2 DEL MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR A LOS
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DEL MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR A LOS MODELOS ATÓMICOS. REFLEXIONES DIDÁCTICAS. Autora: Alicia Benarroch Resumen: En este trabajo, nos preguntamos cómo debería realizarse la transición curricular del modelo cinético-corpuscular al modelo atómico-molecular de Dalton, con qué reglas de correspondencia y con qué relaciones sintácticas. Las difíciles relaciones entre ambas, tanto desde el punto de vista histórico como epistemológico, ponen límites a esta fuente de inspiración para tomar decisiones curriculares. Por el contrario, la abundante bibliografía sobre concepciones y confusiones entre conceptos pertenecientes a distintos modelos, junto a un estudio reciente realizado para conocer las capacidades y limitaciones de los alumnos sobre la modelización (Benarroch, 1998), aportan criterios útiles para trazar las líneas maestras curriculares para esta transición. Dirección de contacto: Alicia Benarroch Benarroch. E.U. Formación del Profesorado de Melilla. Ctra. Alfonso XIII, s/n. Tfno. 952673881. E-mail: aliciabb@goliat.ugr.es 1. Introducción El objetivo de este trabajo es justificar un conjunto de ideas referidas al currículum de Química y, en concreto, a la iniciación en el ámbito de los modelos sobre la materia. Nos preguntamos cómo debería realizarse la transición curricular de un modelo a otro, con qué reglas de correspondencia y con qué relaciones sintácticas. La cuestión planteada es obsoleta cuando se trata de teorías inclusivas, esto es, teorías que admiten las anteriores y amplían el campo de conocimiento en algunas de sus partes. Este podría ser el caso del modelo de Rutherford respecto al de Dalton, o el de Sommerfeld respecto al de Bohr, etc. Pero, )cuál es la alternativa más idónea para la transición didáctica entre el modelo cinético-corpuscular y el modelo atómico-molecular de la materia?. La importancia de esta cuestión radica en la multitud de trabajos que ponen de manifiesto que los alumnos tienen concepciones derivadas de una confusión entre conceptos pertenecientes a distintos modelos (partículas, átomos, moléculas, etc) lo que les suele llevar a carecer de elementos diferenciadores entre mezclas y compuestos químicos (Sanmartín, 1989; Holding, 1985; Sumfleth, 1988; Llorens, 1991), entre cambios físicos y químicos, etc. (Driver, 1985; Stavridou y Solomonidou, 1989; Llorens, 1991) y lo que quizás sea más grave, tampoco diferencian entre el modelo y el campo de referencia empírico que se intenta modelizar (Barboux y otros, 1987). Creemos que estas dificultades se deben a diversas causas. Pozo y otros (1991) las agrupan en: a) Concepciones espontáneas: influencia de la percepción. El modelo corpuscular del alumno está dominado fundamentalmente por lo perceptivo. Superar lo que se percibe y pasar a usar un modelo abstracto en el que la mayoría de sus postulados son imperceptibles e incluso increíbles ()vacío?) es un proceso largo y difícil de conseguir. Un estudio reciente (Benarroch, 1998) pone de manifiesto que se pueden diferenciar niveles consecutivos en este proceso y que el avance de un nivel a otro viene acompañado de ciertas barreras y dificultades. Veremos que la síntesis de estos resultados aporta sugerencias útiles para la enseñanza-aprendizaje en este dominio. b) Concepciones inducidas a través del lenguaje. El término partícula tiene distintos significados según el modelo de referencia. Se hace necesario ser muy precisos en el lenguaje involucrado y en las 2 reglas de correspondencia entre las partículas de un modelo y las partículas del siguiente. Por ejemplo, veremos que identificar "partícula" con "átomo" es una práctica que no beneficia en absoluto al alumno que se inicia en el ámbito de los modelos de materia. El tercer grupo de concepciones distinguido por Pozo y otros (1991) es el de las concepciones analógicas y que en cierta medida son, como las anteriores, productos de enseñanzas erróneas o no adaptadas al nivel de conocimientos y de potencialidades cognoscitivas del alumno. Comenzaremos analizando las difíciles relaciones epistemológicas entre la teoría cinéticocorpuscular y la teoría atómico-molecular de Dalton; a continuación, veremos cómo es posible hacer de estas dos teorías una inclusive de la otra, lo que implica respetar ciertas relaciones semánticas entre las mismas. Finalmente, haremos una propuesta curricular que se fundamenta en las posibilidades cognoscitivas mostradas por los alumnos de distintas edades ante la capacidad de modelización (Benarroch, 1989). 2. La teoría cinético-corpuscular como introducción al mundo conceptual de la química En reiteradas ocasiones, se ha afirmado que la teoría cinético-corpuscular es uno de los núcleos conceptuales fundamentales en la comprensión de la naturaleza química de la materia (Llorens, 1991; Pozo y otros, 1991; Gómez Crespo, 1996; Ben-Zvi y otros, 1990). A pesar de esta generalizada aseveración, hay quienes piensan que la enseñanza de la Química no requiere la teoría cinético-corpuscular en una primera aproximación. Así, Millar (1990) señala que se debería tomar como punto de partida las experiencias diarias de los chicos adolescentes (14-16 años), donde es suficiente una "teoría ingenua de la materia", que es una teoría tecnológica y no científica. Sugiere que la teoría cinético-corpuscular, por más que interese desde el punto de vista científico, no es útil para estos alumnos a la hora de tomar decisiones en su vida cotidiana o sobre ideas sociales. Sin embargo, los currículos oficiales insisten en la utilidad de la teoría cinético-corpuscular para la iniciación en el ámbito conceptual de la Química: "Bloque de contenidos: La estructura de las sustancias" Los contenidos de este bloque suponen un avance respecto al modelo corpuscular para explicar la estructura de la materia, ya que se pretende que sea el concepto de átomo, como componente diferenciador de cada elemento químico, el que explique la estructura concreta de las sustancias más importantes y sus características" (MEC, 1989) Las causas de esta prioridad de la teoría cinético-corpuscular de la materia en la iniciación al ámbito conceptual de la Química encuentra su razón de ser en argumentos didácticos, pues desde el punto de vista epistemológico e histórico, no parece que este requerimiento sea tan patente. En efecto, la teoría atómica de Dalton es heredera de una tradición o visión de la materia, que se ha dado en llamar corpuscularismo químico (Solís, 1985), cuyo desarrollo histórico se muestra independiente e incluso competitivo con el desarrollo del mecanicismo corpuscular, tradición que daría lugar a la teoría cinético-corpuscular de la materia. De hecho el mecanicismo corpuscular no sería "universalmente" aceptado hasta ya entrado el siglo XIX, después de su desarrollo matemático por Maxwell (1831-1879) y Boltzmann (1844-1906) y después de que Perrin (1870-1942) aplicara en 1908 las ecuaciones del movimiento browniano de Einstein para calcular el tamaño de las partículas. El avance empírico de la Química sucedió al margen de dichas disquisiciones. De hecho, podemos apreciar "concepciones alternativas" sobre la naturaleza corpuscular de la materia en químicos tan prestigiosos como Lavoisier y Dalton. Por ejemplo, Lavoisier distingue entre cuerpos porosos y no porosos. "Los primeros están constituidos por el apilamiento de partículas elementales que se tocan por todas las superficies y los segundos los imaginó como un apilamiento que deja vacíos entre las 2 partículas" (Cid, 1980). Dalton consideró que los átomos de su teoría atómica eran dilatables con el calor, aspecto que contradice la hipótesis primera de la teoría cinético-corpuscular de la materia. (Benarroch, 1998b) Desde el punto de vista epistemológico también ocurre así: no es imprescindible una visión mecanicista de la materia (visión física) para interpretar el mundo químico. Es más, el átomo físico y el átomo químico incluyen opciones epistemológicas distintas. El primero es teórico; el segundo es empírico (Ten Voorde, 1990). En consecuencia, es posible de modo paralelo a como ocurrió en la Historia de la Ciencia, una introducción al mundo de la química, estudiando de modo empírico el comportamiento de los gases y las leyes de las reacciones químicas, para llegar al concepto daltoniano de átomo como "la porción de masa más pequeña por unidad de volumen" de cada elemento que interviene en dichas reacciones. Por tanto, se podría desarrollar la química sin necesidad de teoría de partículas. Podemos suponer, por tanto, que las razones didácticas que sugieren la prioridad de la teoría de partículas sobre el ámbito conceptual de la Química, son fundamentalmente psicológicas y no epistemológicas. Esto nos lleva a analizar el dominio de validez de los modelos corpusculares desde la perspectiva posible del alumno y tener en cuenta, antes de elaborar cualquier propuesta curricular, qué posibilidades y limitaciones cognoscitivas tienen los alumnos para su aprendizaje. 3. Análisis del dominio de validez de los modelos de materia La validez de un modelo, siguiendo criterios racionales, depende de su coherencia interna y de su simplicidad (cualidades sintácticas) pero también de su poder explicativo y predictivo (cualidades semánticas) (Delattre, 1979; Walliser, 1977, citados por Barboux y otros, 1987). Por tanto, un modelo es tanto mejor cuanto más extenso sea su dominio de validez, es decir, cuando permite explicar, de la forma más simple posible, un conjunto más amplio de fenómenos. El modelo cinético corpuscular es suficiente para explicar y predecir, en una primera aproximación académica, el comportamiento de la materia en una variedad muy amplia de fenómenos físicos, como los efectos del calor (dilataciones, cambios de estado y variaciones de temperatura), el comportamiento de los gases (compresiones y expansiones), los fenómenos moleculares de los líquidos, la difusión y ósmosis, las disoluciones, etc. Pero además, este modelo también puede ser usado para introducir al alumno en la naturaleza y comportamiento químico de la materia, pues permite, por un lado, hacer una interpretación de las diferencias de comportamiento empírico de las mezclas y de las sustancias puras y, por otro, diferenciar cambios físicos y químicos de la materia. Las reglas de correspondencia necesarias para ello se exponen en el cuadro 1. Son reglas simples basadas en la asociación de un mismo tipo de partículas para cada sustancia pura, a modo de correspondencia 1/1. Cuadro 1: Relaciones entre el contexto experimental y el modelo cinético-corpuscular en la iniciación a la química Empírico Mezcla Sustancia pura Cambio físico Cambio químico Propiedades características Propiedades características Conservación de las Desaparición y aparición de dependientes de las constantes sustancias puras sustancias puras diferentes Material formado por dos o Material formado por un solo Conservación de las Desaparición y aparición de más tipos de partículas tipo de partículas partículas partículas diferentes porciones elegidas Modelo cinético-corpuscular 2 Sin embargo, si pretendemos distinguir, entre las sustancias puras, a las simples y a las compuestas, así como interpretar las leyes de las reacciones químicas, se requiere de un modelo de materia con mayor dominio de validez, tal como el modelo atómico de Dalton (Bullejos y otros, 1995). Las reglas de correspondencias entre el ámbito experimental y este modelo pueden verse en el cuadro 2, en la que se pueden distinguir dos partes: una primera que recoge el ámbito experimental común al modelo previo y la segunda que recoge el ámbito empírico explicado específicamente por el modelo atómico-molecular. Cuadro 2: Relaciones entre el contexto experimental y el modelo atómico-molecular de Dalton en la iniciación a la Química. a) Contexto experimental común al modelo cinético-corpuscular Empírico Mezcla Sustancia pura Cambio físico Cambio químico Propiedades características Propiedades características Conservación de las Desaparición y aparición de dependientes de las constantes sustancias puras sustancias puras diferentes porciones elegidas Modelo atómico-molecular de Material formado por dos o Material formado por un solo Conservación de las Desaparición y aparición de Dalton más tipos de moléculas tipo de moléculas moléculas moléculas diferentes b) Contexto experimental nuevo Empírico Cambio químico Sustancia simple Sustancia compuesta Leyes de las reacciones químicas No se descompone por la acción del Se descompone en otras sustancias calor o la electricidad puras por acción del calor o de la electricidad Modelo atómico-molecular de Dalton Reorganización de átomos Moléculas formadas por átomos Moléculas formadas por átomos iguales entre sí distintos entre sí Si se compara el ámbito experiencial común para ambos modelos de materia, se observa que las relaciones semánticas entre el modelo atómico-molecular y el cinético-corpuscular pueden quedar resumidas en que "las partículas (o moléculas), antes indivisibles, están ahora formadas por otras más pequeñas llamadas átomos". Esto es, son lícitas las correspondencias partículas=moléculas, pero no partículas=átomos entre ambos modelosi. Aun cuando el alumno hubiera estudiado tan solo la aplicación del modelo cinético-corpuscular a fenómenos físicos, interpretándolos como la conservación de partículas, esta última asociación le podría llevar a considerar que los átomos se conservan en estos fenómenos. Por tanto, lo que caracteriza al modelo atómico de Dalton es la distinción entre las intensidades de las fuerzas intermoleculares respecto a las fuerzas intramoleculares. Las primeras, más débiles, son las existentes entre sustancias puras para formar las mezclas, y son superables en los cambios físicos. Por el contrario, las más intensas fuerzas intramoleculares, sólo se superan en los cambios químicos, haciendo que las moléculas se rompan en sus átomos individuales y se formen moléculas nuevas. Resulta curioso que sea este campo referencial común a ambos modelos, el más abandonado en los libros de texto. En efecto, la tendencia general de los libros de texto actualmente en vigor en nuestro país apuesta por una utilización del modelo cinético-corpuscular (o cinético-molecular) para explicar los fenómenos físicos más cercanos a la realidad del alumno y, posteriormente se introduce el modelo atómico de Dalton para explicar las diferencias entre sustancias simples y compuestas. El campo conceptual, de naturaleza físico-química, de iniciación al análisis de la materia (mezclas y 2 sustancias puras) y de sus cambios (diferenciación entre cambios físicos y químicos) se suele quedar vacío de una interpretación corpuscular. En concreto, un reciente e interesante análisis de libros de texto (Bullejos y otros, 1995) pone de manifiesto que "las definiciones atomistas (nosotros diríamos corpusculares) de sustancia (pura) y mezcla apenas son tratadas en los libros de texto de EGB....el 75% y el 88% respectivamente de las editoriales no tratan estos conceptos en ningún curso del ciclo superior. Mayor es aún la ausencia de estos contenidos en los libros de BUP, pues el 90% de los libros y el 80% de las editoriales no los tratan en ninguno de los cursos de este nivel. En COU ningún libro de los consultados explicita el concepto atomista de sustancia y mezcla y en los textos universitarios sólo hemos encontrado un libro que hiciera alusión a ellos". Los programas oficiales contemplan los modelos de materia en la educación secundaria obligatoria, en los bloques de contenidos "Diversidad y unidad de estructura de la materia" y "Los Cambios Químicos" (R.D. 1345/1991; BOE 13/9/1991). Dada su formulación ambigua, podemos acudir a los criterios de evaluación para concretar los modelos de materia y sus campos de referencia. En el cuadro 3 se relacionan estos criterios de evaluación ya secuenciados (Resolución de 5/3/1992; BOE 25/3/1992). Al final de cada uno de ellos, hemos apuntado el nivel de referencia -empírico, cinético o atómico- implicado (forzosamente, desde nuestro punto de vista) junto a los conceptos que se intentan explicar. Vemos que se defiende un currículum en espiral, insistiendo sobre ambas teorías en el segundo ciclo, aunque lógicamente con ampliación de los campos de referencia. Aunque la ambigüedad sea coherente con las exigencias de un profesorado que debe tomar decisiones, seleccionando y secuenciando qué conocimientos va a poner en juego en su intervención en el aula, se detecta que la iniciación a la composición de la materia no se interpreta desde ningún modelo corpuscular (solamente se defiende un modelo de referencia empírico en el segundo criterio del primer ciclo), dando lugar a desarrollos curriculares que avalan este vacío y que dejan al descubierto la relación entre la interpretación cinética de los fenómenos físicos y la interpretación atómica de los químicos. Cuadro 3: Criterios de evaluación curriculares secuenciados (BOE 25/3/1992) Primer ciclo 1.Utilizar la teoría cinética para explicar algunos fenómenos que se dan en la naturaleza, tales como la disolución, la compresibilidad de los gases, la dilatación y los procesos de propagación de calor. (teoría cinética...fenómenos físicos) 2.Obtener sustancias puras a partir de sus mezclas utilizando procedimientos físicos (destilación, decantación y cristalización) basados en las propiedades características de las sustancias puras, describir algún procedimiento que permita descomponer éstas en sus elementos y valorar algunas aplicaciones prácticas de estas técnicas.(experimental... mezcla / sustancia pura / elemento) 3.Identificar algunos elementos y sustancias puras, muy comunes en el laboratorio y la vida cotidiana por su aspecto o comportamiento, e indicar algunas de sus aplicaciones.(experimental....elementos y compuestos) 4.Aplicar el conocimiento de la composición universal de la materia para explicar hechos como la existencia de elementos químicos tanto en sustancias inertes como en seres vivos y la diferencia entre elementos y compuestos. (teoría atómica...elementos y compuestos) Segundo ciclo 1.Utilizar la teoría cinética en la interpretación cualitativa de la presión y la temperatura, que permite comprender el comportamiento de los gases, la existencia de materia en distintos estados de agregación y diferenciar la temperatura del calor. (teoría cinética...fenómenos físicos) 2.Utilizar algunos modelos de la teoría atómica para explicar el comportamiento eléctrico de la materia, la conservación de la masa en toda reacción química y la formación de nuevas sustancias a partir de otras. (teoría atómica.....fenómenos químicos) 3.Enumerar ejemplos de utilización de modelos en el estudio de algunos conceptos abstractos de la ciencia, haciendo una valoración del papel que desempeñan y de su provisionalidad.(naturaleza de la ciencia) 4. Aportaciones de una investigación didáctica sobre las explicaciones corpusculares de los alumnos En una investigación reciente (Benarroch, 1998) se ha analizado la capacidad de una muestra 2 de 43 alumnos de distintas edades y niveles cognoscitivos para dar explicaciones corpusculares de la materia. La metodología se materializa en la realización de entrevistas individuales sobre 43 alumnos, seleccionados mediante un estudio piloto estratégicamente, de distintas edades (9-22 años) y de distintas capacidades. Se diseñó un cuestionario variando la fenomenología, planteando contrapruebas y modificando los efectos perceptivos en cada situación física. Las entrevistas constan de dos fases, diferenciadas entre sí mediante una pequeña instrucción sobre "lo que piensan los científicos acerca de la naturaleza de la materia". En las entrevistas se intenta alcanzar el "verdadero punto de vista" del alumno, o, al menos, el "juicio que más le convence", lo que se traduce en tiempo de realización, pero también en respuestas que reflejan mejor su verdadero conocimiento. Las respuestas de las entrevistas, tanto las espontáneas como las inducidas por el modelo instruccional, fueron agrupadas y categorizadas, lo que permitió construir 25 módulos categoriales (categorías empíricas), en los que cada sujeto adquiere una posición definida. Estos módulos fueron validados y rediseñados mediante un análisis estadístico multivariable. Las categorías redefinidas (categorías estructurales) muestran un contenido evolutivo común, que nos permite afrontar la delimitación de los sucesivos niveles explicativos. Se han encontrado cinco niveles explicativos en la construcción del conocimiento sobre la naturaleza corpuscular de la materia. Éstos pueden ser sintetizados como: 1.No hay esquemas explicativos directamente relacionados con lo microscópico. Sus esquemas son exclusivamente continuos 2.Primeras explicaciones microscópicas fundamentadas en elementos percibidos (burbujas, huecos, partículas, etc) 3.Explicaciones corpusculares con huecos entre partículas (huecos llenos) 4.Explicaciones corpusculares con vacío entre partículas (huecos vacíos) 5.Explicaciones corpusculares con vacío, movimiento e interacciones entre partículas. Por razones de espacio, no podemos ofrecer la distribución por niveles de cada uno de los sujetos de la muestra en función de su edad. En ella, se ve que la edad no es una predictora precisa (aunque sí sugerente) de la capacidad de modelización de los alumnos. Concretamente, los alumnos de 12-13 años son los que presentan un espectro más amplio de niveles explicativos. Las diferencias siguen siendo importantes hasta los 16-17 años, lo que sugiere la especial dificultad para la enseñanzaaprendizaje de la modelización en la Educación Secundaria. Pero además, en este trabajo se pretendía conocer las dificultades inherentes a esta evolución, lo que se pudo realizar controlando otras variables de los sujetos, tales como su capacidad operatoria, su estilo cognoscitivo DIC, etc. Así, se comprobó que las distancias entre los niveles explicativos no son equidistantes, siendo el "salto" del nivel segundo al tercero el más costoso. En concreto, se identificaron 3 barreras entre los sucesivos modelos: A)Barrera entre el nivel 2 y el 3: Es la barrera de mayor magnitud. Tiene una naturaleza operatoria caracterizada por un nivel lógico transicional al formal. Es decir, los sujetos de nivel concreto son incapaces de alcanzar el nivel 3. Los sujetos transicionales son capaces de alcanzarlo cuando se le plantean situaciones adecuadas para ello (se han identificado como las que implican el esquema de compresión de partículas y no las de simple fraccionamiento). B)Barrera entre el nivel 3 y el 4: Es de naturaleza específica caracterizada por la diferenciación entre materia y no materia para favorecer la construcción de la noción de vacío necesario. C)Barrera entre el nivel 4 y el 5: Es de naturaleza específica caracterizada por los aspectos dinámicos del modelo (fuerzas y movimiento de partículas). Es una barrera de menor magnitud que las 2 anteriores, como se demuestra en que los alumnos del nivel 4 no muestran excesivas dificultades en acudir a estos aspectos del modelo cuando el esquema previo adquirido de partículas-vacío no les resulta suficiente para explicar las situaciones físicas que se les presentan. Las sugerencias curriculares que se pueden inferir de esta investigación son: Durante la Educación Primaria, esta investigación apoya a los que genéricamente defienden que la enseñanza de estos modelos se hace infructuosa durante este período, pues aún no se han construido ciertas estructuras operatorias necesarias para poder acceder a niveles explicativos que traspasen lo percibido. No obstante, también demuestra la familiaridad de los alumnos con los elementos corpusculares (frecuentemente derivados y asociados a los percibidos) y que si, durante el final de este período de primaria, se aprovecha esa familiaridad de los alumnos con sus dibujos de partículas para iniciarlos en el buen uso de los mismos, se favorece un enriquecimiento progresivo de esquemas macroscópicos, ligados a las transiciones del nivel 1 al 2 y, si es posible, a veces, al 3 o incluso más. De este modo, el alumno evoluciona desde considerar que "los gases no existen" hasta que "los gases lo llenan todo, aunque no se vean ni se sientan", desde que "el color es insustancial" hasta que "el color también tiene partículas, es una sustancia", desde que "el aire es nada" (salvo que esté en movimiento) hasta que "el aire es mezcla de sustancias", etc. Esto implica trabajar simbólicamente la sintaxis "La materia está formada por partículas" y "entre las partículas, no hay nada", y la correspondencia 1/1 "tipo de sustancia= tipo de partículas" desde estos niveles. Durante la Educación Secundaria, es más probable el éxito de una enseñanza fructuosa de los modelos microscópicos de materia. Por tanto, se podría hacer la presentación formal del modelo cinético-corpuscular y un uso del mismo en todo su campo de validez (no sólo fenómenos físicos, sino también su diferencia con los químicos y las relaciones entre mezclas y sustancias puras). En este proceso, habría que diferenciar explícitamente entre materia y no materia (la energía no es materia, ni el calor, ni la luz, ni el vacío, etc) y favorecer fenómenos que requieren para su explicación de los aspectos dinámicos del modelo (por ejemplo: se podría plantear la siguiente contradicción: si el agua y el alcohol se mezclan dado un volumen menor, es porque tienen huecos vacíos. Pero, entonces, )qué hace que el agua no se comprimaii y el aire sí?). Tras el aprovechamiento máximo del modelo cinético-corpuscular ()21 curso o 21 ciclo?) cabe hacer sentir la necesidad del modelo atómico de Dalton. 5. Conclusiones: propuestas de mejora para la iniciación curricular en el ámbito de los modelos de materia. Enlazando el análisis del dominio de validez de los modelos de materia visto en el apartado 3 con los resultados de la investigación didáctica referidos en el apartado 41, hacemos una propuesta curricular que desarrolla la sintaxis y la semántica especificada en el cuadro 4. 2 Cuadro 4: Sintaxis y Semántica de los niveles de descripción desarrollados en este trabajo Nivel I: Empírico Sustancia pura: Material con propiedades características definidas Mezcla: Material con propiedades características dependientes de la porción escogida Cambio físico: Desaparición y aparición de las mismas sustancias puras. Cambio químico: Desaparición y aparición de sustancias puras diferentes. Sustancia simple: No se puede descomponer en otras sustancias Sustancia compuesta: Se puede descomponer en otras sustancias simples. Nivel II: Modelo cinético-corpuscular Sintaxis: La materia está formada por partículas. Entre las partículas no hay nada (vacío). Entre las partículas hay fuerzas cuya cuantía diferencia los estados de agregación. Las partículas se mueven con movimientos que dependen de los estados de agregación. Sustancia pura: Material formado por un mismo tipo de partículas Mezcla: Material formado por dos o más tipos de partículas Cambio físico: Desaparición y aparición de las mismas partículas Cambio químico: Desaparición y aparición de distintas partículas Nivel III: Modelo atómico-molecular Sintaxis: Las partículas de las sustancias puras son moléculas. Las moléculas están formadas por uno -monoatómicas-, dos -diatómicas- o por una enorme cantidad de átomos -macromoléculas-. Los átomos están unidos por fuerzas mayores que las fuerzas que hay entre las moléculas. Sustancia pura: Material formado por un mismo tipo de moléculas Mezcla: Material formado por distintos tipos de moléculas Cambio físico: Desaparición y aparición de las mismas moléculas Cambio químico: Desaparición y aparición de distintas moléculas. Reorganización de átomos. Sustancia simple: Sus moléculas están formadas por átomos idénticos entre sí Sustancia compuesta: Sus moléculas están formadas por átomos distintos entre sí. Esta propuesta tendría las líneas de actuación siguientes: Durante la Educación Primaria, se apuesta por iniciar a los jóvenes de 10 años en el modelo corpuscular. No se trata de llegar a las últimas consecuencias del mismo (movimientos e interacciones entre partículas) pero sí a una versión rudimentaria fundamentada en la concepción de simbolizar cada sustancia pura por un tipo de partículas (y "huecos" entre las mismas). Ello permitiría ligar un amplio espectro de contenidos relacionados con las distintas ciencias de la naturaleza. El oxígeno, el dióxido de carbono, el aire, las impurezas, el agua, los nutrientes, etc. son materiales continuamente referenciados desde el último ciclo de las clases de Primaria no solo cuando tratamos específicamente la materia, sino también en muchos otros contenidos, por ejemplo, en las funciones de relación de los seres vivos. Tener una referencia simbólica de cada una de estas sustancias a nivel corpuscular, no solo no tendría porqué incrementar la dificultad, al suponer modelos simplificados de correspondencias 1/1 sino, por el contrario, podría facilitar las relaciones entre contenidos, el aprendizaje de los procesos frente al aprendizaje exclusivamente lingüístico de los términos, etc., en definitiva, favorece el carácter operativo del modelo (Bain y Bertrand, 1984). Una reutilización de esta simbología, aun con limitaciones, impediría por ejemplo la confusión entre el aire y el agua, como mezcla y sustancia pura respectivamente, la familiaridad con la presencia de agua en el aire, etc. ayudando a la superación de 2 concepciones que más que estar ligadas con esquemas previos, podrían estarlo con la ausencia de los mismos. En la Educación Secundaria, se podría realizar una presentación formal (incluyendo todos los postulados) del modelo cinético-corpuscular para explicar los fenómenos físicos cotidianos, a sabiendas de que muchos alumnos no llegarán a captar la utilidad del modelo hasta el final de la etapa. Defendemos también una estrategia explícita de potenciar al máximo la validez del modelo interpretando las diferencias entre materia-no materia, mezclas-sustancias puras y entre cambios físicos-químicos desde el punto de vista corpuscular. Sin embargo, frente a su potencialidad, el modelo cinético-corpuscular presenta entre sus limitaciones la imposibilidad de distinguir, dentro de las sustancias puras, entre sustancia simple y sustancia compuesta, así como alcanzar el concepto de cambio químico como reorganización atómica. En este momento, frente a la alternativa de seguir un proceso rigurosamente histórico, optamos por presentar el modelo atómico-molecular como inclusivo del anterior, asociando los conceptos de partícula y molécula, por un lado, y en segundo lugar y más importante, en este nuevo modelo, la molécula es divisible pues está formada por átomos. El átomo pasa a ser la partícula indivisible de la materia. Por tanto, abogamos por una diferenciación conceptual y lingüística entre los dos modelos, para evitar confusiones entre las distintas formas de representación y los dominios de validez implicados. Ahora, el cambio físico quedaría identificado con la "reorganización molecular" y el químico con la "reorganización atómica", haciendo hincapié en el hecho de que las moléculas (y, por tanto, las sustancias puras) se conservan en los cambios físicos, mientras que en las reacciones químicas se destruyen y tiene lugar una reorganización de sus átomos. 6. Bibliografía BAIN,D. Y BERTRAND,B. (1984): Structure de la matière: Des representations des élèves aux representations des manuels. (51 Journées internationales sur l´education scientifique. Centre Jean Franco). pp. 441-448. BARBOUX,M., CHOMAT,A., LARCHER,C. Y MEHEUT, M. (1987): Modele particulaire et activites de modelisation en classe de 4ème. Rapport de fin de recherche n1 12.09.84.87. L.I.R.E.S.P.T., Paris. BENARROCH,A. (1998): Las explicaciones de los estudiantes sobre las manifestaciones corpusculares de la materia. Descripción, análisis y predicción de características y dificultades. Tesis doctoral inédita. 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Esta disyuntiva podría ser interpretada por el alumno como una indiferenciación entre los conceptos, lo que dificulta la comprensión de las diferencias entre cambios físicos y químicos, puesto que en los primeros hay reorganización molecular y en los segundos reorganización atómica, y entre mezcla (moléculas diferentes) y sustancia pura compuesta (moléculas iguales pero con átomos diferentes), pues en ambos casos se podría interpretar el sistema como formado por partículas diferentes. La aclaración de que las partículas de la materia pueden ser moléculas y átomos tiene que venir aparejada de sus respectivos significados, lo que implica ya usar el referencial del modelo atómico-molecular. ii. Nos estamos refiriendo al agua introducida en una jeringa. La experiencia sensorial de los niños es que no es compresible. 2
