Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico

Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada Departamento de Química Inorgánica Universidad de Sevilla [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0471-5033 D.O.I.: http://dx.doi.org/10.12795/JDU.2018.i01.69 Pp.: 1230-1248 Resumen En la presente comunicación se desarrolla una experiencia de innovación docente en la explicación del enlace químico por diferentes teorías. El modelo pedagógico implementado se basó en la interpretación y discusión en grupo de las diferentes teorías que explican el enlace entre los átomos. Se partió de los conocimientos previos de los estudiantes para saber redirigir la enseñanza hacia aquellos contenidos de menor comprensión y dificultad para los alumnos. Estas ideas previas sirvieron para establecer conceptos específicos iniciales, para que a través de procesos pedagógicos inductivos y con la ayuda de las tecnologías de la comunicación y la información, fueran capaces de llegar al conocimiento del concepto final planteado. La experiencia fue gratificante y motivadora para los estudiantes y para la docente. Los alumnos fueron capaces de establecer relaciones entre el conocimiento previo, el adquirido y el desarrollado durante la experiencia. Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1231 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Palabras claves: Química General y Analítica, Grado en Farmacia, Docencia Universitaria, Experimentación Docente Universitaria, Enlace Químico. Contexto El proyecto de innovación docente presentado se llevó a cabo en la asignatura Química General y Analítica del primer año del Grado en Farmacia. Esta asignatura es obligatoria y es impartida por dos Dptos., el de Química Analítica de la Facultad de Farmacia y el de Química Inorgánica de la Facultad de Química. El modelo pedagógico se desarrolló para el bloque de Química General. Esta asignatura se imparte durante el primer cuatrimestre y los alumnos no poseen conocimientos previos más allá de lo aprendido durante el Bachillerato. El alumnado aún tiene percepción de E.S.O. y Bachillerato, es poco independiente y autónomo. La asignatura se imparte en un aula convencional en donde el profesor se ubica en una tarima y los alumnos se encuentran sentados en dos hileras de mesas alineadas fijas de 10 asientos por fila. El profesor cuenta con pizarra y proyector como ayuda para sus tareas docentes. La inquietud de realizar un modelo metodológico diferente al modelo clásico de enseñanza direccional (profesor alumno), y que sirviera para motivar e interiorizar conceptos de una mejor manera, surge del poco interés que presenta esta asignatura para los estudiantes de primero de Farmacia. Muestra de ello es el incremento de suspensos todos los años. Con el modelo metodológico planteado se pretende que el alumno participe de una manera activa en su aprendizaje. De esta manera no solo acepta y repite lo enseñado, sino que es capaz de interiorizar lo aprendido y puede ser capaz de aplicarlo y relacionarlo con diferentes situaciones que se le presenten. Finalmente se busca Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1232 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) que el alumno sea capaz de resolver cualquier cuestión planteada de una manera más crítica. Más allá de la importancia de que los alumnos aprendan ejemplos concretos, el aprendizaje significativo estriba en la interiorización de nuevos conceptos, y en la capacidad de utilizarlos de manera correcta para llegar a establecer relaciones entre ellos, combinando procesos de razonamiento inductivos y deductivos. Diseño del Ciclo de Mejora Debido a la enorme magnitud de temas y materias que deben abordarse durante la obtención de un grado, la idea de afrontar cursos o partes de la asignatura que pueden ser menos atractivas, usando asociaciones de conceptos a través de preguntas y objetivos claros, se plantea como una forma innovadora de acercar el conocimiento a los alumnos. Muchos estudios han demostrado la efectividad del aprendizaje activo en una amplia variedad de disciplinas científicas (Bain, 2007), en donde los estudiantes están en contacto los unos con los otros como compañeros de aprendizaje (Ford and Wargo, 2012), y el profesor se retira del centro del aula para dar participación activa a los estudiantes. Cobra gran importancia la retroalimentación en el proceso formativo, de forma que se involucre a los estudiantes a través de la evidencia y la discusión haciéndose importante la instrucción (Hattie, 2009). En este sentido el profesor plantea preguntas específicas a los alumnos y les motiva para que lleguen a las soluciones, así se sentirán obligados a cuestionar sus respuestas y a pensar más allá. Con este tipo de enseñanza los estudiantes estarán envueltos en un amplio rango de actividades de clase, usando las herramientas de las tecnologías de la información y comunicación, lectura, escritura, discusión, explicación y Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1233 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) resolución de problemas. La manera para lograr que la experiencia sea enriquecedora para los alumnos, es que el trabajo de intentar llegar a la respuesta correcta se haga en grupo. Usando su propio razonamiento pueden cambiar y encontrar errores y respuestas, separar sus ideas, y ponerlas juntas de manera diferente. Todo ello conduce a la comprensión y de ahí al conocimiento (Finkel, 2000). De esta forma los alumnos serán conscientes de la relación indisoluble y esencial entre la realidad externa al aula y lo que se estudia dentro de ella, y podrán comprender las aplicaciones y utilidades de la Química General en su día a día. Así se pretende que comprendan desde un punto de vista más crítico el objetivo de la química en el descubrimiento de verdades científicas, que la química es una ciencia experimental básica basada en el método científico y que se apoya en el conocimiento anterior para generar nuevos conocimientos. Y finalmente que la química busca el conocimiento de la naturaleza, y la aplicación de ese conocimiento a dar explicación a lo que les rodea. Mapa de contenidos El mapa de contenidos propuesto para el bloque de Química General y los temas 4, 5 y 6 previsto para 6 h de clase se muestra en la Figura 1. Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1234 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Figura 1. Mapa de contenidos para los conceptos impartidos durante 6 h de clase Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1235 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) El mapa de contenidos tiene como finalidad la comprensión de las diferentes teorías que explican el enlace químico. Está planteado para sesiones de 2 horas por cada tema, en donde se parte de un “concepto inicial” hasta llegar a un “concepto final” a través de diferentes subtemas que se encuentran en el apartado “Desarrollo”. Estos subtemas se presentarán a los estudiantes en forma de objetivos a alcanzar en cada sesión. En el mapa de contenidos se incluyen además, 10 preguntas iniciales que ayudarán a recoger las ideas previas de los estudiantes acerca de los contenidos principales que se estudiarán durante el Ciclo de Mejora. Estas preguntas iniciales ayudarán a identificar los obstáculos y los conceptos erróneos, para luego redirigir la instrucción y la búsqueda de información para superarlos. La comparación entre las respuestas previas y las dadas tras el ciclo, servirá para evaluar, por un lado, el grado de comprensión de los estudiantes acerca de los conceptos fundamentales, y por otro, la capacidad de relacionarlos para dar explicación a fenómenos reales. Las preguntas iniciales fueron: 1. ¿Por qué se enlazan los átomos? 2. ¿Cómo se enlazan los átomos? 3. ¿Qué mantiene unidos los átomos? 4. ¿Cuáles son los tipos de enlace? 5. ¿De qué depende el tipo de enlace? 6. ¿Cómo se relacionan el tipo de enlace con las propiedades periódicas? 7. ¿Cómo se relacionan el tipo de enlace y la geometría de las moléculas? 8. ¿Se podrían relacionar las propiedades fisicoquímicas de una sustancia con su geometría? ¿Por qué? 9. ¿Existen las especies He2+ y He2? ¿Por qué? 10. ¿Por qué el O2 es paramagnético? Modelo metodológico y secuencia de actividades El modelo metodológico seguido se muestra en la Figura 2. Con él se quiere estimular la curiosidad intelectual, la iniciativa y la creatividad, esto a su vez ayudará a los estudiantes a desarrollar la autonomía, la responsabilidad y la colaboración. De esta manera no solo aceptan y repiten lo enseñado, sino que son capaces de interiorizar lo aprendido para ser capaces de aplicarlo y relacionarlo con diferentes situaciones que se le presenten. El modelo se centra Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1236 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) en la comprensión por parte de los alumnos de los conceptos más importantes que se tratarán en la clase a través de la búsqueda y explicación de objetivos, sumado a las discusiones/reflexiones con el profesor y con sus compañeros, para resolver las dudas generales. Con este modelo el alumno tendrá además la posibilidad no solo de conocer a los compañeros que se sientan al lado, sino también de compartir con él o con ellos la experiencia, dudas teóricas e impresiones de la actividad. Luego todas las ideas generadas se colocarán en común en forma de asamblea en donde el profesor será solo un moderador. El profesor dirigirá, re-construirá y corregirá las ideas erróneas obtenidas durante su proceso de búsqueda de información. Al finalizar el segundo ciclo de mejora se les regresará el test de preguntas previas a los estudiantes para que puedan autoevaluarse. Figura 2. Modelo metodológico empleado. Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1237 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) La tabla 1 muestra la secuencia de actividades para el Ciclo de Mejora. Tabla 1: Secuencia de actividades del Ciclo Mejora (clases de 50 min). Tema 4 Tema 5 Día 1 Día 2 Día 3 5 min Explicación de la metodología que se desarrollará en las próximas 6 clases. Repartir el test de conocimientos previos. 10 min Realización del test de conocimientos previos. Recogida del test. 5 min Reorganización del aula de clase formando grupos de tres o cuatro alumnos. Con el mapa de contenidos se hará la presentación del concepto del día 1, y el concepto final al que deben llegar el día 2, y los objetivos del día 1. Concepto inicial: Enlace químico. Características. Concepto final: Tratamiento mecano-cuán- tico del enlace. 5 min Resumen de las conclusiones del día anterior. Con el mapa conceptual, poner en situación los conceptos iniciales y finales planteados en el día 1 y proponer el objetivo del día 2: Poder deducir la estructura molecular, sabiendo diferenciarla de la estructura electrónica 25 min Los alumnos continúan con la búsqueda de información del día para alcanzar el objetivo. En este tiempo formarán sus propias moléculas y observarán la geometría obtenida (aprender jugando). 20 min Toda la información obtenida desde los alumnos se resumirá y concretará, se corregirán los errores que se hayan podido encontrar. 10 min Reorganización del aula de clase formando grupos de tres o cuatro alumnos. Resumen de las conclusiones de los dos días anteriores. Con base en el mapa conceptual, se presentarán los conceptos iniciales y finales de las dos próximas sesiones (días 3 y 4) y la presentación del objetivo del día 3. Concepto inicial: Tratamiento mecano-cuán- tico del enlace. Concepto final: Descripción del enlace y la estructura Objetivo del día 3: Conocer las bases de la Teoría de Enlace Valencia y el concepto de Orbitales Atómicos Híbridos. 20 min Búsqueda de información por parte de los alumnos. Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1238 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Objetivos del día 1: Conocer el por qué se da un enlace químico y la relación existente entre la posición de un elemento en la tabla periódica y el tipo de enlace. Saber escribir la estructura de Lewis de una molécula. Comprender el concepto resonancia y las implicaciones que tiene sobre conceptos como la distancia de enlace y la energía de enlace 20 min Durante este tiempo los alumnos usando sus teléfonos, tabletas y compartiendo con los compañeros, buscarán la información que crean adecuada para alcanzar el objetivo del día. 10 min Toda la información obtenida se resumirá y concretará, se corregirán los errores para refinar la búsqueda y los resultados. 20 min Toda la información obtenida desde los alumnos se resumirá y concretará, se corregirán los errores que se hayan podido encontrar. Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1245 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) • Pregunta 8: ¿Se podrían relacionar las prop. Fisicoquím. de una sustancia con su geometría? Respuestas Pre-test Pos-test Nivel Concepto general: Por su polaridad/carácter polar del enlace. 33% 85% 4 Concepto cotidiano: : Si, sin dar explicación 25% 0% 3 Otros conceptos: Por la posición espacial del grupo de electrones, por el tipo de enlace que forman, por repulsiones interlectrónicas. 17% 15% 2 No sabe/no contesta 25% 0% 1 Obstáculo general inicial: geometría molecular/carácter polar de las moléculas. Tras el análisis de las escaleras inicial y final, se observa que la gran mayoría de estudiantes lograron superar los obstáculos generales para comprender y relacionar los contenidos más importantes de los temas estudiados. Llegaron a comprender las diferentes teorías que explican el enlace químico, sus bases teóricas y sus relaciones, para explicar desde un punto de vista más crítico, el cómo, el por qué y el para qué se unen los átomos. Como concepto general de difícil comprensión, resalto la polaridad de las moléculas y de los enlaces, y su relación con la geometría (VSPER) y con las propiedades fisicoquímicas de las sustancias. Este concepto será necesario trabajarlo en mayor profundidad en el curso siguiente de Química Inorgánica de segundo cuatrimestre. Evaluación del diseño puesto en práctica Poco a poco durante los días del ciclo de mejora los alumnos se sintieron más cómodos con la metodología, Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1246 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) aprovechando al máximo cada sesión. Llegaron a interiorizar la gran mayoría de los conceptos y a saber relacionarlos para llegar a los objetivos planteados cada día. Esto hizo la experiencia de docencia muy gratificante ya que se aumentó de una manera exponencial la participación de los alumnos, siendo muchas veces moderadores y guías de la discusión. Finkel (2000) propone 4 elementos claves para que este tipo de enseñanza sea efectiva: personas con quien hablar, preguntas, profesor(a) a quien acudir y conclusiones. Monereo también concibe la enseñanza como la vinculación a la realidad del alumnado, con un conjunto de actividades instruccionales y de evaluación secuenciadas y conectadas en el tiempo, que plantean al alumnado problemas y conflictos a resolver (Monereo, 2009). Así el tipo de enseñanza innovadora debe ser realista, ser relevante (los aprendizajes deben tener sentido y la competencia desarrollada debe ser de utilidad al alumnado); ser constructivista (plantear actividades para captar el proceso de construcción que desarrolla el alumnado con el propósito de ofrecer ayudas ajustadas a los problemas que puedan ir apareciendo); ser socializante (apropiación de los discursos, signos o valores de identidad de la comunidad profesional en la que el alumnado va a integrarse). El profesor además debe captar el interés del alumno, construyendo ideas que lo lleven a solucionar el problema de partida planteado, sumando factores para que el aprendizaje sea gradual, diseñando entornos para que el estudiante se sienta seguro de poder llegar a la respuesta (Finkel, 2000). Por tanto es importante brindarles objetivos y un camino para llegar a ellos. Es decir darles a los estudiantes un comienzo, un medio y un fin. Con todo esto se busca que los alumnos progresen intelectualmente guiando la situación, de manera que cada alumno sea testigo de sus avances, conozca la materia de estudio, a sus compañeros, y se centre en la información dada, en las preguntas y en la instrucción para dar con la respuesta. Es una manera Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1247 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) diferente de poner el estudiante a trabajar y que sean ellos aprendiendo, no solo el profesor enseñando. En cuanto a los aspectos que han funcionado bien y que quiero mantener en mi práctica docente quiero destacar el uso de las nuevas tecnologías en la clase. Éstas les ayudaron a ser totalmente autónomos y a interesarse por los contenidos, llegando a ellos a través de relaciones de los conceptos más importantes. El planteamiento de objetivos de aprendizaje cada día y el uso de conceptos iniciales y finales para guiar la búsqueda de información, generaron mayor interés, además de fomentar el trabajo en equipo y la reflexión crítica sobre los contenidos. Simultáneamente el debate de las ideas entre todos, les ayudó a que se sintieran en un ambiente más cómodo rodeado de sus compañeros, dando forma a sus ideas, con mayor motivación. Pensar juntos en voz alta fue una manera de que el grupo progresara, dando forma entre todos a los contenidos más importantes y a sus relaciones. Todo ello despertó el interés y estudio por los contenidos tratados. Como dijimos antes, se detectaron además contenidos de difícil comprensión sobre los se debe profundizar en el segundo cuatrimestre de Química Inorgánica, empleando material complementario de apoyo, y otros conceptos y objetivos adicionales. Conclusiones finales La metodología empleada favoreció que los alumnos progresaran intelectualmente guiando la situación, de manera que fueron testigos de sus avances, y llegaron a conocer la materia de estudio, a sus compañeros, y se centraron en comprender los conceptos. Se activó la curiosidad de los alumnos y se fortaleció la interacción y el desarrollo personal. El modelo de evaluación a través de escalera de conocimientos, ayudó a informarme y a poder tomar decisiones del mapa, metodología, actividades y de la propia evaluación para redirigir y reestructurar la enseñanza. Todo Innovando en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico Marcela Martínez Tejada 1248 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) esto fue fruto del buen uso de las tecnologías de la información y a las instrucciones dadas, a través de objetivos y conceptos de búsqueda. Así los alumnos, en su gran mayoría, llegaron a relacionar y comprender los contenidos estudiados más importantes. Todo esto hizo la experiencia de innovación docente en la enseñanza de las diferentes teorías que explican el enlace químico, muy motivadora y gratificante. Para los próximos cursos deseo ampliar el ciclo de mejora a más contenidos. De esta forma podré recopilar más experiencias y tener un enfoque más global para diseñar más experiencias que verdaderamente enseñen. Referencias bibliográficas Bain K, (2007). Lo que hacen los mejores profesores universitarios. Universidad de Valencia. Finkel, D. (2000). Dar clase con la boca cerrada. Universidad de Valencia. Ford, M. J. y Wargo B. M. (2012). Dialogic Framing of Scientific Content for Conceptual and Epistemic Understanding. Science Education 96 (3). Hattie, J. (2009). Visible Learning a Synthesis of over 800 Meta-Analyses Relating to Achievement. London. Routledge. Monereo, C. (2009). PISA como excusa. Repensar la evaluación para cambiar la enseñanza. Barcelona. Grao. Porlán R (2017). Enseñanza universitaria. Cómo mejorarla. Morata, Universidad de Sevilla.