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

Universidad de Sevilla Facultad de Ciencias de la Educación Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales y Sociales APRENDIZAJE DE PROPIEDADES ELEMENTALES DE LA MATERIA: VOLUMEN, MASA Y DENSIDAD, EN ESTUDIANTES DE ESO Tesis Doctoral Presentada por: Rafael Palacios-Díaz Dirigida por: Dra. Dª Ana Mª Criado García-Legaz Junio, 2017 "En la mayoría de escuelas se dedica demasiado tiempo a la enseñanza de la lectura y la escritura, y se mandan a los niños demasiados deberes, mientras que apenas se realizan ejercicios prácticos para completar su formación científica." Marie Curie (1867-1934) AGRADECIMIENTOS En estas líneas deseo expresar mi agradecimiento a todas aquellas personas que han colaborado de una u otra forma, haciendo que este trabajo de investigación se hiciera realidad. A mi directora, Dra. Dª Ana María Criado, por sus incansables orientaciones y correcciones, en este largo camino que hemos recorrido sin descanso. A los miembros del Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales y Sociales de la facultad de Ciencias de la Educación de la Universidad de Sevilla, por su colaboración desinteresada en todo momento. A mis compañeros de los IES Doñana (Almonte) e Hipatia (Mairena del Aljarafe), por sus continuas aportaciones. A mi amiga Lidia, por su apoyo incondicional y fundamental, por compartir tantos y difíciles momentos y por su trabajo incombustible. A mi amigo Fernando, por sus perseverantes correcciones en inglés y por hacer que la palabra amistad tenga verdadero significado. A mi familia y, en especial a mis padres, por sentir este esfuerzo aún más que yo mismo. A mi mujer, María del Mar, por compartir tantas horas delante del ordenador, por su comprensión y paciencia y por hacer que todo este trabajo tenga sentido. Gracias a todos. 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 presenciaausencia. 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. 4.3. Cuestionario III: Relación entre densidad y grado de compactación de la materia ..................................................................................................................... 91 4.4. Cuestionario IV: Volumen desalojado por un sólido sumergido en un líquido y flotación .................................................................................................................... 95 4.5. Cuestionario V: Especificidad de la densidad .................................................. 99 CAPÍTULO 5. METODOLOGÍA. ETAPA II ............................................................... 103 5.1. Muestra de textos analizada ........................................................................... 105 5.2. Fases de la etapa y temporalización .............................................................. 106 5.2.1. Elaboración y validación de un protocolo de análisis de textos .............. 106 5.2.2. Aplicación del protocolo de análisis en los textos .................................... 114 5.2.3. Análisis de los resultados ......................................................................... 115 CAPÍTULO 6. RESULTADOS DE LA ETAPA II. ANÁLISIS DE TEXTOS ............... 117 6.1. Relacionados con el Bloque I ......................................................................... 119 6.2. Relacionados con el Bloque II ........................................................................ 122 6.3. Relacionados con el Bloque III ....................................................................... 124 6.4. Relacionados con el Bloque IV ....................................................................... 126 6.5. Relacionados con el Bloque V ........................................................................ 128 CAPÍTULO 7. SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS DE LAS ETAPAS I Y II ............. 133 CAPÍTULO 8. METODOLOGÍA. ETAPA III .............................................................. 141 8.1. Participantes ................................................................................................... 144 8.2. Fases de la etapa y temporalización .............................................................. 144 8.2.1. Elaboración y validación de la propuesta ................................................ 145 8.2.2. Elaboración y validación de instrumentos de recogida de información ... 160 8.2.3. Aplicación del pretest-postest .................................................................. 167 8.2.4. Aplicación de la propuesta desarrollada .................................................. 168 8.2.5. Descripción de los instrumentos para el análisis de la información ........ 168 8.2.6. Análisis de resultados .............................................................................. 173 CAPÍTULO 9. RESULTADOS DE LA ETAPA III. PROPUESTA DE ENSEÑANZA 179 9.1. Resultados del pretest .................................................................................... 181 9.2. Resultados del postest y comparación con el pretest .................................... 188 9.2.1. Eficacia general de la propuesta .............................................................. 189 9.2.2. Eficacia de la propuesta relativa a cada pregunta de investigación ........ 193 9.3. Análisis pormenorizado y evaluación de las actividades ............................... 217 9.4. Resultados de la evolución de los contenidos procedimentales y actitudinales ............................................................................................................................... 227 9.5. Valoración de los estudiantes sobre la propuesta de enseñanza .................. 231 9.5.1. Actitudes mostradas ante la actividad de iniciación ................................ 231 9.5.2. Cuestionario de valoración sobre la propuesta ....................................... 233 CAPÍTULO 10. CONCLUSIONES ............................................................................ 235 10.1. Introducción .................................................................................................. 237 10.2. Conclusiones de las Etapas I y II ................................................................. 238 10.2.1. Acerca de los conocimientos sobre volumen, masa y densidad, así como de las unidades más frecuentes ........................................................................ 240 10.2.2. Acerca de las circunstancias en las que se conservan el volumen, la masa, o la densidad ........................................................................................... 241 10.2.3. Acerca de la relación entre densidad y grado de compactación de la materia ................................................................................................................ 242 10.2.4. Acerca del volumen de fluido desalojado por un sólido en inmersión y de la flotación .......................................................................................................... 244 10.2.5. Acerca de la densidad como propiedad específica de la materia ......... 246 10.3. Conclusiones de la Etapa III ......................................................................... 247 10.3.1. Relacionadas con la comprensión de los conceptos de volumen y masa, así como su cálculo en ejemplos de la vida cotidiana ....................................... 249 10.3.2. Relacionadas con la dependencia del volumen desalojado por un sólido inmerso totalmente en un líquido ....................................................................... 251 10.3.3. Relacionadas con las condiciones de conservación de la masa y del volumen .............................................................................................................. 251 10.3.4. Relacionadas con la comprensión de la relación entre los conceptos volumen, masa y densidad ................................................................................. 252 10.3.5. Relacionadas con el reconocimiento del concepto densidad y su utilización para identificar sustancias ................................................................. 253 10.3.6. Relacionadas con la utilización de la densidad para justificar el fenómeno de la flotación ..................................................................................................... 253 10.3.8. Relacionadas con la diferenciación entre los conceptos densidad y viscosidad ........................................................................................................... 254 10.3.9. Relacionadas con la evolución de ciertos procedimientos y actitudes a lo largo de las sesiones .......................................................................................... 256 10.3.10. Respecto a la valoración de la propuesta de enseñanza por los estudiantes ......................................................................................................... 257 10.4. Limitaciones del estudio ............................................................................... 258 10.5. Aplicación e impacto de la investigación ...................................................... 260 10.6. Perspectivas de investigaciones futuras ...................................................... 261 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 263 ANEXOS ................................................................................................................... 279 RELATIVOS A LA ETAPA I ................................................................................... 281 Anexo I. Cuestionarios de concepciones alternativas ....................................... 281 Anexo II. Ejemplo de formato de cuestionario de alumnos ............................... 286 Anexo III. Matrices de valoración para el análisis de las concepciones alternativas ......................................................................................................... 287 RELATIVOS A LA ETAPA II .................................................................................. 293 Anexo IV. Libros de texto analizados de segundo y tercero de ESO de Física y Química .............................................................................................................. 293 Anexo V. Protocolo del análisis de los textos de Física y Química de tercero de ESO .................................................................................................................... 294 RELATIVOS A LA ETAPA III ................................................................................. 299 Anexo VI. Cuestionario de evaluación de la propuesta ..................................... 299 Anexo VII. Registros de observación de procedimientos y actitudes ................ 301 Anexo VIII. Cuestionario para la valoración de la propuesta por parte de los estudiantes ......................................................................................................... 303 Anexo IX. Matriz de valoración para el análisis de las respuestas a los cuestionarios ...................................................................................................... 304 Anexo X. Matriz de valoración para el análisis de las hojas de resultados ....... 306 Anexo XI. Matriz de valoración para el análisis de la observación en clase ..... 308 Anexo XII. Propuesta de enseñanza: sesiones, actividades y hojas de trabajo de los estudiantes.................................................................................................... 309 Anexo XIII. Hojas de resultados de estudiantes ................................................ 318 Anexo XIV. Ejemplos de hojas de resultados de estudiantes ........................... 319 ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS Tablas Tabla 0.1. Distribución de los contenidos de Física y Química según LOE y LOMCE Tabla 0.2. Descripción por capítulos de la estructura del estudio Tabla 3.1. Cuestionarios de diagnóstico de partida Tabla 3.2. Modelo de matriz de valoración Tabla 4.1. Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario I (N=21) Tabla 4.2. Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario II (N=20) Tabla 4.3. Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario III (N=21) Tabla 4.4. Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario IV (N=24) Tabla 4.5. Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario V (N=21) Tabla 5.1. Relación entre ítems y cuestionario de alumnos Tabla 6.1. Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque I Tabla 6.2. Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque II Tabla 6.3. Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque III Tabla 6.4. Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque IV Tabla 7.1. Síntesis de los conocimientos sobre volumen, masa y densidad, así como de las unidades más frecuentes en las que se expresan estas magnitudes Tabla 7.2. Síntesis de las circunstancias en las que se conservan el volumen, la masa, o la densidad de distintos objetos Tabla 7.3. Síntesis de la relación entre densidad y grado de compactación de la materia Tabla 7.4. Síntesis del volumen de fluido desalojado por un sólido en inmersión y de la flotación Tabla 7.5. Síntesis de la densidad como propiedad específica de la materia Tabla 8.1. Contenidos procedimentales y actitudinales Tabla 8.2. Preguntas de investigación y su relación con las actividades propuestas Tabla 8.3. Relación entre contenidos, ítems del pre-postest y las actividades de la propuesta Tabla 8.4. Matriz de valoración para las actividades experimentales Tabla 8.5. Matriz de valoración para las actividades de lápiz y papel Tabla 8.6. Criterios para clasificar el tamaño del efecto Tabla 8.7. Técnicas estadísticas utilizadas en la Etapa III del estudio Tabla 9.1. Resultados del pretest Tabla 9.2. Resultados de las puntuaciones de los estudiantes en los dos cuestionarios Tabla 9.3. Resultado para cada pregunta (ítem) del cuestionario Tabla 9.4. Relación de actividades a analizar en detalle y el criterio de selección Tabla 9.5. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A1.1, Apartado a Tabla 9.6. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A1.1, Apartado b Tabla 9.7. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A1.1, Apartado c Tabla 9.8. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A3.2 Tabla 9.9. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A1.3 Tabla 9.10. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A3.3 Tabla 9.11. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A4.3 Tabla 9.12. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A2.4 Tabla 9.13. Resultados obtenidos por los grupos de estudiantes para la Actividad A3.5 Tabla 9.14. Resultados promedio para cada procedimiento por sesión Tabla 9.15. Resultados promedio para cada actitud por sesión Tabla 9.16. Cuestionario de valoración de los estudiantes sobre la propuesta Figuras Figura 3.1. Dibujos representativos de los tres estados en los que se encuentra la materia Figura 3.2. Organigrama que resume los pasos seguidos en las dos primeras fases de la primera etapa Figura 3.3. Pasos en la elaboración de la matriz de valoración. Figura 3.4. Estructura de la Etapa I Figura 4.1. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario I Figura 4.2. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 5 a las preguntas del Cuestionario I Figura 4.3. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario II Figura 4.4. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 12 a las preguntas del Cuestionario II Figura 4.5. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario III Figura 4.6. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 21 a las preguntas del Cuestionario III Figura 4.7. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario IV Figura 4.8. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 13 a las preguntas del Cuestionario IV Figura 4.9. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario V Figura 4.10. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 10 a las preguntas del Cuestionario V Figura 5.1. Estructura de la Etapa II Figura 8.1. Mapa de contenidos del volumen y la masa (propiedades generales) Figura 8.2. Mapa de contenidos de la densidad (propiedad específica) Figura 8.3. Estrategia didáctica seguida en la propuesta para cada actividad Figura 8.4. Instrumentos de recogida de información utilizados en la propuesta de enseñanza Figura 8.5. Estructura de la Etapa III Figura 9.1. Resultados ofrecidos por el programa SPSS para el análisis de los resultados generales de la propuesta Figura 9.2. Respuesta ofrecida por el Estudiante 10 en el Ítem 1 del postest Figura 9.3. Respuestas ofrecidas por el Grupo 9 para la Actividad A1.1, Apartado c Figura 9.4. Conclusiones del Grupo 9 para la Actividad A1.1, Apartado c Figura 9.5. Respuesta ofrecida por el Estudiante 38 en el Ítem 2 del postest Figura 9.6. Respuestas ofrecidas por el Grupo 5 para la Actividad A1.2 Figura 9.7. Conclusiones del Grupo 5 para la Actividad A1.2 Figura 9.8. Respuesta ofrecida por el Estudiante 1 en el Ítem 3 del prestest y del postest Figura 9.9. Respuestas ofrecidas por el Grupo 3 para la Actividad A2.3 Figura 9.10. Conclusiones del Grupo 3 para la Actividad A2.3 Figura 9.11. Respuesta ofrecida por el Estudiante 4 en el Ítem 4 del prestest y del postest Figura 9.12. Respuestas ofrecidas por el Grupo 12 para la Actividad A2.2 Figura 9.13. Conclusiones del Grupo 12 para la Actividad A2.2 Figura 9.14. Respuesta ofrecida por el Estudiante 3 en el Ítem 5 del postest Figura 9.15. Respuestas ofrecidas por el Grupo 13 para la Actividad A1.4 Figura 9.16. Conclusiones del Grupo 13 para la Actividad A1.4 Figura 9.17. Respuesta ofrecida por el Estudiante 36 en el Ítem 6 del postest Figura 9.18. Respuestas ofrecidas por el Grupo 4 para la Actividad A2.4 Figura 9.19. Conclusiones del Grupo 4 para la Actividad A2.4 Figura 9.20. Respuesta ofrecida por el Estudiante 28 en el Ítem 7 del postest Figura 9.21. Respuestas ofrecidas por el Grupo 8 para la Actividad A3.4 Figura 9.22. Conclusiones del Grupo 8 para la Actividad A3.4 Figura 9.23. Respuesta ofrecida por el Estudiante 17 a la Pregunta 8 en el postest Figura 9.24. Respuestas ofrecidas por el Grupo 13 para la Actividad A2.5 Figura 9.25. Conclusiones del Grupo 13 para la Actividad A2.5 Figura 9.26. Respuesta ofrecida por el Estudiante 35 a la Pregunta 9 en el postest Figura 9.27. Respuestas ofrecidas por el Grupo 3 para la Actividad A1.5 Figura 9.28. Conclusiones del Grupo 3 para la Actividad A1.5 Figura 9.29. Respuesta ofrecida por el Estudiante 37 en el Ítem 10 del postest Figura 9.30. Respuestas ofrecidas por el Grupo 10 para la Actividad A2.6 Figura 9.31. Conclusiones del Grupo 10 para la Actividad A2.6 Figura 9.32. Respuesta ofrecida por el Estudiante 8 en el Ítem 11 del postest Figura 9.33. Respuesta ofrecida por el Estudiante 6 para la Actividad A4.6 Figura 9.34. Respuesta ofrecida por el Estudiante 6 en el Ítem 12 del postest Figura 9.35. Respuesta ofrecida por el Grupo 7 para la Actividad A1.7 Figura 9.36. Conclusiones del Grupo 7 para la Actividad A1.7 Figura 9.37. Nivel de conocimiento promedio alcanzado para cada pregunta Figura 9.38. Evolución del nivel de adquisición de los procedimientos por sesión Figura 9.39. Evolución del nivel de adquisición de las actitudes por sesión Figura 9.40. Escenas de cada uno de los fragmentos proyectados INTRODUCCIÓN Introducción 21 0. INTRODUCCIÓN 0.1. Origen y justificación del estudio La experiencia docente en educación secundaria, durante más de 10 años, me provocaron inquietudes relacionadas con las dificultades de aprendizaje por parte de los estudiantes de secundaria de contenidos concernientes con propiedades elementales de la materia (volumen, masa y densidad; entre otras). Las dificultades en la asimilación de estos contenidos, básicos en ciencias, les pueden llevar a cometer errores conceptuales más allá de la etapa de bachillerato, además de producir en el alumnado desmotivación y falta de interés por las ciencias en general. Estos problemas no son solo una percepción subjetiva, sino que se reflejan también en documentos oficiales a nivel nacional, como el Informe ENCIENDE (2011), y europeos, como la Red Eurydice (2012). Haciendo un diagnóstico profundo de esta situación, el Informe ENCIENDE (Enseñanza de las Ciencias en la Didáctica Escolar para Edades Tempranas en España), elaborado por la Confederación de Sociedades Científicas de España (COSCE), “recoge propuestas y recomendaciones planteadas desde tres ámbitos de análisis sobre la enseñanza de las ciencias en edades tempranas: el ámbito educativo, el ámbito social y el ámbito científico, y las integra en cinco propuestas transversales” (COSCE, 2011, p. 17). Entre estas propuestas transversales destaca la primera, por su necesidad de ejemplificar los conceptos aprendidos por el alumnado a situaciones distintas: Señalar la necesidad de apoyar y potenciar una renovación de la enseñanza de las ciencias, no solo de los contenidos o metodologías de aula, sino también del enfoque de la evaluación interna y externa, que ponga el acento en la aplicación de los contenidos en contextos diversos y relevantes. (COSCE, 2011, p. 17) Por otro lado, la Red Eurydice, que informa y analiza los sistemas educativos europeos dirigida desde la Agencia Ejecutiva en el ámbito Educativo, Audiovisual y Rafael Palacios Díaz, 2017 28 volumen, la masa y la densidad (Baker y Woodward, 2001; Bullejos y Sampedro, 1990; Dawkins, Dickerson, McKinney y Buther, 2008; Dawson, 1981; Doménech, 1992; Smith, Maclin, Grosslight y Davis, 1997; etc). También podemos encontrar trabajos, como comentamos con anterioridad, que analizan el tratamiento que hacen de estos conceptos los libros de texto (Aguilar, 2011; Mazzitelli, Maturano, Núñez, Pereira y Macías, 2005; Slisko, 2005; etc). Incluso, hay numerosas investigaciones que consideran la forma en la que los profesores usan estos libros (Cachapuz, Malaquias, Martins, Thomaz y Vasconcelos, 1989; Digisi y Willett, 1995; Gottfried y Kyle, 1992; etc). Sin embargo, no hemos encontrado estudios que averigüen, de forma exhaustiva, si los textos, por omisión, contribuyen a que las ideas inadecuadas vinculadas a la masa, volumen y densidad se perpetúen. En este sentido, con este trabajo pretendemos contribuir a las aportaciones que nos ofrece la bibliografía de la manera en la que sigue: - Desarrollando nuestro propio estudio de concepciones alternativas, basado en los existentes en la literatura, pero actualizado y mejorado. - Averiguando, de forma exhaustiva, si los textos, por omisión, pueden contribuir a que las ideas inadecuadas vinculadas los contenidos sobre volumen, masa y densidad se perpetúen. - Realizando un amplio barrido que abarque el máximo número de aspectos asociados a estos contenidos, incluyendo situaciones que impliquen a los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso), a partir de un protocolo de análisis de textos. Asimismo, no se ha investigado la evaluación de una propuesta global y unificadora que realice un barrido transversal del uso de estos contenidos que abarquen los conceptos, procedimientos y actitudes en diferentes ámbitos del curriculum fisicoquímico y en los tres estados de la materia, como se mencionó anteriormente. De ahí que consideramos que puede resultar una contribución novedosa a la investigación en la Didáctica de las Ciencias, embarcarnos en realizar una propuesta que pretenda paliar estas deficiencias, implementarla y ver sus puntos fuertes y debilidades. Introducción 29 0.3. Orientación general del estudio Por todo lo comentado anteriormente, la problemática que se pretende abordar está relacionada con el aprendizaje de las propiedades elementales de la materia: volumen, masa y densidad, teniendo en cuenta los estudios presentes en la bibliografía hasta el momento. Así, se ha pretendido abordar el siguiente problema general: ¿Cómo mejorar la enseñanza de los conceptos de volumen, masa y densidad en el tercer curso de la ESO? La idea de plasmarlo en una propuesta de enseñanza que salvase las dificultades existentes, nos llevó a identificar previamente dichos obstáculos, centrándonos en los provenientes de las ideas previas de los alumnos y en los derivados de posibles deficiencias en los libros de texto. De ahí que nos hayamos planteado las siguientes preguntas amplias para esta investigación: 1. ¿Cuáles son las concepciones alternativas que tienen los estudiantes de tercero de ESO respecto al volumen, la masa y la densidad? 2. ¿Qué tratamiento hacen los libros de texto de segundo (LOMCE) y tercero (LOE) respecto a los conceptos de volumen, masa y densidad? 3. ¿Qué aprenden los estudiantes de tercero de ESO después de participar en una secuencia de enseñanza, con unas actividades diseñadas teniendo en cuenta las deficiencias detectadas? De estas preguntas surgen las preguntas específicas de investigación que se listan en el Capítulo 2, y se hace referencia a ellas en cada una de las etapas de la que consta este trabajo. De ahí que la investigación pretenda abordar los siguientes objetivos: - Revisar la literatura de investigaciones sobre las concepciones y completar estos estudios con una investigación propia. - Analizar los libros de texto. Rafael Palacios Díaz, 2017 30 - Diseñar y experimentar una propuesta de enseñanza y analizar su implementación. 0.4. Estructura del estudio Presentados los interrogantes planteados en este estudio, describimos brevemente las tres etapas fundamentales en las que se estructura el diseño de la investigación, avanzando algunas de sus características: - Etapa I: Análisis de las concepciones alternativas que presenta el alumnado que finaliza tercer curso de ESO. En esta primera etapa se contrastan las concepciones alternativas presentes en la bibliografía en 24 estudiantes (Muestra 1), realizando un amplio barrido de aquellos aspectos relacionados con el volumen, la masa y la densidad. El instrumento de investigación consta de cinco cuestionarios validados y divididos por bloques, atendiendo a cada aspecto investigado. La singularidad de este instrumento no solamente radica en los extensos aspectos que analiza relativos a estas propiedades de la materia sino que, además, en este diagnóstico los estudiantes se enfrentan a una tarea gráfica. Aunque, basada en la literatura precedente, la forma en la que se presenta a los estudiantes las tareas a realizar es diferente a la de estudios anteriores, habiéndose mejorado el instrumento de diagnóstico utilizando imágenes diseñadas ad hoc para ayudar al alumnado a la resolución de las cuestiones. - Etapa II: Análisis de libros de texto. En esta etapa, por un lado, se han revisado 12 libros de texto españoles correspondientes a tercer curso de ESO en la enseñanza de Física y Química (LOE). Además, se analizaron también libros de segundo curso de ESO de Física y Química (LOMCE) de las cinco editoriales que optaron por proporcionarlos. La ampliación de los textos estudiados inicialmente se debió a que, acabado el análisis inicial, vivimos la transición, ya mencionada, hacia una nueva ley educativa, en la cual, los contenidos que tratamos se pasaron de tercero a Introducción 31 segundo curso. Para averiguar si además del cambio de curso, las editoriales habían hecho, otras modificaciones, creímos conveniente ampliar el estudio. No obstante nos topamos con el problema de que dado el extenso periodo de provisionalidad gubernamental, y la contestación de nuestra comunidad autónoma a la ley, muchas editoriales no habían adaptado todavía sus libros. El protocolo de análisis utilizado está formado por una serie de ítems clasificados en cinco bloques de contenidos, vinculados a los tratados en la Etapa I. - Etapa III: Elaboración, aplicación y evaluación de una propuesta de enseñanza. Analizadas las concepciones alternativas habituales de los estudiantes (Capítulos 3 y 4, Etapa I), la forma en la que se exponen los contenidos que nos ocupan en los libros de texto (Capítulos 5 y 6, Etapa II) y sintetizados los resultados de ambos estudios (Capítulo 7), se procede al desarrollo de una propuesta de enseñanza. La estructura de esta propuesta así como los instrumentos de evaluación de la misma y los resultados obtenidos aparecen en los Capítulos 8 y 9 (Etapa III). La propuesta de enseñanza consiste en una secuencia de actividades con el objetivo de subsanar las dificultades encontradas. El instrumento para el análisis de la mejora de los conocimientos generales de los estudiantes es un cuestionario que se aplica antes y al final de la puesta en práctica de la propuesta (pretest-postest). Además, con este fin, también se analizan las actividades implementadas. Los contenidos procedimentales y actitudinales se analizan, de forma específica, mediante instrumentos diseñados para tal fin, como se explicará con detalle en próximos capítulos. La muestra, en este caso (Muestra 2), está formada por 49 estudiantes de tercer curso de ESO con el mismo perfil que los participantes en la Etapa I. Toda esta estructura se ha esquematizado por capítulos en la Tabla 0.2 Rafael Palacios Díaz, 2017 32 Tabla 0.2 Descripción por capítulos de la estructura del estudio Introducción Capítulo 1 Revisión de la literatura y análisis del marco teórico desde tres puntos de vista: - Concepciones alternativas y dificultades de los estudiantes respecto a volumen, masa y densidad. - Carencias y cualidades generales de los textos, así como aquellos aspectos conocidos relativos al volumen, la masa y la densidad. - Características de la enseñanza tradicional de estos conceptos y cuáles son los modelos alternativos. Capítulo 2 Descripción del objetivo general del estudio, así como de las preguntas amplias y específicas planteadas, y de la hipótesis de trabajo. Características del diseño de la investigación. Capítulo 3 Metodología seguida en la Etapa I (estudio de las concepciones alternativas): participantes (Muestra 1), fases de la etapa, instrumentos de recogida y análisis de información. Capítulo 4 Análisis de los resultados de la Etapa I. Capítulo 5 Metodología seguida en la Etapa II (análisis de libros de texto): descripción de la muestra, fases de la etapa y protocolo de análisis de textos. Capítulo 6 Análisis de los resultados de la Etapa II. Capítulo 7 Síntesis de los resultados de las etapas I y II. Capítulo 8 Metodología seguida en la Etapa III (propuesta de enseñanza): participantes (Muestra 2), fases de la etapa, instrumentos de recogida y análisis de información. Capítulo 9 Análisis de los resultados de la Etapa III. Capítulo 10 Conclusiones. Limitaciones y perspectivas futuras. CAPÍTULO 1. REVISIÓN DE LA LITERATURA Y ANÁLISIS DEL MARCO TEÓRICO Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 35 1. REVISIÓN DE LA LITERATURA Y ANÁLISIS DEL MARCO TEÓRICO En este capítulo llevaremos a cabo una revisión bibliográfica centrada en las propiedades de la materia que nos ocupan (volumen, masa y densidad) estructurada en tres aspectos fundamentales: - Concepciones alternativas que presentan los estudiantes de tercer curso de ESO respecto al volumen, la masa y la densidad, así como de las posibles dificultades debidas a su estadio madurativo. - Carencias principales que muestran los textos de ESO, de forma general, y para el caso las propiedades mencionadas, de forma específica. - Problemas de la enseñanza tradicional y alternativas posibles a este modelo para conseguir una correcta asimilación de los conceptos estudiados. 1.1. Concepciones alternativas sobre la relación volumen, masa y densidad Ya se comentó que, uno de los problemas que nos encontramos en las aulas a la hora de enseñar ciencias, es la existencia en el alumnado de concepciones alternativas a los conceptos científicos, que resultan muy difíciles de modificar y, en algunos casos, sobreviven a largos años de instrucción científica (Bello, 2004). El origen de estas ideas, según Giordan y Vecchi (1995) (citados en Martín y De- Juanas, 2013) corresponde con: Una activación de lo que construyeron como resultado de sus experiencias para explicar, predecir, o actuar ante una demanda específica. Durante esta activación, los alumnos construyen una red de análisis de la realidad que les permite comprender el mundo circundante, hacer frente a nuevos problemas e interpretar las nuevas situaciones. (p. 271) Por otro lado, uno de los motivos de la persistencia en el tiempo de estas ideas es que suelen venir estructuradas en forma de esquemas conceptuales para el alumno y no aisladas, presentando una gran organización entre sí. Un ejemplo de esto, Rafael Palacios Díaz, 2017 36 relacionado con el presente trabajo, podría ser la creencia que los gases no pesan (Furió, Solbes y Carrascosa, 2006). Además, muchas de estas ideas intuitivas tienen un cierto parecido con otras que se dieron históricamente. Este paralelismo no es fruto de la casualidad, sino que se debe a restricciones en el funcionamiento cognitivo humano. En definitiva, se considera necesario conocer cuáles son los esquemas conceptuales de los estudiantes para poder diseñar estrategias que los modifiquen (Carrascosa, 2005). Estos desarrollan un conocimiento más profundo de los conceptos científicos cuando se tienen en cuenta sus concepciones alternativas (Barrow, 2006). Respecto a los conceptos que nos ocupan, estudios anteriores ya señalaban las concepciones alternativas de estudiantes de edades similares a los que participan en nuestra investigación. Bullejos y Sampedro (1990) destacan en su artículo la confusión del alumnado respecto a las nociones de masa (peso) y volumen, lo cual implica también la indiferenciación de estas magnitudes con la densidad. De hecho, consideran como sinónimos estos conceptos (Loverude, Kautz y Heron, 2003; Stavy 1990; citados en García-Carmona, 2009). Maclin et al. (1997) señalan en su trabajo que aquel alumnado que ha asimilado la idea de que todos los objetos materiales tienen peso, sea cual sea su tamaño o ligereza, llegan a entender mejor la diferencia mencionada entre esta magnitud y la densidad. La importancia que tiene el estudio de estas propiedades elementales de la materia, desde un punto de vista académico, radica entre otras cosas en la necesidad de su uso para explicar la flotabilidad relativa de dos líquidos, el principio de Arquímedes, y muchas otras cuestiones de nivel cualitativo y cuantitativo. Pero, a pesar de que estos conceptos se consideran básicos, nuestra experiencia didáctica con alumnado adolescente nos indica que tienen dificultades en su aplicación. Sobre todo, la densidad la usan como un concepto huidizo, que lo encuentran poco diferenciado de los de masa o peso y, por tanto, innecesario a la hora de interpretar fenómenos de la vida cotidiana (Hitt, 2005). Según Dole, Hilton, Hilton y Goos (2013), para la comprensión de esta magnitud intensiva se requiere de la experimentación de las dos variables extensivas de las que depende (masa y volumen) y, este hecho, en la mayoría de los casos no se produce. Igualmente, es necesario insistir en el carácter intensivo de la densidad Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 37 para su correcta comprensión (Yeend, Loverude y Gonzalez, 2001), algo que se sobreentiende como asimilado por los estudiantes cuando, realmente, no lo está. Por otra parte, Llorens, De Jaime y Llopis (1989) resaltan la importancia de una correcta precisión en el uso de lenguaje para la comprensión de estos conceptos a partir de fenómenos experimentales. Por otro lado, en las transformaciones de sustancias, como ocurre en los cambios de estado, los estudiantes suelen fijarse más en el estado final tras la transformación que en el inicial. De esta forma, difícilmente podrán inferir cuáles son las propiedades de la sustancia que se ha conservado en la transformación (Pozo, Sanz, Gómez y Limón, 1991). Además de estas dificultades pueden existir otras, que también trataremos en nuestra investigación, entre las que se encuentran (Raviolo, Moscato y Schnersch, 2005): - Suelen asociar cambios de forma con cambios de volumen. - No diferencian la densidad de las propiedades extensivas, que sí dependen de la cantidad de sustancia del cuerpo o material. - No conocen si influyen o no la temperatura y la presión sobre las propiedades de la materia. - No asocian la densidad con una característica específica que permite diferenciar unas sustancias puras de otras. - No tienen claro la diferencia entre densidad y viscosidad. 1.1.1. Dificultades de aprendizaje debidas al estadio madurativo Además de conocer cuáles son las concepciones alternativas que presenta el alumnado de tercero de ESO respecto a nuestra temática de estudio, es necesario conocer cuáles son sus capacidades cognoscitivas y, de esta forma, justificar si nuestros estudiantes están en condiciones de enfrentarse a la enseñanza de los conceptos que les proponemos. Estudios previos de investigación indican que, solo un porcentaje pequeño de estudiantes logran alcanzar el pensamiento formal en la edad esperada y, menos aún, en todos los tópicos. Según la teoría piagetiana, los estudiantes con edades Rafael Palacios Díaz, 2017 44 influenciados por tendencias asociadas al proceso de reforma de la educación secundaria, como puedan ser el constructivismo y el movimiento de las concepciones alternativas de los alumnos. (p. 18) Sin embargo, teniendo en cuenta las carencias didácticas y epistemológicas descritas en diferentes estudios sobre el libro de texto, no creemos que el cambio hacia el constructivismo y la detección de concepciones alternativas se esté llevando a término de manera satisfactoria. De forma general, encontramos en estos textos errores conceptuales, y una terminología científica demasiado específica para el alumnado al que va dirigido y falta de explicaciones aclaratorias de los fenómenos que se presentan (Occelli y Valeiras, 2013). En concreto, sobresalen además las siguientes carencias: - Ausencia al tratamiento de las ideas previas de los alumnos respecto al concepto estudiado (Caldeira, 2005). - Escasas referencias a la metodología científica, imposibilitando a los estudiantes el aprendizaje de las características implícitas y explícitas de esta metodología (Binns y Bell, 2015). - Simplificación de contenidos conceptuales, impidiendo a los estudiantes identificar las causas de los fenómenos físicos estudiados y provocando en estos la sensación de que ha comprendido el concepto, cuando realmente no es así (Alcocer, Carrión, Alonso y Campanario, 2004). - Presentación de argumentaciones que no están suficientemente claras, lo cual presentará un obstáculo para la construcción de conocimientos (Catalán et al., 2009). - Aportación de información que no se encuentra de forma ordenada, lo que aumenta la complejidad del texto, planteando preguntas al estudiante que necesitan de la supervisión docente (Jiménez y Perales, 2001). - Poca creatividad de los autores de estos libros, dedicándose a reproducir actividades, creando un material con la finalidad de exponer lo que es necesario aprender, más que un material con el que hay que aprender (Pardo, 2004). - Planteamiento de actividades, en general, orientadas a la repetición de conceptos y a la aplicación directa de la teoría (Ferreiro y Occelli, 2008). Asimismo, estas actividades no se presentan siguiendo los principios que Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 45 dicta la construcción de conocimiento como puede ser, por ejemplo, la interpretación de los fenómenos o la comparación de los datos obtenidos. De este modo, las actividades cumplen la mera función de demostrar conceptos de las ciencias en lugar de ser un complemento de un proceso de investigación (Morris, Masnick, Baker y Junglen, 2015). - Las actividades experimentales destacan por su presencia anecdótica, predominando un aprendizaje basado en la teoría que sigue la inercia de la enseñanza científica llevada a cabo durante años (García y Martínez, 2003). Todos estos inconvenientes, mostrados por la investigación, sobre los textos que los docentes manejamos en las aulas, deben ser conocidos y corregidos, de alguna manera, para conseguir que el aprendizaje sea significativo pues, de otro modo, surgirán problemas de comprensión, adquisición de ideas erróneas y falta de argumentación (Cid y Dasilva, 2012). 1.2.2. Volumen, masa y densidad en los libros de texto secundaria En una revisión de libros de texto en Colombia de un nivel equivalente a tercer curso de ESO en el sistema educativo español, Aguilar (2011) señala que el estudio de la densidad y de las magnitudes relacionadas con ella viene planteado, en estos libros, como algo imperativo impuesto por las ciencias, sin atender a su procedencia o explicación de las variables de las de que depende. Afirma que fomentan el aprendizaje memorístico y no promueven el estudio de este contenido en diferentes fenómenos. De su estudio, además, se concluye que en los textos: - Las actividades se estructuran con el objetivo simple de aplicar un modelo matemático, dando lugar a la mecanización del proceso de enseñanza y careciendo de conclusiones en los resultados obtenidos. Es decir, aparece el resultado numérico sin ningún tipo de comentario, como cuáles son sus consecuencias o a qué es debido ese valor. - Las imágenes que aparecen cumplen únicamente el objetivo de ser atractivas, alejándose de su relación con la temática tratada. Rafael Palacios Díaz, 2017 46 - Se dan por entendidos aspectos asociados a las propiedades de la materia, lo cual hace que exista un vacío conceptual y, por lo tanto, impida la construcción de conocimiento. - La enseñanza se aborda de forma disciplinar, dependiendo si se trata de Física, Química o Biología, lo cual, provoca en el estudiante la idea de que los contenidos conceptuales son distintos en función de la disciplina en la cual aparezca. - Presentan una información excesiva y de forma poco clara. Otros estudios señalan, igualmente, que estos libros no exponen con profundidad la relación entre la masa y el volumen (Mazzitelli et al., 2005). Tratan la densidad (propiedad específica) de forma separada a la masa y el volumen (propiedades generales de las que depende), obligando al alumnado a emplear bastante tiempo y esfuerzo para conseguir una comprensión plena de estos contenidos (Hashweh, 2016). La existencia de carencias en los textos, como deducimos de estos trabajos, aparecen independientemente del país de procedencia de estos. En general, la estrategia de enseñanza prototípica, de la que hablaremos más adelante, parece encajar con las deficiencias encontradas en los textos (Morris et al., 2015). Para el caso de nuestra temática de estudio consiste, en primer lugar, en plantear la definición directa de la densidad únicamente en función del cociente entre masa y volumen, sin intentar aproximaciones cualitativas previas. Posteriormente, se aclaran cuáles son las unidades más comúnmente utilizadas, indicando que en el Sistema Internacional (SI, en adelante) se expresa en kg/m3. En ocasiones, se presenta el densímetro como instrumento de medida directa de densidad en los líquidos y, por último, se procede a la resolución matemática de ejercicios mediante la expresión d=m/V. De esta forma, el estudio de estos contenidos se reduce a una simple resolución matemática que no conduciría a una comprensión de los mismos en situaciones de la vida real (Botero, 2010). Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 47 1.2.3. Cualidades de un buen libro de texto De la revisión llevada a cabo en este apartado, se deducen algunas características que serían convenientes que se tuvieran en cuenta en los textos de secundaria. Caldeira (2005) ofrece, en su trabajo, unas directrices genéricas que llama los diez mandamientos que todo buen libro de texto en ciencias debería contener y que resume, globalmente, las características aludidas. Estas recomendaciones son: 1. Evitar los errores científicos. 2. Tener en cuenta las concepciones alternativas del alumnado y presentar un lenguaje comprensible y claro. 3. Contener el concepto a tratar en toda su amplitud. 4. Utilizar la historia de la ciencia como medio de promoción del conocimiento científico. 15. Tener en cuenta la relación ciencia–tecnología-sociedad. 16. Disponer de diversidad de actividades. 17. Promover el cambio conceptual. 18. Contener imágenes integradas con el texto que sean fácilmente interpretables. 19. Presentar las actividades de laboratorio de forma acorde con las tendencias de la investigación educativa en Didáctica de las Ciencias. 10. Incentivar al estudiante el aprendizaje de la ciencia a través de la lectura. Para que estos libros presenten un lenguaje claro, que facilite la comprensión por parte de los estudiantes y que abarque la totalidad del concepto a estudiar, es necesario la existencia de una buena argumentación. Esta propiedad es una herramienta fundamental para que el aprendizaje científico del alumnado sea lo más completo posible, pues les permite diferenciar entre las opiniones individuales y las conclusiones experimentalmente demostrables (Jiménez, Álvarez y Lago, 2005). La comprensión de la argumentación y la consecuente construcción de significados vendrán determinados por la forma en la que se enuncian y se presentan los contenidos en los textos (Concari, Pozzo y Giorgi, 1999). Rafael Palacios Díaz, 2017 48 En este trabajo de investigación, y considerando los estudios bibliográficos anteriores, nos centraremos en buscar en los textos el grado de amplitud abarcado en los contenidos concernientes al volumen, la masa y la densidad, así como la aparición o no del tratamiento de las concepciones alternativas. El análisis del resto de características mencionadas por Caldeira (2005) formaría parte de otro estudio complementario al que nos ocupa. 1.3. Una propuesta de enseñanza alternativa La complejidad, descrita en apartados anteriores, que presenta la enseñanza y aprendizaje de las propiedades de la materia, debe ser tenida en cuenta por el profesorado que imparte la materia si queremos obtener resultados satisfactorios (Doménech, 1992). Para ello, debemos huir de un modelo didáctico que no parece ser efectivo en el proceso de aprendizaje del alumnado y de enseñanza por parte del profesor, impidiendo que los estudiantes disfruten con la ciencia y puedan aplicar al mundo que les rodea los conocimientos adquiridos en el centro de estudio. 1.3.1. Características de la enseñanza tradicional Hace una década, aún predominaba una enseñanza basada en clases teóricas magistrales, el uso del libro de texto y la resolución matemática de ejercicios de lápiz y papel para la aplicación de una ecuación dada (Oliva y Acevedo, 2005). Es la metodología de enseñanza tradicional de las ciencias que frustra a un gran número de estudiantes por numerosos motivos, entre ellos, la falta de experimentación y la incapacidad de utilizar estos conocimientos en su vida cotidiana (Torres, 2010; Marusic y Slisko, 2014). Aún hoy día, se siguen observando atisbos de una visión tradicional de la enseñanza de las ciencias en profesores de secundaria, durante su proceso de formación inicial (Pontes y Poyato, 2016), que consideramos necesario abordar. La aplicación de este modelo de enseñanza produce, en estudiantes que han pasado sobradamente la adolescencia, la falta de comprensión y dificultades en la aplicación de conceptos básicos, como los casos específicos de las propiedades Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 49 elementales de la materia. La dificultad en la comprensión de estos contenidos persiste incluso a nivel universitario. Por tanto, es un error considerar que su asimilación quedó consolidada en enseñanzas anteriores, siendo ineludible recurrir a una variedad de estrategias que difieran de la simple transmisión verbal y aplicación mediante ejercicios numéricos. Bullejos y Sampedro (1990) en su trabajo atribuyen, principalmente, a una enseñanza basada en la verbalización y que no tiene en cuenta las concepciones alternativas de los estudiantes, las dificultades que presentan estos a la hora de diferenciar los conceptos de volumen, masa y densidad. Para ayudar a solventar estas concepciones, las actividades diseñadas deben fomentar la interpretación de los datos obtenidos para apoyar la explicación de los fenómenos estudiados en cada caso (Morris et al., 2015). En el modelo tradicional, el estudio de estas magnitudes se presenta en base a ecuaciones matemáticas y cómo se aplican estas en la resolución de ejercicios numéricos relacionados con la densidad (Almuntasheri, Gillies y Wright, 2016). Este tipo de aprendizaje memorístico conduce a que el alumnado encuentre en la densidad un concepto demasiado abstracto y teórico, sin ningún tipo de significado con fenómenos que ocurran en su vida ordinaria (Botero, 2010; Hitt, 2005). Debemos, por tanto, acudir a una enseñanza que promueva la realización de una pluralidad de experiencias que, junto con el desarrollo de pequeñas actividades numéricas, contribuya a una mejor consolidación de estos contenidos (Franco, 2009). 1.3.2. Alternativas al modelo tradicional de enseñanza: enseñanza por investigación dirigida Por todo lo anterior, consideramos necesario mejorar el modelo de enseñanza practicado hasta ahora con los contenidos que nos ocupan. Driver (1988) y Díaz Hernández (1999), citados en Cruz-Guzmán (2011), recomiendan: Dirigir el aprendizaje a través de actividades de aplicación de los diferentes conceptos que se quieran introducir, procurando evitar la Rafael Palacios Díaz, 2017 50 excesiva teorización de los contenidos y llegando a la abstracción a través de un proceso de aplicación reiterada de cada aprendizaje a diferentes situaciones concretas. (pp. 142-143) Con esta finalidad y, de forma general, los criterios a seguir para el diseño de una propuesta de enseñanza que subsane las deficiencias que presenta la enseñanza tradicional van dirigidos a: - Considerar las concepciones alternativas del alumnado (Carrascosa, 2005) y las deficiencias de los libros de texto. - Tener en cuenta los modelos explicativos de los estudiantes, motivándolos mediante el uso de recursos didácticos recreativos y trabajando en el aula de forma activa y colaborativa, para favorecer un aprendizaje más significativo (Franco, Oliva y Almoraima, 2014). - Acercar a los estudiantes al lenguaje científico a través de la ejemplificación de los contenidos mediante la descripción de fenómenos que experimentan los estudiantes en su vida diaria, solapando así los conceptos científicos con el entorno cotidiano (Candela, 2006). - Contemplar la divulgación científica, puesto que la educación científica no es hoy la fuente principal de información, sobre todo en la enseñanza obligatoria (Blanco, 2004). - Poner el foco, no solo en los contenidos conceptuales sino también en los procedimentales y actitudinales, puesto que estos tres tipos de contenidos forman un cuerpo cohesionado (Pro, 1998). - Secuenciar las actividades teniendo en cuenta la intuición y los intereses didácticos de los profesores. La intuición se justifica por ser el origen de la experiencia acumulada por el docente y los intereses porque son un elemento sinérgico de la motivación del profesorado y, por lo tanto, imprescindible en la práctica educativa (Sanmartí, 2000). En cuanto a las actividades a poner en práctica en el aula, deben fomentar en los estudiantes una actitud activa en el proceso de aprendizaje (Campanario y Moya, 1999) y, para ello, los criterios para su selección demandan: - “Promover actividades para que los estudiantes hagan suyos los problemas, tomen conciencia de sus ideas sobre ellos, las debatan entre Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 51 sí, las pongan a prueba frente a diversas fuentes de información, las reelaboren, las estructuren y las apliquen” (Porlán, 2003, p.31). - Desarrollar las actividades fundamentadas en problemas y secuencias didácticas basadas en la investigación (Caamaño, 2011). - Promover el trabajo práctico y llevarlo a cabo a través de un planteamiento inicial del problema, planificando la metodología, evaluando el resultado obtenido y comunicándolo al resto de compañeros (Caamaño, 2012). - Proporcionar a los estudiantes para la realización de las tareas prácticas indicaciones básicas escritas, dada la importancia que tiene en estas tareas la ayuda a los estudiantes y el tiempo limitado del que dispone el profesor para atender a todos ellos (Abrahams y Millar, 2008). En relación a las características que sugiere Caamaño (2012) sobre la secuencia que debe seguir las actividades prácticas, Carrascosa (1995) concreta: - Las actividades prácticas deben plantearse como la necesidad de resolver un problema concreto, teniendo en cuenta el interés que pueda tener para los estudiantes y la facilidad para ser abordado por estos. Así, favorecerá la actitud de estudiante hacia el trabajo en el aula. - Es necesario la emisión de hipótesis, que faciliten el desarrollo de la creatividad en el alumnado y puedan enlazar con las concepciones alternativas, diseñando métodos para su contrastación y planteando situaciones que puedan afectar a las hipótesis iniciales. - Para fomentar la creatividad antes mencionada, debemos proponer al alumnado que diseñen su propia metodología para resolver el problema: cómo medir las variables, qué instrumentos son los más adecuados, programar los pasos a seguir, etc. - Obtenidos los resultados, se deben establecer unas conclusiones finales, donde se analizarán si se cumple o no la hipótesis de partida, y comparando los resultados obtenidos con el resto de compañeros. De esta forma, debemos insistir en el carácter abierto de la investigación científica. Será necesario, además, que los estudiantes elaboren una memoria de la actividad práctica realizada. Rafael Palacios Díaz, 2017 52 En definitiva, las investigaciones sobre propuestas de enseñanza alternativas al modelo tradicional señalan la necesidad fomentar en los estudiantes una actitud activa en el proceso de aprendizaje y, para ello, deben acudir a la experimentación para la resolución de problemas y huir de la memorización de los contenidos (Campanario y Moya, 1999). En el caso específico del volumen, la masa y la densidad y de los fenómenos relacionados con estas propiedades de la materia, para conseguir su asimilación de forma correcta, diversas investigaciones de la literatura recomiendan: - Experimentar y entender previamente los conceptos de masa y volumen, puesto que son las variables extensivas de las que depende la variable intensiva densidad (Dole et al., 2013). - Realizar experiencias de laboratorio con objetos cotidianos (como latas de refrescos y agua) para introducir a los estudiantes de ciencias fenómenos relacionados con la densidad, como el principio de Arquímedes y la flotación de sólidos en líquidos. Estas actividades permiten a los estudiantes determinar densidades de líquidos usando objetos que flotan y se hunden en ellos, además de utilizar la técnica de desplazamiento de volumen como una forma de determinar el volumen de un objeto inmerso en un líquido (Sanger, Humphreys y LaPorte, 2009). - Explicar la densidad como una medida de la compactación de la materia, relacionando las apreciaciones a nivel macroscópico con su composición a nivel microscópico: masa de las partículas y distancia entre ellas (Hawkes, 2004). - Conseguir una correcta alfabetización científica de los estudiantes para que utilicen expresiones como masa por unidad de volumen, que definen la densidad (Seah, Clarke y Hart, 2015; Xu y Clarke, 2012). En relación con el segundo punto, es necesario, por tanto, llevar a cabo una mayor experimentación y elaboración de actividades que favorezcan la reflexión y adecuada construcción de los contenidos mencionados (Raviolo et al., 2005). Ejemplos de este tipo de actividades podemos encontrarlas en la literatura: - Obtención de la relación masa-volumen en cubos de poliestireno expandido antes y después de su compresión (Baker y Woodward, 2001). Capítulo 1. Revisión de la literatura y análisis del marco teórico 53 - Medidas de la densidad en disoluciones de sacarosa de distinta concentración (Peterson, 2008). - Comprobación de la flotación y hundimiento de distintas latas de refresco en agua (Sanger et al., 2009). En el trabajo de Carrascosa (1995), también podemos encontrar una serie de actividades relacionadas con las propiedades generales de la materia, en concreto, sobre las propiedades que nos ocupa en esta investigación: - Realizar un sondeo para conocer cuáles son los materiales más conocidos por los estudiantes. - Introducir el volumen, la masa y el peso como propiedades comunes a todos los cuerpos que pueden tomar cualquier valor, independientemente del cuerpo del que se trate. - Recalcar la necesidad de la utilidad de los distintos materiales dependiendo de alguna propiedad característica que las diferencie de otros, citando ejemplos de materiales y de sus utilidades. - Preguntar, para el caso de la madera y del hierro, cuál creen los estudiantes que puede ser el más pesado de los dos. - Plantear la situación de dos objetos distintos hechos de diferente material y pedir que los estudiantes expliquen cómo podríamos saber cuál es el más ligero. - Proporcionar dos series de tres objetos diferentes cubiertos con papel de aluminio, para evitar que los estudiantes sepan el material que los constituye. La primera de ellas formada por objetos de mismo tamaño y diferente masa y, la segunda, con objetos de estos mismos materiales pero con misma masa cambiando, por tanto, su tamaño (volumen). Sin necesidad de utilizar instrumentos de medida, se les pide que la primera serie la ordenen en orden creciente de peso y, la segunda, en orden decreciente de tamaño. Una vez descubran los objetos, observarán, si se hizo correctamente, que la ordenación coincide en ambos casos. - Introducir, a partir de la actividad anterior, el concepto de densidad, a través de la relación entre la masa de los objetos y su volumen. Rafael Palacios Díaz, 2017 60 4. ¿Saben interpretar adecuadamente qué variables influyen en el volumen de agua desalojado por un cuerpo sólido en inmersión y en el fenómeno de flotación de sólidos en líquidos? 5. ¿Identifican la densidad como propiedad específica de la materia y conocen sus consecuencias? En lo referente al estudio de libros de texto (Etapa II), nos preguntamos: ¿Qué tratamiento hacen los libros de texto de segundo (LOMCE) y tercero (LOE) respecto a los conceptos de volumen, masa y densidad? La pregunta amplia de investigación anterior deriva en las siguientes preguntas específicas: 1. ¿Muestran ejemplos sobre el volumen, la masa y la densidad de objetos presentes en la vida cotidiana y de sus unidades más comunes? 2. ¿Explican qué propiedades permanecen inalterables frente a los cambios de estado o de forma de la materia? 3. ¿Indican cómo varía la densidad con el grado de compactación de la materia? 4. ¿Explican de qué depende el volumen desalojado por un sólido inmerso en un líquido y el fenómeno de flotación de cuerpos? 5. ¿Destacan la importancia del carácter específico de la densidad en todos sus aspectos? En estas dos primeras fases de la investigación las preguntas específicas de investigación se encuentran relacionadas entre sí, como puede observarse en la redacción de las mismas. Esto se debe, como ya se comentó con anterioridad, a que no solo nos conformamos con hacer un barrido amplio de las concepciones alternativas de los estudiantes sino, también, buscar una correspondencia entre estas concepciones y la forma en la que se desarrollan los contenidos en los textos. La pregunta amplia de investigación en la Etapa III es: ¿Qué aprenden los estudiantes de tercero de ESO después de participar en una secuencia de enseñanza, con unas actividades diseñadas teniendo en cuenta las deficiencias detectadas? 2. Objetivos 61 Las preguntas específicas de investigación relativas a la propuesta de enseñanza se estructuran de forma distinta, aunque intrínsecamente, sigue existiendo relación entre estas preguntas y sus predecesoras. Las preguntas de investigación correspondientes a las Etapas I y II, están redactadas después de haber realizado un estudio bibliográfico, como se indicó en el Capítulo 1. Atienden, estas preguntas, a una contrastación detallada de este estudio y de nuestra actividad docente diaria con alumnado de estas edades. En el caso del diseño de la propuesta de enseñanza (Etapa III) no nos conformamos con resolver las dificultades encontradas, sino que nos proponemos profundizar en la raíz de estas dificultades pues, de este modo, tenemos la expectativa de que estas se debiliten en el tiempo. Además, la propuesta que se desarrolle debe ser viable desde el punto de vista práctico y que abarque aquellos aspectos que presenten mayores dificultades para los estudiantes. Teniendo en cuenta todo lo anterior, para la Etapa III consideramos que las preguntas de investigación específicas más adecuadas para este trabajo son las siguientes: 1. ¿Conocen los conceptos de volumen y masa, sus unidades, así como su cálculo en situaciones de la vida cotidiana? 2. ¿Entienden la dependencia del volumen desalojado por un sólido inmerso totalmente en un líquido? 3. ¿Reconocen las condiciones de conservación de la masa y del volumen? 4. ¿Comprenden la relación entre los conceptos volumen, masa y densidad? 5. ¿Reconocen el concepto densidad y lo utilizan para la identificación de sustancias? 6. ¿Utilizan la densidad para justificar el fenómeno de la flotación? 7. ¿Explican fenómenos relacionados con gases a través de la densidad? 8. ¿Diferencian los conceptos densidad y viscosidad? 2.2. Hipótesis Las hipótesis de trabajo están basadas en nuestra experiencia profesional con alumnado de educación secundaria y consiste en suponer que existen estudiantes Rafael Palacios Díaz, 2017 62 con concepciones alternativas en torno a estos contenidos que interferirán en su aprendizaje de fenómenos relacionados con ellos. Se supone que el origen de la permanencia de estas dificultades en niveles en los que ya deberían estar superadas, no reside en una alta demanda cognitiva de los contenidos en relación con la maduración de los estudiantes de tercer curso de ESO. Probablemente se trata de que en ningún momento del paso por el sistema educativo, se han abordado, como se prescribe en la Didáctica de las Ciencias, las concepciones alternativas de los estudiantes, comenzando ya desde el último ciclo de primaria. Quizás, no se ha valorado que se trata de contenidos formales, y no se han utilizado de forma sistemática para aplicarse a la interpretación de situaciones cotidianas, o académicas, suscitadas en el currículo. Es presumible que los libros de texto, que son un indicador de la enseñanza que se hace extensivamente, nos den pistas, tanto de dónde pueden estar las raíces de algunas dificultades, como de ejemplos de presentación adecuada. Supuestamente, si en una propuesta de enseñanza se tienen en cuenta todas estas consideraciones, los estudiantes lograrán superar sus concepciones alternativas y lograrán aplicar los contenidos en un amplio rango de situaciones, como las suscitadas en el nivel educativo en el que se plantea la investigación. Dentro del marco de las preguntas de investigación, referidas a situaciones reales que se dan en el aula y relacionados con problemas significativos para la enseñanza de la Física y la Química, se diseñaron los instrumentos que permitieron realizar la presente investigación. 2.3. Aspectos metodológicos para la contrastación de la hipótesis de trabajo Debido a que esta investigación, como ya se comentara con anterioridad, está estructurada en tres etapas diferenciadas y relacionadas entre sí, los aspectos metodológicos se presentarán atendiendo a dicha estructura. 2. Objetivos 63 En la Etapa I la metodología de investigación utilizada es de tipo descriptivo (estudio ex post-facto), en la que seguimos la planificación característica de la metodología cuantitativa. Esta planificación se caracteriza por la identificación y formulación del problema a investigar, el establecimiento de los objetivos, la selección de la muestra, el diseño del sistema de recogida de información, recogida y análisis de los datos y, por último, la extracción de conclusiones. No nos limitamos, por tanto, a una simple recogida de datos sobre las concepciones alternativas de los estudiantes, sino que intentamos responder a los motivos que originan estas concepciones (Bisquerra, 2009). En cuanto a la muestra, se trata de una muestra de conveniencia, formada por un grupo de estudiantes a los que el profesor y autor de este trabajo imparte clase (Cohen y Manion, 1989). La Etapa II presenta características metodológicas similares a su predecesora, puesto que también es un estudio ex pos-facto de tipo descriptivo, con las mismas características para su planificación que las descritas con anterioridad. La diferencia está en la muestra, que en este caso es una muestra intencional, pues construimos una muestra que satisface las características de nuestra investigación: analizamos los libros de textos que nos serán útiles para este trabajo (Cohen y Manion, 1989). Por último, la Etapa III se trata de un estudio cuasiexperimental. Un estudio experimental requiere que haya dos grupos al menos para realizar una comparación del efecto de una condición sobre uno de los grupos, o comparar el efecto de circunstancias desiguales en un mismo grupo (Bisquerra, 2009). En nuestro caso, por motivos laborales, solo disponemos de un grupo sobre el que se prueba la eficacia de una propuesta de enseñanza. Lo anterior, unido a la ausencia de aleatoriedad en la elección de la muestra por la aplicación del estudio en grupos ya formados, hace que esta etapa sea de carácter cuasiexperimental. Por otro lado, nuestros instrumentos de recogidas de datos (en el análisis de concepciones alternativas, en el análisis de libros de texto y en la evaluación de la propuesta de enseñanza) no solo tienen carácter cuantitativo, sino también cualitativo. Ello es debido a que, en el análisis de los mismos, además de observar la frecuencia con la que se repite un determinado conocimiento (metodología cuantitativa experimental), también se realiza un análisis de contenido (en las Rafael Palacios Díaz, 2017 64 respuestas abiertas a los cuestionarios, respuestas de los alumnos en las hojas de trabajo y análisis de los libros de texto). Como podemos observar, en muchas ocasiones, es difícil separar metodología cuantitativa de cualitativa. Las condiciones de exigencia que supone la investigación educativa, da lugar a que la metodología utilizada tenga que ser variada. Este hecho refuerza los pilares de la investigación, puesto que los sesgos que poseen ambos métodos serán minimizados (Cook y Reichardt, 2005). Asimismo, la utilización combinada de las dos metodologías ayudará a enriquecer la investigación (Meza, 2002). En todo caso se han tomado las medidas oportunas para garantizar la fiabilidad y validez del estudio. Entre estas medidas se encuentra la validación de los cuestionarios de tareas de los estudiantes, del protocolo de análisis de texto, así como de la propuesta de enseñanza. Todos estos instrumentos se describirán con detalle en los capítulos posteriores. CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA. ETAPA I Capítulo 3. Metodología. Etapa I 67 3. METODOLOGÍA. ETAPA I En este capítulo, llevaremos a cabo la descripción de la metodología seguida para responder, de forma general, a la pregunta amplia de investigación: ¿Cuáles son las concepciones alternativas que tienen los estudiantes respecto al volumen, la masa y la densidad? Y, de forma específica, a las siguientes preguntas, que también se muestran a modo de recordatorio: 1. ¿Tienen conocimiento del volumen, la masa, y la densidad de objetos cotidianos, así como de las unidades más frecuentes usadas en estas magnitudes? 2. ¿Saben diferenciar en qué circunstancias se conservan estas propiedades frente a cambios de forma o de estado de la materia? 3. ¿Relacionan la densidad con el grado de compactación de la materia en sus distintos estados de agregación? 4. ¿Saben interpretar adecuadamente qué variables influyen en el volumen de agua desalojado por un cuerpo sólido en inmersión y en el fenómeno de flotación de sólidos en líquidos? 5. ¿Identifican la densidad como propiedad específica de la materia y conocen sus consecuencias? 3.1. Los participantes y la elección de la muestra El procedimiento de muestreo elegido en nuestro estudio se enmarca dentro del muestreo no probabilístico por conveniencia, puesto que es un muestreo no aleatorio en el que se accede a una muestra pequeña por razones de accesibilidad por nuestra parte (Colás, Buendía y Hernández, 2009). La recogida de datos, sobre concepciones alternativas, tuvo lugar en el IES Doñana en Almonte (Huelva). Los participantes fueron 24 estudiantes de tercer curso del centro, por tanto, el tamaño de la muestra es el tamaño de la clase. Aunque es necesario aclarar que no siempre se contó con todo el alumnado en los Rafael Palacios Díaz, 2017 68 distintos momentos en que tuvo lugar la recogida de información, como se verá más adelante. El IES Doñana consta de 80 profesores y 1200 estudiantes matriculados y se encuentra situado en un entorno sociocultural medio-alto. La edad media de los participantes (13 de sexo femenino y 11 de masculino) en el momento de la recogida de datos era de 14 años y cuenta con dos alumnos y una alumna de nacionalidad no española, pero con perfecto manejo de la lengua. Este alumnado, cuyo rendimiento académico, en general es bueno, tiene como materia obligatoria Física y Química, de la que el investigador de este proyecto es profesor. La investigación sobre concepciones alternativas, se lleva a cabo durante alguna de las dos horas de las que dispone la Física y Química a la semana en el currículo. Durante el proceso de recogida de información y de validación de los instrumentos metodológicos, hay que agradecer la participación de los otros dos compañeros del Departamento de Física y Química, que en todo momento estuvieron dispuestos a colaborar en la investigación. El criterio seguido a la hora de elegir la muestra de estudiantes fue centrarse en aquel curso donde el estudio de los contenidos relativos a las propiedades de la materia debía estar más que afianzado. El tratamiento de estas propiedades y su cálculo aparece en la mayoría de los libros de texto, tanto de tercer curso de ESO (LOE) como de segundo (LOMCE), en la unidad relacionada con La materia. Por tanto sería de esperar que el alumnado que finaliza tercero deba tener estos contenidos consolidados. La propuesta de enseñanza se realizó en un contexto similar a las descritas para este análisis de concepciones alternativas. 3.2. Fases de la etapa y temporalización El estudio realizado en esta primera etapa se llevó a cabo en cuatro fases, desarrolladas desde noviembre de 2013 hasta marzo de 2015, las cuales se describen a continuación. Capítulo 3. Metodología. Etapa I 69 3.2.1. Elaboración y validación de los instrumentos de recogida de información Con ayuda de la bibliografía y la experiencia de este doctorando, con alumnado de educación secundaria, se procedió a la elaboración de los cuestionarios de recogida de datos de los estudiantes (diagnóstico de partida). En un principio no se pensó en realizar un número concreto de cuestionarios. El objetivo era construir un instrumento que fuera capaz de abarcar todos los aspectos posibles relacionados con las propiedades volumen, masa y densidad, que los estudiantes pudieran encontrarse en su vida diaria. El primer borrador fue elaborado por el autor de este proyecto, con ayuda de la bibliografía, contando esta versión con un total de 24 preguntas. Este instrumento está basado en los trabajos de Fernández (1988) y Lahera y Forteza (2003), para la identificación de las ideas de los estudiantes. Presenta una estructura similar al desarrollado por estos autores, por ser de preguntas abiertas a responder de forma razonada por los sujetos. Además, su contenido sigue las directrices de Murillo Torrecilla (s.f.), al intentar abarcar todos los aspectos de los conceptos y porque las preguntas se complementan unas a otras con este objetivo. El análisis de respuestas abiertas presenta siempre una dificultad añadida, pues por mucho que se haya previsto su composición y estructura, siempre es necesario realizar una re-categorización de las mismas. Sin embargo, prevalece la ventaja de la riqueza que proporciona la información que se obtiene. Ante la dificultad que supone aplicar un cuestionario tan extenso a los estudiantes que participan en la experimentación, se decidió fragmentar este instrumento en partes. El criterio para esta división fue clasificar en un mismo cuestionario las preguntas que tuvieran que ver con los mismos aspectos relacionados con el volumen, la masa y la densidad, surgiendo de esta forma cinco bloques principales y, por tanto, cinco cuestionarios (Versión 1 del instrumento de recogida de información). Rafael Palacios Díaz, 2017 76 - Es útil en la elaboración de actividades de enseñanza-aprendizaje (Fernández, 2010). La fortaleza de la fiabilidad de este instrumento de análisis radica en la comprobación exhaustiva y reiterada de la adecuación de cada respuesta a su categoría correspondiente. Para la descripción de las características que presenta cada una de las categorías y así completar la matriz de valoración (Tabla 3.2) se utilizó el programa Rubistar (versión 2000-2008). Tabla 3.2 Modelo de matriz de valoración CATEGORÍA PREGUNTAS Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 NOMBRES DE LAS PREGUNTAS DESCRIPCIÓN DE LOS CRITERIOS DE CADA NIVEL Adaptado de Pérez Buendía (2013). En la categorización de las respuestas ofrecidas por los estudiantes se utilizaron cuatro niveles. Se recomienda utilizar de tres a cinco niveles, pues si el número de niveles es muy elevado (superior a cinco), existirá gran dificultad para establecer diferencias entre ellos. Por otro lado, para la redacción de los descriptores de cada nivel o categoría, se comenzó por el inferior (Nivel 0). A continuación, se redactó el superior (Nivel 3) y, a partir de aquí, comparando estos dos niveles, se describen los niveles centrales (1 y 2, respectivamente) (Blanco, 2007). Resultó de ayuda, para la redacción de los descriptores, la revisión de pruebas de evaluación de los estudiantes de cursos anteriores, relacionadas con diversos aspectos de la densidad (Mertler, 2001). En el Anexo III (p. 287) aparecen las matrices de valoración para los distintos cuestionarios. De forma general, la categorización de los estudiantes en cada uno de estos niveles corresponde a respuestas con la siguiente descripción: Capítulo 3. Metodología. Etapa I 77 - Nivel 0: No contesta o lo hace de manera incoherente. - Nivel 1: El número de fallos es mayor al de aciertos, pudiendo ser menor pero incluyendo el concepto fundamental sobre el que se basa la pregunta; o no responde atendiendo este concepto, aunque pueda ser correcta la respuesta. - Nivel 2: El número de fallos es menor o igual al de aciertos, no incluyendo los fallos el concepto fundamental de la respuesta; o falta el razonamiento de la respuesta, pudiendo este ser incompleto. - Nivel 3: No existen fallos o el razonamiento es correcto, basándose en el concepto sobre el que se basa la pregunta. Por tanto, para que un estudiante esté situado en el Nivel 3 debe responder de forma correcta, expresando sus conclusiones con lenguaje científico; puesto que se están evaluando conceptos relativos a las ciencias, dentro del campo de la Física y la Química (Pérez Buendía, 2013). En la Figura 3.3 se muestran, de forma esquemática, los pasos seguidos en esta fase. Rafael Palacios Díaz, 2017 78 Figura 3.3. Pasos en la elaboración de la matriz de valoración. 3.2.4. Análisis de los resultados Finalmente, utilizando los instrumentos de análisis de las respuestas ofrecidas por los estudiantes que se han descrito anteriormente, se procedió su estudio pormenorizado. Este estudio se presenta en el Capítulo 4. En esta etapa el estadístico utilizado para el análisis de los resultados es de tipo descriptivo. Este análisis consiste en clasificar las respuestas de los estudiantes por niveles de conocimientos y realizar un estudio de las frecuencias, en forma de fraccionaria, de los distintos niveles para cada una de las preguntas de los cuestionarios. Las frecuencias se encuentran organizadas en tablas estadísticas, que son traducidas en gráficas estadísticas con el objetivo de conseguir mayor Capítulo 3. Metodología. Etapa I 79 facilidad en la lectura e interpretación de los datos. Además, como medida característica de centralización, utilizamos la media aritmética (en adelante valor promedio) del nivel de conocimiento alcanzado por pregunta para sintetizar y resumir el conjunto de datos obtenidos en las tablas y completar así el análisis. Con el objeto de resumir las fases de esta etapa, se presenta la Figura 3.4. Figura 3.4. Estructura de la Etapa I. CAPÍTULO 4. RESULTADOS DE LA ETAPA I. CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 83 4. RESULTADOS DE LA ETAPA I. CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Como indica Vílchez (2005) en su trabajo, conocer las concepciones alternativas de los estudiantes constituye el principio de una enseñanza que se oriente a la construcción de conocimientos. Así este capítulo contiene la presentación, análisis e interpretación de las ideas que poseen los estudiantes pertenecientes a la muestra de estudio, obtenidas de la aplicación del instrumento descrito anteriormente. Recopilados los datos del total de la Muestra 1 a partir de los cinco cuestionarios de alumnos, se procedió a agrupar a estos en categorías o niveles según el conocimiento alcanzado. Es necesario señalar que, siempre que se hace referencia a un número alto o elevado de estudiantes en la descripción de los resultados, se quiere indicar que este número es superior a la mitad de la muestra participante en cada caso. La exposición de los resultados sigue el mismo orden de la realización de los cuestionarios por parte de los estudiantes. Debido a que la recopilación de los datos tuvo lugar en diferentes días y, en concreto en diferentes semanas, la muestra clase no se encontraba siempre al completo. El número de la muestra (N) se indica, a continuación, en las tablas de clasificación de estudiantes por niveles de conocimiento. En estas tablas se expone la frecuencia de estudiantes que posee cada nivel de conocimiento (del 0 al 3) y, en la columna de la derecha, el nivel promedio de conocimiento alcanzado para cada una de las preguntas. 4.1. Cuestionario I: Conocimiento básico cotidiano Para evaluar los conocimientos que tienen estos estudiantes de aspectos cotidianos relacionados con el volumen, la masa y la densidad, se les propone la realización de un cuestionario de cuatro preguntas. Estas preguntas tratan de saber qué capacidad de estimación de estas magnitudes tiene el alumnado de objetos conocidos y habituales en su vida diaria, qué conocimiento tiene de las unidades en las que se puede expresar la densidad y cómo utiliza la ecuación que relaciona la masa y el volumen (d=m/V) para identificar sustancias. En la Tabla 4.1 se presentan Rafael Palacios Díaz, 2017 84 los resultados obtenidos con cada una de las preguntas y, a modo de recordatorio, se señala el aspecto estudiado en cada una de ellas, para una muestra de 21 individuos. Tabla 4.1 Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario I (N=21) CATEGORÍA Nivel promedio PREGUNTAS Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 1. Masa y volumen de objetos 4 11 6 0 1,1 2. Densidades de sustancias cotidianas 3 5 2 11 2,0 3. Unidades de densidad 5 1 6 9 1,9 4. Identificación de sustancias aplicando la ecuación de la densidad 4 2 0 15 2,2 En la Figura 4.1 se puede tener una visión de conjunto de las diferencias entre los niveles para cada una de las preguntas. Figura 4.1. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario I. Estos datos reflejan lo siguiente: 0 5 10 15 20 25 Pregunta 1 Pregunta 2 Pregunta 3 Pregunta 4 Número de alumnos Preguntas del cuestionario Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Nivel 0 Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 85 - Ninguno de los estudiantes evaluados tiene claro la masa y el volumen, de forma aproximada, para objetos presentes en su vida cotidiana; solo algunos (6/21) tienen una idea del orden de alguna de estas magnitudes. - La mitad de estos, aproximadamente, conocen las densidades de sustancias cotidianas (11/21), mientras que otra parte confunde la densidad del agua con la del aceite (5/21) o incluso con la del aire (3/21). No existe una explicación clara para la confusión entre las densidades del agua y el aceite. Sin embargo, la confusión con la densidad del aire podría deberse a que algunos estudiantes tienen problemas en la identificación de unidades de algunas magnitudes. Al ser la densidad del aire 1.5 kg/m3, podrían confundirlo con la del agua, 1g/cm3, cuando no se expresa en unidades del SI. - Muchos saben identificar las unidades en las que se puede expresar la densidad (9/21) o, al menos, saben qué unidades no corresponden a esta magnitud (6/21). Por otro lado, también existen casos (5/21) que no tienen nada claro la correspondencia de unidades. Este hecho sustentaría lo comentado en la cuestión anterior, el problema con la identificación de las unidades de algunas magnitudes. - En lo referente a la identificación de sustancias mediante la relación masa/volumen, la mayoría de los estudiantes responden de forma correcta y razonada a la pregunta (15/21). Es cierto que, si bien podrían no tener claro qué representa la densidad en sí, la ecuación d=m/V la han utilizado en la resolución de problemas numéricos en tercer curso. Como ejemplo de respuestas para este cuestionario, mostramos las ofrecidas por el Estudiante 5 (Figura 4.2). Entre las respuestas a la Pregunta 1, llama la atención la masa asignada a una goma de borrar, 640 g, lo cual refleja la generalidad de resultados obtenidos a este respecto. Sin embargo, realiza la equivalencia entre el litro y el kilogramo, válida únicamente para el caso del agua pura, referida al brick de leche. En la segunda pregunta, no tiene claro que el agua tiene mayor densidad que el aceite, atribuyendo al agua la densidad del aceite y viceversa; aunque sí tiene claro las densidades de mercurio y oxígeno. En tercer lugar, parece existir asimilación de cuáles son las unidades que definen la densidad y, por último, Rafael Palacios Díaz, 2017 92 Figura 4.5. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario III. Estos resultados indican que: - La mayoría de los alumnos evaluados (17/21) conocen y justifican la compactación de sólidos en términos de su relación masa/volumen o densidad. Es decir, relacionan lo denso con lo compacto. - En el caso de la compactación de líquidos los resultados del nivel más elevado bajan, debido a que existen estudiantes (5/21) que indican necesitar más información sobre las densidades del agua y el aceite para poder responder. Otros relacionan viscosidad con densidad y asignan mayor densidad al aceite, aspecto que estudiaremos más adelante. - Se observa que la mayoría de los alumnos se encuentran en los niveles superiores en la Cuestión 3, de forma que son pocos los estudiantes que tengan dificultades al relacionar la densidad y compactación de la materia en sus diferentes estados. Si bien, es cierto que el reparto entre los niveles es más homogéneo, disminuyendo el número de estudiantes en el Nivel 3 y aumentando en el Nivel 0. Esto podría ser consecuencia de manejar ejemplos en los que aparecen gases, aumentando la dificultad en la comprensión de estos fenómenos. - Las preguntas 4 y 5, que versan sobre la relación masa (peso)-densidad en sólidos y líquidos, respectivamente, presentan resultados dispares. En el caso de los sólidos, esta relación es utilizada para la explicación 0 5 10 15 20 25 Número de alumnos Preguntas del cuestionario Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Nivel 0 Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 93 correcta de la cuestión por un mayor número de estudiantes (13/21) que en el caso de los líquidos (9/21). Aunque el número de estudiantes situados en el Nivel 2 de la Pregunta 4 (2/21) es menor que en la Pregunta 5 (5/21). Estos resultados muestran que no son capaces de aplicar por igual un mismo aspecto a sólidos y a líquidos. Sí que identifican los objetos más pesados con los más densos, que es lo intuitivo. Quedaría la reserva de si se han percatado de que eso se cumple en los ejemplos propuestos porque están comparando casos en los que el volumen es el mismo. Sin embargo los resultados de la Cuestión 1 parecen avalar que entienden la relación. - Para el caso específico de la relación volumen-densidad en líquidos (Cuestión 6), los resultados empeoran, como lo demuestra el hecho que 11/21 estudiantes se encuentren en el Nivel 0 de conocimiento y solo 4/21 en el Nivel 3. Esto podría estar justificado por el hecho de ser la densidad inversamente proporcional al volumen. Esta relación inversa dificulta la comprensión entre la relación de estas dos magnitudes, que lleva a la obtención de un nivel de conocimiento promedio por parte de los estudiantes que supera levemente el valor 1. - Los malos resultados de la Pregunta 6 se extienden a la Pregunta 7, al preguntar al alumnado por la influencia de la temperatura en el volumen de los gases, y el nivel de conocimiento promedio alcanzado es muy similar. Frente a los 10/21 estudiantes del Nivel 0, se encuentran 3/21 en el Nivel 3. El caso de los gases es un mundo aparte para los estudiantes. Quizás la teoría cinética de los gases se debería impartir relacionando mejor fenómenos y su interpretación, estableciendo puentes entre la descripción microscópica y las propiedades macroscópicas de este estado de agregación. Hemos querido seleccionar las respuestas del Estudiantes 21 (Figura 4.6), por el alto grado de coherencia que presentan. En ellas se observa que tiene perfectamente asimilado la relación d=m/V, la cual utiliza para basar el razonamiento de sus respuestas. Además, conoce cuál es el comportamiento de los gases con la temperatura (Pregunta 7). Rafael Palacios Díaz, 2017 94 Figura 4.6. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 21 a las preguntas del Cuestionario III. Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 95 Sin embargo, las respuestas ofrecidas por el Estudiante 21 no se corresponden con la situación que nos encontramos, en general, en las aulas. Resumiendo los resultados obtenidos, observamos que siguen presentando dificultades para diferenciar las densidades del agua y del aceite. Respecto a la relación entre densidad y grado de compactación de la materia, parece que los resultados son mejores, sobre todo para el caso de los sólidos, aunque siguen asociando los objetos más pesado con los más densos. Por último, el comportamiento de los gases es algo que se aleja del conocimiento asimilado por los estudiantes. 4.4. Cuestionario IV: Volumen desalojado por un sólido sumergido en un líquido y flotación Este cuestionario lo realizó la muestra clase al completo (24 individuos). Aunque está formado por cuatro preguntas, la primera de ellas se divide en dos apartados relacionados con el mismo aspecto a evaluar (volumen desalojado de un sólido al sumergirlo en un líquido). El Apartado a corresponde a sondear que la masa o el peso no influyen en el volumen de agua desalojado por un objeto en inmersión. El Apartado b pretende averiguar si creen que la profundidad de inmersión, cuando el objeto está completamente sumergido, puede afectar al volumen de fluido desalojado. Además, también se tratan tanto la flotabilidad de un cuerpo en líquidos de distintas densidades, como la flotabilidad, en un mismo líquido, de cuerpos de diferentes densidades. Por último, se pretende conocer si estos estudiantes tienen claro el fenómeno de la flotabilidad de un submarino, como cuerpo que varía su densidad media para cambiar la flotación en un líquido. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 4.4. Rafael Palacios Díaz, 2017 96 Tabla 4.4 Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario IV (N=24) CATEGORÍA Nivel promedio PREGUNTAS Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 1. a) Volumen desalojado frente a peso 2 14 3 5 1,5 1. b) Volumen desalojado frente a profundidad de inmersión 2 9 9 4 1,6 2. Sólidos con distinta densidad 1 8 2 13 2,1 3. Líquidos con distinta densidad 0 3 1 20 2,7 4. Sólidos con cambio de densidad 14 4 3 3 0,8 Estos mismos resultados quedan representados gráficamente en la Figura 4.7. Figura 4.7. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario IV. Los datos nos indican que: - La mayoría de los estudiantes objeto de estudio (14/24) relacionan el volumen de líquido desalojado por un sólido en inmersión con el peso o la masa de este, afirmando que “la esfera de hierro, debido a su peso, 0 5 10 15 20 25 Número de alumnos Preguntas del cuestionario Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Nivel 0 Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 97 desplazará un mayor volumen que el resto”. Por otro lado, también un gran número de estudiantes (9/24) están convencidos que “el volumen de líquido desplazado aumenta con la profundidad a la que se sumerge el sólido”. El primer hecho se podría interpretar como una indisociación entre los conceptos de masa y volumen de los cuerpos, y saber que la masa es la cantidad de materia y el volumen el espacio ocupado. En la segunda parte, se confirma el desconocimiento del concepto de volumen de un cuerpo, a la hora de relacionarlo con el volumen de fluido desalojado cuando se encuentra en inmersión. - Un tercio de los estudiantes (8/24) no entienden el fenómeno por el cual diferentes sólidos pueden flotar o hundirse en un líquido, justificando la situación planteada mediante el uso de conceptos distintos a la densidad, como el peso o la masa de los cuerpos. Afirman que “si pesa poco flota y si pesa mucho se hunde”. Sin embargo, más de la mitad de la muestra (13/24) sabe explicar, adecuadamente, la situación planteada, identificando la diferencia de densidades como causa principal de la flotación o hundimiento de los cuerpos. - Parece ser que los alumnos pueden explicar mejor la flotación de los cuerpos, utilizando como causa principal la densidad, cuando es un mismo cuerpo el que se sumerge en líquidos distintos (20/24 estudiantes situados en el Nivel 3). - Una aplicación práctica directa del concepto de flotación sería la explicación del funcionamiento de un submarino en sus maniobras de subir a la superficie y sumergirse en el fondo del mar. Un gran número de estudiantes (14/24, en el Nivel 0) no vislumbran las causas de este fenómeno. Este alumnado, en el mejor de los casos, acude al término presión. Si bien es cierto, que los submarinos y, cualquier cuerpo que esté inmerso en un líquido, experimentan mayor presión cuando se encuentran sumergidos que cuando emergen a la superficie de este, debido a la masa de agua que se encuentra por encima de ellos. Ideas relativas a la diferencia en la cantidad de aire o de peso son utilizadas en otros casos para la explicación del fenómeno (4/24 en el Nivel 1). Solo algunos (3/24) justifican la situación planteada como causa de la “variación de densidad que experimenta el submarino” (Nivel 3). La idea que relaciona la flotación Rafael Palacios Díaz, 2017 98 con el peso de los cuerpos sigue siendo un obstáculo en la comprensión de ciertos fenómenos por parte del alumnado. En contraste con los niveles alcanzados por los estudiantes del grupo, se muestran las respuestas proporcionadas por el Estudiante 13 (Figura 4.8). Se observa que tiene asimilado el concepto densidad para explicar los fenómenos de flotación, incluso en la situación del submarino, como objeto capaz de variar su densidad media para modificar su estado de inmersión. Figura 4.8. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 13 a las preguntas del Cuestionario IV. Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 99 En definitiva, de los diferentes aspectos estudiados, los resultados muestran que el fenómeno de flotación, abordado en las cuestiones 2 y 3, es el que mejor interpretan los estudiantes de la muestra, como se puede observar en los niveles de conocimiento promedio alcanzados por estos (2,1 y 2,7, respectivamente). Sin embargo, estos niveles se sitúan por debajo del 1 para el caso de sólidos que son capaces de modificar su densidad media. 4.5. Cuestionario V: Especificidad de la densidad Este último cuestionario fue realizado por 21 individuos de la muestra total. Trata de estudiar cuáles son los conocimientos que poseen los estudiantes en relación al carácter específico de la densidad. Para ello, las preguntas abarcan los aspectos de las propiedades generales y específicas de las sustancias, la independencia masadensidad de sustancias y la diferenciación entre densidad y viscosidad. Los resultados aparecen en la Tabla 4.5. Tabla 4.5 Número de estudiantes clasificados por niveles en el Cuestionario V (N=21) CATEGORÍA Nivel promedio PREGUNTAS Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 1. Propiedades específicas de las sustancias (I) 1 6 8 4 1,6 2. Propiedades específicas de las sustancias (II) 6 5 3 5 1,2 3. Independencia de la densidad con la masa 11 1 0 7 1,0 4. Diferencia entre densidad y viscosidad 9 4 5 1 0,8 En la Figura 4.9 se expone la representación gráfica de estos resultados. Rafael Palacios Díaz, 2017 100 Figura 4.9. Número de alumnos que se encuentran en cada nivel en la realización del Cuestionario V. Los resultados indican que: - Un amplio número de individuos (8/21) afirman que “mediante la observación del comportamiento de estas sustancias al disolverlas en agua, podría comprobar si son o no sustancias distintas”. Solamente 4/21 ven en el cálculo de la densidad un método para su identificación. La revisión del método científico y el estudio de los métodos de separación de sustancias parecen tener cierta influencia en las respuestas de los alumnos. - La pregunta relativa a la identificación de propiedades generales y específicas de las sustancias, presenta una distribución de alumnos en categorías más homogénea que en los demás casos. Esto indica que no está del todo clara esta clasificación para más de la mitad de la muestra. - Completando dicha interpretación, encontramos que en la Pregunta 3, 11/21 creen que la densidad depende de la cantidad de materia, mientras que en el otro extremo se sitúan los que opinan que son totalmente independientes (7/21), por tratarse de una propiedad intensiva. - Finalmente, la mayoría de estudiantes (13/21, entre los niveles 0 y 1) utilizan indistintamente los conceptos de densidad y viscosidad como si se tratara de la misma propiedad de la materia. Es necesario comentar aquí que, el estudio de la viscosidad o de fenómenos relacionados con ella, no es frecuente en tercer curso de ESO y, por tanto, no le llamó la atención al 0 5 10 15 20 Pregunta 1 Pregunta 2 Pregunta 3 Pregunta 4 Número de alumnos Preguntas del cuestionario Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1 Nivel 0 Capítulo 4. Resultados de la Etapa I. Concepciones alternativas 101 investigador los malos resultados obtenidos en las respuestas a esta pregunta. En la Figura 4.10, se muestran las respuestas ofrecidas por el Estudiante 10 a este cuestionario. En la Pregunta 1 el estudiante propone “diluir las sustancias en agua” y acude a la flotación para diferenciarlas. Aunque existen errores en el razonamiento, puesto que si un sólido se diluye en un líquido ya no flotaría, vislumbra la densidad como propiedad que ayudaría a su diferenciación. Las respuestas revelan que el estudiante ha asimilado que la densidad es una propiedad específica que ayuda a distinguir unas sustancias de otras, si bien indica que es una propiedad que no varía con la temperatura (Pregunta 4). Tampoco indica, en esta última pregunta, que la viscosidad es una magnitud independiente de la densidad. Figura 4.10. Respuestas ofrecidas por el Estudiante 10 a las preguntas del Cuestionario V. En definitiva, los resultados del grupo revelan que no hay una completa asimilación de la densidad como propiedad específica, que ayude a discernir unas Rafael Palacios Díaz, 2017 108 Tabla 5.1 Relación entre ítems y cuestionario de alumnos Ítem, análisis textos Cuestionario Estudiantes (bloques) Aspecto estudiado 1 a 6 I Conocimiento básico cotidiano 7 a 9 II Conservación de masa, volumen y densidad 10 a 12 III Relación entre densidad y grado de compactación de la materia 13 a 15 IV Volumen desalojado por un sólido al sumergirse en un líquido y flotación 16 a 18 V Especificidad de la densidad A continuación se presenta una descripción de los objetivos que se pretenden con cada uno de los ítems que forman el protocolo de análisis de texto, cuya redacción está basada en el trabajo de Furió-Gómez, Solbes y Furió-Más (2006). En esta descripción, presentamos algunas ideas sobre la forma adecuada en la que podrían aparecer los diversos aspectos en los libros, fundamentadas en la literatura o en nuestra propia experiencia docente. Bloque I 1. ¿Aparecen ejemplos sobre la masa y/o el volumen de objetos y materiales cotidianos? En caso afirmativo, ¿cuáles? Con esta pregunta se pretende saber si en los textos aparecen actividades de familiarización de masas y de volúmenes de objetos cotidianos. Se podría citar el caso de los dosificadores de los jarabes, de donde se pueden establecer equivalencias entre un volumen de 10 ml y una cucharada sopera, etc. 2. ¿Aparece la definición de densidad de forma directa, como un cociente, sin introducción cualitativa previa? Si no es así, ¿cómo aparece? Es lógico pensar que en todos los libros de tercero en los que se trata el tema de la densidad aparezca la definición del concepto, de una u otra forma. Pero es Capítulo 5. Metodología. Etapa II 109 interesante ver cómo lo hacen, si de forma cualitativa previamente o si se pasa directamente a traducir la expresión matemática a palabras. También si se hace alguna referencia a la diferencia con la masa, el peso y/o la viscosidad. Se trata de saber si los textos intentan abordar esas ideas, incluida la tendencia a asociar el peso con el volumen (aún cuando comparen objetos de diferentes materiales). Serway y Jewett (2008) y Young y Freedman (2009) realizan, según nuestro criterio, un buen tratamiento de estos conceptos. Aunque se trate de textos universitarios, introducen con detalle la densidad. Definen de manera simple la densidad de una sustancia como su masa por unidad de volumen, y ofrecen una tabla con algunas de las densidades de las sustancias más comunes expresadas en unidades del SI. Posteriormente, presentan explicaciones aclaratorias del concepto mediante distintos tipos de ejemplificaciones. 3. ¿Se ejemplifican densidades de sustancias cotidianas? ¿Cuáles? Se trata de saber si el libro de texto contiene referencias a materiales de uso cotidiano, como la fibra de carbono (muy utilizada en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas); a materiales de densidad cercana a la del agua (aceite, 920 kg/m; o madera, 900 kg/m3); o, por ejemplo, a la densidad ósea del cuerpo humano (que se encuentra entre 1700 y 2500 kg/m3). También sería interesante que aparecieran situaciones en las que el cambio de densidad es un indicador en la vida cotidiana, como medir la carga de una batería por la densidad del ácido sulfúrico que la compone (Young y Freedman, 2009). Estas densidades podrán aparecer en una tabla o en los enunciados de actividades propuestas. 4. ¿Se indican las diferentes unidades en las que suele aparecer expresada la densidad de las sustancias, ampliando la inclusión a las del SI? En caso afirmativo, ¿cuáles? Es importante que los textos aclaren la diferencia entre unidades más usadas de ciertas magnitudes y las que pertenecen al SI. En numerosas ocasiones las unidades SI no son las más usadas en la vida diaria, como ocurre con la temperatura que se suele expresar en ºC (K en el SI) o la presión atmosférica que es común expresarla en atm (en vez de usar el Pa, que es la unidad en el SI). Rafael Palacios Díaz, 2017 110 5. ¿Se muestran ejemplos de cómo realizar cambios de unidades de densidad? Los cambios de unidades mediante factor de conversión no siempre resulta sencillo de aplicar por parte de los estudiantes, sobre todo cuando son dos las unidades que hay que convertir a la vez. Esto ocurre, por ejemplo, para pasar de km/h a m/s, o viceversa, y, en nuestro caso, el cambio de unidades de masa/volumen. Sería oportuno, por tanto, que estos cambios de unidades aparecieran. 6. ¿Aparecen ejemplos de cálculo de densidades de sustancias? Esta pregunta hace referencia a si aparecen en el texto, una vez realizada la explicación teórica, algún ejemplo resuelto del cálculo de densidades de sustancias o de objetos. La finalidad de estos ejemplos suele ser familiarizar al estudiante con los cálculos numéricos, utilizando la expresión de la densidad. A partir de la masa y el volumen de sustancias que resulten habituales para los estudiantes, se les podría plantear que hicieran el cálculo de la densidad, expresándola en las unidades correctas e interpretando el resultado obtenido. Bloque II 7. ¿Se explicita las propiedades que permanecen constantes en los cambios de forma de las sustancias? 8. ¿Se justifica el cambio de densidad para los estados sólido, líquido y gas para una misma sustancia? En caso afirmativo, ¿de qué forma? Con estas dos cuestiones se pretende saber si los textos citan de alguna forma la invariabilidad de la densidad, siempre que se trate de una misma sustancia y su estado no cambie, o no cambien sus condiciones de presión y temperatura. Que justifiquen esta importancia, como la posibilidad de la vida en los fondos oceánicos polares gracias a la menor densidad del hielo, por la densidad anómala del agua. Se considera adecuado, por ejemplo, hacer referencia a la diferencia de densidades de sólidos y líquidos comparada con la de los gases, unas 1000 veces inferior las de estos últimos (Serway y Jewett, 2008). Capítulo 5. Metodología. Etapa II 111 Sería pertinente que el texto hiciera referencia de forma explícita a la diferencia de densidad que experimentan las sustancias en los cambios de estado. También, en otros casos, que inviten al estudiante a su deducción a través de la teoría cinética, explicando cómo se encuentran unidas las partículas que componen las sustancias en sus distintos estados. 9. ¿Aparecen ejemplos o explicaciones en torno al hecho de que los gases también tienen alguna de las propiedades: masa, volumen y densidad? En caso afirmativo, ¿Cuáles de ellas? La experiencia docente nos ha planteado, en ocasiones, situaciones en las que observamos que los estudiantes consideran a los gases como entes sin ningún tipo de propiedad física. Sería conveniente realizar un paralelismo entre el estado gaseoso y los otros dos estados de la materia. Bloque III 10. ¿Aparecen ejemplos gráficos de sólidos con distinta densidad? En caso afirmativo, ¿de qué forma? 11. ¿Aparecen ejemplos gráficos de líquidos con distinta densidad? En caso afirmativo, ¿de qué forma? Ocurre, en ocasiones, que fenómenos no planteados en la introducción teórica de los conceptos aparecen en la resolución de actividades. Podría ser este el caso, donde se le propone al estudiante que compare la densidad de distintos tipos de sólidos, por ejemplo dos bloques de igual volumen, uno hecho de paja y otro de hierro, para justificar la gran diferencia de masa entre ambos. O, en el caso de líquidos, las enormes diferencias entre el agua y el mercurio. 12. ¿Aparecen explicaciones sobre las propiedades de los gases que varían con la temperatura? En caso afirmativo, ¿cuáles y de qué forma? La variación del volumen y la presión de los gases con la temperatura suele aparecer, según nos indica nuestra experiencia, para justificar la teoría cinética y/o las leyes de Charles y Gay-Lussac. Con este ítem pretendemos, además, encontrar Rafael Palacios Díaz, 2017 112 referencias a la variación de la densidad, que explica fenómenos de nuestra vida diaria como las corrientes de convección del aire en la Tierra. Bloque IV 13. ¿Aparecen ejemplos de la dependencia del volumen desplazado por un sólido al sumergirlo en un líquido? ¿Cuáles? ¿Advierten de las concepciones alternativas asociadas? Este fenómeno es clave para la comprensión en cuarto curso del principio de Arquímedes. De forma teórica o mediante actividades sería conveniente el estudio de esta situación. Una experiencia que está relacionada con este aspecto sería la famosa historia de la corona del rey Hieron, pues sabemos que esta historia como objetivo final justifica la identificación de sustancias puras a través de la densidad. Sin embargo, Slisko (2005) señala que los libros de texto españoles presentan grandes deficiencias al respecto, resultando la más llamativa “la falta de claridad conceptual y el escaso o ausente apoyo visual al procedimiento experimental que forma parte del razonamiento en que se basa la solución” (Slisko, 2005, p. 365). Nuestro objetivo en este caso no será analizar si en los libros aparece la experiencia de la corona, suficientemente estudiada por este autor, sino observar de forma específica algún tratamiento del volumen que desplaza un sólido al sumergirlo en su totalidad en un líquido. Aunque en la mayoría de los textos se presenta la medida de volúmenes de sólidos irregulares mediante este procedimiento, será importante saber si anticipan e intentan evitar los errores más frecuentes que suelen cometer los estudiantes. 14. ¿Se ejemplifica la flotación de sólidos en líquidos? ¿Cómo? El estudio de la flotación de sólidos en líquidos, de forma general, se puede abordar mediante la inmersión de un mismo sólido en líquidos de distinta densidad o de sólidos distintos en un mismo líquido. Aquí podría referenciarse la diferente porción de sólido sumergido y, poner como ejemplo, el motivo por el que flotamos mejor en agua de mar que en agua dulce (Young y Freedman, 2009) o bien mostrar cómo son los aerómetros para medir densidades de líquidos. Capítulo 5. Metodología. Etapa II 113 15. ¿Se explicita de alguna forma la posibilidad de flotación mediante la variación de la densidad media de un cuerpo? ¿Cómo? Una situación más compleja es la aplicación del concepto densidad a objetos capaces de variar su densidad media, como es el caso de la vejiga natatoria de los peces o de un submarino. En el caso de los peces, los textos pueden hacer referencia a que su flotación se debe a una cavidad llena de gas dentro de su cuerpo, haciendo que la densidad media del pez se iguale a la del agua (Young y Freedman, 2009). Los estudiantes podrían no saber ofrecer una justificación correcta de este fenómeno si antes no lo han tratado. Bloque V 16. ¿Aparece la clasificación explícita entre propiedades específicas y generales de la materia? En caso negativo, ¿se hace referencia de alguna manera a ellas? En la mayoría de los textos suele aparecer la clasificación entre propiedades generales y específicas de la materia, no obstante es conveniente confirmarlo. Sería necesario resaltar este aspecto en los libros, por ejemplo, indicando que cuando el material que forma dos objetos es el mismo, sus densidades serán iguales. 17. ¿Se ponen ejemplos de la independencia de la densidad de una misma sustancia con la cantidad de materia de esta? En caso afirmativo, ¿cuál? Esta pregunta sigue la línea de las dos anteriores, en el sentido que al ser la densidad una propiedad específica, no va a depender de la cantidad de materia de la que se trate. La experiencia nos demuestra que si no insistimos en esta idea, son muchos los estudiantes que relacionan una menor densidad con una menor masa. 18. ¿Se resalta la diferencia entre los conceptos de densidad, viscosidad y concentración? Se describirá en caso afirmativo. No es de extrañar que los estudiantes confundan densidad y viscosidad o densidad y concentración que en la vida cotidiana se confunden, si los textos no abordan esa idea previa. Rafael Palacios Díaz, 2017 114 La confusión por parte de los estudiantes de los conceptos densidad y viscosidad se debe a que en el lenguaje cotidiano cuando nos referimos a la textura de sustancias como el aceite decimos que es densa, en lugar de utilizar correctamente la palabra viscosa. Esta confusión se suele mantener a lo largo de la etapa de secundaria (Giraldo, Cañada, Dávila y Melo, 2014). Por otro lado, Landau, Ricchi y Torres (2014) han estudiado la confusión de estudiantes de primer curso universitario de química entre los conceptos densidad y concentración, comprobando que puede atribuirse a la similitud que presentan sus unidades. Será fundamental, por tanto, insistir en esta diferencia en los estudiantes de ESO si no queremos que estas dificultades perduren en el tiempo. En ambos casos, creemos que la realización de actividades experimentales en la que se pongan de manifiesto la relación entre los conceptos mencionados, podría ser una posible solución a estas dificultades. En el Capítulo 6 se presentarán y analizarán los resultados obtenidos tras la aplicación de los instrumentos metodológicos previstos. 5.2.2. Aplicación del protocolo de análisis en los textos La recogida de la información de los aspectos mencionados con anterioridad fue realizada por el autor del presente trabajo. Se trataba de verificar presencia o ausencia de los aspectos señalados y, aunque no se hallaron dificultades en la aplicación del protocolo, la información obtenida fue contrastada intrajuez por el autor del trabajo dos meses después de la primera aplicación. En este proceso se modificó información de un 17% de los ítems (3 de 18). Posteriormente, con el objetivo de asegurar la fiabilidad de la información recabada, se consensuó la asignación de algunas categorías que presentaron dudas con la directora del trabajo, sin que hubiera muchas discrepancias dignas de mención. Capítulo 5. Metodología. Etapa II 115 5.2.3. Análisis de los resultados El análisis de los resultados obtenidos procedentes de esta recopilación de información fue realizado siguiendo las pautas de los trabajos de Criado (2000) y Mazzitelli et al. (2005), verificando la presencia o ausencia de los aspectos señalados y destacando la ausencia de dificultades en la aplicación del protocolo. En esta etapa, al igual que ocurriera con la Etapa I, el estadístico utilizado para el análisis de los resultados es de tipo descriptivo. En este caso, realizamos un estudio de las frecuencias, en forma fraccionaria, en la que los distintos contenidos aparecen en los textos que componen la muestra. A diferencia de la Etapa I, únicamente se utilizan tablas de frecuencias estadísticas y prescindimos de los gráficos y medidas de centralización, pues no consideramos viable su aplicación en esta etapa del estudio. Este análisis se expone en el capítulo siguiente. A modo de resumen, en la Figura 5.1 se muestra la estructura de esta etapa. Figura 5.1. Estructura de la Etapa II. CAPÍTULO 6. RESULTADOS DE LA ETAPA II. ANÁLISIS DE TEXTOS Rafael Palacios Díaz, 2017 124 consiguiente de volumen es la situación más frecuente, en vez de considerar su carácter anómalo. - Para el ejemplo concreto de los gases, en todos los textos se menciona el volumen como una de sus propiedades medibles. Sin embargo, pocos hacen referencia a la densidad (2/12, en LOE; 1/5, en LOMCE) o a la masa (3/12, en LOE; 2/5 en LOMCE), contribuyendo a que algunos estudiantes crean que los gases “carecen de masa (peso)”. En este caso, no se observa una gran mejora de los aspectos a los que se refiere este ítem con la llegada de la LOMCE. 6.3. Relacionados con el Bloque III Los ítems analizados, en este caso, fundamentados en la relación entre densidad y grado de compactación de la materia, aparecen en la Tabla 6.3. Capítulo 6. Resultados de la Etapa II. Análisis de textos 125 Tabla 6.3 Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque III Ítems F N=12 N=5 10. ¿Aparecen ejemplos gráficos de sólidos con distinta densidad? En caso afirmativo, ¿de qué forma? Si: A, C, Hb, Ka, Kb Explicación de la densidad comparando la madera con una esponja o una esfera de hierro con otra de madera: A, C Comparación de la densidad de cilindros de latón, hierro y aluminio; actividades propuestas con esferas de aluminio y madera: Hb Se explica que una lámina de corcho no se hunde en agua y una de metal sí, debido a la mayor densidad del metal respecto al agua: Ka Hielo frente a acero y tapón de corcho frente a tornillo de metal: Kb 3 2 No: Ba, Bb, Da, Db, E, F, G, Ha, I, J, La, 12b 9 3 11. ¿Aparecen ejemplos gráficos de líquidos con distinta densidad? En caso afirmativo, ¿de qué forma? Si: A, Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, I, J, Ka, Kb, La, Lb Aparece únicamente una foto en la que se observa aceite flotando en agua: C, J Se propone la experiencia de observar líquidos de distinta densidad en un vaso: E Se comparan las densidades del aceite y del mercurio: G Se explica la decantación mediante la separación de aceite y agua: Ba, Bb, C, Da, Db, E, G, Ha, Hb, I, Ka, Kb, La, Lb; tetracloruro de carbono y agua: A; o extracción de yodo con hexano: F Comparación de las densidades de la leche y el aceite mediante una actividad, en la que se pide la masa para un mismo volumen de cada sustancia: K 12 5 No: 0 0 12. ¿Aparecen explicaciones sobre las propiedades de los gases que varían con la temperatura? En caso afirmativo, ¿cuáles y de qué forma? Si: A, Ba, Bb, C, D, E, F, Ha, Hb, I, J, Ka, Kb, La, Lb El volumen y la presión, mediante la justificación con la teoría cinética y/o las leyes de Charles y Gay-Lussac: A, Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, Ha, Hb, I, J, Ka, Kb, La, Lb El volumen y la densidad, mediante ejemplificación con un globo aerostático: Ba El volumen, al proponer la experiencia de meter una botella de agua llena hasta la mitad en el frigorífico y luego sacarla, observando el achatamiento producido: Ka El volumen, al explicar la contracción y dilatación de los gases con la temperatura: Kb 11 5 No: G 1 0 Y los resultados obtenidos señalan que: - En el caso de los sólidos, suelen ser pocos los textos en los que aparecen ejemplos que comparen sustancias de distinta densidad (3/12, en LOE), mejorando algo este aspecto con la llegada de la LOMCE. Aún así, consideramos imprescindible la implicación del profesorado para complementar las explicaciones acerca de la diferencia de densidad en sólidos que se ejemplifica en los textos. Rafael Palacios Díaz, 2017 126 - En el caso de los líquidos, todos los textos citan ejemplos (siempre gráficos) de sustancias de distinta densidad, debido a que en unidades posteriores se describe la decantación como método de separación de mezclas heterogéneas. En la separación de sustancias líquidas de distinta densidad mediante el método de decantación, la mayoría de los textos se limitan a ejemplificar la separación de agua y aceite. Ninguno aprovecha para mostrar otros ejemplos, interesantes a nuestro parecer, como la decantación en la depuración del agua o en la fabricación de aceites esenciales. - La variación del volumen y de la presión de los gases con la temperatura aparece en todos los textos (8/12, en LOE; 5/5 en LOMCE), a raíz de la necesidad de introducir estos conceptos para la exposición de la teoría cinética de los gases, así como las leyes de Charles y Gay-Lussac, pero solo el Libro B (edición LOE) aborda el grado de compactación de los gases con la temperatura, mediante ejemplificación con un globo aerostático. Desconocemos si es otro de los aspectos elementales que también se considera ya superado para la mayoría de las editoriales. La concreción de la variación del volumen con la temperatura únicamente se desarrolla de forma específica en el Libro K, aunque se presenta de forma distinta dependiendo de la edición que tomemos. En los resultados obtenidos para este bloque, solamente creemos necesario destacar una mayor ejemplificación gráfica con la llegada de la LOMCE que facilita la comprensión del grado de compactación de la materia por parte de los estudiantes. 6.4. Relacionados con el Bloque IV En la Tabla 6.4 se encuentra el análisis relativo a la dependencia del volumen desalojado por un sólido al sumergirlo completamente en un líquido a la flotación de cuerpos. Capítulo 6. Resultados de la Etapa II. Análisis de textos 127 Tabla 6.4 Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque IV Ítems F N=12 N=5 13. a) ¿Aparecen ejemplos de la dependencia del volumen desplazado por un sólido al sumergirlo en un líquido? ¿Cuáles? Sí: Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, J, Kb, La, Lb Se mide el volumen de líquido que desplaza un sólido al sumergirlo en una probeta con líquido: Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, J, Kb, La, Lb 9 5 No: A, I, Ka 3 0 b) ¿Advierten de las concepciones alternativas asociadas? Si: 0 0 No: A, Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, I, J, Ka, Kb, La, Lb 12 5 14. ¿Se ejemplifica la flotación de sólidos en líquidos? ¿Cómo? Si: Bb, Da, Db, E, G, Hb, I, Ka, Kb, Lb Un corcho flotando en agua: Da, Hb, Ka, Kb Hojas de nenúfar en agua: E Hielo y cuerpo humano en agua: G Hielo en agua: Kb Huevo en agua: I, Db Cuerpo humano en agua: Bb, Lb Flotación de hielo en agua frente al hundimiento de aceite sólido en aceite líquido: Bb 5 5 No: A, Ba, C, F, Ha, J, La 7 0 15. ¿Se explicita de alguna forma la posibilidad de flotación mediante la variación de la densidad media de un cuerpo? ¿Cómo? Si: 0 0 No: A, Ba, Bb, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, I, J, Ka, Kb, La, Lb 12 5 Este análisis indica que: - En la mayoría de los textos LOE (9/12 de LOE y 5/5 LOMCE) se explica cómo se mide el volumen de un sólido irregular a partir de su inmersión total en una probeta con agua. Pero, no aparece en ninguno de los textos que este volumen desalojado es independiente de la profundidad a la que se encuentre el sólido (totalmente cubierto), ni se advierte de que no depende del peso del objeto. Por ello se repite siempre esa conocida actividad experimental bajo una premisa (el alumnado sabe que el volumen de líquido desplazado es el volumen del sólido), que es falsa, ya que muchos estudiantes interpretan esa experiencia de acuerdo con sus concepciones alternativas. - En lo referente a la flotación de sólidos en líquidos y su justificación mediante la densidad, consideramos que los textos han evolucionado positivamente en su desarrollo. Sin embargo, siguen sin ejemplificar la Rafael Palacios Díaz, 2017 128 flotación mediante la variación de la densidad relativa, como el caso del submarino o de la vejiga natatoria de los peces. Por tanto, aunque la propuesta de ejemplos de flotación sólidos en líquidos ha mejorado en algunas editoriales al pasar de una ley a la siguiente, no se ha mejorado en lo relativo a prever las concepciones alternativas asociadas con la medida de volúmenes de sólidos por inmersión en líquidos. También siguen sin abordarse ejemplos cotidianos donde la variación de la densidad relativa modifica la flotabilidad. 6.5. Relacionados con el Bloque V Por último, los ítems relacionados con el carácter específico de la densidad se muestran en la Tabla 6.5. Capítulo 6. Resultados de la Etapa II. Análisis de textos 129 Tabla 6.5 Frecuencia de los aspectos relacionados con el Bloque V Ítems F N=12 N=5 16. ¿Aparece la clasificación explícita entre propiedades específicas y generales de la materia? En caso negativo, ¿se hace referencia de alguna manera a ellas? Si: Ba, Bb, C, Da, E, F, G, Ha, Hb, Ka, Kb, La, Lb 9 4 No: A, Db, I, J Dentro del apartado ¿Qué es la materia?, se indica que hay propiedades generales y que las específicas “permiten distinguir unas sustancias de otras”: A En la definición de masa, volumen y densidad, se indica cuál de ellas es una propiedad específica y cuál es general: Db, J 3 1 17. ¿Se ponen ejemplos de la independencia de la densidad de una misma sustancia con la cantidad de materia de esta? En caso afirmativo, ¿cuál? Si: Da, F, Ha, Kb Se pide en una actividad que se justifique si la densidad de un objeto depende de su tamaño: Da “Todos los objetos de una misma sustancia, en las mismas condiciones de presión y temperatura, tienen la misma densidad”: F Se indica que su valor no depende de la cantidad de materia del cuerpo, a diferencia de lo que ocurre con la masa y el volumen: H El texto señala que “una cucharada de aceite tiene la misma densidad que toda una botella”: Kb 3 1 No: A, Ba, Bb, C, Db, E, G, Hb, I, J, K, La, Lb 9 4 18. ¿Se resalta la diferencia entre los conceptos de densidad, viscosidad y concentración? Se describirá en caso afirmativo. a) Densidad vs viscosidad Si: Bb, J, Ka Hace mención a la fluidez, como “propiedad que permite a un material deslizarse por un conducto”: J Se define la viscosidad como la “oposición de un fluido a desplazarse”: Ka Se muestra una experimentación para demostrar que densidad y viscosidad no son lo mismo: 2b 2 1 No: A, Ba, C, Da, Db, E, F, G, Ha, Hb, I, Kb, La, Lb 10 4 b) Densidad vs concentración Si: A, Ba, C, Da, F, G, Ha, Ka, La, Lb Además de resaltar la diferencia entre los dos conceptos, se presentan actividades resueltas: A, Ba, G, Ha Señala la diferencia entre ambos pero no lo ejemplifica: Ka Indica que “la concentración en % en masa se puede obtener conociendo la densidad de la disolución”, mostrando ejemplificaciones pero no explica la diferencia entre ambos: C Únicamente se muestran actividades resueltas donde se usan ambas magnitudes: Da, K, La, Lb 9 1 No: Bb, Db, E, Hb, I, J, Kb 3 4 De este análisis se deduce lo siguiente: - Es frecuente que en los libros de texto estudiados aparezca de forma explícita la clasificación y definición entre propiedades específicas y generales de la materia. Rafael Palacios Díaz, 2017 130 - Pocos son los textos antiguos o nuevos que expongan ejemplos de que la densidad de una sustancia no depende de la cantidad de materia de la misma. - Por otro lado, los libros no diferencian entre viscosidad y densidad, de hecho ni siquiera suele aparecer el concepto de viscosidad. Si bien es cierto que en los libros J y Ka, pertenecientes a la LOE, aparecen las definiciones de fluidez y viscosidad, respectivamente, en la misma página que la densidad, aunque no se menciona cuál es la diferencia. La frecuente confusión entre estos contenidos (que lleva a los estudiantes a decir, por ejemplo, que la mayonesa es densa), no se aborda en la inmensa mayoría de los textos. El único texto que ofrece un apartado específico para tratar estos contenidos es el Libro Bb (LOMCE). - Finalmente, resulta llamativo el hecho de que la mayoría de los libros LOE (9/12) advierten de la diferencia entre la densidad y la concentración. De ellos, cinco (A, Ba, G, Ha y Ka) apuntan que podría haber confusión entre la concentración en masa y la densidad por poder expresarse en las mismas unidades (g/l). Algunos incluso adjuntan actividades resueltas para su aclaración y, son pocos los que no anotan nada sobre estas diferencias (3/12). Sin embargo, con la entrada de la LOMCE las editoriales prescinden de este tratamiento que sí realizaron en los textos previos (Bb, Db, Hb, Kb). Si con los textos primeros los estudiantes no asimilaron los contenidos relativos a la diferencia entre densidad y concentración, con la llegada de estos nuevos textos las dificultades permanecerán. Para los aspectos relacionados con este último bloque, observamos un retroceso por parte de las editoriales en la forma de tratar los contenidos con la LOMCE, sobre todo, los relacionados con la diferencia entre densidad y concentración. En cuanto al lugar que ocupan en los textos el estudio de estos contenidos, puede observarse (Anexo IV) que ya sean en los libros de segundo curso (LOMCE) como los de tercero (LOE), se encuentran siempre entre las dos primeras unidades del texto. Para el caso concreto del estudio de la densidad, en la mayoría de los textos Capítulo 6. Resultados de la Etapa II. Análisis de textos 131 de tercero se le dedica un apartado o subapartado específico para su tratamiento. Se observa también que, con la entrada de la LOMCE, algunas editoriales, que no presentaron el concepto de esta forma en los libros de tercero, decidieron seguir el mismo guión y dedicarle un apartado específico al mismo (textos B, K y L). CAPÍTULO 7. SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS DE LAS ETAPAS I Y II Rafael Palacios Díaz, 2017 140 Tabla 7.5 Síntesis de la densidad como propiedad específica de la materia PREGUNTAS COMENTARIOS DE LOS RESULTADOS 1. Propiedades específicas de las sustancias (I) De entre los alumnos constituyentes de la muestra, únicamente un 19% ven en la densidad una característica para la diferenciación de unas sustancias de otras (Pregunta 1). Además, la variabilidad de respuestas ofrecidas en la Pregunta 2 revela que no tienen claro cuáles son las propiedades que les permitiría llevar a cabo esta diferenciación. Es cierto que en los textos es habitual encontrar la clasificación y definición de propiedades específicas y generales de la materia, pero echamos en falta una mayor ejemplificación. Actividades planteadas en la propuesta: A1.5, A2.5 y A3.5 2. Propiedades específicas de las sustancias (II) 3. Independencia de la densidad con la masa Algo más de un 33% de los estudiantes tienen claro que la densidad es una propiedad que no depende de la cantidad de materia. Pocos son los libros que tratan este aspecto, tanto LOE como LOMCE. Actividades planteadas en la propuesta: A2.5 y A3.5 4. Diferencia entre densidad y viscosidad La mayor parte del alumnado no es capaz de diferenciar los conceptos viscosidad y densidad. Los textos analizados tampoco suelen tener en cuenta esta distinción. También hemos estudiado en los textos (no con la muestra de estudiantes) si consideran la diferencia entre densidad y concentración, puesto que son magnitudes distintas que se expresan en las mismas unidades. En este caso, los libros LOMCE prescinden de contemplar este contenido que sí presentaron sus predecesores LOE de las mismas editoriales. Actividad planteada en la propuesta: A1.7 Ante esta situación, el planteamiento que se ha desarrollado es el diseño y experimentación de una propuesta de enseñanza, que sea capaz de solventar las deficiencias en los libros encontradas en esta etapa. Esta propuesta incorporará las prescripciones de la Didáctica de las Ciencias a una temática del currículo que se asume estar superada, cuando hemos constatado que no lo está. La elaboración, aplicación y evaluación de la propuesta mencionada será el objetivo de la siguiente etapa. CAPÍTULO 8. METODOLOGÍA. ETAPA III Capítulo 8. Metodología. Etapa III 143 8. METODOLOGIA. ETAPA III Teniendo en cuenta el análisis de los resultados de las etapas I y II, en las líneas siguientes se procederá a describir, de forma pormenorizada, el diseño y aplicación de una propuesta de enseñanza que ayude a paliar las dificultades encontradas. Con esta etapa, como ya se comentó con anterioridad, pretendemos desarrollar una propuesta de enseñanza que suponga una alternativa a la enseñanza tradicional y sea capaz de mejorar en estudiantes de tercero de ESO sus conceptos, procedimientos y actitudes relativos a las propiedades de la materia volumen, masa y densidad. La pregunta amplia de investigación en esta etapa es: ¿Qué aprenden los estudiantes de tercero de ESO después de participar en una propuesta de enseñanza, con unas actividades diseñadas teniendo en cuenta las deficiencias detectadas? Específicamente, como se indicó en el Capítulo 2, se pretende averiguar si después participar en la propuesta de enseñanza se ha conseguido responder afirmativamente a las siguientes cuestiones: 1. ¿Conocen los conceptos de volumen y masa, sus unidades, así como su cálculo en situaciones de la vida cotidiana? 2. ¿Entienden la dependencia del volumen desalojado por un sólido inmerso totalmente en un líquido? 3. ¿Reconocen las condiciones de conservación de la masa y del volumen? 4. ¿Comprenden la relación entre los conceptos volumen, masa y densidad? 5. ¿Reconocen el concepto densidad y lo utilizan para la identificación de sustancias? 6. ¿Utilizan la densidad para justificar el fenómeno de la flotación? 7. ¿Explican fenómenos relacionados con gases a través de la densidad? 8. ¿Diferencian los conceptos densidad y viscosidad? Rafael Palacios Díaz, 2017 144 8.1. Participantes Se realizó un estudio cuasiexperimental, con dos grupos de estudiantes (23 y 26) de tercero de ESO del IES Hipatia (Muestra 2), situado en Mairena del Aljarafe (Sevilla). Ambos grupos se consideraron similares entre sí, en función de las calificaciones académicas obtenidas en evaluaciones anteriores a la implementación de la propuesta. Este IES consta de 550 estudiantes y 40 profesores y está situado en una zona de nivel cultural medio-alto. Por motivos laborales no resultó posible aplicar la propuesta en el mismo centro en el cual se llevó a cabo el primer estudio de concepciones alternativas (Muestra 1). Sin embargo, las características de los estudiantes en esta etapa de la investigación son similares a las de los estudiantes que formaron parte de la Etapa I resultando, de igual forma, una muestra no probabilística por conveniencia. Además, para comparar la efectividad de la propuesta se realizó, entre otros procedimientos, una comparación pretest-postest, partiendo de la identificación de las concepciones alternativas de estos estudiantes. Ambos grupos de estudiantes, en esta etapa, carecen de alumnado absentista y que necesite algún tipo de adaptación curricular. En total dispusimos de 20 estudiantes de sexo femenino y 29 de sexo masculino, todos de nacionalidad española. Al igual que en la Etapa I, al tratarse de una muestra de conveniencia, los resultados no pueden generalizarse, pero la información obtenida puede compararse con estudios de corte similar, y aumentar el conocimiento de partida para investigaciones con muestras de mayor alcance. 8.2. Fases de la etapa y temporalización En esta etapa de investigación la elaboración, validación y aplicación de la propuesta, así como el análisis de los resultados tuvieron lugar entre junio de 2015 y abril de 2016. Estas fases se describen a continuación. Capítulo 8. Metodología. Etapa III 145 8.2.1. Elaboración y validación de la propuesta Elaborada una primera versión de la propuesta, la validación de esta fue realizada por parte de dos profesores del Departamento de Física y Química del IES donde se aplicó la misma (validación de expertos). En este proceso de validación se modificó la redacción de algunas ideas, con las sugerencias de todos los expertos consultados. Este cambio se llevó a cabo en un 17% de las actividades propuestas (4 de 23), quedando entonces la versión definitiva (Anexo XII, p. 309). Para la selección de los contenidos que forman parte de esta propuesta de enseñanza se ha tenido en cuenta los resultados obtenidos en las etapas I y II, las orientaciones señaladas en el RD 1105/2014 y las prescripciones de la Didáctica de las Ciencias relativas a la forma en la que deben presentarse estos contenidos descritas en el Apartado 1.3.2. Contextualización dentro del currículo de la educación secundaria obligatoria La propuesta de enseñanza que presentamos en este trabajo contribuye, fundamentalmente, a desarrollar la competencia básica en ciencias fijada por la LOMCE y reseñada en la Orden ECD/65/2015, por la que se describen las relaciones entre las competencias, los contenidos y los criterios de evaluación de la educación primaria, la educación secundaria obligatoria y el bachillerato. Esta competencia contribuye al desarrollo del pensamiento científico, desarrollando juicios críticos sobre los hechos científicos y capacitando a los estudiantes para la identificación y resolución de situaciones de la vida cotidiana. Incluye, además actitudes relacionadas con el interés por la ciencia y la valoración del conocimiento científico (MECD, 2015b). Asimismo, esta competencia requiere, de manera esencial, la formación y práctica en los siguientes dominios: - Investigación científica: como recurso y procedimiento para conseguir los conocimientos científicos y tecnológicos logrados a lo largo de la historia. El acercamiento a los métodos propios de la actividad científica Rafael Palacios Díaz, 2017 146 (propuesta de preguntas, búsqueda de soluciones, indagación de caminos posibles para la resolución de problemas, contrastación de pareceres, diseño de pruebas y experimentos, aprovechamiento de recursos inmediatos para la elaboración de material con fines experimentales y su adecuada utilización) no solo permite el aprendizaje de destrezas en ciencias y tecnologías, sino que también contribuye a la adquisición de actitudes y valores para la formación personal: atención, disciplina, rigor, paciencia, limpieza, serenidad, atrevimiento, riesgo y responsabilidad, etcétera. - Comunicación de la ciencia: para transmitir adecuadamente los conocimientos, hallazgos y procesos. El uso correcto del lenguaje científico es una exigencia crucial de esta competencia: expresión numérica, manejo de unidades, indicación de operaciones, toma de datos, elaboración de tablas y gráficos, interpretación de los mismos, secuenciación de la información, deducción de leyes y su formalización matemática. También es esencial en esta dimensión competencial la unificación del lenguaje científico como medio para procurar el entendimiento, así como el compromiso de aplicarlo y respetarlo en las comunicaciones científicas. (MECD, 2015b, p. 6995) En lo relativo al curriculum, el Real Decreto antes mencionado establece los objetivos de la ESO. Señala que esta etapa debe contribuir a que los estudiantes desarrollen capacidades que les permitan “concebir el conocimiento científico como un saber integrado, que se estructure en distintas disciplinas, así como conocer y aplicar los métodos para identificar los problemas en los diversos campos del conocimiento y de la experiencia” (MECD, 2015a, p. 177). De forma específica, la Física y la Química, presente en segundo y tercero de ESO, debe dotar a los estudiantes de las herramientas necesarias para realizar un aprendizaje contextualizado. El objetivo es: Relacionar los principios en vigor con la evolución histórica del conocimiento científico; estableciendo la relación entre ciencia, tecnología y sociedad; que potencie la argumentación verbal, la capacidad de Capítulo 8. Metodología. Etapa III 147 establecer relaciones cuantitativas y espaciales, así como la de resolver problemas con precisión y rigor. (MECD, 2015a, p. 257) En segundo de ESO los distintos conceptos se introducirán a partir de fenómenos cotidianos, y serán la observación y la experimentación la base del conocimiento en todos los niveles. El caso concreto de los aspectos relacionados con la materia, entre los que se encuentran el volumen, la masa y la densidad, se explicará teniendo en cuenta los conocimientos que poseen los estudiantes. Se busca el enfoque fenomenológico, a partir de la experimentación y ejemplificación de situaciones cotidianas (MECD, 2015a). La legislación anterior ya indicaba que las primeras nociones del concepto densidad debían aparecer en el primer curso de ESO en Ciencias de la Naturaleza, al hablar de las propiedades generales de la materia y de los materiales de interés que se utilizan en la vida cotidiana. También en segundo de ESO, al señalar la influencia de los factores abióticos en los ecosistemas y, en tercer curso en Física y Química, cuando se revisan las experiencias de separación de las sustancias de una mezcla. En Física y Química de cuarto curso de ESO, pero con distinto enfoque, también se indicaba necesario el estudio de esta propiedad específica, al tratar la temática de fluidos (MEC, 2006). El nuevo Real Decreto también se refiere a estos contenidos. Se establece dentro del Bloque 2 de Física y Química de segundo y tercero de ESO, dedicado a la materia, como uno de los estándares evaluables “la determinación experimental de masas y volúmenes de sólidos, así como el cálculo de su densidad” (MECD, 2015a, p. 259). Este recorrido por el currículo de las ciencias en secundaria tiene como conclusión que, el alumnado que finaliza tercer curso de ESO, debe estar en situación de aplicar estos contenidos a fenómenos específicos, presentes en la vida diaria (como la flotación de sólidos en líquidos). Sin embargo, la realidad es bien distinta y, para muchos estudiantes que finalizan este nivel, la interpretación de estos fenómenos les lleva a tropezar con los mismos obstáculos que al comienzo del mismo, como si no hubiera servido de nada el haberlos tratado previamente. La consecuencia es la necesidad de desarrollar una metodología que asegure una Rafael Palacios Díaz, 2017 148 correcta asimilación de estos contenidos por parte de los estudiantes, en la que se debe tener en cuenta las directrices proporcionadas en la legislación para la enseñanza de las ciencias. Aunque este Real Decreto no se ha seguido como hilo conductor de la secuencia de actividades, se han querido resaltar aquellos aspectos que encajan en las finalidades que pretendíamos. Una de las razones de utilizar nuestro propio hilo conductor es que los planes de estudios plasmados en decretos, no necesariamente están basados en la investigación realizada en la Didáctica de las Ciencias, y no en todos los casos promueven el aprendizaje de las ciencias a largo plazo (Linn, 2000). Criterios de diseño de la propuesta A la hora de diseñar nuestra propuesta de enseñanza, siguiendo a Sanmartí (2000), hemos considerado los siguientes aspectos: - Selección de contenidos. Se ha realizado teniendo en cuenta que la educación científica está dirigida para toda la población y, por tanto, se requiere que los contenidos formen parte de la vida cotidiana de los estudiantes. Con esta premisa y, dentro de los contenidos que abarca nuestro trabajo (volumen, masa y densidad), decidimos embarcarnos en primer lugar en el estudio del volumen, continuando con la masa y, finalmente, con la densidad. Si bien, nuestra experiencia docente nos indica que el estudio del volumen presenta mayor dificultad de comprensión por parte de los estudiantes que la masa, tenemos razones para tomar esta decisión. En primer lugar, precisamente porque presenta mayor dificultad creemos conveniente comenzar el estudio por esta magnitud, al comienzo de la unidad cuando los estudiantes están menos cansados. Por otro lado, este orden sigue la secuencia lógica dada por haberse tratado previamente la longitud (magnitud fundamental) y la superficie (magnitud derivada de la anterior). El barrido exhaustivo realizado en relación a las concepciones alternativas de los estudiantes en la Etapa I, como ya comentamos con anterioridad, Capítulo 8. Metodología. Etapa III 149 nos sirvió de guía para la selección de aquellos aspectos específicos que debíamos tratar (influencia del estado de agregación o procesos de disolución, estudio de la flotación, etc). Teniendo en cuenta estos argumentos presentamos los mapas de contenidos como muestran las figuras 16 y 17. - Selección y secuenciación de actividades. Tal y como indica Sanmartí (2000) en su trabajo, las actividades no pretenden representar porciones del contenido a estudiar, sino que el conjunto de actividades secuenciadas posibilita la adquisición de conocimiento. En esta selección, como describiremos más adelante, hemos recopilado actividades de motivación, construcción y consolidación de conocimientos y de síntesis. Asimismo, dentro de este criterio y teniendo en cuenta las preguntas de investigación pertenecientes a esta etapa, la secuenciación se presenta siguiendo un orden creciente de complejidad. Asimismo, los resultados del pretest sirvieron de guía para la elección de unas actividades concretas y rechazo de otras, como se describirá en el Capítulo 9, relativo a los resultados de la Etapa III. - Organización y gestión del aula. Este aspecto persigue que el ambiente creado en este espacio promueva el trabajo, la verbalización de las ideas, el intercambio de opiniones y el debate. Las interacciones estudiantedocente y estudiante-estudiante regulan la conciencia de las dificultades, pues existen diferencias entre las formas de explicar un mismo fenómeno. En nuestro caso, la organización y gestión de las actividades en el laboratorio, con unos 25 estudiantes en cada grupo, ha supuesto un gran esfuerzo. No solamente por tener diez más de los recomendados en un laboratorio, sino también porque gestionar y mantener una metodología para las interacciones de las que hablamos se puedan hacer efectivas, requiere animar continuamente a los adolescentes a ser perseverantes. A continuación, describiremos con más detalle los aspectos que hemos comentado. Rafael Palacios Díaz, 2017 252 perceptible y los errores cometidos en la medición de las magnitudes, revelados del análisis de la Actividad A2.4 relacionada con este aspecto, llevan a algunos estudiantes a concluir que “el helado sólido pesa más que el líquido”. Es posible que el haber preguntado de forma genérica en un caso y con el ejemplo del helado que están viendo, en el otro, influyera en los resultados. Esto pone en evidencia las limitaciones de las actividades experimentales y, que ciertos principios, como la conservación de la masa, necesitan del análisis razonado de muchos ejemplos (Stavy, 1991) para que los estudiantes los hagan suyos. - En lo referente al proceso de disolución, la aplicación de la propuesta fue efectiva en este caso, siendo grande el tamaño del efecto conseguido. Los estudiantes asimilaron que la suma de las masas de las sustancias por separado coincide con la masa total de la disolución. 10.3.4. Relacionadas con la comprensión de la relación entre los conceptos volumen, masa y densidad Este aspecto se encuentra vinculado al Ítem 8 del cuestionario. Desde el punto de vista de la efectividad estadística de la propuesta, los resultados han sido dispares, como se refieren a continuación: - Por una parte, en la Actividad A.1.5a, el alumnado parece que posee cierta noción cualitativa de densidad. - En numerosas ocasiones, los estudiantes siguen sin utilizar el concepto de densidad en sus explicaciones cuando se les pide que comparen las masas de dos cuerpos de igual volumen, de distinto material. Aunque los resultados muestran que los estudiantes superan el aprobado académico tanto antes como después de la propuesta, la diferencia no ha sido significativa. Por tanto, no ha habido una mejora sustancial en lo relativo a la consecución del objetivo de que la mayoría utilice el concepto de densidad en este ejemplo. - La justificación sigue siendo la misma cuando se les plantea la situación de dos cuerpos de distinto volumen y distinto material, al preguntarles por la posibilidad de que la masa fuese la misma. Son pocos los que razonan las respuestas en función de la densidad o, al menos, del grado de compactación del material que constituye cada objeto. En este caso, en el Capítulo 10. Conclusiones 253 análisis de la Actividad A3.5 hemos observado, en una minoría de los grupos, ciertas imprecisiones a la hora de realizar mediciones experimentales (realización de pesadas sin tener en cuenta la masa del recipiente, errores de paralaje, etc.), lo cual les ha llevado a la obtención de conclusiones erróneas. Consideramos necesario ampliar el número de tareas como las anteriores donde se les requiera razonar utilizando el concepto de densidad. Además, se requiere reforzar actividades que potencien las técnicas instrumentales de toma de medidas en el laboratorio. 10.3.5. Relacionadas con el reconocimiento del concepto densidad y su utilización para identificar sustancias El caso del Ítem 9, relacionado con este aspecto, fue el que presentó una mayor evolución en el nivel de conocimiento alcanzado por los estudiantes (de 0,6 a 2) y, consecuentemente, un mayor tamaño del efecto (muy grande). Se concluye que: - El conocimiento del cálculo de densidades a partir de los datos de masa y volumen, así como la expresión correcta de sus unidades y la identificación de sustancias a partir de sus valores, vinculando sustancias idénticas con mismo valor de densidad, ha sido asimilado de forma correcta. Es decir, la comprensión de la densidad como propiedad específica de las sustancias puras (idea señalada por Raviolo et al., 2005) parece haber sido asimilada por la mayoría de los estudiantes, tras la aplicación de la propuesta de enseñanza. 10.3.6. Relacionadas con la utilización de la densidad para justificar el fenómeno de la flotación Este aspecto se encuentra relacionado con el Ítem 10. Desde un punto de vista estadístico, concluimos que la propuesta de enseñanza no mejora, de forma significativa, el conocimiento que ya poseen los estudiantes respecto a la explicación de la flotabilidad en función de la densidad. Concluimos que: Rafael Palacios Díaz, 2017 254 - Este resultado se debe a que estos partieron inicialmente de un nivel de conocimiento alto, que mejoró levemente tras la aplicación de la propuesta (2,0). El tratamiento de la flotabilidad, por ser un fenómeno muy común en el entorno que nos rodea, quizás haya sido tratada en cursos anteriores y, consecuentemente, resulta conocido por gran parte de los estudiantes. 10.3.7. Relacionadas con la explicación de fenómenos relacionados con gases a través de la densidad En el Ítem 11 se refleja el aspecto al que nos referimos en este apartado. Los conocimientos de los alumnos mejoraron, la propuesta resultó efectiva y el tamaño del efecto grande, concluyéndose lo siguiente: - La adecuada justificación de fenómenos, como la colocación de la rejilla de seguridad en la parte inferior de la pared de la cocina, que se fundamentan en la diferente densidad de los gases involucrados (en este caso, por la mayor densidad que presenta el gas butano respecto al aire) queda patente en la mayoría de las explicaciones ofrecidas por los estudiantes. A pesar de que el análisis general de los resultados del postest revela dificultades en la explicación de los fenómenos en los que intervienen gases, cuando se trata de comparar densidades relacionadas con los fenómenos de hundimiento o flotación, estas dificultades se manifiestan menos evidentes, estén relacionadas o no con el estado gaseoso. 10.3.8. Relacionadas con la diferenciación entre los conceptos densidad y viscosidad El Ítem 12, concerniente a la última pregunta específica de investigación, ofreció unos resultados positivos en cuanto a la efectividad de la propuesta y el tamaño del efecto (grande, en este caso). Concluimos que: - Las dificultades relacionadas con la diferenciación entre densidad y viscosidad, señaladas por Raviolo et al. (2005), son resueltas de forma relevante por la propuesta de enseñanza. Aunque, en menor proporción, Capítulo 10. Conclusiones 255 hay estudiantes que siguen asociando las sustancias densas con las viscosas. Como conclusión final de esta etapa, señalar la especial efectividad de ciertas actividades que, no solo lograron que los estudiantes consiguieran su aprobado académico en el ítem correspondiente sino que, además, el tamaño del efecto alcanzado fue grande o muy grande. Nos referimos a las siguientes: - En relación a los ítems 2a y 2b, las actividades A2.1 y A1.2, en las que se mide el volumen de sólidos regulares e irregulares, respectivamente. - Para el caso del ítem 6b, la actividad A2.4, en la que se estudia de forma experimental si afecta a la masa de una sustancia un cambio de estado y, de forma teórica, la influencia en el volumen. - Concerniente al ítem 7, las actividades A3.4 y A4.4, relativas a la conservación de la masa en un proceso de disolución y en una reacción química, respectivamente. - Relacionada con el Ítem 9, la Actividad A1.5, en la que se deduce el concepto densidad a partir del cociente masa/volumen, calculado de forma experimental para sustancias dadas. - Respecto al Ítem 11, la Actividad A4.6, donde se invita a los estudiantes que investiguen sobre la idoneidad de la colocación de las rejillas de seguridad para el escape de gases en los hogares. - Y, por último, la Actividad A1.7 relacionada con el Ítem 12, en la que, a través de una tarea de lápiz y papel (análisis de un artículo periodístico sobre el accidente del Prestige), deben dilucidar la diferencia entre la densidad y la viscosidad. La gran diversidad trabajada en los contenidos (masa, volumen y densidad), la conjugación de tareas experimentales y de lápiz y papel, y el seguimiento de un proceso indagativo, suponemos que ha contribuido al éxito de estas actividades. Rafael Palacios Díaz, 2017 256 10.3.9. Relacionadas con la evolución de ciertos procedimientos y actitudes a lo largo de las sesiones De la observación del profesor en clase, del análisis de las hojas de resultados entregadas por cada grupo al finalizar la sesión y del intercambio de impresiones llevado a cabo con cada pequeño grupo de estudiantes al inicio de la siguiente sesión, se extraen las siguientes conclusiones: Respecto a los procedimientos - Los relacionados con la identificación del problema, formulación de predicciones e hipótesis y establecimiento de conclusiones tras la finalización de la actividad experimental, son los que han advertido mayor evolución positiva a lo largo de cada una de las sesiones. El intercambio de ideas entre profesor y estudiantes al comienzo de cada sesión, con el objetivo de comunicar al pequeño grupo los aspectos susceptibles de mejora, creemos que han sido la causa de este progreso. - La medición de magnitudes y recogida de datos y el procedimiento que hemos denominado utilización de técnicas básicas de laboratorio, presentan cierta intermitencia en su evolución. Si bien es cierto que se observa, en general, un progreso positivo a lo largo de las sesiones. La realización de una medida de forma correcta o la aplicación de una técnica de forma adecuada dependerá, en muchas ocasiones, del miembro del grupo que la realice. - Por último, no podemos afirmar que la realización de cálculos matemáticos haya experimentado progreso alguno. Este hecho no tiene que ver con una mayor complejidad de estos a medida que avanzaban las sesiones, puesto que siempre han sido cálculos matemáticos sencillos. Los cálculos siguen siendo la asignatura pendiente del alumnado, sobre todo en operaciones en las que aparecen cocientes, se despejan incógnitas o es necesaria la realización de cambios de unidades. Respecto a las actitudes - Las relacionadas con la valoración y contrastación de la información proporcionada por el profesor y las referidas a la colaboración intra e intergrupal han evolucionado positivamente en el transcurso de cada sesión. En este sentido, nos encontramos satisfechos con los resultados Capítulo 10. Conclusiones 257 de la metodología utilizada. También hemos comprobado que el cambio del aula ordinaria por el laboratorio fomenta una mejora en la actitud de los estudiantes hacia las ciencias, como se refiere en la literatura. - Los resultados obtenidos de la valoración del orden y la limpieza en el trabajo, confirman lo que tantas veces hemos presenciado con nuestros estudiantes a lo largo de nuestro período docente. Algunos estudiantes eluden la limpieza del material, lo que origina malestar en el resto de los componentes y la consecuente decadencia en el nivel adquirido en sesiones anteriores. En síntesis, creemos que, en general, la evolución en la adquisición de procedimientos y actitudes ha resultado positiva en la mayoría de los casos. La mejora en estos resultados suponemos que es posible insistiendo en continuar con una forma de trabajo que fomenta su consecución, e incentiva en los estudiantes un aprendizaje sistematizado en relación a las ciencias. 10.3.10. Respecto a la valoración de la propuesta de enseñanza por los estudiantes Tras llevar a cabo una mayor experimentación, como ya sugería Raviolo et al. (2005) en la literatura, a través de la elaboración de actividades que favorecen la reflexión y la construcción de conocimientos, el análisis de los resultados revela una aceptación generalizada de los estudiantes por la estrategia de enseñanza realizada. En este sentido, la actividad de iniciación-motivación, que marcó el inicio de la secuencia de actividades, consistió en la proyección de dos fragmentos de películas donde se observaban fenómenos de hundimiento de cuerpos. El intercambio de ideas llevado a cabo tras la proyección, preparó la situación idónea para comenzar con el estudio de los contenidos de nuestro trabajo. Por otro lado, del cuestionario completado por los estudiantes, se puede concluir: - Destacan el aprendizaje de los conceptos estudiados, especialmente, el conocimiento de la densidad. Como ya indicara Almuntasheri et al. (2016), para el caso específico del estudio de la densidad y de las magnitudes de las que depende, el aprendizaje por investigación dirigida produce una Rafael Palacios Díaz, 2017 258 mejor asimilación de este concepto, así como en la explicación de fenómenos relacionados con él. - Señalan la circunstancia de compartir sus opiniones e ideas con el resto de compañeros del grupo. El hecho de que los estudiantes hagan las veces de investigadores noveles trabajando en pequeños grupos (simulando los equipos de investigación de los científicos) y dirigidos por el profesor (como representación de la comunidad científica), fomenta las interacciones estudiante-estudiante y profesor-estudiante (Furió y Guisasola, 2001). - Apuntan la conveniencia de la realización de actividades prácticas con más frecuencia, para mejorar su aprendizaje de técnicas y manejo de instrumentos de laboratorio. La mejora en la actitud hacia la ciencia por parte del alumnado se muestra patente cuando se encuentran trabajando en un ambiente distinto al aula ordinaria como es el laboratorio, llevándoles a aumentar su rendimiento académico de manera significativa (Baker y Woodward, 2001; Ural, 2016). En definitiva, animan a superar el modelo basado en la enseñanza tradicional y a utilizar un modelo didáctico en el que tienen más oportunidades de aprender por indagación. Creemos, por tanto, que hemos conseguido incentivar a los estudiantes el interés de aprender por curiosidad y deseo, y no por simple realización de unas tareas que hay que cumplir. Hemos provocado en ellos el hábito de formular hipótesis, experimentar, establecer sus propias conclusiones y ser críticos, respetando las conclusiones de sus semejantes. Han aprendido a repartir y compartir tareas con sus compañeros. Finalmente, hemos intentado propiciar en ellos un aprendizaje significativo, en contra de la memorización mecánica a la que estaban acostumbrados hasta el momento (González, Zerpa, Gutierrez, y Pirela, 2007). 10.4. Limitaciones del estudio Este estudio ha sido realizado con una muestra pequeña de estudiantes y de libros de texto, lo cual facilita la profundización y la deducción de relaciones entre las variables que intervienen, pero también presenta ciertas limitaciones. Unas Capítulo 10. Conclusiones 259 derivadas de la muestra y otras debidas a la multitud de aspectos a los que atender en estos estudios. Entre las limitaciones, destacamos las siguientes: - Para el desarrollo de las etapas I y III, el hecho de experimentar con grupos no aleatorios ya formados impide, por un lado, tener la certeza de que sean una muestra representativa de lo que ocurre en la realidad y, por lo tanto, hace inviable realizar una extrapolación o generalización de los resultados obtenidos. - El instrumento de la Etapa I se basó en instrumentos ya validados, a los que se incluyeron cuestiones novedosas en contenido y formato que no fueron sometidas a un estudio piloto. En este sentido, detectamos algunos errores de interpretación, como es el caso del Ítem 7, relacionado con la disolución de una pastilla efervescente en agua. Al mostrarse el recipiente abierto, algunos estudiantes indicaron, de forma correcta, que se escaparía gas y que, por tanto, la masa no se conservaría. Otros, los que no tuvieron en cuenta el escape gaseoso, indicaron que la masa era la misma antes y después del proceso. Para cumplir con el fin que pretendía el ítem, debimos plantear la situación con un recipiente cerrado. Con un ensayo piloto habríamos podido solventar este inconveniente. - El estudio de libros de texto de la LOMCE ha estado limitado a una muestra reducida, debido a que muchas editoriales no tenían desarrollados los textos nuevos cuando se abordó dicha tarea. - En la propuesta de enseñanza se tomaron algunas decisiones para reducir su extensión y ello pudo influir en los resultados. Ya mencionamos las dificultades que conllevaba la investigación dirigida en relación a la simplificación, por parte del profesor, de las situaciones planteadas (Campanario y Moya, 1999). Este sacrificio de parte de los contenidos (en forma de actividades) se debe al tiempo excesivo que necesitan las actividades realizadas por indagación, obligándonos a minimizar este tiempo usando nuestra creatividad y experiencia (Moya et al., 2011). En particular, la eliminación de actividades experimentales y su sustitución por actividades de lápiz y papel, relacionadas con la conservación del volumen, pudo estar detrás de los resultados poco satisfactorios obtenidos en este aspecto. - Con el objetivo de evitar respuestas de memoria, en cuestiones del test y de las actividades experimentales de la propuesta, que trataban sobre el Rafael Palacios Díaz, 2017 260 mismo aspecto, se modificó su contexto. Un ejemplo es la conservación de la masa en un cambio de estado. En este caso, no se dieron resultados todo lo satisfactorios que deseábamos durante la propuesta, pero sí en el postest. Aunque el dato final pudiera considerarse el definitivo, creemos que debería ratificarse con una nueva actividad experimental y cuestión, más parecidas a las realizadas durante la propuesta para estar más seguros del aprendizaje logrado en los estudiantes. - La toma de datos grupales en relación a la evolución de ciertos procedimientos y actitudes, en lugar de datos individuales, también tiene sus limitaciones. No obstante, la necesidad de acotar el exceso de datos obtenidos para poder abordar el análisis de una cantidad realista de los mismos constituye un aspecto de difícil solución. 10.5. Aplicación e impacto de la investigación La finalidad de nuestro proyecto de investigación, en última instancia, ha estado enfocada a que el estudiante tome parte en métodos, técnicas y estrategias experimentales que les permita ser protagonistas del proceso de enseñanzaaprendizaje (González et al., 2007). A partir de aquí, en este trabajo creemos que se ha hecho una aportación a la Didáctica de las Ciencias en el siguiente sentido: - Se ha construido un instrumento con un extenso inventario de cuestiones a analizar sobre los conceptos de volumen, masa y densidad para ESO, ampliando y organizando los contenidos y mejorando la forma respecto a otros estudios existentes. - Los resultados de la aplicación del instrumento anterior, han permitido actualizar y unificar el inventario de concepciones alternativas que se disponía en la bibliografía. - Se ha realizado un estudio que establece un paralelismo entre las concepciones y dificultades de los estudiantes y la forma en la que los textos tratan los contenidos sobre volumen, masa y densidad. Además, hemos constatado la evolución sufrida en algunos textos con el cambio de ley. De esta forma, hemos analizado el enfoque que los textos le dan a estos contenidos, buscando el origen de las concepciones alternativas de los estudiantes. Capítulo 10. Conclusiones 261 - Se ha diseñado una propuesta de enseñanza, tras la actualización y contrastación de las concepciones alternativas de los estudiantes, y el análisis de los textos (etapas I y II). En estas primeras etapas se han extraído conclusiones y prescripciones específicas en torno a las actividades a planificar en la propuesta. - Se ha implementado la propuesta de enseñanza y probado su eficacia, analizando qué ha funcionado y qué debemos mejorar para estudios futuros. - Se ha analizado la evolución de ciertos contenidos procedimentales y actitudinales, de los grupos de trabajo, a lo largo de las sesiones de la propuesta; a través del desarrollo de instrumentos específicos. Por todo lo anterior, consideramos que el diseño y la experimentación de una propuesta que abarca amplios aspectos de las propiedades elementales de la materia (volumen, masa y densidad), a través de una actualización y ampliación de las concepciones alternativas de los estudiantes y su relación con los contenidos presentes en los textos, constituye una aportación a la enseñanza de las ciencias de estas materias. Asimismo, la comparativa entre los textos de las dos leyes, LOE y LOMCE, proporciona también una visión renovada del impacto que los cambios en la legislación produce en los libros. 10.6. Perspectivas de investigaciones futuras Toda investigación de cierta envergadura tiene siempre un elevado grado de creatividad (Cobos, 2007) que dará lugar, inevitablemente, al planteamiento de nuevas líneas de investigación. Para el caso de esta tesis, describimos a continuación las nuevas vías de investigación a las que podría dar lugar este trabajo. - En relación al análisis de los libros de texto llevado a cabo en la Etapa II, sería interesante ampliar el estudio a una muestra mayor de textos LOMCE, cuando estos estén disponibles, con el objetivo de poder aportar mayor fiabilidad a la comparación llevada a cabo en nuestro estudio. - Hay concepciones, como la conservación de la masa en los cambios de estado, que se resisten al cambio y han de ser trabajadas en multitud de Rafael Palacios Díaz, 2017 268 Confederación de Sociedades Científicas de España. (2011). Informe ENCIENDE. Enseñanza de las Ciencias en la Didáctica Escolar para edades tempranas en España. Análisis, reflexiones y propuestas para un acercamiento de la ciencia al mundo escolar que promueva en los niños el interés por la ciencia, el aprendizaje científico y una visión no estereotipada de la empresa científica y sus protagonistas. 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Comprobar que los estudiantes saben interpretar adecuadamente qué variables influyen en el volumen de agua desalojado por un cuerpo sólido en inmersión, analizando si las concepciones alternativas están relacionadas con el peso del sólido (1.a) y con la profundad a la que se sumerge (1.b). . Sólidos con distinta densidad 2. ¿Qué diferencias habrá entre las propiedades de los tres objetos que se encuentran en este recipiente con agua? Estudiar si los estudiantes relacionan la flotabilidad de sólidos en líquidos con la diferencia de densidad de ambas sustancias. En este caso se tienen dos actividades puesto que pueden cambiar de densidad tanto los sólidos como los líquidos. Líquidos con distinta densidad 3. ¿A qué se deberá la situación de la figura en la que se observa un mismo sólido en recipientes con líquidos distintos? Sólidos con cambio de densidad 4. ¿Cómo justificarías la situación de cada submarino? Saber si los estudiantes relacionan los conceptos de densidad y flotabilidad para explicar el caso particular de un submarino, como cuerpo con densidad susceptible de variación. Anexos. Etapa I 285 Cuestionario V: Especificidad de la densidad PREGUNTAS OBJETIVOS Propiedades específicas de las sustancias (I) 1. Tenemos dos sustancias en forma de polvo y de color blanco. ¿Qué crees que haría un científico para comprobar si son o no sustancias distintas? Saber si el alumnado tiene claro la diferencia entre las propiedades generales y específicas de la materia. Sabemos que las propiedades generales dependen de la cantidad de materia y no sirven para identificar la sustancia que compone la materia, en cambio, las específicas no dependen de la cantidad de materia y son exclusivas de cada sustancia pura. Propiedades específicas de las sustancias (II) 2. De las siguientes propiedades que tiene la materia, indica cuáles pueden ser iguales y cuáles no, cuando se trata de distintas sustancias, uniendo mediante flechas. Masa Densidad Igual Punto de fusión Volumen Distinta Temperatura Conocer si, aunque de forma explícita, el estudiante no recuerde la diferencia entre propiedad específica y general, puede que tenga claro qué características pueden compartir sustancias distintas. Independencia de la densidad con la masa 3. Entre una moneda y media moneda, razona cuál tiene más densidad. Conocer si los estudiantes saben que la densidad es una propiedad que no depende de la cantidad de materia. Diferencia entre densidad y viscosidad 4. Indica si hay algún error en la siguiente afirmación: “El aceite es tan denso que hay que calentarlo para aumentar su viscosidad” Saber si el alumnado es capaz de diferenciar los conceptos viscosidad y densidad. Rafael Palacios Díaz, 2017 286 Anexo II. Ejemplo de formato de cuestionario de alumnos DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA El siguiente documento forma parte de una investigación que estamos realizando en el Departamento de Física y Química de nuestro centro. En él, con la intención de mejorar la metodología didáctica del profesorado en la enseñanza de nuestra materia, se pretende conocer las ideas del alumnado sobre determinados conceptos científicos. Se trata de responder a las actividades propuestas de la forma más razonada posible, aclarando todas las cuestiones que consideréis oportunas. El documento es totalmente anónimo y confidencial. Gracias por vuestra colaboración. PREGUNTAS RESPUESTAS 1. a) Considera tres esferas de igual forma y volumen, pero de materiales diferentes (plástico, aluminio y hierro) para que tengan distinto peso, si mides el agua desplazada por inmersión completa ¿en qué caso se desplazará más agua? b) ¿Cambiará el volumen de agua desplazada si una vez sumergido el objeto se baja a más profundidad? 2. ¿Qué diferencias habrá entre las propiedades de los tres objetos que se encuentran en este recipiente con agua? 3. ¿A qué se deberá la situación de la figura en la que se observa un mismo sólido en recipientes con líquidos distintos? 4. ¿Cómo justificarías la situación de cada submarino? Anexos. Etapa I 287 Anexo III. Matrices de valoración para el análisis de las concepciones alternativas Rafael Palacios Díaz, 2017 288 Anexos. Etapa I 289 Rafael Palacios Díaz, 2017 290 Anexos. Etapa I 291 Anexos. Etapa II 293 RELATIVOS A LA ETAPA II Anexo IV. Libros de texto analizados de segundo y tercero de ESO de Física y Química Libro Editorial Año de edición Unidad Título de la unidad analizada Apartado/Subapartado donde aparece el concepto densidad A Oxford 2010 2 La naturaleza corpuscular de la materia 1. ¿Qué es la materia?/ La densidad: una propiedad característica Ba Anaya 2010 2 La materia y sus estados de agregación 1. La materia y sus propiedades/1.4 Algunas propiedades específicas Bb Anaya 2016 1 La materia 1. Propiedades de la materia/ 1.2. Una propiedad específica: la densidad. C Edelvives 2010 2 Estados de agregación de la materia 1. La materia/1.1 Una propiedad característica de la materia. La densidad Da Bruño 2011 2 Los estados de la materia. La teoría cinética. 2. ¿Qué es la materia?/ Propiedades generales y características. La densidad. Db Bruño 2016 3 La materia y sus propiedades. Estados de la materia. 1. ¿Qué es la materia?/ 2. Una propiedad característica: la densidad E Everest 2011 2 La materia y sus estados 4. Densidad F Editex 2011 2 Estados de agregación de la materia 2. La densidad: propiedad característica de la materia G SM 2010 2 Los sistemas materiales 2. La densidad de los cuerpos Ha Grazalema Santillana 2010 1 La ciencia: la materia y su medida 2. La materia y sus propiedades y 6. Medidas directas e indirectas/6.4 Medida de la densidad Hb Grazalema Santillana 2016 1 La materia y la medida 2.1. Las propiedades de la materia y 6.1. Medida de la densidad I Guadiel 2007 1 La medida. El método científico Ejercicios y problemas/El método científico: sus etapas 5 La materia 1. Estados de agregación de la materia J Teide 2010 2 La materia 1. La materia: propiedades y estados/1.3 La densidad Ka Algaida 2011 2 Los estados de la materia 1. La materia y sus propiedades Kb Algaida 2016 2 La materia y sus propiedades 5. La densidad La Mc Graw Hill 2007 4 La materia: estados de agregación 1. La materia/A. La materia. Estados de agregación en que se presenta Lb Mc Graw Hill 2016 2 Propiedades de la materia 2. La densidad Rafael Palacios Díaz, 2017 300 Anexo VI. Cuestionario de evaluación de la propuesta (continuación) PREGUNTAS (ÍTEMS) PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN 8. Tenemos una bola de plastilina y una bola de acero, ambas de igual volumen. ¿Tienen la misma masa? ¿Por qué? Tenemos una bola de madera grande (del tamaño de una naranja) y una bola de acero más pequeña (del tamaño de una ciruela). ¿Podrían tener la misma masa? ¿Por qué? 4. ¿Comprenden la relación entre los conceptos volumen, masa y densidad? 9. Se han medido masas y volúmenes de trozos pequeños de una sustancia y se han obtenido los siguientes datos: Masa (g) 9 14 22 29 41 48 Volumen (ml) 3,1 4,8 7,6 10 14,1 16,6 Divide cada masa con su volumen correspondiente e indica qué conclusión obtienes del resultado. Adaptado de Fernández (1985), citado en Bullejos y Sampedro (1990) 5. ¿Reconocen el concepto densidad y lo utilizan para la identificación de sustancias? 10. El objeto A es de mayor tamaño que el objeto B. Sin embargo, cuando se meten ambos objetos en agua se observa que el A flota y el B se hunde. ¿Podrías explicar este hecho? Adaptado de Bullejos y Sampedro (1990) 6. ¿Utilizan la densidad para justificar el fenómeno de la flotación? 11. Una concentración muy alta de gas butano puede causar la muerte de una persona por falta de oxígeno, además del riesgo de explosión. Si en casa tienes cocina de gas butano, razona si es correcto tener la rejilla de seguridad en la parte superior de la misma, pegada al techo. Dato: densidad del butano 2,59 g/l, densidad del aire 1,29 g/l 7. ¿Explican fenómenos relacionados con gases a través de la densidad? 12. Cogemos una bola de caucho (densidad 950 kg/m3) y la metemos en un bote con mayonesa. Se observa que la bola se hunde. A continuación, al meter otra bola idéntica en agua flota. ¿Podrías explicar este hecho, sabiendo que la mayonesa es más viscosa que el agua? Nota: el caucho es el material con el que se hacen los neumáticos de los automóviles. 8. ¿Diferencian los conceptos densidad y viscosidad? Anexos. Etapa III 301 Anexo VII. Registros de observación de procedimientos y actitudes DIARIO DEL PROFESOR (Procedimientos) Fecha Sesión: Grupo Procedimiento Nivel alcanzado Observaciones 1 2 3 4 1 1 Identificación del problema 2 Formulación de hipótesis 3 Medidas de magnitudes 4 Técnicas de laboratorio 5 Cálculos matemáticos 6 Establecimiento conclusiones 2 1 2 3 4 5 6 3 1 2 3 4 5 6 4 1 2 3 4 5 6 5 1 2 3 4 5 6 6 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 Rafael Palacios Díaz, 2017 302 DIARIO DEL PROFESOR (Actitudes) Fecha: Sesión: Grupo Actitud Nivel alcanzado Observaciones 1 2 3 1 1 Valoración y contrastación información 2 Orden y limpieza 3 Colaboración 2 1 2 3 3 1 2 3 4 1 2 3 5 1 2 3 6 1 2 3 7 1 2 3 8 1 2 3 Anexos. Etapa III 303 Anexo VIII. Cuestionario para la valoración de la propuesta por parte de los estudiantes OPINIÓN SOBRE LA PROPUESTA DE ENSEÑANZA Con el objetivo de conocer si el desarrollo de esta unidad te ha parecido atractivo e interesante, y poder mejorar su enseñanza, te pedimos que respondas a las cuestiones que se plantean en la siguiente tabla. Coloca una x según el grado de acuerdo que presentes con la afirmación que se indica, señalando 1 si no estás de acuerdo, 2 si eres indiferente y 3 si estás de acuerdo con la afirmación. Esta información será anónima y debe completarse de forma individual. Muchas gracias por la colaboración. Indicador Valoración 1 2 3 1. Lo aprendido en este proceso ha generado cambios en algunas ideas que tenía sobre propiedades de la materia. Ejemplo: 2. En todo momento durante el desarrollo de la unidad he sabido lo que hacía y para qué lo hacía. 3. Siempre he tenido oportunidad de compartir mis ideas sobre el tema y aclarar mis dudas. Ejemplo: 4. Me ha gustado mucho este tema, porque ... 5. Hemos tratado conceptos muy difíciles y no he entendido nada sobre ellos. Ejemplo: 6. Esta forma de organización de la enseñanza provoca que me guste menos la asignatura. Ejemplo: 7. He aprendido procedimientos de laboratorio que no conocía. Ejemplo: 8. Como sugerencias para otra ocasión propongo: ................ Adaptado de Osuna, Martínez y Menargues, 2012 Rafael Palacios Díaz, 2017 304 Anexo IX. Matriz de valoración para el análisis de las respuestas a los cuestionarios P Niveles 0 1 2 3 1 No contesta. Muestra el resultado incorrecto sin más. Unifica las unidades pero comete errores de equivalencia entre ellas. Unifica las unidades de forma correcta pero falla en la suma. Unifica las unidades y realiza la suma razonando el procedimiento. 2 a No contesta o hace referencia a ideas que no tienen que ver con el volumen. Indica que debe medir el tamaño del objeto, pero no da ningún razonamiento ni motivo más. Da una solución correcta para la medida del volumen pero no es la más adecuada. Razona de forma correcta cuál debe ser la forma de calcular el volumen. b c d 3 No contesta. Muestra el resultado incorrecto sin más. Unifica las unidades pero comete errores de equivalencia entre ellas. Unifica las unidades de forma correcta pero falla en la suma. Unifica las unidades y realiza la suma razonando el procedimiento. 4 No contesta. Asigna los recipientes erróneamente en función de la diferencia de masa de los objetos. La respuesta es correcta, pero el razonamiento es totalmente incorrecto o no aparece. La respuesta es correcta, pero el razonamiento presenta errores debido a la mala interpretación de la pregunta (el huevo no se sumerge totalmente). Asigna cada objeto al recipiente correcto, indicando que el volumen de líquido desplazado coincide con el volumen de cada objeto. 5 a No contesta o lo hace de forma incorrecta, sin añadir ningún tipo de razonamiento. Indica que cambio en la magnitud por el cambio en el tamaño de las partículas. La respuesta es correcta, pero no aparece argumentación o esta no es adecuada. Argumenta la conservación de la masa por no haberse producido entrada ni salida de materia entre la situación inicial y la final. b Indica que si la masa es la misma y la sustancia no cambia, debido a que la densidad no varía el volumen tampoco lo hará. 6 a No contesta o son incorrectos la respuesta y el ejemplo planteado. La respuesta no es correcta pero el ejemplo es adecuado. Responde correctamente pero no son adecuados el razonamiento y/o el ejemplo o no aparecen. La respuesta es correcta, pero no justifica o es inadecuada la explicación, sin embargo el ejemplo sí lo es. La respuesta es correcta justificada adecuadamente, pero no hay ejemplo o no es el apropiado. Tras responder correctamente, razona y expone un ejemplo adecuado a lo que se pide. b Anexos. Etapa III 305 Anexo IX. Matriz de valoración para el análisis de las respuestas a los cuestionarios (continuación) P Niveles 0 1 2 3 7 No contesta o la respuesta es incorrecta. El razonamiento es correcto dentro de una mala interpretación del enunciado. Aparece la respuesta correcta pero no la justifica o indica que la pastilla no pesa y por eso la masa es constante. Argumenta que la masa es constante, puesto que no hay entrada ni salida de materia. 8 a No contesta o la respuesta es incorrecta. La respuesta es correcta pero el razonamiento no es adecuado (ej.: se produce en función del peso) o no existe. La respuesta es correcta, justificada en función de lo unidas que están las partículas. . Justifica que, a igual volumen, la masa no puede coincidir por la diferente densidad de los materiales. b Razona que la masa podría coincidir, puesto que la densidad del acero es mayor que la de la madera. 9 No responde. Los cálculos son incorrectos o la respuesta es incoherente. No identifica el resultado con la densidad de sustancias. Identifica esos valores con sustancias de igual densidad, pero no concluye que sea la misma sustancia. Deduce que se trata de una misma sustancia, puesto que los valores de densidad coinciden. 10 No contesta. Lo justifica por el peso o masa de las sustancias, o que un material tiene la propiedad de flotar y el otro no. Indica simplemente que se debe a la densidad. Justifica la respuesta por la densidad, indicando que la flotación es independiente de la masa o el volumen, sino de su relación. 11 No contesta. Indica que es correcto tener la rejilla en la parte superior. Aunque afirma que es correcto, hace mención a la densidad de los gases. Argumenta que es incorrecta la medida pero no realiza una explicación razonada. Argumenta la incorrección de la medida por la mayor densidad del butano. 12 No contesta. Justifica el fenómeno en función de las viscosidades o pesos, y no de la densidad. Explica el caso de la mayonesa en función de la viscosidad y el del agua en función de la densidad. Alude a la densidad pero confunde cómo tiene que ser esta para que un cuerpo flote Indica que es debido a la diferencia de densidad pero no hace alusión a la independencia de la viscosidad con la flotación. Razona que la flotación no depende de la viscosidad, sino de la densidad de las sustancias. Rafael Palacios Díaz, 2017 306 Anexo X. Matriz de valoración para el análisis de las hojas de resultados Contenidos procedimentales Niveles 1 2 3 4 - Identificación del problema y planteamiento de cuestiones. No leen el enunciado y acuden directamente a la ayuda del profesor. No procede. Leen el enunciado de la actividad pero no identifican completamente el problema planteado. Identifican de forma correcta el problema pero les surgen dudas de interpretación de ciertos aspectos. Leen con detalle el en enunciado e identifican de forma correcta el problema planteado. - Formulación de predicciones e hipótesis (estimaciones). No aparecen las estimaciones requeridas. Aparecen las predicciones pero no son independientes unas de otras. Aparecen estimaciones independientes pero no en todos los casos están razonadas. Cada uno de los componentes realiza una estimación razonada e independiente sobre el fenómeno expuesto. - Medidas de magnitudes y recogida de datos. Son descuidados en la medición, sin asegurarse de que la magnitud sea correcta. No recogen ordenadamente los datos. No procede. No realizan la medida con precaución ni comprueban su veracidad, aunque si toman nota de los datos. Ejecutan la medida cuidadosamente , pero no se aseguran de su veracidad, aunque sí anotan todos los datos. Realizan las medidas de forma minuciosa, comprobando si la medida es adecuada, anotando los datos en la hoja - Utilización de técnicas básicas para el trabajo de laboratorio. Los instrumentos utilizados para la medida no son los adecuados en su mayoría. No procede. Algunos de los instrumentos utilizados para la medida no son los adecuados para la realización de la misma. Escogen la instrumentación adecuada pero cometen ciertos errores en su manejo. Eligen los instrumentos adecuados que requiere la medida y lo utilizan de forma correcta. Anexos. Etapa III 307 Anexo X. Matriz de valoración para el análisis de las hojas de resultados (continuación) Contenidos procedimentales Niveles 1 2 3 4 - Realización de cálculos matemáticos y ejercicios numéricos. No aparece recogido ningún tipo de cálculo matemático. No procede. Los cálculos presentan errores en su ejecución, aunque se encuentran recogidos. Los cálculos no son fácilmente interpretables, aunque son correctos y sus unidades adecuadas. Se muestran los cálculos de forma clara, correcta y con las unidades adecuadas. - Establecimiento de conclusiones. No aparecen recogidas las conclusiones que se requieren. No aparecen todas las conclusiones que se piden, prescindiendo de algunas de ellas. Aparecen las conclusiones que se piden, pero son muy escuetas en su desarrollo. Se presentan las conclusiones tras contrastar los resultados con el resto de grupos y con las estimaciones iniciales. Rafael Palacios Díaz, 2017 308 Anexo XI. Matriz de valoración para el análisis de la observación en clase Contenidos actitudinales Niveles 1 2 3 - Valoración y contrastación de la información. No interpretable. Pasan directamente al proceso experimental sin revisar los requerimientos de la información. Revisan la información proporcionada antes de enfrentarse al proceso experimental. - Orden y limpieza en el trabajo. No interpretable. El material y/o el área de trabajo se encuentran carentes de limpieza. Las áreas y el material de trabajo propias del grupo se encuentran limpias tras la sesión de trabajo. - Colaboración con la dinámica de la clase. No interpretable. El grupo se mantiene al margen de la forma de trabajar en el laboratorio. El grupo colabora con la forma de trabajo y con los debates que surgen al finalizar la sesión de trabajo. Anexos. Etapa III 309 Anexo XII. Propuesta de enseñanza: sesiones, actividades y hojas de trabajo de los estudiantes Session 1 Activity: Audiovisual projection (A0.1) Now, we are going to watch two fragments of films. Imagine you are science inspectors and you have to detect if there are any mistakes. The first one is a fragment of the final scene of "Terminator 2”, which shows how the terminator sinks into the lava. In the second fragment, taken from the film “Lord of the Rings," you can see one of the two protagonists falling in the lava and sinking. After the projection, the teacher will give you five minutes to write your ideas about the inconsistencies you observed in each fragment. Activity: What is volume? (A1.1) This activity has three parts, in which you can start when the teacher says: a. Each student must write his/her own conclusion about their definition of volume in the group worksheet. b. Write the units of volume that you know, with the help of the textbook, if needed. If possible, write the unit of volume in the International System (SI). c. Look at the 3 soda cans. Order them in increasing volume. Looking at these cans, can you create a relation for between the different units? Activity: How can you measure regular solid volumes? (A2.1) Estimate the volume of three objects on the table: a cylinder (a glass), a sphere and a rectangular prism, using the correct units. With the equations of volume for each shape, given by the teacher, calculate the volumes, using a ruler. Use the correct units for volume in your calculations and then convert the units to SI units, and in ml. Compare the estimated values with the calculated values. Actividad: How do you measure volume in liquids? (A3.1) The teacher has given you a glass of water. Do an estimate of the volume of water it contains and write down the result on the worksheet. Then, measure the volume of water with the instruments given by the teacher (Erlenmeyer flask, graduated cylinder and beaker). Compare the estimated values with the calculated values. Which one of these three laboratory instruments is more exact? Justify your answer. Rafael Palacios Díaz, 2017 316 Anexos. Etapa III 317 Adaptado de Prieto (2002) Rafael Palacios Díaz, 2017 318 Anexo XIII. Hojas de resultados de estudiantes HOJA DE TRABAJO SESIÓN: Número del grupo: Nombres componentes: Actividad: Código: Estimación (hipótesis inicial: opinión de cada uno de los componentes del grupo antes de realizar la experimentación): Componente 1: Componente 2: Componente 3: Acuerdo del grupo (después de que escribáis vuestra opinión individual, indicad si habéis llegado a un acuerdo único en el grupo o compartís varias opiniones): Resolución de la actividad (cálculos o mediciones que procedan): Parte o apartados de los que se responsabiliza cada componente (breve descripción): Componente 1: Componente 2: Componente 3: Dificultades (anotad todas aquellas que hayáis encontrado durante la experimentación): Conclusión final (resumen de los resultados obtenidos por el grupo, indicando si coincide con la hipótesis inicial): ¿Coinciden con la conclusión tras la puesta en común? En caso negativo explicad brevemente la diferencia Anexos. Etapa III 319 Anexo XIV. Ejemplos de hojas de resultados de estudiantes Rafael Palacios Díaz, 2017 320 Anexos. Etapa III 321 Rafael Palacios Díaz, 2017 322 Anexos. Etapa III 323 Rafael Palacios Díaz, 2017 324 Anexos. Etapa III 325