Revista Tendencias en Docencia Año 6 e Investigación en Química 2020 Número 6 Las TIC como medio de aprendizaje de algunas nociones abstractas de Estructura Atómica Pérez León Antonia del Carmen*, Velásquez Márquez Alfredo, Medina López Miriam del Carmen, Bárcenas Escobar Martín Universidad Nacional Auto noma de Me xico, Facultad de Ingeniería , Divisio n de Ciencias Ba sicas. Av. Universidad No. 3000, Coyoaca n, Ciudad de Me xico. C. P. 04510. Me xico. *Autor para correspondencia: pela72@yahoo.com.mx Recibido: 28/febrero/2020 RESUMEN El desarrollo que han alcanzado las TIC en los últimos años demanda un cambio de paradigma en las prácticas educativas, lo que implica una actualización de éstas con Aceptado: el objeto de satisfacer los requerimientos de la nueva sociedad de la información. Uno 10/diciembre/2020 de los factores que se pueden considerar son los dispositivos móviles en los ambientes de aprendizaje, por su creciente distribución y adaptación en la sociedad, sin distinción de edades, estatus socioeconómico o actividades a las que se dedique el ser humano, y la posibilidad de impactar la educación de los estudiantes sin límites de espacio, lugar o tiempo. En el aprendizaje de la Química, que se imparte en la DCB Palabras clave: de la FI de la UNAM, el uso de TIC representa una herramienta que favorece el Quím ica, aprendizaje de conceptos relacionados con fenómenos no observables a simple vista, simuladores, como es el caso de la estructura del átomo. El uso de simuladores relativos al tema de a tomo estructura atómica facilita el desarrollo de ciertas habilidades básicas relacionadas con el proceder científico, la resolución de problemas, el manejo y tratamiento de la información, y permite complementar la enseñanza tradicional. Keywords: Chemistry, simulators, ABSTRACT atom The development that ICTs have achieved in recent years demands a paradigm shift in educational practices, which implies an update of these in order to meet the requirements of the new information society. One of the factors that can be considered is to use mobile devices in learning environments, due to their increasing distribution, the adaptation of cell phones in society without distinction of age, independence of socioeconomic status or activities to which the being is dedicated human, and the possibility of impacting the education of students without limits of space, place or time. In the learning of Chemistry, which is taught in the Basic Sciences Division of the Faculty of Engineering of the UNAM, the use of ICT represents a tool that favors the learning of concepts related to phenomena not observable to the naked eye, such as case of the structure of the atom. The use of simulators related to the topic of atomic structure facilitates the development of certain basic skills related to scientific behavior, problem solving, handling and treatment of information, and allows complementing traditional teaching. Universidad Autónoma Metropolitana Revista tediq 6(6) 26, 2020 Revista Tendencias en Docencia Año 6 e Investigación en Química 2020 Número 6 Introducción información, y permite complementar la enseñanza tradicional. La incorporación de las TIC al plan de estudios constituye un desafío pedagógico, lo que evidencia una nueva Respecto del uso de modelos virtuales, García, definición de roles tanto para estudiantes como para Domínguez y Stipcich (2014) consideran que favorecen docentes. Los estudiantes pueden adquirir mayor el aprendizaje de las ciencias debido a la diversidad de autonomía y responsabilidad en su proceso de tareas que ofrecen. Particularmente, el uso de las aprendizaje, mientras que los docentes abandonan el rol simulaciones ofrece la posibilidad de trabajar con de única fuente de información para transformarse en los modelos de fenómenos con los que no se puede generadores de este nuevo paradigma educativo experimentar a nivel de laboratorio. (Vacchieri, 2013). Así pues, es de suma importancia para el docente encontrar y conocer los recursos adecuados De esta manera, el abordaje de conceptos abstractos se para lograr tal propósito. puede auxiliar del uso de recursos digitales tales como los simuladores (laboratorios virtuales) que les permiten En el aprendizaje de la Química, que se imparte en la a los estudiantes la visualización de conceptos, División de Ciencias Básicas de la Facultad de Ingeniería concretizándolos y favoreciendo su interpretación y de la UNAM, el uso de TIC representa una herramienta comprensión. De este modo, los simuladores que favorece el aprendizaje de conceptos relacionados (laboratorios virtuales) actúan como puentes entre el con fenómenos no observables a simple vista, como es el mundo microscópico y el conocimiento y análisis de éste, caso de la estructura del átomo. Según expresa Kauderer propiciando una mejor comprensión. (1999), la falta de representación a escala atómica lleva a los estudiantes a realizar interpretaciones en función de Otro aspecto que considerar es la diversidad de sus observaciones macroscópicas, lo cual conduciría a un estudiantes en el sentido de los estilos de aprendizaje. conocimiento superficial y difuso de los fenómenos. Felder (2005) menciona que los estudiantes tienen diferentes niveles de motivación, actitudes y respuestas Desde la Química se espera que los estudiantes a prácticas instruccionales y ambientes de aprendizaje comprendan y analicen las propiedades y específicos y que el nivel de aprendizaje de un estudiante transformaciones de la materia, y, para ello, necesitan en clase depende de su habilidad nativa y preparación conocer conceptos fuertemente abstractos y previa, pero también de la compatibilidad entre sus relacionarlos con los fenómenos que observan. En otras atributos como aprendiz y el estilo de enseñanza del palabras, se espera que los estudiantes comprendan y profesor. analicen el mundo en el que viven recurriendo a modelos de partículas que enseña la ciencia (Pozo & Gómez El estilo de enseñanza en ingeniería consiste típicamente Crespo, 1998). Según Chamizo (2010), los modelos en que el profesor da la clase y los estudiantes intentan constituyen representaciones, basadas generalmente en absorber el contenido de la clase y reproducirlo en los analogías, que se construyen contextualizando cierta exámenes. Este enfoque, en particular, no es el más porción del mundo, con un objetivo específico. A eficiente para la mayoría de los estudiantes, pero se debe diferencia de los modelos científicos que son construidos considerar que no habrá uno que ajuste a todos. Sin en el marco de investigaciones científicas, basados en embargo, es labor del profesor empezar por conocer a diversas pruebas o extrapolaciones, los modelos de sus estudiantes para buscar diversificar su clase, ciencia en el ámbito escolar tienen como fin mediar los conociendo lo que sus estudiantes comprenden y cómo aprendizajes; por lo tanto, serán seleccionados o lo aprenden (Felder y Brent, 2005). diseñados por los docentes teniendo en cuenta el grupo La diversidad de los estudiantes en el sentido del de estudiantes a los que está dirigido. aprendizaje se puede abordar mediante el uso de las TIC, ya que ellas proporcionan herramientas importantes, Metodología como los multimedios interactivos, que se pueden La Química es de gran importancia en muchos campos utilizar para estimular el aprendizaje en estudiantes del conocimiento y uno de ellos es la Ingeniería, todo porque proporcionan elementos sensoriales y la ingeniero, debe tener una educación integral en el interacción les da la capacidad de investigar por su conocimiento de los principios básicos de las ciencias propia cuenta, ajustándose a su individualidad. Si estas exactas, entre las que se encuentra la Química. herramientas se acoplan adecuadamente a los temas de clase, se pueden lograr aprendizajes significativos El uso de simuladores relativos al tema de estructura particulares a cada estudiante. atómica facilita el desarrollo de ciertas habilidades básicas relacionadas con el proceder científico, la En el tema 1 del programa de Química (1123) o Química resolución de problemas, el manejo y tratamiento de la de Ciencias de la Tierra (1125), se abordan contenidos Universidad Autónoma Metropolitana Revista tediq 6(6) 27, 2020 Revista Tendencias en Docencia Año 6 e Investigación en Química 2020 Número 6 referidos a Estructura Atómica, tales como: la evolución protones, neutrones y electrones. Los estudiantes del modelo atómico, carga, masa y ubicación de pueden manipular estos elementos con el mouse y ver en partículas subatómicas, cálculo de partículas a partir de una ventana lateral cómo cambia la carga y la masa del número atómico y número másico y diagrama del átomo átomo, y el elemento químico correspondiente. con distribución electrónica por niveles, a partir de los cuales se puede hacer una guía de trabajo con situaciones problemáticas que apuntan a la ponderación de la carga, masa e identidad de cada elemento químico en función de los datos proporcionados. El simulador (laboratorio virtual) referido al tema “construir un átomo” se descargó de la página https://phet.colorado.edu/es/, una web de tecnología educativa en Física (PhET – The Physics Education Technology) de la Universidad de Colorado Boulder, que ofrece de manera gratuita numerosas simulaciones de código abierto, así como materiales y propuestas Figura 2. Laboratorio virtual “Construir un átomo” educativas, y da a los profesores la oportunidad de aportar sus propias propuestas y ver y utilizar las También ofrece cuatro tipos de juegos (Figura 3). El contribuciones de los demás. primero reta al estudiante a identificar un elemento de la tabla periódica a partir de una distribución electrónica La descarga de los simuladores está disponible para mostrada y se le pide que, además, responda si es un todos, y el acceso a los materiales y guías de uso y átomo neutro o un ion. En el segundo juego se tiene que enseñanza requiere registrar su correo electrónico y adjudicar el número másico o carga total a partir de datos generar una cuenta gratuita. Para poder utilizar este referidos a protones, electrones y neutrones. El tercer laboratorio los estudiantes deben seguir una serie de juego muestra una representación electrónica de un instrucciones para descargarlo y ejecutarlo. átomo y el estudiante debe adjudicarle el número másico Cabe mencionar que en esta página no sólo hay o identificar el elemento o la carga. En el cuarto juego se simuladores de temas de Química. Está disponible una proporciona información referida al número másico, gran variedad de laboratorios virtuales para asignaturas carga y número atómico de un elemento para adjudicarle de diferentes áreas (Física, Química, Biología, el número de protones, neutrones y electrones. Se puede Matemáticas, etc.) y niveles de estudio (primaria, elegir la modalidad de completar el juego después de secundaria, bachillerato, universidad), y se pueden cierto tiempo o después de un determinado número de plantear con ellos todo tipo de ejercicios, de acuerdo con “Retos”, y se dispone de dos oportunidades para dar la las necesidades de la clase. respuesta correcta y en caso de no serla el mismo juego la brinda. Figura1. Página PhET – The Physics Education Technology Figura 3. Juegos del laboratorio virtual “Construir un átomo” Resultados y discusión Dicha herramienta (simulador), les permite a los estudiantes manipular – agregando o quitando – las El simulador (laboratorio virtual) referido al tema partículas subatómicas en un diagrama del átomo por “construir un átomo” (Figura 2) permite construir niveles y de este modo visualizar los cambios que se átomos de diferentes elementos variando la cantidad de producen en cuanto a la identidad, carga y masa de un Universidad Autónoma Metropolitana Revista tediq 6(6) 28, 2020 Revista Tendencias en Docencia Año 6 e Investigación en Química 2020 Número 6 elemento determinado, además de la opción de ver qué en el modo “Predicción”. En el modo “Predicción” se tipo de átomo será inestable. Esta actividad de pueden observar las diferencias en cuanto a la absorción interacción les posibilita futuras predicciones respecto y emisión de fotones de los diferentes modelos atómicos, de las características atómicas en otras situaciones así como una representación visual del comportamiento problemáticas planteadas. de los electrones y la estructura del átomo y el espectro que estas interacciones generarían. Sólo el modelo de Con respecto a la guía de trabajo, se pueden involucrar Schrödinger producirá un espectro igual al del conocimientos de los aspectos naturales, como el análisis experimento (Figura 5). de la estructura del átomo, la aplicación de conceptos y teorías científicas relacionadas con la organización subatómica y posibles predicciones de la incidencia de cada partícula en la carga, masa e identidad de un átomo, que contribuyen al desarrollo de competencias como la relacionada con el conocimiento y la interacción con el mundo físico. También se pueden involucrar aspectos cuantitativos y espaciales de la realidad que integran el conocimiento matemático, tales como el cálculo para determinar la carga y/o masa, con los específicos del conocimiento atómico. Otro ejemplo es el simulador “Modelos atómicos del átomo de hidrógeno”, para el cual se han planteado varias actividades, ya que este simulador se puede aplicar en diversos temas de la asignatura. El simulador funciona Figura 5. Comparación de espectros de emisión de diferentes como un espectrofotómetro en el que se pueden modelos en el simulador visualizar fotones de distintas longitudes de onda emitidos por una pistola de fotones virtual que apunta a En el modo “Predicción”, cada modelo del átomo muestra un átomo (Figura 4). al electrón y los niveles de energía y transiciones de acuerdo con las ideas representativas de ese modelo en particular. De esta forma, es posible para los estudiantes obtener una interpretación visual de ideas como la absorción y emisión de fotones en un átomo, ya que en el simulador se muestran los saltos cuánticos al momento en que el átomo “absorbe” y “emite” fotones, así como los diagramas de energía que representan estas transiciones (Figura 6). Figura 4. Simulador “Modelos del Átomo de Hidrógeno” en modo “Experimento” El laboratorio virtual tiene dos modos principales de trabajo: “Experimento” y “Predicción”. En el modo “Experimento”, se presupone que no se conoce a qué elemento pertenece el átomo, pero se puede medir su espectro. El simulador guarda un conteo de los fotones emitidos aleatoriamente y las longitudes de onda a las que el átomo en cuestión emite fotones, formando un espectro característico del átomo que se está estudiando. Al espectro formado se le puede tomar una “foto” para compararlo después con los espectros generados con Figura 6. Simulador “Modelos del Átomo de Hidrógeno en cada uno de los modelos atómicos diferentes disponibles modo “Predicción Universidad Autónoma Metropolitana Revista tediq 6(6) 29, 2020 Revista Tendencias en Docencia Año 6 e Investigación en Química 2020 Número 6 El simulador también proporciona información sobre la El uso de laboratorios virtuales en la clase de Química longitud de onda a la cual ocurren las transiciones y los favorecería la indagación científica desde la interacción niveles de energía involucrados. Gracias a lo anterior, con el recurso y facilitaría la representación mental de también es posible realizar ejercicios cuantitativos conceptos abstractos haciendo visible lo invisible. Este relacionados con los niveles de energía del electrón en el tipo de recursos puede ayudar a los estudiantes a átomo de hidrógeno. familiarizarse con nuevos conceptos y facilitar la consolidación del aprendizaje a partir de nuevas Conclusiones aplicaciones. Estos simuladores, permiten dilucidar cuestionamientos Referencias normalmente planteados en la interacción áulica contribuyendo a optimizar el aprendizaje. Es necesario Chamizo J. A. (2010). Una tipología de los modelos para admitir que la herramienta virtual facilita las respuestas la enseñanza de las ciencias. Revista Eureka sobre la en el abordaje de situaciones problemáticas, sin enseñanza y divulgación de las ciencias, 7(1), 26-41. embargo, el ejercicio en el manejo del recurso se Obtenido de transforma en una actividad lúdica que trae dispuesto un http://www.redalyc.org/pdf/920/92013011003.pdf aprendizaje significativo. Felder R.M., Brent R. (2005). Understanding Student El uso de estos simuladores se ha incorporado al Differences. Journal of Engineering Education, 94(1), 57- Proyecto PAPIME 106119 “Diseño, elaboración y 72. doi:https://doi.org/10.1002/j.2168- distribución de aplicaciones móviles (apps) para apoyar 9830.2005.tb00829.x la enseñanza-aprendizaje de las asignaturas de Física y García D., Domínguez M.A., Stipcich M.S. (2014). El Química de la Facultad de Ingeniería”. Proyecto apoyado modelo TPACK como encuadre para enseñar por la Dirección General de Asuntos del Personal electrostática con simulaciones. Latin American Journal Académico (DGAPA) de la UNAM. Los detalles de la of Physics Education, 8(1), 81-90. Obtenido de aplicación móvil se presentan en este mismo Congreso en https://ri.conicet.gov.ar/handle/11336/33833 el trabajo ADA2001 “Avances en el desarrollo de una aplicación digital para apoyar la enseñanza de la Kauderer M. (1999). De la química que enseñamos a la química”. Consideramos que emplear los dispositivos que queremos enseñar. En M. Kaufman, & L. Fumagali, móviles en los ambientes de aprendizaje es fundamental, Enseñar ciencias naturales. Reflexiones y propuestas debido a su creciente distribución, la adaptación de los didácticas (págs. 211-237). Buenos Aires: Paidós celulares en la sociedad sin distinción de edades, Educador. independiente del estatus socioeconómico o de las Pozo J.I., Gómez Crespo M.Á. (1998). Aprender y enseñar actividades a las que se dedique el ser humano, y la ciencia. Madrid: Morata. posibilidad de impactar la educación de los estudiantes sin límites de espacio, lugar o tiempo. Vacchieri A. (2013). Las políticas TIC en los sistemas educativos de América Latina. CASO Por otra parte, se destaca la versatilidad de la herramienta en el uso por parte de los docentes, quienes ARGENTINA. Argentina: Fondo de las Naciones Unidas pueden adecuar las actividades propuestas en función de para la Infancia (UNICEF). Obtenido de las metas a alcanzar. https://www.educ.ar/recursos/120274/las-politicas- tic-en-los-sistemas-educativos-de-america-latina-caso- argentina. Universidad Autónoma Metropolitana Revista tediq 6(6) 30, 2020