Las Dificultades Asociadas a la Enseñanza del Concepto de Cantidad de Sustancia y su Unidad el Mol en la Química Escolar.Esparza. C; Yáñez. S. Universidad de Santiago de Chile.

Resumen.

1. Introducción.

El concepto de cantidad de sustancia y su unidad el mol, son elementos imprescindibles en la enseñanza de la química ya queya que es una puerta para poder establecer conocimientos bases para seguir construyendo conocimientos científicos bajo la mirada contratistaconstructivista, pero existe una gran dificultad en su enseñanza por los profesores y su comprensión por el estudiantado.

En primer lugar los profesores tienen distintas carencias durante su formación inicial con respecto a estos conceptos debido al contexto en el cual se desarrollan este concepto, la discrepancia que tenían los científicos y una tardía definición formal del concepto de cantidad de sustancia y mol además de un aprendizaje superficial del concepto (Garcia , Pizarro, Perera, Martín, & Bacas , 1990), y en base a esta problemática es que los docentes no logran realizar una transposición didáctica para llevar este conocimiento duro al conocimiento escolástico

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incidiendo de forma directa el aprendizaje de los estudiantes, ya que los mismos docentes no comprenden químicamente este concepto, sino que, hay una matematización de la química y un algoritmo rutinario en los cálculos estequiométricos . Lo que genera un rechazo por parte de los estudiantes a aprender química. Sumado a todo esto tenemos que considerar las ideas de los estudiantes acerca del mol y cantidad de sustancia,

La enseñanza de la estequiometria en la escuela se imparte desde Primero Medio en las escuelas que se rigen por el curriculum nacional chileno, siendo el tema más controversial para los estudiantes debido a que no manejan una buena base matemática que los ayude a resolver las evaluaciones que hoy son típicas para este contenido conceptual (DIERKS, 1981). Incluso podemos cuestionarnos si los aciertos en las respuestas de estequiometria son por la real comprensión del concepto químico o solamente una rutina algorítmica (Martin, y otros, 1990).

Uno de los iniciales y principales problemas a los que se enfrentan los estudiantes de química es que deben el dominio dear un lenguaje nuevo para ellos, “el lenguaje químico”, el cual que implica el manejo de símbolos y fórmulas, además de una nomenclatura universal. De esta manera, para la comprensión de estequiometria es importante el manejo del lenguaje químico, especialmente lo que se refiere

al manejo adecuado de la simbología para representar reacciones químicas. Por otro lado para resolver problemas estequiométricos, los alumnos deben establecer relaciones (razones) y proporciones., dificultando aun más el aprendizaje de los conceptos puesto que hay una matematización de los conceptos.

Históricamente el concepto de mol ha generado un fuerte debate sobre las definición correcta de este, ya que han surgido definiciones desde puntos de vista diferentes incluso a veces opuestos y controvertidos (HUDSON, 1992, pág.208) que han influido en la forma que tienen los profesores de enseñar este concepto a sus estudiantes.

Obstáculos histórico-epistemológicos en el desarrollo del concepto de mol

Debemos recordar que el El concepto de mol fue introducido en primera instancia por Ostwald (1900), debido a que tenía fuertes dudas y críticas a la hipótesis atómica (Ostwald, 1900, pág. 155) .

El contexto investigativo donde se introduce el concepto de mol, es cuando el autor busca averiguar la fórmula química del agua oxigenada (Ostwald,1900), para ello pretende determinar el <<peso normal>> de esta sustancia mediante la proporcionalidad entre la disminución del punto de congelación y la concentración en diluciones acuosas del agua oxigenada.

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Ostwald utiliza repetidamente el termino cantidad de sustancia identificado como masa, con respecto a la definición del mol propone que, si se diluye un mol de cualquier sustancia en 1 litro de agua, la disolución congelara a -1,850° C proponiendo que desde ahora el peso normal o molecular de una sustancia se debe llamar mol , relacionando así que sin importar la sustancia que sea habrá una relación que siempre se cumplirá entre el peso molecular de esa sustancia y las propiedades fisicoquímicas de las soluciones. (Ostwald, 1900, pág. 163).

Por este nuevo termino que utiliza Ostwald (1900) en su trabajo y su escepticismo sobre la hipótesis atómico-molecular, es comprensible, si nos situamos en el contexto socio-histórico presente en aquella época. TambienTambién podremos Y visualizar la fuerte polémica entre equivalentistas y atomistas (llamados así por su forma de concebir y trabajar las reacciones químicas, unos por la relación de combinación equivalentes y los otros por su comprensión sobre los átomos) en el siglo xx (Azcona, 1997a).

Algunos historiadores mencionan que hace solo cien años aun habían discusiones acerca de la existencia de los átomos. (Thuillier, 1990, pág. 343).

Debido a las dudas sobre el conocimiento de los átomos y de su existencia (Thuillier, 1990, pág. 343)., es que el camino para llegar a una definición formal de mol y cantidad de sustancia es difícil y controvertido, esto

porque a fines del siglo XIX aún se tenían dudas sobre la existencia de los átomos. (HUDSON, 1992, pág. 208). Esta controversia en la definición formar de cantidad de sustancia y su unidad el mol Todo esto genera que los docentes tengan grandes problemas en la enseñanza de este concepto debido a que en la formación docente no hay cursos de historia y filosofía de las ciencias opacando el origen controvertido del concepto de mol y obligando a los profesores enseñar este concepto sin una base histórica y firme comprensión del origen de este y por consiguiente no tiene claro las dificultades que los estudiantes puedan presentar al momento de estudiar este concepto.

Es importante mencionar que los esfuerzos por equiparar la química con las ciencias matematizadas como lo es la física, nos llevan a establecer el concepto de equivalente o peso de combinación,(Furió, Azcona, & Guisasola, 1999) en este sentido (HUDSON, 1992, pág. 78) comenta «[...] J. Richter (1762-1807) estaba obsesionado en obtener relaciones matemáticas en química y contribuyó a establecer el concepto de

equivalente o peso de combinación.» estoEsto nos plantea el problema de la memorización de algoritmos para resolver problemas tipo, en las aulas, dejando en duda si hay un aprendizaje significativo o solo la mecanización del proceso matemático. (Garcia , Pizarro,Perera, Martín , & Bacas , 1990)

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Es en este contexto de no-aceptación de la hipótesis atómico-molecular en el que (Ostwald, 1900) introduce y define de forma ontológica el concepto de mol, como «peso normal o molecular expresado en gramos», identificándolo, por tanto, con la magnitud masa. Ostwald (1900), así, se opone a la interpretación de las reacciones químicas basada en las hipótesis de Dalton y Avogadro. En este sentido, Nelson (1991) muestra que la terminología ideada por Ostwald favorecía su propósito, ya que la palabra mol significa en latín «masa grande» (mole), opuesto a «molécula» (masa pequeña), resultando de este modo que el mol tiene el significado de una masa química. Esta masa química en comparación con la molécula es mucho más grande, generando un contraste etimológico entre ambos. Que puede ser utilizado en el aula para su mayor comprensión y distinción, utilizando ejemplos tales como imágenes que muestren un mol de granos de arena en fila u otras analogías..

A pesar de las dificultades y controversias resulta necesario una unidad que nos ayudara en los cálculos y la comprensión de los procesos que ocurrían en las reacciones químicas, estos problemas comenzaron a solucionarse cuando se introdujo el concepto de cantidad de sustancia y su unidad el mol, esto tiene relación con la consolidación de la teoría atómico molecular, pero recién en 1961 es la consolidación de la cantidad de sustancia como unidad fundamental,

(Guggemheim, 1986).

«En 1961 International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) hizo las siguientes recomendaciones: En el campo de la química y de la física molecular, además de las magnitudes físicas definidas antes por la Conferencia General de Pesas y Medidas, también se considera como una magnitud básica la cantidad de sustancia. La unidad básica recomendada es el mol, símbolo: mol. El mol se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas moléculas (o iones, o átomos, o electrones, según sea el caso) como átomos hay en exactamente 12 gramos del núclido 12C de carbono puro.» (Guggemheim, 1986,pág. 3). Aceptándose que la cantidad de sustancia es una magnitud diferente a la masa.

Actualmente la IUPAC (Mills et al., 1993) recomienda que se denomine cantidad de sustancia o cantidad química a esta magnitud que durante bastante tiempo ha sido utilizada sin un nombre propio, Por tanto, se trata de una de las siete magnitudes físicas fundamentales, diferenciándose claramente de masa, volumen y número de partículas. Esto nos ayuda en diferenciar y separar claramente la el concepto de mol, masa, volumen, etc. Ayudando a su comprensión y uso de mol y no numero de moles.

Dificultades generadas para la enseñanza del concepto de mol

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DSi esto lo miramos desde la enseñanza de la química escolardocencia, resulta compleja su transposición didáctica debido a que son los propios científicos quienes no estanban de acuerdo , lo que y esto implica que los docentes no tengan una fuente segura y concreta de este concepto dificultando para ellos mismos su comprensión y consiguientemente su enseñanza.

«En 1961 International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) hizo las siguientes recomendaciones: En el campo de la química y de la física molecular, además de las magnitudes físicas definidas antes por la Conferencia General de Pesas y Medidas, también se considera como una magnitud básica la cantidad de sustancia. La unidad básica recomendada es el mol, símbolo: mol. El mol se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas moléculas (o iones, o átomos, o electrones, según sea el caso) como átomos hay en exactamente 12 gramos del núclido 12C de carbono puro.» (Guggemheim, 1986,pág. 3). Aceptándose que la cantidad de sustancia es una magnitud diferente a la masa.

Actualmente la IUPAC (Mills et al., 1993) recomienda que se denomine cantidad de sustancia o cantidad química a esta magnitud que durante bastante tiempo ha sido utilizada sin un nombre propio, Por tanto, se trata de una de las siete magnitudes físicas fundamentales, diferenciándose claramente de masa,

volumen y número de partículas. Esto nos ayuda en diferenciar y separar claramente la el concepto de mol, masa, volumen, etc. Ayudando a su comprensión y uso de mol y no numero de moles.

Todos estos problemas influyen en la concepción que tienen los profesores sobre el concepto de cantidad de sustancia y mol. , lLa compresión de este concepto por parte de los profesores es una condición necesaria, aunque no suficiente para la enseñanza adecuada del mismo (Furió, Azcona, & Guisasola,1999) por que el docente debe ser capaz tomar este conocimiento duro a uno blando o cotidiano donde el estudiante lo pueda comprender, utilizando la transposición didáctica., el mismo Fuerió, Arzona y Guisasola (1999) postulan que los profesores tienen una idea confusa sobre el concepto de cantidad de sustancia, identificándolo como masa o número de entidades elementales. (Furió, Azcona, & Guisasola, 1999, pág.374), esto es debido también a la discrepancia que existe entre el mundo científico y los profesores en torno al concepto de cantidad de sustancia y mol (Fuirió, Azcona , & Guisola, 2002, pág.238).Nosotros creemos que aún existen estas confusiones en los profesores en formación y el resto de los estudiantes de carreras relacionadas con la química.

Frente a este panorama podemos plantear la siguiente interrogante.

-¿Qué estrategias de enseñanzas

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permiten la comprensión del concepto del mol en los estudiantes?

Esta interrogante abre de inmediato el complejo escenario de los profesores y su errado entendimiento del concepto del mol.

-¿Cómo podemos mejorar esta situación?

2. Fundamentación teórica

Es necesario preguntarse sí ¿los alumnos están preparados para aprender el concepto del mol a la edad que se les enseña?Para Piaget y quienes siguieron su línea en torno al desarrollo conceptual, como por ejemplo, (Ingle & Shayer, 1971) esta comprensión del estudiantado deberían haber alcanzado un nivel de comprensión conceptual en el donde sean capaces de:

- Comprensión de la proporción múltiple.- Utilización de símbolos abstractos para resolver problemas.- Relación entre causa y efectos.- Emisión y comprobación de hipótesis.

El aprendizaje del conocimiento científico requiere el desarrollo simultáneo de competencias características de la metodología científica y de una forma de enseñar coherente con este objetivo (Millar, 1989; Gil, arrascosa, Furió, &Martinez Torregrosa, 1991).

Ausubel (1983) propone en su teoría de aprendizaje significativo que para generar un cambio en esta concepción podemos seguir su camino propuesto:“Si tuviese que reducir toda la psicología educativa a un solo principio, enunciaría éste: de todos los factores que influyen en el aprendizaje, el más importante consiste en lo que alumno ya sabe, Averígüese esto, y enséñese consecuentemente”. (Ausubel, 1983).

Un aprendizaje es significativo cuando los contenidos: Son relacionados de modo no arbitrario y sustancial (no al pie de la letra) con lo que el alumno ya sabe. Por relación sustancial y no arbitraria se debe entender que las ideas se relacionan con algún aspecto existente específicamente relevante de la estructura cognitiva del estudiante, como una imagen, un símbolo ya significativo, un concepto o una proposición (Ausubel, 1983).

En este proceso de enseñanza- aprendizaje es importante el identificar las ideas previas de los estudiantes y así abordar los conceptos nuevos.Partiendo de lo que ellos traen consigo sobre este concepto y a partir de ahí construir en conjunto la definición de cantidad de sustancia ayudados por ejemplos, representaciones y actividades que nos ayuden a guiar las ideas de los estudiantes.

En esta línea debemos conocer que es lo que los estudiantes conocen acerca del concepto de mol, debemos indagar a nivel general y a partir de sus ideas ir construyendo una definición con sus

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propias palabras del concepto cantidad de sustancia y su unidad de medida.Son numerosos los trabajos catalogados en la literatura didáctica sobre cuáles son las principales dificultades de aprendizaje del concepto de mol (Furió, Azcona, &Guisasola, 1999; Garcia , Pizarro, Perera,Martín , & Bacas , 1990; Furió, Azcona, &Guisasola, 2002). Parece que existe un consenso en la investigación en didáctica de las ciencias actual, acerca de la carencia de una concepción científica del mol en el estudiantado.

Estas estrategias han evolucionado hacia modelos conceptual, procedimental y actitudinal (Duschi, 1990; Gil, y otros,2002).

La reestructuración de los conocimientos y el cambio en las representaciones de los fenómenos científicos por parte de los estudiantes viene dado por las motivaciones y metas de estos y sus percepciones acerca de la tarea (Nersessian, 1989; Strike &Posner, 1992)-Mientras que (Duschl & Gitomer, 1991) resaltan la importancia del componente epistemológico en el proceso de cambio conceptual dando énfasis en la importancia de tener una correcta secuencia actividades de enseñanza con el fin de facilitar, a los estudiantes, las herramientas necesarias para su propia reestructuración de los conocimientos.

El proceso de enseñanza aprendizaje como investigación orientada considera el aprendizaje como tratamiento de situaciones problemáticas que los estudiantes consideran de interés e incluye aspectos que orientados en forma de actividades, orientan a la solución de la situación problema.(Furió, Azcona, & Guisasola, 2006).

Los principales problemas que identifican están centrado en: la carencia de una concepción científica del mol por parte del estudiantado; identifican a este con masa y volumen o como número de entidades elementales y no como cantidad de sustancia y que el mol es su unidad de medida, confundiendo lo macroscópico (masa molar) con lo microscópico (masa atómica y masa molecular) (Fuirió,Azcona , & Guisola, 2002, pág. 238).

Principalmente los problemas que Furió (2006) detecta en la literatura escolar es debido a la grabe discrepancia epistemológicas y didácticas en la enseñanza habitual de los conceptos de cantidad de sustancia y mol (Furió,Azcona, & Guisasola, 2006).

3. Fundamentación Referencial

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