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INSTITUTO TECNOLOGICO Y DE ESTUDIOS
SUPERIORES DE MONTERREY
UNIVERSIDAD VIRTUAL
,
TECNOLOGICO DE MONTERREY tl9
PHOPUESTA DE UNA ESTRATEGIA OE ENSI-:N:ANZA
PAHA QUE ALUMNOS DE PREPAHATOHIA TENGAN
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ESTEQUIOMETHICOS EN (JUIMICA
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COMO HE(JlllSlTO PAHA OBTENEH EL TITllLO
DE MAESTHA EN EDUCACION
,\llTOHA: IN(~. MAGDA .IUDITH THEVIÑO (;ONZALEZ
ASESORA: LIC. HOSAL!A <iAHZA (illZMAN
MONTERREY, N. L í\tL\ YO DE 2007
V
PROPUESTA DE UNA ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA PARA QUE
ALUMNOS DE PREPARATORIA TENGAN UN MEJOR
DESEMPEÑO DE AL REALIZAR CÁLCULOS
ESTEQUIOMÉTRICOS EN QUIMICA
RESUMEN
El presente estudio tiene como objetivo proponer un método de enseñanza de cálculos
estequiométricos en química, que fue el más efectivo en el desempeño de alumnos de
preparatoria. Al obtener mejores resultados, se pretende que los alumnos pierdan el
miedo a la química, eliminen la frustración y aumenten su eficiencia terminal en la
preparatoria. Con 207 alumnos del tercer semestre en Agosto-Diciembre 2006 en la Prepa
Tec Campus Santa Catarina, en una investigación cuantitativa cuasi - experimental, se
dividieron en dos grupos, uno control y otro experimental, se expusieron dos estrategias
distintas para la enseñanza de cálculos estequiométricos y se encontró que, con la
utilización de una estrategia ordenada, visual y novedosa denominada la ventana mágica,
se aumenta hasta 4 veces la eficacia de los alumnos en la realización de dichos cálculos
en comparación con el método tradicional de análisis dimensional que requiere de
habilidades superiores de pensamiento que este tipo de alumnos todavía no dominan.
Índice de contenidos
Página
Dedicatorias .................................................................................................................... iii Agradecimien tos ............................................................................................................ iv R~umm v ........................................................................................................................... , !ndice de contenidos ...................................................................................................... vi Indice de tablas y figuras ........................................................................................... xiii Introducción .................................................................................................................... x
Capítulo 1 Definición y delimitación del problema
1.1 Contexto ...................................................................................................... 1 1.2 Definición del problema ............................................................................. 4 1.3 Preguntas de investigación ......................................................................... 5 1.4 Objetivos ...................................................................................................... 6 1.5 Justificación ................................................................................................. 6 1.6 Beneficios esperados ................................................................................. 10 1. 7 Limitaciones de la investigación ............................................................... 11 1.8 Glosario de términos .................................................................................. 12
Capítulo 2. Fundamentación Teórica
2.1 Antecedentes ............................................................................................. 15 2.2 Marco Teórico ........................................................................................... 19
2.2.1 Habilidades cognitivas del adolescente ......................................... .19 2.2.2 Teoría de Piaget y la naturaleza de los procesos cognitivos ......... 20 2.2.3 Estadios de desarrollo cognitivo ..................................................... 21 2.2.4 Inteligencias múltiples .................................................................... 23 2.2.5 Procesos metacognitivos ................................................................. 24 2.2.6 Concepciones alternativas y cambio conceptual ........................... 24
2.2.6.1 Las concepciones alternativas y su importancia en la clase de ciencias ............................. 25
2.2.7 Competencias del profesorado 2.2. 7 .1 Conocimiento pedagógico del contenido .......................... 27 2.2.7.2 Conocimiento pedagógico de la química .......................... 28
2.2.8 Trabajos relacionados con la investigación .................................... 29 2.2.8.1 Keith Taber ......................................................................... 29 2.2.8.2 Scmidt y Jingnéus ............................................................... 31 2.2.8.3 Azcona, Furió, Intxausti e Irizar ........................................ 32 2.2.8.4 Lin Huann-Shyang, Lee Sung Tao y David
Treagust ........................................................................ 33 2.2.9 Argumentación, ................................................................................ 35
Vl
Vll
Página
Capítulo 3 Metodología
3.1 Diseño de la investigación ........................................................................ 36 3.2 Contexto sociodemográfico ...................................................................... 38 3 .3 Población y muestra .................................................................................. 40 3.4 Instrumentos 42 .............................................................................................. 3. 5 Procedimiento de la investigación ........................................................... 44
3.5.1 Primera fase 44 ...................................................................................... 3.5.2 Segunda fase ..................................................................................... 45
3.5.2.1 Grupo experimental ............................................................. 46 3.5.2.2 Grupo control ...................................................................... 48
3.5.3 Tercera fase 49 ........................................................................................ 3.5.3.1 Grupo experimental ............................................................. 50 3.5.3.2 Grupo control ....................................................................... 55
3.6 Tipo de at1.álisis ......................................................................................... 56 3.6.1 Instrumentos de vaciado de información ........................................ 57
Capítulo 4 Análisis de resultados
4.1 Grupo control l ........................................................................................... 58 4.2 Grupo control 2 ........................................................................................... 60 4.3 Grupo control 3 ........................................................................................... 62 4.4 Grupo control 4 ........................................................................................... 64 4.5 Grupo control global ................................................................................... 65 4.6 Grupo experimental l ................................................................................. 67 4. 7 Grupo experimental 2 ................................................................................. 69 4.8 Grupo experimental 3 ................................................................................. 71 4.9 Grupo experimental global ......................................................................... 73 4.1 O Grupo control global vs. grupo experimental global.. ............................ 74 4.11 Análisis estadístico entre grupo control y experimental ........................ 77
Capítulo 5 Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones ............................................................................................... 82 5 .2 recomendaciones ......................................................................................... 85
Referencias ................................................................................................................... 87
Anexos ........................................................................................................................... 89
Curriculum Vitae ........................................................................................................ 92
Índice de Tablas y Figuras
Página
Tabla 1.1 Índice de reprobación de materias de Ciencias de la Tierra, Español y
Calidad de Vida 3 ............................................................................................ , Figura 3.1 Ejemplo utilizado en la explicación del problema estequiométrico ....... 45
Figura 3.2 Formato de la ventana mágica, .................................................................... 47
Figura 3.3 Ejemplo usando el método de análisis dimensional ................................. 49
Figura 3.4 Formato de la ventana mágica modi:ficada ............................................... 51
Figura 3.5 Formato con datos de sustancias y pesos moleculares ............................. 51
Figura 3.6 Formato con datos de sustancias, pesos moleculares y moles ................. 52
Figura 3.7 Formato con datos de sustancias, pesos moleculares, moles y gramos ... 53
Figura 3.8 Formato con todos los datos del problema ................................................ 54
Figura 3.9 Método de análisis dimensional en base gramos ...................................... 56
Figura 4.1 Resultados grupo control ! en base moles ................................................ 59
Figura 4.2 Resultados grupo control ! en base gramos .............................................. 60
Figura 4.3 Resultados grupo control 2 en base moles ................................................ 61
Figura 4.4 Resultados grupo control 2 en base gramos .............................................. 62
Figura 4.5 Resultados grupo control 3 en base moles ................................................ 63
Figura 4.6 Resultados grupo control 3 en base gramos .............................................. 63
Figura 4. 7 Resultados grupos control 4 en base moles ............................................... 64
Figura 4.8 Resultados grupo control 4 en base gramos .............................................. 65
Figura 4.9 Resultados globales grupos control en base moles ................................... 66
Figura 4.1 O Resultados globales grupos control en base gramos ............................... 67
Figura 4.11 Resultados grupo experimental! en base moles .................................... 68
Figura 4.12 Resultados grupo experimental ! en base gramos .................................. 69
Figura 4.13 Resultados grupo experimental 2 en base moles .................................... 70
Figura 4.14 Resultados grupo experimental 2 en base gramos .................................. 71
Figura 4.15 Resultados grupo experimental 3 en base moles .................................... 72
Figura 4.16 Resultados grupo experimental 3 en base gramos .................................. 72
Vlll
IX
Página
Figura 4.17 Resultados globales grupo experimental en base moles ......................... 73
Figura 4.18 Resultados globales grupo experimental en base gramos ...................... 74
Figura 4.19 Comparativo entre grupos control y experimental agrupados
por método de enseñariza ......................................................................... 76
Figura 4.20 Comparativo entre grupos control y experimental agrupados
por tipo de grupo ...................................................................................... 76
X
INTRODUCCIÓN
La enseñanza de la química se puede considerar como un reto para los docentes
que la imparten. La frustración de los alumnos al no tener las habilidades necesarias para
obtener los resultados esperados, en ocasiones los limita a no querer adentrarse de lleno
en ese tipo de conocimiento y a la vez, a que pocos alumnos tengan la pasión por la
ciencia lo cual redundará en que se tengan pocos expertos para generar conocimientos
científicos y de investigación en el ramo.
El objetivo del presente estudio es el de proponer una técnica ordenada y
visualmente amigable denominada la ventana mágica, para la enseñanza de cálculos
estequiométricos, con la cual los alumnos tendrán una mejor comprensión del tema así
como una mejor eficiencia en la resolución de dichos problemas.
El trabajo que se presenta a continuación, ofrece la justificación de la
investigación, su contexto, sus limitaciones, los beneficios esperados así como el marco
teórico que fundamenta las ideas expuestas. Se trabajó con un grupo control, el cual
realizó los cálculos estequiométricos utilizando el método tradicional de análisis
dimensional y un grupo experimental que utilizó el método de la ventana mágica sugerido
por la autora.
La motivación principal de realizar esta investigación fue debido a que un gran
porcentaje de alumnos que cursan las materias de química se ven frustrados al no poder
realizar con éxito los cálculos estequiométricos ya que esto involucra tener grandes
habilidades matemáticas y observando la mejoría que tienen los alumnos al utilizar el
método de la ventana mágica aumentando la motivación y el interés en continuar
aprendiendo conceptos químicos.
CAPÍTULO 1
Definición y delimitación del problema
En este capítulo se establece el contexto en el cual se lleva a cabo la presente
investigación, se define el problema, sus objetivos e hipótesis, así como la justificación y
limitaciones que se tomaron en cuenta para llevar a cabo el estudio.
1.1 Contexto
Existe una gran preocupación en el sistema educativo mundial por el desempeño
académico de los estudiantes de preparatoria, sin embargo, la manera en que se enfrenta el
problema puede variar. Algunas instituciones dependientes del gobierno deben basarse en
los programas educativos emanados de programas nacionales y en ocasiones, los cambios
en los modelos educativos pueden tomar mucho tiempo.
1
El presente estudio toma en cuenta alumnos de la Prepa Tec Campus Santa Catarina,
institución privada de nivel socio económico alto. Los alumnos en estudio cursaron la
materia de química orgánica en el semestre agosto - diciembre del 2006 y se ofrece en el
tercero de seis semestres de su estancia en la preparatoria.
La misión del ITESM que es válida tanto para la preparatoria como para las carreras
profesionales es la siguiente. El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de
Monterrey es un sistema universitario que tiene como misión formar personas
comprometidas con el desarrollo de su comunidad para mejorarla en lo social, en lo
económico y en lo político, y que sean competitivas internacionalmente en su área de
conocimiento. La misión incluye hacer investigación y extensión relevantes para el
desarrollo sostenible del país, (ITESM , 2005)
De acuerdo con la misión del ITESM, el perfil de los alumnos al terminar sus
estudios será el siguiente. El Instituto promueve de una manera muy importante, a través de
todas sus actividades, que sus alumnos sean honestos, responsables, líderes,
emprendedores, innovadores y poseedores de un espíritu de superación personal; y que
tengan: cultura de trabajo, conciencia clara de las necesidades del país y de sus regiones,
compromiso con el desarrollo sostenible del país y de sus comunidades, compromiso de
actuar como agentes de cambio, respeto a la dignidad de las personas y a sus deberes y
derechos inherentes, tales como el derecho a la verdad, a la libertad y a la seguridad
jurídica, respeto por la naturaleza, aprecio por la cultura, compromiso con el cuidado de su
salud fisica y visión del entorno internacional.
2
Para lograr que los alumnos egresados del sistema ITESM cumplan con el perfil
antes mencionado, se promueven, a lo largo de sus estudios, habilidades como la capacidad
de aprender por cuenta propia, la capacidad de análisis, síntesis y evaluación, el
pensamiento critico, la creatividad, la capacidad de identificar y resolver problemas, la
capacidad para tomar decisiones, el trabajo en equipo, una alta capacidad de trabajo, la
cultura de calidad, el uso eficiente de la informática y las telecomunicaciones, el manejo del
idioma inglés y la buena comunicación oral y escrita.
Para que los alumnos de preparatoria sean capaces de analizar información, así
como identificar y resolver problemas, se les debe proporcionar las herramientas adecuadas
para que puedan lograr llevarlo a cabo de la manera más adecuada y acorde con cada
materia cursada. Las estrategias de enseñanza- aprendizaje son de suma importancia para
que un alumno de preparatoria desarrolle las habilidades que coadyuven precisamente en la
resolución de problemas de toda naturaleza.
En especial en las materias de ciencias naturales y exactas, como es la química,
dichas estrategias pueden ser la diferencia entre el éxito o el fracaso de un gran porcentaje
de los alumnos. Como antecedente, en la Prepa Tec Campus Santa Catarina, en el año
3
2003, las materias de ciencias de la tierra I y ciencias de la tierra 11, tuvieron en promedio,
un índice de reprobación del 10.67%, mientras que, otras materias que no involucran
procesos cognitivos de operaciones formales, obtuvieron un índice de reprobación en
promedio de 1.31 % en el caso de calidad de vida y 4.12% en el caso de español (véase la
Tabla 1.1 ). La Tabla 1.1 muestra también los valores para los años 2004, 2005 y el
semestre Enero- Mayo de 2006. La información fue proporcionada por el departamento de
escolar de la Prepa Tec Campus Santa Catarina. La única intención de hacer esta
comparación es para resaltar que materias como química, requieren de estrategias de
enseñanza especiales para lograr que los alumnos manejen los procesos cognitivos de orden
superior necesarios para la resolución de problemas abstractos como la estequiometría.
[abla 1.11
!Índice de reprobación de Ciencias de la Tierra, Español y Calidad de Vida del 2003 al 2006I 2003 2004 2005 2006
Ciencias de la 13.76 9.74 16.58 12.13 Tierra I
Ciencias de la 7.59 12.29 7.68 7.51 Tierra 11
Promedio de 10.67 11.02 12.13 9.82 CTI y CTII Español! 2.46 6.09 2.11 5.74 Español2 5.77 7.57 3.68 8.07
Promedio de 4.12 5.83 2.90 6.91 Español 1 y 2
Calidad de Vida 1.23 0.81 2.56 0.56 I
Calidad de Vida 1.38 1.67 0.58 .55 11
Promedio de 1.31 1.24 1.57 .56 CVlyCVII
La tabla 1.1 muestra los índices de reprobación para las materias de Ciencias de la Tierra, Español y Calidad de Vida para los períodos del 2003 al 2006.
4
Como se observa en la tabla 1.1, existe una gran diferencia entre el desempeño de
los mismos alumnos cursando materias diferentes. Con estrategias bien definidas y
sugeridas a todos los docentes involucrados en la enseñanza de las materias de química, se
puede esperar que el desempeño de los alumnos mejore considerablemente. Con esto no se
puede asumir que en las materias con bajo nivel de reprobación existan las mejores técnicas
de enseñanza-aprendizaje, ni tampoco que las materias como química sean tan difíciles que
los alumnos, en promedio, reprobarán con mayor incidencia, simplemente se quiere resaltar
que las materias que requieren de habilidades de pensamiento de orden superior, como en
este caso, la química, se verán afectadas por la madurez de los alumnos y que pueden
existir diferentes estrategias que hagan que el alumno utilice la metacognición y aprenda de
manera significativa, elevando así su eficiencia terminal en la materia.
1.2 Definición del problema
Existen diversos factores que tienen influencia en el desempeño académico de los
estudiantes. Con mayor razón, estudiantes de preparatoria que se encuentran en una edad
dificil traen un bagaje de pretextos hacia su desempeño académico. Es por esto que,
intentando dejar a un lado tales factores externos, nos podemos enfocar específicamente a
determinar si la manera de enseñar un tema tiene efectos positivos en el desempeño del
estudiante.
Las estrategias de enseñanza pueden llegar a ser piezas clave en el desempeño
académico de los alumnos de acuerdo con algún tema en particular. En el caso de las
materias de ciencias naturales, estas estrategias de enseñanza son indispensables para que la
mayoría de los alumnos se vean beneficiados y no dejar el éxito exclusivamente a los
alumnos con grandes habilidades.
Para un docente que imparte materias dificiles como la química y la fisica, es de
gran motivación y alegría detectar el momento en el que el alumno termina de comprender
un tema y realizar operaciones formales con el resultado de su aprendizaje.
1.3 Pregunta de investigación e hipótesis
De acuerdo con los planteamientos anteriores se llega a las siguientes preguntas de
investigación:
5
¿Los alumnos a los que se les enseña a realizar cálculos estequiométricos por medio
del uso ordenado de la regla de tres simple, a la que se le denominará la "ventana mágica",
tendrán un mejor desempeño que aquellos a los que se les enseña por medio tradicional del
análisis dimensional?
Hipótesis: alumnos que aprenden a hacer cálculos estequiométricos utilizando la
ventana mágica, tendrán un mejor desempeño que aquellos que aprenden a hacer cálculos
estequiométricos utilizando el método del análisis dimensional abstracto.
Hipótesis nula: Alumnos que aprenden a hacer cálculos estequiométricos utilizando
la ventana mágica tendrán el mismo desempeño o un desempeño menor que aquellos que
aprenden a hacer cálculos estequiométricos usando el método del análisis dimensional.
Se toma como la variable independiente la estrategia de enseñanza del tema de
estequiometría. Las estrategias de enseñanza que se confrontan serían la utilización de un
formato estructurado de fácil visualización, como la regla de tres simple a la que se le
denomina la ventana mágica, en contraste con un algoritmo abstracto de análisis
dimensional. La variable dependiente será entonces el desempeño del alumno o el grado de
6
acierto, es decir, si el alumno logra realizar con éxito el cálculo estequiométrico. La
variable dependiente se medirá de acuerdo al aprovechamiento de los alumnos, en este caso
se determinará por medio del porcentaje de alumnos del grupo experimental o del grupo
control, que resuelven satisfactoriamente a un problema estequiométrico.
Se debe tomar en consideración que los alumnos con grandes habilidades lógico
matemático podrán tener éxito utilizando ambos métodos.
La investigación podrá expandirse preguntándonos cuales de estos métodos logrará
aprendizajes significativos a largo plazo. Otra investigación que puede llevarse a cabo en
un futuro y teniendo los resultados de la presente investigación será capaz de contestar la
siguiente pregunta: ¿Podrán los alumnos que aprenden a realizar cálculos con un método
ser capaces de aprender con facilidad a realizar los cálculos con el segundo método?
1.4 Objetivo
Proponer un método de enseñanza para cálculos estequiométricos, que sea el más
efectivo para que los alumnos tengan un mejor desempeño en el tema y en general en las
materias de química de preparatoria.
1.5 Justificación
La mejoría en el desempeño de los cálculos estequiométricos se puede lograr
mediante la utilización de una estrategia de enseñanza específica, con apoyo visual, usando
la regla de tres con un formato ordenado, mejorando los resultados que se obtienen cuando
la técnica utilizada es la del análisis dimensional o algoritmo abstracto. Una técnica de
aprendizaje específica y comprobada, ayuda en mucho al éxito en la solución de problemas
estequiométricos.
7
Es posible que los maestros ya estén capacitados en técnicas didácticas pero no hay
una recomendación acerca de una mejor manera de enseñar un tema. Además, aun y cuando
el maestro esté capacitado no necesariamente utiliza las mejores técnicas para enseñar a sus
alumnos, y si a eso agregamos la carga de trabajo y muchas otras responsabilidades que
tiene el docente, éste se enfocará exclusivamente en cubrir el programa educativo sin poner
énfasis en maneras de hacer que el estudiante se motive por el aprendizaje de las ciencias
naturales. Por lo anterior, se vislumbra como propósito final que los maestros tomen
conciencia de la necesidad del alumno por tener éxito en la materia que imparten y utilicen
el mejor método para la enseñanza del tema.
Las técnicas de enseñanza en las ciencias pueden ser tan sencillas como la simple
representación visual de un concepto, hasta otras tan complejas como simulaciones
computarizadas del comportamiento microscópico de los átomos. Es aconsejable entonces,
que el docente logre puntualizar las potencialidades de la mayoría de sus alumnos y sepa
utilizar las mejores técnicas para aumentar su motivación en el aprendizaje de las ciencias
naturales.
La regla de tres simple puede ser un instrumento sistematizado en el cual
cada uno de los factores involucrados se identifica plenamente y así el alumno podrá tener
menos errores en el cálculo. La utilización de factores de conversión involucra un nivel de
pensamiento de orden superior u operaciones formales y se cree que es por ello que los
alumnos a los que se les enseña este método tienen mayores fracasos y frustración que en el
caso anterior, evitarlo es otra de las metas que se pretende alcanzar.
Al obtener resultados de esta investigación se pueden diseñar materiales didácticos
de acuerdo a la manera óptima en que los alumnos de preparatoria aprenden el tema de
cálculos estequiométricos. Además de los materiales, el investigador puede hacer
8
sugerencias a sus colegas para que los alumnos sean los más beneficiados. Tobin, Tippins y
Gallard (1994) manejan el concepto de que dependiendo de como el maestro aprendió un
tema, tendrá influencia en cómo el profesor enseña. Por esto es importante averiguar cual es
la mejor manera de enseñar a los alumnos y dejar a un lado la forma en que cada docente
acostumbra enseñar el tema.
Un aspecto importante a considerar es el bajo rendimiento en general de los
alumnos que estudian las materias de química. Existe una gran preocupación por parte de
las instituciones por elevar la eficiencia terminal de sus alumnos, por lo que, utilizando las
técnicas adecuadas, así como procesos metacognitivos, se intentará bajar el índice de
reprobación, reducir la frustración y por ende elevar la eficiencia terminal.
Estudios como el de Lin, Lee y Treagust (2005) demuestran que los alumnos de
bachillerato confunden el término de mol, dándole significados erróneos de masa química
o número de partículas. Si el concepto en su inicio es erróneo, los cálculos estequiométricos
que realizan con el término mol tampoco estarán bien comprendidos.
Según Campanario y Moya (1999),un buen profesor de ciencias debe conocer bien
su disciplina, pero además, debe conocer también los puntos de vista vigentes sobre la
enseñanza de las ciencias para que, después de analizarlas críticamente pueda adaptar
aquellas estrategias que encuentre valiosas, o bien, corregir aquellas que considere
defectuosas.
La manera de enseñar individual de cada profesor va a influenciar el aprendizaje del
alumno. Existen dos tendencias en cuanto a la enseñanza de los cálculos estequiométricos.
Una de ellas es una proporción o regla de tres simple y la otra involucra tratarla como una
conversión entre las unidades de cada una de las sustancias y realizar el análisis
9
dimensional correspondiente. Los alumnos tienen capacidades y habilidades diferentes,
mientras que algunos son capaces de realizar operaciones abstractas, o de orden superior,
otros deben ser apoyados por técnicas visuales y más ordenadas para que puedan identificar
el problema fácilmente y tener éxito en su resolución.
Un indicador importante es saber si el alumno tiene buenas habilidades lógico
matemáticas. Una consideración pertinente es la de revisar, con una prueba de diagnóstico,
tanto las ideas previas como las habilidades matemáticas de los estudiantes. Taber (2001)
plantea la idea de que si el docente conoce el nivel de conocimientos previos que tiene el
alumno, así como sus habilidades, se puede tener una mejor construcción del conocimiento
a partir de ello.
La desmotivación de los alumnos por los fracasos repetitivos en las materias de
ciencias como la química, pueden llevar al alumno a pensar en la deserción escolar. Al
revisar el programa de estudio de la materia, un alumno puede agobiarse por la cantidad de
conceptos que se avecinan, los cuales, son totalmente nuevos y complejos. La siguiente cita
permite visualizar lo que piensan muchas personas, incluyendo adultos, al hablar de la
química. "Para muchos, la química es algo críptico, solo apto para iniciados, vestidos con
bata blanca que trabajan en una habitación llena de frascos que hacen bulp, bulp, bulp ... !"
(Pozo, 2004, p.151)
Los cálculos estequiométricos pueden requerir de una serie de operaciones ligadas,
por lo que si el alumno se equivoca en una parte del problema, arrastrará ese error en el
resto de la operación y obtendrá un resultado equivocado sin una manera visual de hacer
una comprobación lógica o esperada. Con la utilización de técnicas bien diseñadas, se
puede reducir en gran medida la sensación de frustración de los alumnos y al mismo tiempo
aumentar su motivación por las materias de ciencias.
10
Hoy en día, muchos alumnos deciden estudiar carreras que no se relacionan con las
ciencias naturales precisamente por la dificultad que presentaron cuando cursaron dichas
materias en la preparatoria, por ende, existen muy pocos científicos en México y se debe
importar tecnología de otros países, en lugar que, desde la preparatoria, se presenten
diferentes maneras de solucionar problemas y de encontrar resultados para así tratar que los
alumnos se enamoren de las ciencias y hagan con ellas su plan de vida.
Por último vale la pena destacar que en una institución de la magnitud del
Tecnológico de Monterrey, en la que existen un gran número de grupos por generación,
requiera de varios maestros para impartir los mismos cursos, de tal suerte que, dependiendo
de la formación de cada maestro, así como su capacitación docente, las estrategias de
enseñanza variarán, en algunos casos, en forma considerable, por lo que es necesario
uniformizar los conceptos así como las mejores técnicas educativas que han demostrado
tener un impacto positivo en el alumno.
l. 6 Beneficios esperados
Los alumnos que estudian la materia de química se pueden llegar a sentirse menos
frustrados al darse cuenta que son capaces de realizar cálculos estequiométricos de una
manera sencilla y estructurada. Un alumno que tiene mucha dificultad para realizar
operaciones abstractas, tendrá mayor éxito si se le ofrecen estrategias sencillas, lógicas y
visuales para la resolución de sus problemas.
Se espera que los resultados de esta investigación sirvan para ofrecer sugerencias a
los maestros que imparten la materia de química en el segundo y tercer semestre de
preparatoria acerca de la técnica para enseñar cálculos estequiométricos y para diseñar
materiales didácticos acordes al tema. Se debe eliminar la resistencia al cambio de los
docentes con muchos años de labor y hacerles ver que, solo modificando la manera de
enseñar un tema en particular, se puede esperar mejores rendimientos en los alumnos.
11
Se pretende, con los resultados que arroje la investigación, que los alumnos que estudian la
materia de química tengan un mejor desempeño, menor índice de reprobación, y así
proseguir con su formación escolar y desarrollo cognitivo sin tantos tropiezos.
Indirectamente, los padres de los alumnos que logran tener éxito en la materia,
podrán verse beneficiados económicamente ya que, cuando el alumno fracasa
constantemente es necesario que vuelva a tomar la materia, lo cual implica un gasto y un
retraso en la fecha de graduación del alumno.
Quizás, al utilizar este tipo de estrategias de enseñanza, y facilitar el aprendizaje,
más alumnos sean motivados a estudiar carreras relacionadas con la química y puedan
colaborar con el avance tecnológico del país.
1. 7 Limitaciones de la investigación
El presente estudio está limitado por diversos factores. La introducción a la química
se ofrece desde la secundaria, pero no es sino hasta la preparatoria en donde se enseñan los
cálculos estequiométricos. Cuando un alumno estudia alguna carrera profesional
relacionada con la química, se espera que ya cuenten con las habilidades cognitivas de
orden superior, así como habilidades matemáticas avanzadas. Por lo anterior, limitaremos el
estudio a alumnos de preparatoria. Debido a que las materias de química inorgánica y
química orgánica, o bien, ciencias de la tierra I y ciencias de la tierra 11, se ofrecen en el
segundo y tercer semestre de preparatoria, el estudio será limitado a cualquiera de estos dos
semestres.
En materias como la química, las teorías científicas superan en mucho las
restricciones que tienen los alumnos para aprenderlas. Los alumnos parten de una base de
supuestos o conceptos previos de carácter epistemológico, ontológico y conceptual, Pozo
(2004).
12
El cambio conceptual en el alumno es dificil de contrarrestar, en la mayoría de los
casos el alumno llega con supuestos o creencias que parten de la manera en que la materia
se comporta macroscópicamente y por lo tanto tienen dificultad en aprender los conceptos
microscópicos de la misma, lo que los limita en el aprendizaje de conceptos como la
cantidad de sustancia y sus relaciones estequiométricas.
Los alumnos objetos del presente estudio deben tener ya conocimientos
matemáticos de razones y proporciones así como de conversión de unidades y análisis
dimensional que se imparten desde la secundaria y en el primer semestre de preparatoria,
esto no será una limitación para este caso.
Debido a que la autora labora con alumnos de la Prepa Tec Campus Santa Catarina,
la población a estudiar será precisamente con alumnos de este recinto, por lo que el estudio
estará limitado a este grupo de alumnos, con la posibilidad de que en estudios posteriores se
pueda extrapolar a población de alumnos de cualquier preparatoria, ya sea pública o
privada. En este momento, entonces el estudio estará enfocado a alumnos mexicanos de
tercer semestre, que estudien en la Prepa Tec Campus Santa Catarina.
l. 8 Glosario de términos
Análisis dimensional: Método de análisis matemático cuyo objetivo es simplificar un
problema involucrando solo los parámetros esenciales en las que las unidades se manejan
de la misma manera que los números.
Aprendizaje significativo: Proceso en el cual la persona se apropia del conocimiento,
estructurándolo en su mente, y así mantenerlo por toda su vida.
Concepciones alternativas: Un pensamiento, idea o noción errónea.
13
Estequiometría: El cálculo de cantidades de elementos o compuestos químicos involucrados
en una reacción química.
Masa atómica: La masa de un átomo.
Masa molecular: la suma de las masas de los átomos que conforman una molécula.
Metacognición: Proceso en el que la persona se concientiza de los pasos a seguir para
resolver un problema.
Mol: Unidad básica que expresa la cantidad de sustancia.
Número de Avogadro: equivalencia que relaciona la cantidad de sustancia o mol y el
número de partícula de una sustancia en determinadas condiciones (6.022 x 10 23 partículas
/mol).
Química inorgánica: Rama de la química que estudia la composición de las sustancias y los
cambios que manifiestan a consecuencia de las variaciones en número, tipo o modo de
arreglo de los átomos que la constituyen.
Química orgánica: Rama de la química, originalmente limitada a las sustancias encontradas
en los organismos vivos, que contienen compuestos de carbono.
Reacciones químicas: Transformación de la materia en la que los compuestos cambian su
estructura convirtiéndose en sustancias diferentes.
14
Regla de tres: Relación entre cantidades o partes de cantidades con respecto a una cantidad
comparativa.
15
CAPÍTUL02
Fundamentación teórica
Existe información documentada relacionada a los problemas que tienen los
estudiantes de preparatoria para aprender ciencias. Los resultados de algunos de dichos
estudios se presentan en este capítulo. Es de particular interés para la autora el indagar
acerca de los diferentes factores que afectan al aprendizaje de los alumnos de preparatoria,
para así poder sugerir las mejores técnicas de enseñanza y ayudar a facilitar el proceso de
enseñanza-aprendizaje de las ciencias.
2.1 Antecedentes
Instituciones particulares como el Tecnológico de Monterrey están siempre en la
búsqueda de mejores modelos y métodos de enseñanza, la capacitación de sus docentes, así
como la observación cercana del desempeño académico de sus alumnos. Tobin, Tippins y
Gallard (1994) mencionan que se requiere mucha creatividad y pensamiento sofisticado
para poder tener un rol en el cambio educativo necesario para mejorar la calidad de los
alumnos.
Santrok (2001) habla de la teoría cognitiva de Piaget, en la cual el desarrollo del
pensamiento de las personas se clasifica según la edad biológica. El adolescente, de
acuerdo a estos investigadores, se encuentra en una etapa en la que es capaz de utilizar el
pensamiento operacional formal que involucra tener un razonamiento hipotético deductivo,
sin embargo, se encontró en estudios posteriores realizados por el mismo Piaget, que no
todos los adolescentes son capaces de realizar tales operaciones, por lo que esa etapa se
divide en dos sub-periodos, el temprano y el tardío. En éste último los adolescentes no
16
logran realizar con éxito las operaciones fonnales y esto lo orilló a cambiar su teoría
alargando la etapa del pensamiento operacional fonnal hasta los 20 años aproximadamente.
La madurez de los adolescentes no es la misma entre un alumno y otro. Los cambios
fisicos en la adolescencia tienen efectos significativos en la identidad del individuo.
Woolfolk (1996) menciona que los psicólogos han detectado diferencias académicas,
sociales y emocionales entre adolescentes que maduran antes que otros.
Hay muchachos sumamente hábiles, capaces de comprender fácilmente los
ténninos abstractos de las ciencias naturales, mientras que otros, necesitan de técnicas o
estrategias para que logren comprender lo que el profesor propone enseñar. Gardner (1995)
hace mención de estas diferencias con su teoría de inteligencias múltiples en la cual
propone que existen siete diferentes tipos de inteligencias por lo que las habilidades de las
personas son muy variadas.
Taber (2001) dice que se deben considerar distintas estrategias para tratar el rezago
educativo, tales como, la reestructuración de las escuelas, la revisión exhaustiva del
currículo, la capacitación de los docentes y por último el promover habilidades de
pensamiento operaciones fonnales en los alumnos. Alumnos que llegan a la preparatoria no
están acostumbrados a analizar, sintetizar y evaluar conceptos que se consideran de orden
superior o pensamiento operacional fonnal y solo pretenden aprender a base de la
memorización.
El problema que se vislumbra está entonces relacionado con la dificultad que tienen
los alumnos de preparatoria para aprender ciencias naturales además de la poca
comunicación hacia los maestros de los resultados obtenidos en las investigaciones para
que los recursos o sugerencias se haga llegar a la mayor cantidad de docentes interesados.
Se puede tomar como ejemplo los esfuerzos que realiza la Royal Society of Chemistry
organismo que pone especial empeño para que la educación y la ciencia converjan
publicando muchos de los resultados obtenidos en investigaciones, Taber (2001).
17
Existen investigaciones relacionadas con las mejores maneras de enseñar conceptos
científicos pero según Taber (2001), los maestros de ciencias tienen mucho trabajo
preparando sus clases y tratando de estar al día mientras que los investigadores en
educación están también inmersos en sus trabajos y por consiguiente las conclusiones y
sugerencias no le llegan adecuadamente al profesor.
Materias de ciencias naturales como la química, requieren de un tratamiento
especial, ya que los alumnos generalmente traen consigo concepciones alternativas o nulas
que les dificulta el aprendizaje adecuado de temas nuevos, y si a eso le agregamos la
dificultad de comprender un concepto nuevo y hacer operaciones con estos conceptos, se
hará una tarea demasiado complicada que se debe analizar cuidadosamente, Pozo (2004).
Pozo y Gómez Crespo (2004) manifiestan que han realizado investigaciones menos
abundantes pero igualmente válidas que muestran la existencia de fuertes dificultades
conceptuales en el aprendizaje de la química, incluso después de largos e intensos períodos
de instrucción inclusive desde la secundaria.
Algunos alumnos de preparatoria que cursan la materia de química
inorgánica tienen problemas para comprender el término de cantidad de sustancia o mol y
por consiguiente se les dificulta realizar operaciones en las que se involucra este concepto.
Los cálculos estequiométricos además de requerir la total comprensión del concepto,
involucran habilidades matemáticas como las proporciones o más aún, algoritmos de
análisis dimensional entre las cantidades involucradas en una reacción química.
18
Es importante que el alumno comprenda los conceptos de mol y los cálculos
estequiométricos, ya que serán utilizados de nuevo en el segundo curso de química y evitar
así llevar el problema rezagado.
Además de la comprensión total de los conceptos, el alumno de preparatoria debe
tener bien estructuradas sus habilidades matemáticas, debido a que estos temas incluyen las
proporciones, despeje y conversión de unidades. De acuerdo a la experiencia que la autora
tiene con los alumnos de preparatoria, muchos de ellos no llegan con las habilidades
suficientes para facilitar la comprensión de conceptos que en ocasiones son totalmente
nuevos para ellos.
El estudio de la química en la secundaria se basa primordialmente en el estudio de la
materia, sus características o propiedades y algunas transformaciones a partir de su
composición íntima, es decir, a partir de sus átomos y moléculas, además de comprender
algunas de sus características e interacciones en el mundo actual que nos rodea. Se pretende
que el alumno comprenda, interprete y analice el mundo en el que vive. Recurriendo con
algo de imaginación, los alumnos pueden hacer representaciones mentales de los modelos
que rigen los fenómenos del comportamiento de la materia según Pozo y Gómez Crespo
(2004).
En el bachillerato, el tema va un poco más allá de la simple interpretación de las
propiedades de la materia. En este nivel, se profundiza en el estudio de las transformaciones
mismas de la materia.
El motivo por el cual es tan dificil aprender química tiene que ver con la
relación que existe entre las características específicas de la misma disciplina y a la forma
en que los alumnos comprendan y analicen las interacciones que hay en la materia. Para
conseguir el aprendizaje, los alumnos deben apropiarse de los nuevos conocimientos, como
19
el concepto del mol, que en la mayoría de los casos son totalmente abstractos y como ya se
ha comentado, depende de la madurez del alumno para que sea capaz de lograr tal
aprendizaje.
La química maneja un lenguaje simbólico, además de modelos de representación de
conceptos no observables, lo cual dificulta en gran medida la capacidad de aprendizaje de
los alumnos. "Estudiar química en el bachillerato representa la abstracción sobre la
abstracción", (Pozo y Gómez Crespo, 2004, p.152).
Es posible que los alumnos lleguen a aprender algo de química, sin embargo, en la mayoría
de los casos la aprenden con muchísima dificultad y bastante menos que lo que se pretende,
sin embargo, conociendo el origen y el tipo de dificultades a las que se enfrentan, resultará
más probable que un docente logre que sus alumnos obtengan ese aprendizaje.
En la prepa Tec Campus Santa Catarina, no ha habido estudios relacionados con el
proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. El presente estudio se basa en la
necesidad de aumentar la eficiencia terminal de los estudiantes de química para lograr en
ellos una mayor motivación, además de ofrecer estrategias comprobadas al resto de la
planta docente del plantel.
2.2 Marco teórico
Para enmarcar teóricamente la presente investigación, se toman aspectos del desarrollo
cognitivo de los adolescentes, sus inteligencias múltiples, sus concepciones alternativas, así
como las competencias que los profesores deben tener para ser excelentes maestros de
química. Se mencionan también estudios similares al presente para comparar los resultados
de ambos.
2.2.1 Habilidades cognitivas del adolescente
20
Los adolescentes experimentan cambios cognitivos notorios que dependen de
diversos factores. Dichos factores pueden determinarse desde el ámbito biológico, genético
hasta el social. El desarrollo del pensamiento de los adolescentes es determinado también
por las circunstancias sociales, que en el caso que nos ocupa, correspondería a la estancia
del estudiante en la preparatoria.
Almaguer (1999) expresa que el desarrollo y la conducta son procesos complejos
con muchas variantes, aun y cuando se pueden identificar aspectos universales encontrados
en diversas culturas. Los cambios en el desarrollo del pensamiento de las personas pueden
verse influenciados por circunstancias tanto biológicas como ambientales. Generalmente
los cambios mencionados son acumulativos y progresivos al aumentar las integraciones de
la organización y funciones de las personas.
Woolfolk (1996) explica que la conducta humana es producto de la maduración y el
aprendizaje, sin embargo existen ciertas limitaciones de carácter hereditario, así como las
interacciones del medio ambiente, sin tener un consenso acerca de la manera en que se
desarrollan tales habilidades y destrezas a través de dichas experiencias.
2.2.2 Teoría de Piaget y la naturaleza de los procesos cogn,itivos
La teoría de Piaget es la teoría del desarrollo cognitivo más conocida y más
ampliamente comentada. Los adolescentes están motivados a entender el mundo porque es
biológicamente adaptativo y construyen activamente su mundo organizando experiencias,
separando las ideas importantes de las menos importantes, conectándolas entre si.
Los adolescentes utilizan esquemas. Un esquema es un concepto o marco que existe
en la mente del individuo para organizar e interpretar la información. Santrok (2001) hace
referencia a Piaget, que proponía que los adolescentes utilizan procesos para usar y adaptar
sus esquemas por medio de la asimilación y la acomodación. La asimilación tiene lugar
21
cuando el individuo, en este caso el adolescente, incorpora información nueva a un
esquema preexistente, que no se modifica, mientras que la acomodación tiene lugar cuando
el individuo ajusta sus esquemas a la información nueva.
En la teoría de Piaget, la equilibración es el mecanismo que explica cómo los niños
y adolescentes cambian de un estado de pensamiento al siguiente. El cambio tiene lugar
cuando experimentan un conflicto cognitivo o un desequilibrio al intentar entender el
mundo. Al final, el niño o adolescente resuelve el conflicto y alcanza de nuevo el equilibrio
cognitivo.
2.2.3 Estadios de desarrollo cognitivo.
Santrok (2001) habla de la teoría cognitiva de Piaget en la que propuso que el
desarrollo cognitivo de las personas pasa por cuatro estadios o etapas diferentes: sensorio
motor, pre operacional, de las operaciones concretas y de las operaciones formales, todo
esto, dependiente de la edad.
El pensamiento sensorio motor se extiende desde el nacimiento hasta los dos años.
En esta etapa los bebés comprenden su alrededor por medio de las experiencias sensoriales
que llevan a cabo. La visión y la audición juegan un papel fundamental para el desarrollo
de esta etapa.
El estado pre operacional va desde los dos a los siete años, en el cual el niño
empieza a representar el mundo con palabras, imágenes y dibujos. Esta etapa sobrepasa el
establecimiento de conexiones realizadas por la información sensorial que recibe.
El pensamiento operacional concreto, estadio de las operaciones concretas, sucede
desde los siete a los once años, los niños son capaces de realizar operaciones y el
razonamiento lógico y sustituye al pensamiento intuitivo, siempre y cuando se aplique a
• 001069
ejemplos concretos o específicos. Un niño en esta etapa puede realizar operaciones
concretas, operaciones mentales reversibles.
22
El pensamiento operacional formal es la cuarta y última etapa en el desarrollo
cognitivo piagetiano de las personas. Piaget creía que esta etapa emergía entre los once y
los quince años en donde los adolescentes abren nuevos horizontes cognitivos y sociales. Es
más abstracto que el pensamiento operacional concreto. Pueden hacer conjeturas sobre
situaciones imaginarias. El carácter abstracto del pensamiento del adolescente se pone de
manifiesto en su capacidad de resolución de problemas.
Otro indicador del carácter abstracto del pensamiento del adolescente es la
creciente tendencia a pensar sobre el pensamiento en sí mismo, llamada metacognición. Los
adolescentes empiezan a pensar como lo hacen los científicos, elaborando planes para
resolver problemas y poniendo a prueba sistemáticamente posibles soluciones. Esto se
llama razonamiento hipotético-deductivo, es el término que usaba Piaget para referirse a la
posibilidad que tienen los adolescentes, en la etapa de las operaciones formales, para
formular hipótesis o soluciones tentativas a los problemas.
No todos los adolescentes dominan el pensamiento operacional formal. Algunos
expertos consideran que el pensamiento operacional formal consta de dos sub-períodos:
temprano y tardío. En el temprano la capacidad incrementada de los adolescentes de pensar
sobre situaciones posibles, produce un amplio abanico de pensamientos con ilimitadas
posibilidades. En este período hay un exceso de asimilación, de modo que el mundo se
percibe como una forma demasiado subjetiva e idealista. El pensamiento operacional tardío
implica una recuperación del equilibrio intelectual. Con este nuevo planteamiento, Santrok
(2001) comenta que Piaget revisó su propuesta y concluyó que el pensamiento operacional
no se domina completamente hasta más tarde entre los quince y los veinte años.
Investigaciones sobre el pensamiento operacional revelaron que sólo
aproximadamente uno de cada tres estudiantes entre trece y catorce años, piensa a nivel
formal. Existen mas posibilidades de que un adolescente utilice el pensamiento formal en
aquellas áreas donde tiene más experiencia y donde ha acumulado más pensamientos,
Santrok (2001).
2.2.4 Inteligencias múltiples
23
Las capacidades universales de la especie humana son las tomadas en cuenta por
Gardner (1995) para definir su teoría de inteligencias múltiples. La tendencia biológica, así
como el entorno cultural son lo que marca la pauta para determinar la inteligencia o
capacidad de resolver problemas específicos de un individuo.
Según Gardner (1995), las inteligencias se dividen en siete principales las cuales
generalmente trabajan en conjunto en una persona normal, sin embargo, ciertas
inteligencias se desarrollan más que otras y esto es lo que diferencia un individuo de otro.
Las siete inteligencias son: musical, cinético- corporal, lógico matemática,
lingüística, espacial, interpersonal e intrapersonal. Cada una de ellas denota características
específicas que los individuos demuestran poseer, unas con mayor fuerza que otras. En
trabajos posteriores Gardner integra una octava inteligencia que denominó naturista.
La inteligencia lógico matemática está relacionada con el pensamiento científico. Se
determina por sus capacidades intelectuales de deducción y observación. El proceso de
resolución de problemas es extremadamente rápido, se manejan simultáneamente muchas
variables y se pueden crear diversas hipótesis relacionadas al problema en particular.
"Existen muchos sabios idiotas, que realizan grandes proezas de cálculo, aunque
sean profundamente deficientes en la mayoría de las otras áreas", (Gardner, 1995, p.38).
24
Con lo anterior se puede inferir que algunos alumnos de preparatoria bien pueden
tener la habilidad de resolver problemas abstractos como los estequiométricos, mientras que
a otros, se les dificulta en exceso y no logran comprender los mecanismos para llegar a la
solución del problema.
2.2.5 Procesos metacognitivos
La metacognición es el proceso de pensar acerca del pensar. El conocimiento propio
acerca de los procesos cognitivos que se llevan a cabo para lograr un aprendizaje es
también una manera de describir la metacognición. Garza (2002) puntualiza que la
metacognición es la habilidad para: 1) planear una estrategia, 2) producir la información
que sea necesaria, 3) estar conscientes de sus propios pasos y estrategias durante la
resolución de problemas y 4) reflejar y evaluar la productividad de su propio pensamiento.
Si el docente logra hacer que los alumnos identifiquen los pasos o estrategias
necesarias para resolver un problema con éxito, con la práctica, los alumnos tendrán un
mejor desempeño al extrapolar tales problemas, o bien, cuando los contextualizan.
En química, y en especial en la resolución de problemas de estequiometría, si el
alumno sabe exactamente los pasos que debe seguir para realizar los cálculos necesarios,
obtendrá un resultado correcto. Si solamente el alumno utiliza un método memorístico y no
metacognitivo, es probable que ni siquiera se de cuenta de algún error que arrastre en el
desarrollo del problema.
Algunas de las estrategias que se recomiendan para que el alumno lleve a cabo el
proceso de metacognición incluyen la planeación, la selección de estrategias, el auto
monitoreo, el auto cuestionamiento, la autoevaluación y la predicción de respuestas,
conjeturas o hipótesis, (García, 2002).
2.2.6 Concepciones alternativas y cambio conceptual
25
A través de los años el conocimiento y predicción del comportamiento de la materia
ha sido uno de los principales objetivos de los científicos. Un aspecto importante de la
química es la estequiometría, que es la relación entre las cantidades de las sustancias
químicas debido a las interacciones de la materia.
Es importante realizar una indagación teórica y compararla con una indagación
práctica para darse cuenta del nivel de conceptualización que tienen los alumnos y así poder
hacer sugerencias de actividades previas a realizar, actividades en clase, así como
actividades contextuales, para estar seguros que los alumnos eliminen las concepciones
alternativas y se acerquen mas a la realidad de la ciencia que es la teoría científica o
conceptualización científica (Pozo y Gómez Crespo, 2004).
2.2.6.1 Las concepciones alternativas y su importancia en la clase de ciencias.
Empecemos por entender de dónde provienen las concepciones alternativas, de
acuerdo a Pozo y Gómez Crespo (2004), son conocimientos previos bien arraigados y
opuestos al conocimiento científico, cuyo principal problema es de origen actitudinal,
procedimental y conceptual. Desde muy temprana edad los humanos están entregados a la
curiosidad, de la necesidad de aprender del mundo y esto no requiere de una instrucción
formal o cultural como mencionan Pozo y Gómez Crespo (2004), simplemente se extraen
los conocimientos del mundo a lo que Pozo denomina "Teoría de dominio", la cual está
fuertemente influenciada por la espontaneidad, la cultura y lo escolar.
Lin, Lee, y Treagust, (2005) realizaron investigaciones relacionadas a las
expectativas que los docentes se hacen comparadas con el rendimiento efectivo de los
alumnos de química al estudiar estequiometría. Ellos demostraron que los alumnos de
bachillerato confunden el término de mol, muchas veces lo confunden con la masa
molecular de la sustancia que están tratando, por lo que se deben atacar tales concepciones
erróneas y lograr llevarlos a su zona de desarrollo próximo, en la cual sus estructuras
mentales se reacomodarán y harán propio el nuevo conocimiento adquirido.
Sin un buen conocimiento previo o teoría del dominio, al estudiante le resultará
dificil interiorizar y hacer propios los nuevos conceptos, especialmente si éstos son
expuestos bajo la teoría científica, por ejemplo, si el alumno no domina el concepto de
número de avogadro, que es el que relaciona el mol con el número de partículas de una
sustancia, dificilmente podrá hacer una extrapolación desde lo micro, hasta lo macro y así
entender la importancia y relevancia de la unidad de cantidad de sustancia o mol.
Es importante entonces estar al pendiente de las concepciones alternativas en
relación al tema de la química con las que llegan los alumnos, para así poder detectarlas y
abordarlas a tiempo.
2.2. 7 Competencias del profesorado
26
El profesor debe ser estratégico y pensar en forma estratégica. Se sabe que el
profesor actual debe estar perfectamente capacitado para cumplir con los modelos
educativos actuales. Uno de los aspectos que considero importante sobretodo para maestros
de ciencias es la estrategia con la que enfrenta una enseñanza en particular. Si el docente
tiene una clara visión de su práctica, entonces dicha visión hará que el profesor "haga". La
visión es lo que nos hace hacer, Reyes (1999). El profesor debe hacer, construir y elaborar
tanto materiales didácticos como la forma de enseñar determinado tema.
Existen 3 niveles de acción que el docente debe considerar: sobre los eventos, sobre
los procesos y sobre las estructuras. Un maestro debe tomar decisiones basado en el
desempeño de sus alumnos, como por ejemplo, las calificaciones que obtienen en una
evaluación, esto sería el evento. En cuanto a los procesos, el docente debe tomar decisiones
basado en alguna estrategia específica del proceso de enseñanza para hacer que aflore el
aprendizaje del alumno. En el nivel de estructura, se debe exigir al profesor ampliar su
espectro de aprendizaje para hacer caber el aspecto cultural, (Reyes, 1999).
2.2. 7.1 Conocimiento Pedagógico del Contenido
27
Según Talanquer (2004), no hay muchos resultados confiables de estudios que
permitan identificar las variables que determina a un buen docente, poco se habla de una u
otra característica que tenga que ver en la eficacia de la actividad docente. Hay una
distinción entre el conocimiento de la disciplina y el conocimiento pedagógico. En las
carreras se obtiene el conocimiento meramente disciplinario mientras que en los programas
de capacitación docente se obtiene la preparación pedagógica. Ambas áreas son muy
importantes para que un docente sea bueno.
Existe información hoy en día acerca de las ideas previas, teorías intuitivas,
dificultades conceptuales de los alumnos en una gran variedad de áreas de la ciencia y ya se
tiene mas clara esa influencia en el aprendizaje. Dependiendo de los conocimientos del
docente y los variados métodos de enseñanza, se tendrá éxito y este parece depender de la
habilidad para transformar el conocimiento disciplinario en aprendizajes significativos para
el estudiante, Talanquer (2004).
Un docente debe dominar la materia, pero con el propósito en mente de ser capaz
de enseñarla. El docente experimentado y consciente del impacto que debe tener sobre los
alumnos, debe transformar pedagógicamente el contenido que enseña en actividades de
aprendizaje significativas para el estudiante. Esto se conoce como "Conocimiento
pedagógico del contenido" CPC.
El CPC no es un tipo especial de conocimiento sino el resultado de la aplicación del
conocimiento didáctico y pedagógico de carácter general a la enseñanza de una disciplina
28
en particular, además, los cursos deben ser integradores y promover el análisis, la discusión
y la reflexión del contenido científico desde la perspectiva didáctica y pedagógica.
Los buenos docentes en una cierta área poseen un tipo de conocimiento que los
distingue es digna de reflexión. Si ese tipo de conocimiento tiene una clara influencia en la
eficacia del docente en el aula, resulta interesante tratar de identificar de qué manera el
CPC determina la forma de pensar del docente, las decisiones que toma y las acciones que
emprende en el salón de clases.
2.2. 7.2 Conocimiento Pedagógico de la química.
Un buen docente de química debe tener una amalgama de habilidades entre el
conocimiento disciplinario, didáctica y pedagogía. Es el resultado de "pensar en química"
con el propósito de motivar, sorprender, despertar la curiosidad, generar interés y dar
sentido.
La habilidad debe ir más allá de la preparación profesional. Un docente con un alto
grado de conocimiento pedagógico del contenido o CPC, analiza el contenido a enseñar, le
da perspectiva, sus intereses y motivaciones lo llevan a reflexionar e identificar grandes
ideas y conceptos integradores. Esto lo llevará a diseñar experiencias que desarrollen la
habilidad de los estudiantes y crear condiciones que faciliten la identificación y
comprensión del material. Lo mencionado anteriormente se logra a base de muchos años de
expenencia.
Un gran número de alumnos de la Prepa Tec, cuestionan la utilidad del
conocimiento de la química en su vida diaria, si ellos no se van a dedicar al estudio de una
carrera relacionada con la química. Se les hace referencia a que la química se encuentra en
todos los aspectos de su vida, desde el funcionamiento de su cuerpo, hasta el
comportamiento de todo lo que les rodea, ya que todo está hecho de materia que es
precisamente lo que la química trata de explicar.
29
Los buenos docentes de química deben usar analogías, metáforas, representaciones,
actividades, experiencias, preguntas y problemas que son apropiadas para los diversos tipos
de estudiantes y que promuevan el aprendizaje significativo. Un docente con más CPC,
reconocerá las dificultades conceptuales inherentes de la manera de pensar de los alumnos
y a la naturaleza de la disciplina, y podrá enfrentarlas de una manera más global y hasta
predecir dificultades similares por anticipado.
En química, las estrategias de razonamiento deben servir para que los alumnos
entiendan modelos abstractos, lenguaje y formas de representación simbólica especiales.
Basta analizar con cuidado algunas de las decisiones que toma un docente de química cada
día para reconocer la naturaleza y complejidad del CPC que su trabajo demanda.
2.2.8 Trabajos relacionadas con la investigación
Existe una gran cantidad de estudios relacionados con la presente investigación. A
continuación se presentan los considerados más relevantes y dignos de comparación con
este trabajo.
2.2.8.1 Keith Taber.
Taber (2001) habla en su investigación, primero acerca de la manera de construir
conceptos químicos en el salón de clase y segundo, de la sugerencia de utilizar este tipo de
investigaciones para informar a los docentes de las mejores estrategias para que los
alumnos tengan éxito.
Y a existen muchas investigaciones acerca de las concepciones alternativas que los
alumnos tienen de los conceptos químicos. Se han detectado estas concepciones alternativas
debido a las diferentes versiones que cada maestro presenta en el salón de clase, además de
30
las que los alumnos acarrean por cuestiones sociales, culturales o de la vida diaria. Las
concepciones alternativas pueden persistir aun después de la instrucción del tema e incluso
se forman durante las lecciones y que pueden permanecer tenaces y estables por largos
períodos de tiempo Taber (2001). Las ideas previas de los alumnos en ocasiones pueden ser
piezas aisladas del conocimiento y éstas no representan un problema grave para ser
corregidas por el maestro. Sin embargo existen otras mucho más importantes, que merecen
atención especial, que tienen que ver con la lógica que aplican los alumnos y que dependen
del contexto, consistencia o complejidad.
Es importante considerar los estudios que se han realizado en base a la manera en
que el cerebro procesa la nueva información para que los resultados sean tomados en cuenta
en el desarrollo de los programas de investigación. Taber (2001) habla de los estudios que
se han realizado, no solo de las concepciones alternativas que posee el alumno, sino
también, en cómo ocurre el desarrollo conceptual.
Los resultados obtenidos en las investigaciones acerca de concepciones alternativas
pueden ser un recurso muy útil para los docentes. El saber cuales son las posibles ideas
previas que trae el alumno, así como las estrategias específicas para tratar dicho problema,
es sin duda una herramienta muy valiosa para los profesores a que puedan anticipar barreras
en el aprendizaje de los temas a enseñar.
El aspecto más importante que la autora toma de la investigación de Taber (2001) es
que, contando con muchos estudios y recomendaciones para el tratamiento de las
concepciones alternativas, tales resultados no llegan al grueso del profesorado. Si un
profesor está consciente de las posibles ideas previas o concepciones alternativas de sus
alumnos, puede establecer estrategias para tratarlas, sin embargo, no existe una línea en el
programa del curso que lo especifique como algo que tenga que ser tomado en cuenta al
inicio de la instrucción de cada tema. Llevar los resultados de las investigaciones a la
práctica no es un proceso que se lleve a cabo rutinariamente.
31
En Londres, se están realizando esfuerzos para que los resultados de investigaciones
educativas lleguen a toda la comunidad educativa. La Royal Society of Chemistry lleva a
cabo un proyecto para reducir esa brecha y promueve que los materiales y estrategias
diseñadas para el tratamiento de las concepciones alternativas en la química se compartan
entre los maestros de la comunidad.
Es obvio que la existencia de una base de datos con materiales educativos al alcance
de todos no es la panacea ni asegura el éxito de la totalidad de los alumnos, pero es un
punto de partida para que más docentes tengan a su disposición herramientas ya probadas.
Tomando este modelo, la autora pretende proponer que, al finalizar esta
investigación, los resultados, los materiales y las estrategias puedan ser compartidos por el
mayor número de docentes posible.
2.2.8.2 Scmidt y Jingnéus.
Hans-Jürgen Scmidt y Celcilia Jignéus realizaron una interesante investigación en el
año 2003. A alumnos de química, se les pidió que resolvieran problemas estequiométricos
de diferentes grados de dificultad, y se analizó el proceso que llevaron a cabo para resolver
cada problema. Notaron que en problemas sencillos, los alumnos podían resolver el
problema utilizando razonamiento lógico, mientras que en problemas más complicados, se
requería del cálculo matemático.
Tomando en cuenta que los cálculos estequiométricos son los temas menos
atractivos y más dificiles en el área de la química, han notado que el desempeño en
problemas relacionados con el mol son menores que el promedio del desempeño de la
materia.
32
Scmidt y Jignéus (2003), realizaron la investigación tomando alumnos de último
año de preparatoria, que contaban ya con conocimientos de estequiometría, aplicándoles
una serie de problemas a resolver. Notaron que en problemas sencillos, los alumnos
utilizaban razonamientos lógicos, o bien inventaban su propia estrategia para resolver el
problema, sin saber siquiera que lo que hacía era calcular la cantidad de sustancia, mientras
que en problemas más complicados, recurrían a los algoritmos matemáticos. Los
investigadores realizaron entrevistas personales y mediante un proceso metacognitivo, los
alumnos explicaron paso a paso la secuencia en la resolución de cada problema. Algunos
alumnos fueron exitosos en sus resultados mientras que otros no lo fueron, además que
pocos fueron capaces de explicar conceptualmente lo que estaban llevando a cabo.
Lo más significativo de la investigación de Scmidt y Jignéus (2003) es que
comentan que no existe una "única" estrategia de enseñanza para el maestro. Debido a la
individualidad de cada maestro, quizás su estrategia utilizada no sea la adecuada para
algunos alumnos, por lo que es interesante que el maestro detecte cuál seria la mejor
estrategia a utilizar en ese momento.
2.2.8.3 Azcona,Furió, Intxausti e !rizar.
Azcona, R., Furió, C., Intxausti, S. e Irizar, M. (2005), realizaron una investigación
en el aula acerca de los procesos de enseñanza-aprendizaje de los conceptos de cantidad de
sustancia o mol. Los investigadores tenían ya un antecedente en relación a las dificultades
que presentan los alumnos para comprender el término mol, lo cual probablemente es el
concepto de mayor importancia para los estudiantes de química en el bachillerato, debido a
que es requisito para poder resolver correctamente problemas de estequiometría. Tomando
en cuenta los componentes conceptuales, epistemológicos y axiológicos del aprendizaje,
proponen el desarrollo de programas de actividades para superar tales dificultades.
33
Azcona, et. al (2005) tomaron 8 grupos experimentales de estudiantes de
bachillerato entre los 16 y 17 años, además de otros 6 grupos control. Se comparó el
aprendizaje significativo de la magnitud de "cantidad de sustancia" logrado por los
estudiantes a los que se les enseñó con los programas mejorados, con respecto a los grupos
control cuyos métodos de enseñanza fueron los tradicionales.
Se obtuvo como resultado que los grupos debidamente orientados en el contexto,
son capaces de utilizar con comprensión conceptos de alto nivel de dificultad, resolver
satisfactoriamente ejercicios estequiométricos, al contrario de lo que ocurre con la mayoría
de los estudiantes del grupo control.
Precisamente resultados como los mencionados en este apartado son los que la
autora demuestra en la presente investigación.
2.2.8.4 Lin Huann-Shyang, Lee Sung Tao y David Treagust.
Los investigadores Lin, Lee y Treagust (2005) realizaron un estudio relacionado con
las estimaciones que los maestros de ciencias tienen en relación con el desempeño
académico de alumnos al realizar cálculos estequiométricos comparado con el desempeño
real que demuestran los estudiantes. Por medio de evaluaciones estandarizadas hacia los
alumnos, se dieron cuenta que ellos no tienen bien establecido el concepto de mol o
cantidades químicas, antes de pedirles que realicen cálculos estequiométricos. Tomando en
consideración los bajos resultados de alumnos en pruebas conceptuales, Lin, Lee y Treagust
(2005) recomiendan a los maestros de química que propongan un tipo de instrucción en la
que cualitativamente aseguren la adquisición del conocimiento relacionado con la
estequiometría. Si esto no se lleva a cabo habrá la posibilidad de que los alumnos realicen
solamente manipulaciones matemáticas sin razonamiento, por lo que es muy probable que
fracasen en la obtención de la respuesta correcta. Los alumnos estudiados obtuvieron un
promedio de 6.33 puntos de 36 posibles en la prueba.
34
Como aquí se puede detectar, las estrategias de enseñanza son una recomendación
clave para elevar la eficiencia en el aprendizaje de la química. Los alumnos que no
dominen y apliquen el entendimiento conceptual básico, dificilmente podrán aplicar los
conceptos químicos al resolver problemas de la vida diaria y por ende, no se obtendrán los
aprendizajes significativos que se esperan.
Los maestros que participaron en el estudio creen que, el preparar a los alumnos
para el siguiente nivel del curso es una de las metas más importantes de su enseñanza, por
lo que se avocan en la transmisión directa de los conceptos y limitan a los estudiantes a
discutir o presentar sus propias ideas. El análisis regresivo llevado a cabo en el estudio de
Lin, Lee y Treagust (2005), revelaron que si al alumno se le permite discutir, explicar y
presentar sus ideas, su entendimiento conceptual será mejor y por consiguiente su
aprendizaje será significativo. Este resultado apoya la idea de que el maestro proponga
estrategias de enseñanza-aprendizaje, en la que se promueva la interacción alumno-alumno
o alumno-maestro. Los alumnos necesitan más tiempo y oportunidad para construir su
propio entendimiento. Tomando lo anterior en consideración, los maestros deben evitar el
explicar conceptos dificiles de manera acelerada para cubrir los temas del programa,
aunque lo consideren necesario e importante, y dar cabida a la participación, discusión y
reflexión por parte de los alumnos.
La sobre estimación que tienen los maestros acerca del aprendizaje de sus alumnos
reveló la carencia que se tiene de las dificultades que presentan los alumnos al aprender en
las materias de ciencias.
35
La investigación realizada por Lin, Lee y Treagust (2005), da una perspectiva de los
factores que influyen en el desempeño de los alumnos que estudian química, en especial la
estequiometría, para que no sean pasados por alto cuando se diseñan estrategias
instruccionales. Es lógico pensar que un maestro, pensará o estimará que todos los alumnos
tienen la misma capacidad y que, si se les ha proporcionado la información necesaria,
tendrán que obtener buenos resultados, siendo esto erróneo en la mayoría de los casos.
2.2.9 Argumentación
Se ha establecido que los adolescentes se desarrollan cognitivamente de manera
diferente. Las personas tienen habilidades muy variadas, y en especial, los tipos de
inteligencias que demuestran, pueden ayudar o no en el aprendizaje de un tipo específico
de conocimiento como es la química. El alumno, bien guiado, puede llegar a su zona de
desarrollo próximo y ser más exitoso en su vida estudiantil.
Las concepciones alternativas relacionadas con la química y particularmente con la
cantidad de sustancia, son importantes para detectar las fallas que los alumnos arrastran
durante su aprendizaje. El manejo del cambio conceptual por parte del maestro resultará en
una mejor contextualización del concepto y por ende un mayor éxito en su desempeño
académico. La metacognición en la realización de cálculos estequiométricos puede inducir
a los alumnos a que realicen este tipo de análisis en otras materias como las matemáticas.
Las estrategias de enseñanza que utilizan los maestros puede significar la gran
diferencia para obtener mejores resultados cuando sus alumnos realizan cálculos
estequiométricos en química. Un buen docente debe diseñar materiales didácticos que den
mejores resultados y hayan sido probados. De la misma manera, es responsabilidad de un
buen docente el compartir sus estrategias y materiales para el beneficio no solo de sus
alumnos, sino de la comunidad educativa en general.
36
Por todo lo anterior, se piensa que la presente investigación es viable, está
sustentada y puede contribuir de manera significativa para que los alumnos de preparatoria
comprendan el concepto de cantidad de sustancia y sepan aplicarlo en problemas de
estequiometría con un buen nivel de desempeño y de esta forma, globalmente, disminuir los
índices de reprobación de las materias de química.
CAPÍTUL03
Metodología
En la sección que se presenta a continuación, se fundamenta el diseño de la
investigación, además de establecer el universo, tamaño de muestra, instrumentos utilizados
para hacer el estudio y la manera en que se analizarán los resultados.
3.1 Diseño de la investigación
La esencia del término experimento requiere una manipulación intencional de una
acción para analizar los posibles efectos que se tendrán en sus resultados (Hernández,
Fernández-Collado, y Baptista, 2006). Los experimentos manipulan tratamientos,
estímulos, influencias o intervenciones para observar sus efectos sobre otras variables en
una situación de control.
El primer requisito de una investigación experimental es la posible manipulación
de la variable independiente para observar efectos en la variable dependiente. En el estudio
que se presenta, como ya se ha determinado, se manipuló el método de enseñanza en los
cálculos estequiométricos para analizar el grado de acierto de los estudiantes. Se toma
como grupo control a la muestra integrada por alumnos que aprenden los cálculos por
medio del análisis dimensional, considerado el método tradicional, y el grupo experimental
lo formó la muestra a la que se le instruye por el método sugerido o a prueba al que se le
llamará la ventana mágica.
37
La manipulación del método de enseñanza fue de dos grados, presencia-ausencia de la
variable independiente. Se determinó un grupo control que tuvo la ausencia del método
sugerido, mientras que otro grupo, considerado el grupo experimental, tuvo la presencia del
mismo y se midió la diferencia del efecto de dicho cambio.
El segundo requisito consiste en poder medir el efecto que la variable
independiente tiene sobre la variable dependiente. En el caso que nos ocupa, mediante
pruebas específicas, se midió el grado de acierto que los estudiantes tienen con la
utilización de los dos métodos de enseñanza, cumpliendo con el segundo requisito de una
investigación experimental.
Como tercer requisito se plantea la necesidad de tener un grupo control para poder
determinar de manera puntual si solo la variable que se manipula es la que está causando el
efecto en la otra y no sea influenciada por otras variables extrañas. Para la investigación
que se realizó, se cuidó de manera especial que todas las demás variables fuesen
controladas para que solo una, el método de enseñanza, surtiera un efecto medible en el
éxito de los estudiantes al realizar los cálculos estequiométricos.
Hay muchos factores que posiblemente confundan y se pueda determinar si la presencia
de una variable independiente surta un verdadero efecto. Según Hemández et. al.
(2006),algunos ejemplos de aspectos que influyen en las fuentes de invalidez interna son; la
historia, maduración, inestabilidad, administración de pruebas, instrumentación, regresión
estadística, selección de muestra, mortalidad experimental, interacción entre selección y
maduración, difusión de tratamientos experimentales y actuaciones anormales del grupo
control. Se ha tenido cuidado en eliminar la mayoría de estas fuentes de invalidación
38
interna para que la investigación que se presenta sea válida, por ejemplo, no hubo
mortalidad experimental, los tratamientos experimentales fueron llevados a cabo por la
misma persona, los grupos tanto control como experimental son del mismo semestre, de la
misma preparatoria y con el mismo antecedente curricular. Debido a que la población de
estudio está conformada por alumnos adolescentes de preparatoria, se tomó en cuenta que
las actitudes, expectativas y prejuicios, no alteren su comportamiento durante el estudio.
Las pruebas se llevaron a cabo en el mismo período de tiempo, por lo que el estrés debido a
situaciones como exámenes o tiempos de entrega de trabajo, etc., era el mismo en todos los
alumnos.
Los grupos que se estudiaron son similares en sus características, semestre, edad,
capacidad, y maestro evaluador, para que solamente se manipule el método de enseñanza y
observar los cambios en el efecto que tiene en el grado de acierto. Los datos recolectados
del estudio son datos medibles, los cuales se analizaron comparando los porcentajes de
acierto en cada uno de los casos. Los alumnos considerados para la muestra no fueron
tomados al azar, sino que fueron seleccionados dada la disponibilidad de horario de la
autora para realizar la investigación.
Por lo justificado en los párrafos anteriores se determinó que la investigación realizada
fue una investigación de tipo cuasi- experimental cuantitativa.
3.2 Contexto sociodemográfico
La investigación educativa que se propone dentro de esta tesis se llevó a cabo en la
Prepa Tec campus Santa Catarina, que está ubicada en la ciudad de Monterrey, Nuevo
39
León, capital industrial de México. La Prepa Tec Campus Santa Catarina es una institución
privada, líder en Latinoamérica y una de las más prestigiadas en su ramo.
La institución mencionada cuenta con infraestructura de primer mundo, además de
tener todos los recursos tecnológicos para que el proceso enseñanza- aprendizaje se de de
la mejor manera y la totalidad de los alumnos tienen una computadora e intemet a su
disposición durante toda su estancia en la preparatoria la cual les facilita la búsqueda de
información y los hace tecnológicamente alfabetizados. El modelo educativo de la Prepa
Tec Campus Santa Catarina es de vanguardia, en el cual el aprendizaje está centrado en el
alumno y promueve el aprendizaje colaborativo.
Los profesores de la Prepa Tec Campus Santa Catarina están en continua
capacitación, ya sea de la especialidad de la materia que imparten, de los modelos
educativos más modernos, del uso de la tecnología de vanguardia, así como en programas
de ética y valores. Los maestros que imparten las materias de ciencias son profesionistas de
ambos géneros, algunos con maestrías tanto en educación como en su especialidad de
conocimiento. Las profesiones de los maestros de ciencias de la Prepa Tec Campus Santa
Catarina varían desde los ingenieros, médicos, licenciados en ciencias químicas,
licenciados en ciencias fisicas y biólogos. Todos los maestros de ciencias de la Prepa Tec
Campus Santa Catarina están certificados en el programa de habilidades docentes, métodos
didácticos como aprendizaje colaborativo o el aprendizaje basado en problemas, así como
en el diplomado de ASESORE que es un curso dedicado a la sensibilización del trato con
los adolescentes.
Los directores de departamento de la Prepa Tec Campus Santa Catarina están en
constante comunicación para que la práctica de sus docentes sea la más eficaz. Los
directores mantienen una evaluación permanente del desempeño tanto de los alumnos como
de los profesores y de acuerdo a una visión de calidad total de la institución, es como se
marcan los estándares de la Misión del sistema ITESM.
40
Los estudiantes con los que cuenta la institución son de nivel preparatoria,
adolescentes de edades entre los 15 y los 18 años, de ambos géneros, de nivel
socioeconómico alto y medio-alto, hijos de familias pudientes de la localidad y de otras
regiones de la república, además de un grupo reducido de alumnos con beca cuyo nivel
socioeconómico es medio bajo, pero por su capacidades intelectuales, han ganado la
oportunidad de realizar sus estudios en esta institución. Un gran número de alumnos de la
Prepa Tec Campus Santa Catarina tienen la posibilidad de viajar al extranjero para realizar
algunas de sus materias en otros países, pudiendo contrastar las diferentes culturas del
mundo.
3.3 Población y muestra
En este apartado se establece el universo o población a considerar, así como la
selección de muestra con la que se llevó a cabo la investigación.
3.3.1 Universo
En las preparatorias del Tecnológico de Monterrey, el curso de Ciencias de la Tierra
11 o química orgánica es llevado en el tercer semestre. A este nivel, los alumnos ya han
aprendido habilidades matemáticas de razones y proporciones, también han manejado el
análisis dimensional, pero en muchas ocasiones, este procedimiento se les dificulta por
requerir procesos cognitivos de orden superior.
Los alumnos de tercer semestre de preparatoria ya han cursaron la materia de
Ciencias de la Tierra I equivalente a química inorgánica en la cual se les enseñó a realizar
cálculos estequiométricos. En el tercer semestre, la materia de Ciencias de la Tierra 11,
inicia con el estudio de gases, en el que también se les ha requerido la realización de
cálculos estequiométricos por el método tradicional de análisis dimensional, por lo que la
totalidad de los alumnos cuentan con conocimientos previos al respecto.
41
El universo que se está considerando para el presente estudio toma en cuenta a todos
los alumnos de la Prepa tec Campus Santa Catarina que cursan la materia de Ciencias de la
Tierra II , que maneja el contenido de química orgánica y sus cálculos estequiométricos. La
cantidad de alumnos registrados a la fecha son 550, dato proporcionado por el director del
departamento de ciencias, y estos son los que determinan el universo del estudio.
3.3.2 Selección de muestra
De un universo de 550 alumnos de tercer semestre en la Prepa Tec Campus Santa
Catarina, se calculó la muestra necesaria por medio del paquete Stats®, obteniendo un
tamaño de la muestra aleatoria simple de 226 alumnos, con un nivel de confianza del 95% y
un error del 5%. Debido al tamaño de los grupos de alumnos sujetos a la presente
investigación, el estudio se realizó con 207 alumnos y utilizando el mismo paquete
estadístico Stats®, se obtiene un nivel de confianza del 94.62% que se considera igual de
aceptable que en el caso inicialmente sugerido.
Los alumnos de la preparatoria que llevan la materia de Ciencias de la Tierra II se
dividen en grupos heterogéneos, de ambos géneros, con capacidades intelectuales que
varían, desde alumnos muy destacados, con habilidades cognitivas de orden superior,
alumnos promedio hasta alumnos con algo de dificultad para comprender conceptos
abstractos. Para la presente investigación se tomaron en cuenta 4 grupos control de 28, 30,
30 y 31 alumnos respectivamente, así como 3 grupos experimentales de 29, 29 y 30
alumnos, dando el total de 207 alumnos.
42
El muestreo de los 207 alumnos será dirigido, o no probabilístico y se determinará
por la disponibilidad de horario del grupo y de la autora del presente trabajo, debido a que
será la que haga la explicación utilizando uno u otro método y así se controlan todas las
variables externas para que el resultado se vea solo influenciado por el cambio en la técnica
de enseñanza. Los grupos utilizados para la presente investigación son grupos intactos que
surgieron desde el inicio del semestre, inscritos en la materia de Ciencias de la Tierra II y
que, por razones de horario y disponibilidad, han sido seleccionados como muestra. Para
evitar partir los grupos, se consideró que cuatro de ellos fueran grupos control y los tres
restantes fueran grupos experimentales.
Se considera que cada grupo contiene sujetos con características similares y que no
importará cuál grupo se toma en cuenta para la realización del estudio, siempre y cuando
todos los demás factores se mantengan sin cambio.
Se tomarán 7 grupos de alumnos, 3 de los cuales serán considerados como el grupo
experimental, que constará de 88 alumnos, mientras que los otros 4 grupos con 119
alumnos, fungirán como el grupo control. A los grupos experimental se les enseñó a
realizar cálculos estequiométricos con el modelo sugerido, mientras que al grupo control se
le enseñó con el método de análisis dimensional.
3.4 Instrumentos
Tomando en cuenta que la variable dependiente a medir es el grado de acierto en
problemas estequiométricos, el instrumento diseñado por la autora, contiene una serie de
preguntas relacionadas con los conceptos estequiométricos para evaluar los conocimientos
previos así como las concepciones alternativas de los alumnos, un ejemplo de una reacción
química en la cual se pide realizar un cálculo estequiométrico basado en moles y otro
cálculo estequiométrico basado en gramos (véase el Anexo 1).
43
El instrumento mostrado en el Anexo 1 se presentó inicialmente como prueba piloto
a una muestra pequeña de cinco alumnos y se observó el instrumento era válido y se pudo
utilizar como el instrumento válido a utilizar en la investigación.
Los conocimientos previos que arrojó el cuestionario no serán parte de los
resultados a considerar en esta investigación, sin embargo valdrá la pena mencionar algunas
de las respuestas más relevantes para que puedan ser utilizadas en futuras investigaciones.
La reacción química considerada en los instrumentos es la de la producción de
amoníaco, debido a que las sustancias involucradas son bien conocidas por los alumnos y
las proporciones estequiométricas permiten que el problema tenga un grado de dificultad
medio.
Las respuestas al primer cuestionario que aparece en el Anexo 1, nos dan una idea
del grado de conocimiento que tienen los alumnos en relación a los conceptos necesarios
para la comprensión de la estequiometría. Si los conceptos no están bien entendidos,
entonces los cálculos estequiométricos tampoco podrán ser bien establecidos.
Se consideró que antes de pedirles a los alumnos que resolvieran los dos problemas,
pusieran especial atención en las preguntas 5, 6 y 7 del Anexo 1 para que de alguna manera
recordaran los conceptos que se deben utilizar para la resolución de problemas
estequiométricos.
La reacción de la producción de amoníaco se seleccionó, ya que en la materia de
Ciencias de la Tierra II se estudió el proceso industrial para su fabricación, haciendo
reaccionar bajo presiones muy altas al nitrógeno N2 y al hidrógeno H2. Dichos compuestos
son ya conocidos para los alumnos que cursan Ciencias de la Tierra 11.
Si se observa, en la reacción química, los coeficientes de N2, H2 y NH3 son
diferentes, por lo que el problema requerirá de la manipulación correcta de los datos y
44
evitar obtener una respuesta correcta considerando cantidades erróneas solo por el hecho de
que los coeficientes fueran iguales.
3.5 Procedimiento de investigación
El instrumento fue aplicado en tres fases. La primera fase consistió en aplicar el
cuestionario a toda la muestra, con la inteligencia de que en el semestre anterior
aprendieron a realizar cálculos estequiométricos y que, al momento de la aplicación del
instrumento, hacía 2 meses que tuvieron que recordar el procedimiento en el estudio del
comportamiento de los gases.
3.5.JPrimerafase
La primera fase contiene el cuestionario de conocimientos previos así como los dos
problemas estequiométricos, cálculo de mol a mol y de gramo a gramo (véase el Anexo 1 ).
A los 7 grupos muestra se les aplicó el pre test para observar, por un lado, si el aprendizaje
del concepto mol fue significativo, si los alumnos recuerdan los conceptos básicos para la
realización de los cálculos y por otro lado, medir el grado de acierto inicial de los dos
problemas estequiométricos.
De acuerdo con los resultados de cada grupo de estudio, se tiene una base para
comparar el resultado después de ofrecerles la explicación de por el método de análisis
dimensional o bien por el método de la ventana mágica.
Las respuestas al cuestionario del Anexo 1 pueden servir para correlacionar la
cantidad de alumnos que comprenden el concepto de mol y sus aplicaciones, en relación a
la cantidad de alumnos que pueden realizar el cálculo estequiométrico de manera correcta,
sin embargo, debido a que esto no es la base de nuestra investigación, no se hará un análisis
exhaustivo de estos resultados.
45
Los dos problemas estequiométricos del instrumento localizado en el Anexo 1, se
calificarán asignando el valor de O si el resultado es erróneo y 1 si el resultado es el
correcto. Dependiendo de la cantidad de alumnos que contestaron correctamente se podrá
calcular el por ciento de acierto del grupo en el pre test. Los datos que se obtengan serán
vaciados en la tabla que se muestra en el Anexo 4, misma en la que se calcula el por ciento
de acierto ya sea para cada uno de los grupos control, como para los grupos experimentales.
3.5.2 Segunda fase
La segunda fase consiste en la explicación de un problema de estequiometría, muy
parecido al problema que se les pidió que calcularan en el pre test. A los grupos
experimentales, se les explicó, por medio de la ventana mágica, a resolver el problema,
mientras que a los grupos control se les explicó utilizando el método tradicional de análisis
dimensional. El ejemplo utilizado para la explicación se muestra en la Figura 3.1.
Figura 3.1 Ejemplo para la explicación del problema estequiométrico.
La autora entró a cada grupo experimental y les explicó a los alumnos que se está
llevando a cabo una investigación educativa y que los datos arrojados por la misma
ayudarán a proponer mejoras en el método de enseñanza de la estequiometría.
Se les avisó a los alumnos que sus resultados son anónimos y se les pidió que
contestaran de la mejor manera posible.
46
La reacción química que aparece en la Figura 3.1 se escribió en el pizarrón. Se
comentó que el agua puede ser producida por la unión de las moléculas de hidrógeno y
oxígeno. Se recordó a los alumnos que en una reacción química, los coeficientes de cada
sustancia representan los moles que participan en la reacción química. Debido a que el
hidrógeno y el oxígeno son moléculas diatómicas (formadas por dos átomos), la reacción de
2 moles de hidrógeno y un mol de oxígeno producirán 2 moles de agua.
El problema del ejemplo hace la siguiente pregunta la cual es escrita también en el
pizarrón: ¿Cuántos moles de agua se obtendrán si reaccionan 5 moles de oxígeno? Nótese
que en el ejemplo, el agua participa con 2 moles y el oxígeno participa con 1 mol,
diferentes coeficientes, para evitar confusiones al evaluar el resultado del problema.
3.5.2.1 Grupo experimental
Tomando en cuenta lo anterior, se procedió a mostrar el procedimiento de la ventana
mágica. Se explicó que el método que se utilizó es un modelo visual en el que se
acomodaron ciertas partes de la reacción para que, por medio de una manera ordenada, se
disminuyeran las posibilidades de cometer errores en el cálculo. Un ejemplar se muestra en
la Figura 3.2.
En la parte superior de la ventana se apuntan las dos sustancias que están siendo
consideradas en la pregunta, en este caso, oxígeno y agua. No importará el orden en el que
se acomoden, siempre y cuando en el segundo renglón mantengan su lugar correspondiente.
En el primer renglón se acomodaron los moles de cada una de las sustancias de
acuerdo a los coeficientes en la reacción química. En este caso, 1 mol de 02 reacciona para
producir 2 moles de H20. En el segundo renglón se acomodaron los datos que se dan y se
solicitan en la pregunta. En este caso, se dan 5 moles de oxígeno y se piden encontrar los
moles de agua producidos.
Para encontrar el resultado del problema se pidió que aplicaran la regla de tres
simple, es decir, que se multipliquen los valores que se encuentran a la izquierda y en la
parte superior de la variable desconocida y se procedió a dividir por el valor que se
encuentra exactamente en el lado opuesto a la variable desconocida. Realizando la
operación x = (5 x 2) / 1 se obtiene la cantidad de 10 moles de agua por cada 5 moles de
oxígeno que reaccionan.
02 H20
1 2
5 X
Figura 3.2 Formato con ejemplo de la ventana mágica utilizada para la realización de los cálculos estequiométricos basados en moles.
47
Se recalcó a los alumnos que si observan la reacción química, pueden deducir la
respuesta debido a que la relación proporcional del oxígeno a el agua es de 1: 2 por lo tanto
si se hacen reaccionar 5 moles de oxígeno, se obtendrá el doble de la cantidad, es decir 1 O
moles de agua.
Concluida la explicación, se procedió a borrar el pizarrón y se les proporcionó a los
alumnos el instrumento con el mismo problema que se aplicó en el pre test (véase el Anexo
2). En esta segunda fase, ya no se pidió que dieran significados de conceptos, y solo se
pidió que resolvieran un problema estequiométrico de mol a mol.
48
Como se observa en la reacción química de la Figura 3 .1, la relación que existe
entre el hidrógeno y el amoníaco es de 3:2, por lo que no es demasiado obvia la respuesta.
Enseguida los alumnos realizaron los cálculos correspondientes para obtener el resultado
esperado.
3.5.2.2 Grupo control
Para el grupo control, la explicación previa a la resolución del problema es la
utilizada tradicionalmente en los cursos de Ciencias de la Tierra II y consiste en el análisis
dimensional. En el pizarrón se escribió la reacción química que se muestra en la Figura 3 .1
y se hizo la misma pregunta que se le hizo al grupo experimental. ¿Cuántos moles de agua
se obtendrán si reaccionan 5 moles de oxígeno? Se les hizo ver a los alumnos que el agua
participa con 2 moles de acuerdo a su coeficiente, mientras que el oxígeno participa con 1
mol.
El método de análisis dimensional consiste en anotar la cantidad que se ofrece en la
pregunta, es decir 5 moles de oxígeno y multiplicar por un factor que relaciona las
cantidades proporcionales en moles que aparecen en la reacción, de tal manera que los
moles de oxígeno se colocaron en el denominador y los moles de agua en el numerador. De
esta manera, se cancela el término mol de oxígeno y se obtuvo la respuesta que se pide. Lo
anterior se ejemplifica en la Figura 3.3.
Para problemas sencillos de mol a mol, quizás no se note una diferencia o cause una
dificultad grave el tratar de resolverlo por el método de análisis dimensional, pero como
veremos en la fase 3, el cálculo basado en gramos requiere una manipulación mayor de
datos los cuales pueden provocar un número considerable de arrastre de errores. El
acomodo del factor de conversión es lo que causa error en muchas de las ocasiones.
5moyÓi ( 2mo/H2P ) = 1 O mol H20 lmo;62
49
Figura 3.3 Ejemplo de técnica del método tradicional de análisis dimensional para cálculo estequiométrico.
Terminada la explicación se borró el pizarrón y se entregó a cada alumno el
instrumento (véase el Anexo 2). El instrumento contiene exactamente el mismo problema
que se le pidió al grupo experimental con la diferencia de que el método que se pidió para
la resolución del mismo es el método del de análisis dimensional.
El grado de acierto entre el grupo control y el grupo experimental se comparó en la
sección de análisis de datos.
3.5.3 Tercerafase
Antes de la aplicación de la tercera fase de la investigación, la autora entró a los
grupos experimental y control para proporcionar la explicación de cada uno de los métodos
para la solución del problema estequiométrico basado en gramos.
Para la explicación, se consideró el mismo ejemplo que en el caso de mol a mol. La
reacción química que se utilizó es la que se muestra en la Figura 3.1, haciendo la siguiente
pregunta que se anota en el pizarrón: ¿Cuántos gramos de agua se obtendrán si reaccionan
1,500 gr. de Hidrógeno? En este caso, no importa que los moles tanto de hidrógeno como
de agua sean iguales a 2, la cantidad de gramos de cada uno depende de su masa molecular
y por lo tanto no es causa de confusión al momento de revisar los resultados.
50
Además de la reacción química, se proporcionaron los datos de masas atómicas de
los elementos que participaron, debido a que la conversión entre los moles de una sustancia
y sus correspondientes gramos se calcularon multiplicando los moles por la masa
molecular. Para el caso que nos ocupa, se anota que la masa atómica del oxígeno es 16
gr/mol y del hidrógeno es de 1 gr/mol. Se pidió a los alumnos que calcularan la masa
molecular tanto de 0 2 como de H20 debido a que son los compuestos que se mencionaron
en la pregunta.
3.5.3.1 Grupo experimental
Se informó al grupo experimental que el método que se debe utilizar para la
solución de este problema es un método nuevo y se les pidió que pusieran suficiente
atención ya que en breve se les pedirá que resuelvan un problema similar. El método se
denominó la ventana mágica modificada ya que no solo involucra a los moles de las
sustancias que participaron en la reacción, sino que fue ser ajustada para incluir las
cantidades de gramos de una manera ordenada y fácil de aprender. Con la utilización de la
ventana mágica modificada, los alumnos acomodaron sus datos de tal manera que el
concepto entre mol y gramos se afianzó ya que se puede aprender de una manera visual y
menos abstracta que utilizando solo el análisis dimensional.
Se pidió a los alumnos que construyan una ventana como la que se muestra en la
Figura 3.4.
Figura 3.4 Fonnato en blanco de la ventana mágica modificada.
De acuerdo con la reacción química y a la pregunta del ejemplo, se pidió a los
alumnos que en la parte superior de la ventana anoten las 2 sustancias que se compararon.
En el cuadro más pequeño de la parte superior, se pidió que anotaran el peso molecular de
cada una de las sustancias involucradas. Para el presente caso la parte superior de la
ventana mágica modificada quedó como se muestra en la Figura 3.5.
1 X 2= H20 lx2+16= H2
2gr/mol 18gr/mol
51
Figura 3.5 Parte superior de la ventana mágica modificada con fónnulas pesos moleculares de las sustancias involucradas en el cálculo estequiométrico.
52
Esto quiere decir que cada mol de hidrógeno o H2 tiene un peso molecular de 2 gr y
cada mol de agua, H20 tiene un peso molecular de 18 gr.
A continuación se pidió que en el segundo renglón de la ventana mágica
modificada, coloquen los valores de los moles de cada sustancia que aparecen en la
reacción química. Estos valores serán colocados en la mitad izquierda del recuadro
correspondiente, quedando de la manera en que se muestra en la Figura 3.6.
1 X 2= 2gr/mol
1 X 2 + 16 = 18gr/mol
Figura 3.6 Formato de ventana mágica modificada con pesos moleculares y la cantidad de moles de las sustancias involucradas en el cálculo estequiométrico.
Lo anterior significa que cada 2 moles que reaccionan de hidrógeno producirán 2
moles de agua. Enseguida se procede a explicar a los alumnos que al multiplicar los moles
de cada compuesto, por su peso molecular correspondiente, se obtendrán la proporción en
gramos que cada sustancia teóricamente utilizará en la reacción. Para el ejemplo, el
resultado de la proporción en gramos queda como se muestra en la Figura 3. 7.
H2 1 x2= H20 1 x2+ 16= 2gr/mol 18gr/mol
2 2 2molx 2gr/mol =4gr 2mol x l Sgr/mol
deH2 =36grde H2O
53
Figura 3.7 Formato de la ventana mágica modificada con los pesos moleculares, la cantidad de moles y los correspondientes gramos de las sustancias involucradas en el cálculo estequiométrico.
Al realizar el cálculo se observó que por cada 4 gramos que reaccionan de H2 se
obtienen 36 gr. de H20. A continuación se instruyó a los alumnos que colocaran en el
último renglón de la ventana mágica modificada, las cantidades conocida y desconocida de
las sustancias que se piden en la pregunta del problema. En el ejemplo se pide encontrar la
cantidad en gramos de agua que se obtiene cuando 1,500 gr. de H2 reaccionan.
Además de que el alumno organice la información dada y la solicitada, al utilizar
este método, se van dando cuenta que la manera de encontrar los gramos de una sustancia
consiste en multiplicar el número de moles por su peso molecular, concepto que en muchas
54
ocasiones suele confundirse o bien, olvidan la manera de realizarlo. Al realizar operaciones
con el método de la caja mágica modificada, los alumnos practican la conversión entre
moles y gramos de un compuesto, lo que les ayudará en otro tipo de problemas en los
cuales se les pide realizar tal conversión.
Para obtener el resultado del problema, deben acomodar todos los datos teniendo
cuidado que las cantidades correspondientes a cada compuesto estén acomodados en la
misma columna, de esta manera, el error por confusión se elimina, encontrando la respuesta
adecuada al problema. La Figura 3.8 muestra cómo queda la ventana mágica modificada
con todos los datos del ejemplo.
H2 1 x2= H20 1 X 2 + 16 = 2gr/mol 18gr/mol
2 2
2mol x 2gr/mol 2mol x l 8gr/mol =4grde H2 =36grde H20
1,500 gr. X
Figura 3.8 Formato de la ventana mágica modificada con las fórmulas, los pesos moleculares, la cantidad de moles, los correspondientes gramos y los datos de la pregunta de las sustancias involucradas en el cálculo estequiométrico.
55
El resultado del problema se obtuvo utilizando la regla de tres simple, multiplicando
1,500 x 36 y dividiendo entre 4, lo que significa que por cada 1,500 gramos de H2 se
obtendrán 13,500 gramos de H20.
Para la tercera fase de la recolección de datos se tomó en cuenta el segundo
problema estequiométrico presentado en el pre test (véase el Anexo 3). Este problema
involucra cantidades en gramos además de las cantidades en moles representadas en la
reacción química. El problema en cuestión se muestra de nuevo utilizando el instrumento
localizado en el Anexo 3.
Se dio suficiente tiempo para que los alumnos desarrollen el problema que es muy
parecido al problema del ejemplo y se puede generalizar para cualquier problema
estequiométrico basado en gramos que involucran la relación de dos compuestos a la vez.
3.5.3.2 Grupo control
Para el grupo control, la explicación previa a la resolución del problema es la
utilizada tradicionalmente en los cursos de Ciencias de La Tierra II y consiste en el análisis
dimensional. En el pizarrón se escribió la reacción química que muestra la Figura 3 .1 y se
hizo la misma pregunta que se le hizo al grupo experimental. ¿ Cuántos gramos de agua se
obtendrán si reaccionan 1,500 gramos de hidrógeno? Se hizo ver a los alumnos que el agua
participa con 2 moles de acuerdo a su coeficiente, al igual que el hidrógeno que participa
también con 2 moles.
La manera en la que se instruyó a los alumnos para resolver el ejemplo consideró
primero empezar con la cantidad de hidrógeno en gramos proveniente de la pregunta,
acompañado del factor que convierte los gramos dados del hidrógeno en moles usando el
peso molecular del hidrógeno, enseguida, multiplicando por la proporción estequiométrica
en moles de la reacción química balanceada, que da la relación que existe entre el
56
compuesto dado y el compuesto que se quiere obtener, en este caso el agua, y a su vez
transformando los moles de agua en sus respectivos gramos con la ayuda del peso
molecular. El procedimiento se muestra en la Figura 3.9 y el resultado se obtuvo
multiplicando todos los números de los numeradores de las fracciones y dividiéndolos entre
el producto de los valores de los denominadores, es decir, 1500 x lx 2 x 18 /(2 x 2 x 1).
Se resolvieron todas las dudas que surgieron a lo largo de la explicación del ejemplo
asegurando que el procedimiento haya quedado claro para todos los alumnos de cada grupo.
1 50~~'\( 2!!JJJllaº)( lSgrH20 )= 13 500 . de H20 , 11grn2\ 2-gf1{21 -;¡;;;:¡jijff 1mr111fío , gr
Figura 3.9 Operaciones del método del análisis dimensional para realizar el cálculo estequiométrico basado en gramos.
Al terminar la explicación, se procedió a distribuir el instrumento (véase el Anexo
3), en el cual se pidió que realicen las operaciones para obtener el resultado del nuevo
problema que se plantea.
3. 6 Tipo de análisis
El tipo de análisis que se desarrolló para comparar los resultados es de tipo
porcentual. Se toma en cuenta el porcentaje de alumnos que contestó bien a los dos
problemas del pre-test y se encuentra la mejoría que tuvieron cuando se les dio la
explicación por cada uno de los métodos, tanto al grupo control como al grupo
experimental.
57
Se determinó si existe una diferencia significativa entre el resultado de enseñar a
realizar cálculos estequiométricos utilizando la ventana mágica contra el método de análisis
dimensional utilizando la prueba t de student a ambos grupos.
3.6.1 Instrumentos de vaciado de información
El estudio se llevó a cabo en tres fases, la primera plantea un problema sin
explicación previa y se pidió a los alumnos que resolvieran un problema basado en moles y
un problema basado en gramos, aplicando los conocimientos que adquirieron con
anterioridad. La segunda fase consistió en pedir a los alumnos que resolvieran el mismo
problema mol-mol utilizando el método de la ventana mágica para el grupo experimental y
el método de análisis dimensional para el grupo control. La tercera fase consistió en pedir a
los alumnos que resolvieran el problema basado en gramos.
A las respuestas correctas se les asignó un valor de 1, mientras que a las respuestas
incorrectas se les asignó un valor de O. Se suman las frecuencias de respuestas correctas en
cada fase y para cada grupo y se obtiene el promedio de acierto en cada caso (véase el
Anexo 4).
58
CAPÍTUL04
4. Análisis de resultados
Como se mencionó en el apartado anterior, el estudio se llevó a cabo con base en
cuatro grupos control, a los cuales se les presentó el método tradicional de análisis
dimensional para el cálculo de un problema de estequiometría y 3 grupos experimentales a
los cuales se les presentó el método de la ventana mágica. Los grupos tanto control como
experimentales son grupos intactos, homogéneos, con las mismas características, pero
pueden variar un poco en cuanto a su nivel de eficacia.
Enseguida se muestra de manera individual los resultados obtenidos de cada uno de
los grupos de alumnos considerados en la presente investigación y posteriormente se
muestra el análisis estadístico de los resultados globales, tomando los grupos control como
uno solo, así como los grupos experimentales como uno solo para demostrar que existen
diferencias significativas entre ambos y el efecto que la variable independiente tiene sobre
la variable dependiente.
4.1 Grupo control 1
El primer grupo control constó de 30 alumnos. El resultado de la primera fase de la
investigación, que, como ya se mencionó, se les pidió realizar un cálculo sencillo de
estequiometría con base en sus conocimientos previos, el 36.67% del grupo logró obtener el
resultado correcto. En la segunda fase del estudio, después de la presentación del método
tradicional de análisis dimensional conocido ya por los alumnos, el grado de acierto subió a
un 73.33%. Se recuerda que en esta fase, el problema de estequiometría es de bajo grado de
dificultad, por lo que se observa un incremento esperado en el grado de acierto de 36. 7
puntos porcentuales. Sigue habiendo un 26.67% de alumnos que no fueron capaces de
hacer el cálculo estequiométrico de manera aceptable (véase la Figura 4.1 ).
59
Grupo control 1
100.00
90.00
80.00
o 70.00 ~ 60.00 CI) ·¡:;
50.00 " CI) 40.00 "CI
~ o 30.00
20.00
10.00
0.00
1 2
· pre y post método análisis dimensional mol a mol
Figura 4.1 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo Control 1.
La Figura 4.2 muestra los resultados del grupo control 1 cuando se les pidió que
realizaran el cálculo estequiométrico Con base en gramos. Como se mencionó
anteriormente, los problemas que involucran cálculos de la masa en gramos tienen mayor
grado de dificultad que los problemas en base solamente a moles. Como se puede observar,
entes de la explicación del método tradicional de análisis dimensional, solo un 3.33% del
grupo pudo utilizar sus conocimientos previos para realizar el cálculo adecuadamente.
Después de la explicación, el grado de acierto solo subió a un 13.33%. El incremento fue de
tan solo 1 O puntos porcentuales. Todavía el 86.67% de los alumnos no fueron capaces de
realizar el cálculo con éxito.
o t: CI)
·¡:; CI CI)
"C
~ o
100.00 90.00 -80.00 -70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
Grupo control 1
2
pre y post método análisis dimensional gramo a gramo
60
Figura 4.2 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo control l.
4.2 Grupo control 2
El grupo control 2 constó de 30 alumnos. En este caso el por ciento de alumnos que
COI].testó adecuadamente al problema inicial fue de 40%, el cual se incrementó en 13.33
puntos porcentuales después de la explicación del método tradicional de análisis
dimensional, subiendo a un 53.33% (véase la Figura 4.3). En este caso, aún y cuando más
alumnos contestaron correctamente comparados con el grupo control 1, una menor cantidad
pudo contestar adecuadamente después de la explicación del método. Como se puede
observar, los cálculos estequiométricos siguen siendo dificiles de hacer para casi la mitad
de los alumnos de este grupo.
61
Grupo control 2
100.00
90.00
80.00 70.00
0 t: 60.00 QI ·¡:;
50.00 C'II QI 40.00 "C
~ o 30.00 20.00
10.00
0.00 2
pre y post método análisis dimensional mol a mol
Figura 4.3 Comparativo antes y después de explicación mol a mol del grupo control 2.
Para el cálculo estequiométrico en base a gramos, se observa que inicialmente solo
un 6.67% de los alumnos pudieron contestar adecuadamente y después de la explicación
usando el método tradicional de análisis dimensional, se aumenta en 20 puntos porcentuales
logrando que un 26.67% de los alumnos contestaran bien (véase la Figura 4.4). Claramente
se observa que este tipo de problemas es de muy alto grado de dificultad y menos del 30%
de los alumnos pueden realizar el cálculo.
100.00 90.00 -80.00
o 70.00 -~ 60.00 Q)
'ü 50.00 ca
Q) 40.00 "C
~ 30.00 -20.00 -10.00 0.00
Grupo control 2
2
pre y post método análisis dimensional gramo a gramo
62
Figura 4.4 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo control 2.
4. 3 Grupo control 3
El grupo control 3 constó de 28 alumnos. Inicialmente el 32.14% de los alumnos
contestaron adecuadamente el problema estequiométrico en base a sus conocimientos
previos. Después de la explicación usando el método tradicional de análisis dimensional, la
efectividad aumentó en 21.43 puntos porcentuales llegando a un 53.57% (véase la Figura
14). Similar al grupo anterior, solo un poco más de la mitad del grupo fue capaz de realizar
correctamente el cálculo estequiométrico de mol a mol, considerada una operación de grado
de dificultad bajo.
o t! GI 'ü
" GI "C ~ o
100.00
90.00
80.00 70.00 60.00
50.00 40.00
30.00 20.00 10.00
0.00
Grupo control 3
2
pre y post método análisis dimensional mol a mol
Figura 4.5 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo control 3.
En el caso del cálculo estequiométrico basado en gramos, inicialmente pudieron
realizar el cálculo con éxito un 14.29% de los alumnos. Después de la explicación, el
porcentaje aumentó solamente 7.14 puntos porcentuales, con lo cual el 21.43% del grupo
pudo realizar este tipo de cálculo, considerándose un porcentaje muy bajo aun y cuando
este tipo de cálculo requiere de un nivel cognitivo mayor (véase Figura 4.6).
100.00 -90.00 80.00
o 70.00 t!
60.00 GI 'ü
50.00 " GI 40.00 "C ~ o 30.00
20.00 10.00 -0.00
Grupo control 3
2
pre y post método análisis dimensional gramo a gramo
63
64
Figura 4.6 Comparativo antes y después de explicación gramo a gramo del grupo control 3.
4. 4 Grupo control 4
El grupo control 4 constó de 31 alumnos e inició con un grado de acierto alto del
64.52%. Después de la explicación del cálculo estequiométrico de mol a mol con el método
tradicional de análisis dimensional, el por ciento de acierto se incrementó en un 9.67,
logrando un 74.19% de acierto al finalizar la fase (véase la Figura 4.7). En particular este
grupo obtuvo mejores resultados iniciales y después de la aplicación del método de análisis
dimensional, el por ciento de acierto está muy por arriba de los grupos control anteriores.
En ocasiones alumnos que llevan materias en honores tienen la oportunidad de hacer
horarios antes que el resto de los alumnos y muchos de ellos coinciden en grupos con
horario preferencial. Este pudiese ser uno de esos casos, o dio la casualidad de ser un buen
grupo en general.
100.00 90.00 80.00
~ 70.00 a> 60.00 ·~ 50.00
~ 40.00 ~ 30.00
20.00 10.00 0.00
Grupo control 4
2
pre y post método análisis dimensional mol a mol
Figura 4.7 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo control 4.
65
En la fase correspondiente al cálculo estequiométrico en base a gramos, el grupo
control 4 inició con un por ciento de acierto del 9.68%, similar al de los grupos
mencionados anteriormente. Después de la explicación y de la aplicación del instrumento,
se observó que un 25.81 % del alumnado es capaz de resolver el problema correctamente.
Como se ha mencionado en los casos de los grupos control anteriores, el cálculo
estequiométrico basado en gramos requiere de un nivel cognitivo alto para poderlo realizar
satisfactoriamente, o bien de estrategias diferentes para abordar el problema. La Figura 17
muestra la información para el grupo control 4.
Grupo control 4
100.00 90.00 -
80.00
o 70.00 ~ 60.00 GI 'ü 50.00 11 GI 40.00 -'D ~ o 30.00
20.00
10.00 0.00
2
Pre y post método análisis dimensional gramo a gramo
Figura 4.8 Comparativo antes y después de la explicación de gramo a gramo del grupo control 4.
4. 5 Grupo Control Global
Tomando en cuenta los cuatro grupos control de manera conjunta, la Figura 4.9
muestra el comparativo de la fase 1 y la fase 2 en relación al cálculo estequiométrico
sencillo, de mol a mol. Como se puede observar, tomando en cuenta los conocimientos
previos de los alumnos un total del 43.70% de los 119 alumnos pudieron ser capaces de
66
realizar este tipo de operaciones. Hubo un aumento de 20.17 puntos porcentuales después
de la explicación con el método tradicional de análisis dimensional. Hay que tomar en
cuenta que el incremento no es alto, sin embargo se inició con un por ciento elevado de
alumnos que son capaces de hacer con éxito el problema. Recordemos que el primer
problema que se pidió a los alumnos es de bajo nivel cognitivo y requirió solamente de una
conversión sencilla. Aunque un 63.87% es un por ciento alto hablando de materias que
requieren de un pensamiento lógico matemático, se puede decir que es bajo debido a que a
los alumnos se les acababa de explicar con lujo de detalle el método y el problema solo
requirió de una simple multiplicación y una división. El método de análisis dimensional,
aun y con ejemplos sencillos como estos, afectan o frustran al alumno y, como se observa
en este caso, más del 36% de los alumnos sigue sin poderlo realizar con éxito.
Global grupo control
100.00
90.00
80.00
o 70.00 t: 60.00 QI ·¡;
50.00 " QI 40.00 "CI
~ .. 30.00
20.00
10.00
0.00
2
pre y post método análisis dimensional mol a mol
Figura 4.9 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol de los cuatro grupos control en forma global.
67
En el caso del cálculo estequiométrico basado en gramos utilizando el método
tradicional de análisis dimensional, el grupo control global inició con un acierto solo del
8.40%. Ya se ha mencionado que este tipo de cálculos requiere una manipulación de
factores de conversión y que la mayoría de los alumnos de este nivel no tienen la madurez
necesaria ni la estructura mental adecuada para su manejo. Como se muestra en la Figura
19, después de la explicación del método, solo un 13.45% más de los alumnos realizaron el
cálculo adecuadamente llegando a un total del 21.85%. Casi un 80% de los alumnos
fallaron al hacer cálculos estequiométricos utilizando el método tradicional de análisis
dimensional cuando en problema está basado en gramos (véase la figura 4.10).
100.00 90.00 80.00
o 70.00 i 60.00 -~ 50.00 ~ 40.00 *- 30.00
20.00 10.00 0.00
Globa I grupo control
2
pre y post método análisis dimensional gramo a gramo
Figura 4.1 O Comparativo antes y después de la explicación de gramo a gramo de los cuatro grupos control en forma global.
4. 6 Grupo experimental 1
El grupo experimental 1 constó de 30 alumnos. En la primera fase, que consistió en
la aplicación del instrumento considerando solamente los conocimientos previos de los
alumnos, un 33.33% de ellos realizaron el cálculo estequiométrico de mol a mol de manera
68
correcta, es decir, una tercera parte de los alumnos tuvieron éxito en la realización del
cálculo. Se procedió en seguida a la explicación del proceso utilizando el método de la
ventana mágica. En esta fase, como se observa en la Figura 4.11, un impresionante 92.86%
de los alumnos pudieron realizar con éxito el problema. Casi 60 puntos porcentuales existen
de diferencia entre la aplicación con conocimiento previo y la aplicación utilizando el
método sugerido por la autora.
100.00 90.00 80.00
~ 70.00 C11 60.00 ·u ca CII ,:,
50.00 40.00
~ 30.00 20.00 10.00 0.00
Grupo Experimental 1
2
pre y post método ventana mágica mol a mol
Figura 4.11 muestra un comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo experimental 1.
En el caso del cálculo estequiométrico basado en gramos, en el cual el grado de
dificultad del problema se incrementó, se observó que, en un principio, solamente un
16.67% del grupo pudo realizar el cálculo con éxito, mientras que, después de la aplicación
del método de la ventana mágica modificada, un 60.71 % del alumnado logró realizar de
manera correcta el cálculo. Existe una diferencia de 44.04 puntos porcentuales en el caso
del problema de nivel cognitivo alto realizado con una estrategia sencilla en la que el
alumno puede ordenar la información y procesarla de manera lógica y visual (véase la
Figura 4.12).
Grupo experimental 1
100.00 90.00 80.00
o 70.00 ~ 60.00 CI) ·¡;
50.00 ni CI) 40.00 "C ~ o 30.00
20.00 10.00 0.00
2
Pre y post método ventana mágica gramo a gramo
Figura 4.12 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo experimental 1.
4. 7 Grupo experimental 2
El grupo experimental 2, con 29 alumnos, inició con un 31.03% de éxito al
69
realizar cálculos estequiométricos sencillos utilizando sus conocimientos previos, similar al
grupo anterior y a los grupos control. Después de la explicación del método de la ventana
mágica, el por ciento de acierto se incrementó en 44.83 puntos porcentuales llegando a un
total de 75.86% de los alumnos (véase la Figura 4.13). Aun y cuando el porcentaje no logró
un impresionante 92.86% como en el grupo experimental 1, se considera que un 75.86% es
alto y aceptable para este tipo de material.
Grupo experimental 2
100.00
90.00
80.00
70.00 o t:: 60.00 CII 'ij
50.00 ca CII
40.00 ,:,
~ o 30.00
20.00
10.00
0.00 2
Pre y post método ventana mágica mol a mol
Figura 4.13 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo experimental 2.
70
Para el caso del cálculo estequiométrico basado en gramos, con un grado de
dificultad alto, el grupo experimental 2 inicia con un acierto muy bajo del 3.45%. Ni
siquiera un 5% de los alumnos pudieron resolver el problema con éxito. Como se observa
en la Figura 4.14, después de la explicación del método de la ventana mágica con las
modificaciones para tomar en cuenta las relaciones entre moles y gramos, el por ciento de
éxito se incrementó a un 72.41 % de los alumnos, casi tan alto que el por ciento de acierto
del problema basado en moles, de un menor grado de dificultad. Se considera que un
72.41 % de acierto es alto para este tipo de problemas en los que por costumbre, se observa
que la mayoría de los alumnos falla cuando utiliza el método tradicional del análisis
dimensional. El incremento en puntos porcentuales fue de 68.96, casi 70 puntos.
Grupo experimental 2
100.00 -90.00 80.00
o 70.00 ~ 60.00 QI ·¡;
50.00 ca QI 40.00 -"C ~ o 30.00 -
20.00 10.00 0.00
2
pre y post método ventana mágica gramo a gramo
Figura 4.14 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo experimental 2.
4. 8 Grupo experimental 3
71
El grupo experimental 3 con 29 alumnos inició con un por ciento de acierto del
55.17%, alto en comparación con los dos grupos experimentales anteriores. Después de la
explicación del método de la ventana mágica, el por ciento de alumnos que realiza el
cálculo mol a mol de manera exitosa aumentó 31.04 puntos porcentuales llegando a un
86.21 %. Casi el 90% de los alumnos son capaces de realizar bien el cálculo (véase la Figura
4.15).
Grupo experimental 3
100.00
90.00
80.00
0 70.00
~ 60.00 QI ·¡:; 50.00 ns
QI 40.00 "CI
~ o 30.00
20.00
10.00
0.00
2
Pre y post método ventana mágica mol a mol
Figura 4.15 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo experimental 3.
Para el cálculo estequiométrico basado en gramos, el grupo experimental 3 inició
con un 20.69% de éxito. Como muestra la Figura 4.16, después de la explicación del
método sugerido por la autora, se observó un incremento de 55.17 puntos porcentuales
logrando que un 75.86% de los alumnos logren realizar exitosamente el cálculo.
100.00
90.00
80.00
0 70.00
~ QI
-~ 50.00
~ 40.00
~ 30.00
20.00
10.00
0.00
Grupo experimental 3
2
pre y post método ventana mágica gramo a gramo
72
La Figura 4.16 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo experimental 3.
4. 9 Grupo experimental global
73
Tomando en cuenta a los 88 alumnos que conformaron el grupo experimental
global, se observó que, inicialmente un 39.77% de los alumnos pudieron realizar con éxito
el cálculo estequiométrico sencillo de mol a mol tomando solo sus conocimientos previos.
Después de la explicación del método de la ventana mágica, el 82.95% de los alumnos
fueron capaces de realizar exitosamente el cálculo (véase la Figura 4.17). Se observó un
aumento de 43.18 puntos porcentuales.
Global grupo experimental
100.00
90.00
80.00
70.00 o ~ 60.00 CD ·¡;
50.00 ca CD 40.00 "0
~ o 30.00
10.00
0.00
2
pre y post métodoventana mágica mol a mol
Figura 4.17 Comparativo antes y después de la explicación mol a mol del grupo global experimental.
Considerando el caso del cálculo estequiométrico basado en gramos, el grupo
experimental en forma global inició con un 13.64% de acierto. Después de la explicación
del método de la ventana mágica con las modificaciones requeridas para que los alumnos
74
organicen los datos de manera lógica y visual en este tipo de problemas que requieren de un
pensamiento elevado, el grado de acierto se elevó a un 68.18%, lo que implica un
incremento de 54.54 puntos porcentuales. Casi el 70% de los alumnos realizaron
satisfactoriamente el problema (véase la Figura 4.18).
Global grupo experimental
100.00
90.00
80.00
o 70.00 t:: 60.00 GI ·¡;
50.00 ni GI 40.00 "C ~ o 30.00
20.00
10.00
0.00
2
pre y post método ventana mágica gramo a gramo
Figura 4.18 Comparativo antes y después de la explicación gramo a gramo del grupo experimental global.
Se considera un avance considerable lo cual indica que el método sugerido hace que
la mayoría de los alumnos comprendan mejor los conceptos además de asegurar que los
pasos que deben seguir para la realización del cálculo se hicieran con menos probabilidad
de error.
4.1 O Grupo control global vs. grupo experimental global
La Figura 4.19 muestra un comparativo entre el por ciento de acierto de ambos
grupos. Como se observa entre la fase de conocimientos previos y la fase de la explicación
de los métodos, la mejoría más notable es aquella en que se utiliza el método de la ventana
75
mágica en ambos casos, cálculos de mol a mol y cálculos de gramo a gramo. En el cálculo
del problema de menor grado de dificultad, el grupo control mostró un aumento de 20.17
puntos porcentuales, mientras que el grupo experimental obtuvo un incremento de 43.18
puntos, lo que equivale a más del doble de incremento en eficacia.
La Figura 4.19 muestra también los resultados globales de ambos grupos en relación
al cálculo estequiométrico basado en gramos, que como ya se mencionó, requiere de un
manejo más elaborado de la información. El método de la ventana mágica modificada
facilitó la organización de la información para evitar que los errores se arrastraran a lo largo
del cálculo. Los datos que arroja el estudio muestran que, en el grupo control, inicialmente
solo el 8.4% de los alumnos lograron realizar con éxito el cálculo y después de la
explicación usando el método tradicional de análisis dimensional, este porcentaje se
incrementó a un 21.85% del total, cifra que está muy por debajo de lo esperado por los
maestros. En el caso del grupo experimental, se inició también con un porcentaje bajo del
13.64%, sin embargo, después de la explicación del método de la ventana mágica
modificada, se logró que un 68.18% de los alumnos realizaran con éxito el problema de
mayor grado de dificultad. La diferencia en este caso, entre el grupo control y el grupo
experimental es de 46.33 puntos porcentuales, y equivale a más de tres veces la eficacia que
el método tradicional.
~ a,
·e:; ca a,
'ti
~ o
Resultados grupo control vs grupo experimental
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 o
mol1 mol2 gramos 1 gramos2
método utilizado
• Global control
• Global grupo experimental
Figura 4.19 Resultados entre el grupo control y el grupo experimental utilizando ambos métodos organizado por método utilizado.
76
La Figura 4.20 muestra los mismos resultados que la Figura 4.19 pero agrupados de
manera en que se observa que existe un aumento en el desempeño de los alumnos
utilizando ambos métodos, sin embargo el grupo experimental muestra mayores
incrementos que el grupo control.
~ CI)
·e:; ca CI) 'ti ~ o
Resultados grupo experimental vs. grupo control
100
60
40
20
o Global control Global grupo experimental
pre y post aplicación de método
•mol1
•mol2
ogramos1
ogramos2
Figura 4.20 Resultados entre el grupo control y el grupo experimental utilizando ambos métodos organizados por grupo.
4.11 Análisis estadístico entre el grupo experimental y el grupo control
77
Para poder afirmar que existió una diferencia significativa entre los resultados
obtenidos se procedió a realizar la prueba t de student para la diferencia de parámetros P1 y
P2 de 2 distribuciones binomiales localizada en Pérez (2003), debido a que se están
comparando las proporciones de acierto obtenidas de dos muestras diferentes para aceptar o
no la hipótesis de investigación. El análisis estadístico que se presenta fue asesorado por el
Lic. Enrique Garza Valdivia, ex catedrático del departamento de matemáticas del ITESM
campus Monterrey.
La fórmula a utilizar es la siguiente:
Pl-P2
t= (Pl(l-Pl) + P2(1-P2)J
ni n2
t = prueba para comparar la hipótesis
P1 = proporción resultante de la muestra 1 (grupo control)
P2 = proporción resultante de la muestra 2 (grupo experimental)
n1= tamaño de la muestra 1 (grupo control)
n2= tamaño de la muestra 2 (grupo experimental)
El resultado del cálculo se compara con el valor Z = 1.96 proveniente de la tabla
D.4 Percentiles de la distribución t (Evans y Rosenthal, 2004, p. 736), tomando en cuenta
un nivel de confianza del 95% con 205 grados de libertad (gdl = (nl + n2)-2)
4.11.1 Comparativo entre grupo control y grupo experimental Fase 1
La primera fase de la investigación consistió en realizar un pre- test para verificar
los conocimientos previos de los alumnos. En esta fase, se considera que, tanto el grupo
control como el grupo experimental, traen consigo la misma experiencia en el tema y la
misma cantidad de conocimientos previos.
78
Tomando en cuenta el grupo control global, 52 de 119 alumnos respondieron bien al
problema etequiométrico con base en moles, mientras que 35 de 88 alumnos del grupo
experimental respondieron bien el problema. Utilizando estos datos obtenemos el siguiente
resultado para t.
0.436 - 0.397
t = (0.436(0.563) + 0.397(0.602)) 119 88
t = 0.56 es menor a 1.96, por lo que, se puede decir que no existe diferencia
significativa entre el grupo control y el grupo experimental en el pre- test con base en
moles. Lo anterior es importante dado que los grupos que se consideraron para el estudio
son homogéneos y las proporciones de acierto de ambos son similares.
Haciendo el mismo procedimiento en la fase 1 pero en el caso del cálculo
estequiométrico con base en gramos, se obtuvo quelO de 119 alumnos del grupo control
contestaron adecuadamente el problema mientras que 12 de 88 alumnos del grupo
experimental también lograron obtener el resultado esperado, por lo que, realizando la
prueba t, obtenemos el siguiente resultado.
79
0.136 - 0.084
t = (0.084(0.916) + 0.136(0.864)] 119 88
t = 1.18 , menor que 1.96, que indica que tampoco hay diferencia significativa entre los dos
grupos en la fase 1, o pre- test con base en gramos y por lo tanto se puede afirmar que la
eficiencia de ambos grupos antes de realizar la investigación son similares.
4.11. 2 Comparativo entre grupo control y grupo experimental Fase 2
En la segunda fase de la investigación, el grupo control resuelve un problema
estequiométrico con base en gramos después de la explicación del método tradicional de
análisis dimensional, mientras que al grupo experimental se le pide que resuelva el mismo
problema estequiométrico después de la explicación con el método de la ventana mágica.
Tomando en cuenta que 76 de 119 alumnos del grupo control respondieron
adecuadamente y 73 de 88 alumnos del grupo experimental también lo hicieron, obtenemos
el siguiente resultado.
0.829 - 0.638
t = (0.638(0.32) + 0.829(0.171)] 119 88
t = 3.35, mayor que 1.96 lo que indica que si hay una diferencia significativa entre
los grupos control y experimental en esta prueba y por ende se puede aceptar la hipótesis de
investigación y rechazar la hipótesis nula.
4.11.3 Comparativo entre grupo control y experimental Fase 3
En la tercera y última fase de la investigación, que es la más representativa, se
procedió a la explicación del problema estequiométrico con base en gramos. Al grupo
control se le explicó el método tradicional de análisis dimensional, mientras que al grupo
experimental se explicó por medio de la ventana mágica modificada.
26 de los 119 alumnos del grupo control pudieron realizar con éxito el cálculo,
mientras que 60 de los 88 alumnos del grupo experimental lo hicieron adecuadamente.
La prueba t arroja los siguientes resultados:
0.682 - 0.218
t = (0.218(0.782) + 0.682(0.318)] 119 88
En este caso, se obtiene una t = 7.4, mayor a 1.96 lo cual indica que existe una
diferencia significativa entre los resultados del grupo control y el grupo experimental, por
lo que se acepta la hipótesis de investigación y se rechaza la hipótesis nula.
4.12 Experiencias
80
Sin ser un estudio cualitativo, en este apartado se transcribirán algunas experiencias
que fueron comentadas a la autora por diversos alumnos que han utilizado la ventana
mágica para la resolución de problemas de estequiometría en sus cursos de química ya que
se consideran relevantes para el presente estudio.
Alumno 1: Maestra, nunca había podido sacar bien un problema de estos y con la ayuda de
la ventana mágica ya le entiendo.
Alumno 2. Está muy divertido y fácil el método de la ventana mágica.
Alumno 3. Maestra, yo no llevé clases con Usted el semestre pasado, pero un amigo me
enseñó su método de la ventana mágica y fue por eso que pasé el curso de Ciencias de la
Tierra l.
81
Alumno 4. Alumno de tercer semestre de profesional en la UANL que está suspendido por
no poder pasar el curso de química 1: Jamás había podido resolver correctamente un
problema de estequiometría, hasta ahora que estoy usando el método de la ventana mágica.
82
CAPÍTULOS
5.1 Conclusiones
Después de analizar los datos que arrojó el presente estudio, se puede concluir que
las estrategias de enseñanza tienen un efecto positivo importante en el desempeño del
alumno, con lo cual se comprueba la hipótesis de investigación planteada. Cuando los
alumnos están aprendiendo tópicos nuevos y de alto grado de dificultad, en ocasiones
requieren de la explicación de más de una manera de aprender un tema y es de gran utilidad
para los docentes contar con diversas estrategias para enseñar temas complicados para los
alumnos. Como mencionan Tobin, Tippins y Gallard (1994), es necesario que los docentes
tengan creatividad para poder lograr que una mayor cantidad de alumnos comprendan los
temas complicados como es el caso de la química.
A continuación se presentan los puntos más relevantes obtenidos en la
investigación.
• Los alumnos de preparatoria vienen con distintos niveles cognitivos y con
distinto nivel de preparación en química y en matemática, Santrok (2001) al
igual que Woolfolk (1995) hacen mención de las diferentes etapas de
maduración de los individuos por lo que es importante tener esto en mente al
diseñar las estrategias de enseñanza- aprendizaje.
• El tema de estequiometría que se presenta en el segundo y tercer semestre de
preparatoria es de alto grado de dificultad y causa frustración en los
alumnos, sobretodo a aquellos en los que la inteligencia lógico matemática
no está muy bien desarrollada. Gardner (1995) demuestra que existen 8
diferentes tipos de inteligencias, por lo que, para aquellos alumnos a los que
se les dificultan las operaciones formales abstractas, estrategias novedosas y
83
con aspectos visuales como la que se sugiere en esta investigación, son de
mucha utilidad para disminuir el fracaso en ellos. Como propone Taber
(2001), el docente debe considerar distintas estrategias para promover en los
alumnos habilidades de pensamiento de orden superior y en esta
investigación es eso lo que precisamente se plantea.
• Existe un alto grado de reprobación de la materia de química, comparada
con otras materias cursadas en la preparatoria. Como manifiestan Pozo y
Gómez Crespo (2204), aun y con largos períodos de instrucción, los alumnos
de química siguen teniendo dificultades severas para conseguir el cambio
conceptual necesario para que los nuevos conceptos se aprendan
significativamente. Investigaciones como la de Lin, Lee y Treagust (2005)
demuestran la sobreestimación que los docentes de química tienen hacia sus
alumnos. Los resultados que arroja esta investigación demuestran que
efectivamente, los alumnos inicialmente tienen una baja eficacia en la
resolución de problemas estequiométricos, por lo que es necesario buscar
estrategias novedosas y fáciles de enseñar.
• Estrategias de enseñanza estructuradas, como es la ventana mágica, aumenta
significativamente el desempeño de los alumnos al realizar cálculos
estequiométricos. La experiencia de más de 20 años de docencia de la autora
han hecho posible que desarrolle estrategias como la sugerida en la presente
investigación y de esa manera lograr mejorar la eficiencia de los alumnos en
el tema de la estequiometría, así como en otros temas relacionados con la
química y demás materias que imparte. Investigaciones como la de Azcona,
Furió, Intxausti e !rizar (2005) demostraron, como en este caso, que grupos
experimentales debidamente orientados, son capaces de utilizar con
comprensión de alto nivel de dificultad en ejercicios estequiométricos en
comparación con grupos control.
84
• . Los cálculos estequiométricos basados en moles tienen un grado de
dificultad bajo, sin embargo con la utilización de la ventana mágica se
observa un mejor desempeño que aquellos que utilizan el método tradicional
de análisis dimensional. Tomando en cuenta las recomendaciones que hace
Talanquer (2004), un buen docente de química debe tener, además del
dominio de la materia, una amalgama de habilidades que pueda ofrecer para
que los alumnos aprendan y se motiven con el proceso de enseñanza
aprendizaje.
• Los cálculos estequiométricos basados en gramos tienen un alto grado de
dificultad y utilizando la ventana mágica modificada se observa también una
mejoría en el desempeño de los alumnos al realizar el cálculo. Este es el
resultado más significativo del estudio, en el cual se observan las diferencias
más notables. Es importante que, cuando el alumno logre realizar con éxito
este tipo de cálculos estequiométricos, se les pida que lo expliquen, del
mismo modo que hicieron Scmidt y Jingnéus (2003), para que por medio del
análisis metacognitivo, los alumnos conscienticen lo aprendido y lo
retengan.
• Estrategias diseñadas tomando en cuenta el componente visual y ordenado
ayudan en la comprensión de conceptos complejos como los cálculos
estequiométricos. Scmidt y Jingnéus (2003) también comentan que no existe
85
una "única" estrategia de enseñanza para un tema en particular, lo
importante es detenninar cuál será la mejor en ese momento en particular y
para los alumnos a los cuales está dirigido.
Es importante señalar que, los resultados obtenidos en esta investigación tendrán un
mejor aprovechamiento si un mayor número de docentes lo conozca y utilice con sus
alumnos, como lo menciona Taber (2001). Se recomienda entonces que el método de la
ventana mágica, se difunda para que un mayor número de alumnos le pierda el miedo a la
química y se reduzca el índice de reprobación de la materia de Ciencias de la Tierra I y II o
de cualquier curso de química en el cual se involucren cálculos estequiométricos.
5.2 Recomendaciones
Si bien es cierto que en la literatura existe un gran número de investigaciones
relacionadas con el estudio de las ciencias, en México hay muy pocas. El nivel educativo en
México es muy diferente al nivel educativo de otros países del mundo, por lo que sería de
gran utilidad para el entendimiento del proceso enseñanza-aprendizaje en la química
realizar las siguientes investigaciones.
• Medir el aprendizaje significativo en los alumnos cuando aprenden a realizar
cálculos estequiométricos por diferentes métodos.
• Detectar si las concepciones alternativas que tienen los alumnos en los
conceptos de química afectan el desempeño al aprender a realizar cálculos
estequiométricos.
• Detenninar si las habilidades cognitivas de los alumnos están
correlacionadas con el éxito en su desempeño en la realización de cálculos
estequiométricos en química.
86
Con las recomendaciones anteriores se podrá aspirar a que el docente cuente con
mejores herramientas para la enseñanza de la química, particularmente en el caso de
la estequiometría y se podría extrapolar hacia otras áreas, tanto en la química, como
en cualesquier otra asignatura en la que se cuente con diferentes estrategias para
enseñar un tema.
87
Referencias
Almaguer, T. (1999). El desarrollo del alumno. Características y estilos de aprendizaje. (2da. ed.). Distrito Federal, México:Trillas
Azcona, R., Furió, C., lntxausti, S. e Irizar, M. (2005). Enseñanza de las ciencias.¿Cómo se puede favorecer una buena comprensión de la cantidad de sustancia y el mol en una clase de bachillerato. Número extra. VII congreso.
Campanario, J. y Moya A. (1999). ¿Cómo enseñar ciencias? Principales tendencias y Propuestas. Recuperado el 28 de agosto de 2006 de http://www.bib.uab.es/pub/ensenanzadelasciencias/02124521 v1 7n2p 179 .pdf#search='ense %C3%B 1 ar%20ciencias'
Evans, M. y Rosenthal, J. (2004). Probabilidad y Estadística. La ciencia de la incertidumbre. Barcelona, España: Reverté
Gardner, H. (1995). Inteligencias múltiples. La teoría en la práctica. Barcelona, España: Ediciones Paidós.
Garza, R. y Leventhal S. (2000). Aprender cómo aprender. (3a. ed.). Distrito Federal, México:Trillas
ITESM (2005).Misión 2015. Recuperado el 15 de Octubre de 2006 de http://www.itesm.mx/2015/mision.html
Hemández, R. Femández-Collado, C. y Baptista, P. (2006). Metodología de la investigación. (4ª. ed.).Distrito Federal, México: Me Graw Hill/lnteramericana
Lin, H., Lee, S. y Treagust, D.(2005). Chemistry teachers' estimation oftheir students' leaming achievement. Chemical Education Research. 82(10), 1565-1569.
Pérez, C. (2003). Estadística. Problemas resueltos y aplicaciones. Madrid, España: Pearson Education
Pozo, J. y Gómez Crespo, M. (2004). El aprendizaje de conceptos científicos; del Aprendizaje significativo al cambio conceptual. Aprender y enseñar ciencia: del conocimiento cotidiano al conocimiento científico. (4ª ed.). (pp. 84-127). Madrid España: Morata.
Reyes, A. (1999). Técnicas y modelos de calidad en el salón de clases.(3ª ed.).Distrito Federal, México:Trillas
Santrok, J (2001). Adolescencia. Psicología del desarrollo. Madrid, España:McGraw-Hill editores.
Scmidt, H. y Jignéus, C. Students' strategies in solving algorithmic stoichiometry problems.
Chemistry Education: Research and practice.4 (3),305-317.
Taber, K.(2001). Constructing chemical concepts in the classroom? Using research to inform practice. Chemistry Education: Research and practice in Europe.2 (1),43-51.
Talanquer, V (2004). Formación docente: ¿Qué conocimiento distingue a los buenos maestros de química? Educación Química, 15(1).
Tobin, Tippins y Gallard (1994). Handbook ofResearch on Science Teaching and Learning. Research for instructional strategies for teaching science. (pp. 45-91 ).New York, USA: Macmillan.
88
Woolfolk, A. (1996). Psicología educativa. (6ª ed). Distrito Federal, México: Prentice Hall.
89
ANEXOS
Anexo 1
stimado alumno: l siguiente cuestionario será de uso exclusivo de una investigación educativa. Se te agradece ,bremanera tu participación ya que los resultados servirán para proponer mejores métodos de 1señanza en el tema de la estequiometría.
ontesta las siguientes preguntas:
- ¿Qué es un átomo?
- ¿Qué es una molécula?
- ¿Qué es un mol?
- ¿Qué es la estequiometría?
- ¿Cuántas moléculas forman un mol?
- ¿Cómo conviertes de moles a gramos?
- ¿Cómo conviertes de gramos a moles?
tilizando la siguiente reacción química balanceada:
- Encuentra el número de moles de NH3 producidos cuando 5 moles de H2 reaccionan.
- Encuentra la cantidad en gramos de NH3 que se obtienen cuando 500 gr. de H2
reaccionan. Masas atómicas: N: 14 gr/mol H: 1 gr/mol O: 16 gr/mol
Anexo 2
Estimado alumno: Esta es la segunda fase de la investigación educativa en la que estás participando. Muchas
gracias por tu apoyo y recuerda que tu aportación es confidencial.
90
Utilizando la siguiente reacción química balanceada:
Encuentra el número de moles de NH3 producidos cuando 5 moles de H2 reaccionan utilizando el método que te indique la maestra.
Anexo 3
Estimado alumno: Esta es la tercera y última fase de la investigación educativa en la que estás participando. Muchas gracias por tu apoyo y recuerda que tu aportación es confidencial.
Utilizando la siguiente reacción química balanceada:
Encuentra la cantidad en gramos de NH3 que se obtienen cuando 500 gramos de H2 reaccionan. Masas atómicas: N: 14 gr/mol H: 1 gr/mol O: 16 gr/mol
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Anexo4
Grupo
Fase 1 Fase 2 Fase 3 mol gramos Mol gramos
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
sum pmol
91
