Enlace químico: una propuesta de secuencia didáctica
César Robles Haro
Física y Química, CCH Vallejo
Introducción
l concepto de enlace químico se aborda con diferentes niveles de profundidad en el programa de estudios de Química del Colegio de Ciencias y Humanidades, con el propósito de que el alumno pueda ser capaz de reconocer los modelos de enlace químico que explican el comportamiento macroscópico de los materiales, y al mismo tiempo, utilizando el conocimiento construido, que sea capaz de interpretar lo que ocurre en su entorno. Sin embargo, las evidencias documentales indican que los alumnos, aun después de haber cursado los diferentes cursos, sólo son capaces de describirlos como covalente polar y no polar atendiendo al modelo de diferencia de electronegatividad, sin hacer caso de las propiedades de las sustancias que permiten esta clasificación.
El propósito de este trabajo es construir una secuencia didáctica que permita al alumno, al mismo tiempo que conoce los modelos que hay sobre enlace químico, encontrar eventos en su entorno o referentes experimentales que le permitan construir sus conocimientos sobre el tema.
Marco teórico
El concepto de enlace químico que se ve a lo largo de los programas de la asignatura de Química del CCH, es uno de los más importantes de la asignatura y en términos generales uno de los más importantes de la disciplina (Gillespie, 1997), sin embargo también es uno de los menos comprendidos por los alumnos del bachillerato. Kind (1994) y otros investigadores (García y Garritz, 2006) al presentar las ideas que los alumnos tienen del tema de enlace químico, indican las siguientes como comunes:
Hay una “necesidad” de los átomos de tener los octetos completos.
El marco de referencia para la formación de enlace es completar el octeto por compartición o ganancia / pérdida.
En el enlace iónico, la interacción sólo se da entre los pares de iones formados por la ganancia u pérdida del electrón.
Los enlaces formados están definidos por la valencia.
Las interacciones son ión a ión y no en la red cristalina y multidireccionales. Al representar compuestos iónicos, éstos se presentan como moléculas
Caamaño y Casassas (1987) encontraron que: a) la mitad de los estudiantes de 16 años no reconocía como elementos sustancias simples formadas por moléculas. b) Un 40% de los estudiantes identificó como moleculares estructuras gigantes. c) Un elevado porcentaje asoció
E
la valencia de un elemento con el subíndice del elemento con el que se combina, sin duda influidos por el método con el que se les ha enseñado a formular. c) La mayoría de los alumnos no sabía calcular el número de enlaces que se rompen y se forman en una reacción química. Los alumnos daban sobre todo razones macroscópicas como la naturaleza o composición del material, densidad, calor específico, etc. Sólo 10% aducía explicaciones relacionadas con los átomos y tan sólo 1% hacía referencia a la fuerza con que se atraen éstos entre sí; los restantes mencionaban la disposición de los átomos y la composición molecular. El 61% de los alumnos de 3º de BUP (16 años) y el 85% de COU (17 años) hacían referencia casi exclusivamente al enlace químico en sus argumentaciones atómicas. Boo (1998) indica que a los estudiantes de Química de 17 años de edad les es difícil distinguir entre los diferentes tipos de enlaces. Además, un problema inherente a la manera en que se enseña el tema de enlace químico es que se hace de manera descontextualizada, lo cual influye en que se considere a los enlaces químicos en tres tipos distintos, sin que sea evidente para los alumnos que en todas las sustancias hay variaciones sutiles que van desde débiles dipolos hasta la presencia de iones, y que aun en el caso de la existencia de iones es posible cierto grado de covalencia.
Estructura de la secuencia didáctica
De acuerdo con Mellado (1996), mediante el conocimiento didáctico del contenido el docente prepara la exposición y desarrollo de un tema de la disciplina, de tal manera que resulte inteligible a los alumnos. En este sentido, no se trata sólo de aspectos sobre el contenido científico, sino también en cuanto a la aplicación del conocimiento pedagógico del contenido (Shulman, 1986; Gess-Newsome y Lederman, 1999), con todas las actividades que conlleva, como la organización y el manejo de la clase, la selección de modelos y estrategias de instrucción, el cuidado del discurso en la clase y las fuentes del conocimiento pedagógico personal (Morine-Dershimer y Kent, 1999).
Una manera que hace explícita la forma en que el docente hace dicha preparación es mediante el desarrollo de unidades y secuencias didácticas, que de acuerdo con Campanario y Moya (1999) favorecen el proceso de enseñanza y aprendizaje, en virtud de que de manera planeada proponen las actividades de aprendizaje para los alumnos y definen el papel del docente en función de su discurso.
La orientación de la secuencia didáctica que se va a desarrollar es de corte constructivista, con especial atención en la socialización de la información por parte de los alumnos, en el entendido de que el conocimiento es una construcción social en que se comparten significados con nuestros semejantes (Chamizo, 2005). De esta manera se hace hincapié en el trabajo en colaboración y en la discusión y el debate guiados por el docente, de tal modo que las ideas de los alumnos están siendo continuamente cuestionadas por ellos mismos y sus pares, convergiendo hacia los modelos aceptados por la ciencia. Sin embargo, esto no excluye que el docente presente algunos temas con el propósito de auxiliar a los alumnos en la construcción de su conocimiento.
Esto no significa que la actividad recaiga sólo en el alumno, considerando que se encuentra en una transición de los modelos de docencia tradicional y expositiva hacia el desarrollo de su autonomía. Por ello es importante el discurso del docente, pero la intervención de éste deberá
ser mesurada y concreta en aquellos puntos en que sea necesaria una explicación más detallada a través de analogías o metáforas; cuando sea necesario y en la medida de posible debe ser un mediador entre los contenidos y los alumnos de manera dialógica.
Ubicación del tema
El tema de enlace químico se aborda en el curso de Química I, en la primera unidad: “Agua, compuesto indispensable” incluida en la estrategia: “¿es el agua un compuesto o un elemento?”, se considera un tiempo de 12 horas para cubrir la temática indicada. En ésta se encuentra el concepto de enlace, hasta un nivel 2 de la taxonomía de los aprendizajes de acuerdo con el programa de la asignatura de Química II (CCH, 2003, y también se incluye en esta temática el estudio de la energía involucrada en la formación y ruptura de enlaces. Los aprendizajes indicados son los 39, 40 y 41 de la citada unidad. Puede considerarse esta temática como introductoria al tema de enlace, pues el objetivo es reconocer que hay una unión entre los átomos de un compuesto, y que la formación y ruptura de esta unión implica energía.
Sin embargo, es hasta la segunda unidad: “Oxígeno, componente activo del aire, en las temáticas: ¿en que difieren los óxidos metálicos de los no metálicos?, y ¿cómo podemos predecir el tipo de enlace entre dos átomos?”, cuando se hace hincapié en las características de las sustancias y su relación con el tipo de unión de los átomos. Por decirlo de otra manera: se establece una conexión entre el mundo macroscópico y las interacciones a nivel nanoscópico. De esto se da cuenta en los aprendizajes 19 al 38; el tiempo disponible de acuerdo con el programa para trabajar con estos conceptos es de 14 horas.
Por lo anteriormente dicho, el desarrollo de la temática contribuye a la formación de los alumnos del Colegio al dotarles de los siguientes aprendizajes (tabla I).
Tabla I. Aprendizajes desarrollados por los alumnos durante el estudio del tema de enlace químico
Aprendizajes conceptuales Aprendizajes procedimentales Aprendizajes actitudinales Concepto (N2)
Teoría del octeto de Lewis (N2)
Características de los enlaces iónico y covalente (N2) Clasificación en iónico,
covalente no polar y covalente polar (N3)
Predicción del tipo de enlace con base en la diferencia de electronegatividad (N3) Fuerzas intermoleculares Puente de hidrógeno (N2) Energía involucrada en la ruptura y formación de enlaces (N2) Mejora en la destreza al manipular material de laboratorio, reactivos y equipos.
Mejora en las habilidades de búsqueda de la información pertinente, su análisis y síntesis.
Mejora en la capacidad de comunicación oral.
Mejora en la destreza para la observación y descripción de eventos y su análisis, así como la síntesis de información obtenida experimentalmente
Desarrollo de una actitud crítica ante el uso de la tecnología y de respeto hacia su entorno.
Reconoce el trabajo colectivo como enriquecedor de la experiencia individual
N2=Habilidades de comprensión. Elaboración de conceptos y organización del conocimiento
específico. El alumno muestra capacidad para comprender los contenidos escolares, elaborar
conceptos; caracterizar, expresar funciones, hacer deducciones, inferencias, generalizaciones, discriminaciones, predecir tendencias, explicar, transferir a otras situaciones parecidas, traducir en lenguajes simbólicos y en el lenguaje usado por los alumnos cotidianamente; elaborar y organizar conceptos. Hacer cálculos que no lleguen a ser mecanizaciones, pero que tampoco impliquen un problema.
N3=Habilidades de indagación y resolución de problemas, pensamiento crítico y creativo. El alumno muestra su capacidad para analizar datos, resultados, gráficas, patrones, elabora planes de trabajo para probar hipótesis, elabora conclusiones, propone mejoras, analiza y organiza resultados, distingue hipótesis de teorías, conclusiones de resultados, resuelve problemas, analiza críticamente.
Características de la secuencia didáctica
Planeación de la secuencia didáctica
Para poder cumplir con los propósitos establecidos en el programa de la asignatura se propone la siguiente secuencia didáctica. No pretende cubrir la totalidad de los temas expuestos en las estrategias mencionadas de programa de la asignatura, sino que sólo se aboca a:
a) reconocer las características del enlace químico y sus diferentes modalidades, pero sin olvidar que se trata de un modelo que simplifica la explicación de las propiedades de las sustancias.
b) Explicar los diferentes tipos de enlace utilizando para ello el modelo de diferencia de electronegatividad.
c) Explicar que algunas propiedades microscópicas son el resultado de las interacciones microscópicas producidas por la formación de enlaces.
d) Mostrar algunos vínculos con sucesos observables de manera cotidiana, con implicaciones en la sociedad y la naturaleza.
Para conseguir lo anterior se han considerado los siguientes elementos:
Duración de la secuencia didáctica. Considerando la multiplicidad de actividades que habrán de efectuarse y las diferentes modalidades de las mismas, se ha considerado 6 sesiones con un total de 10 horas.
Actividades experimentales. Construidas para que el alumno encuentre elementos para
poder establecer referencias teóricas que justifiquen el modelo propuesto (diferencia de electronegatividad) y las contrasten con la realidad (propiedades de las sustancias). De modo que se promueva la observación, el análisis, la síntesis y la indagación (Garritz, 2006). Instrumentos de evaluación. Deberán dar cuenta de las habilidades del alumno en cuanto a
la identificación y caracterización del enlace (aprendizajes disciplinarios conceptuales), los aspectos involucrados en los fenómenos cotidianos en relación con el tema de enlace (aprendizajes disciplinarios procedimentales), y permitir reconocer la postura del uso de
materiales que tengan influencia en su entorno en relación con su enlace (aprendizajes disciplinarios actitudinales). Considerando que el conocimiento es una construcción que evoluciona (Robles, 2008), se considera el modelo de Toulmin sobre los conceptos en cuanto a que éstos están construidos por tres elementos: el lenguaje, los modelos que los describen y la aplicación de los mismos (Izquierdo y Chamizo, 2005). Los instrumentos usados en la evaluación apelan al conocimiento de estos tres elementos, para lo cual se recurre a las listas de asociación de palabras (lenguaje), los ejercicios sobre tipo de enlace y los mapas conceptuales (modelos), y los resultados de esta interpretación (la aplicación en las vivencias cotidianas de los modelos y sus explicaciones).
Actividades de Investigación documental. Una de las capacidades que se espera que los alumnos desarrollen paulatinamente es la capacidad de aprender de manera autónoma, lo que implica en muchos sentidos aprender a buscar información, analizarla y sintetizarla, pero al mismo tiempo también para argumentar con base en ella. Sin embargo, como investigadores novatos es posible que recurran a pocas fuentes o incluso a fuentes no confiables (Robles, 2008), por lo que es necesario el desarrollo de rúbricas para guiar su búsqueda de información.
Desarrollo de la secuencia didáctica Actividades de introducción al tema
Evaluación diagnóstica para saber los conocimientos generales de los alumnos respecto al tema de enlace.
Actividad introductoria al tema de enlace para contextualizar y problematizar y al mismo tiempo promover el interés del alumno en el tema.
Actividad experimental. Actividades de desarrollo del tema Por parte de los alumnos
Investigación documental: la tabla periódica. Identificación de propiedades periódicas.
Elaboración de un mapa conceptual que sintetice lo aprendido.
Investigación documental de los alumnos sobre los modelos atómicos de Dalton, Thompson, y Lewis.
Exposiciones simultáneas de los resultados de la investigación documental. Ejercicios de formación de estructuras de Lewis de compuestos sencillos. Actividad experimental sobre metales y no metales.
Investigación documental por los alumnos: propiedades de las sustancias derivadas del enlace dominante, conductividad y solubilidad en agua de los compuestos.
Presentación de los resultados de la investigación documental mediante la técnica de exposiciones simultáneas.
Actividad experimental: predicción del enlace de una sustancia a partir de su estructura de Lewis, confrontación experimental.
Presentación de los resultados en el grupo, discusión de los resultados considerando el modelo de diferencia de electronegatividad.
Por parte del docente
Exposición sobre el concepto de electronegatividad y presentación de la tabla de electronegatividades de Pauling.
Exposición sobre construcción de configuraciones de Lewis como un medio para identificar la conectividad de los elementos en un compuesto.
Exposición acerca de las diferencias en el enlace de los elementos en un compuesto: identificación de la polaridad de un enlace en función de la diferencia de electronegatividad de los elementos que participan en el enlace. Formación de dipolos y enlace por puente de hidrógeno.
Demostración de cátedra: polar o no polar, hasta dónde da el modelo. Actividades de cierre del tema
Evaluación de la secuencia didáctica.
Elaboración de mapa conceptual de cierre (25 minutos).
Discusión retomando la primera situación problematizadora. Dejar una pregunta para la reflexión, ¿cuál es el impacto que ocasionamos en nuestra casa con el uso de solventes, champús, jabones detergentes, ácidos y bases?
Bibliografía
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the learning of Le Chatelier´s principle”. International Journal of Science Education, 11, 235-246, 1989.
Campanario, J. M. y A. Moya, “¿Cómo enseñar ciencias? Principales tendencias y propuestas”. Enseñanza de las Ciencias, 17(2), pp. 179-192, 1999.
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Gess-Newsome, J. y N. G. Lederman, Examining Pedagogical Content Knowledge. Dodrecht: Kluwer Academic Publishers,1999.
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