ldquoUso de un simulador para facilitar el aprendizaje de las Reacciones de Oacutexido-Reduccioacuten Estudio de caso Universidad de Maacutelagardquo

Mariacutea del Mar Loacutepez Guerrero Gema Loacutepez Guerrero Santiago Rojano Ramos Vol 29 | Nuacutem 3 | Paacutegs 79 - 98 | Agosto 2018

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USO DE UN SIMULADOR PARA FACILITAR EL APRENDIZAJE DE LAS REACCIONES DE OacuteXIDO-REDUCCIOacuteN ESTUDIO DE CASO EN LA UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA

Resumen

Se ha realizado un estudio sobre la influencia de las TIC en la ensentildeanza y aprendizaje de las ciencias particularmente en el caso del aprendizaje de la Quiacutemica usando una tabla perioacutedica virtual y una aplicacioacuten multimedia o simulador Las TIC seraacuten empleadas para mejorar la comprensioacuten de uno de los conceptos quiacutemicos considerados maacutes difiacuteciles de entender por los estudiantes como son las reacciones de oxidacioacuten-reduccioacuten (conocidas como reacciones redox) En primer lugar con ayuda de la tabla perioacutedica los estudiantes han conocido las propiedades maacutes importantes de los elementos que participan en la reaccioacuten En segundo lugar con ayuda de la aplicacioacuten multimedia se ha podido seguir la reaccioacuten redox a traveacutes de un video multimedia en el que se ilustra coacutemo ocurre el proceso redox a nivel microscoacutepicoatoacutemico

Los resultados obtenidos indicaron que los estudiantes prefieren las herramientas virtuales a las clases convencionales y que ademaacutes el empleo de las TIC ofrece un mejor rendimiento que uacutenicamente la explicacioacuten teoacuterica claacutesica del profesor Los resultados han indicado que el 62 del alumnado consideroacute que preferiacutean el estudio del proceso redox mediante las herramientas TIC el 625 afirmoacute que las TIC empleadas resultaban beneficiosas para las clases y el 59 estaba de acuerdo con el hecho de que las TIC resultaban maacutes efectiva que la clase tradicional

Palabras clave Quiacutemica aprendizaje TIC aplicacioacuten multimedia tabla perioacutedica virtual

USE OF A SIMULATOR TO EASY LEARNING OF OXIDE-REDUCTION REACTIONS CASE STUDY AT THE UNIVERSITY OF MALAGA

Abstract

A study of the influence of ICT applications on teaching and learning in the sciences has been carried out particularly in the case of learning chemistry A virtual periodic table and a multimedia application have been used to explain one of the most difficult chemical concepts to understand by students such as oxidation-reduction reactions (named as redox reactions) Firstly the most important properties of the elements have been studied by students using a virtual periodic table Secondly students have used a multimedia application to follow the redox reaction that shows how the redox process occurs at the microscopic atomic level The results showed that students prefer virtual tools to conventional classes and that in addition the use of ICT offers a better performance than the classical theoretical explanation of the teacher In particular 62 of students considered that they preferred the study of the redox process through ICT tools and the 625 considered ICTs to be beneficial for classes and 59 agreed that ICT is more effective than the traditional class

Keywords chemistry learning ICT multimedia application virtual periodic table

Autores Mariacutea del Mar Loacutepez Guerreroa Gema Loacutepez Guerrerob Santiago Rojano Ramosc

Did

aacutectic

a de

la Q

uigravem

ica

a Departamento de Quiacutemica Analiacutetica Facultad de Ciencias Universidad de Maacutelaga Maacutelaga Espantildea Correo electroacutenico mmlopezumaes

b Departamento de Didaacutectica y Organizacioacuten Escolar Facultad de Ciencias de la Educacioacuten Universidad de Maacutelaga Maacutelaga Espantilde Correo electroacutenico gemalog80gmailcom

c Departamento de Didaacutectica de las Ciencias Experimentales Facultad de Ciencias de la Educacioacuten Universidad de Maacutelaga Maacutelaga Espantildea Correo electroacutenico srrumaes

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USO DE UN SIMULADOR PARA FACILITAR EL APRENDIZAJE DE LAS REACCIONES DE OacuteXIDO-REDUCCIOacuteN ESTUDIO DE CASO UNIVERSIDAD DE MAacuteLAGA

Introduccioacuten

Es conocido por la mayoriacutea de los profesionales de la ensentildeanza la gran dificultad que presenta la ensentildeanza y aprendizaje de las ciencias tanto a nivel universitario como en la ensentildeanza obligatoria (educacioacuten primaria y secundaria) Son muchas

las razones que han llevado a este hecho y especialmente en lo que se refiere a las ciencias experimentales Se pueden citar aspectos como las dificultades intriacutensecas de tales materias el lenguaje especiacutefico la formulacioacuten y nomenclatura quiacutemica la escasa aceptacioacuten e intereacutes de los estudiantes por las ciencias la percepcioacuten e imagen negativa que poseen los estudiantes sobre la ciencia etc (Ollino Revecco y Alarcoacuten 2007 Oliver Eimer Baacutelsamo y Crivello 2011 Driver Guesne y Tiberghien 1989 Perich 2008) Todo ello se refleja en los resultados acadeacutemicos e incluso se muestra en los informes PISA (Programme for International Student Assessment) de los uacuteltimos antildeos que muestran unos resultados negativos y preocupantes respecto a las asignaturas de ciencias y en cuanto a la competencia cientiacutefica se refiere

Actualmente algunos autores indican otros factores que inciden negativamente en la ensentildeanza de las ciencias como por ejemplo Ariza y Quesada (2014) que establecen que las ideas previas o preconcebidas de los alumnosas implican otro obstaacuteculo para el aprendizaje de las ciencias asiacute como la falta de contexto y el grado de abstraccioacuten de modelos y teoriacuteas cientiacuteficas Muchas otras veces los alumnosas muestran diferentes versiones sobre un determinado fenoacutemeno cientiacutefico Esto ha originado que un cierto grupo de profesionales o docentes del aacuterea de Ciencias entre ellos Pozo y Goacutemez-Crespo (2009) sean partidarios de promover la integracioacuten de los conocimientos y el desarrollo conceptual como herramientas o medios muy uacutetiles para favorecer la ensentildeanza de las ciencias

Para mejorar esta situacioacuten y solventar este problema se podriacutean adoptar diversas estrategias coacutemo son

a) El fomento de metodologiacuteas maacutes activas y participativas que den lugar a un aprendizaje significativo

b) El disentildeo de actividades que supongan un aumento de la motivacioacuten del estudiante y una mayor participacioacuten en el proceso de ensentildeanza-aprendizaje

c) El acercamiento de la ciencia a la vida real del estudiante o a un contexto y entorno muy cercano a la misma

d) El uso de las TIC de una forma adecuada para la ensentildeanza de las ciencias

Cabero (2010) establece una serie de aspectos mostrando las numerosas posibilidades de las TIC para incidir en la formacioacuten de los alumnosas como son ampliacioacuten de la oferta de informacioacuten creacioacuten de entornos maacutes flexibles para que se produzca el aprendizaje supresioacuten de las barreras tanto espaciales como temporales aumento de las formas de comunicacioacuten potenciacioacuten de entornos interactivos favorecer el aprendizaje de forma independiente nuevas viacuteas de orientacioacuten y tutorizacioacuten etc

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El gran avance que se ha producido en los uacuteltimos antildeos en las TIC y su aplicacioacuten al campo de la educacioacuten y la ensentildeanza ha dado lugar disponer un nuacutemero de recursos praacutecticamente ilimitado permitiendo que se puedan emplear en diferentes materias y disciplinas Esto hace necesario que el docente seleccione de forma adecuada el material a usar

En cuanto al empleo de las TIC en la ensentildeanza tambieacuten existen multitud de trabajos y artiacuteculos que muestran las ventajas que presenta su inclusioacuten en educacioacuten tanto obligatoria como universitaria (Hernaacutendez Rodriacuteguez Parra y Velaacutezquez 2014 Loacutepez y Morcillo 2007) En los uacuteltimos antildeos se ha observado una especial profusioacuten de herramientas relacionadas con las TIC en el campo de las ciencias experimentales y concretamente en las disciplinas de Biologiacutea y Fiacutesica-Quiacutemica donde resulta maacutes complejo el aprendizaje por los estudiantes Estas herramientas se han dirigido especialmente hacia entornos virtuales de aprendizaje (EVA) y aplicaciones on line para fomentar la participacioacuten y la motivacioacuten del alumnado en las disciplinas cientiacuteficas De ahiacute la aparicioacuten de plataformas virtuales aplicaciones y simulaciones virtuales En las asignaturas de Ciencias Experimentales es muy comuacuten el empleo de simulaciones visualizaciones nuevos recursos didaacutecticos etchellipe incluso se recurre a laboratorios virtuales en las sesiones de praacutecticas (Cataldi et al 2010) Los ambientes virtuales combinan el texto video audio y animaciones lo que permite variedad de publicaciones que enriquecen el conocimiento en la Quiacutemica Gracias a las herramientas encontradas en la web hay espacios de socializacioacuten e intercambio de ideas en cualquier aacuterea del conocimiento Se suele aceptar que el rol del docente cambia del transmisor del conocimiento a los estudiantes al de mediador en la construccioacuten del propio conocimiento por parte de estos (Gisbert y otros 1997 Salinas 1999 Peacuterez y Garciacutea 2002)

Teniendo en cuenta que los estudiantes tienen a su alcance la tecnologiacutea (ordenadores telecomunicaciones y multimedia) que posibilita el raacutepido intercambio de informacioacuten el objetivo de los docentes debe ser que los estudiantes aprendan a seleccionar esa informacioacuten para uso propio Por lo tanto para cumplir con ese desafiacuteo debemos ampliar nuestros referentes actuales y atrevernos a innovar Para lograrlo se quiere utilizar los simuladores en la ensentildeanza-aprendizaje mejorando con ello la calidad educativa

Cabe resaltar que la instruccioacuten asistida por ordenador puede considerarse un eacutexito por integrar la ciencia y la tecnologiacutea y mejorar la calidad de las experiencias de aprendizaje (Yenica 2003) Los simuladores son herramientas que llevan a la persona a imitar un contexto real estableciendo en ese ambiente situaciones problemaacuteticas o reproductivas similares a las que eacutel deberaacute enfrentar Permiten experimentar en Quiacutemica fenoacutemenos que pueden ser inalcanzables en el ambiente educativo ayudando al estudiante a relacionar lo teoacuterico con lo praacutectico mejorando la comprensioacuten Esta interactividad permite a los alumnosas reestructurar sus modelos mentales al comparar el comportamiento de los modelos con sus previsiones (Gisbert y otros 1997 C 1999 Peacuterez y Garciacutea 2002) Esta se aplica en numerosos casos entre los que se pueden destacar desde las valoraciones aacutecido-base mediante un software digital asistido por ordenador (Hernaacutendez y Astudillo 2014) al empleo de plataformas digitales con amplias posibilidades como es el caso de la plataforma ldquoSocrativecomrdquo para el aprendizaje de la Quiacutemica General (Friacuteas Arce y Flores-Morales 2016)

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El impacto de la implantacioacuten de las TIC en el aprendizaje es notorio (Capuano 2011) pudiendo ser explicado en base a que el uso de las TIC (animaciones simulaciones etc ) aumenta el grado de interaccioacuten entre el alumnoa y el profesora y aumenta la motivacioacuten por el aprendizaje (Marqueacutes 2000) incitando a la ldquoactividad del pensamientordquo lo que permitiraacute mejorar el rendimiento estudiantil asiacute como la disposicioacuten del alumnoa a la asistencia y participacioacuten en la asignatura Por lo tanto en este proceso de ensentildeanzaaprendizaje de las ciencias usando las TIC existen dos elementos baacutesicos el docente y el alumnoa Por ello la opinioacuten percepcioacuten y formacioacuten del docente en cuanto a las TIC y su empleo y desarrollo en el aula es baacutesico en este proceso Es muy importante sentildealar que la formacioacuten en competencias en el uso de las TIC del profesorado es muy necesario ya que influyen sobre las competencias pedagoacutegicas (Suaacuterez 2013)

En cuanto a lo referente al uso de las TIC para mejorar el proceso de ensentildeanza aprendizaje de las ciencias Peacuterez y Viacutelchez (2013) llevaron a cabo un estudio sobre la percepcioacuten el uso de las TIC y su potencial didaacutectico en estudiantes de un grupo de Magisterio de la Universidad de Sevilla Los resultados mostraron que los estudiantes manifestaban una actitud positiva hacia el uso de las TIC pero no lo plasmaban en sus planteamientos didaacutecticos en el aula En este estudio se observa una diferencia entre la creencia en las TIC y su aplicacioacuten praacutectica posterior Morales Trujillo y Raso (2015) realizaron un estudio en la Universidad de Granada sobre las percepciones de estudiantes y profesores acerca de la integracioacuten de las TIC en los procesos de ensentildeanza y aprendizaje Indicando las conclusiones que la actitud de estudiantes y profesores en cuanto a la integracioacuten de las TIC es positiva por las posibilidades que presentan en el aacutembito educativo Ambos grupos mostraron una actitud favorable ante la utilizacioacuten de las TIC pero el estudio sentildealoacute deficiencias importantes como son que el profesorado utilizaba las TIC deficientemente y muchos de ellos no integraban las TIC debido a su escasa formacioacuten en este campo Concluyeacutendose de este trabajo que la primera necesidad relativa a este proceso debe incidir en la formacioacuten del profesorado en el campo de las nuevas tecnologiacuteas y sus posibilidades con objeto de sacar el maacuteximo rendimiento en la aula a dichas herramientas

En el trabajo que se presenta aquiacute se estudia la influencia del uso de las TIC simuladores y aplicaciones multimedia para mejorar la compresioacuten de la unidad didaacutectica las reacciones de oacutexido-reduccioacuten Para ello se trabajaraacute con dos grupos de la misma asignatura uno de los grupos trabajaraacute sobre una modificacioacuten didaacutectica incluida por el docente de la asignatura y el otro grupo recibiraacute la asignatura seguacuten estaacute descrita en la programacioacuten de la misma El objetivo es conocer si el grupo experimental mejora el rendimiento acadeacutemico con respecto al grupo de referencia y si puede ser debida esta mejora a la modificacioacuten didaacutectica

Metodologiacutea

Descripcioacuten de la experiencia

En este trabajo se describe y valora una experiencia educativa a nivel universitario que se ha desarrollado durante el segundo semestre del curso 20162017 con estudiantes del Grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica de la Universidad de Maacutelaga con el objeto de fomentar el aprendizaje de la Quiacutemica La asignatura denominada Quiacutemica consta de 6 creacuteditos European Credit Transfer System El programa de la asignatura indica que la formacioacuten es presencial y complementada con formacioacuten virtual utilizando la plataforma Moodle

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de la Universidad de Maacutelaga Para esta experiencia en estudio se ha incluido el uso de una tabla perioacutedica virtual y un simulador en el que se pueden observar las reacciones redox a nivel microscoacutepico Para la realizacioacuten del estudio se ha trabajado con diversas herramientas un test que se cumplimentoacute por parte del alumnado antes de comenzar el tema y al finalizar el mismo denominados como pre-test post-test (Anexo I) y un cuestionario acerca de la utilidad del uso de las TIC (Tabla 1)

Para estudiar el efecto del uso de las TIC sobre el aprendizaje de la asignatura los autores se han basado en el estudio del rendimiento acadeacutemico en la asignatura en concreto en el tema Electroquiacutemica Para ello tanto el grupo experimental como el grupo de control cumplimentaron un pre-test y un post-test sobre la materia de estudio El pre-test se realizoacute al comienzo de la unidad y el post-test al final de la misma Los tests contienen unas preguntas baacutesicas acerca de los conceptos estudiados usando la simulacioacuten redox

Ademaacutes y al finalizar la experiencia el grupo experimental cumplimentoacute un cuestionario sobre la utilidad que ellos le otorgaban al uso de las TIC para mejorar su aprendizaje sobre los conceptos estudiados en la asignatura Tabla 1

1 El uso de la aplicacioacuten multimedia es maacutes efectiva que la ensentildeanza convencional

2 El uso de la aplicacioacuten multimedia hace maacutes faacutecil la comprensioacuten de la teoriacutea

3 El uso de la aplicacioacuten multimedia es maacutes divertido que las clases convencionales

4 A los alumnosas le gusta maacutes el uso de la aplicacioacuten multimedia que las clases convencionales

5 Prefeririacutean usar esta metodologiacutea en otras asignaturas

6 El uso de la aplicacioacuten multimedia facilita la comprensioacuten del tema

7 El uso de la aplicacioacuten multimedia te hace perder un tiempo valioso

8 El uso de la aplicacioacuten multimedia me ayuda

9 Se deberiacutea dejar de usar la aplicacioacuten multimedia

10 El uso de la aplicacioacuten multimedia es muy beneficiosa para la clase

11 La aplicacioacuten multimedia como parte del proceso de ensentildeanza de las reacciones redox me gusta

12 Creo que la aplicacioacuten multimedia muestra el intereacutes del profesor por el aprendizaje de los conceptos por parte del alumnado

Tabla 1 Cuestionario sobre el uso de las TIC

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Disentildeo y desarrollo de la experienciaEn este estudio se ha optado por elegir dos herramientas para mejorar el aprendizaje de los estudiantes en determinados procesos quiacutemicos en concreto las reacciones redox ya que presentan una dificultad alta en lo que se refiere a la comprensioacuten por parte de los alumnosas Las reacciones redox fueron las elegidas debido a que durante el curso 201516 se realizoacute una investigacioacuten cuyo objetivo era utilizar el conocimiento sobre la situacioacuten de partida del alumnado del Grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica en la asignatura Quiacutemica para construir y aplicar metodologiacuteas alternativas que generasen intereacutes curiosidad motivacioacuten por aprenderla

Asiacute con esta investigacioacuten se pretendiacutea responder a la siguiente pregunta iquestQueacute conceptos son considerados difiacuteciles por los estudiantes antes de cursar la asignatura de Quiacutemica

De esta forma el objetivo concreto que se planteoacute en esta investigacioacuten fue Detectar cuales eran los conceptos considerados difiacuteciles por los estudiantes antes de cursar la asignatura Quiacutemica

Los resultados de esta investigacioacuten mostraron que los conceptos considerados como difiacuteciles por los alumnosas fueron el tipo de hibridaciones reacciones de oacutexido reduccioacuten ecuacioacuten Shroumldinger y constante del producto de solubilidad Mostrando una valoracioacuten maacutes alta y por lo tanto indicando que era un concepto maacutes complejo para los estudiantes las reacciones de oacutexido reduccioacuten

Esta dificultad puede ser debido a que el proceso redox se produce a nivel microscoacutepico entre aacutetomos iones y electrones lo que le confiere un grado de complejidad que el alumnoa debe alcanzar para comprender coacutemo se produce la reaccioacuten quiacutemica Se observaron conceptos erroacuteneos en los estudiantes lo que conduciacutea a una mala interpretacioacuten y comprensioacuten del proceso De ahiacute la necesidad de buscar una herramienta o aplicacioacuten con el fin de obtener un mejor aprendizaje del mismo

La experiencia ensayada ha consistido en utilizar una aplicacioacuten multimedia o simulador y una tabla perioacutedica virtual para entender los procesos quiacutemicos El objetivo del estudio fue llevar a cabo una propuesta de ensentildeanza de contenidos de Quiacutemica utilizando recursos didaacutecticos en un entorno virtual doacutende el uso de una simulacioacuten pueda permitir a los alumnosas construir modelos mentales uacutetiles

Este material audiovisual fue seleccionado porque cumpliacutea una serie de criterios pedagoacutegicos especiacuteficos que permiten evaluar software como didaacutectico e integrarlo en la unidad didaacutectica (Anexo II) Estos criterios son

bull Favorece el aprendizaje significativobull Permite la interaccioacutenbull Propicia la construccioacuten de conocimientosbull Ofrece distintas formas de acceso a la informacioacuten

En cuanto a criterios generales se comproboacute la veracidad de la informacioacuten que se planteaba en estas aplicaciones yo simuladores asiacute como que la informacioacuten que se presentaba estuviera de acuerdo con los objetivos que se planteaban Ademaacutes se revisaron las instituciones que respaldaban esta informacioacuten

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bull Se estudioacute la adecuacioacuten al puacuteblico al que se dirigiacutea el software es decir la adecuacioacuten de la informacioacuten del lenguaje utilizado y del disentildeo graacutefico de las pantallas en relacioacuten con el tipo de puacuteblico al que se dirige expliacutecitamente el producto Observaacutendose que los contenidos que proporcionaban estos softwares eran adecuados a la edad de los estudiantes que la informacioacuten estaba organizada de forma que los estudiantes pudieran comprenderla asiacute como que la cantidad de informacioacuten fuese la adecuada para el tipo de aprendizaje que se pretendiacutea realizar

En definitiva se ha realizado una modificacioacuten didaacutectica sobre la unidad didaacutectica denominada Electroquiacutemica con idea de estudiar la influencia de esta modificacioacuten sobre el proceso de ensentildeanzaaprendizaje de los estudiantes de la asignatura Quiacutemica del Grado de Ingenieriacutea Mecaacutenica

En el presente estudio en primer lugar la ensentildeanza de las clases se lleva a cabo de la forma tradicional usando la metodologiacutea expositiva claacutesica La Tabla Perioacutedica virtual permite ilustrar perfectamente la distribucioacuten electroacutenica de los aacutetomos en sus correspondientes orbitales y niveles De una forma interactiva los alumnosas llegan a comprender maacutes eficazmente el nuacutemero de oxidacioacuten de los aacutetomos que van a participar en la reaccioacuten redox por lo tanto se comprende maacutes faacutecilmente el intercambio de electrones que se producen en las reacciones de oxidacioacuten y de reduccioacuten Este aprendizaje se ve tambieacuten favorecido a partir del estudio de la posicioacuten que ocupan los elementos en la misma Por lo tanto se lleva a cabo un aprendizaje de un concepto complejo como son los procesos redox a partir del estudio y anaacutelisis de la configuracioacuten electroacutenica de los aacutetomos

El empleo de las tablas perioacutedicas de tipo interactivo asiacute como el de otros recursos informaacuteticos relacionados ha sido estudiado en profundidad y suponen una mejora en el aprendizaje Existen notables evidencias a este respecto y se encuentran avaladas por un gran nuacutemero de investigadores y autores Gonzaacutelez (2007) indica que suponen una forma atractiva y diferente para el aprendizaje de los contenidos de Quiacutemica En relacioacuten al caso del uso de la tabla perioacutedica virtualinteractiva el mismo autor sentildeala que tal recurso permite transmitir informacioacuten y crear ambientes virtuales mediante texto audio videos animaciones etc de una manera personalizada Por otro lado de acuerdo a Rodriacuteguez (2012) la propiedad de interactividad es el concepto clave en la calidad del disentildeo y usabilidad de los contenidos educativos de tipo multimedia ya que da lugar a actuaciones e interacciones entre el docente los contenidos y los alumnosas Otros muchos recursos empleados como es el caso de los juegos educativos interactivos para

Figura 1 Reacciones redox (Extraiacutedo de httpsesslidesharenetjesusherrera97balanceo-redox)

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el aprendizaje de los elementos quiacutemicos y la tabla perioacutedica han demostrado su eficacia (Franco-Mariscal 2016) con alumnosas de Educacioacuten Secundaria (15-16 antildeos) En dicho estudio se demuestra que el alumnado que experimentoacute con los juegos didaacutecticos en relacioacuten a la tabla perioacutedica consiguioacute mejores resultados que el grupo de ensentildeanza tradicional y que dichas herramientas poseen una influencia positiva y un potencial para fomentar la participacioacuten Por uacuteltimo diferentes estudios resaltan que se produce una mejora del aprendizaje gracias al empleo de recursos multimedia respecto a la ensentildeanza tradicional de la adquisicioacuten y retencioacuten del conocimiento (Yildrim 2001)

Las actividades que se realizaron con la Tabla Perioacutedica en relacioacuten a las reacciones redox fueron las siguientes

a Determinar la configuracioacuten electroacutenica de diversos aacutetomos a partir de su nuacutemero atoacutemico haciendo especial hincapieacute en los aacutetomos que van a participar en los ejemplos redox propuestos

b Analizar coacutemo los electrones se van colocando en diferentes orbitales y niveles en funcioacuten del nuacutemero atoacutemico de los mismos

c Descubrir ciertas propiedades perioacutedicas de los elementos en funcioacuten de su posicioacuten en la Tabla Perioacutedica como nordm de oxidacioacuten facilidad a ganar o perder electrones electronegatividad afinidad electroacutenica etc

Tras la explicacioacuten de los conceptos referentes a la unidad didaacutectica que nos ocupa se procedioacute al uso del simulador por parte del docente mostrando de esta forma el funcionamiento del mismo y los puntos maacutes destacados e interesantes del simulador Estos simuladores se encuentran alojados en la plataforma Moodle de la Universidad de Maacutelaga por lo que los estudiantes podraacuten acceder en el momento y lugar que ellos consideren oportuno

El presente estudio utiliza un programa de simulacioacuten llamado Reacciones de Reduccioacuten y de Oxidacioacuten (redox) con el fin de ensentildear a los estudiantes coacutemo se producen las reacciones redox en disolucioacuten

De esta forma los estudiantes son capaces de ver coacutemo se produce la reaccioacuten redox bajo un punto de vista microscoacutepico es decir coacutemo se produce el intercambio de electrones a nivel atoacutemico Una vez asimilado el proceso a nivel microscoacutepico los alumnosas crearaacuten los modelos mentales correspondientes y posteriormente se llevaraacute a cabo el proceso en el laboratorio a nivel praacutectico con objeto de pasar del nivel microscoacutepico al macroscoacutepico para una total asimilacioacuten del proceso redox en su conjunto

Figura 2 Simulacioacuten multimedia de reaccioacuten redox entre los aacutetomos de cobre y de zinc (extraiacuteda de httphigheredmheducationcom)

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Antes de visionar la aplicacioacuten multimedia los alumnosas con la ayuda de una tabla perioacutedica virtual han aprendido las caracteriacutesticas principales de los elementos que participan en las reacciones tales como configuracioacuten electroacutenica posicioacuten que ocupan en la tabla perioacutedica reactividad orbitales el porqueacute de su reactividad etc Lo maacutes importante para el eacutexito de esta aplicacioacuten multimedia seriacutea promover la visualizacioacuten como estrategia de aprendizaje y la aplicacioacuten de las habilidades de visualizacioacuten desarrolladas en otros procesos quiacutemicos

MuestraLa asignatura que participa en el proyecto es Quiacutemica de 1ordm curso del Grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica de la Escuela Politeacutecnica de la Universidad de Maacutelaga con 120 alumnosas de los cuales han participado 86 de los mismos en el curso 201617

La muestra estuvo formada por 86 estudiantes de dos grupos A y B del Grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica de la Universidad de Maacutelaga durante el segundo semestre y en la asignatura de Quiacutemica que consta de 6 creacuteditos ECTS (European Credit Transfer System) El programa de la asignatura indica que la formacioacuten es presencial y complementada con formacioacuten virtual utilizando la plataforma Moodle de la Universidad de Maacutelaga Los estudiantes procediacutean de una amplia variedad de antecedentes socioeconoacutemicos y culturales Las actitudes de los estudiantes hacia la Quiacutemica fueron diversas tenieacutendose en cuenta que la asignatura de Quiacutemica es de caraacutecter obligatoria en este Grado En el estudio uno de los dos grupos empleados se consideroacute experimental y el otro grupo seriacutea el grupo de referencia para comprobar los beneficios obtenidos al realizar la modificacioacuten didaacutectica en la asignatura En ambos grupos el docente de la asignatura fue el mismo y se impartieron las clases de forma similar El docente de esta asignatura es uno de los autores de este trabajo y la seleccioacuten de estos grupos es debida a la asignacioacuten docente del mismo La simulacioacuten por ordenador usada para el aprendizaje de las reacciones redox ha sido proporcionada por McGrawn Hill Este programa es gratuito y disponible en la web de Internet y consta de un proceso redox entre el cobre y el zinc tal como se observa en la Figura 2

Figura 3 Tabla perioacutedica virtual (de wwwPtablecomlangees) disentildeada por Michael Dayah

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ResultadosEl principal objetivo de esta investigacioacuten era conocer si esta herramienta implicaba mejoras en el proceso de ensentildeanza y aprendizaje de la asignatura en concreto de la unidad didaacutectica Electroquiacutemica usando para ello estudios comparativos de los resultados acadeacutemicos del grupo referencia y experimental Antes de comenzar la asignatura ambos grupos realizaron un test de conocimientos iniciales que fue valorado y evaluado para determinar los conocimientos de partida del alumnado Este test conteniacutea una serie de preguntas y cuestiones sobre contenidos relativos a las reacciones redox y que formaban parte de la programacioacuten de la asignatura Una vez finalizada la unidad didaacutectica los estudiantes de ambos grupos cumplimentaron de nuevo el test permitiendo valorar cuaacuteles habiacutean sido los conocimientos adquiridos Ademaacutes el grupo experimental cumplimentoacute un cuestionario (Tabla 1) evaluando la utilidad que ellos le otorgaban al uso de las TIC en su proceso de ensentildeanzaaprendizaje para la comprensioacuten de la asignatura en concreto de las reacciones redox basado en una escala Likert de 1 a 5 en la que 1 significaba un grado de utilidad muy bajo y 5 un grado de utilidad muy alto

En primer lugar para proceder a estudiar los resultados obtenidos se realizoacute una prueba laquotraquo para muestras independientes siendo la variable independiente el grupo y la variable dependiente los resultados del pre-test y el post-test El anaacutelisis mostroacute que no habiacutea diferencias significativas entre ambos grupos cuando se estudiaban los resultados del pre-test valor de Chi cuadrado gt 005 Sin embargo y tras el uso de la tabla perioacutedica virtual y la aplicacioacuten multimedia para el estudio de las reacciones redox las calificaciones obtenidas por los alumnosas en el post-test en el caso del grupo experimental resultoacute con una calificaciones superiores a las del grupo referencia Tras observar este hecho se realizoacute nuevamente la prueba ldquotrdquo student mostrando que si habiacutea diferencias significativas entre ambos grupos (Chi cuadrado lt 005) lo que parece indicar que la utilizacioacuten de las TIC es efectiva Los residuales satisfacen los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianza La prueba de Levene para la igualdad de varianzas nos permite asumir varianzas iguales gt 005

Grupo Calificacioacuten Inicial media Calificacioacuten Final Media

A Control 415 588

B Experimental 372 722

Sig Lateral 0063 000

Los resultados indican que el grupo experimental grupo que ha participado en la modificacioacuten didaacutectica presenta una mayor calificacioacuten media en los resultados del post-test que el grupo de referencia (superior en aproximadamente 2 unidades) Observaacutendose los resultados del post-test en la Tabla 2 y comparaacutendolos con los resultados del pre-test se puede concluir que se ha producido una mejora significativa en la calificacioacuten en la unidad didaacutectica en ambos grupos tras la explicaciones del docente y realizacioacuten de diversas actividades siendo esta calificacioacuten superior para el grupo experimental que ha participado de forma activa en la modificacioacuten didaacutectica lo que puede implicar una mejora en el proceso del aprendizaje de dicha unidad didaacutectica lo que se atribuye al uso y participacioacuten en las herramientas alojadas en el campus virtual de la Universidad de Maacutelaga

Tabla 2 Calificaciones de los grupos A y B iniciales y finales

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En concreto y basado en los tests calificados se puede indicar que estos alumnosas que han participado en la modificacioacuten didaacutectica usando el simulador redox han mejorado el proceso de ensentildeanzaaprendizaje de estos conceptos en lo referente a comprender maacutes faacutecilmente que estaacute ocurriendo a nivel microscoacutepico en una reaccioacuten redox lo que les ha ayudado a clarificar las ideas sobre los conceptos baacutesicos de la unidad didaacutectica Esto a su vez les permitioacute comprender maacutes faacutecilmente cuales eran las caracteriacutesticas de los elementos implicados en las reacciones de este tipo

Por otro lado los cuestionarios sobre la utilidad del uso de las TIC teniacutean por objeto averiguar el grado de aceptacioacuten de la modificacioacuten didaacutectica seguacuten la visioacuten de los estudiantes con intencioacuten de seguir utilizando esta estrategia didaacutectica en la asignatura siempre que el alumnado la considerase adecuada (Figura 4) Este cuestionario fue solo cumplimentado por el grupo experimental que fue el que participoacute de forma activa en la modificacioacuten didaacutectica de la unidad Como se puede observar en la Figura 4 en la que se muestran las respuestas a todos los iacutetems del cuestionario en todos los casos en los que el iacutetem es positivo (12 3 4 5 6 8 10 1112) la puntuacioacuten media obtenida es superior a 3 lo que indica la respuesta estaacute de acuerdo con el iacutetem propuesto En aquellos casos iacutetem 7 y 9 cuyo enunciado es negativo la puntuacioacuten es muy inferior a 3 lo que indica que el alumnado estaacute en desacuerdo con ese iacutetem

De los datos obtenidos a partir del cuestionario se dedujo que maacutes de 50 de los alumnosas consideraron el uso de las TIC maacutes efectivo para entender los conceptos que la lectura privada el 674 consideroacute que el uso de esta nueva metodologiacutea es maacutes efectiva que la ensentildeanza convencional el 50 indicoacute que el uso de las TIC hace maacutes faacutecil la comprensioacuten de la teoriacutea un 52 comentan que prefeririacutean usar esta metodologiacutea en otra asignaturas 61 indicoacute que el uso de la aplicacioacuten es muy beneficiosa para las clases y 67 comentan que les gusta el uso de la aplicacioacuten para comprender las reacciones redox Se puede observar que en todas las preguntas que muestran un contenido positivo el alumnado estaacute de acuerdo o muy de acuerdo Ademaacutes se puede afirmar que maacutes del 50 de los estudiantes indican que el uso de esta nueva metodologiacutea les facilita la comprensioacuten de los conceptos En cuanto a las dos preguntas con contenido negativordquo el uso de la aplicacioacuten multimedia te hace perder un tiempo valiosordquo y rdquose deberiacutea dejar de usar la aplicacioacuten multimediardquo el alumnado estaacute en total desacuerdo un 65 y un 70 de los estudiantes estaacuten en desacuerdo con estos dos enunciados Lo que estaacute totalmente de acuerdo con lo que han indicado en los iacutetems con contenido positivo

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Conclusiones e implicaciones didaacutecticasSe ha disentildeado una modificacioacuten didaacutectica en la asignatura de Quiacutemica en el grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica de la Universidad de Maacutelaga que incluye el uso de una tabla perioacutedica virtual y un simulador de reacciones redox con objeto de mejorar el aprendizaje de los alumnosas La investigacioacuten se ha llevado a cabo en los dos grupos de la misma asignatura Quiacutemica

Los resultados obtenidos para este caso estudiado en la Universidad de Maacutelaga mostraron que los estudiantes del grupo experimental tuvieron maacutes eacutexito en el aprendizaje de la unidad didaacutectica que el grupo de referencia quienes siguieron estrictamente la programacioacuten de la asignatura Se ha demostrado que la utilizacioacuten

Figura 4 Resultados obtenidos de cada una de los iacutetems del cuestionario

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de las aplicacionessimuladores facilita a los alumnosas el aprendizaje de la unidad didaacutectica Electroquiacutemica mostraacutendose una mejora en la consecucioacuten de los objetivos Ademaacutes esto ha conllevado un aumento en su calificacioacuten aunque no ha supuesto un aumento significativo de la calificacioacuten final de la asignatura Las impresiones por parte de los profesores y la encuesta de satisfaccioacuten realizada a los alumnosas avalan tambieacuten que el uso de la aplicacioacuten simulador mejora aspectos motivacionales y de aprendizaje de los alumnosas El uso de los tests iniciales y finales han permitido demostrar basado en la sustancial mejora de los resultados de los test posteriores en el grupo experimental que el empleo de los simuladores ha influenciado el proceso de ensentildeanzaaprendizaje de la unidad

Todas las teacutecnicas y tecnologiacuteas que aparecen en esta experiencia deben ser consideradas como herramientas adicionales cuya finalidad es la de mejorar potenciar estimular motivar y favorecer el proceso de ensentildeanza aprendizaje de las ciencias en los alumnosas del Grado universitario en el que se ha aplicado esta propuesta didaacutectica Los resultados obtenidos avalan la propuesta didaacutectica realizada y muestran la utilidad del uso de las TIC para mejorar la compresioacuten de los conceptos quiacutemicos a los estudiantes del Grado de Ingenieriacutea Eleacutectrica de la Universidad de Maacutelaga Estos resultados estaacuten en la liacutenea de los obtenidos por otros autores (Reyes Porro y Pirovani 2015) que instan a los docentes a que durante los primeros cursos de la universidad se planteen nuevas estrategias de ensentildeanza para favorecer el aprendizaje significativo No obstante consideramos que es necesario profundizar en este estudio en diversas liacuteneas

a) Se ha presentado una evaluacioacuten global de la propuesta didaacutectica en teacuterminos de su influencia en la mejora del aprendizaje de la Quiacutemica Es necesario tambieacuten abordar la evaluacioacuten de cada una de las actividades utilizadas en dicha propuesta

b) Esta evaluacioacuten permitiraacute mejorar las actividades de ensentildeanzaaprendizaje utilizadas implicando a los propios estudiantes de forma individual o cooperando entre ellos en la buacutesqueda anaacutelisis presentacioacuten y reflexioacuten criacutetica de situaciones en la que la Quiacutemica juega un papel importante en su formacioacuten y en el quehacer profesional

Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ninguacuten conflicto de intereses

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ANEXO

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TEST DE CONOCIMIENTO

Unidad didaacutectica Electroquiacutemica

1 De las siguientes afirmaciones cuales son verdaderas

a) Si un elemento gana electrones se dice que se ha oxidado

b) Si un elemento pierde electrones se dice que se ha reducido

c) Cuando un elemento gana electrones se dice que se ha reducido

d) Un elemento que cede faacutecilmente electrones es un reductor

e) Un elemento que tiende a robar electrones es un reductor

f) Cuando un elemento aumenta su nuacutemero de oxidacioacuten se dice que se han oxidado

2 Indicar el nuacutemero de oxidacioacuten de cada elemento en los siguientes compuestos o iones

a) NH4CLO4

b) CaH2

c) HPO42-

3 Verdadero o falso ldquola suma algebraica de los nuacutemero de oxidacioacuten de todos los aacutetomos de cualquier especie quiacutemica (moleacutecula o ion) es siempre igual a cerordquo

4 En la reaccioacuten CuCl2 (aq) + Zn(s) ==== ZnCl2 (aq) + Cu (s)

a) Los iones Cu2+ actuacutean como reductores

b) Los iones Cl- actuacutean como oxidantes

c) Los iones Cu2+ se oxidan

d) Los iones Cl- se reducen

e) El Zn(s) se oxida

f) El Cu(s) es el reductor conjugado de los iones Cu2+

5 Ajustar por el meacutetodo del nuacutemero de oxidacioacuten la siguiente reaccioacuten

H2S +SO2 ==S +H2O

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6 En una pila Daniell con un puente salino de KCl

a) Por el circuito externo los electrones circulan desde el electrodo de Zn al de Cu

b) En cambio por el circuito liacutequido interno los electrones circulan desde el electrodo de Cu al de Zn

c) El electrodo de Zn es el polo negativo de la pila

d) Al electrodo de Zn se dirigen por tanto los iones K+ del puente salino

e) Cuando la pila produce energiacutea eleacutectrica disminuyen de peso las dos varillas de Zn y de Cu que forman los electrodos

7 Verdadero o falso ldquoEn el aacutenodo de una pila se realiza un proceso de oxidacioacuten mientras que en el aacutenodo de una cuba electroliacutetica se realiza un proceso de reduccioacutenrdquo

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TEMARIO QUIacuteMICA GRADO DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA

Tema 1 Estructura de la materiaTema 2 EnlacesTema 3 Cineacutetica y equilibrioTema 4 Aacutecidos-bases y solubilidadTema 5 ElectroquiacutemicaTema 6 Conceptos baacutesicosTema 7 Balances de materia ITema 8 Balances de materia IITema 9 MetalurgiaTema 10 Materiales siliacuteceosTema 11 PetroacuteleoTema 12 Poliacutemeros

Unidad didaacutectica Tema 5 Electroquiacutemica

Con la modificacioacuten introducida los objetivos esperados son

OBJETIVO

Que los alumnosas comprendan y apliquen los conceptos baacutesicos estudiados en el tema Electroquiacutemica ya que el dominio de ellos es fundamental para comprender los contenidos baacutesicos de quiacutemica en Grado Electricidad

Dar a conocer a los estudiantes conceptos baacutesicos ensentildeaacutendoles la forma de aplicarlos permitieacutendoles ver lo que sucede a nivel microscoacutepico en una reaccioacuten redox y su descripcioacuten en el balanceo de ecuaciones quiacutemicas

LOGRO

Analizar ecuaciones quiacutemicas deducir si son redox ajustar dichas reacciones y plantear los caacutelculos estequiomeacutetricos cuando se estaacute tratando una reaccioacuten de oacutexido reduccioacuten

INDICADOR DE LOGRO

Diferencia meacutetodos para balancear ecuaciones quiacutemicas redox y aprender lo que sucede a nivel microscoacutepico en este tipo de reacciones

CONTENIDO

Antes de iniciar el estudio del balanceo de ecuaciones quiacutemicas redox se estudiaraacuten conceptos que son necesarios para poder efectuar dicho procedimiento

Siacutembolos quiacutemicos

Estado De Oxidacioacuten

Reaccioacuten Reduccioacuten

Reaccioacuten de Oxidacioacuten

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Distintos meacutetodos de ajustes de las reacciones redox

EVALUACION La evaluacioacuten es todo un proceso que implica las acciones de las herramientas virtuales actividades fiacutesicas y virtuales apuntes y actitudes frente a cada una de las actividades propuestas