Experimentos con reacciones químicas que dificultan la consideración de los procesos físicos relevantes para su explicación: una propuesta para su enseñanza
DOI
https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2024.v21.i3.3204Información
Autores/as
- Juan Quílez Pardo (ES) Grupo Especializado de Didáctica e Historia de la Física y la Química. RSEQ - RSEF https://orcid.org/0000-0001-5428-4617
Resumen
Este trabajo analiza dos experimentos que tienen como contexto una reacción de combustión. La producción de esta reacción química complica para los estudiantes el entendimiento de los resultados finales debido a la gran cantidad de conceptos que deben considerar y al empleo de un razonamiento causal lineal que supone la reducción funcional de las variables implicadas. Esta dificultad ha provocado su incorrecta explicación no sólo por parte de alumnos de diferente nivel académico, sino que también de profesores de ciencias en formación, autores de libros de texto e incluso investigadores en enseñanza de las ciencias. Con el objetivo de mitigar la enorme demanda cognitiva que supone el entendimiento de estos dos procesos, se propone una serie de experimentos previos que permiten acotar su estudio. Esta menor exigencia de entendimiento inicial presenta la potencialidad de que el alumnado pueda centrarse finalmente en los aspectos conceptuales relevantes, lo que pretendidamente le va a facilitar la utilización de su conocimiento previo referido al comportamiento físico de los gases. En cualquier caso, para su completo desarrollo en el aula, el papel del profesorado se manifiesta esencial. En este sentido, quedaría pendiente averiguar el grado de indagación orientada que puede resultar más efectivo.
Palabras clave
Descargas
Licencia
Derechos de autor 2024 Juan Quílez Pardo
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.
Aquellos autores/as que tengan publicaciones con esta revista, aceptan los términos siguientes:
- Los autores/as podrán conservar sus derechos de autor y garantizarán a la revista el derecho de primera publicación de su obra, el cual estará simultáneamente sujeto a la Licencia de reconocimiento de Creative Commons que permite a terceros compartir la obra siempre que se indique su autor y su primera publicación esta revista.
- Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos telemáticos institucionales o en su página web) una vez el manuscrito sea aceptado, lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto). También se permite la difusión de la versión pre-print de los artículos a partir del momento en que son aceptados o publicados
Reconocimiento-NoComercial
CC BY-NC
Citas
A tang of science (2021). Candle Experiment. https://tangofscience.blog/2021/01/22/ candle-experiment/
Adcock, L. H. (1998). The Egg in the Bottle Revisited: Air Pressure and Amontons’ Law (Charles’ Law). Journal of Chemical Education, 75(12), 1567– 1568. https://doi.org/10.1021/ed075p1567
American Chemical Society (2024). Flame out. https://www.acs.org/education/ whatischemistry/adventures-in-chemistry/experiments/flame-out.html
Anderson, J. R. (2010). Cognitive Psychology and its Implications. Worth Publishers.
Andersson, B. (1990). Pupils' Conceptions of Matter and its Transformations (age 12-16). Studies in Science Education, 18(1), 53-85. https://doi.org/10.1080/0305726900 8559981
Arrigoni, E. (1975). Some Egg-Citing Experiments for Easter. The Science Teacher, 42(2), 51-53. https://www.jstor.org/stable/24125833
Ashman, G., Kalyuga, S. y Sweller, J. (2020). Problem-solving or explicit instruction: Which should go first when element interactivity is high? Educational Psychology Review, 32, 229–247. https://doi.org/10.1007/s10648-019-09500-5
Birk, J. P. y Lawson, A. E. (1999). The persistence of the candle-and-cylinder misconception. Journal of Chemical Education, 76(7), 914–916. https://doi.org/10.1021/ed076p914
Caplan, J. B., Gerritsen, H. J. y LeDell, J. S. (1994). The hidden complexities of a ‘‘simple’’ experiment. Physics Teacher, 32(5), 310–314. https://doi.org/10.1119/ 1.2344010
Carrascosa, J. y Gil, D. (1985). La «metodología de la superficialidad» y el aprendizaje de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 3(2), 113-120. https://doi.org/10.5565/ rev/ensciencias.5246
Clark, S. K. (2009). A Brief Note on Misconceptions Regarding the Candle-and-Tumbler Experiment. Journal of Geoscience Education, 57(2), 99-100.
de Jong, T., Lazonder, A. W., Chinn, C. A., Fischer, F., Gobert, J., Hmelo-Silver, C. E., Koedinger, K. R., Krajcik, J. S., Kyza, E. A., Linn, M. C., Pedaste, M., Scheiter, K. y Zacharia, Z. C. (2023). Let's talk evidence—The case for combining inquiry-based and direct instruction. Educational Research Review, 39, 100536. https://doi.org/10.1016/j.edurev.2023.100536
DeLorenzo, R. (1996). Egg in the bottle. Journal of Chemical Education, 73(9), A188.
Driver, R., Guesne, E. y Tiberghien. Ideas científicas en la infancia y la adolescencia. Morata. 1989.
Furió, C. y Calatayud, M. L. (1996). Difficulties with the geometry and polarity of molecules. Beyond Misconceptions. Journal of Chemical Education, 73(1), 36-41. https://doi.org/10.1021/ed073p36
Gabel, D. L., Stockton, J. D., Monaghan, D. L. y MaKinster J. G. (2001). Changing Children’s Conceptions of Burning. School Science Review, 101(8), 439–451. https://doi.org/10.1111/j.1949-8594.2001.tb17879.x
García-Rodeja, I.; Sesto, V. (2016). ¿Por qué sube el agua? Un estudio comparativo del desempeño en el uso de pruebas. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 13(2), 2015-229. http://hdl.handle.net/10498/18285
Gericke, N., Högström, P. y Wallin, J. (2022) A systematic review of research on laboratory work in secondary school. Studies in Science Education, 59(2), 245-285. https://doi.org/10.1080/03057267.2022.2090125
Guisasola, J., Ametller, J., y Zuza, K. (2021). Investigación basada en el diseño de Secuencias de Enseñanza-Aprendizaje: una línea de investigación emergente en Enseñanza de las Ciencias. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 18(1). 1801. https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc. 2021.v18.i1.1801
Glanz, J. (1963). Oxygen in air. Journal of Chemical Education, 40(6), A477.
González, M. E., Artigue, B., Lozano, M. T., Markina, M. C. y Mendizábal, A. (2013). 84 experimentos de química cotidiana en secundaria. Graó.
Gratton, L. M. y Oss, S. (2006). An extension of the imploding can demonstration. The Physics Teacher, 44, 269–271. https://doi.org/10.1119/1.3393054
Harrison, A. G. y Treagust, D. F. (2002). The particulate nature of matter: challenges in understanding the submicroscopic world. En de Jong, O., Justi, R., Treagust, D. F. y van Driel, J. H. (Eds.). Chemical education: towards research-based practice (pp. 189–212). Kluwer.
Hmelo-Silver, C. y Pfeffer, M. G. (2004). Comparing expert and novice understanding of a complex system from the perspective of structures, behaviours and functions. Cognitive Science, 28, 127-138. https://doi.org/10.1016/S0364-0213(03)00065-X
Hofstein, A., Kipnis, M. y Abrahams, P. (2013). How to learn in and from the chemistry laboratory. En Eilks, I. y Hofstein, A. (Eds.). Teaching Chemistry – A Studybook (pp. 153 – 182). Sense.
Hubbard, D. E. (2017). Chemical Lecture Demonstrations: An Opportunity for Engagement through Collections, Instruction, and Reference, Science & Technology Libraries, 36(4), 376-389. https://doi.org/10.1080/0194262X.2017. 1389667
Katchevich, D., Hofstein, A. y Mamlok-Naaman, R. (2013). Argumentation in the chemistry laboratory: Inquiry and confirmatory experiments. Research in Science Education, 43(1), 317–345. https://doi.org/10.1007/s11165-011-9267-9
Kim, M., Joung, Y. J. y Yoon, H. G. (2012). Stories of Teaching Hypothesis – Verification Process in Elementary Science Classrooms. En K. C. D. Tan y M. Kim (eds.), Issues and Challenges in Science Education Research (pp. 175-189). Springer.
Kolb, D., Grzanich, S., Carrigan, P. (1995). Getting the Egg Out of the Bottle. Journal of Chemical Education, 72(6), 527.
Kovacs, T. A. (2008). Weather and Climate Course Design for Education Majors with and without Science Majors. Journal of Geoscience Education, 56(5), 440-444.
Krnel, D. y Glažar, S. A. (2001). "Experiment with a Candle" without a Candle. Journal of Chemical Education, 78(7), 914. https://doi.org/10.1021/ed078p914
Lawson, A. E., Lewis, C. M. y Birk, J. P. (1999). Why do students “cook” data? Journal of College Science Teaching, 30, 191-198.
Leach, J. y Scott P. (2002). Designing and Evaluating Science Teaching Sequences: An Approach Drawing upon the Concept of Learning Demand and a Social Constructivist Perspective on Learning. Studies in Science Education, 38, 115-142. https://doi.org/10.1080/03057260208560189
Leite, L. y Afonso, A. (2004). Forms of reasoning used by prospective physical sciences teachers when explaining and predicting natural phenomena. Canadian Journal of Science Mathematics and Technology Education, 4, 169–191. https://doi.org/ 10.1080/14926150409556604
Loeschnig, L. V. (2005). Chemistry experiments. Sterling Publishing.
Lucas, A. M. y García-Rodeja, I. (1989). Contra las interpretaciones simplistas de los resultados de los experimentos realizados en el aula. Enseñanza de las Ciencias, 8(1), 11-6. https://raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/51286
MacNeil, J. y Volaric, L. (2003). Incomplete Combustion with Candle Flames: A Guided-Inquiry Experiment in the First-Year Chemistry Lab. Journal of Chemical Education, 80(3), 302−304. https://doi.org/10.1021/ed080p302
Markow, P. G. (1980). A Charles’ Law Demonstration Rehatched. Journal of Chemical Education, 57(4), 307.
Meheut, M. (1985). Pupils’ (11–12 year olds) conceptions of combustion. European Journal of Science Education, 7(1), 83-93. https://doi.org/10.1080/ 0140528850070109
Mete, P. (2023). Argumentation Skills of Pre-Service Elementary Teachers on Atmospheric Pressure. Journal of Science Learning, 6(1), 100-116. https://doi.org/10.17509/jsl.v6i1.46644
Moran, M. (1996). Egg in the bottle. Journal of Chemical Education, 73(9), A189.
Obendrauf, V. (1997). Egg in the bottle revisited. Journal of Chemical Education, 74(12), 1396.
Peckham, G. (1993). A new use for the candle and tumbler myth. Journal of Chemical Education, 70(12), 1008–1009. https://doi.org/10.1021/ed070p1008
Perkins D. N. y Grotzer, T. A. (2005). Dimensions of Causal Understanding: the Role of Complex Causal Models in Students' Understanding of Science. Studies in Science Education, 41(1), 117-165. https://doi.org/10.1080/03057260508560216
Pozo, J. I., Gómez-Crespo, M. A., Limón, M. y Sanz-Serrano, A. (1991). Procesos cognitivos en la comprensión de la ciencia: las ideas de los adolescentes sobre química. CIDE.
Pozo, J. I. y Gómez-Crespo, M. A. (1998). Aprender y enseñar ciencia. Del conocimiento cotidiano al conocimiento científico. Morata.
Prieto, T., Watson, R. y Dillon, J. (1992). Pupils’ understanding of combustion. Research in Science Education, 22, 331-340. https://doi.org/10.1007/BF02356913
Proksa, M., Krizanova, M., Drozdikova, A. y Halakova, Z. (2023). Experiences with Student Projects Focusing on Chemistry Shows in Undergraduate Chemistry Teacher Education. Journal of Chemical Education, 100(9), 3494–3499. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c00531
Que, R., Sha, S., Shen, L. y Xiong, Y. (2020). Changes of CO2 concentration and heat illustrate why the flame is extinguished in the candle- and cylinder experiment. Journal of Chemical Education, 97(4), 1195–1197. https://doi.org/10.1021/ acs.jchemed.9b00833
Quílez, J. (1997). El principio de Le Châtelier: un obstáculo epistemológico en el aprendizaje del equilibrio químico. Infancia y Aprendizaje, 20(78), 73-86. https://doi.org/10.1174/021037097761403154
Quílez, J. (2024a). Análisis epistemológico del currículum LOMLOE de Química de la ESO de la Comunitat Valenciana. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 21(2), 3304. https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_ cienc.2024.v21.i2.2304
Quílez, J. (2024b). Sobre la innovación educativa en la enseñanza de la química en las universidades españolas. Anales de Química RSEQ, 120, 61-66. https://doi.org/10.62534/rseq.aq.1977
Rhet, A. (2020). How does this candle suck up water into a glass? https://rjallain.medium.com/how-does-this-candle-suck-water-up-into-a-glass-f8cb3bef33b9
Riveros, H.G., Ovalle-Marroquín, P. y Lara, A. (2000). Oxygen measurement in gas mixtures. Revista de la Sociedad Química de México, 44(2), 101-103.
Riveros, H. G. (2012). Popular Explanations of Physical Phenomena: Broken Ruler, Oxygen in the Air and Water Attracted by Electric Charges. European Journal of Physics Education, 3(2), 52-57. http://eu-journal.org/index.php/EJPE/article/ view/111
Rozier, S. y Viennot, L. (1991). Students’ reasonings in thermodynamics. International Journal of Science Education, 13(2), 159-170. https://doi.org/10.1080/ 0950069910130203
Science World Society (2024). Egg in a bottle. https://www.scienceworld.ca/resource/egg- bottle/
Shakhashiri, B. Z. (1985). Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry. Vol. 2. University Wisconsin Press.
Shamos, M. S. (1975). Egg in the milk bottle caper. The Science Teacher, 42(7), 59. https://www.jstor.org/stable/24125806
Slisko, J. (2017). What did first-year students of physics learn previously about experiments that show existence of atmospheric pressure. Latin American Journal of Physics Education, 11(3), 3309.
Steward, J. E. (1991). The Collapsing Can Revisited. The Physics Teacher, 29(3), 141
Stocklmayer, S. (1988). Casting a little light on some candle experiments. The Australian Science Teachers’ Journal, 34(3), 39-40.
Sweller, J., Zhang, L., Ashman, G., Cobern, W. y Kirschner, P. A. (2024). Response to de Jong et al.’s (2023) paper “Let’s talk evidence – The case for combining inquiry-based and direct instruction”. Educational Research Review, 42, 100584. https://doi.org/10.1016/j.edurev.2023.100584
Tang, K. S. (2021). Discourse strategies for science teaching & learning: Research and practice. Routledge.
Thayer, J. W. (1975). Egg in the milk bottle caper. The Science Teacher, 42(7), 60.
https://www.jstor.org/stable/24125806
Tomás-Serrano, A. y García-Molina, R. (2015). Experimentos de Física y Química en tiempos de crisis. Universidad de Murcia.
Tomás-Serrano, A. y García-Molina, R. (2023). Una contribución para dilucidar las principales causas de ascenso de agua en un vaso invertido sobre la llama de una vela. Anales de Química de la RSEQ, 119(2), 180-188. https://analesdequimica.es/index.php/AnalesQuimica/article/view/1884
Tsaparlis, G. y Sevian, H. (2013). Concepts of matter in science education. Springer.
Unesco (1982). Nuevo manual de la Unesco para la enseñanza de las ciencias. Edhasa.
Utges, G. y Welti, R. (2006). La reducción funcional en la justificación de la adiabaticidad de las ondas sonoras. Enseñanza de las Ciencias, 24(2), 185-192. https://raco.cat/ index.php/Ensenanza/article/view/75825
Vera, F., Rivera, R. y Núñez, C. (2011). Burning a Candle in a Vessel, a Simple Experiment with a Long History. Science & Education, 20(9), 881-893. https://doi.org/10.1007/s11191-011-9337-4
Viennot, L. y Rozier, S. (1994). Pedagogical Outcomes of Research Education: Examples in Mechanics and Thermodynamics. En Fensham, P., Gunstone, R. y White, R. (Eds.). The Content of Science (pp. 237-254). The Falmer Press.
Vitz, E. (2000). Paradoxes, puzzles, and pitfalls of incomplete combustion demonstrations. Journal of Chemical Education, 77(8), 1011–1013. https://doi.org/10.1021/ ed077p1011
Watson, R., Prieto, T. y Dillon, J. (1995). The effect of practical work on students’ understanding of combustion. Journal of Research in Science Teaching, 32, 487-502. https://doi.org/10.1002/tea.3660320506
Watson, R., Prieto, T. y Dillon, J. (1997). Consistency in students' explanations about combustion. Science Education, 81, 425-444. https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-237X(199707)81:4%3C425::AID-SCE4%3E3.0.CO;2-E
Yoon, HG., Joung, Y. J. y Kim, M. (2012). The Challenges of Science Inquiry Teaching for Pre-Service Teachers in Elementary Classrooms: Difficulties on and under the Scene. Research in Science Education, 42, 589–608. https://doi.org/10.1007/ s11165-011-9212-y
Zhang, L., Kirschner, P.A., Cobern, W.W. y Sweller, J. (2022). There is an Evidence Crisis in Science Educational Policy. Educational Psychology Review, 34, 1157–1176. https://doi.org/10.1007/s10648-021-09646-1
Zhang, L. y Sweller, J. (2024). Instructional sequences in science teaching: considering element interactivity when sequencing inquiry‑based investigation activities and explicit instruction. European Journal of Psychology of Education. https://doi.org/10.1007/s10212-024-00799-5