.2.2 Energía de activación ........................................................................................ 18

2.3.3 Factores que Afectan la Velocidad de una Reacción Química ........... 19 2.3.3.1 Temperatura a la cual se desarrolla la reacción ............................................ 19 2.3.3.2 Concentración de los reactivos ........................................................................ 20 2.3.3.3 Naturaleza de los reactivos ............................................................................... 21 2.3.3.4 Estado físico y grado de particulación de los reactivos ................................ 21 2.3.3.5 Presencia de catalizadores ............................................................................... 22

2.4 Metodología de Aprendizaje Activo ............................................................... 24

2.5 La Experimentación en el Aula de Clase ....................................................... 26

2.6 Enfoques Tecnológicos, Aplicaciones e Importancia en la Educación en Ciencias Naturales ..................................................................................................... 28

VIII Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

2.6.1 Simuladores y Laboratorios Virtuales en la Enseñanza de las Ciencias

Naturales ................................................................................................................... 29

Capítulo 3. Marco Epistemológico ............................................................... 31

3.1 Contexto Histórico de la Cinética Química ................................................... 31

3.2 Aspectos Epistemológicos de la Cinética Química ...................................... 34

3.2.1 Modelo Antropomórfico .............................................................................. 34

3.2.2 Modelo de Afinidad Corpuscular ............................................................... 35

3.2.3 Modelo Cuantitativo .................................................................................... 35

3.2.4 Modelo de Mecanismo ............................................................................... 36

3.2.5 Modelo Termodinámico .............................................................................. 36

3.2.6 Modelo Cinético ........................................................................................... 37

3.2.7 Modelo Mecánico Estadístico .................................................................... 37

3.2.8 Modelo de Estado de Transición ................................................................ 37

3.3 Preconcepciones sobre Cinética Química .................................................... 38

3.3.1 Origen de las Concepciones Alternativas ................................................ 41

Capítulo 4. Diseño Metodológico ................................................................. 43

4.1 Tipo de Investigación ........................................................................................ 43

4.2 Contexto Educativo y Población ..................................................................... 44

4.3 Desarrollo de la Investigación ......................................................................... 45

4.3.1 Acciones de la Propuesta Didáctica ......................................................... 45

4.3.2 Fase de Planificación ................................................................................... 46 4.3.2.1 Documentación bibliográfica ........................................................................... 46 4.3.2.2 Realización del test ............................................................................................. 47 4.3.2.3 Diseño y desarrollo del simulador “Virtual LabCin” ........................................ 47 4.3.2.4 Realización de manuales de práctica y simulación ...................................... 48 4.3.2.5 Validación de los instrumentos ......................................................................... 51 4.3.2.6 Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de enseñanza y

aprendizaje ........................................................................................................................ 53

4.3.3 Fases de Ejecución y Observación ............................................................ 53 4.3.3.1 Reconocimiento de ideas previas e introducción (Aplicación del pre-

test)……. ............................................................................................................................. 54 4.3.3.2 Desarrollo de actividades experimentales y uso del simulador “Virtual

LabCin”….. ......................................................................................................................... 54 4.3.3.3 Aplicación de la prueba final (pos-test) .......................................................... 56

4.3.4 Fase de Reflexión .......................................................................................... 56

4.4 Plan de Análisis .................................................................................................. 56

Capítulo 5. Resultados y Discusión ............................................................... 59

5.1 Fase de Planificación ........................................................................................ 59

5.1.1 Validación de los Instrumentos ................................................................... 59 5.1.1.1 Prueba piloto y validación del test de ideas previas ..................................... 59 5.1.1.2 Validación de los manuales de práctica y simulación .................................. 62

Contenido IX

5.1.1.3 Validación del simulador “Virtual LabCin” ...................................................... 63

5.2 Fases de Ejecución y observación .................................................................. 65

5.2.1 Reconocimiento de Ideas Previas (Aplicación del Pre-Test) .................. 65 5.2.1.1 Análisis de los resultados del pre-test ................................................................ 65 5.2.1.2 Análisis del pre-test considerando el nivel de desempeño ........................... 74 5.2.1.3 Análisis del pre-test considerando la distribución de los resultados ............. 75

5.2.2 Introducción a la Temática ......................................................................... 77 5.2.2.1 Actividad: “El poder del corcho” ..................................................................... 77 5.2.2.2 Actividad: “La botella mágica” ........................................................................ 78

5.2.3 Desarrollo de Actividades Experimentales y Uso del Simulador ............. 80 5.2.3.1 Actividad 1: Efecto de la temperatura ............................................................ 80

5.2.3.1.1 Trabajo experimental ................................................................................... 80 5.2.3.1.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 83

5.2.3.2 Actividad 2: Efecto de la concentración de los reactivos ............................ 85 5.2.3.2.1 Trabajo experimental ................................................................................... 85 5.2.3.2.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 87

5.2.3.3 Actividad 3: Efecto de la naturaleza de los reactivos ................................... 89 5.2.3.3.1 Trabajo experimental ................................................................................... 89 5.2.3.3.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 92

5.2.3.4 Actividad 4: Efecto del grado de particulación de los reactivos ................ 94 5.2.3.4.1 Trabajo experimental ................................................................................... 94 5.2.3.4.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” ............................................................ 96

5.2.3.5 Actividad 5: Efecto de los catalizadores ......................................................... 98 5.2.3.5.1 Trabajo experimental ................................................................................... 98 5.2.3.5.2 Uso del simulador “Virtual LabCin” .......................................................... 101

5.2.4 Prueba Final (Aplicación del Pos-Test) ..................................................... 103 5.2.4.1 Análisis de los resultados del pos-test ............................................................. 104 5.2.4.2 Análisis del pos-test considerando el nivel de desempeño ......................... 114 5.2.4.3 Análisis del pre/pos-test considerando la distribución de los resultados ... 116

5.3 Fase de Reflexión ............................................................................................ 117

5.3.1 Análisis General de la Propuesta .............................................................. 117

5.3.2 Recapitulación: Cumplimiento de los Objetivos .................................... 120

Capítulo 6. Conclusiones y Propuesta de Mejora (Recomendaciones) 123

6.1 Conclusiones ................................................................................................... 123

6.2 Propuesta de Mejora y Recomendaciones .................................................. 125

A. Anexo: Pre/Pos-Test ................................................................................... 127

B. Anexo: Manuales de Práctica ................................................................. 130

C. Anexo: Manuales de Simulación ............................................................. 135

D. Anexo: Formato de Validación de la Prueba Piloto .............................. 140

E. Anexo: Perfiles de Jueces y Expertos ...................................................... 142

X Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

F. Anexo: Formato de Validación de la Prueba Piloto por Expertos ........ 144

G. Anexo: Formato de Validación de los Manuales de Práctica y Simulación por Expertos .................................................................................. 146

H. Anexo: Formato de Validación del Simulador “Virtual LabCin” por Expertos ............................................................................................................. 148

Capítulo 7. Referencias Bibliográficas ........................................................ 151

 

 

 

Lista de Figuras XI

Lista de Figuras Pág.

Figura 2-1: Orientación de las colisiones .................................................................................... 18 Figura 2-2: Diagrama energético de las reacciones endotérmicas y exotérmicas ............. 18 Figura 2-3: Concentración de los reactivos ............................................................................... 20 Figura 2-4: Dependencia de la velocidad de reacción con el grado de particulación de

los reactivos .................................................................................................................................... 22 Figura 2-5: Diagrama energético de las reacciones, con y sin catalizador .......................... 23 Figura 2-6: Cono del aprendizaje por Edgar Dale .................................................................... 26 Figura 4-1: Resumen de las actividades realizadas en la fase de planificación .................. 46 Figura 4-2: Logo del simulador "Virtual LabCin" ......................................................................... 48 Figura 4-3: Interfaz gráfica del simulador "Virtual LabCin" ....................................................... 48 Figura 4-4: Resumen de las actividades realizadas en las fases de ejecución y observación

......................................................................................................................................................... 54 Figura 5-1: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pre-test) .............. 65 Figura 5-2: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pre-test) .............. 66 Figura 5-3: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pre-test) .............. 66 Figura 5-4: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pre-test) .............. 67 Figura 5-5: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pre-test) .............. 68 Figura 5-6: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pre-test) .............. 68 Figura 5-7: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pre-test) .............. 69 Figura 5-8: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pre-test) .............. 70 Figura 5-9: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pre-test) .............. 70 Figura 5-10: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pre-test) .......... 71 Figura 5-11: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pre-test) .......... 71 Figura 5-12: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pre-test) .......... 72 Figura 5-13: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pre-test) .......... 73 Figura 5-14: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pre-test) .......... 73 Figura 5-15: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos

......................................................................................................................................................... 74 Figura 5-16: Distribución de resultados del pre-test de los dos grupos ................................... 75 Figura 5-17: Desarrollo del experimento "La botella mágica" ................................................. 79 Figura 5-18: Trabajo experimental del efecto de la temperatura .......................................... 81 Figura 5-19: Analogía, curva de altimetría - energía de activación ...................................... 82 Figura 5-20: Taller de simulación, efecto de la temperatura ................................................... 84 Figura 5-21: Resultados de la simulación, efecto de la temperatura .................................... 85 Figura 5-22: Taller práctico, efecto de la concentración ........................................................ 86 Figura 5-23: Actividad de simulación, efecto de la concentración ...................................... 88

XII Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 5-24: Resultados de la simulación, efecto de la concentración de los reactivos .... 89 Figura 5-25: Actividad experimental, efecto de la naturaleza de los reactivos ................... 90 Figura 5-26: Resultados de la simulación, efecto de la naturaleza de los reactivos ............ 92 Figura 5-27: Taller experimental, efecto grado de particulación de los reactivos ............... 94 Figura 5-28: Actividad de simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos

......................................................................................................................................................... 97 Figura 5-29: Resultados de la simulación, efecto del grado de particulación de los

reactivos ......................................................................................................................................... 98 Figura 5-30: Desarrollo del experimento "La sustancia x" ......................................................... 99 Figura 5-31: Analogía, salto alto - efecto de los catalizadores ............................................. 101 Figura 5-32: Resultados de la simulación, efecto de los catalizadores ................................ 103 Figura 5-33: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pos-test) .......... 104 Figura 5-34: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pos-test) .......... 104 Figura 5-35: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pos-test) .......... 105 Figura 5-36: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pos-test) .......... 106 Figura 5-37: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pos-test) .......... 107 Figura 5-38: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pos-test) .......... 107 Figura 5-39: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pos-test) .......... 108 Figura 5-40: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pos-test) .......... 109 Figura 5-41: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pos-test) .......... 110 Figura 5-42: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pos-test) ........ 110 Figura 5-43: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pos-test) ........ 111 Figura 5-44: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pos-test) ........ 112 Figura 5-45: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pos-test) ........ 112 Figura 5-46: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pos-test) ........ 113 Figura 5-47: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos

....................................................................................................................................................... 115 Figura 5-48: Distribución de resultados del pre/pos-test de los dos grupos ......................... 116

Lista de Tablas XIII

Lista de Tablas Pág.

Tabla 4-1: Muestra de estudio ..................................................................................................... 45 Tabla 4-2: Fases del estudio ......................................................................................................... 45 Tabla 4-3: Conceptos abordados en cada ítem del cuestionario ........................................ 47 Tabla 4-4: Escala de valoración .................................................................................................. 57 Tabla 5-1: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos .......................... 74 Tabla 5-2: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos ........................ 114

 

Lista de Símbolos y Abreviaturas XIV

Lista de Símbolos y Abreviaturas

Símbolos con letras latinas Símbolo Término Unidad SI Definición

K Constante de velocidad

(Ecuación de Arrhenius) 1 Ec. 2

𝑣 Velocidad de reacción 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿!!∙  𝑆

!! Ec. 1

V Coeficiente de Aiken 1 Ec. 7

Símbolos con letras griegas

Símbolo Término Unidad SI Definición

𝛼 Alfa de cronbach 1 Ec. 5

Abreviaturas

Abreviatura Término C# (Pronunciado si sharp) lenguaje de programación E Estudiante Ea Energía de Activación g Gramos

GTE Grupo de Trabajo Experimental

GPS Grupo de Prácticas de Simulación

IESL Institución Educativa San Lorenzo

J Juez

L Litros

MEN Ministerio de Educación Nacional mL Mililitros TIC Tecnologías de la Información y las Comunicaciones

Introducción En el proceso de enseñanza-aprendizaje de la química, el desarrollo de los

principios básicos (modelos atómicos, periodicidad, enlace químico, funciones

orgánicas e inorgánicas, estequiometría, equilibrio y cinética) aplicados a

problemas concretos haciendo uso de la experimentación, pueden llegar a

favorecer la metodología didáctica y pedagógica de los docentes (Kaya &

Geban, 2012). Asimismo el trabajo práctico asociado también a la incorporación

de herramientas tecnológicas se convierte en una estrategia que permite

mejorar el ritmo de aprendizaje de los estudiantes y la gestación de

competencias que tienen que ver con el uso de los conocimientos de química,

su aplicación en contexto y la utilización de las nuevas tecnologías. Sin embargo

la dificultad para poder comprender estos principios radica en gran medida en

que la aplicación práctica que se le da a estos, es por lo general nula.

No obstante, la realidad es que el desarrollo de estas habilidades no se está

implementando transversalmente en la enseñanza, especialmente en temas en

la cual es importante su utilización, como es el caso de la cinética química. Este

contenido se aborda en el grado décimo, en donde se han encontrado

dificultades para su comprensión, debido al uso de metodologías tradicionales

que no satisfacen las necesidades de aprendizaje de los estudiantes (Tejada et

al., 2013) y excluyen la experimentación y la utilización de las TIC como aspectos

fundamentales en la enseñanza de la química, (Kurt & Ayas, 2012, p. 980;

Cardellini, 2012; Lynch, 1997).

De igual forma los modelos convencionales no proporcionan oportunidades para

que los estudiantes puedan interactuar en ejemplos de la vida real y tomar sus

conocimientos más allá del aula, indicando así que una de las principales

razones que está detrás de la mayoría de los problemas en el aprendizaje de la

2 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

química, es que se considera solo como una ciencia académica que no está

relacionada con la vida diaria, (Treagust et al., 2000, tomado de Kurt & Ayas,

2012, p. 980).

Por tanto, dado que el descubrimiento, la investigación y la comprobación

científica están alejados del contexto del estudiante, y su aplicación es clave

para la enseñanza y aprendizaje de la química, esta investigación plantea el

diseño de una estrategia didáctica para la enseñanza de los conceptos de la

velocidad de reacción, en relación con situaciones prácticas en el aula de clase

o en el laboratorio y/o simuladas a través de una computadora, en donde se

evidencie la utilización de materiales de uso cotidiano para su mayor

comprensión.

La presencia e importancia de la experimentación y el uso de las TIC, basados en

una metodología de aprendizaje activo deben responder de la mejor forma

posible a esta realidad, para tratar de cambiar en los estudiantes las

representaciones mentales erróneas que suelen tener de los conceptos de la

incidencia de los factores en la velocidad de las reacciones químicas, y que

sean ellos mismos quienes logren vincular lo que ya saben con los elementos

nuevos, utilizando su propio esfuerzo y parte de los materiales de los que ya

disponen, (Ramos, 2013). En efecto, esta propuesta surge con el objetivo de

implementar actividades que relacionen el trabajo práctico con la teoría para

proporcionar experiencias directas sobre fenómenos, se permita contrastar la

abstracción científica ya establecida con la realidad (Barberá y Valdés, 1996), y

se haga uso de la tecnología a través de la utilización de herramientas virtuales y

experimentales buscando ambientes de aprendizaje acordes al conocimiento

científico, donde se genere en los estudiantes la posibilidad de interactuar con

otros, fortalecer el trabajo en equipo y facilitar una participación activa.

En esta línea hay una importante literatura asociada a la utilización de las TIC

para abordar los conceptos de velocidad de las reacciones químicas como lo es

la investigación realizada por Hernández (2013) quien implementó el uso de

herramientas virtuales en estudiantes del grado 11, en la enseñanza de la

Introducción 3

cinética y equilibrio químico, lo cual propició un cambio en la disposición para el

aprendizaje y comprensión de conceptos asociados; el trabajo de Zain, Abdul &

Sui (2013) en la enseñanza de la cinética química apoyado con MS Excel, que

demuestra ser una herramienta confiable para el aprendizaje de la química y el

desarrollo de habilidades matemáticas, informáticas y gráficas; el estudio

descriptivo hecho por Stieff & Wilensky (2003), que pone en manifiesto el impacto

que tiene el uso del simulador "Connected Chemistry-Incorporating Interactive” y

su influencia en el aprendizaje de los conceptos de equilibrio químico en 6

estudiantes universitarios de pregrado y posgrado con un alto rendimiento en

ciencias, quienes revelan resultados significativos en la comprensión de esta

temática, mostrando una menor dependencia en el uso de algoritmos y datos

memorísticos y más en enfoques conceptuales en resolución de problemas.

De acuerdo con el uso de la experimentación se presenta la propuesta de Mejía

(2014) quien desarrolla la implementación de actividades experimentales que

posibilitaron un mejor desempeño de los estudiantes en el aprendizaje de la

química a través del fortalecimiento de las competencias científicas básicas; y la

investigación de Kaya & Geban (2012), de los efectos de la instrucción orientada

al cambio conceptual en estudiantes del grado 11 a través de manifestaciones

prácticas del concepto velocidad de las reacciones, aplicando una

metodología de aprendizaje activo, en donde se concluye que las

demostraciones en el aula contribuyen a mejorar la comprensión conceptual, la

atención, motivación y participación de los estudiantes, ya que tienen la

oportunidad de observar el producto químico.

Esta propuesta se estructura en la definición de los objetivos de forma clara y

puntual, en la exposición conceptual y teórica de los elementos que están

estrechamente relacionados con la investigación, y en la organización

metodológica para el cumplimiento de cada uno de los objetivos propuestos. Su

desarrollo se basa en la aplicación de los criterios que identifican al aprendizaje

activo a través de la demostración en el aula y la simulación virtual de ciertos

experimentos que pretenden explicar la incidencia de los factores en la

4 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

velocidad de las reacciones químicas, haciendo uso y evidenciando materiales

cotidianos.

Los resultados son analizados de manera cuantitativa utilizando un tratamiento

descriptivo-comparativo de gráficas porcentuales y de distribución.

Finalmente se presentan las conclusiones del proceso de investigación y se dan

algunas recomendaciones para el mejoramiento de estudios posteriores en

donde se integren metodologías basadas en esta estrategia.

Capítulo 1. Situación Problemática

1.1 Planteamiento del Problema

La ciencia es un campo propenso a manifestar cambios como producto de la

evolución y desarrollo de la tecnología; y a medida que esta cambia, también lo

debe de hacer la forma de cómo se percibe y se trasmite por profesores y

estudiantes. En efecto, las estrategias de enseñanza-aprendizaje deben de

evolucionar para permitir la preparación académica en las Ciencias Naturales,

(Alvarado, 2011, p. 15) y lograr así los avances tecnológicos y científicos que

posibilitan transformaciones en la sociedad.

Estos cambios también presentes en la enseñanza de la química surgen de la

necesidad de lograr abordar y dar solución a las dificultades que se vienen

presentando desde ya hace bastante tiempo. Los bajos niveles de aprendizaje

significativo y motivación, la falta de desarrollo de pensamiento crítico, la

ausencia de trabajos experimentales, la incompetencia de poder conectar los

conceptos con las prácticas científicas, la poca capacidad de comunicación y

trabajo colaborativo (Alvarado, 2011, p. 20), son algunas de las problemáticas

que están estrechamente relacionadas con el uso de metodologías

tradicionalistas por parte de los profesores de química del país, lo cual se

evidencia en la Institución educativa San Lorenzo y otros colegios públicos y

privados de secundaria.

Aunque no hay que desconocer que el fracaso escolar de un estudiante se debe

también a la falta de estudio, la forma de abordar el proceso de aprendizaje por

parte del docente se convierte en un factor determinante que permite que se

presenten estas actitudes y dificultades; pues su papel de sujeto pasivo y

6 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

protagónico con el uso de estrategias que no se adaptan a las necesidades y al

contexto del estudiante, quien es considerado como un simple receptor,

imposibilitan el mejoramiento en la calidad de la educación en química; pues se

ha llevado hasta una visión negativa, como lo indica los trabajos de Stocklmayer

& Gilbert (2003) quienes identifican que los alumnos han llegado a categorizarla

como aburrida, difícil y nada creativa.

Se están empleando estrategias que excluyen la investigación en el aula de

clase y favorecen poco la participación de los alumnos, lo que conduce a no

desarrollar competencias tales como: observar, analizar, argumentar, concluir,

definir conceptos, redactar un informe, expresarse oralmente, etc. Asimismo no

hay relación de la química con las tecnologías de la información y la

comunicación (TIC); según Galiano (2014, p. 29), las actividades se centran en

describir hechos o conceptos o en la resolución de ejercicios numéricos

repetitivos.

De acuerdo a la ausencia o la poca participación del trabajo práctico en las

clases de química, sus limitaciones se deben de algún modo por la falta de

motivación por parte de los maestros o la forma en que se están abordando,

pues aún sigue vigente los experimentos tipo receta, que excluyen el desarrollo

de habilidades y competencias científicas en los estudiantes, que permiten la

resolución de problemas. De igual modo se presentan otras razones que tienen

relación con el número de estudiantes como la falta de espacios, materiales,

equipos y reactivos, que aunque sean considerados cruciales, no deberían de

convertirse en un impedimento para el desarrollo de trabajos prácticos o

experimentales en el aula de clase.

La enseñanza de la química en la educación secundaria, incluyendo la IESL,

ofrece contenidos que se encuentran muy alejados de los intereses de los

alumnos (Galiano, 2014, p. 28) y de los problemas cotidianos que intentan

resolver; tal es el caso de la temática de cinética química, contemplada

explícitamente en los estándares básicos de competencias en Ciencias Naturales

para los grados décimo y once, difundidos por el Ministerio de Educación

Capítulo 1 7

Nacional (MEN), enmarcados bajo el estándar general en donde los estudiantes

deben relacionar las estructuras de las moléculas orgánicas e inorgánicas con sus

propiedades físicas, químicas y su capacidad de cambio, y que permitan así el

desarrollo de la competencia de identificar condiciones para controlar la

velocidad de cambios químicos, (MEN, 2004, p. 22).

De esta manera la temática de cinética química, se puede considerar como un

contenido relevante, que da licencia y es requisito para el entendimiento de

temas fundamentales como lo son las reacciones químicas y de tópicos

posteriores como equilibrio químico, (Sánchez et al., 2002, p. 172). El problema

radica, en que a nivel general, el tema figura entre los contenidos considerados

más difíciles de comprender tanto para estudiantes de colegio como para

estudiantes de pregrado (Cakmakci & Aydogdu, 2010, p. 15); además se

encuentra entre los menos importantes en el temario de química de bachillerato

(Finley et al., 1992, tomado de Sánchez et al., 2002, p. 172), es decir que no se

imparte de manera generalizada en la educación secundaria, especialmente en

Colombia, y si se hace, se trabaja de forma magistral y dispersa (Barrera, 2013, p.

175). La información que se transmite de los conceptos de velocidad de las

reacciones no es la más adecuada; así lo revela los estudios, en donde se ha

encontrado que los alumnos tienen una gran cantidad de ideas falsas, que

entorpecen el aprendizaje de la química, originados en la mayoría de los casos

por la falta de conocimiento de estos contenidos por parte de los profesores,

quienes transfieren estas concepciones alternativas a sus estudiantes, (Kolomuç &

Tekin, 2011, p. 85). Las investigaciones han demostrado que los profesores y

estudiantes tienen conceptos erróneos similares sobre cinética química,

resistentes al cambio y que persisten a pesar de la instrucción formal, (Kolomuç &

Tekin, 2011, p. 93-94).

Por lo tanto la enseñanza de la química, en particular los temas de velocidad de

reacción se enfrenta a serias dificultades, donde los profesores y estudiantes de

los grados décimos de la IESL, no se excluyen de estos resultados. Su

problemática se presenta principalmente en la ausencia de estos contenidos en

8 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

el plan de estudios de química y del temor al ser desarrollados por su nivel de

complejidad. Igualmente, el bajo nivel académico en la asignatura y en las

pruebas Saber de 9º, así como también, la falta de materiales, equipos y

reactivos para el desarrollo de trabajos de laboratorio, se constituyen como un

reto para cambiar las actuales prácticas docentes y comenzar a implementar

estrategias novedosas y activas, basadas en el uso de la experimentación y de

las TIC.

Teniendo en cuenta lo anterior se relaciona la siguiente pregunta de

investigación: ¿Cuál puede ser una estrategia didáctica experimental para la

enseñanza-aprendizaje de los factores que afectan la velocidad de las

reacciones químicas, bajo el enfoque del aprendizaje activo y el uso del

simulador, para estudiantes del grado 10º de la institución educativa San Lorenzo

de Suaza, Huila?

1.2 Justificación

Unos de los retos de la didáctica de la química que se ha logrado plantear para

el tercer milenio es conseguir que su educación sea racional y razonable

(Izquierdo y Aliberas, 2004, tomado de Izquierdo, 2006, p. 286) pues esta ausencia

ha logrado que la enseñanza de la química se base en el hecho de aprender de

memoria conceptos que tienden a ser complejos, resolver ejercicios de rutina,

alejarse de su aplicación en hechos reales, de plantear problemas pocos

problemáticos y de resolverlos mediante una rutina que pocos comprenden.

Hacerla razonable requiere evaluar a los estudiantes a partir de preguntas y

problemas auténticos en los que muestren sus competencias de pensamiento

científico (Izquierdo, 2006, p. 286); conseguirlo y superar el reto, implica un punto

de partida centrado en una dimensión didáctica innovadora, para ello se debe

partir, necesariamente de la investigación en el aula (Galiano, 2014, p. 31).

Esta investigación orientada a la innovación de la docencia, en este caso de

química, debe permitir la aportación de un camino de construcción de saberes,

Capítulo 1 9

métodos y estilos de conocimiento que promueven el mejoramiento de la tarea

docente; además se convierte en una línea fundamental para identificar

prácticas que deben ser objeto de profundas indagaciones, originando ideas

que surgirán de situaciones vividas en los múltiples procesos de enseñanza-

aprendizaje, que nos permiten aportar valiosos problemas objetos de la

investigación (Medina, Herrán y Domínguez, 2014, p. 1).

Entonces, debido a la problemática presentada en la enseñanza-aprendizaje de

los conceptos que implican dificultades en química no solo en los docentes y

estudiantes del grado décimo de la IESL, sino también en otros colegios de

Colombia, resulta prioritario dotar a la educación en química de una estrategia

esencial para la innovación educativa: el aprendizaje activo (Pinto et al., 2008, p.

69) incluyendo distintas metodologías de enseñanza como lo es el aprendizaje

basado en resolución de problemas, aprendizaje cooperativo y la discusión de

trabajos prácticos, de tal forma que haya una mayor implicación y autonomía

del estudiante y un nuevo papel del profesorado como agente creador de

entornos de aprendizaje que estimule a los alumnos (Pinto et al. 2008, p. 70).

A su vez, la implementación de trabajos prácticos o experimentales de química

se convierte en una dotada opción para promover el aprendizaje activista en el

aula, pues se presenta como una herramienta que permite el desarrollo del

pensamiento crítico, aumenta la capacidad para conectar los conceptos con

las implicaciones prácticas, fomenta el desarrollo de habilidades de

comunicación, trabajo en equipo y genera algo muy importante en la didáctica,

que es despertar el interés y la motivación del estudiante, y más aún en

temáticas consideradas relevantes porque permiten interrelacionarse con otros

conceptos subsiguientes de la química y se establecen en los estándares de

competencias del MEN, como es el caso de la cinética química, que poco se

imparte en los grados décimo u once en la educación secundaria, incluyendo la

IESL, debido a su compleja afinidad conceptual y el alto grado de concepciones

alternativas que tienen los docentes de ella.

10 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Para la implementación de estas metodologías es importante la incorporación

de herramientas de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC),

especialmente los programas informáticos, las simulaciones y laboratorios

virtuales, que posibilitan una mayor interacción con la información química, no

solo cuantitativa, sino también cualitativa en lo que respecta tanto a la

utilización de información textual como de códigos visuales (Cabero, 2007, p. 2)

que fortalecen el aprendizaje de los estudiantes al interpretar de manera

interactiva los conceptos químicos. La utilización de los simuladores en el aula

constituyen modelos que permiten la creación de ambientes en donde los

alumnos tienen la posibilidad de ensayar, probar, arriesgar a equivocarse (Lion,

2006) para el desarrollo de hábitos, destrezas y esquemas mentales (Cataldi et

al., 2008, p. 8).

Con el fin de contribuir a la formación de los estudiantes, a elevar su motivación

en el aprendizaje de la química, lograr un cambio de actitud  y la solución de la

problemática anteriormente expuesta, este trabajo pretende ser un aporte a la

comunidad académica de docentes en química, brindándole una estrategia de

enseñanza-aprendizaje de la temática de los factores que afectan la velocidad

de las reacciones químicas, siguiendo una metodología activa y cooperativa a

través de trabajos prácticos, experimentales y haciendo uso de herramientas

informáticas. De igual forma se busca que este trabajo sirva como marco de

referencia para que los profesores reflexionen y se preocupen por su acción

educativa, con el único propósito de mejorar la enseñanza y el aprendizaje de la

química.

1.3 Objetivos de la Investigación

1.3.1 Objetivo General

Diseñar una estrategia didáctica para la enseñanza-aprendizaje de los factores

que afectan la velocidad de las reacciones químicas, por medio de simulaciones

y la metodología de aprendizaje activo, para estudiantes de educación media.

Capítulo 1 11

1.3.2 Objetivos Específicos

§ Seleccionar los conceptos relacionados con velocidad de las reacciones

químicas que harán parte de la estrategia didáctica.

§ Desarrollar una herramienta tecnológica virtual que permita la simulación de

experimentos de cinética química.

§ Identificar los saberes previos sobre los factores que afectan la velocidad de

una reacción química.

§ Proponer el contenido y la estructura de la estrategia didáctica siguiendo la

metodología de las actividades interactivas y experimentales del aprendizaje

activo.

§ Aplicar la propuesta con estudiantes del grado 10° de la Institución educativa

San Lorenzo de Suaza (Huila).

§ Evaluar la incidencia de la estrategia sobre los saberes previos de los

estudiantes.

Capítulo 2. Marco de Fundamentación

2.1 Estado de Enseñanza de la Química

La importancia de la enseñanza de la química se ha establecido como un factor

determinante en esta sociedad, demandada por la información, la tecnología y

el conocimiento científico (Velasco et al., 2005, p. 33). De este modo, se hace

fundamental la incorporación de los contenidos de química en el bagaje

formativo de los estudiantes, necesarios para la formación de ciudadanos con

una actitud crítica e investigativa, con capacidad de interpretar los hechos

cotidianos derivados de los avances científicos.

Sin embargo, la educación científica en la enseñanza y aprendizaje de la

química está presentando dificultades, que no solo se revelan en Colombia sino

que también se extienden en todo el mundo (Galiano, 2014, p. 53); así lo han

manifestado los altos índices de reprobación y deserción estudiantil, ocasionados

por la falta de interés y motivación hacia esta disciplina científica, que aumenta

conforme los estudiantes de secundaria van recibiendo más cursos de química,

debido a la elevación del nivel conceptual (Furió, 2006, p. 222). Este mismo autor

sostiene que se ha creado un círculo vicioso: los alumnos van a clase de química

desmotivados, eso hace que no presten atención a las explicaciones y no

aprendan. Como no aprenden, se aburren y con ello aumenta el desinterés por

aprender.

Así pues, esta actitud desfavorable para el aprendizaje de la química recae en

una enseñanza descontextualizada de la sociedad, de su entorno y de sus

aplicaciones en la vida diaria, con temáticas ambiguas, poco útiles y novedosas.

Se ha llegado a crear una imagen negativa de la química, por ser reconocida

como una asignatura aburrida, difícil y además peligrosa, con repercusiones en

14 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

la sociedad, calificativo que se le ha dado por efecto de los impactos del

entorno y de los medios de comunicación social. Por otro lado las estrategias de

enseñanza aplicada por los profesores se consideran como aburridas, poco

participativas, alejadas de la experimentación y la investigación, en donde

prevalece la falta de confianza de los alumnos en el momento de ser evaluados

(Furió y Vilches, 1997; Solbes, 2002, tomado de Furió, 2006, p. 222).

Las limitaciones, surgen de la obstinada acción que tienen los docentes de

secundaria a cubrir en el menor tiempo planes y programas de química sin

intención alguna, a través de clases expositivas, haciendo uso excesivo de libros

con contenidos alejados del contexto del estudiante, remplazando las

aplicaciones prácticas por el entrenamiento repetitivo de ejercicios

matemáticos, empleando ciegamente leyes y fórmulas sin sentido alguno. Esta

rutina de aprendizaje es lo que ha conducido a la falsa creencia que tienen los

estudiantes de la química; problemas asociados directamente con el modelo

pedagógico tradicional.

La búsqueda de estrategias novedosas de enseñanza-aprendizaje de la química

es una alternativa que los docentes han optado por seguir, para lograr

complementar las metodologías tradicionalistas que aún se siguen incorporando.

Según Jarauta y Bozu (2013), citado en Galiano (2014, p. 58), los métodos

expositivos dejan de tener el protagonismo absoluto de antes, y se integran

metodologías en donde toma relevancia el atrevimiento, la decisión inicial, la

participación activa y responsable y el vínculo con las necesidades de los

estudiantes en formación. Así, surge para los docentes la necesidad de

asociación con nuevas propuestas pedagógicas, que están estrechamente

relacionadas con el desarrollo del pensamiento crítico del estudiante, con la

capacidad de poder resolver gran parte de los problemas que surgen, no solo en

química sino también de los que se presentan en la vida cotidiana (Gil et al.,

1999), que involucran el desarrollo de habilidades tecnológicas, de información y

de comunicación (TIC), de investigación, de trabajo en equipo y liderazgo, todos

con el único fin de propiciar un aprendizaje significativo, colaborativo y

cooperativo.

Capítulo 2 15

2.2 Investigación Didáctica de la Cinética Química

Los estudios en didáctica de la química, han demostrado que los conceptos de

cinética química son considerados temas altamente relevantes para la

enseñanza de las reacciones químicas y del equilibrio químico, (Sánchez et al.,

2002, p. 172; Kurt & Ayas, 2012, p. 980; Kaya & Geban, 2012, p. 217) además

revelan que debe ser estructurado como contenido central en el plan de

estudios de química (Cachapuz & Maskill, 1987, tomado de Kaya & Geban, 2012,

p. 217; MEN, 2004, p. 22) pues permite que los estudiantes aprendan cómo se

produce una reacción química por medio de la teoría de la colisiones, la

importancia de los catalizadores, los mecanismos de las reacciones y sus

aplicaciones industriales (Tastan et al., 2010, p. 47). No obstante, se ha

encontrado que no hay muchas investigaciones acerca de la comprensión de

los conceptos de velocidad de reacción ya que la mayoría de los estudios en

enseñanza de la cinética química están bajo la sombra del equilibrio químico

(Sánchez et al., 2002, p. 172).

Asimismo, las investigaciones internacionales ponen de manifiesto que los

estudiantes de los diferentes niveles académicos, tienen problemas en la

explicación de los conceptos científicos que se evidencian en la vida cotidiana

(Wu, 2003) y el concepto de velocidad de reacción es considerado uno de los

temas en el que los estudiantes tienen dificultades para entender y aplicar a la

vida real (Kurt & Ayas, 2012, p. 980).

Dentro de las propuestas que se han utilizado para mejorar la enseñanza y

aprendizaje de la cinética química se encuentran en su mayoría estudios con

metodologías que permitieron dar a conocer los diferentes errores conceptuales

que tienen los estudiantes y profesores de la temática de la velocidad de las

reacciones químicas y sobre su posible origen (Kolomuç & Tekin, 2011; Kolomuç &

Çalik, 2012; Tastan et al., 2010; Ahiakwo e Isiguzo, 2015) a su vez se han utilizado

estrategias basadas en el modelo constructivista con actividades de resolución

de problemas de los conceptos de cinética química y su aplicación en

acontecimientos de la vida real (Kurt & Ayas, 2012); el uso de actividades y

16 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

trabajos prácticos o experimentales para estudiantes y profesores siguiendo el

enfoque de la enseñanza y aprendizaje significativo (Martínez, 2009; Barrera,

2013, p. 175; Kaya & Geban, 2012); la utilización de modelos y analogías como

estrategia para aproximar lo abstracto mediantes representaciones concretas

(Bender et al., 2007) y el uso de recursos informáticos que van desde la utilización

de simuladores que modelan los procesos ocurridos en las reacciones a nivel

micro (da Silva et al., 2014; Stieff & Wilensky, 2003; Bigger, 2011; Huddle & White,

2000), el manejo de hojas de cálculo de la plataforma Ms Excel conveniente

para conceptualizar datos cinéticos experimentales: trazar gráficos de forma

rápida, determinar el orden de una reacción y la constante de velocidad (Zain,

Abdul & Sui, 2013), el diseño de objetos virtuales de aprendizaje (OVA) como

herramientas para complementar las actividades planeadas por el docente

dentro de su estrategia de enseñanza al abordar el tema de cinética química

(Botero y Palomeque, 2014) y la implementación de las TIC (Hernández, 2013).

2.3 Conocimiento Disciplinar de la Cinética Química

En este apartado se encuentra una recopilación de los elementos

fundamentales de la cinética química, catalogado como contenido principal,

para el refuerzo-complemento de temas anteriores –reacciones químicas– y

requisito para la comprensión de tópicos posteriores –equilibrio químico–

enmarcados dentro del programa o plan de estudio de la química en la

educación secundaria colombiana (MEN, 2004, p. 18-23). Además su estudio

permite el desarrollo y entendimiento de esta investigación.

Los contenidos que se muestran a continuación hacen parte del capítulo de

cinética química de libros universitarios (Maron y Prutton, 2010; Capparelli, 2013) y

del texto de química avanzada de Contreras et al. (2008).

2.3.1 Cinética Química

La cinética química es aquella rama de la Físico-Química que estudia la

velocidad de las reacciones químicas y los mecanismos a través de los cuales se

Capítulo 2 17

produce. La velocidad de una reacción química es aquella en la que las

concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo, es decir:

𝑣 = −!"

!" (1)

Donde C es la concentración del reactivo y t es el tiempo; el signo menos indica

que la concentración disminuye con el tiempo, (Maron y Prutton, 2010). De este

modo, se permite conocer como son las etapas que llevan a los reactivos desde

la condición de reactivos a la de productos, incluyendo un conocimiento

detallado sobre los posibles intermediarios que participan en la reacción, así

como los factores que son relevantes y controlan la velocidad del proceso

(Capparelli, 2013, p. 985).

2.3.2 Teoría de las Colisiones

Según Maron y Prutton (2010), se ha encontrado que de acuerdo a la teoría

cinético-molecular, para que pueda producirse una reacción química entre

átomos, iones y moléculas es necesario primero que éstos presenten colisiones.

Sin embargo, no basta que las moléculas choquen para que se lleve a cabo una

reacción. Se ha podido estimar que una fracción muy pequeña corresponde a

colisiones efectivas. Hay por lo menos dos factores que deben concurrir para que

un choque molecular produzca una nueva sustancia: la orientación de las

moléculas y la energía de activación.

2.3.2.1 Orientación de las moléculas

En el choque debe haber una orientación adecuada para que los enlaces que

se tienen que romper y formar estén a una distancia y posición viable. Por

ejemplo, para la formación del ácido yodhídrico (HI), se sugiere en la figura (2-1),

dos orientaciones de las moléculas de hidrógeno (H2) y yodo (I2) en el momento

de la colisión. En el caso (a) se da lugar a la formación de HI, en cambio en (b) la

colisión ocurre pero no con la orientación adecuada por lo tanto no se forma el

producto HI. En este caso como la colisión no fue efectiva, no hay reacción.

18 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 2-1: Orientación de las colisiones

Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Orientación de las moléculas. [Figura]. Tomado el 18 de Julio del 2016 de:

Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.

2.3.2.2 Energía de activación

La energía de activación (Ea); es la energía que requieren las moléculas para

activarsen antes de que puedan reaccionar por colisión y alcancen el estado de

transición o complejo activado, que es la disposición de mínima energía que los

reactivos deben alcanzar para que reaccionen. En otras palabras, las moléculas

en los reactivos no pasan directamente a convertirse en productos, sino que

primero tienen que saltar la barrera de energía antes de que pueda avanzar y

formar los productos (Maron y Prutton, 2010); como se ilustra en la figura (2-2).

Figura 2-2: Diagrama energético de las reacciones endotérmicas y exotérmicas

Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Perfil de una reacción. [Figura]. Tomado el 18 de Julio del 2016 de: Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.

Capítulo 2 19

2.3.3 Factores que Afectan la Velocidad de una Reacción Química

Los estudios asociados con la velocidad de las reacciones químicas tienen gran

trascendencia desde el punto de vista básico como práctico, al igual que su

implicación en la educación formal. El aprendizaje de los conceptos de cinética

son de suma importancia para que los estudiantes comprendan las relaciones

entre el cambio químico y la energía, los tipos de reacciones, los procesos

desarrollados y lo que es más importante, el entendimiento de los fenómenos

químicos de la vida cotidiana y la explicación de por qué suceden (Kolomuç &

Tekin, 2011, p. 85). Desde el punto de vista fundamental, es relevante obtener

información sobre todos los factores que influyen sobre la velocidad de la

reacción, pues es importante para el control cinético de procesos aplicados

(Capparelli, 2013, p. 985).

Según la teoría de las colisiones la velocidad de una reacción dependerá de

cinco factores:

2.3.3.1 Temperatura a la cual se desarrolla la reacción

Un aumento de la temperatura, indica que las moléculas tendrán mayor energía

cinética, esto significa que crece la fracción de moléculas, cuya energía será

mayor o igual a la energía de activación. De esta manera, se moverán más

rápido, es decir, se incrementará el número de colisiones efectivas y la violencia

de éstas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción.

Svanthe Arrhenius estableció empíricamente que las constantes de velocidad de

muchas reacciones varían con la temperatura según la expresión:

𝐾 = 𝐴𝑒!!!/  !" (2)

Tomando logaritmos naturales en ambos miembros de la ecuación, quedaría:

𝑙𝑛  𝐾 =  𝑙𝑛  𝐴 −!!

!"   (3)

20 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Donde K es la constante de velocidad de la reacción, A es la constante de

Arrhenius, Ea es la energía de activación, R es la constante universal de los gases y

T la temperatura absoluta.

La ecuación de Arrhenius indica que la constante de velocidad:

a) Es directamente proporcional a A (frecuencia de las colisiones).

b) Disminuye cuando aumenta la Ea, es decir, que mientras mayor es la

energía de activación menor es la velocidad de la reacción.

c) Aumenta con el incremento de la temperatura (se duplica cada vez que

se eleva en 10 ºC la temperatura). ���

2.3.3.2 Concentración de los reactivos

Cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción,

ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número o

frecuencia de choques, y mientras más frecuentes sean estas colisiones mayores

posibilidades existen de que los choques sean efectivos y den lugar a nuevos

productos. En la figura (2-3) se observa la relación existente entre la

concentración y la velocidad de las reacciones químicas.

Figura 2-3: Concentración de los reactivos

Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Concentración de los reactivos. [Figura]. Modificado el 18 de Julio del 2016

del sitio web: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//500/530/html/Unidad_02/pagina_39.html

Capítulo 2 21

2.3.3.3 Naturaleza de los reactivos

Cada reacción química tiene una velocidad característica que está

determinada por la estructura y composición química de los compuestos

involucrados, o en otras palabras, de la naturaleza de los reactivos. Por ejemplo,

a temperatura ambiente el sodio metálico reacciona rápida y violentamente

con el agua, mientras que el calcio metálico en las mismas condiciones lo hace

muy lentamente. En suma, en sustancias parecidas la estructura química es un

factor que altera la velocidad de reacción.

Además se puede considerar, que a temperatura ambiente, las reacciones que

no implican un reajuste de enlaces en donde solo hay un intercambio de

electrones entre iones suelen avanzar aprisa, pero cuando se requiere de la

ruptura y/o formación de enlaces, las reacciones tienden a ser lentas. Así, por

ejemplo, si tomamos como referencia la velocidad de las siguientes reacciones a

temperatura ambiente:

§ Catión hierro (III) (ac) + Catión cromo (II) (ac) → Catión hierro (II) (ac) + Catión

cromo (III) (ac) ; muy rápida

§ Monóxido de nitrógeno (g) + Oxígeno (g) → Dióxido de nitrógeno (g); moderada

§ Metano (g) + Oxígeno (g) → Dióxido de carbono (g) + Agua (g); muy lenta

La primera reacción no requiere la ruptura ni la formación de enlaces, sino un

intercambio de electrones de unos iones a otros. La segunda requiere la ruptura

del enlace O=O, y la formación de dos nuevos. Finalmente, la tercera reacción

requiere la ruptura de seis enlaces y la formación de otros seis nuevos (Demo

educativa, 9 de Julio de 2017).

2.3.3.4 Estado físico y grado de particulación de los reactivos

El estado físico (líquido, sólido o gaseoso) en el que se encuentran las sustancias

que reaccionan es importante para determinar su reactividad. Para este hay que

reconocer dos situaciones:

a) Reacciones homogéneas: los reactivos están en la misma fase.

b) Reacciones heterogéneas: los reactivos están en diferente fase.

22 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

En el primer caso, como sucede en la mezcla de gases o en una disolución

acuosa, las moléculas y/o iones, están en contacto directo y las reacciones son,

en general, rápidas. En cambio cuando hay diferentes fases (por ejemplo, sólido

y líquido) las reacciones son lentas, pues solo ocurren en las superficies de

contacto, como se muestra en la imagen (2-4). Por consiguiente entre menor sea

el tamaño de las partículas de un reactivo en estado sólido, o éste se encuentre

finamente dividido, mayor será la velocidad de la reacción, debido a que se

facilitan las colisiones de las moléculas de los reactivos, es decir que el choque

será más eficaz (figura 2-1).

Figura 2-4: Dependencia de la velocidad de reacción con el grado de particulación de los reactivos

Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Grado de pulverización de los reactivos. [Figura]. Modificado el 19 de Julio

del 2016 del sitio web: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//500/530/html/Unidad_02/pagina_39.html

2.3.3.5 Presencia de catalizadores

Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción

química, recuperándose, sin cambios en su composición al término de la

reacción.

En la mayoría de los casos los catalizadores aumentan la velocidad de las

reacciones. Sin embargo, hay casos en que un catalizador disminuye la

Capítulo 2 23

velocidad de una reacción, a estos catalizadores negativos se les llama

comúnmente inhibidores.

En general, un catalizador modifica el mecanismo de una reacción, reduciendo

la energía de activación, lo que provoca un descenso en la barrera energética

entre reactivos y productos. De esta manera, la velocidad de la reacción

catalizada es mayor que la velocidad de la reacción no catalizada, (como se

observa en la figura 2-5). Al fenómeno en sí en donde se hace uso de un

catalizador se designa como catálisis.

En ocasiones parece que un catalizador modifica la constante de equilibrio, pero

hay estudios que revelan que o bien participa activamente como reactivo, o

existe alguna complicación no prevista. Además la actividad de un catalizador

incrementa con la concentración, aunque es invariablemente cierto. Lo que

sugiere que éste actúa como un reactivo pero que se regenera al finalizar la

reacción (Maron y Prutton, 2010).

Según estos mismos autores, la catálisis puede ser homogénea o heterogénea,

según que el catalizador forme una sola fase con los reactivos o integre una fase

separada respectivamente.

Figura 2-5: Diagrama energético de las reacciones, con y sin catalizador

Fuente: Contreras, M. et al., (2008). Acción de catalizadores. [Figura]. Tomado el 20 de Julio del 2016 de:

Química III Medio, Un proyecto del Departamento Editorial de Empresa Editora Zig-Zag S.A.

24 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

2.4 Metodología de Aprendizaje Activo

El aprendizaje activo ha recibido una considerable atención por profesores en

los últimos años, en su afán por buscar alternativas de cambio para los métodos

tradicionales de enseñanza (Prince, 2004, p. 1). Se define como un método de

enseñanza en donde el eje central en el proceso de aprendizaje son los

estudiantes, a través de la realización de actividades prácticas en el aula, que

permiten que los alumnos piensen en lo que están haciendo (Bonwell & Eison,

1991, citado de Prince, 2004, p. 1).

A diferencia de la clase tradicional en donde los estudiantes reciben

pasivamente la información por parte del profesor, el aprendizaje activo

conduce a mejorar las actitudes de los alumnos, en el desarrollo de habilidades

de pensamiento crítico. Según Hiler y Paul, para aprender, se debe de pensar y

preguntar continuamente “¿Qué quiere decir esto realmente? ¿Cómo lo

sabemos? Si es cierto, ¿qué más es cierto?” y contestar estas preguntas por sí

mismo. Las respuestas que el profesor da no se asimilan completamente a menos

que las mentes de los estudiantes estén listas para recibirlas. El fundamento de la

estrategia radica en propiciar una actitud activa del estudiante durante la

dinámica de la clase, en donde él mismo es autónomo, responsable y

consciente de lo que aprende, de qué debe aprender y de lo que no ha

aprendido (Sierra, 2013).

Este método exige que los educandos no sean simples espectadores, que no se

limiten simplemente a oír, sino que generen procesos de lectura, escritura,

indagación y resolución de problemas. Es decir, según Gonzales (2000), le

permite la utilización de operaciones intelectuales de orden superior como lo es

el análisis, la síntesis, la interpretación, la inferencia y la evaluación. En

consecuencia se requiere por parte del profesor una forma diferente de conducir

la clase, y dejar atrás la cátedra expositiva, en el que se caracteriza por ser el eje

central del proceso de enseñanza-aprendizaje. El docente por tanto adquiere el

rol de facilitador, orientando a los alumnos en su proceso de búsqueda del

conocimiento. Es quien posibilita que los estudiantes desarrollen las diferentes

Capítulo 2 25

actividades con el propósito de que sean ellos mismos quienes se involucren en el

trabajo para que comiencen a descubrir y construir sus propios conceptos de la

realidad, y que si para algún caso estos conceptos son errados, su función es

aclarar estos conocimientos que suponen dificultades en los estudiantes

(Cuadrado, 2010, p. 2). De forma específica el docente en la metodología del

aprendizaje activo debe estimular la iniciativa de los estudiantes, utilizando

materiales para llamar su atención, permitiendo la formulación y comprobación

de hipótesis, propiciar el aprendizaje cooperativo, es decir la socialización con los

demás compañeros, promover el aprendizaje por medio de preguntas y dejar

que las respuestas de los alumnos orienten el rumbo de las clases.

De acuerdo a Sierra (2013) los beneficios de esta estrategia se relacionan con

mantener mejor el nivel de atención de los alumnos, facilitar la adquisición de

conocimientos, lograr una mejor comprensión de conceptos, beneficiar la

retroalimentación tanto para estudiantes como para profesores, permitir la

interacción de los alumnos, ubicar al estudiante como el centro del proceso y lo

más importante, propiciar un aprendizaje significativo. Para ello la enseñanza

basado en el trabajo práctico en el aula toma mayor relevancia, y se hace

indispensable en esta metodología, puesto que se ajusta al hecho fehaciente

de que aquellos conocimientos que no se traducen en acciones tienden a no

aprenderse –como se observa en la figura 2-6–; y la química como Ciencia

experimental se ajusta muy bien a este tipo de estrategia. Según Brenson (2002),

citado de Sierra (2013, p. 10), si la enseñanza tradicionalista propicia una 40% de

aprendizaje en los estudiantes, las metodologías constructivistas como el

aprendizaje activo orientado hacia la utilización de actividades prácticas en el

aula de clase puede llegar hasta un 60%, debido a que este genera un

incremento notable en la tendencia de la persona a recordar.

26 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 2-6: Cono del aprendizaje por Edgar Dale

Fuente: Cono del aprendizaje. [Figura]. Recuperado el 21 de Julio del 2016 de la página web: https://i.ytimg.com/vi/WMpqznyZtek/maxresdefault.jpg

2.5 La Experimentación en el Aula de Clase

Uno de los enfoques utilizados con mayor impacto en la enseñanza-aprendizaje

de las ciencias naturales, entre ellos la química, especialmente en temáticas

donde prevalece la práctica, es considerar la indispensable relación entre teoría

y experimentación. De esta manera se puede razonar que el aula debe

convertirse en un espacio de generación de conocimiento, en donde

prevalezca la indagación y la experimentación constante y se aleje un poco del

uso memorístico y repetitivo de fórmulas. Sin embargo, según Golombek (2008) es

estrictamente cierto que el enfoque experimental de la enseñanza de las

ciencias naturales requiere una base metodológica que permita la formulación

de tales experimentos, de forma que el docente pueda desarrollar en el

estudiante la adquisición de capacidades intelectuales, científicas y de

investigación.

Por consiguiente, los trabajos prácticos o experimentales son actividades

diseñadas para dar a los estudiantes la oportunidad de acercarse al trabajo que

realizan los científicos en la resolución de problemas, que pueden ser

Capítulo 2 27

investigaciones teóricas y/o prácticas (Albadalejo y Caamaño, 1992, p. 95-157),

en el que los estudiantes siguen un procedimiento con el fin de demostrar,

corroborar y convencerse de una teoría o ley científica.

Estos contenidos procedimentales que se ejecutan en la experimentación exigen

la aplicación de un conjunto de habilidades en donde prevalece la observación,

la medición, la investigación, las destrezas comunicativas, el trabajo en equipo y

las estrategias cognitivas, (Insausti y Merino, 2000). Además favorece que los

estudiantes aprendan técnicas elementales y se familiaricen con el uso de

materiales, instrumentos y aparatos (Caamaño, 2003). En efecto, y según Mejía

(2014), para poder concebir las actividades experimentales se debe incluir una

experiencia que sea real, efectuada por el maestro con la colaboración de los

estudiantes, empleando materiales de su entorno, que dirijan y articulen el

proceso de enseñanza aprendizaje y evaluación de algún concepto científico.

Para Alvarado (2011, p. 67), los trabajos prácticos giran con base a un modelo

por descubrimiento, como el constructivista, que llevan al estudiante a adquirir

aprendizaje significativo, a través de métodos activos. Para lograr su éxito, se

debe partir desde la indagación de las ideas previas de los alumnos para permitir

que por sí mismos investiguen fenómenos, cuestionen, analicen y argumenten sus

hallazgos para que poco a poco vayan formalizando su propio aprendizaje, pues

según Gil (1986), pretender que se adquieran en corto tiempo, puede conducir a

resultados pocos satisfactorios y conllevar a una visión superficial del trabajo

científico. Para ello es necesario de cierto entrenamiento constante y continuo

para poder ser comprendidos e interiorizados.

La preparación del trabajo experimental en el aula de clases debe estar

orientado hacia la preparación concreta de una secuencia de actividades,

teniendo en cuenta el tiempo, la forma más adecuada en que se van a agrupar

los estudiantes y los recursos necesarios. Estas actividades se centran

específicamente en un orden, para que los alumnos puedan: identificar el

problema, plantearse preguntas y tener ganas de responderlas; formular

hipótesis; imaginar contrastaciones experimentales de la hipótesis; argumentar las

28 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

representaciones de los resultados experimentales; buscar información para la

solución del problema; resolver el problema ideando experimentos y finalmente

imaginar aplicaciones y extrapolar de lo que se ha investigado (Dumon, 1992,

tomado de Alvarado, 2011, p. 82).

2.6 Enfoques Tecnológicos, Aplicaciones e Importancia en la Educación en Ciencias Naturales

Las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son herramientas que

facilitan la labor productiva de un país; estos instrumentos han llegado a cambiar

todo un esquema en la manera de ver el mundo, ya que simplifican el proceso,

sintetizan una información y permiten presentarla de forma sistematizada

(UNESCO, 2006).

Las TIC en la educación son todos los materiales informáticos que facilitan el

desarrollo de la dualidad enseñanza-aprendizaje, creando ciertas destrezas

mentales, con el fin de fortalecer unos ritmos de aprendizaje y permitir que el

estudiante pueda desenvolverse y adaptarse al cambio tan exigente de la

nueva sociedad.

Para Perales y Sierra (2005), las TIC en la enseñanza de las Ciencias y su uso, le

permiten al alumno adquirir diversos contenidos correspondientes a tres

dimensiones. Los contenidos conceptuales, relacionados con fenómenos

naturales físicamente inaccesibles, peligrosos, complejos, que necesitan montajes

experimentales caros. Contenidos procedimentales como la interpretación de

observaciones, datos, la manipulación de modelos analógicos; y por último los

contenidos actitudinales en el reconocimiento de la influencia de los modelos en

la elaboración del conocimiento científico.

Gracias a la evolución de la tecnología podemos aprovechar de un gran

número de alternativas para enfocarlas en la enseñanza de los contenidos de

química, para esto existen materiales multimedia tales como hipertextos,

hipermedia, software o simuladores para laboratorios virtuales, OVA, infografías,

Capítulo 2 29

entre otros. Las simulaciones como juegos educativos deben ser consideradas

como uno de los recursos más importantes dentro de una metodología de

aprendizaje activo de la química (Orlik, 2002). Participar en juegos focalizados

promueve la motivación y le permite al estudiante ser protagonista de su propio

aprendizaje.

2.6.1 Simuladores y Laboratorios Virtuales en la Enseñanza de las Ciencias Naturales

Ante las considerables repercusiones que ha tenido en el ámbito educativo la

implementación de las nuevas tecnologías, se hace necesario enfatizar en la

importancia que ha tenido ésta, y el uso de recursos hardware y software en la

innovación de la educación en ciencias naturales. Esto ha creado una nueva

relación entre el proceso de enseñanza y la forma en el aprendizaje de los

estudiantes, revolucionando la manera tradicional como se llevaba este proceso

(Macías, 2007, citado de Contreras y Carreño, 2012, p. 109). Uno de los materiales

informáticos que hace parte de los cambios históricos impuesto por la evolución

tecnológica, que han influido significativamente no solo en educación sino

también en otros sectores como la medicina, la economía, la ingeniería, entre

otras, es el uso y la implementación de los simuladores.

Los simuladores utilizados en educación se definen como “programas que tienen

un modelo del algún aspecto del mundo y que permite al estudiante cambiar

algunos parámetros o variables de entrada, ejecutar o correr el modelo y

desplegar los resultados” (Escamilla, 2000, citado de Contreras y Carreño, 2012, p.

108). Para Narváez (2015, p. 29), “los simuladores son herramientas que llevan a

los estudiantes a imitar un contexto real, estableciendo en ese ambiente

situaciones problemáticas o reproductivas, similares a las que él deberá

enfrentar”.

Su uso en la enseñanza de las ciencias naturales, en especial química, permite

además de un cambio de ambiente, mejorar y complementar la enseñanza y

aprendizaje de los conceptos químicos en los que los estudiantes han presentado

30 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

problemas para comprender. En consecuencia, proporciona la forma interactiva

de modelar situaciones reales y fenómenos químicos que suponen presentar

dificultades para realizarlas en la vida cotidiana, posiblemente por falta de

recursos materiales y económicos, o porque a lo mejor no son evidenciados a

simple vista. Además facilita el logro de algunas metodologías utilizadas para la

investigación educativa, como el trabajo por proyectos, por descubrimiento y

resolución de problemas, en donde los usuarios manipulan las variables a través

de la simulación, para obtener los resultados adecuados y posibles (Contreras y

Carreño, 2012, p. 107).

Debido a que los simuladores permiten la modelación de prácticas científicas,

han logrado una gran adaptabilidad a los espacios destinados a la

experimentación en el ámbito educativo, dando lugar a laboratorios virtuales de

aprendizaje. Según Cataldi et al. (2008, p. 7), este medio tecnológico facilita la

tarea de incursionar a estudiantes y profesores en el método científico,

convirtiendo al trabajo de laboratorio y sus precauciones por accidentes, en una

opción de aprendizaje en donde el alumno puede equivocarse y repetir la

actividad con una inversión baja. Para Rodríguez et al. (2013), los laboratorio

virtuales, también se pueden utilizar como medio de preparación para adquirir o

fortalecer las habilidades, destrezas y conocimientos básicos para seguir con el

buen uso de las clases prácticas y evaluar las habilidades que se deben de tener

en un laboratorio real.

La realización de experimentos químicos simulados a través del uso de

laboratorios virtuales sin la necesidad de comprar equipo y materiales químicos

costosos o peligrosos, promueve en los estudiantes el autoaprendizaje y la

capacidad de análisis; fomenta el pensamiento crítico por medio de la

resolución de problemas semejantes a los reales y permite en el estudiante, la

comprensión de mecanismos de reacción química, la motivación e interés por la

experimentación, (Cataldi et al., 2008, p. 7).

Capítulo 3. Marco Epistemológico

3.1 Contexto Histórico de la Cinética Química

El primer tratamiento del concepto de velocidad de una reacción química que

sitúa los primeros comienzos de la cinética química según Laidler (1985, p. 45)

surge en 1850 en el trabajo realizado por el físico alemán Ludwing Ferdinand

Wilhelmy (1812-1864), quien notó la medida del grado de avance de una

reacción de hidrólisis del azúcar de caña (sacarosa) en medio ácido. Investigó la

reacción a diferentes concentraciones de ácido por medio de un polarímetro, y

encontró que la velocidad instantánea de cambio de la concentración de

azúcar era proporcional a las concentraciones de azúcar y ácido, esta relación

fue expresada en una ecuación diferencial. También examinó la influencia de la

temperatura sobre la velocidad de la reacción.

Por otra parte Zambelli (2012) alude que mucho antes, el alemán Carl Friedrich

Wenzel (1740-1793) encuentra el primer enlace entre la velocidad de reacción y

la cantidad de los reactivos, teniendo en cuenta el momento de disolución de

pequeños cilindros de metal dentro de soluciones de ácido diluido, lo cual lo

lleva a concluir que la velocidad de la reacción resulta proporcional a la

afinidad o la fuerza del ácido, mientras que es inversamente proporcional a la

resistencia del disolvente. Para 1803 el químico francés Claude Louis Berthollet

(1748-1822) expresa la primera forma cualitativa a lo que más adelante llamarían

“Ley de acción de masas”, al considerar que el progreso de una reacción

química depende de la cantidad y las condiciones de las sustancias

reaccionantes (Zambelli, 2012, p. 7).

32 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Pero fue para 1862, después de los trabajos de Wilhelmy, que los químicos

noruegos Peter Waage (1833-1900) y Cato Maximilian Guldberg (1836-1902)

contribuyeron a este esclarecimiento, proporcionando una expresión

cuantitativa insatisfactoria a la ley de acción de masas (Zambelli, 2012, p. 11).

Asumieron que las ecuaciones de velocidad se podían deducir de las

ecuaciones estequiométricas, y que su igualación conducía al equilibrio químico

(Laidler, 1985, p. 46). A pesar que sus estudios fueron muy relevantes para la

época, actualmente se sabe que el equilibrio químico debe ser tratado por los

métodos de la termodinámica.

En los años 1865 a 1867 el químico ingles Augusto George Vernon Harcourt (1834-

1919) y el matemático británico William Esson (1838-1916) introdujeron las

ecuaciones diferenciales para formular diferentes tipos de reacciones, que al ser

integradas obtuvieron expresiones para las cantidades del producto formado en

función del tiempo (Gallego et al., 2010, p.105). Como resultado suscitaron los

conceptos de reacciones de primer orden en el que la velocidad es

proporcional a la concentración de una sola sustancia, reacciones de "segundo

orden" en el que la velocidad es proporcional al producto de las dos

concentraciones, y reacciones consecutivas (tercer orden) en las que el

producto de una reacción de primer orden sufre otra reacción de primer orden

(Laidler, 1985, p.47) denominaciones que introdujo Friedrich W. Ostwalt (1853-

1932) en 1887 (Laidler, 1995, citado de Gallego et al., 2010, p.105). Según Gallego

et al., (2010) Esson establece también el concepto de mecanismos de reacción,

que se desprenden del análisis matemático de la cinética química.

Una de las mayores contribuciones en cinética química del siglo pasado fueron

las del químico holandés Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911). Introdujo el

símbolo de la doble flecha de dirección contraria en la ecuación de una

reacción química como representación del equilibrio químico; estableció el

concepto de lo que hoy conocemos como “fin de la reacción”; clasificó las

reacciones como “monomolecular” por el cual quería decir que sus velocidades

eran proporcional a la primera potencia de la concentración de un reactivo,

“bimolecular” si sus velocidades eran proporcionales al cuadrado de la

Capítulo 3 33

concentración del reactivo o al producto de dos concentraciones de reactivos y

“trimolecular” eran las que implicaban el producto de tres concentraciones, y así

sucesivamente (Laidler, 1985, p. 51-52).

Fue a través de resultados experimentales que Van't Hoff pudo explicar estos

tipos de reacciones. El ejemplo para las “unimoleculares” (primer orden) la

estableció con la descomposición de la arsina, experimentó con la hidrólisis de

acetato de etilo con sosa cáustica como ejemplo de la reacción “bimolecular”

(segundo orden), y aunque no encontró ejemplos prácticos para las reacciones

“trimoleculares” (tercer orden), estableció la ecuación de velocidad, en su forma

diferencial e integrada, para una reacción 'polimolecular', en el que la velocidad

es proporcional a una concentración a la enésima potencia. Estos ejemplos los

ilustró en su ecuación equilibrada y les aplicó el método diferencial para la

determinación de la “molecularidad” (hoy en día conocido como orden) de una

reacción química de acuerdo con la medición de la velocidad [v] a diferentes

concentraciones [c] del reactivo:

𝑣 = 𝑘𝑐! (4)

Donde k es la constante de proporcionalidad (constante de velocidad) y n se

halla a partir de la pendiente de una gráfica de log v frente al log c, (Laidler,

1985, p. 52-53; Gallego et al., 2010, p.105).

Otro aspecto importante en que se destacó Van't Hoff fue el de la influencia de

la temperatura sobre las constantes de velocidad y las constantes de equilibrio,

que de manera temprana había sido expresada por Wilhelmy.

Para 1890 el químico alemán Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) introdujo la

noción de energía de activación y en el mismo año Mentchtkine explicó la

influencia del medio en la velocidad de una reacción (Wojtkowiak, 1987).

Los estudios relacionados a la dependencia de la temperatura con la velocidad

de las reacciones, tuvo un mayor enfoque por el sueco Svante August Arrhenius

(1859-1927), quien estuvo de acuerdo con la teoría de las colisiones de los gases,

34 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

explicando que debía de existir para las moléculas de los reactivos una cierta

forma de colisionar “choque eficaz” y tener la suficiente energía para activarse,

poder reaccionar y formar los productos. Fue a partir de 1922, que Frederick

Alexander Lindemann (1886-1957), Fritz Wolfgang London (1900-1954), Louis

Stevenson Kassel (1923), Henry Eyring (1901-1981), Cyril Norman Hinshelwood

(1897-1967) y Arthur Amos Noyes (1866-1936) complementaron la teoría de los

choques moleculares, argumentando que la energía que se ganaba se repartía

en los diferentes grados de libertad de las moléculas dando una configuración

cinéticamente activa (Wojtkowiak, 1987).

Cabe mencionar también como aspecto histórico, los comienzos de la catálisis

con las contribuciones de Ostwald, quien investigó el trabajo hecho por Wilhelmy

y descubrió que no era el ácido quien reaccionaba directamente con el azúcar,

sino que actuaba como acelerador de la reacción. Por otra parte se destaca el

estudio de Berzelius y sus pupilos quien dieron la primera definición de catálisis y

catalizador, que “se manifiesta cuando las fuerzas de atracción entre los

radicales, (especies activadas en términos modernos), se cambian debido al

contacto con un tercer cuerpo (catalizador) que no se combina con las especies

reaccionantes originales” (Zambelli, 2012, p. 17-18).

3.2 Aspectos Epistemológicos de la Cinética Química

Para el desarrollo de este apartado se tienen en cuenta ocho modelos citados

por Justi & Gilbert (1999), que son representaciones epistemológicas de una idea

que une las abstracciones de las teorías del concepto de velocidad de reacción

con la experiencia del mundo.

3.2.1 Modelo Antropomórfico

Este primer modelo surge en un contexto donde se relaciona el comportamiento

de la materia con la conducta humana, incorporando una explicación filosófica

y romántica, por ejemplo con el amor y el odio; afirmación dada por algunos

filósofos materialistas griegos, quienes se aventuraban a pensar sobre la afinidad

Capítulo 3 35

que tenía la materia, como fuerza selectiva capaz de relacionarse con este tipo

de sentimientos para producir ciertas transformaciones.

La única noción de velocidad en este modelo fue dada por Aristóteles, quien

argumentó que “la Velocidad es sinónimo de la preparación para que se

produzca una transformación” (Mellor, 1904, citado por Justi & Gilbert, 1999).

3.2.2 Modelo de Afinidad Corpuscular

El modelo de afinidad corpuscular, interpreta los conceptos de fuerza y de

afinidad que existían en el siglo XVII y XVIII propuestos en primer lugar por Robert

Boyle (1627-1691) quien definió ésta como la tendencia de las sustancias para

combinarse con otras como resultado de fuerzas entre las partículas involucradas

a las que se les atribuía distintas características; y por otro lado, está Isaac

Newton (1642-1727) con su teoría “principio de acción a distancia” que explica la

existencia de una fuerza que hacía que los cuerpos tendieran uno hacia el otro.

Esta concepción llevó a que el químico francés Etienne Francois Geoffroy (1672-

1731) desarrollara tablas de afinidad que podrían ser consideradas como el

primer antepasado de la tabla periódica (Zambelli, 2012, p. 5).

En este modelo se hicieron los primeros acercamientos al concepto de velocidad

de una reacción, en el que se consideró que la disposición para su desarrollo

dependía de la relación con los diferentes grados de afinidad entre las partículas

(Miranda et al., 2014, p. 199).

3.2.3 Modelo Cuantitativo

En este modelo las reacciones químicas hacen parte de un proceso en el cual las

partículas están en constante interacción, pero no a causa de algún tipo de

afinidad corpuscular. La introducción de las matemáticas en el estudio de la

cinética química propuestos en un comienzo por Ludwing Ferdinand Wilhelmy y

que después fue complementado por William Esson, permitió establecer la

relación de proporcionalidad entre la velocidad a la que se produce una

36 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

reacción y la cantidad de partículas (variación de concentración) de los

reactivos o productos en un tiempo dado.

3.2.4 Modelo de Mecanismo

Para esta representación la atención se focaliza en el proceso, en el curso de la

reacción que sucede a través de distintos pasos. Se proponen las relaciones

entre la velocidad de las reacciones químicas y las interacciones entre partículas

en distintas etapas, determinadas por el mecanismo en el cual ocurrían,

estableciendo las reacciones de primer y segundo orden. Según Miranda et al.

(2014), este modelo permitió el desarrollo de expresiones matemáticas

relacionadas con la velocidad de las reacciones químicas.

3.2.5 Modelo Termodinámico

Los aportes principales en este modelo, fueron hechos por Van't Hoff y Arrhenius.

El primero confirmaba la dependencia que tiene la temperatura con la

velocidad, necesaria para que ésta sufra un cambio. Por otro lado Arrhenius

basó su idea en que la velocidad de una reacción no solo depende de la

cantidad de sustancia existente, sino también del número de moléculas que

tienen suficiente energía para reaccionar e incorporó el concepto de “barrera

energética” o energía de activación. Además desarrolló la ley que lleva su

nombre, en donde se explica esta teoría incluyendo la dependencia de la

constante de velocidad con la temperatura.

En el modelo termodinámico se dio explicación a la actuación de los

catalizadores sobre la energía de activación y por otra parte se esclareció la

determinación de la “molecularidad” y el orden de una reacción química, de

acuerdo con la medición de la velocidad a diferentes concentraciones del

reactivo.

Capítulo 3 37

3.2.6 Modelo Cinético

A partir de la teoría cinética de los gases, surge el modelo cinético, como una

representación que pretendía explicar el comportamiento de las moléculas en

una reacción química. Su mayor atributo se centró en tratar de ilustrar el

rompimiento y formación de enlaces por las colisiones entre las moléculas de los

reactivos, teniendo en cuenta la adecuada orientación espacial, forma de

choque y la obtención de la suficiente energía de activación para poder llegar a

formar los productos. Este significativo aporte llegó a construir la famosa “teoría

de las colisiones”.

Este modelo sentó las bases para los estudios en catálisis, al explicar la acción del

catalizador en términos de disminución de la energía de activación, y además

permitió profundizar en los mecanismos de reacción.

3.2.7 Modelo Mecánico Estadístico

Centró su investigación en expresar de forma estadística la probabilidad de

aumento de choques de las moléculas de los reactivos hasta llegar a su máxima

energía potencial y formar así el complejo activado.

También se establecieron propuestas experimentales que manifestaban las

reacciones en cadena, la participación de los radicales libres en el desarrollo de

una reacción química y el efecto de algunos átomos como intermediarios de

reacción.

3.2.8 Modelo de Estado de Transición

En éste se integraron los tres últimos modelos, con el desarrollo de nuevas

técnicas experimentales para poder comprender de forma más detallada los

mecanismos de reacción y obtener mejores predicciones en el comportamiento

de un sistema químico. Además permitió un avance significativo en el

entendimiento del avance y desarrollo de las reacciones químicas con y sin

catalizador.

38 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

3.3 Preconcepciones sobre Cinética Química

Si bien se ha dicho que el aprendizaje como construcción activa de las ideas

previas (Nieswandt, 2000, citado de Kaya & Geban, 2012, p. 216) se producen

como consecuencia de la interacción con las nuevas concepciones (Linn, 1987,

citado de Kaya & Geban, 2012, p. 216), es un hecho real que los estudiantes

están presentando dificultades en el aprendizaje de las ciencias. El problema se

genera cuando los alumnos traen consigo conceptos erróneos que se incorporan

en su estructura cognitiva generando conflictos para ser conectados con la

nueva información que se presume que es la apropiada. Las investigaciones en

didáctica de las ciencias han revelado que hay ciertas ideas previas que no son

consistentes con las explicaciones de lo científicamente aceptado y se resisten al

cambio (Novak, 1988), más aún cuando se implementan estrategias de

enseñanza tradicionales (Tastan et al., 2010, p. 48).

La difícil comprensión para los estudiantes de los conceptos de química debido a

su condición abstracta, pone en manifiesto la existencia de diversas ideas falsas.

La temática de cinética química no se escapa a esta realidad, pues según los

estudios (por ejemplo Onwu, 1986 y Bojczuk, 1979, citado de Ahiakwo e Isiguzo,

2015, p.113) se ha encontrado que los alumnos perciben los conceptos

relacionados como difíciles de aprender.

Teniendo en cuenta las diferentes investigaciones en enseñanza de la cinética

química y el estudio de Sánchez et al. (2002, p. 175-177), los cuales hicieron una

revisión bibliográfica sobre los trabajos publicados en didáctica en los diversos

niveles educativos relacionados a los preconceptos de los estudiantes del tema

de cinética química, se destacan las siguientes concepciones alternativas:

§ Incapacidad para distinguir masa de concentración (wheeler & Kass, 1978).

§ Para algunos alumnos una reacción química implica la transformación de

unos átomos en otros o el desplazamiento físico de un sitio a otro, para

reactivos y productos (Johnstone et al., 1977; Gorodetsky & Gussarsky, 1986).

Capítulo 3 39

§ Problemas en la definición de la velocidad de una reacción química. Los

estudiantes declaran que la velocidad y el avance de una reacción es la

misma cosa (Banerjee, 1991; Çakmakçı, 2005, citado en Tastan et al., 2010).

§ Dificultades para explicar fenómenos químicos basados en modelos teóricos

(Cachapuz & Maskill, 1987, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).

§ No tienen en cuenta el orden una reacción al afirmar que la velocidad de una

reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactivos

(Tastan et al., 2010).

§ Los estudiantes tienen dificultades en la comprensión de cómo ocurren las

reacciones a nivel molecular teniendo en cuenta la teoría de las colisiones

(Justi, 2002).

§ Dificultad para interpretar gráficas relacionadas con el cambio en la

concentración de sustancias con respecto al tiempo, para una reacción

química (Kolomuç, 2009, citado en Tastan et al., 2010).

§ Se considera que la velocidad de una reacción aumenta con el tiempo

(Hackling & Garnett, 1985). Los estudiantes son incapaces de diferenciar la

velocidad de reacción y el tiempo de reacción, pues creen que las

reacciones avanzan más rápido al inicio de la reacción y más lento al final

(Cakmakci, 2010a, citado de Ahiakwo e Isiguzo, 2015).

§ Confusión entre el intermediario, el catalizador y el complejo activado

(Çakmakçi, 2005).

§ Se utilizan los coeficientes estequiométricos en la ecuación de velocidad

como exponentes o se incluyen en las concentraciones. No se consigue

obtener la ecuación de velocidad a partir de datos experimentales

(Boujaoude, 1993).

§ Los alumnos aplican incorrectamente el principio de Le-Chatelier (Hackling &

Garnett, 1985).

§ Creen que los catalizadores no afectan o no cambian los mecanismos de una

reacción (Hameed et al., 1993; Johnstone et al., 1977; Gorodetsky & Gussarsky,

1986; Kakmakci, 2010a).

40 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ Algunos confunden la energía de activación con la temperatura (Gussarsky &

Gorodetsky, 1988). También se considera que la Ea es la energía cinética de las

moléculas reaccionantes, o que es la cantidad total de energía liberada en

una reacción (Kakmakci, 2010a, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).

§ Los alumnos tienen dificultades para comprender el concepto de factores que

afectan la velocidad de reacción, así como la interpretación de gráficas en

las que están inmersas (Tastan et al., 2010).

§ Piensan que un aumento en la temperatura inicial del sistema disminuye la

velocidad de reacción: las colisiones de las partículas en rápido movimiento

serían menos efectivas, porque las partículas rebotarían (Van Driel, 2002).

Igualmente, se considera que un aumento de la temperatura inicial no afecta

o disminuye la velocidad de las reacciones exotérmicas (Kakmakci, 2010a,

citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16).

Por otra parte, algunos estudios como Çalık & Ayas (2005); Ebenezer & Gaskell

(1995); Ginns & Watters (1995); Goodwin (1995); Kolomuç & Çalık, 2012; Kolomuç

& Tekin, 2011; Taber & Tan (2011) y Valanides (2000) plantearon hipótesis de que

los estudiantes tienen una gran cantidad de ideas falsas, que entorpecen el

aprendizaje, en este caso de la química, originados la mayoría de las veces por

la falta de conocimiento de los contenidos por parte de los profesores, quienes

transmiten estas concepciones alternativas a sus alumnos.

En la temática de velocidad de las reacciones químicas se han logrado

identificar en los docentes estos conceptos erróneos que suelen ser similares a los

de los estudiantes y que se resisten a ser cambiados. El propósito de la enseñanza

de la química es encontrar estas ideas falsas y tratar de superarlas al

reemplazarlas por conceptos científicos, es decir lograr un cambio conceptual

(Kolomuç & Tekin, 2011, p. 85-86).

Los resultados de las investigaciones indicaron que las ideas erróneas más

representativas en los docentes de acuerdo a estas temáticas puede resultar en

primera instancia del hecho de que los maestros confunden la velocidad de

reacción con el tiempo en que se ha completado. Cuando se analizan gráficas

Capítulo 3 41

de tiempo en función de la velocidad, los docentes no logran explicar

correctamente la relación existente, argumentando que el proceso de una

reacción química solo puede ser afectado por la temperatura y los

catalizadores. En cuanto el concepto de la determinación del mecanismo de

reacción se ha comprobado que tienen dificultades para comprenderlos y

determinar el mecanismo de reacción mediante el análisis de gráficos de

tiempo-concentración. También se ha detectado que tienen problemas para

explicar la relación entre la entalpía y la velocidad de una reacción química y

confunden el concepto de energía de activación en la teoría de las colisiones

(Kolomuç & Tekin, 2011).

3.3.1 Origen de las Concepciones Alternativas

La naturaleza abstracta de la temática de cinética química presume ser la causa

principal a la que se le atribuye el origen de las ideas alternativas. La dificultad se

encuentra en la elevada demanda cognitiva de estos conceptos en la

instrucción (Hackling & Garnett, 1985, citado de Sánchez et al., 2002), a los que

estudiantes y profesores suelen acomodar a sus concepciones previas, que

tienen origen en los conocimientos que adquieren en su vida cotidiana.

Asimismo, la dificultad en la cinética química radica en la incomprensión de los

conceptos fundamentales, al problema de los cálculos estequiométricos, a la

utilización de variables diferentes en los problemas, a la memoria, las dificultades

del lenguaje y de nomenclatura, pues nunca se da una visión global al tema de

las reacciones y solo se da importancia a los aspectos que interesan en su

momento (Ben-Zvi et al., 1987, citado de Sánchez et al., 2002)

Por otro lado, los métodos y estrategias de enseñanza inadecuadas que no

originan considerables aportes al cambio conceptual y que por el contrario

aumentan el desinterés y fortalecen las ideas falsas de los estudiantes en la

comprensión de los fenómenos químicos que hacen parte del contenido. A su

vez ocasionan que los alumnos supongan ideas que aunque el profesor no las

haya dicho, se alejan del concepto científico adecuado. Por consiguiente las

42 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

estrategias de enseñanza de la química deben estar diseñadas de manera que

se pueda relacionar las concepciones alternativas con el nivel cognitivo del

estudiante, pues se presume que cuando se orientan temáticas relacionadas

con química, como por ejemplo las de velocidad de reacción, los alumnos

requieren alcanzar el nivel de las operaciones formales, lo que a menudo no

sucede (Ben-Zvi, et al., 1987; Johnstone et al., 1977). Hay métodos que funcionan

mejor para estudiantes que piensan en una etapa operacional más baja y son

menos útiles para los estudiantes más capaces, que probablemente ya han

llegado a la etapa de las operaciones formales de desarrollo (Huddle & White,

2000, p. 920). Esta puede ser una posible justificación al problema de

comprensión de los conceptos de cinética química.

Capítulo 4. Diseño Metodológico

4.1 Tipo de Investigación

Para desarrollar el estudio “Enseñanza de la cinética química por medio de

simulaciones y aprendizaje activo” se definió un enfoque cuantitativo.

El estudio es de tipo descriptivo-comparativo, que busca según Dunkhe (1986),

especificar las propiedades importantes de personas, grupos, comunidades, o

cualquier otro fenómeno que sea sometidos a un análisis, (tomado de

Hernández, Fernández y Baptista, 2004, p. 45), y esto es lo que se efectuó en este

estudio, se determinó la incidencia de la práctica experimental y la simulación en

el aprendizaje de los estudiantes, del tema: factores que afectan la velocidad de

una reacción química, a través de la aplicación de un tratamiento (estrategia de

enseñanza-aprendizaje); esto sirvió para evaluar el fenómeno y describirlo lo más

ampliamente posible.

La investigación se ajusta a un diseño cuasi-experimental porque se trata de un

estudio pre/pos-test y por la forma no aleatoria de seleccionar a las dos

poblaciones de estudio, los cuales ya estaban formados antes de la experiencia:

los grupos son intactos, la razón por la que surgen y la manera como se forman es

independiente o aparte del experimento (Hernández, Fernández y Baptista, 2010,

p. 148). El propósito consiste en observar el efecto que tiene la aplicación del

tratamiento de la estrategia didáctica en sus versiones respectivas para las dos

secciones, sobre el aprendizaje de los conceptos propuestos, es decir que no hay

una designación de tipo experimental y control.

44 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

La finalidad de las pruebas pre/pos-test es recoger información significativa sobre

el nivel de aprendizaje de los alumnos con respecto a la temática propuesta,

antes y después del proceso de intervención y aplicación de las actividades.

Igualmente se busca hacer hincapié en la efectividad de la metodología de

aprendizaje activo y cooperativo sobre el nivel de competencias y comprensión

de los conceptos de química por parte de los participantes de este estudio.

Los dos grupos que participan en la investigación se consideran como estudio de

caso, porque en cada uno de ellos se recogen datos de las interacciones que

ocurren en el ambiente de aprendizaje, así como de las razones por las que estas

suceden.

4.2 Contexto Educativo y Población

La estrategia didáctica se aplica en la Institución Educativa San Lorenzo ubicada

en el municipio de Suaza. El colegio hace parte del organismo pedagógico

oficial de la secretaria de educación del departamento del Huila. Cuenta con un

laboratorio de química, instalaciones y recursos tecnológicos adecuados para

que sus estudiantes tengan la oportunidad de experimentar, investigar e

interactuar con salas virtuales de computación necesarias para la gestación de

competencias que tienen que ver con el uso de los conocimientos de química,

su aplicación en contexto y la utilización de las nuevas tecnologías.

La población de este estudio está compuesta por estudiantes de los grados

décimos, en los que la mayoría de jóvenes se establecen en el primer y segundo

estrato socioeconómico. Para su ejecución se tiene en cuenta dos grupos (ver

tabla 4-1) que son la base para analizar el efecto de la propuesta. En el primero,

con censo estudiantil de 36 estudiantes del grado 10ºA, se realizan clases con la

aplicación de trabajos experimentales, este se designa como GTE. En el segundo,

con una población estudiantil de 26 jóvenes del grado 10ºB, se ejecuta una

propuesta basada en el uso de prácticas de simulación a través del software

“virtual LabCin”, esta sección es denominada como GPS. En ambos grupos se

trabaja el mismo tema, utilizando una metodología basada en los criterios del

Capítulo 5 45

aprendizaje activo.

Tabla 4-1: Muestra de estudio

Grupo de estudiantes

(Asignatura de Química)

Cantidad de muestra

Número de estudiantes por género

GTE (décimo A) 36 estudiantes 17 hombres 19 mujeres

GPS (décimo B) 26 estudiantes 6 hombres 20 mujeres

Fuente: Creación propia

4.3 Desarrollo de la Investigación

Este apartado contempla las acciones para cada una de las fases de la

investigación, durante las cuales se proponen los instrumentos, se desarrollan las

actividades y se recolecta la información necesaria para el análisis y el

cumplimiento de los objetivos descritos.

4.3.1 Acciones de la Propuesta Didáctica

Tabla 4-2: Fases del estudio

Nº Fases de la

Investigación Acciones

1 Planificación

Documentación bibliográfica

Realización del test

Diseño y desarrollo del simulador Virtual LabCib

Realización de manuales de práctica y simulación

Validación de los instrumentos

Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de

enseñanza-aprendizaje

2/3 Ejecución/

Observación

Reconocimiento de ideas previas e introducción

(Aplicación del pre-test)

Desarrollo de actividades experimentales y uso del

simulador

Prueba final (Aplicación del pos-test)

4 Reflexión Análisis y conclusiones de la propuesta

Fuente: Creación propia

46 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

4.3.2 Fase de Planificación

La investigación didáctica permite identificar problemas en las prácticas

educativas (Medina, Herrán, Domínguez, 2014). En este sentido, se hace

primordial interpretar no solo lo que ocurre en la enseñanza, sino también en el

aprendizaje de los individuos implicados. Por consiguiente, el planteamiento de

este proyecto conllevó a revisar nuestra práctica en la enseñanza de los

conceptos de cinética química para poder identificar así la problemática

expuesta en el primer capítulo, y de esta manera plantear acciones que

permitieran mejorar e innovar nuestra labor en el aula.

Por tanto, la fase de planificación, incluye el diseño y el planteamiento de los

métodos e instrumentos necesarios para el desarrollo de la estrategia o

propuesta de mejora e innovación. En la figura 4-1 se presenta el resumen de las

actividades efectuadas en esta fase.

Figura 4-1: Resumen de las actividades realizadas en la fase de planificación

4.3.2.1 Documentación bibliográfica

Esta primera actividad consiste en una considerable revisión bibliográfica, a fin

de originar los diferentes marcos que componen este trabajo: el marco teórico

disciplinar, epistemológico y el marco metodológico que provee los diferentes

procedimientos investigativos. Esta etapa es constante en todo el proceso y se

actualiza durante la última fase.

Asimismo para efectos de la investigación, se adaptan los dos trabajos –práctico

Documentación

bibliográfica

Selección de

conceptos

para

Realización del test

Diseño y desarrollo del

simulador

Realización de

manuales de práctica y simulación

Validación de estos

instrumentos

Utilización en escenarios

y plataformas tecnológicas de

enseñanza-aprendizaje

Para su

Capítulo 5 47

y de simulación- con la unidad en estudio, y se hace una selección de los

conceptos que hacen parte de la temática de los factores que modifican la

velocidad de las reacciones químicas.

4.3.2.2 Realización del test

Con el propósito de determinar el conocimiento que los alumnos poseían acerca

de los conceptos seleccionados (ver tabla 4-3) antes y después de aplicar la

estrategia didáctica, se construye un test (Anexo A) con 14 preguntas de

selección múltiple con única respuesta. Para su realización se tiene como

referencia el trabajo de investigación de Cakmakci & Aydogdu (2011), el

cuestionario de Huamán (2014), el banco de preguntas de química del ICFES y

conocimientos propios del tema.

Tabla 4-3: Conceptos abordados en cada ítem del cuestionario

Concepto Ítem del cuestionario

Concentración de los reactivos 1, 2, 6, 13

Temperatura a la cual se desarrolla la reacción 3, 7, 10

Energía de activación 4

Estado físico de los reactivos 5, 13

Velocidad de una reacción química 8, 14

Naturaleza de los reactivos 9

Presencia de catalizadores 11, 12, 13

Fuente: Creación propia

4.3.2.3 Diseño y desarrollo del simulador “Virtual LabCin”

El laboratorio virtual de cinética química Virtual LabCin (Figura 4-2), es un

software de creación propia en colaboración con el M. S. Sergio Andrés Paredes

Navia. El programa, diseñado en Suaza (Huila-Colombia) a comienzos del año

2016 y culminado en agosto del mismo año, fue desarrollado en la plataforma

Unity3D, que funciona principalmente como motor de videojuegos, sin embargo

su completo contenido de herramientas de animación en 2D y 3D, también

48 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

permite la creación de simuladores. Su programación se fundamenta en la

implementación del código .NET Framework a través del lenguaje C#.

Figura 4-2: Logo del simulador "Virtual LabCin"

El simulador cuenta con una interfaz (Figura 4-3) que le permite al usuario

disponer de materiales, instrumentos, reactivos y de los procedimientos –basados

en la metodología del aprendizaje activo- que se deben de tener en cuenta

para la ejecución de los experimentos. Por el momento, el programa se puede

utilizar en ordenadores y tablets con el sistema operativo Windows.

Figura 4-3: Interfaz gráfica del simulador "Virtual LabCin"

4.3.2.4 Realización de manuales de práctica y simulación

Teniendo como base la metodología del aprendizaje activo, se construyen 5

guías para las actividades de experimentación y uso del laboratorio virtual,

nombradas como manuales de prácticas (Anexo B) / manuales de simulación

(Anexo C).

Área  de  trabajo  

Recipientes  

Reactivos  

Equipos  

Procedimientos  

Capítulo 5 49

Los manuales de práctica y simulación están establecidos por 5 experimentos, en

donde se permite identificar los conceptos de los factores que modifican la

velocidad de una reacción química. Cabe aclarar que los experimentos que se

describen a continuación, muestran en detalle todo el proceso ocurrido, para

dar una idea al docente del resultado de cada práctica. Situación que no se

presenta en los formatos de los manuales de práctica y simulación que se

entregan a los estudiantes, debido a que estos no deben de conocer los

resultados esperados.

1. Temperatura

Influencia de la temperatura del agua en el tiempo de disolución de una pastilla

de aspirina efervescente.

Se dispone de tres recipientes, el primero contiene agua a temperatura

ambiente, el segundo agua caliente y el tercero agua fría. En cada uno de ellos

se agregará una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente.

Medir el tiempo transcurrido desde el momento en que se agrega la pastilla

hasta cuando se observe a simple vista que ha finalizado el burbujeo.

2. Concentración

Determinación de la influencia de la concentración de las soluciones de yodo,

vitamina C, peróxido de hidrogeno y almidón sobre el tiempo de formación de

un complejo de yodo-amilosa.

En un recipiente 1 se agregan 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente

solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de

color. En un recipiente 2 se agregan 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada

(peróxido de hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. Finalmente se agrega

toda la disolución del recipiente 2 en el 1. Repetir el experimento, pero ahora se

adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al 50% (manipular solo con guantes).

Medir el tiempo en las dos experiencias desde el momento en que se agrega la

disolución 2 en la 1, hasta observar un cambio de coloración.

50 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

3. Naturaleza de los reactivos

Relación de la naturaleza de los reactivos con el tiempo de disolución de una

pastilla de vitamina C en diferentes tipos de sustancias.

Se tienen tres vasos, el primero contiene peróxido de hidrógeno, el segundo

alcohol etílico y el tercero ácido acético. En cada uno de ellos se adicionará

una pastilla pequeña de vitamina C efervescente. Medir el tiempo transcurrido

desde el momento en que se agrega la pastilla hasta cuando se observe a

simple vista que ha finalizado el burbujeo.

4. Grado de particulación de los reactivos

Incidencia del grado de particulación del azúcar sobre el tiempo de reacción

con levadura para la formación de dióxido de carbono.

Se dispones de tres botellas, en cada uno de ellas y con la ayuda de un embudo

se agregan 50 mL de agua caliente y dos cucharadas de levadura, se agita la

mezcla y luego se añade azúcar blanca, teniendo cuidado de adicionar la

misma cantidad para las tres botellas, con la diferencia que para la primera se

agregue en forma de cubos, en la segunda esté pulverizada y en la tercera el

azúcar se encuentre en forma de granos enteros. Por último se colocan los tres

recipientes en una cubeta con agua caliente y se coloca una bomba (globo) en

la boca de cada una de ellas. Medir el tiempo transcurrido desde el momento

en que se coloca la bomba en la boca de la botella hasta cuando se observe a

simple vista que no se infla más.

5. Presencia de un catalizador

Dependencia del catalizador de la papa cruda, la sangre y el dióxido de

manganeso sobre la velocidad de reacción del peróxido de hidrógeno.

Se disponen de tres vasos, en cada uno se adicionan 50 mL de agua oxigenada.

Posteriormente en el primer vaso se agregan pequeños trozos de papa cruda, en

el segundo 10 mL de sangre y en el tercero 3 g dióxido de manganeso extraído

de una pila alcalina. Se acerca un fosforo encendido a todas las disoluciones y

se determina el tiempo desde el momento en que se agrega la sustancia hasta

Capítulo 5 51

cuando se observe a simple vista que ha finalizado la efervescencia. Tener en

cuenta que la sangre la debe de proveer el docente, y esta se puede conseguir

en una carnicería, matadero o con una persona donante voluntario (cumpliendo

con los requisitos técnicos e higiénicos para la extracción).

4.3.2.5 Validación de los instrumentos

Para garantizar que los instrumentos utilizados respondan a los objetivos de la

investigación, establecer que estos sean considerados como idóneos y se

puedan utilizar con toda confianza, se hace necesario su validación. Esta

determina el grado de confiabilidad y validez de los instrumentos (González,

2008, citado por Bojórquez et al., 2013, p. 2).

Una de las técnicas que se utiliza para validar los cuestionarios como instrumentos

de investigación para estudiantes, es la prueba piloto, que consiste en aplicar un

borrador del test en un grupo diferente de la población de estudio, pero con

características similares a los participantes; con el fin de que a través de su

desarrollo se pueda identificar las opiniones a cada una de la preguntas, en este

caso, teniendo en cuenta la comprensión, claridad de redacción del ítem,

enunciado correcto, intención y pertinencia. Su formato de validación y la de los

demás instrumentos presentan valoraciones politómicas (de 0 a 5) y codificación

analógica verbal, es decir, a través de la escala tipo Likert en donde se

establece la gradación entre las categorías verbales de acuerdo/desacuerdo

(ver Anexos D).

La confiabilidad que es el grado en que un instrumento mide con precisión, es

decir, de ser capaz de ofrecer en su empleo repetido resultados veraces y

constantes en condiciones similares de medición, (Arribas, 2004, p. 27), se

comprueba a través del método estadístico alfa de Cronbach, que es el

promedio de las correlaciones entre los ítems que hacen parte de un instrumento

(Streiner, 2003, citado por Oviedo y Campo, 2005). Su valor, que oscila entre 0 y 1

se calcula a través de la siguiente ecuación:

∝=!

!!!   1 −

∑!"

!"                                          (5)

52 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Donde K es el número de ítems; Vi es la varianza independiente y Vt es la

varianza del total. Hernández, Fernández y Baptista (2010) establecen los

siguientes rangos para los valores de confiabilidad de un instrumento con

respecto al alfa de Cronbach:

§ De -1 a 0: no es confiable

§ De 0.01 a 0.49: baja

§ De 0.5 a 0.75: moderada

§ De 0.76 a 0.89: fuerte

§ De 0.90 a 1: alta

La validez, definida como el grado en que los instrumentos miden aquello que

realmente pretende medir, (Arribas, 2004, p. 27), se realiza a través de la

valoración de investigadores y expertos, en este caso docentes y profesionales

del campo de la química (ver Anexo E), seleccionados dependiendo de su

conocimiento en la temática y características de cada instrumento. Para ello se

tienen en cuenta algunos criterios como redacción, extensión adecuada, buena

ortografía, lenguaje apropiado, intención y pertinencia de los ítems. Esta

evaluación se analiza a través del índice de Bellack y el coeficiente de validez V

de Aiken, que permiten cuantificar el acuerdo entre jueces.

El índice de Bellack se mide con la siguiente ecuación matemática:

𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 =  𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑑𝑒  𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠

(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑑𝑒  𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠 + 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  𝑑𝑒  𝑑𝑒𝑠𝑎𝑐𝑢𝑒𝑟𝑑𝑜𝑠)⋇ 100                        (6)

Si el valor resultante del índice de Bellack es superior al umbral arbitrario del 80%,

se considera que el instrumento es válido y además confiable, (Delgado,

Colombo y Orfila, 2002).

El coeficiente V de Aiken se halla con la siguiente formula:

𝑉 =  !

(! !!! ) (7)

Siendo S la sumatoria de Si; Si el valor asignado por el juez i; n el número de

jueces y C el número de valores de la escala de valoración. Se considera que el

Capítulo 5 53

instrumento es válido si el coeficiente V es igual o mayor de 0,7, (Soto y Segovia,

2009, p. 170).

4.3.2.6 Utilización de escenarios y plataformas tecnológicas de enseñanza y aprendizaje

Para propiciar el adecuado desarrollo de la actividades de experimentación y

simulación, se dispuso de algunos espacios físicos y virtuales, que permitieron

establecer las condiciones apropiadas para la enseñanza y aprendizaje de los

conceptos seleccionados.

En los escenarios físicos, se utilizaron las aulas o salones de las dos poblaciones de

estudio, el laboratorio de química y la sala de bilingüismo del colegio, que

dispone de computadoras. Por otra parte, el ambiente virtual se creó mediante

el uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), en donde se

usan computadoras, tablets, video beam y se emplea el software informático

para la enseñanza de conceptos de cinética química, Virtual LabCin.

Igualmente, se utiliza la plataforma virtual Génesis VLE, la cual permite administrar

y compartir toda clase de archivos a las computadoras de los estudiante desde

un solo ordenador, de tal forma que toda la información queda al alcance de

ellos.

4.3.3 Fases de Ejecución y Observación

La fase de ejecución incluye la aplicación de los instrumentos previamente

diseñados en la etapa anterior, así como también la puesta en marcha de la

estrategia didáctica.

Por otra parte, la fase de observación comprende el registro de lo que ocurre

antes, durante y después de la ejecución de la propuesta de acción, así como

también de su incidencia en la enseñanza y aprendizaje de las personas

implicadas. En la figura 4-3 se presenta el resumen de las actividades efectuadas

en esta fase.

54 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 4-4: Resumen de las actividades realizadas en las fases de ejecución y observación

4.3.3.1 Reconocimiento de ideas previas e introducción (Aplicación del pre-test)

Esta fase inicia con un ejercicio de diagnóstico, empleando como instrumento de

indagación de ideas previas, la aplicación del pre-test (Anexos A). Este se aplica

de forma física para el grupo de trabajo experimental (GTE), y de forma virtual

para el grupo de prácticas de simulación (GPS), a través de la plataforma

Génesis VLE. Los resultados del pre-test son tabulados, analizados y evaluados

para determinar el conocimiento que el alumno posee acerca de los conceptos

de los factores que afectan la velocidad de las reacciones. Igualmente la

prueba de diagnóstico tiene el objetivo de comparar el nivel de los estudiantes

de ambos grupos antes de aplicar las actividades de la estrategia, para medir si

son iguales o hay diferencia entre ellos que puedan incidir en los resultados.

Posteriormente, se hace una clase de introducción sobre el concepto de

reacciones químicas siguiendo la metodología de aprendizaje activo a través de

una demostración experimental para las dos poblaciones de estudio.

4.3.3.2 Desarrollo de actividades experimentales y uso del simulador “Virtual LabCin”

La dinámica de las clases tanto para el grupo de trabajo experimental como

para el grupo en donde se utilizó el simulador, está guiada respectivamente por

los 5 manuales de prácticas (Anexo B) y los 5 manuales de simulación (Anexo C),

en donde el docente y los estudiantes siguen cada uno de los pasos que

caracterizan tanto a las clases teóricas demostrativas y las actividades

interactivas del aprendizaje activo (Monroy, 2016):

Aplicación del pre-test.

Reconocimiento de ideas previas e

introducción

Antes

Desarrollo de

actividades experimentales y uso del

simulador

Durante

Aplicación de la prueba final (pos-test)

Después

Capítulo 5 55

a) Introducción y contextualización: pretende ubicar y situar a los estudiantes en

un contexto determinado. El docente describe el experimento y lo explica sin

proyectar el resultado.

b) Formulación de predicciones: los estudiantes deben registrar su predicción

individual, es decir lo que considera que va a suceder al ejecutar la situación

problema. El docente debe enfatizar que sus respuestas no se tendrán en cuenta

para la evaluación. Luego los estudiantes discuten sus predicciones en un grupo

de 3 compañeros, se designa a un relator quien registrará y expresará la

predicción final del grupo. Por último, el docente recoge verbalmente o por

escrito las predicciones de cada grupo

c) Actividad y observación: los alumnos y/o el profesor realizan la práctica

mostrando claramente los resultados.

d) Discusión: se pide a algunos estudiantes que describan los resultados y se

discutan en el contexto de la demostración para luego ser registrados como

resultados.

e) Síntesis: los estudiantes o el docente realizan una síntesis de los conceptos

involucrados en los resultados anteriormente analizados, para este se discuten

situaciones análogas con características que respondan al mismo concepto.

Cabe resaltar que cada uno de los pasos que se utilizan en el desarrollo de las

prácticas demostrativas e interactivas del aprendizaje activo, se caracterizan por

tener en cuenta el tiempo necesario que se requiere para su ejecución,

cumpliendo así con uno de los fundamentos de esta metodología: tratar de

aprovechar al máximo el espacio o lapso de tiempo en donde hay más atención

por parte del estudiante, (Prince, 2004, p. 4).

Los manuales de práctica y simulación establecidos por los 5 experimentos

anteriormente expuestos, están diseñados para que a partir del trabajo

experimental se haga uso de sustancias y materiales reciclables de fácil

56 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

obtención, mientras que su desarrollo virtual, se realice a través del simulador

“Virtual LabCin”.

4.3.3.3 Aplicación de la prueba final (pos-test)

Finalmente, se evalúa el desempeño de los dos grupos y el conocimiento

adquirido en el desarrollo de la estrategia didáctica por medio de un pos-test,

que consta de las mismas preguntas establecidas en la primera prueba, con el

objetivo de valorar todo un proceso.

4.3.4 Fase de Reflexión

Con el propósito de dar respuestas puntuales a la problemática de enseñanza y

aprendizaje de los conceptos de cinética química, se hace necesario establecer

un fase de reflexión que permita evaluar los resultados establecidos antes,

durante y después del desarrollo de la estrategia didáctica. Es importante

reconocer también, que una buena forma de valorar la práctica del docente,

en este caso en la enseñanza de los contenidos establecidos, es a través de la

evaluación del desempeño de los estudiantes y de los resultados que arrojaron

las pruebas presentadas. Esta última fase incluye el análisis general de la

propuesta y las conclusiones.

4.4 Plan de Análisis

El análisis de los datos se hace en su gran mayoría de manera descriptiva,

utilizando la comparación de los resultados que presentan los estudiantes de los

dos grupos.

Durante la realización de los talleres, se utiliza la observación secuencial como

método para identificar y describir de las actividades los principios reflejados en

el comportamiento de los estudiantes, concepciones presentes en la práctica,

metas de aprendizaje alcanzadas, características de interacción entre los

alumnos y los recursos o materiales utilizados en la clase y la relación entre el

contenido a desarrollar y el estudiante. Para su desarrollo se dispone de un diario

de campo en donde se escriben las opiniones y resultados, evidencia de fotos

Capítulo 5 57

para reconocimiento de las acciones de los alumnos, y un registro escrito de los

resultados y conclusiones de las actividades por parte de los estudiantes.

Posteriormente, corresponde evaluar la confiabilidad y validez lograda por los

instrumentos de medición y desarrollo de las actividades.

La etapa de estudio pre/pos-test requiere de un análisis descriptivo, a través de

la explicación detallada de las creencias, conceptos, características,

rendimiento y aprendizaje de los dos grupos en cada pregunta del cuestionario.

Esta se logra a través de la interpretación de las gráficas porcentuales y de

distribución que representan los resultados de las pruebas.

Para las dos secciones de estudio, se establece una escala de valoración que

permite estimar el desempeño y la competencia obtenida por los estudiantes en

el pre/pos-test. Su análisis estadístico se obtiene al calificar los resultados para

estas dos pruebas en el rango de 0 a 5, a través de la suma de los puntajes de

cada pregunta y clasificarlos teniendo en cuenta la tabla (4-4). De esta manera

también se realiza la comparación de los grupos de acuerdo al nivel de logro

alcanzado.

Tabla 4-4: Escala de valoración

Rango Desempeño Competencia

0-1 Deficiente No entiende ningún concepto acerca de los factores

que afectan la velocidad de las reacciones

químicas; ni los aplica en la resolución de problemas.

1,1- 2 No

satisfactorio

La comprensión de los conceptos acerca de los

factores que afectan la velocidad de las reacciones

químicas y su aplicación en la resolución de

problemas es escasa.

2,1- 3 Aceptable Manifiesta dificultades para relacionar los conceptos

de los factores que afectan la velocidad de las

reacciones químicas en situaciones problémicas.

3,1- 4 Satisfactorio

Comprende los conceptos acerca de los factores

que afectan la velocidad de las reacciones

químicas, pero tiende a confundirse cuando los

aplica en un problema.

58 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

4,1- 5 Muy

satisfactorio

Tiene un excelente dominio de los conceptos acerca

de los factores que afectan la velocidad de la

reacciones químicas, y los aplica en situaciones

problémicas.

Fuente: Creación propia

Finalmente se utiliza el método estadístico de diagramas de cajas y bigotes para

analizar la simetría, dispersión, la tendencia central de los valores obtenidos en las

pruebas de los dos grupos, y además poder comparar los resultados del pre-test

con los de la prueba final.

Por consiguiente, se utilizan diferentes estrategias y fuentes de información para

recolectar y contrastar los resultados (triangulación de datos), (Aguilar y Barroso,

2015, p. 74), establecidos de manera temporal, es decir que la información fue

recogida en distintas fechas, en un antes (aplicación de pre-test), durante

(desarrollo de actividades) y después (prueba final). La triangulación

metodológica es intramétodo, debido a la utilización de una única estrategia de

investigación, aunque aplica distintas técnicas de recogida y de análisis de datos

(Aguilar y Barroso, 2015, p. 74).

Capítulo 5. Resultados y Discusión

5.1 Fase de Planificación

La fase de planificación que incluye las actividades de diseño y elaboración de

los instrumentos para el desarrollo de la estrategia didáctica, fueron abordadas

en su mayoría en el capítulo anterior. Si embargo aún falta mencionar los

aspectos relacionados con la etapa de validación. Los resultados se muestran a

continuación.

5.1.1 Validación de los Instrumentos

La validación se hace de los tres instrumentos (test de ideas previas, los cinco

manuales de prácticas-simulación y el software o laboratorio virtual) que fueron

diseñados para la recolección de datos y el cumplimiento de los objetivos de la

investigación.

5.1.1.1 Prueba piloto y validación del test de ideas previas

Para la aplicación de la prueba de ensayo, se seleccionó de forma no aleatoria

al grado décimo “C” constituido por 30 estudiantes que no hacen parte de la

población de estudio, pero poseen características similares. En una primera

instancia se explica en que consiste la actividad, se entrega el formato de

validación del cuestionario (Anexo D) y se dan las respectivas instrucciones para

su desarrollo. Culminada esta primera parte, se le solicita a los alumnos que

resuelvan de forma sincera el test, y simultáneamente diligencien el formato de

validación en donde se debe de valorar cada una de las preguntas y hacer las

respectivas observaciones de acuerdo a dos criterios de evaluación:

60 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ Claridad de redacción de los ítems: las preguntas, respuestas y gráficos

utilizados son entendibles y tienen un lenguaje apropiado.

§ Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las

opciones de respuestas, facilitando que cada ítem evalúe un concepto en

específico.

Se realiza el análisis estadístico en Excel de las apreciaciones hechas por los

estudiantes para cada pregunta. El valor alfa de Cronbach es de 0,89, indicando

que la confiabilidad del instrumento es fuerte (Hernández, Fernández y Baptista,

2010), sin embargo, el coeficiente total de V de Aiken es de 0,71 y aunque este

revela que el cuestionario es válido para su aplicación, se tiene en cuenta los

valores individuales del coeficiente para cada una de las preguntas, pues se

registran algunos datos por debajo de 0,7. Estas apreciaciones fueron relevantes

para que después de compararlas con los registros hechos por los expertos, se

realizaran las respectivas modificaciones a los ítems.

Las observaciones de los estudiantes también fueron fundamentales para la

reestructuración del test (Anexo A). A continuación se presentan las opiniones

que se tuvieron en cuenta para la modificación del cuestionario:

§ E1 (Estudiante 1): “La pregunta 6 es muy extensa y no tiene un gráfico que

explique el enunciado”.

§ E2: “En la pregunta 10, se desconoce el significado de “detoxificar”, es una

palabra nueva para los estudiantes”.

§ E3: “La pregunta 13 tiene un enunciado muy extenso y confuso. No es clara y

no se entiende”.

El test fue evaluado por cinco jueces o expertos (docentes de química, ver

Anexo E), seleccionados por su experiencia, disponibilidad e imparcialidad. El

juicio de los expertos permitió verificar la idoneidad del instrumento gracias a su

opinión informada y de trayectoria en el tema de estudio. Según Escobar y

Cuervo, (2008), los jueces que participan en una validación son considerados

expertos cualificados que pueden dar información, evidencias, juicios y

valoraciones.

Capítulo 5 61

La evaluación del test por expertos, se hace teniendo en cuenta cinco criterios

(ver Anexo F): extensión adecuada, enunciado correcto y comprensible, buena

ortografía y uso del lenguaje apropiado, mide lo que pretende e induce a la

respuesta. De acuerdo a las recomendaciones, sugerencias y observaciones

hechas por los docentes para los ítems que según sus criterios debían ser

modificados se destacan los siguientes:

§ J1 (Juez 1): La pregunta 1, que hacía una comparación de la velocidad de

reacción para dos casos de reacciones químicas con condiciones

particulares, igual concentración pero diferente cantidad en cuanto a las

sustancias o especies reaccionantes, fue modificada por que tendía a crear

confusión entre la relación de velocidad de reacción y concentración,

atendiendo a la sugerencia de que “las concentraciones para este caso son

iguales, las velocidades son iguales, sólo que en el de menor cantidad se

termina primero, en la mitad del tiempo, pero no porque las velocidades sean

diferentes… es como ir en dos carros, uno Bogotá-Armenia, otro Bogotá-Cali, a

la misma velocidad, llega primero el de Armenia”. Esta pregunta se

reestructuró, cambiando la concentración para las dos condiciones.

§ J2: “En el enunciado de la pregunta 3 se aconseja cambiar la palabra “color”

por apariencia y aspecto, definiendo el término en paréntesis”. Se hizo el

respectivo cambio.

§ J1: “Debido a la extensión del enunciado de la pregunta 6, se recomienda

colocar una imagen que ilustre lo formulado. Se aconseja también revisar la

redacción de las opciones de respuesta, pues según las reglas de

construcción de ítems, deben quedar de extensión similar y no diferir mucho

en redacción; en este caso la clave C es diferente”. Este se soluciona

agregando la imagen en la pregunta y utilizando la palabra Apex para iniciar

la opción de respuesta C, al igual que las otras claves”.

§ J3: “En el ítem 7, revisar la redacción de las opciones de respuesta y prescindir

de la palabra “para”, se repite al iniciar las oraciones”. Se hace la respectiva

corrección.

62 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ J1, J3, J4: Cambiar la palabra “detoxificar” en la pregunta 11, debido a que es

un término desconocido para los estudiantes. Se hace la modificación,

añadiendo que los elementos químicos platino, rodio y paladio ayudan a

transformar de forma rápida los gases tóxicos a productos menos

contaminantes.

§ En vista de que no había ninguna pregunta que evidenciara la relación entre

la concentración y el tiempo de una reacción química en un gráfico, se

agregó la pregunta 14, y se eliminó el ítem número 13 del antiguo cuestionario,

debido a su extenso enunciado, falta de claridad y confusión en la redacción.

En el estudio estadístico hecho en Excel de las propiedades métricas de la escala

utilizada para evaluar el instrumento por parte de los expertos, se reporta un valor

de 1 para el alfa de Cronbach, ratificando la consistencia y confiabilidad del

cuestionario. En cuanto a la cuantificación del número de acuerdos entre jueces,

se tiene un valor de 0,86 para el coeficiente de validez V de Aiken, y un índice de

Bellack de 92,26%.

Al considerar que el valor del índice de Bellack y del coeficiente Aiken fue

superior al 80 % y al 0,7 respectivamente; se confirma que el test de ideas previas

es confiable y válido, y además permite la consecución de los objetivos de la

investigación.

5.1.1.2 Validación de los manuales de práctica y simulación

Los talleres utilizados para realizar las clases teóricas demostrativas y las

actividades interactivas del aprendizaje activo de forma práctica y simulada,

fueron evaluadas por cinco jueces expertos (docentes de química, ver Anexo E)

teniendo en cuenta los siguientes criterios: extensión adecuada, procedimiento

correcto y comprensible, buena ortografía, uso del lenguaje apropiado, mide lo

que pretende y el desarrollo pertinente del aprendizaje activo (Anexo F).

El juicio de expertos manifiesta algunas observaciones referentes a la redacción y

orden de acuerdo al proceso que identifica el aprendizaje activo, no obstante se

determina la aprobación y aplicación del instrumento.

Capítulo 5 63

Se reporta un alfa de Cronbach de 0,97, un índice Bellack de 94% y un

coeficiente Aiken de 0,92, lo que determina que los manuales de práctica y

simulación son confiables y válidos y por consiguiente se pueden aplicar en la

población de estudio con la confianza de conseguir resultados significativos que

respalden el objetivo principal de la investigación.

5.1.1.3 Validación del simulador “Virtual LabCin”

El laboratorio virtual fue sometido al juicio de 4 expertos (ver Anexo E),

seleccionados por su conocimiento en la temática y de las características del

instrumento. Los criterios que se tuvieron en cuenta para su evaluación involucra

el fácil manejo de las herramientas virtuales, la estética de la interfaz gráfica, la

ejecutabilidad de los experimentos, el realismo de los fenómenos y materiales

utilizados, lenguaje apropiado, la pertinencia de la temática y el uso correcto de

la metodología del aprendizaje activo (Anexo G).

En total se hicieron 14 modificaciones al lenguaje de programación del

laboratorio virtual atendiendo a las observaciones de los jueces y a su previa

ejecución. Estos arreglos se distribuyen en tres momentos distintos, en el cual se

consideraba que el simulador ya estaba listo para su aplicación; es decir que el

proceso de mejoramiento y adecuación del software se manifiesta en una

constante transformación.

A continuación se presentan las observaciones y modificaciones en orden

cronológico:

§ Problema al soltar un objeto (recipiente) en el área de trabajo, se mueve o se

sale del área.

§ Tiempos de reacción incorrectos para algunos experimentos.

§ J2: Dificultades al levantar el recipiente para vaciarse apenas se coloca sobre

otro. “Toca moverlo varias veces sobre éste para que se levante”.

§ Al ejecutar el simulador en una tablet no se dispone del teclado numérico

para escribir las cantidades que se requieren.

§ J9: Problemas al eliminar cualquier objeto.

64 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ J1: “En el experimento 1, falta colocar la temperatura para el agua fría, al

clima y caliente”.

§ Uso inadecuado de algunos términos en el procedimiento de los experimentos.

§ Mostrar diferencia entre las cantidades de volumen para las sustancias

cuando están en los recipientes; (se mira la misma cantidad así se agregue

menos).

§ J4: “En el experimento 4, mostrar la estructura en la que se encuentra el

azúcar, es decir en forma de cubo, pulverizada y en granos. Se podría colocar

en recipientes diferentes y mostrar la imagen de la forma en el frasco”.

§ En el experimento 5, no se consigue el resultado esperado (reacción química).

§ J9: Problema al colocar la bomba sobre la boca del balón volumétrico. “Toca

moverlo muchas veces para que funcione”.

§ En el experimento 3 en donde se agrega una pastilla de vitamina C en la

diferentes sustancias, se cambió agua por peróxido de hidrogeno al 50%,

debido a que la diferencia de tiempo entre la reacción de la vitamina C con

el agua y el vinagre es casi la misma.

§ J9: “Al pasar un recipiente cerca del otro, se levanta sin querer”.

§ J10: “Mejorar el aspecto del burbujeo para las reacciones químicas del

experimento 3”.

En el estudio estadístico, se obtiene un valor de alfa de Cronbach de 0,79, un

índice Bellack de 78,1% y un coeficiente Aiken de 0,81; en consecuencia y según

recomendaciones de los jueces que lo evaluaron, el instrumento podía ser

ejecutado en la investigación si se hacían los respectivos arreglos y

modificaciones anteriormente mencionados. Por consiguiente, se tomaron todas

las medidas pertinentes para la reestructuración del programa, con el objetivo

de brindarle confiabilidad y validez al instrumento.

Capítulo 5 65

5.2 Fases de Ejecución y observación

Estas dos fases incluyen las actividades de reconocimiento de ideas previas,

introducción a la temática, el desarrollo de los talleres de experimentación y

simulación, y la aplicación de la prueba final.

5.2.1 Reconocimiento de Ideas Previas (Aplicación del Pre-Test)

5.2.1.1 Análisis de los resultados del pre-test

A continuación se muestra el análisis de la información que se obtuvo en el test

de ideas previas (Anexo A), así como también la comparación del rendimiento

de las dos secciones (GTE y GPS). El objetivo de su aplicación fue el de

determinar el nivel de conocimiento de los estudiantes en relación con la

cinética química.

Pregunta 1.

Figura 5-1: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pre-test)

En las gráficas se muestra un porcentaje representativo (44% y 42%

respectivamente) en las dos secciones para la opción A que es la respuesta

correcta, por tal motivo se puede deducir que los estudiantes tienen vagas

nociones acerca de la relación directa, existente entre la concentración de los

reactivos con la velocidad de una reacción. De igual modo, se evidencia un

porcentaje considerable (39% y 46% respectivamente) para la opción C, en

donde se estima que los alumnos creen en la idea de una dependecia entre una

cantidad mayor o volumen superior de los reactivos con la velocidad de una

reacción (Wheeler & Kass, 1978), dando a conocer la influencia de este error

conceptual en los dos grupos.

A  

44%  

B  

17%  

C  

39%  

Pregunta 1 - GTE

A  

42%  

B  

12%  

C  

46%  

Pregunta 1 - GPS

66 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Pregunta 2.

Figura 5-2: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pre-test)

Un buen porcentaje de estudiantes de las dos secciones (58% y 39%

respectivamente) que respondieron la opción correcta B, demuestran tener

cierta percepción de la relación inexistente entre la forma del recipiente que

contiene los reactivos y la velocidad de una reacción; aunque se muestra mayor

dominio en el GTE. Así pues, este porcentaje de estudiantes analiza los datos de

forma adecuada y comprende los dos conjuntos de condiciones. Por otra parte,

se evidencia un porcentaje significativo para la opciones A y C en los dos grupos,

quienes admiten la concepción errónea de vincular la velocidad de una

reacción química con la forma ancha y angosta del recipiente que contiene los

reactivos; no obstante se observa un valor superior del 61% en total para el GPS,

en comparación con el 42% del total de estudiantes del GTE en donde también

impera este errado preconcepto, lo que indica que el GPS presenta una mayor

dificultad para interpretar la pregunta y reconocer la importancia de la

concentración en la velocidad de una reacción química.

Pregunta 3.

Figura 5-3: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pre-test)

A  

20%  

B  

58%  

C  

22%  

Pregunta 2 - GTE A  

19%  

B  

39%  

C  

42%  

Pregunta 2 - GPS

A  

25%  

B  

53%  

C  

19%  

Anulada  

3%  

Pregunta 3 - GTE

A  

39%  

B  

38%  

C  

23%  

Pregunta 3 - GPS

Capítulo 5 67

En los dos grupos se muestra un porcentaje menor para la opción correcta C

(19% y 23% respectivamente), es decir que solo una pequeña cantidad de

estudiantes reconoce la influencia del incremento de la temperatura en la

velocidad de una reacción química. Para el GTE, el 53 % de los estudiantes, no

tiene claro el concepto de temperatura y su función en la cinética química, al

igual que el 38% del GPS. El otro porcentaje de estudiantes (25% y 39%

respectivamente) tiene la concepción errónea de que las bajas temperaturas

determinan que una reacción química suceda de forma más rápida. Lo que

sugiere que durante el desarrollo de la estrategia, se debe de reforzar estos

conceptos en donde los estudiante presentan dificultades, a través de ejemplos

prácticos.

Pregunta 4.

Figura 5-4: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pre-test)

Se evidencia un alto porcentaje para las respuestas C y D en las dos secciones,

debido a tres posibles hipótesis. En primer lugar, por desconocimiento del

concepto de energía de activación y de su estimada influencia en la velocidad

de una reacción química; en segundo lugar, debido a esta falta de

comprensión, los estudiantes se ven forzados a responder la clave D, porque es la

que mejor se acomoda a sus juicios, preconcepciones y nada tiene que ver con

la noción principal de la pregunta, y en tercer lugar, como lo manifiesta

Gussarsky & Gorodetsky (1988), se confunde la energía de activación con la

temperatura. Por otro lado, la respuesta correcta que es la clave A, presenta un

bajo porcentaje, 19% y 31% para los dos grupos respectivos, considerando que

esta pequeña fracción de estudiantes entiende el concepto de energía de

A  

19%  

B  

14%  

C  

28%  

D  

39%  

Pregunta 4 - GTE A  

31%  

B  

8%  C  

23%  

D  

38%  

Pregunta 4 - GPS

68 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

activación, al asumir que se necesita de una mínima energía para que se

produzca la reacción química.

Pregunta 5.

Figura 5-5: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pre-test)

La gráfica muestra un porcentaje considerable (50%) para la respuesta correcta

C en el GTE, lo que indica que probablemente, aun desconociendo el concepto

de la influencia del grado de particulación de los reactivos en la velocidad de

una reacción química, los estudiantes presentan ideas previas construidas a partir

de su propia experiencia cotidiana que permiten comprender de forma correcta

el fenómeno presentado en el ítem. Igualmente, el GPS, aunque con un

porcentaje menor (38%) interpreta de forma adecuada el enunciado y las

opciones de respuesta de la pregunta. También se presenta un porcentaje

significativo para la opción B (30% y 38% respectivamente) en los dos grupos, lo

que demuestra que los estudiantes incluidos no interpretaron de forma

apropiada la pregunta, fijándose solamente en las condiciones que presentan los

dos procesos químicos manifestados.

Pregunta 6.

Figura 5-6: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pre-test)

A  

3%  B  

30%  

C  

50%  

D  

14%  

Anulada  

3%  

Pregunta 5 - GTE A  

12%  

B  

38%  

C  

38%  

D  

12%  

Pregunta 5 - GPS

A  

31%  

B  

5%  C  

17%  

D  

47%  

Pregunta 6 - GTE

A  

35%  

B  

12%  

C  

15%  

D  

38%  

Pregunta 6 - GPS

Capítulo 5 69

Existe una cantidad relevante de estudiantes en las dos secciones que

contestaron la respuesta correcta D. Esto implica que el 47% y 38% de los dos

grupos respectivos reconoce las unidades de medida establecidas en el ítem, las

relaciona con la concentración e interpreta su efecto en la velocidad de la

reacción química. Por otro lado, se muestra un grupo considerable de respuestas

de estudiantes que suponen que el porcentaje establecido en el enunciado

hace referencia a la pureza de la solución de ácido y además aún se manifiesta

la concepción de que existe una dependencia entre la cinética química y el

volumen de los reactivos que participan en la reacción.

Pregunta 7.

Figura 5-7: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pre-test)

Las gráficas muestran las múltiples opiniones de los estudiantes en las dos

secciones; esto pone en manifiesto el desconocimiento de la teoría que explica

en términos de partículas la influencia de la temperatura en la velocidad de las

reacciones químicas. En el GTE se observa un mayor porcentaje en la respuesta D

(36%), que alude al hecho de asociar las colisiones con la adición de reactivos

que actúan como conservantes; no obstante, el GPS, presenta un valor superior

en la opción B (43%), indicando que se desconoce el concepto de una reacción

química, debido a que es la única opción que ejemplifica ser un cambio físico;

mientras que la respuesta correcta C no recibe un muy buen porcentaje en los

dos grupos, ratificando la falta de conocimiento en asociar la teoría de las

colisiones con la temperatura.

A  

20%  

B  

19%  C  

25%  

D  

36%  

Pregunta 7 - GTE A  

19%  

B  

43%  

C  

19%  

D  

19%  

Pregunta 7 - GPS

70 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Pregunta 8.

Figura 5-8: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pre-test)

Se evidencia, que hay un porcentaje considerable en los dos grupos para cada

una de las opciones de respuestas. La heterogeneidad de los datos y el bajo

porcentaje en la respuesta correcta D (28% y 27% respectivamente), indica que

no existe un conocimiento claro del concepto de velocidad de una reacción, en

consecuencia, prevalece la idea alterna de relacionarla con el tiempo en que

dura un proceso en cambiar o transformarse, tal cual, como lo aseguran

Hackling & Garnett, (1985); Cakmakci, 2005 y Cakmakci, 2010a.

Pregunta 9.

Figura 5-9: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pre-test)

La mayoría de los estudiantes de los dos grupos (39 % y 42% respectivamente)

asocian que la velocidad de la reacción química de cada uno de los metales

que se presenta en el enunciado del ítem, se debe a la temperatura establecida.

Esta relación alude al hecho de considerar el desprendimiento de hidrógeno al

consumirse el metal en el ácido.

En vista de que el enunciado representa de forma clara las condiciones para

cada uno de los metales y debido a la elección de las diferentes opciones de

respuesta por parte de los estudiantes, se establece que el bajo rendimiento en

A  

33%  

B  

31%  

C  

8%  

D  

28%  

Pregunta 8 - GTE

A  

15%  

B  

27%  C  

31%  

D  

27%  

Pregunta 8 - GPS

A  

14%  

B  

39%  C  

25%  

D  

22%  

Pregunta 9 - GTE

A  

16%  

B  

42%  

C  

15%  

D  

27%  

Pregunta 9 - GPS

Capítulo 5 71

esta pregunta y en la opción correcta D, es causado por la falta de comprensión

y análisis de los datos suministrados en el problema, así como también del

desconocimiento del concepto e influencia de los factores que afectan la

velocidad de una reacción química (Tastan et al., 2010).

Pregunta 10.

Figura 5-10: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pre-test)

Se observa un notorio porcentaje en la respuesta correcta D en las dos secciones

(58% y 46% respectivamente), indicando que cuando la pregunta problema

presenta de forma explícita la temperatura con sus unidades, los estudiantes son

capaces de analizar su dependencia directa con la velocidad de una reacción

química. El resto de porcentaje que se distribuye en las otras opciones de

respuesta, se debe a la mala interpretación del ítem, porque aunque el

enunciado indica que existe una relación entre la velocidad y la temperatura, los

estudiantes marcan las opciones incorrectas B y C; e igualmente al considerar

por ejemplo que cuando la temperatura es mayor la reacción ocurre más lento.

Pregunta 11.

Figura 5-11: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pre-test)

A  

14%  

B  

17%  

C  

11%  

D  

58%  

Pregunta 10 - GTE A  

27%  

B  

19%  

C  

8%  

D  

46%  

Pregunta 10 - GPS

A  

17%  

B  

44%  

C  

6%  

D  

33%  

Pregunta 11 - GTE A  

0%  B  

23%  

C  

12%  D  

65%  

Pregunta 11 - GPS

72 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

En el GTE, hay un porcentaje significativo (44%) para la clave correcta B, lo que

indica que aunque los estudiantes desconocen el concepto y la función de un

catalizador en una reacción química, se hace un análisis apropiado del contexto

de la pregunta y por descarte se elige la respuesta correcta. También se

evidencia un valor menor pero relevante en la opción D (33%), dando a conocer

que existe un error conceptual de concentración, tal y como se explicó en el

ítem 1 y 6.

Caso contrario ocurre en el GPS, en donde la mayor cantidad de respuestas se

incluyen en la opción D (65%), ratificando la existencia de la idea alternativa que

tienen los estudiantes de la incidencia de la concentración, mientras que la

opción correcta B recibe un porcentaje no muy apropiado, indicando que la

gran mayoría de estudiantes de este grupo no tienen claro el concepto y las

características de un catalizador.

Pregunta 12.

Figura 5-12: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pre-test)

Al igual que el análisis del ítem 11, se evidencia que los estudiantes no tienen

conocimiento de la influencia de los catalizadores en la cinética química. De

modo que al desconocer su intervención en la energía de activación de la

reacción, los estudiantes no tienen en cuenta la respuesta correcta C (11% y 12%

respectivamente) y optan por elegir las alternativas que se acomodan a sus

preconcepciones, como por ejemplo involucrar la temperatura y relacionarla

con el catalizador, que fue la opción que tuvo más porcentaje en los dos grupos

(42%).

A  

25%  

B  

42%  

C  

11%  

D  

22%  

Pregunta 12 - GTE

A  

23%  

B  

42%  

C  

12%  

D  

23%  

Pregunta 12 - GPS

Capítulo 5 73

Pregunta 13.

Figura 5-13: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pre-test)

En este ítem se ratifica el desconocimiento y la existencia de los errores

conceptuales en los estudiantes acerca de los factores que afectan la velocidad

de las reacciones químicas. La pregunta consistía en analizar ciertas

afirmaciones, y elegir las correctas. Según los resultados se observa un alto

porcentaje en la opción D para los dos grupos (53% y 42%), lo cual indica que se

confirma la inconsistencia al tratar de relacionar la velocidad de las reacciones

con la concentración de los reactivos y la presencia de los catalizadores. Por otro

lado, en la respuesta correcta A, se muestra un porcentaje que revela un

rendimiento regular para esta pregunta.

Pregunta 14.

Figura 5-14: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pre-test)

El ítem 14 evalúa la representación gráfica del concepto de la velocidad de una

reacción química al igual que el mecanismo establecido cuando se relaciona el

cambio de concentración de los reactivos al transcurrir un tiempo determinado.

Esto indica que la mayoría de los estudiantes de los dos grupos no tiene

conocimiento de esta dependencia y el esquema que lo constituye. En

A  

30%  

B  

14%  C  

3%  

D  

53%  

Pregunta 13 - GTE A  

23%  

B  

16%  

C  

19%  

D  

42%  

Pregunta 13 - GPS

A  

17%  

B  

20%  

C  

19%  

D  

44%  

Pregunta 14 - GTE

A  

27%  

B  

8%  

C  

15%  

D  

50%  

Pregunta 14 - GPS

74 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

consecuencia, se elige las opciones de respuestas que presentan inconsistencias

y se alejan de lo teóricamente correcto. Solo el 17% y el 27% de las dos secciones

respectivas, contesta de forma acertada, asumiendo que este grupo de

estudiantes también desconoce esta concepción.

5.2.1.2 Análisis del pre-test considerando el nivel de desempeño

En la tabla (5-1) y en la figura (5-15) se muestran los resultados del test de ideas

previas teniendo en cuenta el rango de calificación, la distribución de

estudiantes (F) y el porcentaje establecido para los dos grupos.

Tabla 5-1: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos

Rangos GTE GPS

F % F %

0-1 3 8,33 5 19,23

1,1-2 21 58,33 14 53,85

2,1-3 12 33,33 7 26,92

3,1-4 0 0,00 0 0,00

4,1-5 0 0,00 0 0,00

Total 36 100 26 100

Media 1,7 1,5

Figura 5-15: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos

grupos

8,33  

58,33  

33,33  

0,00   0,00  

19,23  

53,85  

26,92  

0,00   0,00  0,00  

10,00  

20,00  

30,00  

40,00  

50,00  

60,00  

70,00  

0-­‐1   1,1-­‐2   2,1-­‐3   3,1-­‐4   4,1-­‐5  

Porc

en

taje

(%

)

Rango de calificación

GTE GPS

Capítulo 5 75

Según los resultados del test de ideas previas en el GTE el nivel de logro

alcanzado fue un poco mayor que el GPS, con una diferencia considerable en el

rango 1,1-2 y 2,1-3, de 4,49% y 6,41% respectivamente. Por tanto, los

conocimientos previos de la mayoría de estudiantes de los dos grupos están en la

escala no satisfactorio, es decir que la comprensión de los conceptos acerca de

los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas y su aplicación

en la resolución de problemas es escasa. Por otra parte se muestra un porcentaje

significativo en la escala aceptable, reportando un valor del 33,33 % en el GTE y

del 26,92% en el GPS, asumiendo que estos estudiantes presentan dificultades

para relacionar los conceptos en situaciones problémicas.

5.2.1.3 Análisis del pre-test considerando la distribución de los resultados

La figura 5-16 presenta información acerca de la tendencia central, simetría y

dispersión de las respuestas del pre-test de los dos grupos

Figura 5-16: Distribución de resultados del pre-test de los dos grupos

§ Los diagramas muestran que para el GPS, la caja y los bigotes son más largos,

lo que indica que la distribución de los valores es más disperso que en el GTE.

§ El GTE presenta una menor distribución en el rango intercuartílico (longitud de

la caja), lo que implica que el 50% central de la población está comprendida

en 2 valores, es decir, que tienen un acierto de 4 a 6 preguntas; mientras que

el GPS presenta una escala de 2,75.

§ Se observa que en el GPS los datos en el rango intercuartílico se extienden

4  

3  

1  

0  

5  

4  

7  

8  

6  5,75  

0  

2  

4  

6  

8  

10  

Pre-­‐test  GTE   Pre-­‐test  GPS  

76 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

hacia arriba de la mediana (4) (punto medio de la caja que coincide con el

valor del segundo cuartil), es decir que las respuestas comprendidas entre el

50% y el 75% de la población está más dispersa que entre el 25% y el 50%,

aunque se puede señalar que en términos generales presenta una distribución

simétrica, puesto que hay igual concentración de datos a ambos lados de la

mediana.

§ El bigote inferior para el GTE es más largo, lo que a su vez, sugiere una mayor

dispersión de las respuestas hacia los valores más bajos, es decir presenta

mayor distribución para los estudiantes que tienen de 1 a 4 respuestas

correctas, esto es del 0 al 25%. Así pues, se observa que la mediana está más

cerca del lado superior de la caja (valores más altos), lo que implica que el

25% de aquellos estudiantes que tienen datos entre el tercer cuartil y el valor

máximo ocupan un menor tramo en la escala. Por consiguiente la distribución

para este caso es asimétrica negativa sesgada a la izquierda.

Este análisis de los resultados del pre-test, considerando el diagrama de caja y

bigotes de la figura 5-16, permite identificar en forma general dos aspectos

importantes para las dos secciones que participan en esta investigación (GTE y

GPS). El primer aspecto es que los grupos presentan ideas ingenuas sobre el

concepto de cinética química, debido a que ningún estudiante obtuvo un

resultado de más del 60% favorable, pues de 14 preguntas el máximo puntaje

para el GTE fue de 7 respuestas correctas y en el GPS fue de 8; además hay

estudiantes con puntajes muy bajos, en donde sólo se responde correctamente

una sola pregunta como es el caso del GTE, e incluso la existencia de un puntaje

de cero para un estudiante del otro grupo. Como segundo aspecto se tiene que

los grupos son relativamente homogéneos debido a que el rango intercuartílico

del GTE es de 2 y el de GPS es de 2,75, sin embargo en este último grupo hay una

dispersión particular en aquellos que están por encima de la media (asimetría = -

0,625). Todo lo anterior trae como conclusión que la respectiva estrategia

didáctica que se aplica a los dos grupos es pertinente para comparar el grado

de eficiencia de cada una de ellas, ya que se parte del hecho de que son

grupos similares y con ideas ingenuas sobre el concepto de cinética química; por

Capítulo 5 77

lo tanto el pos-test sería un buen indicador para comparar cuál es la versión de la

estrategia didáctica que mejor se adapta para el aprendizaje de dichos

conceptos.

5.2.2 Introducción a la Temática

Como resultado del diagnóstico y exploración de las ideas alternativas de los

estudiantes, y considerando el reconocimiento de errores conceptuales que

pudieran llegar a influir en el aprendizaje de la temática establecida, se hizo

necesario recapitular y fortalecer las nociones que se tiene de las reacciones

químicas y de sus características. Para ello, se decidió emplear la metodología

propia del aprendizaje activo.

Se realizaron dos actividades experimentales, llevadas a cabo por el docente en

los dos grupos, que posibilitaron en primer lugar establecer diferencias entre los

cambios químicos y físicos, así como también permitir que los estudiantes

comenzaran a conocer cada uno de los pasos del enfoque de enseñanza que

se emplearía en las clases.

5.2.2.1 Actividad: “El poder del corcho”

La primera actividad se designó como “el poder del corcho”, que consistía en

agregar una cantidad determinada de alcohol en una botella de gaseosa, se

agitaba y posteriormente se tapaba con un corcho, el cual se le había

introducido una aguja utilizada para inflar balones y esta a su vez estaba

conectada a una bomba para bicicleta. Finalmente, se bombeaba aire hasta

asegurar que la presión interna fuera alta y luego se retiraba el corcho.

La clase inicia con la explicación de los materiales que se iban a utilizar en la

experimentación así como también del procedimiento llevado a cabo. Luego se

dio lugar al planteamiento de las predicciones individuales y grupales teniendo

en cuenta la siguiente pregunta: ¿qué ocurrirá en el interior del recipiente antes y

después de retirar el corcho?. Las respuestas más influyentes en los estudiantes

hacían referencia a que antes de retirar el corcho la presión interna de la botella

78 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

iba a aumentar haciendo que se inflara, y que después de retirar el corcho la

botella estallaría o reduciría su volumen.

Posteriormente se dio paso a la realización de la demostración, exponiendo

claramente los resultados, que luego se sintetizaron, se discutieron y se

extrapolaron con los conceptos científicos (evaporación, presión y su relación

con la temperatura, cambio químico y físico, condensación y formación de

nubes) a partir de preguntas orientadoras y teniendo como base las predicciones

de los estudiantes. A continuación se muestran los cuestionamientos utilizados en

la fase de síntesis:

§ ¿Qué sucede dentro del recipiente cuando agregamos aire?, ¿qué nombre

recibe este término en física?.

§ ¿Qué relación tiene con la temperatura?, ¿directa o inversa?.

§ ¿Qué le sucede al alcohol cuando se deja reposar en el recipiente y luego se

agita?, ¿lo que se forma dentro del recipiente en qué estado se encuentra?, ¿

hubo un cambio de estado?, ¿cuál?. En la vida real ¿en dónde se puede

observar este cambio de estado?.

Finalmente son los mismos alumnos quienes definen que el fenómeno presentado

en la práctica hace referencia a la condensación, un cambio físico asociado a

la realidad cotidiana, ocasionado por la influencia de la presión y la

temperatura.

5.2.2.2 Actividad: “La botella mágica”

Posteriormente, se realiza un segundo experimento denominado “La botella

mágica”, que consistía en agregar en una botella pequeña de vidrio 30 mL de

agua oxigenada al 50%, 20 mL de jabón líquido y finalmente adicionar 4 gramos

de yoduro de potasio (figura 5-17). Al igual que la actividad anterior, se desarrolló

todo el proceso metodológico y la discusión giró en torno a la pregunta

problematizadora: ¿qué ocurrirá en el interior de la botella cuando se agrega el

yoduro?. La mayoría de las predicciones de los estudiantes coincidieron con el

hecho de que el contenido de la botella iba a cambiar de color, aunque

también hubo opiniones en donde aseguraban que se iba a presentar

Capítulo 5 79

efervescencia y una reacción explosiva. Después de realizar la demostración, los

estudiantes discutieron el tema enfocándose en preguntas orientadoras, que

encaminaron la opinión de los estudiantes a definir el concepto de una reacción

química, sus características, su conformación e inclusive a dar ejemplos de estos

cambios en la naturaleza. Estos fueron los cuestionamientos utilizados en la fase

de síntesis:

§ ¿Qué sucede cuando se agrega el KI en la botella que contiene agua

oxigenada y jabón líquido?, ¿Las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se

forma algo nuevo?, ¿Qué sucede?.

§ Después de agregar el KI y tocar el recipiente ¿Cómo se siente este?, ¿qué

indica?.

§ Además de esa evidente formación ¿se observó algo más?

§ Finalmente ¿cómo se le puede llamar a este proceso?.

Es importante tener en cuenta que una de las particularidades del aprendizaje

activo, es permitir que el mismo estudiante sea quien construya su propio

conocimiento, en consecuencia, durante el proceso de aprendizaje el docente

no puede dar a conocer los resultados ni definir ningún concepto, puesto que su

rol se limita a orientar la creación de ideas a través de contrapreguntas.

Figura 5-17: Desarrollo del experimento "La botella mágica"

80 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.2.3 Desarrollo de Actividades Experimentales y Uso del Simulador

Esta fase comprende la aplicación de los manuales de práctica y simulación

para las dos secciones (GTE y GPS respectivamente). Cada estudiante disponía

de los formatos (Anexos B y C) establecidos para el desarrollo de las clases, los

cuales debían de resolver y entregar al finalizar todas las actividades para que

pudieran ser evaluados.

5.2.3.1 Actividad 1: Efecto de la temperatura

5.2.3.1.1 Trabajo experimental

Este taller experimental se desarrolló en el laboratorio de química de la institución,

siguiendo la metodología de las prácticas interactivas del aprendizaje activo, en

donde los estudiantes realizan la práctica.

La actividad inicia dando a conocer el título de la práctica –el carácter de una

pastilla-, los materiales que se iban a utilizar y una breve descripción del

experimento sin proyectar el resultado. Luego, se da paso a las predicciones

individuales y grupales, en donde se discutieron con 3 compañeros las preguntas

propuestas. Los estudiantes coincidieron en las siguientes respuestas:

§ Predicción 1:

E4 (estudiante 4): “El agua cambia de color, se oscurece cuando se agrega la

aspirina”.

E5: “Salen burbujas (efervescencia) y gas del agua. La aspirina se disuelve”.

§ Predicción 2:

E4: “La aspirina se disuelve más rápido en el vaso que tiene el agua caliente”.

Posteriormente los estudiantes en grupo de 3 compañeros realizan la práctica

(Figura 5-18), nombran un relator quien describe los resultados y los discute en el

contexto de la demostración.

Capítulo 5 81

Figura 5-18: Trabajo experimental del efecto de la temperatura

La síntesis de los conceptos involucrados se realiza con los siguientes

cuestionamientos:

§ Según los resultados de la mayoría de los grupos, se dice que cuando se

agrega la aspirina en el agua de los vasos hay un cambio de color y salen

burbujas, ¿las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se forma algo

nuevo?, ¿Qué sucede?, ¿cómo se le conoce a este proceso?.

§ En los resultados se afirma que las aspirinas se disuelven en el agua, ¿se

disuelven todas al mismo tiempo?, ¿cuál lo hace primero?.

§ ¿Por qué la aspirina se disuelve más rápido en el vaso con agua caliente?.

§ Hablando en términos de partículas, ¿cuál es el comportamiento de las

moléculas en el agua fría, al clima y caliente?.

§ ¿Cómo se le llama al factor que influye en este proceso?.

A través de estas preguntas, los estudiantes logran determinar, en primer lugar,

que se presenta una reacción química y se recuerdan sus características.

Igualmente se permite identificar el concepto de cinética química asociado a la

velocidad de una reacción y a la teoría de las colisiones. Para su mayor

comprensión, se utiliza la siguiente analogía: para ello se utiliza tres bolsas de

plástico transparentes, que contienen una cantidad igual y considerable de

bolitas pequeñas de icopor. Se entrega las bolsas a tres estudiantes, y se les

solicita que el primero sople en su interior de forma suave, el segundo un poco

más fuerte y el tercero lo haga de forma violenta, con el propósito de observar el

movimiento de las bolitas en cada situación. Con esta extrapolación se logra

82 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

explicar las 3 condiciones principales de la teoría de las colisiones para que se

produzca una reacción química: (1) las moléculas tienen que chocar entre sí, (2)

las colisiones deben de producirse con energía suficiente y (3) el choque debe

tener una orientación adecuada. Asimismo los estudiantes logran entender el

efecto de la temperatura en el comportamiento de las moléculas de agua en los

tres vasos (frío, al clima y caliente) y además consiguen asociarlo con la

velocidad de la reacción. A continuación se muestra la respuesta dada por una

estudiante para los resultados de la práctica:

E4: “En el recipiente con agua caliente se consume más rápido la aspirina, ya

que las moléculas están más alteradas y tienen mayor movimiento, lo cual hace

que hayan choques más violentos y debido a esto la reacción es más rápida”.

Finalmente, se utiliza una analogía visual (Figura 5-19) como estrategia para

comprender el concepto de energía de activación y de los cambios de entalpia

en una reacción química. En este caso la representación gráfica realizada en el

tablero facilitó su explicación, no solo por su semejanza, sino por su estructura.

Esta consistía en utilizar la analogía con las curvas de altimetría de la geografía

de la vía Suaza-Florencia, utilizada por los ciclistas para hacer deporte. En ella se

analizó el comportamiento de un ciclista cuando sube y desciende por la

cordillera.

Figura 5-19: Analogía, curva de altimetría - energía de activación

Fuente: Creación propia. [Figura]. Modificada el 23 de Enero de 2017 con base al libro: Tovar, M. (2005).

Encuentros de educación superior y pedagogía. Universidad del Valle.

Capítulo 5 83

Para que el ciclista llegue a su destino final, debe de superar la altura a la que se

encuentran las montañas, y para ello es preciso tener la suficiente energía en los

músculos de las piernas y la orientación adecuada de la bicicleta. Si las

montañas son bajas, cualquier persona puede subirla y bajarla, porque la altura

es pequeña; pero si la cordillera es muy alta, sólo podrán superarla los más

capacitados. Algo similar ocurre en las reacciones químicas. Sólo aquellas

moléculas que choquen con la energía suficiente de forma que puedan romper

y formar enlaces, se convertirán en productos. A esta energía se le conoce como

energía de activación, y gráficamente se podría comparar con la altura de la

cordillera que tiene que superar el ciclista.

5.2.3.1.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”

En esta actividad se hace uso de las tablets que dispone la institución, en donde

previamente se había instalado el simulador (Figura 5-20). Su desarrollo

compromete la aplicación metodológica de las prácticas interactivas del

aprendizaje activo.

En primer lugar, se menciona el título de la práctica y los materiales a utilizar.

Luego, a través de un video beam se da a conocer la plataforma del simulador,

las instrucciones del uso de las herramientas y el procedimiento de la simulación.

Las predicciones más influyentes en los estudiantes fueron las siguientes:

§ Predicción 1:

E6: “Espero ver como se disuelve la aspirina en cada uno de los vasos, creo que

se creará un efecto burbujeante”.

E7: “En el vaso 1(agua ambiente) la aspirina se disuelve en un tiempo más rápido;

en el vaso 2 (agua caliente) al igual que en el vaso 1, la aspirina se disuelve pero

a una velocidad más rápida, debido a la temperatura del agua, y en el vaso 3

(agua fría) la disolución de la aspirina será un poco más lenta que la de los vasos

anteriores. En los tres recipientes salen burbujas”.

§ Predicción 2:

E6: “Se disolverá más rápido en el vaso con agua caliente, luego en el vaso con

agua al clima y por último en el vaso con agua fría”.

84 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 5-20: Taller de simulación, efecto de la temperatura

Los estudiantes realizan la simulación a través del laboratorio virtual, observando

lo que sucede en el experimento (Figura 5-21). Luego se utilizan las mismas

preguntas orientadoras de la práctica experimental, con el propósito de

identificar el concepto de cinética química y velocidad de las reacciones. De

igual modo se emplea la analogía experimental de las bolsas con las bolitas de

icopor; este permitió interactuar de forma práctica con el comportamiento

molecular de las sustancias que participan en una reacción; una actividad

necesaria y relevante para que los estudiantes comprendieran a través de la

teoría de las colisiones lo que ocurre en una reacción química y el efecto de la

temperatura en su velocidad. A continuación se muestra la respuesta dada por

una estudiante para los resultados de las dos actividades:

E6: “En el vaso con agua caliente, la aspirina se disolvió más rápido, hubieron

más choques por la temperatura. En el vaso con agua al clima, la aspirina se

disolvió un poco más lento, hubo menos choques o colisiones entre las partículas.

En el vaso con agua fría, los choques fueron menos, por la temperatura del

agua”, ”La aspirina se consumió más rápido en el vaso con agua caliente, ya

que a mayor temperatura, más rápida será la reacción. Esto se debe a la

energía cinética de las partículas”.

Capítulo 5 85

Figura 5-21: Resultados de la simulación, efecto de la temperatura

Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.

Por último, se proyecta a través del video beam la representación gráfica de la

curva de altimetría como analogía visual para comprender el concepto de

energía de activación.

5.2.3.2 Actividad 2: Efecto de la concentración de los reactivos

5.2.3.2.1 Trabajo experimental

Esta actividad se realizó en el laboratorio de la institución teniendo en cuenta la

metodología de las prácticas interactivas del aprendizaje activo.

Las predicciones más destacadas de los estudiantes fueron las siguientes:

§ Predicción 1:

E8: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la

tintura de yodo+agua, esta se vuelve de color anaranjado”

E9: “Cambiará de color o seguirá normal solo que se produce una nueva

sustancia”

E10: “Hay un aumento de volumen al mezclar las dos sustancias, esta se rebosa,

sale burbujas y se produce un gas”

§ Predicción 2:

E9: “Cuando se agrega el contenido del vaso 2 en el 1, hay un cambio de color,

se pondrá caliente, saldrá espuma y botará gas”

E10: “La sustancia se rebosa y cambia de color”

Agua  a  temperatura  ambiente  

Agua  caliente   Agua  fría  

Cronómetro  

86 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Figura 5-22: Taller práctico, efecto de la concentración

Después de que los estudiantes realizan la práctica (Figura 5-22), la fase de

síntesis de conceptos gira en torno a las siguientes preguntas orientadoras:

§ ¿Que sucede en la primera parte del experimento?, según las predicciones y

resultados de los grupos se dice que se forma una nueva sustancia, ¿cómo se

le conoce al proceso en donde sucede esto?, ¿cuáles son sus características?.

§ Según los resultados observados en la segunda parte del experimento se

presenta un cambio de color ¿a qué se debe?, cuando se repite el

experimento con agua oxigenada al 50% ¿tarda lo mismo?, ¿en cuál de los

dos cambia más rápido?, ¿a qué se debe?.

§ Si hablamos en términos de partículas, ¿Cómo sería el comportamiento de las

moléculas en los dos instantes de la práctica cuando se agrega peróxido de

hidrógeno al 4% y al 50%?.

§ ¿Cómo se le llama al factor que influye en este proceso?.

La mayoría de estudiantes contestan de forma correcta a la primera pregunta,

asegurando que en las dos etapas del experimento se producen reacciones

químicas, debido a que se presenta un cambio de color y se forman nuevas

sustancias con características propias que antes no estaban. En los siguientes

cuestionamientos las respuestas no son las más acertadas, pues los estudiantes

tienen la idea de que la reacción química con el peróxido de hidrógeno al 50%,

se produce más rápido porque hay mayor volumen, más cantidad, o el reactivo

es más puro, tal cual, como se analizó en el pre-test. Para lograr el cambio

conceptual en los alumnos se utiliza nuevamente la analogía experimental con

Capítulo 5 87

dos bolsas de plástico transparente que contiene bolitas de icopor. Su

explicación suponía imaginar que la bolsa representaba el solvente que contenía

el soluto (bolitas de icopor) y que cada una de ellas tenía 100 mL de disolución.

La diferencia radicaba en que había distinta cantidad de bolitas en las dos

bolsas, es decir diferente proporción de soluto disuelto en el solvente.

Posteriormente, se entrega las bolsas a dos alumnos, se les solicita que soplen su

interior con igual intensidad y se les indaga en cuál de las dos bolsas hay mayor

número de choques para la formación de productos. Esta fase de extrapolación

permitió esclarecer el concepto de concentración y de su efecto en la

velocidad de las reacciones químicas a través de la teoría de las colisiones. A

continuación se muestra las respuestas de dos estudiantes para los resultados de

la práctica:

E4: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la

solución de tintura de yodo+agua se torna transparente, esto sucede ya que hay

una reacción química donde uno se oxida y otro se reduce y debido a ello se

torna transparente”

E8: “Al agregar el peróxido de hidrogeno al 50%, el cambio de color ocurrió

muchísimo más rápido que cuando le agregamos el de concentración de 4%,

porque al tener mayor concentración hay más choques y al haber más choques

es más rápido el producto”

5.2.3.2.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”

Con el propósito de variar un poco la estrategia, este taller se lleva a cabo en el

laboratorio de bilingüismo de la institución, que dispone de computadores de

escritorio (Figura 5-23). La metodología aplicada se fundamenta en que en este

caso es el profesor quien realiza y proyecta solo la fase de experimentación en el

simulador, a través de la plataforma Génesis VLE.

Las predicciones más sobresalientes fueron las siguientes:

§ Predicción 1:

E6: “Cuando se agrega la disolución de vitamina C al recipiente que contiene la

tintura de yodo+agua, creo que cambiará de color, se tornará café”.

88 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

E7: “Aumentará su volumen y esta sustancia cambiará de color”.

E11: “Creo que cambia de color, salen burbujas y espuma”.

§ Predicción 2:

E6: “Cuando se agrega el contenido del vaso 2 en el 1, también cambiara de

color y tal vez se produzcan burbujas”.

Figura 5-23: Actividad de simulación, efecto de la concentración

Se realizar la simulación (Figura 5-24), y luego se da lugar a la fase de síntesis

conceptual que se centra en la utilización del mismo diagnóstico efectuado en

la práctica experimental. Igualmente, las respuestas de los estudiantes

demuestran tener claro el concepto y la producción de dos reacciones químicas

en la simulación, sin embargo al igual que el GTE, también presentan dificultades

al momento de explicar el cambio de color en la segunda parte del

experimento, pues lo asocian a que hay mayor cantidad o volumen superior de

peróxido de hidrogeno al 50%. Para esclarecer esta idea alternativa, se utiliza la

analogía experimental de las dos bolsas de plástico transparente que contenían

las bolitas de icopor. Finalmente, se permite aclarar el concepto de

concentración y de su efecto en la velocidad de las reacciones químicas a

través de la teoría de las colisiones.

Esta fue la respuesta de una estudiante para los resultados de la simulación:

E6: “En la primera parte de la simulación cuando se agrega la disolución de

vitamina C al recipiente que contiene la tintura de yodo+agua, el color rojizo del

yodo se aclaró, debido a que el yodo se convirtió en yoduro”, “En la segunda

parte, la reacción es más rápida con el peróxido de hidrógeno al 50%, porque

Capítulo 5 89

tiene mayor concentración, o sea que van a haber más choques. La

concentración afecta la velocidad”.

Figura 5-24: Resultados de la simulación, efecto de la concentración de los

reactivos

Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.

5.2.3.3 Actividad 3: Efecto de la naturaleza de los reactivos

5.2.3.3.1 Trabajo experimental

Se describe y se explica el experimento si proyectar los resultados, para luego dar

paso a la formulación de las predicciones de los estudiantes.

Estas fueron las respuestas más representativas:

§ Predicción 1:

E8: “Cuando se agrega la vitamina C en el agua, en el alcohol y en el ácido

acético sale burbujas, cambia de color y se desprende un gas”.

E9: “En el peróxido de hidrogeno la vitamina C se disuelve y se producen

burbujas, en el alcohol hay un cambio de color y en el vinagre la vitamina C se

disuelve”.

§ Predicción 2:

La mayoría de estudiantes expresa que la vitamina C se disolverá más rápido en

el peróxido de hidrogeno al 50%. Solo un pequeño porcentaje de alumnos afirma

que ocurrirá más rápido en el vinagre y en el alcohol.

Solución  de  

almidón  

Solución  de  vitamina  C  

Solución    

2  

Solución    

1  

Resultado  

final  

Cronómetro  

90 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Para esta actividad la fase de experimentación de la metodología del

aprendizaje activo es realizada por el docente (Figura 5-25).

Figura 5-25: Actividad experimental, efecto de la naturaleza de los reactivos

La construcción de los conceptos se desarrolla a través del siguiente

cuestionamiento:

§ Los resultados expresados, indican que cuando se agrega la vitamina C en

cada una de las sustancias se genera un cambio de color y salen burbujas;

¿Las sustancias iniciales permanecen iguales?, ¿se forma algo nuevo?, ¿Qué

sucede?, ¿cómo se le llama a este proceso?, ¿cuáles son sus características?.

§ En la práctica experimental se observa que la vitamina C se disuelve en todas

las sustancias, ¿se disuelven todas al mismo tiempo?, ¿cuál lo hace primero?.

§ ¿Por qué la vitamina C se disuelve más rápido en el vaso con vinagre?.

§ Cuáles son las características del alcohol que hace que la vitamina C tarde

tanto en disolverse?.

§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.

Los estudiantes contestan de forma adecuada a la primera pregunta, es decir

que demuestran tener un avance significativo en el conocimiento de la

producción de una reacción química en la práctica, asociando su concepto al

rompimiento y creación de enlaces para la formación de nuevas sustancias.

Luego, se cuestiona el hecho de haber creído que en el peróxido de hidrógeno

al 50% iba a ocurrir más rápido la reacción. Los estudiantes le atribuyen la razón

de su respuesta a la concentración del reactivo. Así pues, esta apreciación

Capítulo 5 91

resulta ser relevante para indicar que según los resultados hay mayor velocidad

de reacción en el vinagre (ácido acético), y que por lo tanto para este

experimento el factor influyente no es la concentración ni la temperatura.

Debido a la poca información que tienen los estudiantes acerca de las

propiedades químicas y físicas de las sustancias utilizadas que permiten

diferenciarlas teniendo en cuenta su velocidad de reacción con la vitamina C,

en primer lugar se da a conocer en el tablero la representación simbólica de la

estructura química del alcohol, del peróxido de hidrógeno y del ácido acético

que permitieron la creación de algunas ideas en los estudiantes, como por

ejemplo:

E9: “yo creo que como el alcohol tiene más enlaces que los demás, va a tardar

más tiempo en romperse, por eso se va a demorar más que el vinagre y el agua

oxigenada”.

Posteriormente la clase se centra en identificar algunos atributos generales de las

sustancias, que ayudaron a determinar porqué la reacción ocurre más rápido en

el vinagre y más lento en el alcohol, como por ejemplo considerar las

características de ácido del vinagre y las particularidades de los compuestos

orgánicos como el alcohol. Finalmente, los estudiantes concluyen que hay ciertas

propiedades físicas y químicas propias para cada sustancia, que le otorgan un

comportamiento diferente cuando reaccionan con otras especies; al que

denominan como “características de los reactivos”, “propiedades químicas

propias de las sustancias” y/o “características químicas únicas de las sustancias”

haciendo alusión a la naturaleza de los reactivos.

A continuación se muestra la respuesta dada por una estudiante:

E5: “La vitamina C se comporta así debido a la reacción que tiene al entrar en

contacto con las sustancias, y la velocidad de reacción de estas depende de los

componentes, sus propiedades fisicoquímicas o de sus características propias

que las hacen diferentes”.

92 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.2.3.3.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”

Este tercer taller de simulación se desarrolla en el laboratorio de bilingüismo de la

institución como práctica interactiva.

Los estudiantes coinciden en las siguientes predicciones:

§ Predicción 1:

E7: “La vitamina C en el vaso con agua oxigenada se disolverá más

rápidamente, creará una reacción burbujeante y cambiará de color. En el

alcohol simplemente se quedará ahí, tal vez esta se disuelva pero en un proceso

más lento, y en el ácido acético al igual que el agua oxigenada esta se disolverá

pero un poco más rápido, también cambiará de color”.

§ Predicción 2:

Un alto porcentaje de estudiantes afirma que la vitamina C se disolverá más

rápido en el peróxido de hidrógeno, mientras que el porcentaje restante asegura

que la velocidad de reacción será mayor en el ácido acético. Es decir que no

registran opiniones con respecto al alcohol.

Figura 5-26: Resultados de la simulación, efecto de la naturaleza de los reactivos

Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.

Los estudiantes realizan la simulación dando a conocer claramente los resultados

de la práctica virtual (Figura 5-26), para luego dar paso al proceso de

indagación que gira en torno a la utilización de las mismas preguntas del trabajo

experimental. Sin embargo la consolidación del concepto de reacción química

no es el mismo, pues aún se maneja la definición básica y superficial de

“cambio” en la generación de nuevas sustancias. No obstante, al Igual que el

Agua  oxigenada  al  50%      Alcohol   Ácido  acético  

Cronómetro  

Capítulo 5 93

GTE, al cuestionar el hecho de haber creído que la vitamina C se disolvería más

rápido en el peróxido de hidrógeno al 50%, la respuesta de los estudiantes alude

a la concentración. Sin embargo, cuando se proyecta la formula química

estructural de las sustancias empleadas, no hay una opinión apropiada que

respalde el hecho de porque en el ácido acético es más rápida la reacción.

Por otra parte, también se discute porqué en las predicciones se apuesta por

creer que en el alcohol el proceso de reacción sería lento o no ocurriría nada, a

lo que los estudiantes responden:

E11: “Una vez hice el mismo experimento, pero con aspirina, y se demoraba

mucho en desaparecer”.

E12: “Yo siempre he visto que la vitamina C se disuelve en agua, por eso dije que

ocurría más rápido en el agua oxigenada, mientras que el alcohol es un

compuesto diferente”.

Aunque estas opiniones no tienen una estructura conceptual apropiada, son

utilizadas como punto de partida para identificar algunas particularidades de las

sustancias. A partir de esto, la clase se centra en indagar porqué se considera

como ácido al vinagre, cuáles son sus características, porqué se piensa que el

alcohol es diferente, qué es lo que hace que la aspirina tampoco se disuelva y

en que se diferencian las formulas estructurales de las sustancias. Finalmente, las

respuestas de los estudiantes permiten definir que los compuestos utilizados

tienen propiedades que se ajustan a su función química inorgánica u orgánica,

que le confieren un comportamiento distinto cuando reaccionan. A lo que en

química se le conoce como naturaleza de los reactivos, ellos lo denominan

como “características de la sustancias”, una designación similar al del otro

grupo, destacando principalmente la composición y comportamiento químico

de las sustancias involucradas. Esta es la conclusión de una estudiante:

E6: “Las sustancias utilizadas tienen características propias que hacen que

reaccionen de forma distinta con la vitamina C, como ejemplo, el vinagre que es

un ácido reacciona fácilmente”.

94 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.2.3.4 Actividad 4: Efecto del grado de particulación de los reactivos

5.2.3.4.1 Trabajo experimental

Igual que en el taller anterior, para esta actividad la fase de experimentación de

la metodología del aprendizaje activo es realizada por el docente.

Debido a la dificultad que se tuvo para conseguir los cubos de azúcar, el

experimento se realizó con panela, teniendo en cuenta que también permite

observar los resultados esperados del experimento (Figura 5-27). Cabe mencionar

que antes de iniciar el taller, se preguntó, se aclaró y se explicó qué es la panela.

Los estudiantes formularon las siguientes predicciones:

§ Predicción 1:

E4: “Cuando se agrega la panela en la disolución de levadura para cada

botella, se espera que esta se disuelva o desvanezca, que suba, que haya

liberación de gas, que se produzca burbujas y que cambie de color”.

E10: “Todas se disuelven sino que en diferente tiempo, primero la panela

pulverizada, luego en grano y por último en cubo. También hay un aumento en

la cantidad de la sustancia”.

§ Predicción 2:

La mayoría de los estudiantes opina que en la botella en donde se agrega la

panela pulverizada la bomba se infla más rápido. Solo una minoría asume que

comenzará a suceder algo extraño en la botella con panela en granos, mientras

que no hay opiniones para la panela en cubo.

Figura 5-27: Taller experimental, efecto grado de particulación de los reactivos

Capítulo 5 95

Después de haber realizado el experimento, la fase de síntesis conceptual se

lleva a cabo a partir de las siguientes preguntas:

§ Según las predicciones y los resultados, se observa que cuando se agrega la

panela en cada una de las sustancias se genera un cambio de color, salen

burbujas y se libera un gas, ¿qué ocurrió?, ¿qué es lo que infla la bomba?,

¿cómo se le conoce a este proceso?.

§ En la práctica se observa que la panela se disuelve en todas las botellas con la

disolución de levadura, pero ¿cuál se disuelve primero?, ¿en cuál se comienza

a inflar primero la bomba?, ¿qué indica esto?.

§ ¿En cuál de las tres botellas hay mayor velocidad de reacción?, ¿por qué?.

§ Si hablamos en términos de partículas ¿cuál es el comportamiento de las

moléculas en las tres botellas cuando se agrega respectivamente la panela

pulverizada, en granos y en forma de cubos?.

§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.

Esta fase de indagación permitió en primer lugar, definir la reacción ocurrida

entre el azúcar que contiene la panela y la levadura; estas fueron las respuestas

de dos estudiantes:

E5: “Lo que causa que los globos se comporten así, es que la levadura son

microorganismos unicelulares que utilizan el azúcar de la panela como alimento,

liberando en el proceso dióxido de carbono y con este gas liberado aumenta la

presión en el interior de la botella y el globo se infla”.

E11: “Se observó que en la botella empieza a fermentarse la levadura, por lo

tanto un producto es el gas (dióxido de carbono), este es el encargado de

formar burbujas y de que el globo se infle”.

Posteriormente, después de fortalecer el concepto de la reacción entre el azúcar

de la panela y la levadura, se le solicita a tres estudiantes que dibujen en el

tablero la organización que tendría las moléculas de la panela en sus tres formas

(pulverizada, en granos y en cubo), con el propósito de cuestionar en cuál de

ellos y porqué se produciría mayor número de colisiones cuando se entra en

96 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

contacto con las moléculas de la levadura. De igual forma, se analiza la

dependencia del tamaño de las partículas y del estado -sólido, líquido y

gaseoso- de las sustancias con la velocidad de las reacciones. Finalmente los

estudiantes le asignan diferentes nombres al factor que influye en este

experimento: “forma de los reactivos”, “tamaño de las partículas de los

reactivos” y “estado de los reactivos”, al que después se le denomina con su

nombre apropiado en la cinética química.

A continuación se muestra el análisis de resultados de la práctica, escrito por una

estudiante:

E4: “Observé que hubo un cambio de color en cada uno de los recipientes. La

panela pulverizada se disolvió más rápido ya que sus partículas estaban más

separadas, haciendo que se presente más contacto y más choques efectivos

para formar los productos. En el recipiente con la panela en grano no fue tan

rápido debido a que no son tan efectivos los choques, y en la de los cubos fue

mucho más lento”, “En el recipiente con la panela pulverizada ocurre más rápido

la reacción, ya que las partículas entre más pequeñas y separadas habrán más

colisiones, haciendo que se forme un gas, que al agitar el recipiente inflará la

bomba”.

5.2.3.4.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”

Este taller de simulación se realiza de forma interactiva en la sala de bilingüismo

de la institución.

Los estudiantes formularon las siguientes predicciones:

§ Predicción 1:

E7: “Creo que de las tres formas se va a disolver el azúcar, pero en tiempos

diferentes. Hay un cambio de color, sube la levadura, se produce espuma y se

inflan las bombas”.

§ Predicción 2:

Todos los estudiantes aseguran que en la botella con azúcar pulverizada se infla

más rápido la bomba.

Capítulo 5 97

Figura 5-28: Actividad de simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos

Después de desarrollar la práctica de simulación (Figura 5-28), se utiliza el mismo

cuestionamiento del GTE, con el propósito de sintetizar los conceptos más

influyentes. En primer lugar, los alumnos opinan sobre la reacción ocurrida,

describiendo lo observado e identificando aspectos básicos y superficiales

observados en la simulación, como por ejemplo la producción de burbujas y el

cambio de coloración (Figura 5-29). Son muy pocos los estudiantes que se

atreven a definir la función y el efecto de la levadura en el azúcar:

E11: “La levadura solo funciona si el agua está tibia, porque cuando hacíamos

pan en la casa, utilizábamos agua caliente y esta quemaba los hongos, por lo

tanto la levadura no subía”.

E12: “Al mezclarse el azúcar con la levadura, se producen las burbujitas que es lo

que hace que se infle la bomba”.

Las respuestas de los estudiantes fueron clave para comenzar a identificar

algunas características propias de la reacción, como por ejemplo el

reconocimiento de reactivos, la función del azúcar en la levadura, la definición

del concepto de fermentación y la generación de los subproductos de la

reacción. Posteriormente, se le solicita a los estudiantes que representen la

disposición que tendría las moléculas de azúcar en sus tres formas, para luego

cuestionar en cuál de ellos y porqué se produciría mayor número de colisiones

cuando se entra en contacto con las moléculas de la levadura, o en cuál de los

98 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

tres ocurriría más rápido la reacción química. Finalmente se define el factor

influyente en este caso, teniendo en cuenta las consideraciones anteriores. Una

de las respuestas más destacadas de los estudiantes es la siguiente:

E4: “En el recipiente con el azúcar en granos se disolvió un poco lento, porque las

partículas están unidas y no hay una colisión efectiva. En el recipiente con el

azúcar pulverizada, se disolvió más rápido que todas, ya que las partículas están

separadas y al haber más contacto entre ellas, hay más choques. En el

recipiente con azúcar en cubos, tardó más que la de granos, porque las

partículas se encuentran aún más unidas, y no chocan con las del centro”.

Figura 5-29: Resultados de la simulación, efecto del grado de particulación de los reactivos

Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.

5.2.3.5 Actividad 5: Efecto de los catalizadores

5.2.3.5.1 Trabajo experimental

En esta actividad se utiliza la metodología de las prácticas interactivas del

aprendizaje activo. Sin embargo el experimento con la sangre se hace bajo la

supervisión del docente.

Las predicciones más destacadas se muestran a continuación:

§ Predicción 1:

Los estudiantes afirman que cuando se agregan los trozos de papa en el

peróxido de hidrogeno al 50% se “fritan”, se ablandan (se vuelve puré) y

Azúcar  pulverizada  

Azúcar  en  cubos  Azúcar  en  granos  

Capítulo 5 99

cambian de color. La sangre se “corta” y se “descoloriza”, mientras que el

dióxido de manganeso se disuelve y se rebosa.

§ Predicción 2:

La mayoría de estudiantes aseguran que la reacción química va a ocurrir más

rápido con la sangre. Dos estudiantes dicen que hay mayor avance en el dióxido

de manganeso y solo uno opina que será superior en la papa.

Figura 5-30: Desarrollo del experimento "La sustancia x"

Luego de realizar el experimento (Figura 5-30), la estructuración de conceptos se

lleva a cabo mediante la siguiente indagación:

§ Según los resultados, ¿qué sucede cuando se agrega cada uno de las

sustancias en el peróxido de hidrogeno?, ¿cómo es la reacción, rápida o

lenta?, ¿en cuál ocurre primero?.

§ En la práctica se observa que al final de cada experiencia se acerca una

cerilla o fósforo encendido en cada recipiente, ¿qué sucede?, ¿cuál es su

finalidad?.

§ ¿Qué sucedería en el peróxido de hidrógeno si se agrega este en un vaso y

luego se deja a la intemperie?, ¿cuál sería la reacción química ocurrida?.

§ Conociendo lo que se produce en la reacción ¿cuál es la función de las

sustancias en el peróxido de hidrógeno?, ¿estas sustancias harán parte de los

reactivos y productos?, explica.

100 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ En términos de partículas ¿cuál sería el comportamiento molecular del

peróxido de hidrógeno cuando se agrega cada una de las sustancias?, ¿cuál

será la relación con la energía de activación?.

§ ¿Cómo se le puede llamar al factor que influye en este proceso?.

La fase de síntesis conceptual es respaldada por la explicación previa de la

introducción, en donde se expuso lo ocurrido en la reacción química del yoduro

de potasio y el peróxido de hidrógeno; es decir que a partir de estas nociones los

estudiantes logran reconocer que se trata del mismo proceso y de igual manera

consiguen identificar los reactivos y productos de la reacción. Así pues, los

alumnos dan una respuesta apropiada cuando se les pregunta por la finalidad

del uso del cerillo, aludiendo al hecho de que este permite evidenciar la

producción de oxígeno. Estas son las respuestas de dos estudiantes:

E9: “La papa, la sangre y el dióxido de manganeso hacen que se forme más

rápido agua y oxígeno, este último se puede observar porque al acercarse un

fósforo prendido la llama crece”.

E11: “Se produce agua y oxígeno, o sea que la papa, el dióxido de manganeso y

la sangre, aunque se recuperan al final, no hacen parte de los productos”.

De esta manera se logra afianzar el concepto que se tiene de la función de

cada una de estas sustancias en la reacción química, al que los estudiantes

denominan como “acelerador”. Después de asignarle su nombre adecuado, se

prosigue a explicar a través de una analogía adaptada de Parry (1974), la

relación existente entre los catalizadores y la energía de activación:

La analogía consiste en imaginar lo que sucede en un salto alto. Se utiliza el

tablero para representar y explicar de una mejor forma la situación. En primer

lugar se comenta que los atletas profesionales que buscan una marca

excepcional deberán de esforzarse y utilizar mucha energía para poder saltar la

varilla colocada a una gran altura (ver imagen 5-29 a), pero para personas

aficionadas que deseen pasar utilizando un camino diferente (más corto) sin

esforzarse tanto o preocuparse por un record, solo tienen que colocar la varilla a

Capítulo 5 101

una menor altura (figura 5-29 b). Es decir que el entrenador actúa como

catalizador al bajar la varilla, con lo cual modifica la energía de activación al

proporcionar un camino más fácil al atleta para llegar al otro lado. De esta

manera su recorrido será más corto y llegará más rápido a su destino final.

Figura 5-31: Analogía, salto alto - efecto de los catalizadores

Fuente: Salto alto. [Figura]. Modificado el 23 de Enero de 2017 de:

https://blinkwpre.blinklearning.com/Cursos/c388779_c15754379__Libro_digital.php; con base al libro: Parry, R.

(1974). Química: fundamentos experimentales, guía del profesor.

Finalmente se mencionan y se explica la función de los catalizadores biológicos

más importantes en el cuerpo humano y de aquellos que se utilizaron en la

práctica. A continuación se muestra los resultados de un estudiante:

E11: “En la papa y en la sangre hay catalasa que hacen que se produzca más

rápido agua y oxígeno. De los tres catalizadores es más efectivo el MnO2 por que

la reacción se da más rápido”, “Un catalizador acelera la reacción química por

que disminuye la energía de activación”.

5.2.3.5.2 Uso del simulador “Virtual LabCin”

Esta última práctica de simulación se desarrolla en la sala de inglés de la

institución, siguiendo la metodología de las clases interactivas.

Las predicciones se muestran a continuación:

a) Varilla a una gran altura

b) Varilla a una menor altura

102 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

§ Predicción 1:

E6: “Cuando se agrega la papa, tal vez se produzca un efecto burbujeante, al

agregar la sangre cambiará de color y al agregar el dióxido de manganeso las

moléculas pueden tener más choques, hasta tal punto de derramarse”.

E7: “En el agua oxigenada la papa cruda no reaccionará de ninguna manera.

La sangre tal vez reaccione de forma que esta se cuaje, y el dióxido de

manganeso simplemente quedará ahí o tal vez derrame un poco y produzca

burbujas”.

§ Predicción 2:

Hay opiniones divididas. La mitad de los estudiantes supone que la reacción

ocurrirá más rápido con la sangre, mientras que el resto asegura que habrá un

mayor avance con el dióxido de manganeso. No se generan opiniones con

respecto a los trozos de papa.

Después de realizar la simulación (Figura 5-32), se desarrolla la discusión y análisis

de resultados que gira en torno a la utilización de las mismas preguntas

orientadoras que se manejaron en el GTE. Sin embargo, la definición y

explicación de la reacción química ocurrida resulta ser más compleja, pues los

estudiantes en un principio no asocian el conocimiento abordado en la

introducción con lo ocurrido en la práctica. De este modo se hace necesario

retomar el experimento del yoduro de potasio que ya se había explicado, para

permitir que los estudiantes identificarán los productos de la reacción y los

confrontará con los de este nuevo proceso. Asimismo se logra reconocer el

propósito de acercar el fosforo encendido y la función que tienen estas

sustancias en las reacciones químicas. A continuación se muestra la respuesta de

una estudiante:

E12: “En la reacción química con el dióxido de manganeso el agua oxigenada se

descompone más rápido en agua y oxígeno. Si se acerca un fosforo encendido,

se prende más porque hay oxígeno”.

Capítulo 5 103

Figura 5-32: Resultados de la simulación, efecto de los catalizadores

Fuente: Virtual LabCin [Captura de pantalla]. Tomada el 21 de Julio del 2017.

Posteriormente, se dan otros ejemplos de sustancias que realizan la misma

función en las reacciones químicas, se define el nombre del factor influyente y se

explica el papel desempeñado por los principales catalizadores biológicos en el

cuerpo humano. Por último, se proyecta en cada ordenador la imagen (5-29)

como analogía para poder explicar la relación de los catalizadores con la

energía de activación.

A continuación se muestra los resultados de la práctica de simulación de un

estudiante:

E11: “El dióxido de manganeso y la catalasa de la papa y la sangre son los

catalizadores que hacen que el agua oxigenada se divida rápidamente en

agua y oxígeno, pero es más rápido con el dióxido de manganeso”, “cuando

hay catalizador la reacción es más rápida, ya que este disminuye la energía de

activación”.

5.2.4 Prueba Final (Aplicación del Pos-Test)

Esta última fase de la investigación se fundamenta en la aplicación del pos-test

como instrumento para evaluar la incidencia de la estrategia en el aprendizaje

de los estudiantes acerca de los conceptos de cinética química. Igualmente,

incluye el análisis respectivo de los resultados finales otorgados por los dos grupos

de estudio.

Trozos  de  papa   Sangre  Dióxido  de  manganeso  

Cerillo  encendido  

Cronómetro  

104 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.2.4.1 Análisis de los resultados del pos-test

A continuación se muestra el análisis de la información que se obtuvo en el pos-

test (Anexo A), la diferencia en el rendimiento de las dos secciones, así como

también la comparación con la prueba inicial de ideas previas.

Pregunta 1.

Figura 5-33: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 1 (pos-test)

En comparación con el pre-test se observa un aumento considerable –del 42% y

35% respectivamente- en las dos secciones para la opción A, que es la respuesta

correcta, por tal motivo se puede deducir que los estudiantes logran entender la

relación existente entre la concentración de los reactivos con la velocidad de

una reacción. De igual modo, se evidencia un porcentaje bajo (6% y 15%

respectivamente) para la opción C, lo que indica un cambio conceptual en los

alumnos de la idea errónea que tenían de la dependencia entre una cantidad

mayor o volumen superior de los reactivos con la velocidad de una reacción.

Pregunta 2.

Figura 5-34: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 2 (pos-test)

Un porcentaje significativo de estudiantes de las dos secciones (86% y 77%

respectivamente) que respondieron la opción correcta B, ratifican tener un claro

A  

86%  

B  

8%  

C  

6%  

Pregunta 1 - GTE

A  

77%  

B  

8%  

C  

15%  

Pregunta 1 - GPS

A  

3%  

B  

86%  

C  

11%  

Pregunta 2 - GTE

A  

8%  

B  

77%  

C  

15%  

Pregunta 2 - GPS

Capítulo 5 105

conocimiento de que no existe relación alguna entre la forma del recipiente que

contiene los reactivos y la velocidad de una reacción, así pues, los estudiantes

con este porcentaje analizan los datos de forma adecuada y comprenden los

dos conjuntos de condiciones; aunque se muestra mayor dominio en el GTE. Por

consiguiente, se presenta un aumento del 28% y 38% para las dos secciones

respectivas en comparación con el pre-test, es decir que hay un significativo

progreso en el GPS para esta pregunta. Por otra parte, las gráficas muestran un

porcentaje inferior para la opciones A y C con un valor apreciable -del 11% y

15%- en los dos respectivos grupos, en donde todavía prevalece el error

conceptual de vincular la velocidad de una reacción química con la forma

ancha y angosta del recipiente, debido a la mala interpretación de la

información suministrada en el ítem, lo que conlleva a que los estudiantes

consideren que hay un volumen superior de reactivos y por lo tanto la existencia

de una mayor concentración y velocidad de reacción.

Pregunta 3.

Figura 5-35: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 3 (pos-test)

En las dos secciones se presenta un aumento importante en el porcentaje para la

opción correcta C (del 42% y 38% respectivamente), es decir que este grupo de

estudiantes ya reconoce la influencia del incremento de la temperatura en la

velocidad de una reacción química. Para el GTE, el 22 % de los estudiantes aún

manifiesta tener confusión sobre el concepto de temperatura y su función en la

cinética química, tal como los expone Kakmakci (2010a), en sus estudios, (citado

de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16). Mientras que en el porcentaje restante

(17% y 31% respectivamente) todavía prevalece la concepción errónea de que

A  

17%  

B  

22%  

C  

61%  

Pregunta 3 - GTE

A  

31%  

B  

4%  C  

61%  

No  

responde  

4%  

Pregunta 3 - GPS

106 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

las bajas temperaturas determinan que una reacción química suceda de forma

más rápida, a causa de un análisis inapropiado de la teoría de las colisiones.

Pregunta 4

Figura 5-36: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 4 (pos-test)

Se evidencia un inesperado y notable porcentaje (44% y 27% respectivamente)

para la respuesta C en las dos secciones. Por consiguiente, se puede analizar que

hay una mala interpretación por parte de los estudiantes de las analogías que se

utilizaron para explicar el concepto de energía de activación y de su influencia

en la cinética química, pues al parecer los alumnos que se incluyen en este

porcentaje creen que la energía de activación es la cantidad total de energía

liberada en una reacción, y que por tanto ocurre más rápido (Kakmakci, 2010a,

citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16), considerando una relación

directamente proporcional entre la Ea y la velocidad de reacción. Por otro lado,

los estudiantes que no tienen claro el concepto relevante en este ítem se ven

forzados a responder las opciones B y D, porque son las que mejor se acomodan

a sus juicios. Mientras que la respuesta correcta A, presenta un aumento del 20%

y 19% para los dos grupos respectivos, considerando que la estrategia utilizada

permitió que nuevos estudiantes entendieran la información suministrada y el

concepto presente.

A  

39%  

B  

11%  

C  

44%  

D  

6%  

Pregunta 4 - GTE

A  

50%  

B  

4%  

C  

27%  

D  

15%  

Anulada  

4%  

Pregunta 4 - GPS

Capítulo 5 107

Pregunta 5.

Figura 5-37: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 5 (pos-test)

La gráfica muestra un significativo porcentaje (80% y 81% respectivamente) para

la respuesta correcta C en las dos secciones, con un aumento del 30% y 43% en

relación con el pre-test. Lo que indica que este grupo de estudiantes comprende

de forma adecuada el concepto de la influencia del grado de particulación de

los reactivos en la velocidad de una reacción química. Por otra parte, se

presenta un porcentaje inferior para la opción B (17% y 8% respectivamente) en

los dos grupos, lo que demuestra que los alumnos incluidos siguen interpretando

de forma inapropiada la pregunta, fijándose solamente en las condiciones de

volumen y concentración que presenta los dos procesos químicos manifestados.

Pregunta 6.

Figura 5-38: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 6 (pos-test)

Hay una cantidad relevante de estudiantes (78% y 73%) en los dos respectivos

grupos que contestaron la respuesta correcta D. Esto implica que con un

aumento del 31% y 35% se ratifica que los estudiantes incluidos tienen una

favorable comprensión del efecto de la concentración en la velocidad de la

reacción química, tal y como se explica en el ítem 1, lo que indica además que

A  

3%  B  

17%  

C  

80%  

D  

0%  

Pregunta 5 - GTE

A  

11%  

B  

8%  C  

81%  

D  

0%  

Pregunta 5 - GPS

A  

3%  B  

16%  

C  

0%  D  

78%  

Anulada  

3%  

Pregunta 6 - GTE

A  

4%  

B  

4%   C  

15%  

D  

73%  

Anulada  

4%  

Pregunta 6 - GPS

108 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

la estrategia práctica de utilizar las bolsas con las bolitas de icopor cumplió su

cometido. Por otro lado, aunque con un porcentaje bajo (15%), aún se muestra

en el GPS una fracción considerable de estudiantes que suponen que la unidad

de concentración establecida en el enunciado hace referencia a la pureza de

la solución de ácido, mientras que en el GTE un 16% de la población se deja

convencer por la explicación errónea que se da al comportamiento de las

partículas. Un dato interesante para este ítem, es reconocer la disminución

considerable de estudiantes que respondían la opción A, al creer que había una

dependencia entre la cinética química y el volumen de los reactivos que

participan en la reacción.

Pregunta 7.

Figura 5-39: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 7 (pos-test)

Al igual que en el pre-test, las gráficas muestran las diversas opiniones de los

estudiantes. Un porcentaje relevante en las dos secciones (mayor en el GPS)

respalda la opción B, es decir que aún se presenta dificultades para explicar

fenómenos químicos y diferenciarlos de los cambios físicos (Cachapuz & Maskill,

1987, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16); los valores restantes indican

que se mantiene la idea de asociar la disminución del número de colisiones con

el aumento de la temperatura y con la adición de reactivos que actúan como

conservantes. Esto indica que todavía persiste en los estudiantes los errores

conceptuales que se tiene de la teoría que explica en términos de partículas la

influencia de la temperatura en la velocidad de las reacciones químicas, tal

como se explica en la investigación realizada por Van Driel (2002, p. 209), en

donde se indica el razonamiento de los estudiantes al creer que cuando las

partículas en rápido movimiento chocan unas con otras, es muy probable que

A  

5%   B  

22%  

C  

50%  

D  

14%  

Anulada  

3%  

Sin  

responder    

6%  

Pregunta 7 - GTE

A  

15%  

B  

42%  

C  

31%  

D  

12%  

Pregunta 7 - GPS

Capítulo 5 109

estas “reboten” sin que acurra un cambio o reacción. Por consiguiente, se puede

estimar que hay un aumento poco significativo (del 25% y 6% respectivamente)

para los dos secciones, aunque es más desfavorable para el GPS.

Pregunta 8.

Figura 5-40: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 8 (pos-test)

En comparación con el test de ideas previas, se evidencia que en las dos

secciones se mantiene un porcentaje considerable para cada una de las

opciones de respuestas, sin embargo, se puede decir que muy pocos estudiantes

logran cambiar su equivocada concepción de la temática (velocidad de una

reacción) evaluada en este ítem, pues solo se logra un aumento del 16% y 11%

en la respuesta correcta D para los dos respectivos grupos. En consecuencia, los

estudiantes presentan dificultades para diferenciar "velocidad de reacción" y

"tiempo de reacción". Mientras que bajo ciertas condiciones el tiempo de

reacción es una cantidad constante para una reacción, la velocidad de una

reacción es dinámica durante el proceso (Kakmakci, 2010a, p. 450-451); es decir

que prevalece la idea de relacionar el concepto de velocidad con el tiempo en

que dura un proceso en cambiar o transformarse, sin tener en cuenta la

naturaleza dinámica del sistema de reacción (Hackling & Garnett, 1985). Por otro

lado, los alumnos también logran vincular el concepto de velocidad con la

frecuencia de choques de las moléculas, por el hecho de haber utilizado la

teoría de las colisiones para explicar el comportamiento de las partículas en una

reacción química.

A  

31%  

B  

22%  

C  

3%  

D  

44%  

Pregunta 8 - GTE

A  

35%  

B  

19%  

C  

8%  

D  

38%  

Pregunta 8 - GPS

110 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Pregunta 9.

Figura 5-41: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 9 (pos-test)

Se presenta un aumento favorable (45% y 27% respectivamente) en los dos

grupos para la respuesta correcta D, es decir que la estrategia utilizada permitió

en primer lugar que los estudiantes comprendieran los conceptos de los factores

que afectan la velocidad de una reacción química y a través de este lograran

analizar de forma apropiada las condiciones que proporciona el enunciado. En

vista de que el porcentaje de alumnos restante en las dos secciones (mayor en el

GPS) presenta dificultades en lo anterior, se puede decir que estos aún suponen

que la velocidad de la reacción química de cada uno de los metales que se

presenta en la información del ítem, se debe a la presencia de catalizadores, a

la temperatura establecida y al grado de particulación de los reactivos.

Pregunta 10.

Figura 5-42: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 10 (pos-test)

Aunque en el test de ideas previas ya se evidencia un buen porcentaje para la

opción correcta D, en este caso estos valores tienen un aumento significativo

(14% y 19% respectivamente) en las dos secciones, indicando que los estudiantes

son capaces de identificar el uso de la temperatura y de analizar su

dependencia directa con la velocidad cuando el enunciado presenta de forma

A  

11%  B  

14%  

C  

5%  D  

67%  

No  

responde  

3%  

Pregunta 9 - GTE A  

12%  

B  

15%  

C  

19%  

D  

54%  

Pregunta 9 - GPS

A  

5%  

B  

6%  

C  

11%  

D  

72%  

No  

responde  

6%  

Pregunta 10 - GTE A  

11%   B  

12%  

C  

8%  

D  

65%  

No  

responde  

4%  

Pregunta 10 - GPS

Capítulo 5 111

explícita sus unidades. Pero los alumnos manifiestan tener dificultades cuando le

quieren dar una explicación en términos de partículas (Justi, 2002), tal y cual

como se expresó en el análisis del ítem 7. Igualmente, el resto de porcentajes que

se distribuyen en las otras opciones de respuesta, se debe a la mala

interpretación del ítem, al considerar por ejemplo que cuando la temperatura es

mayor la reacción ocurre más lento.

Pregunta 11.

Figura 5-43: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 11 (pos-test)

Hay un importante crecimiento en el número de estudiantes (31% y 65%) de las

dos respectivas secciones que responden la opción correcta B, lo cual indica

que además de la práctica experimental y simulada, los ejemplos utilizados para

explicar la función de un catalizador en una reacción química fueron

fundamentales para el aprendizaje de los estudiantes. Por otra parte, un detalle

particular de la comparación de los resultados del pre-test del GPS con los de

esta prueba, radica en que en el primero no había ningún valor para la opción A

y la mayor parte del porcentaje (65%) se incluye en la respuesta D; mientras que

en esta oportunidad se evidencia la presencia de algunos valores para la opción

A (12%) y cero opiniones para la respuesta D, esto quiere decir que la mayor

parte de los estudiantes de esta sección ya logran diferenciar y definir los

conceptos de los factores que modifican la velocidad de una reacción química.

Algo contrario sucede en el GTE, en donde se muestra un porcentaje nulo en la

opción A, y un valor poco significativo en las respuestas C y D, revelando algunas

dificultades en el entendimiento de los conceptos de la influencia de la

concentración y la naturaleza de los reactivos.

A  

0%  

B  

75%  

C  

14%  

D  

11%  

Pregunta 11 - GTE

A  

12%  

B  

88%  

C  

0%  D  

0%  

Pregunta 11 - GPS

112 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

Pregunta 12.

Figura 5-44: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 12 (pos-test)

De forma similar al análisis del ítem 4, se evidencia que los estudiantes presentan

dificultades para definir la energía de activación y relacionarla con los

catalizadores, pues en ambas secciones la respuesta correcta C que incluye este

término, no supera el 50% de la población, sin embargo, se produce un aumento

del 36% y 12% respectivamente, considerando que los valores en el pre-test para

esta opción son bajos. Por consiguiente, los estudiantes que desconocen o

presentan confusión en la principal función de los catalizadores, terminan

eligiendo una interpretación asociada por un lado a la ausencia de su efecto en

los mecanismos de una reacción (Hameed et al., 1993; Johnstone et al., 1977;

Gorodetsky & Gussarsky, 1986; Kakmakci, 2010a), y por otro lado una explicación

errónea vinculada a la teoría de las colisiones, tal cual como se describe en el

análisis del ítem 8, u optan por elegir las alternativas que aún se acomodan a sus

preconcepciones, como por ejemplo involucrar la temperatura y relacionarla

con el catalizador.

Pregunta 13.

Figura 5-45: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 13 (pos-test)

A  

11%  

B  

14%  

C  

47%  

D  

25%  

No  

responde  

3%  

Pregunta 12 - GTE

A  

8%   B  

15%  

C  

39%  

D  

38%  

Pregunta 12 - GPS

A  

44%  

B  

3%  

C  

14%  

D  

36%  

No  

responde  

3%  

Pregunta 13 - GTE

A  

50%  

B  

8%  

C  

8%  

D  

34%  

Pregunta 13 - GPS

Capítulo 5 113

Hay un bajo incremento (del 16% y 27% respectivamente) en la respuesta

correcta A para las dos secciones, que se debe a dos situaciones. La primera

hace referencia a que los estudiantes todavía están presentando algunas

dificultades en entender los conceptos que hacen referencia a los factores que

afectan la velocidad de una reacción química (Tastan et al., 2010), y en segundo

lugar, es que a pesar de que los alumnos conocen la teoría que encierra esta

temática, no logran comprender la forma en como está escrito el texto del

enunciado, generando confusiones. Por tanto, se observa un porcentaje

considerable en los dos grupos (36% y 34% respectivamente) para la opción D,

ratificando la presencia de ideas alternativas en cuanto a la función y el

proceso que genera un catalizador, dado que muchas de las justificaciones de

los estudiantes en los talleres de experimentación y simulación acerca de este

concepto, están asociados a un aumento en el rendimiento de los productos

formados; y como se señaló anteriormente, los estudiantes analizaron esta

situación en términos de tiempo; es decir, piensan que la adición de un

catalizador genera más productos en el mismo marco de tiempo que una

reacción no catalizada (Kakmakci, 2010a, p. 453).

Pregunta 14.

Figura 5-46: Porcentajes de respuestas de los dos grupos para el ítem 14 (pos-test)

Se presenta un destacado porcentaje (81% y 65%) para la respuesta correcta A

en las dos respectivas secciones, a causa del incremento de estudiantes (64% y

38% respectivamente) que interpretaron de forma adecuada este ítem. Esto

quiere decir que los alumnos que se incluyen en este grupo entienden la

representación gráfica del concepto de la velocidad de una reacción química,

A  

81%  

B  

3%  

C  

8%  

D  

5%  

No  

responde  

3%  

Pregunta 14 - GTE

A  

65%  

B  

8%  

C  

8%  

D  

19%  

Pregunta 14 - GPS

114 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

al igual que el mecanismo establecido cuando se relaciona el cambio de

concentración de los reactivos al transcurrir un tiempo determinado. Por

consiguiente resulta relevante destacar la metodología y el proceso aplicado en

la actividad 1 para explicar esta temática.

El porcentaje restante se divide en aquellas opciones que presentan

inconsistencias y se alejan de lo teóricamente correcto. Manifestando que en

ciertos estudiantes aún prevalece las dificultades para interpretar este tipo de

gráficas (Kolomuç, 2009, citado en Tastan et al., 2010), como por ejemplo

manifestar que "la velocidad de reacción aumenta o disminuye a medida que

avanza la reacción" y que "la concentración de los reactivos inician con un valor

constante, luego este aumenta o disminuye hasta que se termina el proceso".

5.2.4.2 Análisis del pos-test considerando el nivel de desempeño

En la tabla (5-2) y en la figura (5-44) se muestran los resultados del pos-test

teniendo en cuenta el rango de calificación, la distribución de estudiantes (F) y el

porcentaje establecido para los dos grupos.

Tabla 5-2: Porcentajes de las calificaciones obtenidas por los dos grupos

Rangos GTE GPS

F % F %

0-1 0 0,00 0 0,00

1,1-2 2 5,56 0 0,00

2,1-3 11 30,56 14 53,85

3,1-4 19 52,78 11 42,31

4,1-5 4 11,11 1 3,85

Total 36 100 26 100

Media 3,3 3,0

Capítulo 5 115

Figura 5-47: Relación entre el porcentaje y las calificaciones obtenidas por los dos grupos

En los dos grupos se presenta un aumento considerable de estudiantes

agrupados en el rango 3,1-4 y 4,1-5, que en los resultados del test de ideas

previas no disponía de datos, pues los alumnos se incluían en los niveles inferiores.

Sin embargo para esta prueba, en el GTE el nivel de logro alcanzado es

ligeramente superior que el GPS –con una diferencia de 0,3 con respecto a la

media-, debido a que se evidencia un menor porcentaje de estudiantes en el

rango reprobatorio 2,1-3 y se consigue un mayor incremento en las categorías

superiores de aprobación. Por consiguiente, el nivel de conocimiento de la

mayoría de estudiantes del GTE (52,78%) están en la escala satisfactorio, es decir

que comprenden los conceptos acerca de los factores que afectan la velocidad

de las reacciones químicas, pero tienden a confundirse cuando los aplican en un

problema; mientras que en el GPS, con un 53,85% se dispone en la escala

aceptable, asumiendo que estos estudiantes presentan dificultades para

relacionar los conceptos en situaciones problémicas. También es importante

considerar el hecho de que en el GPS no hay alumnos en los rangos inferiores, no

obstante en el grupo GTE se dispone de un porcentaje mínimo de 5,56% (2

estudiantes) en el nivel no satisfactorio.

0,00  5,56  

30,56  

52,78  

11,11  

0,00   0,00  

53,85  

42,31  

3,85  0,00  

10,00  

20,00  

30,00  

40,00  

50,00  

60,00  

0-­‐1   1,1-­‐2   2,1-­‐3   3,1-­‐4   4,1-­‐5  

Porcentaje  (%)  

Rango  de  calificación  

GTE   GPS  

116 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.2.4.3 Análisis del pre/pos-test considerando la distribución de los resultados

La figura (5-45) presenta información acerca de la tendencia central, simetría y

dispersión de las respuestas del pre-test y pos-test de los dos grupos.

Figura 5-48: Distribución de resultados del pre/pos-test de los dos grupos

§ La gráfica muestra que en los dos grupos, los diagramas del pos-test se ubican

más hacia la parte superior en relación con el pre-test, esto quiere decir que

los resultados obtenidos en la prueba final son significativos y por consiguiente

la estrategia aplicada tiene un impacto positivo en el aprendizaje de los

estudiantes.

§ El pos-test del GTE presenta más heterogeneidad en sus puntuaciones,

sosteniendo una mediana de 9, lo que indica que la distribución de sus valores

es más dispersa en comparación al GPS, que tiene puntajes más homogéneos

con una med=8.

§ El GPS presenta una menor distribución en el rango intercuartílico para la

prueba final, lo que implica que el 50% central de la población está

comprendida en 3 valores, es decir, que tienen un acierto de 7 a 10 preguntas;

mientras que el GTE presenta una escala de 4, obteniendo de 7 a 11

respuestas correctas.

4  

7  

3  

7  

1  

5  

0  

6  5  

9  

4  

8  7  

14  

8  

13  

6  

11  

5,75  

10  

0  

2  

4  

6  

8  

10  

12  

14  

16  

Pre-­‐test  GTE   Pos-­‐test  GTE   Pre-­‐test  GPS   Pos-­‐test  GPS  

Capítulo 5 117

§ El diagrama del pos-test del GPS presenta una distribución asimétrica positiva

sesgada a la derecha, debido a que los datos tienden a concentrarse hacia

la parte inferior. Además se observa que los valores en el rango intercuartílico

se extienden hacia arriba de la mediana es decir que las respuestas

comprendidas entre el 50% y el 75% de la población está más dispersa que

entre el 25% y el 50%.

§ En el pos-test del GTE se observa que la mediana está un poco más cerca del

lado inferior de la caja (valores más bajos), lo que implica que el 25% de

aquellos estudiantes que tienen datos entre el valor mínimo y el primer cuartil,

ocupan un menor tramo en la escala, en consecuencia hay mayor dispersión

de respuestas hacia los valores más altos. Por ésta razón se presenta una leve

distribución asimétrica positiva sesgada a la derecha.

5.3 Fase de Reflexión

En esta fase se realiza una evaluación sobre los cambios o mejoras que se han

producido por medio de la implementación de la estrategia didáctica. Se

incluyen las actividades de análisis general de la propuesta, cumplimiento de los

objetivos, conclusiones y recomendaciones.

5.3.1 Análisis General de la Propuesta

Teniendo en cuenta los resultados de las dos secciones, se evidencia que la

propuesta educativa empleada en sus dos versiones metodológicas tiene una

influencia positiva en la enseñanza-aprendizaje de los conceptos de cinética

química. Sin embargo, es importante destacar un mayor predominio de actitudes

y habilidades por parte del GTE que sin lugar a duda incidieron en la leve

superioridad de los resultados de la prueba final. Por consiguiente, se puede

argumentar que el proceso llevado a cabo a través del aprendizaje activo

basado en la utilización del trabajo práctico, le permite al maestro disponer de

herramientas didácticas dinámicas, que inciden en la atención, interés y

motivación de los estudiantes; factores que se lograron evidenciar durante el

118 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

desarrollo de los talleres y que en clases impartidas antes de aplicar la propuesta

no se manifestaban, pues los estudiantes mantenían una actitud ajena al

aprendizaje de la química, escuchando pasivamente lo que el docente decía. Es

importante destacar también, que a través de la observación secuencial del

comportamiento del GTE, se pudo evidenciar que estos estudiantes en

comparación a los del otro grupo preguntaban más y no se guardaban nada;

acciones que promueven el desarrollo de la investigación y la creatividad. Por su

parte, en el GPS, con resultados favorables, el ambiente de la clase cambió con

relación a sesiones anteriores, de manera que se transitó desde un contexto de

poca participación hasta una atmósfera de interacción, discusión y debate. De

este modo, en los dos grupos se logra introducir un escenario propicio para

contrastar predicciones, crear conclusiones y el desarrollo de competencias

comunicativas.

Igualmente, la secuencia de actividades empleadas proporcionó un proceso de

exploración, aplicación, comprobación y reestructuración de ideas, brindando

cierto grado de efectividad en el cambio conceptual. Sin embargo, se evidencia

la existencia de ciertos conceptos erróneos que persisten en algunos estudiantes

y se oponen a su transformación, como es el caso de la idea que se tiene de la

energía de activación y de su influencia con la velocidad de una reacción

química. Lo que indica que se debe de revisar la actividad implementada para

su enseñanza, teniendo cuidado principalmente en la explicación que se le da

en términos de energía y de su relación con la teoría de las colisiones, pues es a

partir de aquí en donde se genera su mala interpretación, asociando su

concepto por ejemplo a la cantidad total de energía liberada en una reacción

(Kakmakci, 2010a, citado de Kakmakci & Aydogdu, 2011, p. 16). Es por esta razón

por la cual aquellos estudiantes consideraron que cuando la energía de

activación era mayor la reacción ocurría más rápido, una concepción que

influyó en los regulares resultados de las preguntas 4 y 7 del cuestionario. Sin

embargo, hay algunos investigadores que piensan que buscar la causa de las

concepciones alternativas es más prometedor que buscar su cura (Wandersee,

Mintzes & Novak, 1994, citado en Trinidad y Garritz, 2003), lo que sugiere también

Capítulo 5 119

la exploración de otras causas que permiten tanto el origen como la persistencia

de estas ideas, y entre ellas podemos referirnos por ejemplo a la influencia del

lenguaje de la calle, oral y escrito, tanto de las personas con que normalmente

nos relacionamos como de los diferentes medios de comunicación (televisión,

cine, cómics, libros, etc.) con significados que pueden ser muy diferentes del

científico; y también está la influencia de las experiencias físicas cotidianas

(Carrascosa, 2005). Tal es el caso del concepto de energía, que en algunas

ocasiones se expresa y refuerza la idea de su utilización en beneficio para el

hombre, asociándola no solamente como un tipo de combustible que permite el

movimiento de los cuerpos, sino también con llama, sol, calor, gasolina, gas,

corriente, velocidad, electricidad, esfuerzo, fuerza, entre otros (Bañas et al., 2004).

Lo que lleva a revalidar no solo el análisis de los resultados de esta investigación,

sino también el de otras en donde se encontró que el concepto de energía de

activación se confunde con la temperatura (Gussarsky & Gorodetsky, 1988) y con

la energía cinética de las moléculas reaccionantes (Cakmakci, 2010a).

Las actividades de experimentación y simulación, se consideran un punto clave

para el desarrollo de esta estrategia, pues éstas permiten formalizar un vínculo

con la realidad cotidiana y científica, necesaria para la confrontación de

opiniones previas y adquisición de nuevos conocimientos. Asimismo, la

disponibilidad de tener un espacio adecuado para la práctica (laboratorio de

química y sala de bilingüismo) propició un ambiente destinado al trabajo activo

durante el desarrollo real y virtual de los experimentos, y a pesar de que por

ejemplo, no se contaba con los suministros básicos (agua y gas), reactivos y

herramientas de laboratorio; la idea de utilizar materiales reciclables y de fácil

consecución favoreció la realización de los talleres.

Finalmente, las etapas de síntesis y extrapolación de la metodología del

aprendizaje activo fomentaron un espacio para la retroalimentación de

elementos vivenciales (experiencias cotidianas), conceptuales y actitudinales, a

través de la utilización de situaciones análogas, que lograron emparentar lo que

los estudiantes ya sabían con el nuevo conocimiento.

120 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

5.3.2 Recapitulación: Cumplimiento de los Objetivos

Se logra diseñar una estrategia didáctica para la enseñanza-aprendizaje de los

factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas, por medio de

simulaciones y la metodología de aprendizaje activo, orientada a estudiantes de

grado décimo. Su implementación permite establecer un impacto positivo y

favorable en el rendimiento, desempeño y adquisición de conocimiento de los

conceptos abordados, además proporciona el hallazgo de debilidades y

fortalezas de los alumnos en relación con la temática desarrollada.

A través de la exploración de los estándares de competencias en Química para

el grado décimo, el estudio del problema de investigación y una específica

revisión bibliográfica, se consigue seleccionar los conceptos relacionados con

cinética química y en especial con la velocidad de las reacciones, que fueron la

línea base de la estrategia didáctica.

Se consigue crear la herramienta tecnológica “Virtual LabCin” que permite la

interacción y simulación de experimentos de cinética química. Este software se

destinó a ser utilizado en el GPS, para la fase de aplicación y comprobación de

fenómenos, establecidos en la metodología del aprendizaje activo.

La identificación de los saberes previos sobre los factores que afectan la

velocidad de una reacción química, se logró a través de la aplicación del pre-

test, que permitió identificar y comparar el nivel de conocimiento de los alumnos

de ambos grupos (GTE y GPS), antes de aplicar las actividades de la estrategia, y

de esta manera conocer si eran iguales o si había diferencia entre ellos que

pudieran incidir en los resultados. Igualmente, la clase de introducción ratificó la

existencia de ideas alternativas y dificultades sobre el concepto de reacciones

químicas.

Los talleres experimentales y de simulación establecidos para los dos grupos

respectivos, se desarrollaron a partir del lineamiento establecido en la

metodología de las actividades interactivas y demostrativas del aprendizaje

Capítulo 5 121

activo, que abarca todo un proceso de exploración, aplicación, confrontación y

reestructuración de ideas.

La estrategia se aplicó en estudiantes del grado décimo de la Institución

educativa San Lorenzo de Suaza (Huila), quienes mostraron buena participación

e interés por las actividades desarrolladas y además manifestaron una actitud

favorable, diferente al de sesiones anteriores. La evaluación de la incidencia de

la propuesta didáctica en el aprendizaje de los estudiantes se llevó a cabo

mediante la aplicación del pos-test, el cual establece resultados favorables y de

mejoramiento en relación con el desempeño alcanzado en el test de ideas

previas.

Capítulo 6. Conclusiones y Propuesta de

Mejora (Recomendaciones)

6.1 Conclusiones

Los talleres de experimentación y simulación estructuradas bajo el enfoque

metodológico de aprendizaje activo, son una estrategia ideal para desarrollar en

los estudiantes la adquisición de capacidades intelectuales y procedimentales,

que van desde las más simples –como observar, medir, usar materiales, explorar y

predecir– hasta las más complejas –confrontar ideas, debatir, analizar, sintetizar

conceptos y concluir–.

La metodología del aprendizaje activo se ajusta a los principios del modelo

constructivista de la enseñanza de las Ciencias, en especial Química. Por

consiguiente los estudiantes son capaces de relacionar lo que ya saben con los

elementos nuevos, utilizando la ayuda del profesor que actúa como orientador, y

además apoyándose en sus compañeros, debido a que en este proceso se

aprende con y de los demás.

Las actividades con aprendizaje activo se organizan para desarrollarse en

ambientes presenciales como también en entornos no formales (virtuales), a

través del manejo respectivo de trabajos prácticos y el uso autónomo de las

nuevas tecnologías.

El uso de las TIC en la enseñanza de la química, se constituye en un material

fundamental que permite apoyar el descubrimiento y la construcción de los

conceptos y habilidades a través de la interacción con herramientas virtuales de

aprendizaje, como es el caso de los laboratorios virtuales. En particular, el

124 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

simulador de experimentos de cinética química “Virtual LabCin” empleado en el

grupo de prácticas de simulación (GPS) posibilitó el trabajo activo y dinámico de

la actividades de manera personalizada, facilitó la investigación por

descubrimiento, la resolución de problemas y proporcionó la forma interactiva de

modelar procesos químicos reales en donde el alumno podía repetir la actividad

con una inversión baja, es decir sin la necesidad de utilizar materiales y reactivos

que a veces por falta de recursos resulta difícil conseguirlos; situaciones que en el

grupo de trabajo experimental (GTE) no se llevaron a cabo.

El diseño y la implementación de las actividades con aprendizaje activo acerca

de la temática de cinética química, se fundamenta en la necesidad de

recuperar la enseñanza de contenidos que como este no tienen relevancia en el

plan de estudio de Química en la educación media, debido a que son

considerados temas difíciles que se alejan del interés de alumnos y docentes. De

esta forma la estrategia se presenta como una herramienta didáctica adecuada

para la apropiación de conceptos en donde interviene la velocidad de una

reacción química.

Los estudiantes traen consigo ideas alternativas erróneas acerca de los

conceptos de cinética química, que debido a su abstracta comprensión, se

incorporan en la estructura cognitiva de los alumnos, generando conflictos para

ser conectados con la nueva información. De esta manera se encontró que la

preconcepción falsa que se tiene sobre la energía de activación no es

consistente con las explicaciones impartidas, y a pesar de que se excluye la

utilización de una estrategia tradicional, se determinó que en los dos grupos de

estudio esta idea se resiste al cambio y permanece en algunos de los

estudiantes.

La estrategia didáctica en general tiene un impacto positivo en el aprendizaje

de los conceptos relacionados con los factores que afectan la velocidad de las

reacciones químicas, bajo el enfoque del aprendizaje activo, debido a que no

solo proporciona el desarrollo de nuevas capacidades mentales y actitudinales

en los estudiantes de los grados décimo de la IESL, sino que también le permite al

Conclusiones y propuesta de mejora (Recomendaciones) 125

profesorado en química reflexionar sobre su práctica educativa, innovar su

metodología y dar respuesta puntual a la situación problemática en la

enseñanza-aprendizaje de los conceptos abordados.

6.2 Propuesta de Mejora y Recomendaciones

Se considera que otra manera conveniente de obtener igualmente resultados

satisfactorios, es a través de la unificación de las dos actividades (experimental y

de simulación), con el propósito de otorgarle a la estrategia más dinamismo, de

tal forma que en la fase de realización de los experimentos de cinética química

se alterne el trabajo práctico con el uso del simulador.

Para la implementación de las actividades experimentales se debe de contar

con los materiales básicos y adecuados que permitan desarrollarse en el salón de

clase o en un laboratorio. En el caso de los talleres de simulación es primordial

disponer de los elementos, aparatos o el espacio tecnológico apropiado que

posibilite la ejecución del laboratorio virtual.

Esta estrategia didáctica se puede complementar con la integración de nuevos

experimentos que pongan en manifiesto los conceptos desarrollados. De esta

manera se considera importante el perfeccionamiento del simulador “Virtual

LabCin”, en donde se logre vincular otras experiencias, más materiales y

aparatos de laboratorio, nuevos efectos y sonido. Además que esta propuesta

sea el motivo del diseño de otros laboratorios virtuales, que permitan modelar

fenómenos químicos de las temáticas que establecen dificultades en el

aprendizaje de los estudiantes.

Con respecto a las dificultades conceptuales que presentan algunos estudiantes

y que no fue posible modificarlas a través de esta propuesta, en particular la

temática de energía de activación y catalizadores; requieren ser atendidas en

virtud de las concepciones alternativas halladas por medio del análisis de los

resultados evidenciados en los talleres y en la prueba final, es decir lo que los

estudiantes manifestaron al entender y explicar los temas desde su punto de

126 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

vista, pero que no se adaptan a los conceptos científicos. Se encontró por

ejemplo que los alumnos asocian el concepto de energía con las experiencias

personales cotidianas, “evidencias de sentido común”, que permiten en primer

lugar crear en los estudiantes la idea de que la Ea en una reacción química es la

cantidad total de energía liberada que conduce a la rápida generación de los

productos; en segundo lugar a que la Ea se confunda con la temperatura y con

la energía cinética, como también a problemas de entendimiento de otros

conceptos asociados, como por ejemplo la función de los catalizadores. Por lo

tanto, se recomienda que a partir de estos precedentes se permita la creación

de una nueva actividad en una sesión diferente, que involucre la metodología

del aprendizaje activo y que solamente desarrolle el concepto de energía de

activación, pues en esta propuesta se incluyó en el taller del tema de la

incidencia de la temperatura. Esto con el propósito de tratar en específico las

dificultades en el entendimiento del concepto de energía en general y de su

clasificación, al igual que su diferencia con la temperatura; para luego conseguir

que estas concepciones no necesariamente sean removidas sino meramente

cambiadas, en el sentido de ser re-interpretadas desde un nuevo punto de vista

teórico y práctico.

A. Anexo: Pre/Pos-Test UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES INSTITUCIÓN EDUCATIVA SAN LORENZO

Nombre: _________________________________ Fecha:________________ Grado: ____________

PRE/POS-TEST CINÉTICA QUÍMICA

El siguiente cuestionario corresponde a preguntas de opción múltiple con una sola respuesta. Marca con una X la respuesta correcta. 1. La siguiente reacción tiene lugar a temperatura ambiente (298 K = 25ºC): R (ac) + T (ac) → P (ac) La reacción se creó en virtud de dos conjuntos diferentes de condiciones iniciales: Primer conjunto de condiciones

Cantidad inicial de R = 10 mL, 3 mol / L Cantidad inicial de T = 10 mL, 3 mol / L

Segundo conjunto de condiciones

Cantidad inicial de R = 20 mL, 1 mol / L Cantidad inicial de T = 20 mL, 1 mol / L

Estos dos vasos idénticos contienen diferentes cantidades de sustancias de R y T. Si comparamos la velocidad de reacción en los dos casos, lo más posible es que: a) La reacción en el primer conjunto de condiciones es más

rápida que la reacción en el segundo conjunto de condiciones.

b) Las velocidades de reacción son las mismas para los dos casos.

c) La reacción en el segundo conjunto de condiciones es más rápida que la reacción en el primer conjunto de condiciones.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 2. La siguiente reacción tiene lugar a temperatura ambiente (298 K = 25ºC): D (ac) + E (ac) → F (ac) La reacción se creó en virtud de dos conjuntos diferentes de condiciones iniciales:

Primer conjunto de condiciones

Cantidad Inicial de D = 10 mL, 2 mol / L Cantidad inicial de E = 10 mL, 2 mol / L

Segundo conjunto de condiciones

Cantidad inicial de D = 10 mL, 2 mol / L Cantidad inicial de E = 10 mL, 2 mol / L

Ambos vasos de precipitados contienen la misma cantidad de especies químicas D y E, sin embargo, como se puede ver a partir de los dibujos las forma de los vasos de precipitados es diferente. Si comparamos la velocidad de reacción en los casos, lo más posible es que: a) La reacción en el primer conjunto de condiciones es más

rápida que la reacción en el segundo conjunto de condiciones.

b) Las velocidades de reacción son las mismas para los dos casos.

c) La reacción en el segundo conjunto de condiciones es más rápida que la reacción en el primer conjunto de condiciones.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 3. En la construcción de una casa, las tuberías que instalaron para el agua caliente y fría eran de apariencia brillante. Después de un tiempo, el exterior de estos tubos se oxidó y se convirtieron en un aspecto opaco (cubierto con una capa fina, de color marrón). Al comparar los dos tubos, lo más posible es que: a) El exterior de la tubería de agua fría estaría más oxidada

que el exterior de la tubería de agua caliente. b) Las dos tuberías de agua obtendrían la misma cantidad de

óxido en ellos.

128 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

c) El exterior de la tubería de agua caliente estaría más oxidada que el exterior de la tubería de agua fría.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011). 4. Las ecuaciones químicas que se indican a continuación representan dos reacciones hipotéticas. Tenga en cuenta estas dos reacciones que tienen diferentes energías de activación (Ea) y se llevan a cabo a la misma temperatura;

Reacción 1

G (ac) + J (ac) → K (ac)

Ea = 92 kJ.mol-1

Reacción 2

L (ac) + M (ac) → N (ac)

Ea = 480 kJ.mol-1 Al comparar la velocidad de estas reacciones, se puede decir que a) La reacción 1 es más rápida que la reacción 2. b) Las velocidades de reacción son las mismas. c) La reacción 2 es más rápida que la reacción 1. d) No es posible comparar las velocidades de estas reacciones,

porque no hay suficiente información en la pregunta.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).

5. Dos estudiantes están haciendo un experimento con la misma cantidad de óxido de magnesio y ácido clorhídrico.

1. Raúl agrega 100 mL, 1 M de HCl en el vaso de precipitados. 2. Posteriormente, adiciona 10 g de óxido de magnesio granulado en el vaso.

Antes de ver los resultados Raúl dice “el óxido de magnesio granulado reacciona con el ácido clorhídrico más rápido que el óxido de magnesio en polvo".

1. Carlos agrega 100 mL, 1 M de HCl en el vaso de precipitados. 2. Posteriormente, adiciona 10 g de óxido de magnesio en polvo en el vaso.

Antes de ver los resultados Carlos dice "el óxido de magnesio en polvo reacciona con el ácido clorhídrico más rápido que el óxido de magnesio granulado".

La reacción entre el óxido de magnesio y el ácido clorhídrico es la siguiente: MgO (s) + 2 HCl (ac) → MgCl2 (ac) + H2O (l)

De acuerdo con la velocidad de reacción, la opinión correcta de los estudiantes es la de a) Raúl, por que la forma granulada hace que el área de unión

entre los dos reactivos sea mayor b) Ninguno, en este caso las velocidades de reacción son las

mismas para los dos casos, ya que utilizaron igual cantidad de HCl y MgO.

c) Carlos, por que la forma pulverizada hace que la superficie de contacto entre los dos reactivos sea mayor.

d) Ninguno, ya que el ácido clorhídrico solo reacciona con reactivos en fase líquida ó acuosa.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).

6) La madre de Carlos utiliza generalmente Tudor, un producto que contiene una solución de 3% de ácido, utilizado para remover la cal del hervidor de agua. Sin embargo esta vez su marido se fue de compras, y le llevó otro producto de diferente marca, llamado Apex, que contiene una solución al 5% de ácido.

Cuando la madre de Carlos utiliza el nuevo producto se da cuenta de que Apex retira la cal más rápido que lo hizo Tudor. Si queremos darle una explicación en términos de partículas a la madre de Carlos, de porqué tardó menos tiempo para quitar la cal en el hervidor de agua con Apex, el mejor argumento sería: a) Apex tiene mayor volumen de solución de ácido, por lo

tanto las partículas ocupan más espacio, haciendo que sea más rápida la reacción.

b) Apex tiene una solución de ácido diferente, por lo tanto las partículas se comportan de forma violenta, acelerando la reacción.

c) Apex tiene mayor porcentaje de pureza, por lo tanto las partículas están libres de contaminantes, haciendo que sea más rápida la reacción.

d) Apex tiene mayor concentración de solución de ácido, por lo tanto al haber mayor cantidad de partículas aumentará el número de choques.

Pregunta adaptada de: Cakmakci, G. y Aydogdu, C. (2011).

7. Un ejemplo que explique la tesis de que “al disminuir el número de colisiones de las moléculas y la violencia de éstas, el resultado es una menor velocidad de la reacción” puede ser: a) Un alimento se cocina al introducirlo en el horno o en una

olla puesta al fuego. b) El alcohol se evapora solo con dejarlo al aire libre por horas

hasta que se consuma. c) La putrefacción de los alimentos se impide al meterlos en la

nevera o en el congelador. d) La descomposición de los productos enlatados se evita,

cuando se añaden algunos conservantes.

(Pregunta de creación propia) 8. La velocidad de una reacción se mide como: a) La frecuencia con que chocan unas moléculas con otras. b) El tiempo que dura la transformación de una molécula en

otra.

Anexos 129

c) La cantidad de sustancia que se transforma en una unidad de tiempo.

d) El cambio de concentración de una sustancia en la unidad de tiempo.

Pregunta adaptada de: Huamán, A. (2014).

Responder las preguntas 9 y 10 de acuerdo con la siguiente información Cuando se agrega la misma cantidad (5 mL) de ácido clorhídrico a diferentes metales (zinc, magnesio, hierro y cobre) se ha observado que se presenta un desprendimiento de hidrogeno al consumirse el metal a diferentes velocidades para cada uno de ellos.

1, 0 g Zn en polvo 25ºC

1, 0 g Mg en polvo 25ºC

1, 0 g Fe en polvo 25ºC

1, 0 g Cu en polvo 25ºC

Se ha establecido que el orden de velocidad de reacción de ácido clorhídrico en los metales de mayor a menor es: Mg, Zn, Fe y Cu. 9. El factor que afecta ésta velocidad de reacción es: a) Presencia de catalizadores. b) Temperatura. c) Grado de particulación de los reactivos. d) Naturaleza de los reactivos.

(Pregunta adaptada del banco de preguntas de Química del ICFES) 10. En general, la temperatura afecta la velocidad de una reacción química. Si el experimento se realizara en tres momentos. Primero a 80 ºC, luego a temperatura ambiente (25 ºC) y finalmente a 0 ºC, lo más factible es que la velocidad de reacción va a ser: a) menor cuando se realiza a 80 ºC. b) igual cuando se hace a 25 ºC y 0 ºC. c) igual en todos los tres casos. d) mayor cuando se realiza a 80 ºC.

(Pregunta adaptada del banco de preguntas de Química del ICFES)

11. El tubo de escape de los gases de los carros contiene una estructura con mallas y canales recubiertos de platino, rodio y paladio que ayudan a transformar de forma rápida los gases tóxicos a productos menos contaminantes. Indique cuál de los factores interviene en este proceso: a) Grado de particulación de los reactivos. b) Presencia de catalizadores. c) Naturaleza de los reactivos. d) Concentración de los reactivos.

(Pregunta de creación propia)

12. La descomposición del peróxido de hidrógeno H2O2, sucede con gran lentitud a temperaturas ordinarias. El yoduro de potasio es un catalizador que permite acelerar esta reacción química, permitiendo que se genere de forma rápida, agua y oxígeno. La característica más importante de la influencia de este compuesto en la reacción radica en que: a) Aumenta el número de partículas en el peróxido de

hidrógeno. b) Proporciona la temperatura ideal para la descomposición. c) Reduce de forma considerable la energía de activación. d) Aumenta el número de choques de las moléculas presentes.

(Pregunta de creación propia)

13. Marque la respuesta que contiene las afirmaciones correctas I. La velocidad de una reacción aumenta cuando aumenta la concentración de los reactantes. II. El tamaño de partículas se relaciona de manera inversamente proporcional con la velocidad de reacción. III. El catalizador aumenta la velocidad de reacción y al final se transforma en productos. a) I y II c) Solo I b) Todas son correctas d) II y III

Pregunta adaptada de: Huamán, A. (2014).

14. La gráfica que representa la relación entre concentración y tiempo en la reacción A + B C + D es:

c)

d) b)

a)

B. Anexo: Manuales de Práctica UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química

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MANUAL DE PRÁCTICA - EL CARÁCTER DE UNA PASTILLA

1. Planteamiento del problema MATERIALES: Tres vasos plásticos, tres pastillas de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente, un cronómetro, cinta de papel, agua caliente, agua fría y agua al clima.

PROCEDIMIENTO: ü Colocar en el área de trabajo tres vasos plásticos. ü En el primero agregar 20 mL de agua al clima, en el segundo 20 mL de agua

caliente y en el tercero 20 mL de agua fría. (Etiquetar los vasos con la cinta). ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer®,

teniendo en cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.

ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase.

4. Realización de la práctica

Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua sucede más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®?, explique. c) ¿Qué causa que la Aspirina® o el Alkasetlzer® se comporten como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar a este factor?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adiciona la Aspirina® o el Alkasetlzer?

e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Anexos 131

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MANUAL DE PRÁCTICA - RELOJ DE YODO, ¡VAYA SORPRESA!

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Cuatro vasos plásticos, cuatro jeringas de 5 mL, un cronómetro, guantes de látex, cinta de papel, agua, solución de vitamina C (preparada con 1 pastilla de vitamina C), solución de almidón (preparada con almidón de yuca), tintura de yodo y agua oxigenada (peróxido de hidrogeno) al 4% y 50%. PROCEDIMIENTO:

ü Ubicar dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente

solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de color. (Etiquetar con la cinta como vaso 1).

ü En el segundo vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada al 4% (peróxido de hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. (Etiquetar como vaso 2)

ü Disponer de un cronómetro que mida el tiempo del proceso. ü Agregar toda la disolución del recipiente 2 en el 1, e inmediatamente iniciar el

cronómetro. Detenerlo cuando veas algo diferente. ü Repetir el experimento, pero ahora se adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al

50% (utilizar los guantes). Medir el tiempo en las dos experiencias.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué ocurrirá cuando agreguemos la disolución de vitamina C al recipiente que contienen la solución de tintura de yodo + agua? b) ¿Qué sucederá cuando agreguemos el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué ocurrió cuando se agregó la disolución de vitamina C al recipiente que contenía la solución de tintura de yodo + agua?, explique. b) ¿Qué sucedió cuando se agregó el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1?, explique. c) ¿Qué sucede cuando se repite el experimento y se agrega peróxido de hidrogeno al 50%?, explique la diferencia con el primer experimento y a qué se debe este cambio. ¿A qué se debe esta diferencia?, ¿cómo se le puede llamar a este factor? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) ¿Qué pasaría si en vez de usar solución de vitamina C, se utilizara zumo de naranja o limón? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Agua+tintura de yodo+sln de vitamina C

Vaso 1 Vaso 2

Agua+agua oxigenada+sln de almidón

132 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

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MANUAL DE PRÁCTICA - ¿QUIÉN FUE?

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos plásticos, un cronómetro, cinta de papel, tres trozos de vitamina C, agua oxigenada al 50%, alcohol etílico, ácido acético (vinagre).

PROCEDIMIENTO: ü Ubicar tres vasos de plástico en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 10 mL de agua oxigenada al 50%, en el segundo 10 mL

de alcohol etílico y en el tercero 10 mL de ácido acético. (Etiquetar los vasos con la cinta).

ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de vitamina C teniendo en

cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.

ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agrega la vitamina C en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agregó la vitamina C en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes sucede más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C?, explique. c) ¿Qué causa que las pastillas de vitamina C se comporten como lo observó?, ¿Cómo se le puede llamar al factor influyente?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Agua oxigenada

Alcohol Ácido acético

Anexos 133

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MANUAL DE PRÁCTICA – EL GLOBO TUVO LA CULPA

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos de boca ancha, tres botellas pequeñas de gaseosa, tres globos (bombas), un cronómetro, un embudo, cinta de papel, agua caliente, levadura, azúcar pulverizada, azúcar en forma de cubos y azúcar de granos enteros. PROCEDIMIENTO:

ü Colocar tres vasos de boca ancha en el área de trabajo y agregar 200 mL de agua caliente en cada uno.

ü Ubicar tres botellas pequeñas de gaseosa en el área de trabajo, uno al lado de cada vaso. ü Agregar en cada botella 200 mL de agua caliente. ü Adicionar 20 g de levadura en cada botella. ü Añadir 20 g de azúcar de granos enteros en la primera botella, 20 g de azúcar pulverizada en la

segunda botella y 20 g de azúcar en forma de cubos en la tercera botella. (Etiquetar las botellas con la cinta).

ü Disponer de un cronómetro. ü Situar en la boca de cada botella un globo (bomba), colocar cada uno de éstos en su respectivo

vaso, poner en funcionamiento el cronómetro y detenerlo cuando veas que el proceso finaliza. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los montajes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar cuando se agrega el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada botella? b) ¿En cuál de las tres botellas espera que comience a suceder algo en el globo? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Teniendo en cuenta lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó cuando se agregó el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada botella?, explique. b) ¿En cuál de las tres botellas comenzó a suceder lo observado en los globos?, explique a qué se debe. c) ¿Qué causó que los globos se comportaran como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) Este experimento se realizó con el reactivo azúcar en estado sólido. ¿Qué pasa si se utiliza un reactivo en estado líquido y gaseoso? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

134 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

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MANUAL DE PRÁCTICA – “LA SUSTANCIA X”

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos plásticos, un cronómetro, cinta de papel, cerillas (fósforos), guantes de látex, dióxido de manganeso extraído de una pila alcalina, trozos pequeños de papa cruda, sangre, agua oxigenada al 50%. PROCEDIMIENTO:

ü Ubicar tres vasos de plástico en el área de trabajo. (Etiquetarlos con la cinta, de acuerdo a cada sustancia: papá, sangre y MnO2).

ü Agregar 50 mL de agua oxigenada al 50% en cada uno de ellos, (utilizar guantes).

ü Disponer de un cronómetro. ü Adicionar pequeños trozos de papa cruda en el primer vaso, 10 mL de sangre

en el segundo vaso y 3 g de dióxido de manganeso en el tercer vaso, teniendo en cuenta de iniciar el cronometro inmediatamente se agreguen los reactivos y detenerlo cuando el proceso finalice.

ü Acercar una cerilla encendida a cada disolución. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los vasos.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada cuando se agrega la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones espera que suceda más rápido el proceso? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la práctica con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

���Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada cuando se agregó la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones ocurrió más rápido el proceso?, explique. c) ¿Qué contiene la papa, la sangre y el dióxido de manganeso que hicieron que el agua oxigenada se comportara como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad de proceso ocurrido cuando se adicionan estas sustancias?

e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

C. Anexo: Manuales de Simulación UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química

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MANUAL DE SIMULACIÓN – EL CARÁCTER DE UNA PASTILLA

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos de precipitado, tres pastillas de Aspirina® o Alkasetlzer® efervescente, cronómetros, agua caliente, agua fría y agua al clima.

PROCEDIMIENTO: ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primero agregar 20 mL de agua al clima, en el segundo 20 mL de agua

caliente y en el tercero 20 mL de agua fría. ü Disponer de un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla pequeña de Aspirina® o Alkasetlzer®,

teniendo en cuenta de poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.

ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas. a) ¿Qué observó en el agua cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer® en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con agua sucede más rápido el proceso cuando se agrega la Aspirina® o el Alkasetlzer®?, explique c) ¿Qué causa que la Aspirina® o el Alkasetlzer® se comporten como lo observó?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adiciona la Aspirina® o el Alkasetlzer?

e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno?

Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

136 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

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MANUAL DE SIMULACIÓN - RELOJ DE YODO, ¡VAYA SORPRESA!

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Cuatro vasos de precipitado, cronómetros, agua, solución de vitamina C (preparada con 1 pastilla de vitamina C), solución de almidón (preparada con almidón de yuca), tintura de yodo y agua oxigenada (peróxido de hidrogeno) al 4% y 50%.

PROCEDIMIENTO: ü Ubicar dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 60 mL de agua y una pastilla de vitamina C (ácido

ascórbico) para preparar la solución de vitamina C. ü En el segundo vaso agregar 100 mL de agua caliente y 7.5 g de almidón, para

preparar la solución de almidón. ü Ubicar otros dos vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de tintura de yodo y suficiente

solución de vitamina C (ácido ascórbico) hasta que la disolución cambie de color. ü En el segundo vaso agregar 3 mL de agua, 1 mL de agua oxigenada (peróxido de

hidrogeno) y 1 mL de solución de almidón. ü Disponer de un cronómetro que mida el tiempo del proceso. ü Agregar toda la disolución del recipiente 2 en el 1, e inmediatamente iniciar el

cronómetro. Detenerlo cuando veas algo diferente. ü Repetir el experimento, pero ahora se adiciona 1 mL de peróxido de hidrógeno al

50%. Medir el tiempo en las dos experiencias.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué ocurrirá cuando agreguemos la disolución de vitamina C al recipiente que contienen la solución de tintura de yodo + agua? b) ¿Qué sucederá cuando agreguemos el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas a) ¿Qué ocurrió cuando se agregó la disolución de vitamina C al recipiente que contenía la solución de tintura de yodo + agua?, explique. b) ¿Qué sucedió cuando se agregó el contenido del vaso 2 en la solución del vaso 1?, explique. c) ¿Qué sucede cuando se repite el experimento y se agrega peróxido de hidrogeno al 50%?, explique la diferencia con el primer experimento y a qué se debe este cambio. ¿A qué se debe esta diferencia?, ¿cómo se le puede llamar a este factor?. d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) ¿Qué pasaría si en vez de usar solución de vitamina C, se utilizara zumo de naranja o limón?

Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Agua+tintura de yodo+sln de vitamina C

Vaso 1 Vaso 2

Agua+agua oxigenada+sln de almidón

Anexos 137

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MANUAL DE SIMULACIÓN - ¿QUIÉN FUE?

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos de precipitado, cronómetro, tres pastillas de vitamina C, agua oxigenada al 50%, alcohol etílico, ácido acético (vinagre).

PROCEDIMIENTO:

ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü En el primer vaso agregar 10 mL de agua oxigenada al 50%, en el segundo 10 mL

de alcohol etílico y en el tercero 10 mL de ácido acético. ü Disponer para cada vaso un cronómetro. ü Agregar en cada uno de ellos una pastilla de vitamina C teniendo en cuenta de

poner en funcionamiento el cronómetro inmediatamente se agrega la pastilla, y pararlo cuando termine el proceso.

ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los recipientes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agrega la vitamina C en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que se consuma más rápido la vitamina C? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas. 4. Realización de la práctica

Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó en el agua oxigenada, en el alcohol y en el ácido acético cuando se agregó la vitamina C en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes espera que suceda más rápido el proceso cuando se agrega la vitamina C?, explique c) ¿Qué causa que las pastillas de vitamina C se comporten como lo observó?, ¿Cómo se le puede llamar al factor influyente?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Agua oxigenada

Alcohol Ácido acético

138 Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo

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MANUAL DE SIMULACIÓN – EL GLOBO TUVO LA CULPA

1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres cristalizadores, tres balones volumétricos, tres globos (bombas), cronómetros, agua caliente, levadura, azúcar pulverizada, azúcar en forma de cubos y azúcar de granos enteros.

PROCEDIMIENTO:

ü Colocar tres cristalizadores en el área de trabajo y agregar 200 mL de agua caliente en cada uno.

ü Ubicar tres balones volumétricos en el área de trabajo, uno al lado de cada cristalizador. ü Agregar en cada balón 200 mL de agua caliente. ü Adicionar 20 g de levadura en cada balón. ü Añadir 20 g de azúcar de granos enteros en el primer balón, 20 g de azúcar pulverizada en el

segundo balón y 20 g de azúcar en forma de cubos en el tercer balón. ü Disponer para cada montaje un cronómetro. ü Situar en la boca de cada balón una bomba (globo), colocar cada uno de éstos en su respectivo

cristalizador, poner en funcionamiento el cronómetro y detenerlo cuando veas que el proceso finaliza.

ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los montajes.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar cuando se agrega el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada balón? b) ¿En cuál de los tres balones espera que comience a suceder algo en la bomba? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas: a) ¿Qué observó cuando se agregó el azúcar de granos enteros, en forma pulverizada y en forma de cubo en la disolución de levadura, para cada balón?, explique b) ¿En cuál de los tres balones comenzó a suceder lo observado en las bombas?, explique a qué se debe. c) ¿Qué causó que las bombas se comportaran como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente? d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido? e) Este experimento se realizó con el reactivo azúcar en estado sólido. ¿Qué pasa si se utiliza un reactivo en estado líquido y gaseoso? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

Anexos 139

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES CINÉTICA QUÍMICA- Factores que afectan la velocidad de una reacción química

INSTITUCIÓN EDUCATIVA SAN LORENZO Nombre: _______________________________________ Fecha:_____________ Grado: ______________

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MANUAL DE SIMULACIÓN – “LA SUSTANCIA X” 1. Planteamiento del problema

MATERIALES: Tres vasos de precipitado, cronómetros, cerillas (fósforos), dióxido de manganeso, trozos pequeños de papa cruda, sangre, agua oxigenada.

PROCEDIMIENTO:

ü Ubicar tres vasos de precipitado en el área de trabajo. ü Agregar 50 mL de agua oxigenada en cada uno de ellos. ü Disponer para cada vaso un cronómetro. ü Adicionar pequeños trozos de papa cruda en el primer vaso, 10 mL de sangre

en el segundo vaso y 3 g de dióxido de manganeso en el tercer vaso, teniendo en cuenta de iniciar el cronometro inmediatamente se agreguen los reactivos y detenerlo cuando el proceso finalice.

ü Acercar una cerilla encendida a cada disolución. ü Registrar el tiempo total del proceso ocurrido en cada uno de los vasos.

2. Predicciones individuales

Reflexionar y realizar de forma individual las siguientes predicciones: a) ¿Qué espera observar en el agua oxigenada cuando se agrega la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos? b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones espera que suceda más rápido el proceso? 3. Predicciones grupales

Discutir cada una de las predicciones con sus compañeros de grupo. Terminada la discusión deben resumir las predicciones del grupo, nombrar un relator y preparar una forma de comunicarlas, debidamente justificadas a toda la clase. 4. Realización de la práctica

Realizar la simulación con sus compañeros de grupo, teniendo muy en cuenta los resultados. 5. Resultados y discusión

���Con respecto a lo observado, responder de forma individual las siguientes preguntas. a) ¿Qué observó en el agua oxigenada cuando se agregó la papa cruda, la sangre y el dióxido de manganeso en cada uno de los vasos?, explique. b) ¿En cuál de los tres recipientes con las respectivas disoluciones ocurrió más rápido el proceso?, explique. c) ¿Qué contiene la papa, la sangre y el dióxido de manganeso que hicieron que el agua oxigenada se comportara como lo observó?, ¿cómo se le puede llamar al factor influyente?

d) ¿Cómo es la relación entre el factor que influye en el experimento y la velocidad del proceso ocurrido cuando se adicionan estas sustancias?

e) En la vida cotidiana, ¿En dónde se puede observar el mismo fenómeno? Discutir en grupo las mismas preguntas. Cuando cada grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga las conclusiones a toda la clase.

D. Anexo: Formato de Validación de la Prueba

Piloto UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

VALIDACIÓN DE TEST PARA MEDIR EL APRENDIZAJE DE LA CINÉTICA QUÍMICA

A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite medir el

aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace parte

de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo del

municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del instrumento y

permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.

La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su

rigurosa y sincera aplicación.

Instrucciones: Usted encontrará un conjunto de ítems relacionados con la prueba adjunta que deberá evaluar teniendo en cuenta las siguientes dimensiones:

ü Claridad de redacción de los ítems: las preguntas, respuestas y gráficos utilizados son

entendibles y tienen un lenguaje apropiado.

ü Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las opciones de

respuestas, facilitando que cada ítem evalúe un concepto en específico.

Teniendo como base los criterios anteriores, marque con una X solo una alternativa según considere

conveniente, teniendo en cuenta que para cada ítem se dispone la escala de 1 a 5 donde:

Totalmente de acuerdo 5

De acuerdo 4

Indiferente, no sabe 3

En desacuerdo 2

Totalmente en desacuerdo 1

En la casilla de observaciones escriba porque considera que el ítem que está evaluando no cumple

con las dimensiones anteriormente expuestas, indicando si es confusa, no se entiende, es muy difícil,

no es coherente, los dibujos no son los adecuados, etc…

Anexos 141

ITEMS CLARIDAD DE REDACCIÓN INDUCE A LA RESPUESTA OBSERVACIONES

1 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

2 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

4 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

6 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

8 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

9 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

10 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

11 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

12 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

13 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

14 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

E. Anexo: Perfiles de Jueces y Expertos La siguiente sección presenta información respectiva acerca de los perfiles académicos y experiencia de los expertos.

Juez 1 (J1) Nombre: Manuel Fredy Molina Caballero.

Formación académica: Químico, Universidad Nacional de Colombia; Esp. en pedagogía,

Universidad Pedagógica Nacional; M. Sc. en Ciencias Química, Universidad Nacional.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química.

Tiempo de experiencia: 13 años.

Cargo actual: Profesor titular de Química. Institución: Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.

Juez 2 (J2) Nombre: Sergio Leonardo Rojas.

Formación académica: Lic. en ciencias Naturales y Ed. Ambiental, Universidad Surcolombiana.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química y Biología.

Tiempo de experiencia: 7 años.

Cargo actual: Profesor de Química y Biología. Institución: Institución Educativa Guayabal, Suaza (Huila).

Juez 3 (J3) Nombre: Mónica Catalina González Vidal.

Formación académica: Lic. en Química, Universidad Pedagógica Nacional; M. S. en Enseñanza

de la Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Colombia.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Biología y Química.

Tiempo de experiencia: 10 años.

Cargo actual: Docente en propiedad, secretaria de educación de Soacha (Cundinamarca). Institución: Institución Educativa Buenos Aires.

Juez 4 (J4) Nombre: Gonzalo Marín Oviedo.

Formación académica: Lic. en Ciencias Naturales: Biología, Física y Química, Universidad

Surcolombiana.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Física y Matemáticas.

Tiempo de experiencia: 4 años.

Cargo actual: Docente de didáctica de la Física y práctica profesional. Institución: Universidad Surcolombiana.

Juez 5 (J5) Nombre: Julián Camilo Ocampo Cifuentes.

Formación académica: Lic. en Química, Universidad Pedagógica Nacional.

Anexos

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química y Biología.

Tiempo de experiencia: 6 años.

Cargo actual: Docente de Biología. Institución: Colegio Corazonista de Bogotá.

Juez 6 (J6) Nombre: Wilber Leonardo Martínez Gómez.

Formación académica: Ing. Químico, Fundación Universidad de América.

Áreas de experiencia profesional: Química, Física y metodología de la investigación.

Tiempo de experiencia: 16 años.

Cargo actual: Profesor titular de Química. Institución: Colegio Newman School, Cajicá (Cundinamarca).

Juez 7 (J7) Nombre: Javier Hernando Quesada Duque.

Formación académica: Lic. En Ciencias Naturales y Ed. Ambiental, Universidad Surcolombiana.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Química, Biología y Física.

Tiempo de experiencia: 7 años.

Cargo actual: Profesor de Química, Física y Biología. Institución: Institución Educativa Quituro, Tarqui (Huila).

Juez 8 (J8) Nombre: Aura Mercedes Acero Díaz.

Formación académica: Lic. En Biología, Universidad Pedagógica Nacional.

Áreas de experiencia profesional: Docencia en Biología.

Tiempo de experiencia: 7 años.

Cargo actual: Profesora de Biología y Química. Institución: Institución Educativa San Pedro Claver, Bogotá.

Juez 9 (J9) Nombre: Felipe Alberto Paredes Navia.

Formación académica: Estudiante de ingeniería Química, Universidad de Antioquia.

Áreas de experiencia profesional: ninguna.

Tiempo de experiencia: 2 años.

Cargo actual: Profesor de Química. Institución: Institución Educativa Federico Sierra Arango, Bello (Antioquia).

Juez 10 (J10) Nombre: Marcela Alexandra Mera Trujillo.

Formación académica: Ingeniera Física, Universidad del Cauca; Master en Matemáticas, West

Virginia University; estudiante de Doctorado en Matemáticas, West Virginia University.

Áreas de experiencia profesional: Física y Matemáticas.

Tiempo de experiencia: 3 años.

Cargo actual: Investigadora.

Institución: West Virginia University.

A continuación se relaciona la participación de los jueces en la validación de los instrumentos:

Validación del cuestionario: J1, J2, J3, J4, J5 y J6.

Validación de los manuales de práctica y simulación: J1, J2, J3, J5, J7 y J8.

Validación del simulador “Virtual LabCin”: J2, J3, J5, J9 y J10.

F. Anexo: Formato de Validación de la Prueba

Piloto por Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

VALIDACIÓN DE TEST POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite medir

el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace

parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo

del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del

instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.

La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su

rigurosa y sincera aplicación.

Instrucciones: Teniendo como base los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión

sobre el instrumento de recolección de datos que se adjunta: Colocar solo un número en los

criterios que se quieren evaluar para cada uno de los ítems, teniendo en cuenta que se considera

la escala de 1 a 5 donde:

Totalmente de acuerdo 5

De acuerdo 4

Indiferente, no sabe 3

En desacuerdo 2

Totalmente en desacuerdo 1

ü Extensión adecuada: tanto el enunciado como las respuestas tienen una extensión cómoda y

adecuada para su desarrollo.

ü Enunciado correcto y comprensible: las preguntas, respuestas y gráficos utilizados son

entendibles y llevan una secuencia lógica; además los datos y fenómenos proporcionados

son científicamente correctos.

ü Buena ortografía y uso del lenguaje apropiado: las palabras utilizadas están bien escritas y se

adaptan al lenguaje de la población de estudio.

ü Mide lo que pretende: se establece una relación entre el ítem y el concepto que se quiere

evaluar (factores que afectan la velocidad de una reacción química)

Anexos

ü Induce a la respuesta: existe una relación directa entre el enunciado y las opciones de

respuestas.

En la casilla de observaciones colocar solo una alternativa (M, E ó Mo), teniendo en cuenta:

M: si el ítem debe mantenerse tal y cual como está estructurado.

E: si el ítem debe eliminarse completamente. Mo: si al ítem se le debe de hacer una modificación.

Í T E M

CRITERIOS A EVALUAR OBSERVACIÓN

Extensión adecuada

El enunciado es correcto y comprensible

Buena ortografía y uso del lenguaje

adecuado

Mide lo que

pretende

Induce a la

respuesta

M=mantener E=eliminar

Mo=modificar

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

ASPECTOS GENERALES VALOR

(escala de 1 a 5)

OBSERVACIÓN

1. El instrumento recoge información

que permite dar respuesta al

problema de investigación.

2. El instrumento propuesto ayuda a

la consecución de los objetivos del

estudio.

3. La estructura del instrumento es la

adecuada.

4. El número de ítems es adecuado

para su aplicación.

5. El instrumento evalúa de manera

pertinente la temática.

Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:

Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia, Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J.

(2017).

G. Anexo: Formato de Validación de los

Manuales de Práctica y Simulación por

Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

VALIDACIÓN DE MANUALES DE PRÁCTICAS Y SIMULACIÓN POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite

desarrollar el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química,

que hace parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa

San Lorenzo del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad

del instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación.

La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su

rigurosa y sincera aplicación.

Instrucciones: Teniendo como base los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión sobre

el instrumento que se adjunta: Colocar solo un número en los criterios que se quieren evaluar para

cada uno de los talleres, teniendo en cuenta que se considera la escala de 1 a 5 donde:

Totalmente de acuerdo 5

De acuerdo 4

Indiferente, no sabe 3

En desacuerdo 2

Totalmente en desacuerdo 1

ü Extensión adecuada: el procedimiento establecido para cada práctica tienen una extensión

cómoda y adecuada para su desarrollo. Además permite que se pueda realizar en un tiempo

apropiado.

ü Procedimiento correcto y comprensible: el procedimiento, las preguntas y gráficos utilizados son

entendibles y llevan una secuencia lógica; además los datos y fenómenos proporcionados son

científicamente correctos.

ü Buena ortografía y uso del lenguaje apropiado: las palabras utilizadas están bien escritas y se

adaptan al lenguaje de la población de estudio.

Anexos 147

ü Mide lo que pretende: se establece una relación entre el taller práctico y el concepto que se quiere evaluar (factores que

afectan la velocidad de una reacción química)

ü Aprendizaje activo: el procedimiento y las preguntas de cada taller, permiten adaptarse a los pasos establecidos en las

clases teóricas demostrativas y prácticas interactivas de la metodología del aprendizaje activo.

En la casilla de observaciones colocar solo una alternativa (M, E ó Mo), teniendo en cuenta:

M: si el taller o actividad debe mantenerse tal y cual como está estructurado.

E: si el taller o actividad debe eliminarse completamente.

Mo: si al taller o actividad se le debe de hacer una modificación.

MANUAL DE PRÁCTICA Y SIMULACIÓN

CRITERIOS A EVALUAR OBSERVACIÓN

Extensión adecuada

Procedimiento correcto y

comprensible

Buena ortografía y uso del lenguaje

adecuado

Mide lo que pretende

Aprendizaje activo

M=mantener E=eliminar

Mo=modificar

1. En donde se consume más

rápido

2. Reloj de yodo, ¡vaya

sorpresa!

3. ¿Quién fue?

4. El globo tuvo la culpa

5. “La sustancia X”

ASPECTOS GENERALES VALOR (escala

de 1 a 5) OBSERVACIÓN

1. El instrumento recoge información que permite dar

respuesta al problema de investigación.

2. El instrumento propuesto ayuda a la consecución de los

objetivos del estudio.

3. La estructura del instrumento es la adecuada. 4. El número de talleres es el adecuado para el aprendizaje

de la temática.

5. El instrumento desarrolla de manera pertinente la

temática.

Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:

Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J. (2017).

H. Anexo: Formato de Validación del Simulador

“Virtual LabCin” por Expertos UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE CIENCIAS MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

VALIDACIÓN DE SIMULADOR “VIRTUAL LABCIN” POR EXPERTOS A continuación se presenta el formato de validación del instrumento adjunto, que permite desarrollar el aprendizaje del tema factores que afectan la velocidad de una reacción química, que hace parte de la investigación titulada: Enseñanza de la cinética química por medio de simulaciones y aprendizaje activo, para estudiantes de grado décimo de la Institución educativa San Lorenzo del municipio de Suaza Huila. El objetivo es examinar el nivel de validez y confiabilidad del instrumento y permitir que éste se ajuste a las necesidades de la investigación. La información recolectada tendrá fines netamente académicos y por lo tanto requiere de su rigurosa y sincera aplicación. Instrucciones: Con base a los criterios que a continuación se presenta, se le solicita dar su opinión sobre el instrumento que se adjunta: Colocar solo un número para cada uno de los criterios que se quieren evaluar, teniendo en cuenta que se considera la escala de 1 a 5 donde:

Totalmente de acuerdo 5 De acuerdo 4 Indiferente, no sabe 3 En desacuerdo 2 Totalmente en desacuerdo 1

CRITERIOS VALOR (escala

de 1 a 5) OBSERVACIÓN

1. Las herramientas virtuales que dispone el simulador son fáciles de usar, y permiten el desarrollo de los experimentos propuestos.

2. La interfaz gráfica del laboratorio virtual es llamativa, atractiva y estimula su manejo.

Anexos

3. Todos los experimentos que dispone el simulador son ejecutables.

4. Los experimentos y fenómenos propuestos son científicamente correctos.

5. La forma y aspecto de los materiales, aparatos y reactivos se asemejan a los que se encuentran en la realidad.

6. El procedimiento de cada experimento es entendible y se adapta al lenguaje de la población de estudio.

7. El instrumento desarrolla de manera pertinente la temática.

8. El uso del simulador permite adaptarse a los pasos establecidos en las clases teóricas demostrativas y prácticas interactivas de la metodología del aprendizaje activo.

Aplicable No aplicable Aplicable teniendo en cuenta las observaciones Validado por: Correo:

Tomado de la Revistas Ciencias de la Educación (2009). Vol.19. Nº 33 Valencia Enero- Junio. Adaptado por Paredes, J. (2017).

Capítulo 7. Referencias Bibliográficas

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