Analogías utilizadas habitualmente en la enseñanza de química básica en la ESO

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Francisco de Asís Iglesias IES Isla Verde. Algeciras (Cádiz)

Analogías utilizadas habitualmente en la enseñanza de química básica en la ESO

En el presente artículo vamos a explicar de qué modo se han utilizado las analogías en algunas unidades sobre química básica. Creemos que es un recurso útil a la hora de hacer más visuales algunos conceptos que en ocasiones a nuestro alumnado pueden resultar más abstractos, abstractos, acercando así la ciencia e intentando rebajar su nivel de comprensión haciéndola asimismo más atractiva. Los conceptos basados en modelos y entes abstractos presentan cierto grado de dificultad no sólo en su comprensión, sino también a la hora de exponerlo por nuestra parte.

Palabras Palabr as clave: analogía, símil, recurso, enseñanza de las ciencias.

Analogies commonly used in teaching basic chemistry at secondary level This article explains how analogies have been used in certain basic chemistry units. We believe analogies are a useful resource for helping students visualise certain concepts than students sometimes find somewhat abstract. This in turn helps bring science closer and more appealing to students. Concepts based on models and abstract constructs can be difficult not only for students to understand but also for teachers to explain.

Keywords: analogy, simile, resource, science teaching.

El uso de analogías es inherente al proceso de enseñanza; el docente busca constantemente recursos en prácticamente todas las áreas de conocimiento, para poder demostrar en muchas ocasiones l o que según su consideración y por su propia experiencia puede resultar más abstracto para el alumnado. Se considera analogía aquella que, por su semejanza, puede compararse con situaciones o fenómenos nuevos. Solemos acudir a ellas en distintas facetas de nuestra nu estra vida cuando queremos comunicar ideas, explicar cosas o resolver problemas y carecemos de conocimientos sobre un tema, lo que nos lleva l leva a adoptar como referencia otro mejor conocido y que nos parece semejante al menos en el aspecto que se pretende explicar (Oliva, 2004). Para la exposición de la analogía siempre hay que tener en cuenta a la persona o grupo de personas (en nuestro caso, al alumnado) al que nos estamos dirigiendo. La analogía en ocasiones puede parecer algo obvio, pues se usa y es utilizada en muchas facetas de la vida cotidiana, refranes, anuncios, novelas, coloquios, etc. En nuestro caso la vamos a referir al proceso de enseñanza-aprendizaje dentro del área de las ciencias y, en concreto, de la física y la química. 86 | Alambique

Didáctica de las Ciencias Experimentales • núm. 64 • pp. 86-98 • abril 2010 2010

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Vam os a tra Vamos trata tarr de abor a borda darr en es este te art a rtíc ícul uloo el us usoo de la l a anal an alogí ogíaa no sólo como recurso útil para facilitar la comprensión del conocimiento, sino como recurso atractivo a la hora de hacer ver al alumnado la ciencia como algo más cercano, atractivo y comprensible. Vemos que cada vez son menos los alumnos que eligen las materias de ciencias al final de la enseñanza secundaria obligatoria, durante el bachillerato, y que el número de alumnos universitarios matriculados en las carreras de ciencias disminuye paulatinamente. Sin duda, el cambio de actitud respecto a las ciencias está relacionado con el alejamiento entre lo académico y lo cotidiano y, aunque éste no sea el único factor que l o provoca, podemos afirmar que es una de las causas determinantes (Aragón, 2004). A través de la analogía intentamos intent amos hacer comprensible algo para el alumnado mediante el empleo de algún sistema o funcionamiento que sea cercano o cotidiano para él. Relacionar la estructura no observable con las propiedades observables de la materia es una de las grandes dificultades del aprendizaje de la ciencia (Gómez Crespo, 1996), dificultad que aumenta cuando lo observable no se encuentra en el ámbito de lo cotidiano para el alumnado. Como docentes podemos, en primer lugar, mantener la curiosidad por lo cercano si tenemos presente lo cotidiano en el aula y, en segundo lugar, y sólo después de lo anterior, fomentar la curiosidad por lo desconocido. Se aprende ciencia cuando ese modelo mental, también denominado modelo del sentido común, va transformándose en modelo científico. Los modelos del sentido común se construyen a partir de la experiencia cotidiana con el mundo natural y a partir de las interacciones sociales (Fernández, González y Moreno, 2003). La analogía puede resultar un recurso útil para el acercamiento favorable del alumnado a la asignatura de física y química y a las diferentes áreas de las ciencias, ya que fomenta su comprensión y el pensamiento crítico y racional en la construcción del pensamiento científico. Puede favorecer la creatividad del alumnado, el desarrollo de su imaginación y abrir un camino nuevo n uevo hacia una mejor comprensión y actitud respecto a la ciencia (Gilbert, (Gil bert, 1993; Harrison y Treagust, 2000).

Estructura de la analogía

La estructura de la analogía consta de dos partes, el objeto o tópico , que es lo que se pretende dar a conocer, lo nuevo, y el análogo , que es lo conocido, lo cotidiano para el alumnado. Se pretende que el alumnado comprenda una determinada noción o fenómeno, que se denominan







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Cuadro 1. Estructura de la analogía

Objeto ó tópico

OBJETO Ó TÓPICO

Análogo

Thagard (1992) afirma que una buena analogía debe cumplir con tres condiciones: pragmática, semántica y estructural. La condición pragmática se refiere a que el propósito que se persiga con la analogía debe estar claro. Por otro lado, las semejanzas semánticas hacen referencia al uso de términos con significados si milares en ambos dominios, mientras que las semejanzas estructurales se refieren a la similitud en las relaciones entre los objetos. A la hora de plantear la analogía no basta con mencionar el símil, sino que hay que explicitar detalles dentro del mismo. Así es como int egramos la analogía en el proceso de aprendizaje. No basta con la simple mención, sino que esta debe responder a las condiciones anteriormente expuestas. Para fijar nuestra analogía, no sólo deberemos dar a conocer ésta, sino que debemos identificar sus partes dentro de la misma (Oliva, 2006), lo que conocemos como trama o relación analógica. Si se expresan explícitamente todos los elementos de la comparación, estamos ante una analogía propiamente dicha. Sirva como ejemplo lo siguiente: «los átomos son a un cristal lo que los nu dos a una red». En este caso se está explicitando la relación objeto-análogo. Si no se tienen en cu enta todos los elementos, estamos ante un símil o una metáfora (Duit, 1991). Teniendo en cuenta las premisas anteriores, expondremos algunos de los ejemplos utilizados en el día a día en el aula. Analogías utilizadas habitualmente en la asignatura de física y química en la ESO

En el caso del profesorado de física y química, el uso de analogías es muy frecuente en casi todas las unidades que se tratan en la ESO, si bien en las unidades más abstractas, en las que los llamados objetos o tópicos son de difícil comprensión para nuestro alumnado, es muy frecuente el tener que establecer tramas para que el alumnado pueda acercarse bien a su conocimiento o bien a su comportamiento. Donde más comúnmente las encontramos es en las unidades referidas a la estructura interna de la materia, al enlace quí mico y a la electricidad.







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en el lenguaje de uso ordinario y se han ido incorporando a la química precisamente por la gran similitud entre los conceptos abstractos y sus análogos conocidos por el común de la gente (Linares, 2005). Ejemplos de analogías utilizadas en unidades básicas de química en la ESO:

Teoría cinético molecular para los gases Imaginamos a las moléculas de un gas chocándose entre sí como bolas de billar. Usar las mismas fórmulas de choque que son válidas para las bolas de billar en las imaginarias moléculas de gas es aplicar un modelo de algo conocido y visible a un área invisible. Obj eto An ál ogo Recipiente Mesa de billar Moléculas Bolas en movimiento → →

Hemos de indicar como diferencia el movimiento continuo de las moléculas en el gas, que es difícil de reproducir en el análogo. Sólo si lográsemos poner las bolas en continuo movimiento a la vez y de forma continua conseguiríamos acercar el análogo a la realidad. En muchas ocasiones comprobamos que estamos forzados a modificar el análogo para adecuarlo a nuestras necesidades, si bien c on ello podemos desvirtuar el análogo o dificultar su propia comprensión. Es importante tener en cuenta que dichas necesidades se hacen patentes cuando planteamos la analogía de forma improvisada. De otro modo podríamos ser capaces de preparar previamente nuestro análogo para no tener que recurrir a modificaciones modificaci ones que se alejen de la realidad del análogo. En ocasiones, cuanto más pretendemos acercarnos a la realidad del objeto, más nos alejamos de la realidad visual del análogo.

Modelos atómicos Modelo de Thomson del átomo: el símil de la sandía Si nos refiriésemos al modelo de Thomson como «el modelo de sandía» o «modelo del pastel de pasas» únicamente estaríamos hablando metafóricamente. Si el alumnado no identifica la metáfora, no asimilará el concepto ni sus partes. Para analizar la analogía hemos de contemplar todas las partes: Obj eto An ál ogo Átomo Sandía







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idea del vacío del átomo. El átomo es similar al sistema solar conocido por todos (símil). La estructura de la analogía v endría determinada por la relación siguiente: Obj eto An ál ogo Átomo Sistema solar Electrones Planetas → →

Enlace químico Es una de las unidades uni dades que más se presta al uso de analogías, dado lo abstracto de su concepto en sí mismo. El propio título títul o que da nombre a la unidad es un símil en sí mismo. Cuando se habla al alumnado por primera vez de la teoría del enlace, lo solemos definir c omo una fuerza atractiva entre dos átomos. El término enlace es por tanto un análogo en sí mismo. El enlace químico puede enmarcarse dentro de lo que son las relaciones afectivas, ya que estas necesitan de una serie de condiciones externas que permitan la formación o no de éstos. Al igual que los enlaces, existen diferentes tipos de relaciones afectivas y su fuerza es dependiente de las afinidades o no entre los seres humanos, como determinante determinante es la afinidad entre átomos para la formación de compuestos. Obj eto An ál ogo Enlace Relación personal Átomos Personas → →

En el enlace tipo iónico, uno de los conceptos fu ndamentales es el de su estructura, que forma la llamada red cristalina, también considerada ésta un símil en su propia definici ón, si bien el alumnado no ti ene claro el concepto de sólido cristalino como estructura tridimensional ordenada. Para hacerlo comprensible recurrimos a la analogía. Así podrán ver más clara la diferencia entre éste y el sólido amorfo, en ocasiones mal llamado cristal. Obj eto An ál ogo Red cristalina Red de pesca Átomos Nudos →

→

El enlace de tipo covalente, donde cada átomo no llega a perder ni a ganar electrones, sino que son compartidos, puede tener su análogo en un caso ya conocido en los ámbitos de las analogías en química co-







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La analogía puede explicar también variaci ones como es el caso de que uno de los perros tire con más fuerza del hueso; estaríamos ante un caso de enlace covalente polar. Para el estudio del enlace metálico, las propias teorías que lo explican son una metáfora en sí mismas, pues comparan esta formación con un gas de electrones o un mar de electrones. En el enlace metálico la deslocalización electrónica respecto a los restos positivos podría encontrar su análogo en la red de pesca que contiene a los peces ya atrapados en la misma: Obj eto Aná log o Restos positivos Red metálica Electrones pertenecientes a la red Peces → →

A la hora de explicar el enlace metálico, Lawrence Bragg tuvo la idea de representar cada uno de los átomos por medio de una burbuja de jabón. De esta forma, las burbujas de jabón que flotan en la superficie de un líquido pueden asemejarse a una red metálica, ya que estas burbujas se comportan en muchos aspectos como los átomos de un metal. Así, éstas forman un empaquetamiento compacto, resbalan unas sobre otras como ocurre en los metales y son deformables. Obj eto An ál ogo Red metálica Burbujas en líquido Átomos Burbujas → →

Fórmulas químicas Utilizamos para su explicación diferentes objetos metálicos o plásticos (no metálicos) como clips metálicos y plásti cos, tuercas, tornillos, chinchetas, anillas, pinzas de tender, etc., con la particularidad de que estos objetos puedan ser enlazados entre sí. Así const ruiremos multitud de moléculas, asociando a cada átomo del sistema periódico un objeto determinado. Los objetos metálicos serán representados como metales y los plásticos como no metales. Los iremos enlazando y los alumnos irán obteniendo la fór mula correspondiente de cada composición. Igualmente plantearemos fórmulas en las que el alumno tendrá que construir la molécula correspondiente. Obj eto An ál ogo Átomos Objetos Fórmula Objetos enlazados →









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la abstracción del concepto y su grado de formalización. Este concepto ha motivado que muchos autores lleven a cabo revisiones del mismo. De acuerdo con la recopilación de dific ultades de aprendizaje realizada, podemos apuntar que el verdadero problema en torno a la «cantidad de sustancia» es que se trata de una magnitud macroscópica que se relaciona directamente con el mundo microscópico de las sustancias (átomos y moléculas) y, para poder relacionar estos dos niveles de representación, hay que interiorizarlos previamente; esto es, hay que relacionar las definiciones macroscópicas de sustancia y reacción química con el nivel microscópico atomista (Furió, Azcona y Guisasola, 2001). Felty (1985) propone como situación analógica la preparación de una ensalada de frutas con igual n úmero de uvas y de cerezas: «[...] vas a la tienda y pides igual número de uvas y de cerezas. El dependiente contesta: Lo siento, las vendemos por peso, ¿cuánto peso desea de cada una?». El razonamiento sería: «si comprara el mismo número de kilogramos de cada una, solamente tendría el mismo número de uvas y de cerezas en el caso de que las uvas y las cerezas (cada una) tuvieran el mismo peso (idéntico), pero probablemente no es el caso. Necesito saber sus pesos relativos». En nuestra experiencia es muy común utilizar el concepto de docena de huevos; es algo que entra dentro de lo cotidiano en la vida de nuestro alumnado. Como ya sabemos, la docena es el análogo referido al mol y el huevo representaría la molécula. Obj eto An ál ogo Docena Mol Huevo Molécula → →

Si queremos seguir avanzando en el concepto utilizando nuestra analogía y queremos introducir el concepto de volumen molar molar,, debemos







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En algunos estudios al respecto se presentan otras propuestas para familiarizar al alumnado con el nú mero de Avogadro Avogadro y el mol: Cálculo del volumen ocupado por un mol de c anicas, de perdigones, de granos de arena, etc. (Hoyt, 1992). Utilización de envases del mismo tamaño coloreados para visualizar las leyes de los volúmenes de combinación (Gay-Lussac) y de Avogadro (Bouma, 1986). Rowell y Dawson (1980) idearon una estrategia de instrucción de seis semanas de duración en la que uti lizaban como analogía las monedas de uso corriente en el entorno de los estudiantes.

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Reacción química Cuando empezamos a explicar el concepto de reacción química, el alumnado tiene que llegar a comprender lo que ocurre en el cambio químico a nivel atómico o molecu lar. Con la analogía que presentamos a continuación, el alumnado puede llegar a comprender dos conceptos bá sicos iniciales: 1. El proceso químico tomado como u n reordenamiento de átomos y moléculas en el que el sistema de estabiliza. 2. Podremos llegar a justificar el principio de conservación de la masa que rige en todo proceso químico. Utilizamos como análogo un conjunto de tornil los y tuercas. Primero las pesamos por separado y después las pesamos habiéndolas previamente enlazado unas con otras. Éstas podrán incluso sobrar y así podremos introducir el concepto de reactivo limitante. Obj eto Aná lo go Reacción química Reordenamiento tornillos-tuercas Átomos Tornillos y tuercas → →







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la energía de activación y la energía desprendida. Así, propondríamos como análogo el intercambio monetario. Si le prestas a un amigo 3 euros y éste posteriormente te devuelve 7 euros, estarías ganado dinero (analogía del proceso endotérmico). El caso contrario indicaría un proceso exotérmico. Este ejemplo siempre resulta muy ilustrativo y de gran eficacia en el aula. Obj eto A nál og o Energía de reacción Dinero resultante ganado Energía de activación Dinero dado Energía desprendida Dinero devuelto → → →

Una vez que se determinan los perfiles de reacción, solemos estudiar cómo pueden éstos ser modificados alterando algunos de los parámetros o variables que podemos controlar en la reacción. En ocasiones recurrimos a experimentos sencillos de laboratorio que consisten en variar concentraciones, grados grados de pulverización o en adicionar catalizadores. El perfil de reacción se verá modificado y quedará conf irmado que la barrera energética (energía de activación) disminuye para alcanzar el estado de transición y que la fracción de moléculas que alcanza este estado es mayor, por lo que ésta evoluciona más rápidamente. Podemos recurrir en ocasiones a imágenes muy ilustrativas (i magen 1) que nos permiten visualizar la analogía de forma eficaz. Obj eto An ál ogo Energía de activación reacción simple Montaña Energía de activación reacción catalizada Recorrido llano → →







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Espontaneidad de las reacciones

Dentro de los niveles de la ESO, el concepto de espontaneidad se reduce a tener en cuenta si la reacción evoluciona favorablemente bajo condiciones normales, sin tener en cuenta factores entrópicos relacionados con el segundo principio de la termodinámica. Para ello es fácil hacer ver al alumnado que algunos procesos en la naturaleza ocurren de forma espontánea. Y este concepto lo asimilan de modo correcto cuando las reacciones son favorecidas energéticamente o el sistema tiende a la estabilidad. Así, es sencillo plantear anal ogías en las que los cuerpos caen de forma espontánea para disminuir su estado energético, su energía potencial, o el ejemplo de que el aire siempre tiende a salir del globo cuando está lleno y no así en sentido contrario. Tendemos a relacionar los análogos con una disminución en valor absoluto de los diferentess tipos de energía potencial, lo que puede provocar conflictos si diferente queremos ahondar en la relación objeto-análogo y el alumnado no está muy familiarizado con el concepto de energía potencial. Obj eto A nál og o Proceso espontaneo (reacción) Caída Evolución de los reactivos Cuerpo que cae → →

Por último, explicamos un ejemplo muy ilustrativo que realizamos en clase. Cuando utilizamos los naipes y jugamos a hacer «castillos» (imagen 2), nos damos cuenta de que el montaje de éstos presenta bastante dificultad y que cualquier despiste hace que el montaje se venga abajo. Si logramos levantar

Imagen 2. El ejemplo de los castillos de naipes como analogía de un proceso favorecido espontáneamente







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tante ilustrativa de lo que s ería un proceso favorecido espontáneamente y en el que podríamos empezar a introducir términos entrópicos de desorden, cuando el sistema naipes-castillo cae irreversiblemente. Obj eto A nál og o Proceso no espontáneo, no favorecido termodinámicamente Formación de castillo de naipes Proceso favorecido (espontáneo) Caída del castillo de naipes Energía de activación Pequeña perturbación alrededores: Aire, movimiento, vibración Aumento de entropía Naipes esparcidos y desordenados →

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Análisis crítico del uso de las analogías. Ventajas e inconvenientes

Tras la experiencia en el uso de este tipo de recursos, son muchas las conclusiones que existen en la bibliografía al respecto. A partir de nuestra experiencia podemos llegar a concretar dos ideas fundamentales a la hora de hacer un buen uso de las analogías. Un primer aspecto que hay que tener en cuenta es el de intentar buscar siempre un tipo de analogía que sea cotidiana y común para el alumnado. En ocasiones, cuando se ha intentado exponer un símil, nos hemos dado cuenta de que el alumnado ignora la base de la analogía o algún aspecto que para nosotros puede ser obvio. Es, por ello, importante tener conocimiento de hasta dónde podemos llegar con el análogo. Muchas veces, y de forma improvisada, nos basamos en el sentido común que se establece cuando estamos tratando con alumnos agrupados por cursos. Tendemos a asimilar rápidamente su nivel de conoci-









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el objeto en sí. Por ello debemos tener presente el riesgo que corremos cuando hacemos un mal uso de las analogías. Asimismo, Friedel y otros (1990), en la continuación de un estudio inicial sobre dificultades, mostraron mostraron que su utilización en la enseñanza de la química puede resultar fructífera si se cumplen varias condiciones: La analogía debe ser inteligible. Deben verse las relaciones entre la situación analógica familiar para el alumnado y la situación quí mica en la que se enmarca el concepto. Deben poder transferirse las soluciones dadas a la situación analógica familiar al marco del problema que se quiere resolver. Deben utilizarse durante un largo período de ti empo.

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Existen diversos estudios en nuestro país que analizan el uso que se da a las analogías por parte del profeso profesorado rado de ciencias. Oliva (2003) recalca la idea de que la analogía casi siempre la presenta el docente, dentro de los cánones de la enseñanza tradicional y no constructivista, y es crítico con ello. Se insta al docente a inducir al alumnado a que sea capaz de crear su propia analogía. Así resume en su artículo cuatro aspectos a modo de conclusión, basándose en un cuestionario elaborado por profesores del ámbito científico en activo:







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Analogías utilizadas habitualmente en la enseñanza de química básica en la ESO

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