Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad

Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz Departamento de Química Inorgánica Universidad de Sevilla [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0651-3793 D.O.I.: http://dx.doi.org/10.12795/JDU.2018.i01.60 Pp.: 1070-1085 Resumen En esta comunicación se describe el desarrollo de una metodología de enseñanza consistente en guiar a los estudiantes en su aprendizaje a través de la resolución de una serie de fichas proporcionadas por la profesora. En estas fichas se plantean diferentes actividades consistentes en lecturas y visualización de vídeos seguidos de cuestiones teóricas y ejercicios prácticos que los alumnos deben resolver en grupos de cuatro. Con este sistema, los alumnos pueden expresar sus opiniones y razonamientos en voz alta a la vez que escuchan lo que exponen sus compañeros. En todo momento el profesor se encuentra accesible para que ellos puedan consultar todas sus dudas ayudándoles, cuando es necesario, a reconducir sus razonamientos. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1071 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) En concreto se va a aplicar dicha metodología al estudio de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación, un tema de gran complejidad para los estudiantes de grado en Química. Palabras Clave: Química inorgánica, Grado en Química, Docencia universitaria, Experimentación docente universitaria, Aprendizaje activo Descripción del contexto de la intervención El ciclo de mejora se va a aplicar en el contexto de la asignatura Química Inorgánica II del tercer curso del Grado en Química. En esta asignatura se estudia cómo son los enlaces, las estructuras, las propiedades y las reacciones químicas más importantes de los compuestos inorgánicos más representativos: los compuestos de coordinación y los sólidos inorgánicos. — En el primer cuatrimestre se describen el enlace en los compuestos de coordinación, sus espectros electrónicos y propiedades magnéticas y los tipos de reacciones más significativas. — En el segundo cuatrimestre se trata de conocer el enlace, la estructura, la reactividad y las propiedades de los sólidos inorgánicos. Esta asignatura tiene carácter anual y se imparte en 2 clases semanales de 55 minutos y 8 seminarios de 2 horas cada uno que se distribuyen a lo largo del curso. El número de alumnos matriculados es de 40 de los cuales 22 son repetidores. De ellos, 32 alumnos asisten a clase con regularidad. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1072 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Diseño previo del Ciclo de Mejora Docente (CMD) MAPA DE CONTENIDOS El Ciclo de Mejora Docente se va a aplicar durante el desarrollo de 2 temas relacionados entre sí que tratan sobre las propiedades electrónicas y las propiedades magnéticas, respectivamente, de los Compuestos de Coordinación. Los contenidos más relevantes de estos dos temas se han organizado en un mapa de de contenido que se muestra en la Figura 1: Ambos tipos de propiedades (electrónicas y magnéticas) tienen en común un mismo fundamento teórico basado en la construcción de diagramas de niveles de energía. Aprenden en primer lugar los diagramas más sencillos correspondientes a los iones en estado libre y a continuación aprenden la construcción de esos mismos diagramas para los compuestos de coordinación que es el verdadero objetivo. A partir de esos diagramas pueden, por un lado y con ayuda de los diagramas Tanabe-Sugano, Figura 1. Mapa de contenido para las propiedades de los compuestos de coordinación. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1073 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) interpretar los espectros electrónicos de cualquier compuesto de coordinación, y por otro, calcular los momentos magnéticos efectivos de dichos compuestos y predecir o justificar sus propiedades magnéticas. MODELO METODOLOGICO El modelo metodológico que se plantea dentro de la estrategia docente propuesta en esta comunicación se resume en el esquema mostrado en la Figura 2: De acuerdo con ello, durante el desarrollo de las clases se alternan actividades en las que se presentan conceptos nuevos de teoría con actividades más prácticas. Las primeras consisten principalmente en lecturas de textos Pres = Presentación T = Teoría P = Práctica (Cuestiones + Ejercicios) V = Vídeo Pz = Explicación del profesor en la pizarra Test = Test E = Estudio Ej = Ejercicios C = Corrección Figura 2. Modelo metodológico seguido. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1074 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) seleccionados o elaborados por el profesor y la visualización de vídeos de youtube. Las actividades prácticas se basan en tener que responder cuestiones relacionadas con los conceptos teóricos y su aplicación en casos prácticos. En los dos casos se pueden combinar también con explicaciones del profesor en la pizarra. El modelo presenta también la realización de actividades en casa consistentes en estudiar los nuevos conceptos aprendidos, para afianzarlos, y la elaboración individual de ejercicios, que envían a la profesora para que se los corrija. SECUENCIA DE ACTIVIDADES PROGRAMADAS Para las ocho clases en las que se ha desarrollado el ciclo de mejora se programaron una serie de actividades que aparecen más abajo organizadas en tablas. Para las propiedades electrónicas se les proporciona a los alumnos 20 fichas de actividades y otras tantas para las propiedades magnéticas. Clase 1 Cuestionario 15’ Se pasará un cuestionario previo T+P Tema Propiedades Electrónicas - Fichas de actividad 1-5 40’ — Los alumnos comenzarán a trabajar en grupos de 4 con el material proporcionado por el profesor para este tema. — En estas fichas se alternan la teoría con cuestiones y ejercicios, que deben ir realizando en las propias fichas. — Algunas actividades se apoyan en vídeos tutoriales, que cada grupo visualizará en el momento que lo precise. — El profesor irá resolviendo las dudas que vayan planteando los grupos de alumnos. — Si alguna duda es común a todos los grupos y se trata de conceptos importantes para que puedan continuar se hará una puesta en común en la pizarra. — A los alumnos que no plantean dudas se les irá preguntando para tener la certeza de que han entendido adecuadamente los conceptos. E+Ej Trabajo para casa del alumno: — Tendrán que realizar uno de los ejercicios de las fichas que lo deben enviar al profesor antes de la próxima clase. 15-20’ CTrabajo para casa del profesor: — Corrección de los ejercicios. 20-30’ Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1075 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) La metodología será la misma en las siguientes clases: Clase 2 T+P Tema Propiedades Electrónicas - Fichas de actividad 6-10 55’ Clase 3 T+P Tema Propiedades Electrónicas - Fichas de actividad 10-15 55’ Clase 4 T+P Tema Propiedades Electrónicas - Fichas de actividad 16-20 55’ Clase 5 T+P Tema Propiedades Magnéticas - Fichas de actividad 1-5 55’ Clase 6 T+P Tema Propiedades Magnéticas - Fichas de actividad 6-10 55’ Clase 7 T+P Tema Propiedades Magnéticas - Fichas de actividad 11-15 55’ Clase 8 T+P Tema Propiedades Magnéticas - Fichas de actividad 16-20 55’ Finalmente, los alumnos enviarán al profesor todas las actividades realizadas a lo largo de las clases. A continuación, el profesor publicará los resultados de esas actividades y entonces los alumnos deben devolver el tema al profesor comentando aquellos aspectos que tras la lectura de las respuestas del profesor les hayan hecho reflexionar, darse cuenta de lo que no han entendido, etc. CUESTIONARIO PREVIO El cuestionario que se prepara para pasárselo a los alumnos el primer día del ciclo de mejora se presenta a continuación: 1.- Considera un complejo de un metal de configuración d1 e indica cuántos picos observarás en su espectro UV-Visible. Justifica tu respuesta dibujando sobre un esquema de energía las transiciones que corresponden a esos picos. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1076 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2.- Considera un complejo de un metal de configuración d2 e indica cuántos picos observarás en su espectro UV-Visible. Justifica tu respuesta dibujando sobre un esquema de energía las transiciones que corresponden a esos picos. 3.- ¿Qué crees que necesitas conocer para interpretar un espectro UV-visible? 4.- Enumera los distintos tipos de sustancias que conoces de acuerdo a sus propiedades magnéticas e indica cuáles son estas propiedades. 5.- Explica por qué se asocia el paramagnetismo a la existencia de electrones desapareados. Aplicación del CMD Clase 1. Al comienzo de la clase se pasa a los alumnos el cuestionario previo y, a continuación, comienzan a trabajar con las primeras fichas en las que se les presentan una serie de casos prácticos (ver ejemplo en la Figura 3). Dichos casos consisten todos ellos en proporcionarles ejemplos de compuestos cuyos espectros electrónicos deben predecir, o bien, se les da el espectro y lo deben justificar. La dificultad de los casos va en aumento. Figura 3. Ejemplo de caso práctico propuesto al comienzo del tema. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1077 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) En este momento, para resolver los casos planteados los alumnos emplean los únicos diagramas de niveles de Energía que conocen y comienzan a hacer sus predicciones. Al ir avanzando en los casos van comprobando que sus pronósticos no coindicen con los espectros experimentales que se les van mostrando y comienzan a caer en la cuenta de que algo de lo que están haciendo es incorrecto. El error está en los diagramas de energía que utilizan que no son los adecuados para interpretar espectros electrónicos. En sus discusiones y argumentaciones, al trabajar en los grupos, se detecta que tienen errores de conceptos básicos importantes, ya que, incluso al utilizar los diagramas de niveles de energía que conocen, hacen razonamientos erróneos acerca de lo que éstos significan. La clase se cierra con la puesta en común de los resultados y la toma de conciencia de que los diagramas de energía que han venido utilizando hasta ahora no sirven a la hora de interpretar espectros electrónicos. Esos diagramas sólo representan una situación posible de las moléculas, pero en realidad existen muchas situaciones de idéntica energía para una misma molécula y en una muestra se van a dar todas esas posibles situaciones que deben considerar. Clase 2 Los alumnos siguen trabajando con las siguientes fichas donde se les empieza a enseñar cómo construir los nuevos diagramas de energía. En primer lugar, van construyendo los diagramas de los iones metálicos libres y para ello necesitan conocer una serie de conceptos nuevos que se les van presentando y cuyo significado deben ir buscando en la bibliografía. Resulta que recientemente han estudiado muchos de esos conceptos en otra asignatura (Química Física) y ahora le ven por primera vez una Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1078 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) aplicación. En esta clase, por tanto, avanzan más rápidamente de lo esperado. La clase concluye y la mayoría de los alumnos sabe cómo construir los diagramas para los iones metálicos libres. Clase 3. Las nuevas fichas plantean la construcción de los diagramas de niveles de energía para los compuestos de coordinación (iones + ligandos unidos a ellos). A los alumnos les cuesta mucho comprender lo que hacen ahora. Trabajan en los casos propuestos y, aunque parece que avanzan, la impresión es que no están entendiendo lo que están haciendo ni para qué lo hacen exactamente. De manera que en este punto han perdido el hilo del tema. La clase se concentra entonces en que aprendan a hacer esos diagramas aunque no entiendan aún para qué los necesitan. Esta vez no terminan todas las tareas propuestas para la clase y se dejan para el día siguiente. Clase 4. En esta clase siguen trabajando en la construcción de los diagramas de los compuestos de coordinación. Cuando la mayoría de los grupos ha terminado las tareas se dedica la última parte de la clase a que la profesora presente un esquema en el que les ha resumido los contenidos más importantes de la parte del tema referida a los espectros electrónicos (Figura 4). Entonces se les explica cuál es el objetivo de aprender a construir los nuevos diagramas de energía. Para que realmente puedan entenderlo se realiza con ellos un ejemplo práctico en la pizarra. Enseñanza de las propiedades electrónicas y magnéticas de los compuestos de coordinación mediante fichas de actividad Celia Maya Díaz 1085 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) en la que los alumnos pasan de ser sujetos pasivos que reciben información del profesor a ser los responsables directos de su propio aprendizaje. Bibliografía Bain, K. (2007). Lo que hacen los mejores profesores de universidad. Valencia: Universitat de Valencia. Finkel, D. (2008). Dar clase con la boca cerrada. Valencia: Universitat de Valencia. Porlan, R. (2017). Enseñanza universitaria. Cómo mejorarla. Ediciones Morata, S. L. C. E. Housecroft & A. G. Sharpe (2012) Inorganic Chemistry. 4th Ed., Pearson, Prentice Hall P. W. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller & F. Armstrong (2013) Inorganic Chemistry. 5th Ed. McGraw-Hill.