Introducción y contextualización

Las prácticas experimentales son fundamentales en el proceso de aprendizaje de los estudiantes, ya que proporcionan experiencias directas que enriquecen y complementan la teoría académica. Según Castillo et al. (2013), al involucrar a los estudiantes en la observación de fenómenos y en la manipulación de variables, se facilita una comprensión profunda de los conceptos científicos. Este tipo de interacción permite un aprendizaje significativo y duradero, esencial para la resolución de problemas.

En la educación contemporánea, los programas de estudio han sido reestructurados para centrar a los estudiantes como protagonistas de su aprendizaje. Esto ha dado lugar a la adopción de metodologías como el Aprendizaje Basado en Problemas (ABP), que promueve el desarrollo de habilidades de pensamiento científico, reflexivo y creativo (Julca-Asto y Duran-Llaro, 2022; Hernández et al., 2024). El ABP se apoya en el entrenamiento cognitivo para la resolución de problemas y en un diseño curricular adaptado a la realidad del estudiante (Morales y Landa, 2004; Santillán Campos, 2006).

En el área de química del bachillerato general, las prácticas experimentales son esenciales, aunque la enseñanza presencial enfrenta desafíos como la falta de tiempo y recursos (Espinoza-Ríos et al., 2016). Para mitigar estas limitaciones, se han desarrollado herramientas digitales como los simuladores. La plataforma PhET, creada por la Universidad de Colorado, ha sido una de las más utilizadas para la enseñanza de fenómenos químicos, permitiendo a los estudiantes experimentar con simulaciones interactivas (Carrión-Paredes et al., 2020). Aunque los simuladores no replican completamente las condiciones reales, su efectividad radica en que promueven la resolución de problemas y la aplicación de habilidades científicas en contextos similares a los del mundo real (Delgado Pérez et al., 2021; Cobián Aguayo y Alcaraz González, 2024).

Un reto en la enseñanza experimental es la formulación de secuencias didácticas que no se limiten a demostraciones, sino que favorezcan el desarrollo de habilidades y una comprensión profunda de los fenómenos (Salinas V. y Pérez J., 2023). En este sentido, es fundamental integrar experiencias que combinen conocimientos teóricos y prácticos para abordar problemas significativos.

Dentro de este contexto, la Secretaría de Educación Pública (SEP) incluyó la asignatura "Temas Selectos de Química 1" (TSQ1) en el plan de estudios del bachillerato general, específicamente en el quinto semestre. Este curso tiene como objetivo que los estudiantes identifiquen y comprendan las características de los gases y sus leyes, aplicando estos conocimientos en contextos cotidianos e industriales (SEP, 2013). En particular, el bloque 1 de la asignatura se enfoca en los gases ideales y sus leyes, destacando la ley de Gay-Lussac, que establece que la presión de un gas, a volumen constante, es proporcional a su temperatura absoluta (Martínez-Reina y Amado-González, 2016).

Este bloque no solo aborda los aspectos teóricos, sino que fomenta el trabajo colaborativo y la aplicación práctica del conocimiento. La implementación de simulaciones interactivas con el simulador PhET, por ejemplo, permite a los estudiantes relacionar las variables de estado con las características de los gases y aplicar las leyes de los gases para la resolución de problemas (Carrión-Paredes et al., 2020). Un ejemplo concreto es el análisis de la ley de Gay-Lussac en situaciones reales, como la relación entre la temperatura pulmonar y la presión de los gases inhalados o el aumento de presión en los neumáticos por la exposición al calor del asfalto (UNAM, Facultad de Medicina, 2019; Valencia, 2019).

Esta experiencia didáctica, basada en el uso de simulaciones digitales, tiene como objetivo que los estudiantes de bachillerato general presencial comprendan la Ley de Gay-Lussac a través de su aplicación en un problema específico. Además, se propone su implementación en bachilleratos a distancia como una opción viable para facilitar el aprendizaje de este tema.

Descripción de la secuencia didáctica

Durante el mes de agosto del periodo 2023-1, en el bachillerato general Colegió de Ciencias y Letras de Tepic Campus Bonaterra (CCLT campus Bonaterra), localizado en Tepic, Nayarit se abordaron en TSQ1 conocimientos teóricos y ejercicios de cálculo sobre la ley de Gay-Lussac con el fin de tener un acercamiento e identificar conceptos fundamentales del tema. Más tarde, en el mes de septiembre se implementó la secuencia didáctica que fue desarrollada en dos grupos; A y B, con 28 y 30 estudiantes; que cursaban el quinto semestre en el bachillerato de químicos-biológicos y físicos-matemáticos respectivamente.

Primero, se informó a los estudiantes de que realizarían la práctica titulada "Reconocimiento de la Ley de Gay-Lussac". Para esto, se formaron siete equipos de cuatro a cinco estudiantes en cada salón, utilizando la técnica de numeración. Esta técnica consiste en asignar un número del uno al cinco a cada estudiante y luego agrupar a aquellos con el mismo número, asegurando la formación de equipos homogéneos. A continuación, se les explicó a los alumnos que utilizarían el simulador PhET: “Propiedades de los Gases” (Rouinfar et al., 2023), en el cual, una vez definido el valor para la cantidad de sustancia (partículas) y volumen (cm³), se empieza a hacer una variación en la temperatura (K), que permitirá determinar la presión correspondiente (atm) en el recipiente (Rouinfar et al., 2024). Con los datos obtenidos y analizados, los estudiantes podrán reconocer la Ley de Gay-Lussac en un problema específico; por lo que se plantea la secuencia didáctica de la tabla 1, que es el objeto principal de este artículo. Es importante señalar que, en la primera sesión de cada semana, el docente proporcionaba las instrucciones detalladas en la Tabla 1. Los equipos de alumnos debían completar cada etapa de forma remota a lo largo de la semana y entregar sus resultados digitalmente.

Análisis de conocimientos, competencias y habilidades previas requeridas para la ejecución de la secuencia didáctica

La secuencia didáctica se dividió en cuatro etapas, donde los estudiantes: 1) identificaron las partes del simulador y los datos del problema, 2) Obtuvieron y registraron la presión del gas al cambiar su temperatura mediante la simulación, 3) Construyeron el gráfico usando los datos de la simulación y señalaron el coeficiente de determinación (R cuadrada) y 4) Análisis de datos y gráfico con la ley de Gay-Lussac para dar respuesta si se cumple con el objeto de estudio.

En cada una de las etapas, se requiere la articulación de conocimientos previos de varias asignaturas entre ellos: Química 1 donde se revisan teóricamente conceptos de los estados de agregación de la materia (SEP, 2012), Física 1 en la cual se aborda la cuantificación y medición de sucesos (SEP, 2012), Tecnología de la información y comunicación 1 (TICS 1) se desempeña la destreza con el procesador tanto de texto y de información, y presentación electrónica (SEP, 2018) y Matemáticas 1 la cual aborda cálculos básicos y funciones (SEP, 2017). De igual forma se debe tener precedente en la asignatura de TSQ1 en particular con el tema de Gay-Lussac (SEP 2013; Martínez-Reina y Amado-González, 2016) que es el tema del presente trabajo.

Análisis de los productos obtenidos con la secuencia didáctica

La secuencia didáctica fue desarrollada en el semestre 2023-1 en el mes de septiembre, con dos grupos de estudiantes (A y B). Los cuales propusieron que al gas confinado (600 partículas pesadas) se le aumentará 50 K en cada cambio de temperatura para conocer su presión (atm) correspondiente (Tabla 2), esto mediante las indicaciones que se presentan en la secuencia didáctica y fuentes de apoyo.

La recta que representa el comportamiento de los datos obtenidos por la simulación se llama isovolumétrica o isocora y tiene el valor de y=0.2347x-0.5914, que presenta un coeficiente de correlación de 1 (Figura 1), que en términos generales es lo ideal, esto debido a que se utilizó un simulador controlado. Asimismo, el valor de la pendiente corresponde a la constante de proporcionalidad de la ley de Gay Lussac en cada lectura; K = P/T. De acuerdo con los resultados planteados, se reconoce en los trabajos de los estudiantes que el problema cumple o sigue con la ley de Gay-Lussac.

Figura 1. Gráfico de ley de Gay-Lussac usando los datos de simulación

Uno de los productos desarrollados en la Tabla 1 por los estudiantes mediante la secuencia didáctica se encuentra disponible en el material de apoyo titulado “Anexo 4_Etapa 4”. Estos fueron valorados por el docente a cargo de la asignatura utilizando el instrumento de evaluación que se encuentran en el material de apoyo nombrado Anexo 1.

Es importante destacar que, en todos los trabajos de los alumnos, se reconoce en la conclusión dos aspectos clave: 1) la identificación de la ley de Gay-Lussac a un problema específico mediante el uso del simulador, y 2) el reconocimiento del simulador como una herramienta motivadora que facilita el aprendizaje.

Desde la perspectiva docente, se observó un aumento en las calificaciones de los estudiantes entre la primera y la segunda evaluación mensual. En la primera evaluación, que incluyó teoría y ejercicios prácticos, el promedio de calificaciones fue de 7.0±0.2 en el grupo A y 7.5±0.6 en el grupo B. Sin embargo, en la segunda evaluación, que integró esta secuencia didáctica, los promedios aumentaron a 8.6±0.4 en el grupo A y 9.5±0.3 en el grupo B. Este incremento en las calificaciones puede atribuirse a que, como señalaron los estudiantes en sus trabajos, la práctica fue motivadora y desafiante. Además, López Guerrero et al. (2018) destacan en su investigación que el uso de nuevas metodologías basadas en TICS es más efectivo que la enseñanza convencional, lo que podría explicar la mejora en las calificaciones de los estudiantes.

Aprendizajes adquiridos con la implementación de la secuencia didáctica

Los aprendizajes establecidos en la secuencia didáctica se cumplieron, debido a que esta no solo incluía actividades teóricas sino también de problemas prácticos específicos que motiva y está dentro del alcance de los estudiantes, todo esto mediante la simulación virtual, lo cual provoca alcanzar un nivel cognitivo más elevado, ya que los estudiantes no solo requieren de comprender los fundamentos teóricos de la ley de Gay-Lussac, sino también el desarrollo del pensamiento crítico el cual involucra un análisis del problema, con el fin de darle solución haciendo uso de sus recursos mediante el apoyo docente (Carrión-Paredes et al., 2020; Delgado Pérez et al., 2021).

Al trabajar con la secuencia didáctica se observó por parte del docente mediante la observación que los estudiantes desarrollaron puntos del diseño curricular entre los que señala Santillán Campos (2016): toman la responsabilidad de aprender y crear alianzas entre alumnos y profesor (aprendizaje multidireccional); son vistos como sujetos que pueden aprender por cuenta propia; trabajan en equipos para resolver problemas relacionándose entre sí y con los docentes; localizan recursos; participan activamente en la resolución del problema; identifican necesidades de aprendizaje, investigan, aprenden, aplican y resuelven problemas; evalúan su propio proceso, así como los demás miembros del equipo y de todo el grupo.

Conclusiones

La implementación de una secuencia didáctica a distancia centrada en la Ley de Gay-Lussac mediante el uso del simulador PhET ha demostrado ser una estrategia eficaz para la enseñanza en la asignatura de TSQ 1 en el Bachillerato General Presencial del CCLT campus Bonaterra. A pesar de las limitaciones de tiempo y recursos en las instituciones educativas, las simulaciones interactivas han permitido a los estudiantes visualizar y experimentar fenómenos químicos en tiempo real, complementando la teoría con experiencias prácticas. Este ABP utilizó una metodología que no solo ha facilitado la comprensión teórica, sino que también ha desempeño el desarrollo de habilidades de resolución de problemas y pensamiento crítico. Todos los estudiantes lograron reconocer la ley de Gay-Lussac en el problema especificado y se identificó de forma visual una mejora en su rendimiento académico, por sus evaluaciones mensuales. La utilización de herramientas digitales como PhET ha permitido una adaptación efectiva a los retos de la enseñanza, proporcionando una experiencia educativa enriquecedora que fomenta la autonomía, la colaboración y el aprendizaje. Además, esta herramienta es versátil y puede emplearse tanto en bachilleratos presenciales como en modalidades a distancia.