Aprendizaje de propiedades elementales de la materia: volumen, masa y densidad, en estudiantes de ESO

Resumen

En este trabajo se pretende realizar una aportación a la Didáctica de las Ciencias Experimentales, mediante el diseño, implementación y evaluación de una propuesta de enseñanza que ayude al alumnado de secundaria obligatoria a asimilar los conceptos básicos volumen, masa y densidad tratados en esta etapa. Con este objetivo, la investigación se estructura en tres estudios relativos a la enseñanza fundamentada de dichos conceptos: análisis de las concepciones alternativas, análisis de los libros de texto; y elaboración, aplicación y evaluación de una propuesta de enseñanza. Los instrumentos de análisis, para cada estudio, se indican en las líneas siguientes: Para el análisis de las concepciones alternativas de alumnos en el primer estudio (Muestra 1): cuestionarios de respuestas abiertas. Para el análisis de los libros de texto: protocolos/plantilla de presencia- ausencia. Para la investigación de la propuesta de enseñanza implementada (Muestra 2): cuestionarios inicial y final de respuestas abiertas (prestest y postest) estructurado en cinco aspectos fundamentales, relacionados con el volumen, la masa y la densidad; hojas de resultados con la respuesta de los estudiantes a las actividades de la unidad; y, diario e informe final del profesor. Los resultados sobre concepciones alternativas, indican que el alumnado que finaliza tercero de ESO, presenta dificultades en la explicación de los fenómenos planteados. Entre estas dificultades: la asociación de cambios de forma con cambios de volumen, la influencia del peso o la profundidad de inmersión en el volumen desalojado de líquido cuando se sumerge totalmente un sólido en él, la ausencia de masa en gases o la confusión entre densidad y viscosidad; destacan por ser las más arraigadas. Además, es de señalar que, la mayoría de los estudiantes de la muestra estudiada, no son capaces de estimar valores aproximados de masa o volumen de objetos frecuentes en su vida diaria. Tampoco consideran la densidad como una propiedad que sirva para diferenciar unas sustancias de otras, y solo unos pocos consideran que la densidad no depende de la cantidad de sustancia. Utilizan mejor la interpretación adecuada de la flotación cuando se trata comparar lo ocurrido con un mismo sólido en diferentes líquidos, que cuando la situación contempla varios sólidos en un mismo líquido. Estas circunstancias revelan las carencias en la estrategia de enseñanza utilizada para el tratamiento de estos contenidos. En el análisis de los textos de ESO se buscó la presencia o ausencia de elementos que pudieran tener relación con las concepciones alternativas mencionadas, llevando a cabo una comparativa entre los publicados según la ley anterior (LOE) y los que se rigen por la legislación actual (LOMCE). En general, los libros introducen la densidad como una fórmula matemática sin una presentación cualitativa previa de su significado. Aunque aparecen ejemplos de valores de densidades de sustancias (habiendo pocos casos de gases), no incluyen ejemplos de materiales de posible interés como el grafeno. De forma gráfica, solo una minoría de los libros analizados resalta el contraste entre los valores de densidades de sustancias sólidas, mejorando este tratamiento los libros de la nueva ley. No se abordan las concepciones alternativas relativas a que el agua desalojada por un sólido en completa inmersión no depende del peso del sólido ni de la profundidad a la que se sumerja. Pero suelen reproducir el mismo ejemplo de la “medida del volumen de una piedra inmersa en agua”, bajo la falsa premisa de que los alumnos carecen de ideas previas inadecuadas al respecto. En la separación de sustancias por decantación, aparece sistemáticamente el caso del agua y aceite. Pero no se aprovecha para mostrar otros ejemplos, como la decantación en la depuración del agua o en la fabricación de aceites esenciales. La propuesta de ejemplos de flotación sólidos en líquidos ha mejorado en algunas editoriales al pasar de una ley a la siguiente. Pero aspectos como la flotabilidad variable de un objeto en un mismo líquido, no se discute en ninguno de los libros analizados. Por último, la propuesta de enseñanza está fundamentada en la metodología por investigación dirigida y aplicada a alumnado de tercer curso de ESO. Consiste en un programa de actividades (23, de tipo experimental, en siete sesiones) que sigue una secuencia construida con el objetivo de ir paliando las dificultades que se han anticipado en los estudios anteriores. La metodología, de forma general, consiste en comenzar con una situación problemática de interés a partir de la cual los estudiantes emiten hipótesis de partida. A continuación deben pensar en algún método que les lleve a la comprobación de estas hipótesis, obteniendo datos y emitiendo conclusiones. La función del profesor es servir de guía en el proceso de aprendizaje. Los participantes fueron los alumnos (de dos grupos homogéneos) del autor de la investigación. Tras el desarrollo y análisis de la propuesta, los resultados revelan, en primer lugar, una mejora significativa entre las respuestas del pretest y las del postest. Entre ellas, la asimilación de que el volumen de líquido que desaloja un sólido al sumergirse totalmente en él depende del volumen de este, la utilización de la densidad para la identificación de sustancias, la diferenciación entre densidad y viscosidad o la asimilación de que el estado gaseoso presenta las mismas propiedades que los otros estados. Del mismo modo, observamos una adaptación progresiva a la metodología de enseñanza propuesta y una mayor autonomía en el desarrollo del trabajo experimental. Esta evolución se da, sobre todo, en aquellos procedimientos relacionados con la identificación del problema propuesto, la formulación de predicciones e hipótesis y el establecimiento de conclusiones. Si bien, detectamos cierta intermitencia en la medición de magnitudes, recogida de datos y utilización de las técnicas básicas de laboratorio, según las sesiones y actividades, aspectos que consideramos necesario seguir trabajando. Por último, advertimos también una mejora en la actitud de aprendizaje ante las ciencias. No obstante, se ha detectado la necesidad de ampliar el número de ejemplos donde aplicar los conocimientos, para garantizar la superación de algunas concepciones alternativas más arraigadas y que esto se haga extensivo a una mayoría de alumnos.