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La utilización de los mapas conceptuales en la enseñanza de la química orgánica

Enviado por moraleslarramendi



  1. Resumen
  2. Metodología empleada
  3. Análisis de los resultados
  4. Conclusiones
  5. Bibliografía
  6. Mapa conceptual No1: Reacciones de sustitución en heterociclos con 5 y 6 miembros en el anillo
  7. Mapa Conceptual No2: Reacciones de sustitución en heterociclos monosustituídos de 5 y 6 miembros condensados con benceno

Resumen:

En los últimos años, la literatura pedagógica tanto a nivel general como en el área de las Ciencias en particular se señalan varios modelos psicológicos que sirven de base para los diseños curriculares. Uno de estos modelos es el propuesto por Ausubel, D.P, el que considera que los alumnos además de ser activos en sus métodos de trabajo, deben de realizar actividades que no sean arbitrarias y carentes de significación. Entre los investigadores que más trabajo han realizado en llevar a vías de hecho los principios instructivos de Ausubel están Novak J.D. y Gowik,D.B.

Ellos han utilizado la técnica de los mapas conceptuales como un instrumento para expresar y coordinar conceptos o comportamientos mediante la representación gráfica. En el presente trabajo se muestra la forma en la que se ha introducido ésta técnica en la enseñanza de la Química Orgánica para la Carrera de Licenciatura en Química, ilustrándola en el Tema específico de Compuestos Heterocíclicos.

La aplicación de ésta técnica a lo largo de la enseñanza de dicha asignatura permitió a los alumnos adquirir mayores habilidades durante el estudio al leer los contenidos de los textos y bibliografías relacionados con cada uno de lo s temas y extraer los conceptos que resultan esenciales en relación con la tarea propuesta, así como realizar generalizaciones de los contenidos objeto de estudio, en corregir conceptos erróneos o relaciones establecidas de forma incorrecta, así como elaborar esquemas de contenidos que pueden ser utilizados en exposiciones orales en los seminarios de la propia asignatura y en el examen oral o en resúmenes escritos.

Palabras claves: mapas conceptuales, enseñanza de la química, enseñanza universitaria, química orgánica, compuestos heterocíclicos.

Introducción.

En la literatura pedagógica han surgido varios modelos psicológicos que sirven de base para los diseños curriculares. Todos tienen una característica común, el interés por analizar y describir la forma en la que se estructura el conocimiento en el cerebro humano. Uno de estos modelos es el propuesto por AusubelD.P( 1976, 1997), el que considera que los alumnos además de ser activos en sus métodos de trabajo, deben de realizar actividades que no sean arbitrarias y carentes de significación. Ausubel diferencia entre el aprendizaje memorístico y el significativo.

El aprendizaje memorístico o por repetición, es el que adquiriere el alumno desde algunos contenidos relacionados arbitrariamente entre sí. O sea, no tiene significación para el estudiante.

El aprendizaje significativo es aquél en que las nuevas ideas se incorporan de forma coherente a los conocimientos que ya posee el alumno.

Para que pueda ocurrir el aprendizaje significativo, se requiere disponer de un material correctamente estructurado y con un significado lógico, es decir, adecuado a las estructuras cognoscitivas del alumno, con contenidos organizados y no simplemente yuxtapuestos, y además es necesario que el alumno haya adquirido previamente ideas o conceptos con los que pueda relacionar los nuevos.

Como consecuencia de la nueva información administrada al alumno, existirá una interacción la que transcurre por un mecanismo en el que intervienen los fenómenos denominados asimilación y acomodación.

Por el primero se incorporan las nuevas ideas o se sustituyen las que ya había, y por el segundo hay una reorganización entre las ideas y conceptos ya existentes y los nuevos adquiridos. La acomodación supone por tanto, no solo una modificación de los esquemas anteriores a la nueva información recibida, sino también una reinterpretación de los conocimientos que ya se tenían en función de los nuevos o acomodación entre las ideas ya existentes y las nuevas, dando lugar al aprendizaje significativo.

Independientemente de los aspectos positivos de este modelo, que tiene sus bases en el modelo constructivista de Piaget,J.(1981), el que desarrolla su teoría buscando una respuesta no relacionada al problema del aprendizaje, sino al del conocimiento, el modelo de Ausubel no está exento de algunas críticas, entre las que se puede citar el hecho de que resulta en ocasiones difícil determinar los conocimientos básicos introductorias necesarios en el alumno antes de iniciar el proceso de aprendizaje propuesto y en la consideración de diversos autores de que éste modelo es abiertamente empirista ya que el crecimiento del conocimiento científico no se reduce solamente a una acumulación de hechos.

La técnica del mapa conceptual introducida por Novak J.D.(1982, 1988, 1991) y Gowik,D.B.(1988), permite expresar y coordinar conceptos o proposiciones mediante la representación gráfica. Esta técnica resulta de ayuda tanto para el profesor como para los estudiantes. La asimilación de los conocimientos se realiza a través de un proceso continuo que se inicia desde el aprendizaje memorístico hasta el aprendizaje altamente significativo.

Para su utilización se deben de tener presentes dos ideas esenciales: La diferenciación progresiva y la reconciliación integradora.

La diferenciación progresiva consiste en la unión arbitraria de nuevos conceptos a la estructura del conocimiento personal. La reconciliación integradora ocurre cuando se establecen nuevas relaciones entre dos grupos de conceptos, y el proceso implica la formación de una estructura de orden superior en la que se integran otros conceptos particulares o más específicos adquiridos con anterioridad.

Para construir un mapa conceptual Barthelemy, C. y col(1994) recomiendan extraer de cualquier fuente exterior (texto, video, etc.) los conceptos necesarios, así como la relación entre ellos, y representarlos gráficamente en un esquema.

En el presente trabajo se muestra la forma en la que se ha introducido ésta técnica en la enseñanza de la Química Orgánica para la Carrera de Licenciatura en Química, ilustrándola en el Tema específico de "Compuestos heterocíclicos".

Metodología empleada

La técnica de los mapas conceptuales requiere de tres elementos fundamentales:

  • Conceptos
  • Palabra o frase de enlace
  • Proposición

El concepto se refiere a comportamientos, cualidades, compuestos, tipos de compuestos, tipos de reacciones, etc.

La palabra o frase de enlace es la que relaciona dos conceptos entre si

La proposición no es más que la unidad gramatical que se forma a partir del significado de dos conceptos unidos por una palabra o frase de enlace.

En este caso "Piridina" y "compuesto heterocíclico" son conceptos, "es un " es la frase de enlace y la proposición se expresa como: "la piridina es un compuesto heterocíclico".

Tipos de mapas conceptuales.

1) Jerárquico:

En este tipo de mapa los conceptos tienen jerarquías, es decir, existen conceptos primarios y conceptos secundarios asociados a los primeros.

En este tipo de mapa los conceptos primarios son los más generales y figuran en la parte superior, y los conceptos secundarios y más particulares figuran en los niveles inferiores

2) Tipo araña o spider:

En estos mapas no existen los conceptos primarios y secundarios.

Lo que se produce a partir da la representación de los conceptos y sus relaciones es una especie de tela de araña.

3) Mapas algorítmicos :

En estos mapas las relaciones entre los conceptos presentan una idea de linealidad lógica.

Un mismo contenido puede ser representado de forma diferente por medio de mapas conceptuales.

Para que la representación sea verdaderamente eficaz, se hace necesario determinar correctamente los conceptos que se consideren esenciales (que no deben de ser numerosos) para entender la parte de la disciplina que se esté considerando y seleccionar para expresar la frase de enlace, palabras adecuadas al vocabulario de los estudiantes pertenecientes al nivel de enseñanza en que se utilice ésta técnica.

En el presente trabajo a modo de ejemplo se muestran dos mapas conceptuales jerárquicos diferentes que se utilizaron por el profesor para resumir los aspectos esenciales relacionados con los compuestos heterocíclicos de anillos de 5 y 6 miembros más comunes así como de los heterociclos de anillos condensados más estudiados.

Dichos mapas se utilizaron en las clases teóricas a modo de Resumen durante las conclusiones de la actividad, y con posterioridad fueron retomados en la Introducción de las clases de ejercicios.

Análisis de los resultados

En el presente trabajo se utilizaron fundamentalmente los mapas conceptuales de tipo jerárquicos por lo que los conceptos más generales se encuentran en la parte superior y los más específicos en la inferior.

Se ilustran a modo de ejemplo, dos de los mapas utilizados en el tema de Compuestos Heterocíclicos referidos a las reacciones de sustitución que pueden experimentar algunos de los compuestos heterocíclicos más representativos.

En el primer mapa (Ver mapa No1) se representan los diferentes comportamientos que muestran los heterociclos de 5 y 6 miembros en el anillo con un solo heteroátomo. En ellos existe un comportamiento estructural diferente.

Para que un anillo heterocíclico de 5 miembros sea aromático, el heteroátomo debe de aportar al menos dos electrones al sexteto aromático. Este es el caso de heterociclos tales como el pirrol(X=NH), el furano(X=O) y tiofeno (X=S). Estos compuestos cumplen además con otros requisitos que deben de poseer los compuestos aromáticos, entre ellos:

- Los átomos de carbono del ciclo tienen hibridación SP2 y aportan 1 electrón de su orbital p al sexteto aromático.

- Poseen un sistema de dobles enlaces conjugados,

- Tienen características típicas de compuestos aromáticos tales como: distancias de enlaces intermedias entre simples y dobles enlaces, corrientes de anillos en RMN similares a las del benceno, bandas IR de anillos aromáticos, bandas UV en250nm típicas de compuestos aromáticos.

- El tipo de reacción que los caracteriza es la Sustitución

Debido a que los heteroátomos en los anillos de cinco miembros aportan dos electrones al sexteto aromático, éstos quedan deficientes de electrones, pero los anillos tienen mayor densidad electrónica que por ej. el benceno, compuesto típico aromático. Estos anillos son por tanto π excedentes, es decir poseen un anillo rico en electrones (nucleofνlico).

Debido a la nucleofilidad del anillo heterocíclico de 5 miembros, éste resulta activado frente a electrófilos de tipo Y+ en Reacciones de Sustitución Electrofílicas, ocurriendo dichas sustituciones en las posiciones más favorecidas, posiciones 2 y 5 del anillo heterocíclico.

Por el contrario el comportamiento del anillo de 6 miembros, con un heteroátomo, como por ej. la piridina (X=N), resulta opuesto al de los heterociclos de 5 miembros, y aunque ésta es muy parecida estructuralmente al benceno, posee algunas características que las diferencian del mismo. Así, el benceno posee en su anillo seis átomos de carbono con hibridación SP2 y cada uno de ellos aporta un electrón al sexteto aromático resultando una nube electrónica simétrica y el compuesto no es polar.

La piridina posee cinco carbonos y un nitrógeno SP2 aportando cada uno de ellos uno de sus electrones al sexteto aromático, pero al estar presente en el ciclo el nitrógeno electronegativo, hace que la nube electrónica se distorsione y la hace no simétrica y al compuesto polar. El anillo de electrones π de la piridina estα desplazado hacia el nitrógeno, dejando al anillo deficiente de electrones.

El nitrógeno del anillo piridínico posee además dos de sus electrones sin compartir, resultando que dicho átomo es nucleofílico y el resto del anillo carbonado es electrofílico (π deficiente).

Por ello, el anillo piridínico reacciona con facilidad frente a nucleófilos del tipo Z- en Reacciones de Sustitución Nucleofílicas y con dificultad frente a electrófilos del tipo Y+ en Reacciones de Sustitución Electrofílicas.

El segundo mapa conceptual (Ver mapa No2) muestra el comportamiento de los heterociclos condensados de cinco y seis miembros con el anillo bencénico en reacciones de sustitución.

Los heterociclos de anillos condensados poseen dos átomos de carbono comunes en sus correspondientes ciclos.

Los heterociclos de anillos de 5 miembros condensados con el anillo bencénico: indol (X=N), benzofurano(X=O) y benzotiofeno (X=S), poseen un anillo nucleofílico (π excedente), el anillo de 5 miembros y por tanto experimentan reacciones de sustitución electrofílica en el anillo más nucleofílico de los dos, en las posiciones 2 y/o 3.

Los heterociclos de 6 miembros condensados con el anillo bencénico: quinolina(X=N) e isoquinolina), poseen un anillo piridínico (electrofílico, π deficiente) condensado con el anillo bencénico.

Ellos experimentan reacciones de sustitución electrofílica en el anillo más nucleofílico (el anillo bencénico) en posiciones 5 y 8, en tanto que las sustituciones nucleofílicas ocurrirán en el anillo más electrofílico (el anillo piridínico) en las posiciones 2 y 4 en la quinolina y 1 en la isoquinolina.

Como se ha mostrado, los mapas conceptuales permiten la conceptualización de aspectos estructurales y del comportamiento esencial de los sistemas heterocíclicos y sientan las bases en los estudiantes para proceder con más facilidad a realizar los ejercicios en las clases de ejercicios correspondientes.

Dado que cada estudiante puede representar mapas conceptuales de diferente forma, esto le permite personalizar los conceptos y les ayuda a su mejor asimilación.

Conclusiones:

La aplicación de la técnica de los mapas conceptuales a lo largo de la enseñanza de la Química Orgánica permitió a los alumnos:

- Adquirir mayores habilidades durante el estudio al leer los contenidos de los textos y bibliografías relacionados con cada uno de los temas tratados y extraer los conceptos que resultan esenciales en relación con la tarea propuesta.

- Realizar generalizaciones de los contenidos objeto de estudio y corregir conceptos erróneos o relaciones establecidas de forma incorrecta.

- Elaborar esquemas de contenidos que pudieron ser utilizados con posterioridad en exposiciones orales en los seminarios de la propia asignatura y en el examen oral correspondiente.

Bibliografía

  1. Ausubel, D.P. Psicología "Psicología educativa: un punto de vista cognoscitivo". Trillas. México (1976)
  2. Ausubel, D.P, Novak, J.D.,Hanesian,H.(1997)"Psicología educativa. Un punto de vista cognoscitivo"1ra reimpresión. Ed Trilles. México
  3. Barthelemy, C. y col. (1994). "Didáctica de la Química": Programación y recursos. Universidad Nacional de Educación a Distancia. Impresos y Revistas, S.A. Madrid.1ra reimpresión
  4. Novak, J.D. (1982)"Teoría y práctica de la educación" Alianza. Madrid .
  5. Novak, J.D.,Gowin, D.B. (1988) "Aprendiendo a aprender". Martínez Roca. Barcelona
  6. Novak,J.D.(1991) "Ayudar a los alumnos a aprender como aprender. La opinión de un investigador "Revista Enseñanza de las Ciencias 9,3,215-277
  7. Piaget, J. (1981) "Infancia y aprendizaje, (La teoría de Piaget)".Monografía No2.

Mapa Nº 1

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Mapa Nº 2

 Autora:

Margarita Morales Larramendi

Facultad de Química. Universidad de la Habana

Fecha de realización del trabajo: Mayo 2005

Categoría: Química

Se graduó como Licenciada en Química en la Universidad de Oriente, Cuba en 1969. Fue fundadora del Centro de Investigaciones Químicas (CIQ) en la propia Universidad. Se incorporó a trabajar como profesora en la Escuela de Química de la Universidad de Oriente en 1969, y posteriormente se trasladó a la Universidad de la Habana donde se mantiene como profesora de Química Orgánica y Jefe del laboratorio de Síntesis Orgánica. Es Profesora Titular (1985) y Master en Química Orgánica (1994). Ha participado con un total de 90 trabajos en Eventos Científicos Nacionales e Internacionales. Posee más de 40 publicaciones en Revistas Científicas Especializadas.


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