Los orbitales en la educación química: un análisis mediante su representación gráfica

La constitución atómica de la materia está en la base de la química. Saber cómo se unen y cómo se separan los átomos es tener la clave de las transformaciones de la materia, que son el objeto de esta ciencia. Tendemos a imaginarnos a los átomos como pequeñas partículas, como bolitas, pero desde los años 1930 sabemos que no se puede entender su comportamiento microscópico mediante la física clásica. La mejor teoría que tenemos para este dominio es la mecánica cuántica, pero en ella la descripción más fundamental y completa de los sistemas no es a través de las variables clásicas, propias de las partículas, como la posición y el momento, sino de la función de onda. La función de onda es un objeto matemático que contiene toda la información del sistema. Sin embargo, ni extraer esa información ni interpretarla es sencillo, lo que supone una serie de problemas. Por ejemplo, casi noventa años después de su nacimiento la teoría cuántica apenas está presente en la enseñanza secundaria. Y el problema no afecta sólo al ámbito educativo. Por ejemplo, la química había desarrollado desde mediados del siglo XIX la teoría estructural, de enorme poder explicativo, que los químicos siguen empleando hoy en día. Además, si la función de onda de una partícula es un objeto extraño, la de un sistema de varias, como una molécula es, además, difícil de tratar matemáticamente. Pero la química necesitaba acceder a la estructura microscópica y a la reactividad de las moléculas... Mucho antes de que el avance de la computación pusiera a disposición de los químicos herramientas para resolver por la fuerza sus problemas, ya habían desarrollado modelos para incorporar la mecánica cuántica de forma relativamente sencilla a su arsenal y en esos modelos los protagonistas eran un tipo especial de funciones de onda, los orbitales. Los orbitales son funciones de onda de una sola partícula y por tanto mucho más sencillas de calcular e interpretar que las de los sistemas complejos. A cambio, no dan cuenta de todas las complejidades de una molécula, por ejemplo de las interacciones entre sus electrones. La química es una ciencia capaz de utilizar simultáneamente varios modelos diferentes e incluso contradictorios para cubrir su territorio y eso es lo que hizo, de más de una manera, con los orbitales, de origen cuántico, la teoría estructural clásica y los modelos semiclásicos del enlace a través de pares de electrones localizados. El resultado es un modelo híbrido y difícil de definir, pero eficaz, versátil, intuitivo, visualizable... y limitado, que se puede introducir incluso en niveles preuniversitarios. A pesar de eso, la enseñanza de los modelos cuánticos sigue siendo problemática. A los alumnos les resultan complicados y muchos expertos creen además que los confunden y mezclan con los clásicos. Se trata, pues de un problema abierto. Esta tesis tiene el propósito de dilucidar el papel de los orbitales en la educación química analizando casos de uso de sus representaciones gráficas, que son muy importantes en toda la química y aún más en estos modelos, que tienen un fuerte componente visual, analógico y metafórico. Los resultados de los análisis muestran una notable coherencia de uso de las imágenes de orbitales en enseñanza e investigación: En química los orbitales no son únicamente funciones matemáticas que se extienden por toda la molécula, sino también contenedores de electrones localizados que interaccionan por proximidad con transferencia de electrones Muchas veces estos modelos intuitivos se utilizan después de los cálculos cuánticos para interpretar los resultados en términos próximos a la química estructural. Aquí está la principal diferencia con los usos educativos: en la enseñanza, especialmente la introductoria, el modelo intuitivo tiende a ser el único que se usa.

Estudio sobre la representación espontánea de los problemas de multiplicar.

Observar el grado de asimilación del concepto de la multiplicación adquirido mediante los sistemas de enseñanza tradicionales, exceptuando en segundo de EGB. Deducir, de ahí, si la adquisición es buena y en qué cursos está mejor asimilado el concepto o si por el contrario solamente se ha adquirido un hábito mecánico. La hipótesis es la siguiente: si todos los niños que resuelven correctamente los problemas que implican alguna multiplicación comprenden el significado de dichas operaciones, entonces sabrán encontrar otra forma de representar dichos problemas. 60 niños entre siete y diez u once años, sin discriminación de sexo y cursando segundo, tercero, cuarto y quinto curso de EGB en el Colegio Público Cardenal Despuig; es decir, cuatro grupos de 15 sujetos cada uno. Todos ellos con calificaciones entre suficiente y bien en el área de matemáticas, exceptuando a los de segundo, a los que se les ha aplicado la metodología operatoria en vez de la tradicional pero sólo durante el segundo trimestre, por lo que se escoge a los más aventajados, es decir, a los calificados con notables y sobresalientes. Corresponden según Piaget a la etapa de las operaciones concretas. Se analiza en primer lugar la teoría de Piaget, haciendo referencia a los conceptos fundamentales de la psicología genética y a los estadios evolutivos. Se profundiza en el de las operaciones concretas, analizando como trata este estadio el tema de las matemáticas. Seguidamente se analiza la evolución histórica de la enseñanza de las matemáticas, revisando la metodología utilizada. Por último, se observa la manera de tratar el tema de la multiplicación en los libros de texto. Desde un marco experimental se realiza un estudio sobre la metodología empleada en la enseñanza de las matemáticas: tradicional, con memorización de tablas y ejercicios prácticos, o bien operacional, de manera activa y en contacto con la realidad. Prueba escrita individual con cinco cuestiones a resolver de manera gráfica utilizando dibujos, palitos, bolas, etc. Posteriormente, la resolución se realiza de la manera habitual en clase, es decir, con operaciones numéricas. El método utilizado es un híbrido entre la metodología clínica de Piaget y la representación gráfica del IMIPAE de Barcelona. No interesa analizar cuántos niños han realizado la tarea ni como lo han hecho; lo que se pretende es estudiar cuáles han sido los errores y porque se han cometido. Por este motivo los datos se han clasificado en aciertos cuando había buena solución del problema, en error de procedimiento cuando no se planteaba bien el problema y en error de cálculo. Por otra parte, se ha realizado un análisis de la forma espontánea que los niños han encontrado para resolver el problema de forma gráfica. La matemática, que es considerada como el instrumento más apto para ejercitar el razonamiento, no es presentada al niño como un objeto de reflexión que sirva para una construcción intelectual, sino como un modelo terminado que debe retener en la memoria; la individualidad, originalidad, creatividad, etc., están rechazadas de plano, siempre se espera que el niño reaccione de una manera prevista. La adquisición mecánica de los contenidos provoca la asimilación deformante de los mismos sin que se dé lugar a la acomodación y, por tanto, a una restructuración que favorezca los procesos operatorios del pensamiento. Es necesario cambiar la metodología y respetar la evolución del niño; éste ha de saber el porqué de los números y de las operaciones matemáticas, y disfrutar de una mayor autonomía en la adquisición de conocimientos. La multiplicación, en todos los niveles, apenas se ha captado en su esencia. La representación gráfica nos muestra que el niño no es capaz de generar de forma inmediata la representación aritmética fuera del contexto escolar. Muchos niños no saben que sólo se pueden sumar elementos iguales. Las calificaciones en esta área no coinciden con la conducta medida. Aún en quinto no se ha adquirido o se ha adquirido insuficientemente el concepto de multiplicación. La resolución de problemas se realiza de manera rutinaria, mecánica, sin comprensión; sin embargo, los alumnos de segundo, por la metodología operatoria, están acostumbrados a experimentar con la realidad y sí han sabido generalizar a un contexto desconocido. El psicólogo escolar, al conocer la realidad psíquica del alumno y su momento evolutivo, puede marcar las pautas adecuadas y trabajar periódicamente en colaboración con los maestros. Así se podrán recopilar y analizar las conductas que manifiestan los niños para así posibilitar aprendizajes que representen un descubrimiento y una construcción por parte del niño, orientando la actividad hacia un comportamiento asimilado, acomodado y relacionado con los demás conocimientos. Este estudio es introductorio. Al tratar con una muestra no representativa no se pueden generalizar los resultados.

Aprender a enseñar, modos de representación y número racional.

Análisis de del proceso de resolución de problemas sobre fracciones y números racionales en escolares de primaria y su relación con la representación gráfica de los problemas. Uso de teoría de Hiebert como esquema analítico para interpretar los datos. Presentación de las dificultades en torno a la conexión de los referentes concretos con los procesos de obtención de fracciones equivalentes.Discusión de su implicación en el proceso recursivo de la comprensión matemática. Muestra de algunas implicaciones en relación a la formación de profesores y a la forma de abordar futuras investigaciones.

Análisis de las metáforas utilizadas en un proceso de instrucción sobre representación de gráficas funcionales.

Se estudia la enseñanza de la representación gráfica de funciones. Se analiza la utilidad del uso de metáforas en el proceso de aprendizaje. Se estudian las relaciones profesor-alumno a lo largo de varias unidades didácticas. Se intenta dar explicación a los fenómenos de interacción que se produce entre docentes y alumnos. Todo el estudio está basado en la aplicación de las teorías de sobre funciones de Godino, Contreras y Font así como de Lakoff y Núñez.

Representación semilogarítmica de las curvas de valoración ácido-base.

Desarrollo de la práctica de representación gráfica semilogarítmica de las curvas de valoración ácido-base, para determinar el pH de una valoración en función del volumen de base o ácido añadido, las fases del proceso, y además, iniciar a los alumnos en la programación de sus calculadoras de bolsillo para los fenómenos físico-químicos.

Representación mental de los números.

La finalidad de este trabajo es el aprendizaje de la seriación numérica y del concepto de número del uno al cinco. En este proceso intervienen tres elementos: distinción del número de unidades que forma el conjunto, nombre con se le designa, su representación gráfica. Es, fundamental que el niño llegue a distinguir, por medio de la observación, las distintas agrupaciones por las unidades que las constituyen. Una vez adquirida la noción de número se realizan ejercicios para reforzar los conceptos.

Representación de arquitectura, un arma de doble filo

Análisis de las formas de representación gráfica y composición aplicadas en los concursos de arquitectura.

Herramienta para la representación 3D, usando WebGL, de clusters de supercomputación

Este Trabajo de Fin de Grado constituye el primero en una línea de Trabajos con un objetivo común: la creación de una aplicación o conjunto de aplicaciones que apoye a la administración de un cluster de supercomputación mediante una representación en tres dimensiones del mismo accesible desde un navegador. Esta aplicación deberá ser de fácil manejo para el personal que haga uso de ella, que recibirá información procedente de distintas fuentes sobre el estado de cada uno de los dispositivos del cluster. Concretamente, este primer Trabajo se centra en la representación gráfica del cluster mediante WebGL, el estándar para renderizado 3D en navegadores basado en OpenGL, tomando como modelo de desarrollo el SCBI (Centro de Supercomputación y Bioinnovación) de la Universidad de Málaga. Para ello, se apoyará en la creación de una herramienta con la que describir texualmente de forma intuitiva los elementos de una sala de supercomputadores y los datos asociados a los mismos. Esta descripción será modificable para adaptarse a las necesidades del administrador de los datos.

Determinación del brillo de negatoscopios con un modelo lambertiano

Resumen: En este trabajo se propone un método experimental simple para medir indirectamente la luminancia de una región circular en el centro de la superficie de diagnóstico de un negatoscopio. La determinación de la luminancia se hace a partir de mediciones de iluminación realizadas con un luxómetro en un cuarto oscuro y a una distancia fija de la superficie luminosa. La hipótesis fundamental del modelo teórico empleado es que la superficie del negatoscopio, en el centro del mismo, obedece la Ley de Lambert. El alto valor del coeficiente de correlación, 0.9998, calculado para los datos experimentales en la representación gráfica lineal elegida, señala que la superficie del negatoscopio se comporta como lambertiana con gran aproximación. El procedimiento empleado, además, permite determinar la luminancia con una incerteza relativa del orden del 2%. En suma, el método prueba ser eficiente y económico para el control de calidad de los negatoscopios empleados actualmente en muchos centros de salud de la región.

Medidas radioeléctricas en el interior de edificios.

[ES]En este Trabajo de Fin de Grado se ha realizado una campaña de medidas basada en el cálculo de las pérdidas de propagación en interiores, para la frecuencia de 2 GHz, usada en sistemas móviles. Se han estudiado enlaces de 1 a 80 metros, realizando medidas a lo largo de la planta 4 del edificio B de la Escuela desde diferentes puntos. También se realiza un modelo de propagación completando el trabajo con la medida de las pérdidas de inserción introducidas por materiales y elementos usados en el interior de la Universidad. Para observar adecuadamente el trabajo se realiza una representación gráfica de los resultados obtenidos. Por último utilizando un software se modela el entorno físico de la planta y se comparan los resultados teóricos obtenidos con el caso práctico realizado.

[Compendio de propuestas de imagen gráfico-corporativa para unidades de producción de los beneficiarios del proyecto].

41 hojas : ilustraciones, fotografías.

Propuesta taller para introducir el trabajo con sucesiones

En esta propuesta queremos dar a conocer un taller que consideramos fiable, para ser puesto en el aula de clase y puesto a prueba en el área escolar, especialmente en bachillerato en el área de matemáticas; donde el niño se enfrentará al descubrimiento por sí solo de lo que sucede en una figura y a partir de regularidades, patrones; pueda expresar lo que encuentra desde la representación gráfica y tabular para llegar a la representación algebraica y a el significado y esencia del concepto de sucesión. Esta propuesta busca a través de figuras espiraladas introducir el trabajo con sucesiones donde se le propone al estudiante enfrentarse a una situación (observación de las figuras espiraladas) donde a partir de lo que ve: identifique, analice y deduzca el comportamiento de lo que sucede y pueda llevar esto a un lenguaje verbal y escrito con ayuda de representaciones gráficas y tabulares que le ayudarán a establecer regularidades y que permitirán dar sentido a lo que sucede con las figuras espiraladas.

Deficiencias en el trazado de gráficas de funciones en estudiantes de bachillerato

Este trabajo trata sobre el concepto de función, básico en el Análisis Matemático, y, en particular, su representación gráfica. Nos centramos en aspectos relacionados con la forma; es decir, el trazado de dicha representación. Analizamos las representaciones gráficas de funciones existentes en los cuadernos de matemáticas de estudiantes de varias aulas de 1º de Bachillerato. Encontramos deficiencias en el trazado de gráficas que se repiten en un alto número de estudiantes, relacionadas con los conceptos de función y asíntota, con el uso de las escalas en los ejes del diagrama cartesiano y con las características de algunas funciones. Además, discutimos sobre las limitaciones técnicas y las dificultades didácticas y cognitivas que pueden dar lugar a su aparición y hacemos algunas recomendaciones didácticas al respecto.

La complejidad del aprendizaje de los conceptos figúrales, el caso de los puntos

Consideramos en este trabajo la necesidad de observar el proceso a través del cual los estudiantes enajenan las propiedades conceptuales de la representación gráfica y sus componentes figurales. Propusimos a 149 estudiantes de bachillerato, un cuestionario en el que se solicita localizar puntos con base en propiedades relacionadas en sus ordenadas y sus abscisas; habiendo constatado que los estudiantes localizan puntos sobre el plano bajo las normas analíticas, les proponemos identificar los puntos de una gráfica que tienen mayor ordenada o abscisa que los demás. En particular, deseamos saber, cuáles consideran nuestros estudiantes que son los “puntos” sobre la gráfica, las marcas colocadas al inicio y al final de la gráfica en forma de pequeños círculos, o el rasgo determinado por su posición definida.

Transformaciones básicas de las funciones

En el desarrollo de esta actividad se discute cómo se transforma una función, de la cual se conoce su representación gráfica y no su representación algebraica. La actividad consiste en un estudio de la gráfica de una función prototipo totalmente descontextualizada. Se propone la composición de funciones, operaciones entre gráficas y su relación con algunas formas analíticas asociadas al variar algunos de sus parámetros, para mirar el comportamiento global tanto de la función compuesta, como de la familia de funciones resultantes; que permita relacionar la representación gráfica de una función compuesta con las funciones que la componen y explorar patrones en las familias de éstas y así poder predecir el comportamiento de una función cualquiera bajo este tipo de transformaciones.