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Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.17 n.6 La Serena  2006

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642006000600024 

 

Información Tecnológica-Vol. 17 N°6-2006, pág.: 165-168

ARTICULOS VARIOS

Estilos de Razonamiento en el Aprendizaje del Concepto de Equilibrio Químico

Reasoning Styles in Learning the Concept of Chemical Equilibrium

María B. Roble (1), Lidia P. Sánchez (2), Ana M. Martín (2) y Cristina Speltini (1)
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, (1) Departamento de Física, (2) Departamento de Química,
Paseo Colón 850, (1063) Buenos Aires-Argentina (e-mail: mbroble@fi.uba.ar; psanchez@fi.uba.ar; amartin@fi.uba.ar; cspelti@fi.uba.ar)


Resumen

Se estudia e identifica los diversos estilos de razonamiento asociados a los conceptos de equilibrio químico. Se diseñó una encuesta escrita, con cinco preguntas cerradas de opción múltiple. La encuesta, anónima y voluntaria, se presentó a estudiantes de primer año de las diferentes carreras de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires. Los datos se complementaron con entrevistas orales a estudiantes de Ingeniería Química del mismo nivel académico. Las respuestas se organizaron a partir de categorías emergentes redefinidas a medida que se avanzó en la indagación y los registros de las diferentes poblaciones estudiantiles se analizaron por separado. Los resultados indican que los estilos de razonamiento identificados no difieren significativamente entre las dos poblaciones, aunque los estudiantes de Ingeniería Química demuestran poseer una mejor comprensión de los conceptos del equilibrio químico. El análisis de los resultados permitirá a los profesores seleccionar y adecuar actividades didácticas de forma que los estudiantes puedan acceder a una correcta y duradera conceptualización del equilibrio químico.

Palabras clave: equilibrio químico, aprendizaje de la química, enseñanza, estilos de razonamiento


Abstract

The objective of this work was the identification of the different styles of reasoning associated with learning chemical equilibrium concepts. A written questionnaire was designed, using five multiple choice closed questions. This survey, which was anonymous and voluntary, was submitted to first year students attending different programs within the Engineering School of Buenos Aires University. The data obtained was complemented with oral interviews of Chemical Engineering students of the same academic level as those submitting the questionnaire. The answers were organized based on emerging categories which were redefined as the investigation proceeded. The results from different student populations were analyzed separately. The analysis of the results suggested that the styles of reasoning identified did not differ significantly between the two populations, although the students of Chemical Engineering demonstrated better comprehension of chemical equilibria. The analysis of these results will allow professors to select and adapt teaching activities in order to allow the students to acquire a correct and lasting conceptualization of the chemical equilibrium concept.

Keywords: chemical equilibrium, chemistry learning, teaching, styles of reasoning


INTRODUCCION

Las investigaciones realizadas acerca de la adecuada comprensión del equilibrio químico (Raviolo y Martínez, 2003; Banerjee, 1991; Quilez, 1997) así como la propia experiencia docente, han orientado el presente trabajo de investigación hacia las dificultades que presenta el aprendizaje de este concepto.

En una primera etapa, se indagó sobre la evolución histórica de los conceptos asociados al equilibrio químico y la presentación que hacen del mismo los libros de texto universitarios habitualmente empleados en nuestro medio (Sánchez et al., 2003). Posteriormente, el interés se ha fijado en identificar las ideas que  poseen los estudiantes cuando inician un curso de Química General en la carrera de Ingeniería. Cabe aclarar que los estudiantes de la Universidad de Buenos Aires han cursado una primera Química durante el Ciclo Básico Común Universitario, donde se aborda el tema de equilibrio químico.

Este estudio se fundamenta en la noción de “pensamiento” proveniente de la psicología cognitiva. Desde esta posición, el pensamiento es una actividad mental no rutinaria que requiere esfuerzo y se lleva a cabo frente a una tarea o actividad que busca satisfacer una meta u objetivo sin que haya certeza en la forma de lograrlo. Es decir, en estas situaciones se resuelven problemas, se razona o, en forma general, se piensa (de Vega, 1984).

Existen diversas perspectivas teóricas, entre las que se encuentra la posición piagetiana, que distinguen dos componentes o funciones en el pensamiento: 1) la representación que el sujeto hace de la situación y 2) las operaciones o procesos de razonamiento que emplea para alcanzar la meta. Estos modelos duales son criticados ya que separan la forma de razonamiento del contenido semántico.

Pozo (1987, 1993) propone un modelo de pensamiento causal interactivo en el que los dos componentes (razonamiento y representación) sean, a la vez, formales y factuales.

Fundamentándose en esta última posición, el presente trabajo tiene como objetivo identificar los diversos estilos de razonamiento asociados a los conceptos de equilibrio químico, tratando de hallar los recursos didácticos explicativos adecuados para promover una mejor comprensión. Para llevar adelante dicha investigación, se diseñó un conjunto de preguntas para identificar los estilos de razonamientos. El análisis de las respuestas permitió la elaboración de categorías a través del empleo de la Grounded Theory (Glasser y Strauss, 1968).

PARTE EXPERIMENTAL

Los instrumentos utilizados en esta investigación fueron encuestas escritas y entrevistas. La encuesta escrita se estructuró sobre la base de cinco preguntas cerradas de opción múltiple. Dicha encuesta, anónima y voluntaria, se presentó al inicio del cuatrimestre a una población de 285 estudiantes de primer año de las diferentes carreras de Ingeniería: 103 estudiantes de Ingeniería Química (IQ) que corresponde a  la totalidad de los estudiantes inscriptos en ese cuatrimestre y 182 estudiantes de otras orientaciones de Ingeniería (OI); los cuales fueron  seleccionados al azar de entre 14 cursos: 59 estudiantes de la mañana, 65 de la tarde y 58 de la noche. La obtención de datos fue complementada con entrevistas orales a estudiantes de la orientación Ingeniería Química.

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

En un primer análisis se consideraron los registros según las orientaciones de las carreras, separando Ingeniería Química del resto de las Ingenierías. Las respuestas se organizaron a partir de categorías emergentes que fueron redefinidas a medida que se avanzó en la indagación.

El objetivo de la primera pregunta fue detectar si los estudiantes eran capaces de reconocer, para una reacción química dada, la expresión de la constante de equilibrio. Para ello se presentaron diversas opciones de la expresión de la constante de equilibrio para la síntesis de Haber. Las dos respuestas con mayor ocurrencia fueron: la expresión correcta de la constante de equilibrio y aquella en que las concentraciones, elevadas a los respectivos coeficientes estequiométricos, se suman en lugar de multiplicarse. Los porcentajes más altos corresponden a la respuesta correcta: 82 % en la población Ingeniería Química y 67% en Otras Orientaciones de Ingeniería; mientras que la segunda opción mencionada, fue seleccionada por el 11% de IQ y el 17 % de OI. Esto conduce a considerar que la mayoría de los alumnos tienen presente que los coeficientes estequiométricos son variables relevantes en la expresión de la constante. Además se ha encontrado, en algunas respuestas, una aparente disociación entre la comprensión de fenómenos químicos concretos y el empleo de recursos matemáticos. Se cuestiona si los estudiantes consideran diferentes ámbitos a los conceptos de “sistema químico” y de “constante de equilibrio” debido a la existencia de un referente concreto en el primer caso, mientras que el segundo requiere de abstracción matemática.

Las categorías que se presentan a continuación surgieron del análisis de las respuestas a las cuestiones planteadas en la encuesta y en las entrevistas.

Categoría 1 “Estático”

Esta categoría presenta expresiones como:

i) … el punto de equilibrio se puede modificar. Una vez alcanzado el equilibrio, en realidad es como que las sustancias dejan de reaccionar.

ii) ...entonces cuando hay un equilibrio significa que no hay un cambio neto en las concentraciones de los reactivos y productos.

Este razonamiento se halla vinculado con la noción espontánea de conservación, que en ocasiones se presenta como esquema de objeto permanente y en el caso estudiado, se atribuye la constancia temporal de propiedades a un  proceso.

La idea de conservación, considera al proceso casi como una sustancia y desde la perspectiva piagetiana se trata de una construcción progresiva en la que interviene la experiencia. Los individuos construyen este modo de razonamiento, partiendo de la conservación de objeto individual, que con el tiempo se va conformando en las conservaciones de algunas cantidades características, como masa o volumen y, posteriormente le atribuyen dichas características a las transformaciones.

Los estudiantes, con este modo de razonamiento, asocian el equilibrio químico con las ideas de permanencia, inalterabilidad, constancia. Se encontró este modo de razonamiento en el 34 % de los estudiantes del grupo IQ y en el 41 % del grupo OI.

Categoría 2: “Dependencia algorítmica”

Este modo de razonamiento se ha identificado de la siguiente manera:

Si el valor numérico de la constante de equilibrio se mantiene constante, entonces no se pueden producir cambios al perturbar el sistema que se encuentra en equilibrio químico. El 44% de los estudiantes de IQ considera que la constante de equilibrio, Kc, depende de la temperatura, y el 48% de estos estudiantes adhieren a la idea “no se producen cambios al perturbar el sistema en equilibrio”.

Entre los estudiantes del grupo OI, sólo el 20% considera que la constante de equilibrio, Kc, depende de la temperatura y de ellos, aproximadamente la mitad (51%) la vinculan con la idea de imperturbabilidad del equilibrio ante causas externas.

Este modo indica que algunos estudiantes adecuan los fenómenos y/o los procesos químicos al razonamiento matemático, es decir, el empleo de ciertas operaciones salva las dificultades y permite la justificación del concepto. Dicho razonamiento matemático les permite operar mecánicamente y les brinda una falsa idea de comprensión.

... K depende de las concentraciones de reactivos y de productos, …

Categoría 3  “Constante que no es constante”

Algunas de las entrevistas muestran respuestas del siguiente tipo:

K depende de las concentraciones de los reactivos y productos, de la temperatura, del volumen y de las presiones, ...

La constante entre otras cosas dependía de la temperatura, de las concentraciones y en el caso de gases, si tenías diferentes cantidades del número de moles de un lado que del otro dependía de la presión.

La aparente falta de conceptualización de la constante de equilibrio puede asociarse con la dependencia matemática de diversos parámetros, como lo indican los resultados del análisis de las encuestas.

La pregunta acerca de si se producen cambios en la constante de equilibrio al variar el volumen del recipiente de un sistema en equilibrio químico en fase gaseosa, condujo a los siguientes resultados.  El 29% de los estudiantes de la población OI y el 30 % de los pertenecientes a IQ respondieron que se producen cambios en Kc. Es interesante destacar que los estudiantes no tuvieron en cuenta que la diferencia entre los coeficientes estequiométricos de reactivos y de productos era distinta de cero en la situación planteada.

Por otra parte, el 55% de OI y el 42% de IQ considera que se modifica Kc cuando varía el estado de un sistema en equilibrio, no discriminando la incidencia de los parámetros físicos (temperatura, presión, volumen).

Se evidencia que los estudiantes tienen dificultad para establecer relaciones entre la composición del sistema en los distintos estados de equilibrio. Al igual que en la categoría “Constante que no es constante” se considera que hay incidencia de la frágil conceptualización de “concentración”.

CONCLUSIONES

El análisis de los registros muestra que si bien existe un mejor desempeño en los estudiantes de Ingeniería Química con relación a los estudiantes de las otras carreras de Ingeniería, los estilos de razonamiento identificados no difieren significativamente entre las dos poblaciones.

En relación con los resultados presentados por otras investigaciones (Moncaleano et al., 2003; Raviolo et al., 2003) se han encontrado similitudes en dos de las categorías que se analizaron en este artículo (Dependencia algorítmica y Constante que no es constante). No se ha encontrado semejanza en el análisis de la categoría denominada “Estático” que fue vinculada con la noción de conservación y esquema de objeto permanente. Es necesario aclarar que los niveles educativos de las poblaciones analizadas (cursos de nivel medio, preuniversitarios y universitarios básico) en las distintas investigaciones, son diferentes. En este sentido, el principal aporte de la investigación presentada, es contribuir a la ampliación de la base empírica de los estudios sobre equilibrio químico.

Los resultados obtenidos  en los distintos niveles educativos sugieren la generalización de conceptualizaciones frágiles e incompletas que son consecuencia de los estilos docentes tradicionales. Se considera que la identificación de las distintas categorías antes descriptas: Estático; Dependencia Algorítmica; Constante que no es constante, permitirá seleccionar y adecuar actividades didácticas para que los estudiantes puedan acceder a una correcta conceptualización del equilibrio químico.

REFERENCIAS

Banerjee, A. C., Misconceptions of students and teachers in chemical equilibrium, Int. J. of Science Education: 13 (4), 487-494 (1991).        [ Links ]

De Vega, M., Introducción a la psicología cognitiva, 1ª edición, Alianza  Editorial, Madrid, España (1984).        [ Links ]

Furió, C. y E. Ortiz, Persistencia de errores conceptuales en el estudio del equilibrio químico, Revista Enseñanza de la Ciencias: 1(1), 15-20, (1983).        [ Links ]

Glaser, B. y A. Strauss, The Discovery of  Grounded Theory. Strategies for Qualitative Research, 1ª edición, Weidenfeld and Nicolson, Londres, Inglaterra (1968).        [ Links ]

Moncaleano, H. y otros tres autores, Comprensión del equilibrio químico y dificultades en su aprendizaje. Enseñanza de las Ciencias: número extra, 111-118 (2003).         [ Links ]

Pozo, J. I., Aprendizaje de las ciencias y pensamiento causal, 1ª edición, Editorial Aprendizaje Visor, Madrid, España (1987).        [ Links ]

Pozo, J. I., Teorías cognitivas del aprendizaje, 1ª edición, Ediciones Morata, Madrid, España (1993).        [ Links ]

Quilez, J., Superación de errores conceptuales del equilibrio químico mediante una metodología basada en el empleo exclusivo de la constante de equilibrio, Revista Educación Química: 8 (1), 46-54 (1997).        [ Links ]

Raviolo, A. y M. Martínez, Una revisión sobre las concepciones alternativas de los estudiantes en relación con el equilibrio químico. Clasificación y síntesis de sugerencias didácticas, Revista Educación Química: 14(3), 159-165 (2003).        [ Links ]

Sánchez, L., A. Martín, M. Roble y C. Speltini, La enseñanza del equilibrio químico: ¿Enfoque cinético o termodinámico?, Actas de las III Jornadas Internacionales de Enseñanza Universitaria de la Química, Editado en CD, AD03, La Plata, Argentina, 28 al 30 de Septiembre (2003).        [ Links ]

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