Innovación educativa en la enseñanza de la química

Innovación educativa en la enseñanza de la química

Creación de gráficasMª del Mar de la FuenteICE – 31 de enero 2008

Esquema

• Información general• Distintos ejemplos• Conclusiones• Referencias

Definición

Representación visual utilizada para la comunicación y asimilación de ideas y conceptos

Gran utilidad para el aprendizaje en Ciencias

experimentales

Una gráfica bien hecha Herramienta

Gran cantidad de informaciónforma rápida y eficaz

¿ Innovación educativa ?

¿ Innovación educativa ?Destrezas transversales

Comunicación oral Comunicación escrita

Sentido crítico

Trabajo en equipo

Capacidad de liderazgo

Resolución de problemas

Toma de decisiones

Gestión del tiempo

•Destrezas en la evaluación, interpretación y síntesis de información y datos químicos

•Destrezas en la presentación oral y escrita de material científico a un público experto

•Habilidades computacionales y de procesamiento de datos, en relación con información y datos químicos

Título Europeo de grado en Química

Habilidades y destrezas cognoscitivas

•Destrezas en la monitorización, mediante observación y medida de propiedades químicas, sucesos o cambios y su registro sistemático y fiable

Destrezas prácticas

•Evaluación, interpretación y síntesis de datos e información química

•Interpretación de datos procedentes de observaciones y medidas de laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentas

Título de grado en Química

Competencias profesionales (saber hacer)

•Capacidad de crítica y autocrítica

Otras competencias específicas

Filosofía ECTS

Trabajo centrado en el alumno

Tutorización del alumno

Metodologías activas

Actividades dirigidas

Proceso enseñanza aprendizaje

Evaluación

Uso de las TIC

1. Fomenta las habilidades transversales2. Permite realizar una evaluación previa rápida 3. Permite la detección rápida de errores4. Favorece el proceso enseñanza aprendizaje5. Permite el uso de herramientas informáticas6. Estimula a los alumnos

Creación de gráficas en el proceso de aprendizaje de asignaturas de Química

Una gráfica bien hecha

1. Ejes: magnitudes y unidades2. Escala de los ejes: los datos deben ocupar

toda la gráfica3. Datos o puntos experimentales: verse

claramente, no unir por líneas4. Ajuste: incluir ecuación de la curva y la

correlación5. Gráficas de calidad: software adecuado,

permite hacer cálculos

¿Qué gráficas se usan?

Gráfica de dispersión

• Sencilla• Versátil• Clara• Tendencia Licencia Campus

Excel

• Cinética química: determinación de parámetros• Disoluciones: volúmenes de mezcla• Equilibrio: determinación de constantes• Estudio de los equilibrios químicos en disolución• Análisis cuantitativo

• Valoraciones• Colorimetría

Ejemplos de gráficas

Determinación del orden cinético y de las constantes de velocidad1. Método integral

a) Método matemáticob) Método grafico

2. Método del tiempo fraccionario3. Método de la velocidad inicial

Comparar los datos experimentales con las leyes integrales

Br2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br- (ac) + 2H+ (ac) + CO2 (g)

LA CARA Y CRUZ DE LA CINÉTICASimulación cinética de una reacción elemental

QI – T1 - Trabajo 2 -Curso 2007/08 - Comunidades

Moléculas-Tiempo

0

20

40

60

80

100

120

Tiempo (tiradas)

Mol

écul

as (N

)

Serie1

Serie2

Serie3

Serie1 100 46 29 16 8 5

Serie2 99 53 27 19 12 6

Serie3 102 50 25 14 10 4

1 2 3 4 5 6

Orden cinético 0

Moléculas-tiempo

00,5

1

1,52

2,53

3,5

44,5

5

tiempo (tiradas)

Serie1 4,605170186 3,828641396 3,36729583 2,772588722 2,079441542 1,609437912

Serie2 4,59511985 3,970291914 3,295836866 2,944438979 2,48490665 1,791759469

Serie3 4,624972813 3,912023005 3,218875825 2,63905733 2,302585093 1,386294361

1 2 3 4 5 6

Lineal – Orden cinético 1

Ningún alumno escribe la recta y la correlación

1 / Moléculas - tiempo

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

t i e mpo

Serie1

Serie2

Serie3

Serie1 0,01 0,02173913 0,034482759 0,0625 0,125 0,2

Serie2 0,01010101 0,018867925 0,037037037 0,052631579 0,083333333 0,166666667

Serie3 0,009803922 0,02 0,04 0,071428571 0,1 0,25

1 2 3 4 5 6

Orden cinético 2

La cara y cruz de la cinética

200

112

63

4025

112

63

4025

11

88

49

2315 14

0

50

100

150

200

250

nº de etapas (=t)

nº d

e m

oned

as

Nº totalNº carasNº cruces

Nº total 200 112 63 40 25

Nº caras 112 63 40 25 11

Nº cruces 88 49 23 15 14

Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4 Etapa 5

gráfica inapropiada

Determinación del volumen de mezcla y de los volúmenes molares parciales de los componentes

de una disolución binaria no reactiva

∆MV = VR – Vi

Agua Metanol Agua y metanol MetanolCH3OH

H2O

Cálculo de los volúmenes molares parciales de los componentes A y B a partir del volumen de mezcla

∆MV

Cálculo de los volúmenes molares parciales de los componentes A y B a partir del volumen molar real

Vreal

Determinación de la variación de volúmenes molares de mezcla

y = 7,0174x4 - 16,091x3 + 16,264x2 - 7,2299x + 0,0216

R2 = 0,9744

-1,4000

-1,2000

-1,0000

-0,8000

-0,6000

-0,4000

-0,2000

0,0000

0,2000

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

x(B)

Vmr-

Vmi

Determinación de lavariación de volúmenesmolares de mezcla

Polinómica(Determinación de lavariación de volúmenesmolares de mezcla)

Cifras significativas y datos discrepantes

Gráfica muy aceptable

y = -2,7451x3 - 2,7238x2 + 25,583x + 18,036R2 = 1

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

fracción molar etanol, x2

Vrea

l

Determinación de volúmenes molares parciales

y = -2,0502x3 + 7,4845x2 + 34,888x + 17,998R2 = 1

0,0000

10,0000

20,0000

30,0000

40,0000

50,0000

60,0000

70,0000

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

x(B)

Vmr Determinación de volumenes

molares parcialesPolinómica (Determinación devolumenes molares parciales)

Gráficas muy aceptables

∆V- X

y = 5,9444x 2 - 5,2913x - 0,47R 2 = 0,8263

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

X etanol

∆V

Hay que fijar los puntos (x=0, y=0) y (x=1, y=0)

Gráfica buena tendencia

Claramente hay un dato discrepante

y = 4124,2x6 - 8497,9x5 + 6469,2x4 - 2219,9x3 + 326,75x2 - 14,109x - 0,74R2 = 0,6717

-2-1,8-1,6-1,4-1,2

-1-0,8-0,6-0,4-0,2

00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Fraccion Molar Etanol

∆M

V

¿Dónde está el sentido crítico de este alumno?

incremento de volumen molar

y = 191,31x6 - 351,6x5 + 140,16x4 + 67,878x3 - 61,19x2 + 13,868x - 0,4306

R2 = 0,6477

-2,500-2,000-1,500-1,000-0,5000,0000,5001,0001,500

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000

fracción molar etanol

AVm Serie1

Polinómica (Serie1)

Atención pregunta

representación gráficay = 36,61x3 - 120,69x2 + 83,943x + 0,2645

R2 = 0,9994

02468

1012141618

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

fracción molar de metanol

dife

renc

ia d

e vo

lúm

enes

y = 21,404e2,1232x

R2 = 0,9747

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5Volumen molar

y = 84,042x2 + 57,871x + 30,774R2 = 0,9985

30313233343536373839

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

Moles acetona

Volu

men

idea

l mez

cla

Error conceptualEl volumen molar de las sustancias puras es una constante

Error aceptableSin leyenda de ejes

Buena comparación con la bibliografía

Determinación de la constante de un indicador ácido-base mediante colorimetría

<< A cualquier temperatura dada, el valor de la expresión de acción de masas, para cualquier reacción en equilibrio es una constante que se

conoce como K constante de equilibrio >>

Naranja de metilo

Azul de bromotimol

Espectro Disoluciones a 50ºC

-0,2

0

0,20,4

0,6

0,8

1

350 390 430 470 510 550 590 630 670 710 750

λ (nm)

A

Ácida Básica T1 T2 T3 T4

Espectros del naranja de metilo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 200 400 600 800

longitud de onda

abso

rban

cias

pH=1,12

pH=5,91

pH=6,39

pH=6,8

pH=6,93

pH=7,07

Espectros del azul de bromotimol

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 200 400 600 800

longitud de onda

abso

rban

cias

pH=1,12

pH=5,91

pH=6,39

pH=6,8

pH=6,93

pH=7,07

pH=7,41

pH=12,74

Muy buen trabajo

-0,4000

-0,2000

0,0000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

0,0000 100,0000 200,0000 300,0000 400,0000 500,0000 600,0000 700,0000 800,0000

Longitud de onda

Abso

rban

cia

pH 6,04pH 6,31pH 6,58pH 6,78pH 6,94BásicaÁcida

Datos discrepantes

-0,1000

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,8000

0,9000

1,0000

0,0000 100,0000 200,0000 300,0000 400,0000 500,0000 600,0000 700,0000 800,0000

Longitud de onda

Abs

orba

ncia

Cifras significativas

-0,1000

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,0000 100,0000 200,0000 300,0000 400,0000 500,0000 600,0000 700,0000 800,0000

Longitud de Onda

Abs

orba

ncia

pH 6,11pH 6,42pH 6,72pH 6,98pH 7,14ÁcidaBásica

¿Dónde está el punto isosbéstico?

Errores, evaluación, tutorización

1er Método de cálculo

2º Método de cálculo

[ ][ ] ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−+=+=

−

min

maxloglogAA

AApK

HInInpKpH aa

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 5 10 15

pH

A

long ácidalong básica

Trabajo incompleto

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

8 8,75 9,5 10,25 11 11,75 12,5

pH

Abs

orba

ncia

Forma ácidaForma Básica

Buen análisis de datos discrepantes

Fenolftaleína

Obtención del pKy = 0,5483x + 9,0989R2 = 0,9959

8,28,48,68,8

99,29,49,6

-1,500 -1,000 -0,500 0,000 0,500 1,000

log(A/A)

pH

y = -0,0082x + 7,6784R2 = 0,0441

6,9

7

7,1

7,2

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

7,8

0 10 20 30 40 50

Serie1Lineal (Serie1)

¿Dónde está el sentido crítico de este alumno?

R2 = 0,0441

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0,685 0,69 0,695 0,7 0,705 0,71 0,715 0,72 0,725

Serie1Lineal (Serie1)Lineal (Serie1)

Estudio de los equilibrios químicos en disolución

• Expresiones obtenidas del estudio sistemático• El alumno no tiene que realizar cálculos tediosos• Ni representaciones tediosas• Es posible centrar la atención en la comprensión

de los equilibrios• Motivación adicional para el alumno• Disminuye la posibilidad de error

• Seminarios en aulas informáticas• Evaluación de ejercicios en formato electrónico

A favor desde un punto de vista didáctico

Equilibrios ácido-base

Diagramas de distribución de especies

Equilibrios de formación de complejos

Constantes condicionales

Áreas de predominancia en sistemas Redox

Solubilidad de hidróxidos con el pH

•Análisis cuantitativo:•Valoraciones•Colorimetría

Valoraciones ácido-base (1)

Valoración de ácido acético con hidróxido sódico

Valoraciones ácido-base (2)

Colorimetría: Determinación de Cu2+

¿Dónde está el calculo de ε?

[Cu(H2O)2(NH3)4]2+

Construcción deficiente de las escalas

Conclusiones

• Herramienta más• Sencilla y eficaz• Facilita entornos activos• Permite tutorización• Permite evaluación• Versátil• Atractiva para el alumno

Proyecto Tuning: Educational Structures in Europe. Disponible en la dirección de Internet http://tuning.unideusto.org/tuningeu/Libro blanco del título de grado. Disponible en la dirección de Internet http://www.aneca.es/activin/activin_conver_LLBB.aspJ. Martínez. Cinética química: análisis de una experiencia práctica en el aula. Didáctica de la Química y Vida Cotidiana. Editor: Gabriel Pinto. Madrid, 2003A. Narros, M.M. de la Fuente, M.I. del Peso Empleo de Excel para el estudio de los equilibrios químicos en disolución y sus aplicaciones. Didáctica de la Física y la Química en los distintos niveles educativos. Editor: Gabriel Pinto, Madrid 20051. D.C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, 2ª Ed, Reverté, Barcelona, 20012. D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler y S.R. Crouch, Química Analítica,7 ª Ed., Mc Graw-Hill, Mexico, 20013. R.de Levie, How to use Excel in Analytical Chemistry, Cambridge University Press, 20014. S.R. Crouch y F.J. Holler, Applications of Microsoft Excel in Analytical Chemistry, Thomson Brooks-Cole, 2004

Obras citadas

Muchas gracias