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Los modelos atómicos en décimo grado bajo el enfoque de la enseñanza para la comprensión

León Torres, Lynda Stefanny (2016) Los modelos atómicos en décimo grado bajo el enfoque de la enseñanza para la comprensión. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

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Resumen

La presente investigación propone una propuesta didáctica para la enseñanza de la estructura atómica desde los modelos de Thomson, Rutherford y Bohr para estudiantes de grado décimo de educación media. Todo está hecho de átomos, y la comprensión de su estructura, además de contribuir al desarrollo de la tecnología, ha cambiado nuestra visión del mundo y nuestra comprensión de muchos de sus fenómenos. Además, la evolución histórica de los modelos atómicos resulta ser un ejemplo excelente sobre cómo evoluciona una teoría científica. Sin embargo, actualmente la enseñanza de los modelos atómicos presenta dificultades, pues su comprensión implica representaciones simbólicas y modelos abstractos que no siempre son fáciles de visualizar; y estudios como los de (Galagovsky & Adúriz-Bravo, 2001, pág. 235) concluyen estos modelos se enseñan como verdades intrínsecas para explicar fenómenos específicos, como si no hubiese contradicción entre estos hechos experimentales y los modelos anteriores, privando al estudiante de observar cómo evolucionan las ideas de la ciencia. La propuesta se implementó en el Gimnasio Fontana, que cuenta con amplios recursos didácticos, con los estudiantes del énfasis de química de grado décimo. La secuencia didáctica se construyó desde el enfoque de la enseñanza para la comprensión. Como hilo conductor se escoge la pregunta: ¿qué permiten explicar los modelos sobre la estructura atómica?, y los tópicos generativos para cada modelo son: ¿cómo funcionaban los televisores de rayos catódicos? (para el modelo de Thomson), ¿por qué es posible saber la edad de los fósiles? (para el modelo de Rutherford) y ¿qué emplean los juegos pirotécnicos para obtener tantos colores? (para el modelo de Bohr). La secuencia didáctica consta de 16 sesiones de 50 minutos. Las actividades realizadas incluyen videos, explicaciones magistrales, experimentos cualitativos y, muy en especial, simuladores y videojuegos que permiten reproducir tanto los experimentos originales (como el tubo de rayos catódicos o el experimento de Rutherford) como aplicar estos modelos para la solución de situaciones específicas (como determinar la edad de un fósil o usar las líneas espectrales para identificar los elementos presentes en una sustancia). La estrategia didáctica se evaluó tanto de manera cuantitativa, en un diseño pre-experimental con pretest y postest, como cualitativa, observando el desempeño de los estudiantes en videos y juegos que sirvieron como actividades de evaluación continua y en el análisis de los escritos y dibujos realizados por ellos. En ellos se evidencia que, sorprendentemente, los estudiantes incluso llegan a construir por sí mismos modelos atómicos que coinciden bien con los postulados, y que pueden aplicar correctamente los conceptos subyacentes a los tres modelos atómicos vistos para solucionar situaciones concretas. El análisis estadístico de los test de entrada y de salida muestra un incremento notable en el desempeño de los estudiantes, que se desplaza hacia arriba entre 10 y 15 unidades, y varios de ellos logran el puntaje máximo. Tanto la prueba t de Student, como la prueba de Rangos de Wilcoxon otorgan niveles de significancia menores al 1% entre el pretest y el postest, indicando que la diferencia obtenida entre éstos no es fruto del azar, sino de un aumento significativo en el desempeño de los estudiantes. Finalmente, los estudiantes mostraron gran motivación e interés, y se logró que con la comprensión de los modelos atómicos llegaran a transformar su visión del universo y su cuerpo, e incluso a discutir sobre la relación entre ciencia y ética respecto a los usos de radioisótopos en bombas atómicas y medicina nuclear y sustentar adecuadamente estudios actuales en nanotecnología. Esta unidad didáctica es una contribución valiosa para la enseñanza de los modelos atómicos en secundaria, y constituye una invitación para que otros maestros se arriesguen a llevar al aula el pensamiento abstracto, romper la barrera entre el conocimiento escolar y el científico e, incluso, transformar la visión del mundo de sus estudiantes., Abstract. This research introduces a didactic proposal for teaching the atomic structure from the Thomson, Rutherford and Bohr models for tenth graders. Everything is made of atoms, and understanding its structure, besides developing our tecnology, changes our view from the universe and our comprehension of many natural phenomena. In addition, the hystoric evolution of such models is an excellent example on how a scientific theory evolves. However, the teaching of atomic models in high school faces some difficulties, because its understanding implies symbolic representations and abstract models, and studies such as (Galagovsky & Adúriz-Bravo, 2001, pg. 235) conclude that the models are taught as intrinsic truths and, therefore, that there are no contradictions between experimental facts and previous models, neglecting the students the opportunity to see how scientific ideas evolve. The proposal was implemented at Gimnasio Fontana, which has extensive didactic for students in the tenth-grade chemistry emphasis. The didactic unit was designed in the didactic frame of the teaching for comprehension. As leading thread, we chosen the question: ¿what can be explained with the models for the atomic structure? and the generative topics for each model were: ¿How the CRT TVs work? (for Thomson’s atomic model), ¿Why it is possible to know how old a fossile is? (for Rutherford’s model) and ¿What do fireworks use to obtain so many colors? (for Bohr’s model). The didactic sequence os made of 16 sessions, 50min each. The activities include videos, lectures, demonstrative experiments, and – specially – online videogames and simulators that allow both to reproduce the original experiments (like the cathodic ray tubes or the Rutherford’s experiment) and apply those models to solve specific situations (as determaining the age of a fossil or use spectral lines to identify the elements present in a substance). The didactic strategy was evaluated with quantitative methods, in a pre-experimental design with pre- and posttest, plus qualitative ones, by observing the student’s performance in videos and games, which were used as continuous evaluation tools, and by the analysis of students’ texts and drawings. They evidence that, remarkably, the students were able to build themselves atomic models that coincide with those hypotezed by scientists, and they were able to apply such models to describing specific phenomena. The statistical analysis of the pre- and posttest shows a remarkable increase in students’ performance, which grows between 10 to 15 units, and some students reach the maximal score. Both the student-t and Wilcoxon tests gives significance levels below 1%, evidencing that such a difference between pre- and posttest is not a result of randomness, but of a significative improvement in student’s performance. Finally, students were motivated and interested, and understanding of atomic models transformed their view of the universe and their body, and gave them elements to discuss the relationship between science and ethics by considering the uses of radioisotopes in atomic bombs and nuclear medicine, and to support current studies in nanotechnology. This didactic unit is a valuable contribution for the teaching of atomic models in high school. It constitutes an invitation to other teachers to bring to the classroom the abstract way of thinking, to brake the barrier between scholarly and scientific knowledge and even to transform their students’ view of the universe.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Muñoz Castaño, José Daniel
Información adicional:Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Palabras clave:Enseñanza para la comprensión, Modelos atómicos, Thomson, Rutherford, Bohr, Teaching for understanding, Atomic models
Temática:3 Ciencias sociales / Social sciences > 37 Educación / Education
5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 53 Física / Physics
5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 54 Química y ciencias afines / Chemistry
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ciencias > Área curricular de Formación en Ciencias > Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Código ID:57093
Enviado por : MODELOS LYNDA STEFANNY LEON TORRES
Enviado el día :31 May 2017 19:46
Ultima modificación:31 May 2017 19:46
Ultima modificación:31 May 2017 19:46
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