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Análisis crítico de la presentación deltema de Termoquímica en libros de textode Bachillerato y Universidad.

Furió-Gómez, C.Instituto Enseñanza Sec. de Puçol (Valencia)

Solbes Matarredona, J.Instituto Enseñanza Sec. “Rodrigo Botet” de Manises (Valencia)

Furió-Más, C.Dpto. Didáctica de la Ciencias Exper. Universitat de València

ResumenEste trabajo estudia las visiones distorsionadas de la ciencia y la actividad científica que

podemos encontrar en libros de Química cuando se introduce el capítulo de Termoquímica. Palabras clave: visiones deformadas, termoquímica, libros de texto, entalpía.

SummaryThis paper investigates the distorted views of science and scientific activity that can be

found in Chemistry textbooks when the subject of Termochemistry are introduced. Keywords: distorted views, termochemistry, textbooks, enthalpie.

(Fecha de recepción: septiembre, 2006, y de aceptación: octubre, 2006)

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car macroscópica y/o microscópicamen-te estas transferencias energéticas. Lafundamentación de esta hipótesis, quese va a poner a prueba, se basa en que la

enseñanza de la Termoquímica se llevaa cabo, en general, poniendo el énfasisexclusivamente en cierto operativismoconceptual con poco significado y olvi-dando las dimensiones epistemológica,metodológica y axiológica del apren-dizaje que aconseja la investigacióndidáctica.

Ahora bien, el problema se ha acota-do solamente al estudio del contenidorelativo a cómo se presentan los concep-tos de energía interna y entalpía paraexplicar los cambios energéticos en pro-cesos físico-químicos. Se dejará de ladoel estudio de las relaciones causalesmás propias del segundo principio de latermodinámica, aunque como sabemos,comprender bien la energía implica,entender no sólo su conservación sinotambién la degradación en los procesos(Duit 1981; Solbes y Tarín 1998 y 2004;Doménech 2001).

Así pues, las preguntas a plantearseen este estudio de la enseñanza de latermoquímica van a ser las siguientes:

¿Qué competencias conceptuales,

epistemológicas y axiológicas queremosconseguir en los estudiantes cuando lesenseñamos Termoquímica? Es decir,qué conocimientos, habilidades y actitu-des ha de tener en cuenta la enseñanzasi queremos que el estudiante logre unacomprensión adecuada de lo que pasacon la energía en cualquier proceso físi-co o químico.

Y aceptadas estas competencias delos estudiantes como punto de partidapara el análisis de las enseñanzas aproponer, la segunda cuestión será:

¿En qué medida los libros de textosde Química de 2º curso de Bachilleratoy de Química general de primeros cur-sos universitarios presentan deficien-cias o insuficiencias de tipo conceptual,epistemológico y axiológico que no ayu-dan precisamente a la comprensión dela Termoquímica? Es decir, se trata de ver en qué medida estas presentacionesfavorecen en los estudiantes preuniver-sitarios y universitarios el aprendizajede la primera ley de la Termodinámicay los conceptos de energía interna y deentalpía con los que pueden hacer inter-pretaciones macroscópicas y/o micros-cópicas correctas de las transferenciasenergéticas en procesos físico-químicos.

¿Qué significa tener una com- prensión adecuada de las transferencias energéticas en los pro-cesos físico-químicos?

Aunque no se sabe muy bien qué seentiende por comprensión de un domi-nio específico, o mejor aún, por progre-

sión del aprendizaje , se acepta que esun proceso continuo y multidimensionalque podemos caracterizar desde el puntode vista teórico analizando la evoluciónde las ideas y teorías a lo largo de lahistoria de la ciencia y comparándolascon la de las concepciones de los estu-diantes que nos muestra la didáctica dela ciencias (Furió et al. 1987; Mortimer


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1995; Domínguez y Furió 2001; Furió-Más y Domínguez-Sales 2006).

En nuestra opinión, una adecuadacomprensión de lo que ocurre con la

energía en los procesos físico-químicosrequiere un cierto dominio de la prime-ra ley de la Termodinámica (a la que sele atribuye un significado de conserva-ción de la energía en cualquier cambio) ytambién estar familiarizado con el con-texto químico al que se limita el estu-dio de la problemática que se propone.Éste es un ejemplo del establecimiento

de relaciones entre dos cuerpos teóri-cos. Por una parte, tenemos la termo-dinámica general que intenta explicarcon el concepto de energía los cambiosmacroscópicos en los sistemas y, porotra parte, la teoría atómica de la mate-ria que interpreta estos cambios, desdeel punto de vista microscópico, con lasinteracciones entre partículas (Atkins

1992). Esta relación entre dos teoríaspuede explicar, en parte, las grandesdificultades cognitivas que puedentener los estudiantes preuniversitariosy universitarios en este dominio.

Así por ejemplo, tenemos por unaparte dificultades en los estudiantespara diferenciar los conceptos de tem-peratura, calor o energía, cuando se

confunde la energía interna de un siste-ma con el calor o la temperatura (Pintó1991; Martínez y Pérez 1997) o cuando sele atribuye carácter sustancial al calor oa la misma energía (Furió-Gómez 2004;Harrison, Grayson y Treagust 1999).Por otra parte, en el contexto microscó-pico se utilizan términos como energíade enlace que para muchos alumnos sig-

nifica la energía liberada al romperse elenlace químico, error que puede encon-trarse frecuentemente en la enseñanzaanterior de química o biología cuando

se habla de ‘enlaces ricos en energía’(Cohen y Ben-Zvi 1992). A continuación y a título de hipó-

tesis, se presenta el conjunto de com-petencias (en sentido amplio de cono-cimientos, habilidades y actitudes) quehabría de adquirir un estudiante parapoder resolver con algún éxito unasituación problemática de interés y así

salir al paso de las posibles dificulta-des de aprendizaje que puedan surgiral realizar un análisis energético ade-cuado de los cambios físicos o quími-cos. El logro de estas competencias sefundamentan en el modelo de aprendi-zaje como investigación orientada quepuede ser aplicado en la introducción deconceptos científicos, en la resolución de

problemas o en el diseño y desarrollo detrabajos prácticos (Furió, Valdés y Gon-zález de la Barrera 2006). La aplicaciónconcreta de este modelo a la enseñanzade la Termoquímica habría de lograrlas competencias axiológicas (cuadro1), conceptuales y epistemológicas enlos niveles macroscópico (cuadro 2) ymicroscópico (cuadro 3) de representa-

ción que se indican a continuación.Una vez concluida la fase de inicia-ción en el tratamiento de la situaciónproblemática convendrá plantear elanálisis cualitativo de la misma cuyadiscusión llevará a poner en tensiónnuevas competencias conceptuales yepistemológicas al tratar de modelizar-la macroscópicamente introduciendo los


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Cuadro 1. Competencias a conseguir en la dimensión axiológica del proceso deenseñanza-aprendizaje de la Termodinámica Química.

1. Saber valorar qué interés puede tener solucionar la situación problemáticapropuesta. Esto es, se ha de ver el interés y la importancia que tiene para las personas e, incluso,para la humanidad la situación problemática propuesta. Un posible ejemplo de situa-ción problemática abierta a proponer puede ser: ¿Cómo y por qué ahorrar energía en eltransporte? Esta puede ser un motivo para iniciar el debate sobre problemas socialesimportantes como, por ejemplo: tener en cuenta el agotamiento de los combustibles fósilesanunciado para el siglo XXI, ver la necesidad de tomar decisiones fundamentadas sobreel ahorro de energía en el planeta (informe de Club de Roma 1992, reunión de Kioto 1999,cumbre de Johannesburgo 2001, recordando el llamamiento ‘Década de la Educación paraun futuro sostenible 2005-2014’ de la ONU a los educadores de todos los niveles y países),favorecer la búsqueda de combustibles limpios que no contaminen (energías renovables,investigaciones sobre la obtención de energía de fusión nuclear similar a la que nos llegadel Sol, etc.) (Vilches y Gil 2003).

2. Tener una concepción preliminar de lo que se pretende resolver al plantear unasituación problemática abierta dentro del tema ‘Energía y cambios químicos’ .Se supone que los estudiantes de Química ya han visto estequiometría en las reaccionesquímicas y han resuelto el problema de cuánto producto/s se formará/n si se transformauna cantidad determinada de reaccionantes mediante la introducción del concepto decantidad de sustancia (n) que mide macroscópicamente el número de partículas queinteraccionan en estos cambios. Ahora interesa fijar la atención en las manifestacionesenergéticas que acompañan a cualquier cambio físico o químico. Es decir, cuando lassustancias reaccionan, al mismo tiempo que se forman nuevas sustancias, se producencambios energéticos que se pueden observar mediante el desprendimiento-absorción decalor y/o la realización de trabajo que pueden hacer los sistemas que interaccionan. Cómoexplicar estos efectos termoquímicos será el objetivo básico de esta unidad didáctica.Como ejemplos de situaciones problemáticas abiertas que se pueden proponer en unaenseñanza de orientación constructivista se pueden escoger varias que pueden ir desdeel interés personal hasta cuestiones de tipo social. A título de ejemplos se pueden pre-sentar: ¿Cómo saber si nuestra alimentación es saludable? ¿Qué necesidades energéticashay en el mundo y cuáles se satisfacen quemando combustibles fósiles? ¿Cuáles son lasfuentes o recursos de tipo energético que utilizamos para producir las transformaciones–movernos, calentarnos, iluminarnos, oír música, etc.- que nos interesa y qué previsioneshay respecto a su agotamiento?, etc.

conceptos de energía interna y entalpíay su relación con las variables de proceso

(calor y trabajo) para poder explicar lastransferencias energéticas (cuadro 2).


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Cuadro 2. Competencias conceptuales y epistemológicas a lograr en lamodelización macroscópica de la situación problemática propuesta.

3. Saber analizar cualitativamente las situaciones problemáticas exo o endotér-

micas donde se tratará de acotar la situación problemática planteada. Parapoder hacer este análisis se deberá tener cierto dominio de los dos contextos teóricos delos cuáles surgen los problemas anteriormente citados. Hará falta que el estudiante sepa,por una parte, modelizar los intercambios energéticos que ocurren en las interaccionesentre sistemas (modelización termodinámica macroscópica) y, por otra parte, saber aso-ciar las correspondientes energías a los cambios microscópicos que ocurren en los proce-sos físicos y químicos (modelización atomista).

Manejar bien la primera modelización implica:

4. Saber delimitar cuáles son los sistemas que van a interaccionar, cómo lo hacenmacroscópicamente y saber clasificar los cambios físicos y químicos en exotér-micos y endotérmicos. Es decir, saber, por ejemplo, delimitar cuál es el sistema físicoo químico que interese estudiar y lo que ocurre térmica y mecánicamente entre este sis-tema y un segundo sistema que, habitualmente, es el ambiente exterior. En este sentidoes importante que los estudiantes sepan que si pasa el calor del sistema al ambiente o alrevés, será preciso que el sistema estudiado vuelva a la temperatura inicial (enfriándoseo calentándose) y así poder clasificar el fenómeno como exotérmico o endotérmico. Enel caso de que el sistema esté aislado térmicamente del exterior o se realice demasiadodeprisa –proceso adiabático- también hará falta saber empíricamente qué es lo que ocu-

rre con la temperatura del propio sistema (ya que es él el primero que se calienta o seenfría al interaccionar partes del propio sistema).

5. Los estudiantes han de superar las dificultades –en muchos casos, concepcio-nes alternativas– que ha detectado la investigación y que suponen obstáculos auna correcta comprensión de la energía. En particular se pueden referenciar lossiguientes conocimientos y destrezas:–saber diferenciar macroscòpicamente el calor de la temperatura y establecercorrectamente las relaciones entre estas magnitudes;

–saber analizar las transferencias y transformaciones energéticas entre siste-mas físicos y químicos mediante la realización de trabajo y/o de calor. Es decir,saber que el trabajo es una forma de transferir energía entre sistemas y, en particular,si están formados por gases (trabajo de compresión-expansión);

–saber que el calor es otra forma de transferencia de energía entre dos sistemas solamentecuando están a diferente temperatura y cómo se calcula;

–reconocerla equivalencia mecánica del calor y que siempre que se presenten en lasinteracciones fuerzas no conservativas parte o todo el trabajo realizado se convertirá encalor (superación de la hipótesis sustancial del calor);


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Finalmente en el cuadro 3 se pre-sentan las competencias conceptua-les y epistemológicas que alcanzaránlos estudiantes al interpretar energé-

ticamente mediante la interacción departículas los posibles cambios físicoso químicos que se presenten en estasenseñanzas.

–saber el significado de energía interna (y los sinónimos utilizados en la literatura como‘energía térmica’ i/o ‘energía química’, procurando no caer en reduccionismos concep-tuales) y saber diferenciarla del concepto de ‘calor’ utilizado como un proceso paratransferir energía entre sistemas a diferente temperatura (precisamente la no diferen-ciación en la enseñanza entre calor y energía interna es el que provoca gran número deconfusiones);

–saber aplicar correctamente las relaciones entre el calor, el trabajo y la varia-ción de energía interna de un sistema cuando interacciona con él mismo o con otrosistema aplicando macroscòpicamente el primer principio de la Termodinámica;

–saber el significado de entalpía como nueva función energética que representa lasuma de la energía interna (por estar a una temperatura y tener una configuracióndeterminada) y del potencial P.V del sistema (este último potencial variará al interac-cionar, por ejemplo, con el ambiente si se realiza trabajo de expansión-compresión);

–saber que la entalpía del sistema es una función de estado y eso significa que su variación al pasar a otro estado es independiente del camino seguido por el sistema parallegar a aquel estado. Es decir, aunque el sistema, cuando interaccione con otro, pase deun estado H0 a otro H1 mediante diferentes caminos transfiriendo calor i/o realizandotrabajo, la variación de H será la misma. El reconocimiento de H de un sistema comofunción de estado supone asumir que se cumple la ley de Hess;

–saber que eso no es contradictorio con la definición operacional de∆H (introducida

especialmente para poder medir esta variación) como el calor producido o absorbido por el sistema cuando el proceso se realiza a presión y temperatura constantes pero siempre que no hayan otros procesos de transferencia de energía como, porejemplo, realización de trabajo eléctrico o emisión de radiaciones distintas alas admitidas en la noción de calor;

–saber que para poder comparar entalpías de formación de sustancias y de procesoshace falta un sistema de referencia estándar que asigne un origen de entalpías a lassustancias en los cambios químicos. A tal efecto se ha de saber que se asigna entalpía

estándar cero al estado físico de las sustancias simples en su forma alotrópicade menor entalpía a la presión de 1 atmósfera y a la temperatura de 25ºC.


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Cuadro 3. Competencias conceptuales y epistemológicas que han de lograrlos estudiantes al interpretar energéticamente los posibles cambios físicos o

químicos mediante la interacción de partículas (modelización microscópica).

6. Saber el modelo atómico-molecular de la materia (que es el mismo para gases ymateria condensada) así como el modelo elemental de reacción, lo que implica lossiguientes conocimientos:–interpretación significativa de las variables de estado de un gas tales como la presióny el volumen de un gas ideal;

–mención especial requiere la idea estadística de la temperatura del gas relacionadacon la energía cinética media de las partículas que se mueven caóticamente (esta ideade temperatura es importante para entender la de energía interna térmica comoenergía cinética de las partículas de un gas ideal, sin estructura, donde se supone que

no hay interacción entre ellas o, lo que es lo mismo, que los choques entre partículasson elásticos);–distribución normal de las velocidades de las partículas (según la estadística de Maxwe-ll-Boltzmann) que depende de la temperatura;

–en caso de que haya materia condensada en el sistema hay que saber de la existenciade movimiento vibratorio en las partículas ligadas o enlazadas a cualquier temperatu-ra y que esto supone saber asociar a estas configuraciones atómicas vibratorias unaenergía interna potencial de tipo electromagnético (también titulada ‘energíaquímica’ ) que contribuirá a la entalpía del sistema ;

–saber el modelo elemental de reacción química en los dos niveles de conceptuali-zación macroscópica (cambio sustancial) y microscópica (choques inelásticos en los quehay ruptura de enlaces en las moléculas de las sustancias reaccionantes y formación denuevos enlaces en las de los productos). En este último nivel se ha de saber asociar alcambio químico con una variación de entalpía del sistema si se supone que permanececonstante la temperatura;

–saber que la entalpia standard de un sistema (por ejemplo de una sustancia) tiene unsignificado cualitativo macroscópico de potencial energético debido a la configuración ytemperatura del sistema (energía interna) y al trabajo de expansión-compresión que se

pueda producir en la interacción con un segundo sistema. Esta magnitud se introducecomo una función de estado del sistema y su variación, ∆ H, puede ser medida como elcalor de reacción producido, a T y P constantes, siempre que en estos cambios solamentese transfiera energía en forma de calor i/o trabajo de expansión-compresión;

–saber manejar, desde un punto de vista microscópico, la ∆H de un cambio físico oquímico como el balance entre la entalpía aportada para romper los enlaces enlas partículas de las sustancias reaccionantes y la liberada al formarse nuevosenlaces en las de las sustancias que se originan en el proceso a temperaturaconstante.


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Una vez definidas las competenciasque la enseñanza de la termoquímica hade lograr que adquieran los estudian-tes, pasaremos a plantear cuáles son,en hipótesis, las principales deficienciasdidácticas que podemos encontrar enla introducción habitual de estos con-tenidos conceptuales, epistemológicos yaxiológicos teniendo en cuenta los resul-tados de la investigación didáctica.

Principales deficiencias de laenseñanza convencional de latermoquímica en libros de texto.

En este apartado se presentarán lasconsecuencias que se han derivado de lainvestigación sobre las principales defi-ciencias didácticas que posiblementeencontraremos en la enseñanza conven-cional de la Termoquímica y que serán

puestas a prueba posteriormente en elsiguiente apartado con los correspon-dientes diseños experimentales.

La didáctica de las ciencias, desdehace dos décadas, ha estado constru-yendo un cuerpo de conocimientos sobreel proceso de enseñanza-aprendizaje(Martínez-Terrades 1998) y ha detecta-do la existencia de un conjunto de defi-

ciencias conceptuales, epistemológicasy axiológicas en la enseñanza habitualdebido al desconocimiento del profeso-rado sobre la ciencia y sobre cómo sedebería de enseñar. La investigaciónestá mostrando que muchas de estasdeficiencias didácticas están basadasen la existencia de visiones deformadasen el profesorado sobre la naturalezade la ciencia, de la actividad científica(Mellado y Carracedo 1993; Matthews1994; Fernández et al. 2002; Solbes yTraver 2003) y sobre el aprendizaje,difíciles de cambiar (Gil 1991; Carnicery Furió 2002).

En efecto, las contribuciones de lafilosofía, historia y epistemología de laciencia a la didáctica de las ciencias hapuesto de relieve que, por ejemplo, elconocimiento científico es hipotético, es

decir, elabora teorías y conceptos comorespuestas tentativas de explicación alos problemas planteados por la cien-cia, la tecnología y la sociedad (Cobern2000; Glasson y Bentley 2000) superan-do así visiones empiristas, ateóricas yaproblemáticas sobre la construcciónde estos conocimientos. Se reconoce queeste conocimiento científico, y por tanto,

7. Saber utilizar aspectos básicos del tratamiento científico del problema hastallegar a su solución.Esto implicará la emisión de hipótesis, la elaboración de estrategias e, incluso, ideardiseños experimentales, realizar experimentos, interpretar física o químicamente datosnuméricos, analizar críticamente proposiciones, impulsar la comunicación y saber anali-zar aplicaciones CTSA que permitan contextualizar la teoría aprendida y adoptar en elfuturo actitudes responsables hacia el desarrollo científico y tecnológico y las implicacio-nes sociales que ello comporta.


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las leyes y los conceptos no son dogmasa aplicar en cualquier circunstancia yaque tienen limitaciones y campos de vali-dez saliendo al paso de visiones rígidas

y absolutas de la ciencia. Se va constru-yendo, estructurándose gradualmente,llegando a saltos cualitativos que, a veces, suponen revoluciones científicas(Thagard 1992) superándose aquellas visiones acumulativas lineales y acríti-cas de las teorías y de los conceptos quetenemos los profesores. Por otra parte,detrás de estas construcciones hay una

búsqueda constante de ir hacia síntesisglobalizadoras de cuerpos teóricos ini-cialmente separados en contra de visio-nes exclusivamente analíticas y com-partimentadas que tenemos los propiosprofesores (Fernández et al 2002). Unamanera de extraer información valiosasobre cómo los profesores introducenlos conceptos y las teorías es a través de

los libros de texto. En la investigacióndidáctica es bien conocida la influenciaque ejercen los libros de texto en el pro-fesorado y como se transmiten a su vezlas visiones deformadas (Stinner 1992;Sutton 1998; Furió et al 2005)

Estas visiones deformadas de lanaturaleza de la ciencia y su ense-ñanza que tenemos los profesores se

manifestarán también cuando se ense-ña la Termodinámica y, en particular,la Termoquímica tanto en el nivel deBachillerato como en el universitario.Los aspectos de estas enseñanzas quese han seleccionado para su análisisy que pueden considerarse como con-secuencias derivadas de la existenciade visiones deformadas de la ciencia y

su enseñanza (Furió et al 2005) son lossiguientes:a) La introducción del tema de Termo-

química se realizará con una visión

descontextualizada, socialmenteneutra, sin tener presente la dimen-sión axiológica del aprendizaje.

b) En el desarrollo del tema no se ten-drán en cuenta la existencia deconcepciones alternativas sobre losconceptos implicados (en particular,calor, trabajo y energía) que la inves-tigación ha mostrado que constitu-

yen obstáculos epistemológicos en elaprendizaje de la ciencia.c) Los textos pondrán el énfasis en

aspectos conceptuales del contenidocomo, por ejemplo, definir operati- vamente energía interna y entalpíay, en cambio, pondrán poca atencióna dificultades epistemológicas quepueden obstaculizar el aprendizaje

como ocurre con las concepcionesalternativas. Una primera dificultadse presenta cuando se introducenlos conceptos de manera arbitrariasin tener en cuenta que son respues-tas hipotéticas a hechos o fenóme-nos que se quieren explicar (visiónaproblemática de la ciencia). Otrasdificultades epistemológicas impor-

tantes son, por ejemplo, no atribuirsignificado cualitativo a la entalpíade un sistema (cayendo en visionesrígidas de la ciencia) o no salir alpaso de reduccionismos funcionalesque suelen presentarse en razona-mientos de sentido común cuando sehacen análisis termodinámicos encambios físicos o químicos (Viennot


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1996; Furió et al 2000; Furió et al.2006).

d) Tampoco será frecuente encontrar enlos temas de Termoquímica explica-

ciones macroscópicas y microscópi-cas de un mismo cambio físico o quí-mico donde se muestre la coherenciapropia de los argumentos científicos.En particular, es de esperar que hayapocos ejemplos de análisis energéti-cos de aquellos cambios y, sobre todo,que apenas se presenten explicacio-nes microscópicas que, en general,son más fáciles de comprender paralos estudiantes por su carácter mecá-nico.

Diseño experimental y presenta-ción de los resultados obtenidosen el análisis crítico de la ense-ñanza habitual.

El diseño experimental empleado eneste trabajo ha consistido en 15 cues-tiones que constituyen una red de aná-lisis sobre las deficiencias que se hansupuesto y que cubren las consecuen-cias derivadas que se presentaron enel apartado anterior. Se han analizadouna cantidad significativa de textos

(N=30) de Química de 2º de Bachillera-to y COU (preuniversitarios) y libros deQuímica General (de nivel universita-rio) cuya relación se expone en el anexoal trabajo que se ha adjuntado.

A continuación se presentan las con-secuencias derivadas en subapartadosque incluyen los ítems que se han elabo-rado para poner a prueba la hipótesis y

los resultados encontrados al aplicarlosal conjunto de los libros de texto.

1. La introducción de los temasde Termodinámica química se

hará con una visión socialmentedescontextualizada sin prestaratención a los aspectos axiológi-cos del aprendizaje.

En la tabla 1 se presentan los ítems1 y 2 cuyos objetivos consisten, respec-tivamente, en ver si los textos tienenen cuenta las relaciones Ciencia, Tec-

nología, Sociedad y Ambiente (CTSA) ysi hacen referencia a aspectos o comen-tarios históricos sobre cuáles fueron losprincipales problemas científicos y tec-nológicos que se resolvieron al introdu-cir los nuevos conceptos y la Termodiná-mica como nueva ciencia que introdujoel concepto de energía para explicarmacroscópicamente las interaccionesentre sistemas.

Como puede observarse, la mayoríade los libros, es decir el 70% no han lle-gado a introducir, al menos, 3 ejemplosde relaciones CTSA. Sólo una terceraparte de los textos salen al paso de una visión socialmente descontextualiza-da de la actividad científica (ítem 1) yel porcentaje aún es más bajo cuandose consideran los libros que tienen encuenta el desarrollo de la historia, yaque es sólo del 16,7%, transmitiendola mayoría una visión aproblemática yahistórica en la construcción de los con-ceptos científicos (ítem 2).

2. Los textos de Química cuandoexponen el o los capítulos sobre


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Termoquímica no tendrán encuenta las posibles concepcionesalternativas de los estudiantessobre conceptos considerados

prerrequisitos conceptuales (tra-bajo, calor y energía) en estosniveles educativos.

Los ítems 3, 4 y 5 de la red de aná-lisis se han destinado a ver en quémedida los libros de texto han incor-porado los resultados de la investiga-ción didáctica sobre la existencia deconcepciones alternativas en estudian-tes de niveles educativos de secunda-

ria sobre conceptos como calor, trabajoy energía considerados prerrequisitosconceptuales para poder comprenderlos conceptos más complejos de energíainterna y entalpía. El ítem 3 se refierea la habitual confusión de los alumnosentre calor y temperatura. El 4 hacereferencia a la concepción muy abun-dante de que la energía es un sustrato

material existente, en particular, en losmateriales combustibles. El ítem 5 sedestina a observar si los textos llamanla atención sobre la condición del calory trabajo como variables de transferen-cia energética y, en particular, no sonpropiamente variables energéticas delos sistemas.

Como se puede observar los resulta-dos de las cuestiones 3 y 4 son bastanteelocuentes, dado que sólo el 26,7% de loslibros diferencian explícitamente entrecalor y temperatura y sólo el 3,3% deellos indican que la energía no es nin-

guna sustancia que se encuentre en loscuerpos. Estas dos concepciones alter-nativas, entre otras, se han detectadoen la literatura didáctica y tambiénaparecen en las respuestas de estudian-tes universitarios en cuestionarios adhoc que se han aplicado, siendo ideasbastante reiterativas y difíciles de cam-biar (Furió-Gómez 2004).

Tabla 1. Porcentaje de respuestas afirmativas a las cuestiones 1 y 2 de lared de análisis sobre aspectos axiológicos.

Contenido de la pregunta Porcentaje de resp. afirmativas (%)

1. ¿Hay a lo largo del tema, al menos, 3 ejemplos derelaciones CTSA que muestren el interés social de esteestudio? 30,02. ¿Se presenta cuál o cuáles fueron los principales pro-blemas históricos que que que motivaron el nacimientode la Termodinámica como una ciencia moderna en el

S.XIX? 16,7


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3. Los textos no pondrán demasiadoénfasis en la presentación de aná-lisis energéticos (macroscópicoso microscópicos) de cambios físi-cos o químicos y, en particular,no saldrán al paso de dificulta-des epistemológicas importantesen forma de fijaciones y/o reduc-cionismos funcionales que suelen

presentarse como razonamientosde sentido común.

La investigación ha puesto de mani-fiesto que la enseñanza no solamentepuede obstaculizar el aprendizaje noteniendo en cuenta las concepcionesalternativas de los estudiantes sino quetambién se ha de prestar atención arazonamientos y argumentos de sentidocomún como son, por ejemplo, la reduc-ción y la fijación funcionales (Furió,

Solbes y Carrascosa 2006). Según Vien-not (1998) los estudiantes universita-rios cuando se les pregunta como puede variar la presión de un gas, consideradacomo función, cuando cambia el volumendel mismo no suelen tener en cuenta alresto de variables de las que tambiéndepende la presión como la temperatu-ra y la cantidad de sustancia. Es decir,los estudiantes reducen el análisis fun-cional de P = f (V,T,n) a lo más sencillo,

la función P = f(V), sin saber qué pasacon las demás variables independien-tes. Otra reducción funcional frecuen-te en el análisis termodinámico de, porejemplo, la expansión adiabática deun gas contra el entorno es considerarsolamente la transferencia de energíaen forma de calor sin tener en cuentala realización de trabajo entre los sis-

Tabla 2. Porcentaje de respuestas afirmativas a las cuestiones 3, 4 y 5 dela red de análisis sobre concepciones alternativas de conceptos básicos

(calor, trabajo y energía) al introducir la Termoquímica en librosde texto.


3. ¿Se diferencia explícitamente entre calor y tempera-tura? 26,74. ¿Se indica expresamente que la energía no es unasustancia que hay en los objetos o que no es ninguna

propiedad de los objetos aislados? 3,35. ¿Se dice que el calor y el trabajo no son formas deenergía sino formas de transferir energía entre siste-mas? 43,3


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temas que interaccionan (Furió-Gómez2004). Es decir, la enseñanza convencio-nal presta mucha atención a la compo-nente conceptual del aprendizaje y muy

poca a estas dificultades epistemológi-cas cuya importancia se está poniendode relieve. En este sentido, se han incor-porado a la red de análisis cuatro ítems,para comparar el énfasis que los textosponen en aspectos conceptuales comoson, por ejemplo, las definiciones de sis-tema (ítem 6) y de energía interna deun sistema (ítem 8) frente a aspectos

epistemológicos como la realización deanálisis energéticos de cambios físico-químicos (ítem 7) y la presencia de posi-

bles dificultades en forma de reduccio-nismos funcionales (ítem 9). En la tabla3 se presentan los resultados encontra-dos al aplicar estos ítems al conjunto de

los 30 libros de texto.En la cuestión 6 vemos que las dosterceras partes (66,7%) de los librosde texto dan afirmativo, lo que signifi-ca que sí se pone bastante énfasis enadvertir al lector qué es un sistema yque ha de interaccionar con otros sis-temas, como puede ser, por ejemplo, elmedio ambiente. También es mayorita-

ria y muy parecida la cantidad de librosque introducen el concepto cualitativode energía interna (70%). En cambio,

Tabla 3. Porcentajes de respuestas afirmativas a las cuestiones 6,7, 8 y9 de la red de análisis que pretenden poner a prueba si los textos no

tienen en cuenta aspectos metodológicos fundamentales de laactividad científica.


3. ¿Se presenta qué es un sistema y que, en el caso mássencillo, casi siempre se va a considerar que van a inte-raccionar dos sistemas o dos partes de un mismo siste-ma? 66,77. ¿Se presentan en el tema, al menos 3 ejemplos de aná-lisis energético de fenómeno o situación en los cualeslos estudiantes están poco familiarizados? 40,08. ¿Se introduce el concepto cualitativo de energía in-terna? 70,0 9. ¿Se advierte al lector de posibles reduccionismosfuncionales en las formas de razonar en los cuales sepuede caer fácilmente? 3,3


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el porcentaje de libros que presenta, almenos, tres ejemplos macroscópicos deanálisis energético de situaciones (ítem7) donde han de ponerse en práctica

dichos conceptos, no llegan a la mitad(40%). Y en el ítem 9 la casi totalidadde los libros (29 de 30) no tienen encuenta la existencia de posibles obstá-culos epistemológicos en forma de razo-namientos de sentido común como, porejemplo, pueden ser los reduccionismosfuncionales.

4. La enseñanza no saldrá al pasode una visión rígida y algorítmi-ca de la ciencia donde prima laatención a las definiciones ope-rativas de los conceptos intro-ducidos como es, en este caso, elde entalpía y, en cambio, no pre-sentará ideas cualitativas quele den significado ni pondrá derelieve que este concepto científi-co, como cualquier otro, tiene uncampo de validez limitado.

En esta consecuencia se hacía refe-rencia a que la enseñanza habitual dela ciencia suele introducir los concep-tos de forma aproblemática, incluso, sinpresentar los hechos que quiere explicar

(ítem 10), en su forma operativa acaba-da y sin introducir ideas cualitativasque puedan dar sentido físico o químicoa estas definiciones operativas (ítems11, 12 y 13). Esta visión aproblemáticase relaciona fácilmente con una visiónrígida e infalible de la ciencia según lacual no se muestran las limitaciones delas leyes y conceptos, es decir, no se pre-

senta el campo de validez del conceptode entalpía (ítem 14).

En la tabla 4 se presentan los resul-tados encontrados al aplicar estos seis

ítems a los 30 libros de Química.Como vemos en el resultado del ítem10, se constata que sólo el 53,3% delos libros presenta los efectos térmicosproducidos en los cambios que se quie-ren explicar y la clasificación de estosfenómenos en exotérmicos y endotérmi-cos, previamente a la introducción delconcepto de entalpía. Este porcentaje

puede considerarse bajo si tenemos encuenta que precisamente los efectos tér-micos de los cambios físicos y químicosconstituyen el problema que se preten-de resolver en estas enseñanzas y, portanto, su presentación inicial es nece-saria para que los estudiantes puedanadquirir el referente empírico al quehace falta dar explicación mediante la

introducción del concepto.En relación con la conceptualizaciónde la entalpía que presentan los textos,hace falta destacar que mientras 4 decada 5 (80% en el ítem 11) da una defi-nición operativa (H=U+P.V) derivándo-la de la ecuación del primer principiode la Termodinámica, se invierte esteporcentaje cuando hay que dar una

significación de la entalpía a partir deideas cualitativas ya que sólo 1 de cada4 libros (20%) lo hace en el ítem 12. Esdecir, la mayoría de los textos no salenal paso de una visión rígida de la natu-raleza de la ciencia ya que prefierenintroducir directamente la algoritmiza-ción matemática en lugar de comenzarcon una conceptualización que dé sen-


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tido químico al concepto. Este resulta-do es convergente con los obtenidos porBarlet y Mastrot (2000).

También encontramos que ocurre lomismo cuando se introduce la medidade la variación de entalpía de un pro-ceso pues la casi totalidad de los libros

(93,3%) da la definición procedimentalcomo‘el calor de reacción a presión cons-tante’ (ítem 13). Esta equivalencia tieneel problema de que los lectores puedandarle un significado erróneo a la ental-pía como una especie de ‘calor o conte-nido calorífico’ del sistema que tan fre-cuentemente se da entre los estudian-tes. Por otra parte, casi las ¾ partes de

los libros (70%) no especifican el campode validez o las limitaciones de este con-cepto (ítem 14) como, por ejemplo, queel calor de reacción producido a presiónconstante en un cambio químico no seráequivalente a ∆ H si, por ejemplo, en elproceso se está produciendo al mismotiempo trabajo eléctrico.

5. La enseñanza no favorecerá quelos estudiantes hagan análisiscualitativos microscópicos de

fenómenos termodinámicos con-vergentes con los macroscópi-cos mostrando la coherencia de

Tabla 4. Porcentaje de respuestas afirmativas a las cuestiones de la redde análisis sobre deficiencias didácticas en la introducción del concepto

de entalpía.


10. ¿Se plantea previamente a la introducción teóricaque en cualquier cambio físico o químico hay, en general,transferencias energéticas en forma de calor que per-miten su clasificación en exotérmicos o endotérmicos? 53,311. ¿Se define la H como la suma U+P.V? 80,0

12. ¿Se introduce alguna idea cualitativa del conceptode entalpía de un sistema? 26,713. ¿Se introduce el significado de ∆H de un procesocomo el calor desprendido o absorbido cuando ocurre apresión constante? 93,314. ¿Se tiene en cuenta el campo de validez de la defi-nición de ∆H de un cambio? 30,0


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cuerpo teórico y facilitando así

su comprensión.Por último, recordemos que una

deficiencia didáctica importante queestá resaltando la investigación es lasuperposición de las representacionesmacroscópica, microscópica y simbólicaa la que somos muy dados los profesoresen la enseñanza de la Química (Gabel

1998; Furió et al 2005). Algo distintopasa en el caso de la enseñanza de laTermoquímica. Este caso es especial yaque, como se ha indicado anteriormenteen los cuadros 1, 2 y 3, es muy posibleque, de las dos interpretaciones energé-ticas correctas, macro y micro que sepueden hacer de un mismo cambio físi-co o químico, la enseñanza solamente

ponga el énfasis en la primera mode-lización que históricamente surgió conla Termodinámica general (macro) yse olvide de presentar la modelizaciónmicroscópica con lo que estaría ausentela posibilidad de establecer una rela-ción complementaria necesaria (Atkins1992). Es por ello que se ha elaboradoun ítem, el 16, que tiene por objeto ver

en qué medida la enseñanza de la Ter-

moquímica presenta ejemplos de inter-pretaciones microscópicas de fenóme-nos que habitualmente se explican conla primera ley de la Termodinámica enel nivel macroscópico.

Como puede constatarse en el resul-tado encontrado al aplicar el ítem 15a los 30 libros de texto (tabla 5), hay

un 70% de los libros que no presentanningún ejemplo de análisis microscó-pico donde se explique, por ejemplo, larelación entre la energía interna de unsistema formado por muchísimas par-tículas que interacciona con el exterior(o con él mismo) y las transferenciasde energía en forma de trabajo y calorhaciendo uso del primer principio de laTermodinámica. Se pierde así la opor-tunidad de dar significado microscópicoa conceptos macroscópicos como ener-gía interna, entalpía, calor y trabajo y,sobre todo, de proporcionar estrategiasdiferentes que conducen a una mismasolución mostrando la coherencia de losargumentos científicos en los análisis

Tabla 5. Porcentaje de respuestas afirmativas a la cuestión de la red deanálisis sobre interpretación microscópica de análisis energéticos.


15. ¿Se presenta algún ejemplo de interpretaciónmicroscópica (mecánica estadística) de un hecho o situa-ción que habitualmente se interpreta macroscòpica-mente con el primer principio de la Termodinámica? 33,3


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energéticos y, en definitiva, de la propiaciencia.

Conclusiones y perspectivas

En resumen, las conclusiones obteni-das en este trabajo podemos resumirlasponiendo de relieve que han sido con-testadas las dos principales cuestionesplanteadas en el mismo. La primera deellas relativa a cuáles son las principa-les competencias conceptuales, episte-mológicas, metodológicas y axiológicasque habrían de adquirir los estudian-tes en un curso de Termoquímica parapoder afrontar con cierto éxito el análi-sis sobre cómo ocurren las transferen-cias energéticas en sistemas con grannúmero de partículas que interaccio-nan. En los cuadros 1, 2 y 3 presentadosanteriormente se han detallado estascompetencias y se ha justificado la exis-

tencia de dificultades intrínsecas en suadquisición debido a que se han de esta-blecer relaciones adecuadas entre lasmodelizaciones macroscópica y micros-cópica de las interacciones de los sis-temas en los que se producen cambiosfísicos o químicos. Esta complejidad delas visiones macroscópica y microscópi-ca de estos fenómenos termodinámicos

unida a las deficiencias didácticas quese presentan en la enseñanza de la Ter-moquímica pueden explicar el elevadofracaso escolar en este dominio.

Precisamente la segunda cuestiónque se ha abordado en el trabajo hasido mostrar algunas de las principalesdeficiencias didácticas que se presentanen el capítulo de Termoquímica de 30

libros de los niveles preuniversitario yuniversitario. Deficiencias derivadas dela existencia de visiones deformadas dela ciencia y su enseñanza en el profeso-

rado de Química. El análisis crítico rea-lizada a través de los 16 ítems de la redde análisis de los libros de texto, cons-tatan la presencia de deficiencias didác-ticas en gran parte de aquellos librosal no tener en cuenta los conocimientosque está aportando la didáctica de lasciencias como cuerpo teórico de cono-cimientos. Los más importantes que se

han mostrado en este trabajo han sidolos siguientes:• la falta de preocupación en la ense-

ñanza por incluir relaciones CTSA enel desarrollo del tema o temas de Ter-moquímica;

• el no tener en cuenta la existencia dedificultades conceptuales en formade concepciones alternativas sobre

prerrequisitos conceptuales como laenergía, el calor y el trabajo;• la ausencia de críticas respecto a

formas de razonamiento de senti-do común en las explicaciones de losestudiantes como, por ejemplo, lareducción funcional;

• el excesivo énfasis de los libros porintroducir de forma operativa y caren-

te de significado conceptos de difícilcomprensión como la entalpía de unsistema a los que suelen dar un campode validez general sin mostrar suslimitaciones;

• la falta de introducción de ejemplosde análisis energéticos que permitanfamiliarizar a los estudiantes conestrategias próximas a las científicas


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utilizando de forma complementa-ria modelizaciones macroscópicas ymicroscópicas para explicar los mis-mos fenómenos y así facilitar la com-

prensión de estos conocimientos en losestudiantes.La principal perspectiva del tra-

bajo realizado consistirá en comenzarotro en el que se diseñen y desarrollenestrategias de enseñanza que sean másacordes con los resultados de la investi-gación en didáctica de las ciencias y, porsupuesto, evaluar los logros de aprendi-

zaje cuando se aplican en una clase delúltimo curso del Bachillerato científico oen cursos universitarios de las licencia-turas de Física o Química. Estudio queabordaremos en un futuro próximo.

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ANEXO. RELACIÓN DE TEXTOS DE QUÍMICA DE BACHILLERATO YQUÍMICA GENERAL DE UNIVERSIDAD

Textos de Química de 2º curso de Bachillerato

FIDALGO J.A. y I FERNÁNDEZ, M.R. 1999.Química 2. León: Everest, S.A.MORCILLO, J. I y FERNÁNDEZ, M. 1990. Química COU. Salamanca: Anaya.QUILEZ, J. et al. 1998. Química 2. Valencia: ECIR.SAURET, M. 1993.Química COU. Madrid: Bruño.

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estadística. Barcelona: Reverté.SEGAL, B.G. 1989.Chemistry: Experiment and Theory. Singapore: Wiley.STRANKS, D.R. et al. 1967. Química. Madrid: Selecciones Científicas.USÓN, R. 1970.Química Universitaria Básica. Madrid: Alhambra.WHITTEN, L., GAILEY, R. y DAVIS, J. 1981.General Chemistry. USA: Saunders College

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Jovanovich.

Dialnet-AnalisisCriticoDeLaRepresentacionDelTemaDeLaTermod-2151232.pdf

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