DE ANIVERSARIO

La enseñanza de la química.Tercera parte. Evaluación de losconocimientos de química desdesecundaria hasta licenciaturaJosé Antonio Chamizo, Elizabeth Nieto, Plinio Sosa*

AbstractBy way of diagnostic, it is informed with some com-ments, the results of chemistry teachers training inMexico, through recent results of diverse sources: 1. Students’ qualifications (at level of secondary)

whose professors are in Magisterial Career. 2. Qualifications of students that enter to the high

school (results of the CENEVAL, National Cen-ter of Evaluation for the Superior Education)

3. Teachers qualification’s of the National Programfor the Permanent Upgrade of Teachers.

Additionally two new teachers training programs arepresented: a) The science in your school of the Mexican Academy

of Sciences for primary and secondary teachers. b) The Graduate of Chemistry of the National Uni-

versity of Mexico, for high school teachers.

ResumenEn diferentes lugares del país, cerca de 2500 alum-nos, con estudios concluidos de primaria, secunda-ria, bachillerato y licenciatura respondieron un cues-tionario de química construido alrededor de lossiguientes conceptos: mezcla, aire, vacío, compues-to, elemento, evaporación, átomo, protón, neutrón,electrón y fórmula química. Esta prueba de ‘‘crite-rio’’, retoma preguntas, que siendo de nivel preuni-versitario, se habían aplicado en exámenes de diag-nóstico y de admisión a la licenciatura y al posgradoen química de la UNAM. De los resultados obtenidosse identifica que: 1. Únicamente al concluir una carrera de química

los alumnos, en promedio, responden de mane-ra que podría identificarse como aprobatoria(55% de respuestas correctas).

2. El paso por la secundaria significó para los alum-nos una muy breve adquisición de conocimien-tos de química (13% de respuestas correctas al

término de la primaria contra 19% al finalizar lasecundaria), a pesar de que estos temas formanparte explícita del currículo de la misma.

3. El cursar el bachillerato incrementó la cantidadde conocimientos de química, con respecto a lasecundaria en una proporción importante, aun-que de hecho cuando la cantidad de estos cono-cimientos se compara, en promedio contra elcriterio, el resultado está muy lejos de ser satis-factorio. Solo dos de las cinco preguntas comu-nes a todos los niveles son contestadas correcta-mente por una mayoría de estudiantes.

Adicionalmente se presentan dos nuevos pro-gramas para la formación de profesores:

a) La ciencia en tu escuela de la Academia Mexicanade Ciencias para profesores de primaria y secun-daria

b) El Diplomado de Química de la UNAM, paraprofesores de bachillerato.

AntecedentesEn la primera de esta serie de investigaciones infor-mamos los resultados que, a nivel nacional, tuvieroncerca de 7,000 personas en su respuesta a un cues-tionario que denominamos quimiómetro (Tirado,2001). Dicho instrumento (calibrado para reconocerla cantidad de conocimientos de química obtenidosa nivel básico, es decir, el que corresponde en Mé-xico hasta tercero de secundaria) indicó graves ca-rencias en la población examinada (alumnos desdesecundaria hasta nivel profesional de diversas carre-ras). Posteriormente nos avocamos a explorar losconocimientos de química de un grupo muy especí-fico e inequívocamente interesado y conocedor deltema: los candidatos a ingresar al posgrado de quí-mica de la UNAM. Los resultados obtenidos mostra-ron nuevamente una carencia relevante en conoci-mientos básicos de química (Chamizo, 2002). En estetrabajo informamos el primer estudio transversal deconocimientos de química desde la secundaria hastael final de la licenciatura.

Continuamos los ochonúmeros de la revista conartículos invitados paracelebrar el décimo quintoaniversario de EducaciónQuímica. El tema de este primernúmero es el de ‘‘formación deprofesores’’.

*Facultad de Química, UNAM, 04510 México, D.F.Correo electrónico: jchamizo@servidor.unam.mx,plinio@servidor.unam.mx y liz@servidor.unam.mx

1 Educación Química 15[2]

MetodologíaInicialmente nos dimos a la tarea de reconocer quéconocimientos de química son requeridos a los alum-nos al término de la secundaria, del bachillerato ydel nivel profesional. Compleja y arbitraria comopuede ser esta selección, identificamos cuatro gran-des temas presentes en todos los currículos y que anuestro parecer están integrados por conceptos fun-damentales:

1. Mezcla, compuesto, elemento.2. Átomo, protón, neutrón, electrón.3. Fórmulas químicas, lenguaje.4. Vacío, partículas, gases, líquidos, evapora-

ción.

Estos temas permitieron identificar preguntas deevaluaciones previas, como del examen de diagnós-tico de la Facultad de Química (instrumento estan-darizado de 100 preguntas de opción múltiple apli-cado a todos los estudiantes de nuevo ingreso de laFacultad desde hace al menos 13 años) y del examende admisión al posgrado en Química de la UNAM(la parte de conocimientos básicos del mismo, igual-mente en modalidad de opción múltiple). Con estas pre-guntas y muchas otras identificadas de manera ad hocpara la investigación construimos una nueva versióndel quimiómetro (al cual llamamos quimiómetro 2) el cualfue contestado por alumnos de secundaria y primerode bachillerato de diferentes lugares del país (Cha-mizo, 2003).

Con los primeros resultados obtenidos, modifi-camos el examen de diagnóstico a la Facultad deQuímica y el de admisión al posgrado de la UNAMincorporando dos de las preguntas del quimiómetro 2que consideraban los temas anteriores a través dereactivos construidos alrededor del modelo cinéticomolecular. Estos nuevos instrumentos fueron con-testados en el año 2003 por 895 alumnos de nuevoingreso a la Facultad de Química y por 88 aspirantesa los posgrados de química y de enseñanza de laciencias (estos últimos, profesores del bachillerato enactivo).

Tenemos así resultados de diversas pruebas. Cin-co preguntas del quimiómetro 2 formaron parte de dosevaluaciones tanto de licenciatura como de posgra-do. En un primer tiempo se compartieron tres deellas y en una evaluación posterior se utilizaron otrasdos. Con las respuestas a estas cinco preguntas serealizará el estudio transversal de conocimientos dequímica que por su naturaleza corresponde a unaevaluación referida a criterio. La información prove-

niente de los exámenes se procesó a través del Itemand Test Analysis Program, versión 3.5.

Discusión y resultadosEn diferentes lugares del país y en diferentes niveleseducativos (tabla 1) 460 estudiantes contestaron lasmismas cinco preguntas de entre muchas otras (tabla 2).De estas cinco preguntas, tres de ellas fueron contes-tadas además por los alumnos que en el año 2002ingresaron a la Facultad de Química y por los can-didatos al Posgrado de Química de la UNAM. Lasotras dos preguntas fueron contestadas por un grupoequivalente a lo largo del año 2003.

Estas preguntas al formar parte del examen deadmisión de posgrado indican el nivel de conoci-miento de alumnos que concluyeron una carrera dequímica. Los alumnos que aprueban este exameningresan al posgrado de química de la UNAM. Através del examen de diagnóstico de la Facultad deQuímica de la UNAM se identifican los saberesde química de los alumnos que provienen de bachi-llerato y que les permite ubicarse en grupos especí-ficos (por ejemplo aquellos que tienen bajos resul-tados son invitados a tomar un curso especial que lesdebe permitir subsanar sus limitaciones). Los es-tudiantes de primer año de bachillerato (en sus dife-rentes modalidades, CONALEP, CBTIS, Prepara-toria y CCH) reflejan los conocimientos de lasecundaria, mientras que los de primero de secunda-ria, los de la primaria. Las respuestas de estos últimospermiten ubicar el nivel inferior de conocimientosde química que se encuentra muy cerca al azar.

En la tabla 3 se reportan los resultados obteni-dos. Antes de pasar al análisis de cada pregunta se

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Tabla 1. Número y lugar donde los alumnos contestaron el instrumento

Niveleducativoevaluado

Población(año de

aplicación)

Origen Preguntascontestadas

Primaria 299(2002)

Aguascalientes (dos grupo)Baja California (dos grupos)Distrito Federal (un grupo)Querétaro (dos grupos)Sonora (un grupo)

1, 2, 3, 4, 5

Secundaria 161(2002)

Aguascalientes (dos grupos)Distrito Federal (un grupo)Sonora (dos grupo)

1, 2, 3, 4, 5

Bachillerato 868 (2002)948 (2003)

Distrito FederalDistrito Federal

1, 2, 34.5

Licenciatura 111(2002)88 (2003)

Distrito FederalDistrito Federal

1, 2, 34,5

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puede observar de manera general, y con todas lasprecauciones que hay que tener en cuenta por eltamaño y la representatividad de la muestra, que:

1. Únicamente al concluir una carrera de químicalos alumnos, en promedio, responden de mane-ra que podría identificarse como aprobatoria(55% de respuestas correctas).

2. El paso por la secundaria significó para los alum-nos una muy breve adquisición de conocimien-tos de química (13% de respuestas correctas altérmino de la primaria contra 19% al finalizar lasecundaria), a pesar de que estos temas formanparte explícita del currículo de la misma.

3. El cursar el bachillerato incrementó la cantidad

de conocimientos de química, con respecto a lasecundaria en una proporción importante, aun-que de hecho cuando la cantidad de estos cono-cimientos se comparan en promedio, contra elcriterio, el resultado está muy lejos de ser satis-factorio. Sólo en dos de las cinco preguntas hayuna mayoría de estudiantes que contesta correc-tamente.

La pregunta uno pretende evaluar si los jóvenesentienden los conceptos de elemento, mezcla y com-puesto. En las investigaciones sobre ideas pre-vias (Barker, 2000; Ideas Previas, 2002) se ha encon-trado que existe una enorme confusión entre estosconceptos.

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Tabla 2. Preguntas básicas de química.

Preg. Enunciado Opciones

1 Clasifica las siguientes sustancias como elemento,compuesto o mezcla: aire, ozono, oxígeno, bicarbonatode sodio, sangre, mayonesa, amoniaco

A) La sangre, el bicarbonato de sodio y el aire son compuestos.B) El ozono, el amoniaco y el oxígeno son compuestos.C) El oxígeno y el amoniaco son elementos.D) El aire y la mayonesa son mezclas.E) El bicarbonato de sodio, el amoniaco y el ozono son compuestos.

2 El símbolo de cierto elemento es 14873Px. ¿Qué

información nos proporciona sobre el átomo?A) Que tiene 148 electrones.B) Que su masa atómica es 73.C) Que tiene 221 protones en el núcleo.D) Que tiene 75 neutrones en el núcleo.E) Que su número atómico es 148.

3 En la nomenclatura química encontramos los nombrede sulfuro de hierro (ii) y cloruro de hierro (III). Susformulas correspondientes son:

A) Cu2S y Fe3ClB) CuS2 y FeCl2C) CuS y FeCl3D) CuS y Fe3ClE) Cu2S2 y Fe3Cl3

4 Probablemente habrás oído decir que la materia estáformada por pequeñas partículas tales como átomos ymoléculas. Si representamos todas las partículas de losdistintos gases que componen una pequeña muestra deaire así:

¿Qué hay entre estas partículas?

A) Más aire.B) Otros gases.C) Nada.D) Una sustancia muy ligera que lo rellena todo.E) Vapor.

5 El círculo de la derecha muestra una imagenaumentada de una pequeña porción de agua líquida enun recipiente cerrado. ¿Cuál será la imagen aumentadadespués de que el agua se ha evaporado?

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En este estudio, no se preguntan las definicionescorrespondientes sino se les pide que clasifiquen unaserie de materiales de su entorno cotidiano. La res-puesta correcta (contestada en promedio por el 40%de todos los alumnos) corresponde al inciso D dondese señala que el aire y la mayonesa son mezclas. Elhecho de que las opciones A y E fueran en los cuatroniveles las más indicadas como correctas (por másde una quinta parte de todos los alumnos) sugiereque los examinados no entienden la diferencia entreestos conceptos. Los que no eligen la opción D, lacorrecta, suponen que tanto el aire como la mayone-sa son materiales que consisten de una sola sustanciay no de varias como realmente es. Los que eligieronC creen posiblemente que el amoniaco es una sus-tancia elemental siendo que es una sustancia com-puesta. En el mismo sentido, los que señalaron elinciso E consideran que el ozono no es una sustanciaelemental sino una sustancia compuesta.

Una dificultad en este tema es que los nombresde los materiales no ayudan a diferenciar mezclas desustancias. Se requiere cierta experiencia con losmateriales más comunes de nuestro entorno parapoder saber si se trata de mezclas, elementos osustancias. Curiosamente, llevar los cursos de quí-mica de secundaria no ayudan a superar la confu-sión entre estos tres conceptos, lo cual sólo se lograde manera incipiente al incrementar la experienciaescolar.

La pregunta dos pretende evaluar si los alumnosreconocen el código de los símbolos químicos, y sientienden qué partículas son las que caracterizan aun elemento. La respuesta correcta corresponde alinciso D: 75 neutrones en el núcleo. Este número noaparece explícitamente en el símbolo químico pues-to que se requiere restar de la masa el númeroatómico para obtener el número de neutrones. Fuela menos contestada en todos los niveles educativos(tabla 4). Este resultado parece indicar que los alum-nos no saben a qué se refieren los números queaparecen alrededor de los símbolos de los elemen-tos. La preferencia por una de las opciones incorrec-tas quizá tenga que ver con que en ella reconocenpalabras que tienen que ver con el tema. Si así fuera,querría decir que, en clase, se menciona la frase sinexplicar el concepto. Es decir, nunca se hace laconexión de que número atómico es sinónimo denúmero de protones. No entender esto impide distinguirelemento, compuesto y mezcla así como entender elsignificado de las fórmulas químicas.

La tercera pregunta busca evaluar si los estu-

diantes entienden el código del lenguaje químico. Laopción correcta C es la más contestada por losestudiantes que van a ingresar al posgrado y aquíinequívocamente es un concepto aprendido. No dejade ser relevante, sin embargo, que en todos losniveles la opción incorrecta más frecuente es la A,aquella en la que los subíndices son iguales a losnúmeros de oxidación.

El modelo cinético molecular es una primeraexplicación de la materia. Está relacionado con to-dos los demás conceptos que se estudian en química.Se considera que para poder entender el resto de laquímica o los conocimientos propios de la químicaes indispensable haber comprendido cabalmente lasideas centrales de este modelo que se ejemplifica enla pregunta cuatro donde se aborda el concepto de

Tabla 3. Porcentaje de respuestas correctas y ganancia.

Nivel educativo Pregunta % aciertos ∆ ∗

Primaria 1 17

2 10

3 18

4 4

5 17

Promedio 13

Secundaria 1 22 5

2 6 --4

3 18 0

4 21 17

5 30 13

Promedio 19 6

Bachillerato 1 60 43

2 21 11

3 34 16

4 61 57

5 16 --1

Promedio 38 25

Licenciatura 1 61 44

2 33 23

3 86 68

4 55 51

5 42 25

Promedio 55 42

∆* = Diferencia en porcentaje entre la primaria y el nivel indicado = ganancia.

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vacío. El porcentaje de respuestas correctas para estapregunta es uno de los que más crece a lo largo dela escolaridad, sin embargo es un concepto que atodas luces debería ser totalmente aprendido, lo cualno sucede. Es en el bachillerato donde el incrementoes mayor y por razones que habría que investigarposteriormente donde únicamente los alumnos queconcluyen la licenciatura retroceden. Hay que hacernotar que esta pregunta y su respuesta son amplia-mente discutidas en el Libro del Maestro de Química.Educación secundaria, el cual ha sido repartido gratui-tamente entre todos los docentes del país de estenivel desde hace una década (Chamizo, 1994).

Entre las respuestas incorrectas son interesanteslas tendencias de los incisos A y D. Mientras A vaaumentando con la escolaridad, B va disminuyendo.Parece que el efecto de la escolaridad fue el de hacerque algunos alumnos sustituyeran un medio materialindefinido por uno bien conocido: el aire.

De los resultados obtenidos para esta pregunta,se desprende que muchos de los alumnos examina-dos están lejos de comprender que las diversas sus-tancias (la forma en que se manifiesta la materia)consisten de partículas, moviéndose permanente-mente y que entre ellas no hay más que vacío.

La pregunta cinco es una de las más difíciles yconfirma que para muchos estudiantes cuando unasustancia se evapora o desaparece (respuesta C) o suselementos constituyentes, al ser gaseosos (hidrógenoy oxígeno) se separan (respuestas A y D. Estas res-puestas erróneas fueron contestadas inclusive porvarios profesores de bachillerato en activo, candida-tos a ingresar al posgrado en enseñanza de las cien-cias. Estos resultados coinciden con los obtenidospor Mulford (Mulford, 2002) en un estudio recientecon cerca de 1,500 estudiantes de Química Generalen los Estados Unidos.

Lo anterior resulta paradójico una vez que en eldiscurso, el joven aprendiz no tiene objeción paraaceptar que las sustancias consisten de pequeñaspartículas. Sin embargo, preguntas como la cuarta yquinta referidas a imágenes más concretas sirvenpara revelar si efectivamente el alumno está conven-cido de la naturaleza corpuscular de la materia,además de acercarse al concepto de cambio de fase.

Comentarios finalesLa enseñanza de la química, prácticamente en todoel mundo, asume un currículo ‘‘químicamente puro’’que difícilmente propicia la construcción de unaactitud científica de los alumnos frente a la vida. Estaestructura dominante basada en la teoría corpuscularrígidamente combinada con una estructura filosófica(el positivismo educativo) y una estructura pedagó-gica (la preparación del futuro químico profesional),es la que de una forma u otra define lo que social-mente reconocemos como química (van Berkel,2000). De poco han servido los resultados de inves-tigaciones educativas sobre la enorme dificultad quetienen los estudiantes (particularmente de secunda-ria, pero también como aquí se informa de bachille-rato y licenciatura) para entender el abstracto einobservable mundo microscópico y las repre-sentaciones simbólicas (como el lenguaje) de sustan-cias y procesos (véase la página web sobre IdeasPrevias, 2002) cuando se les sigue exigiendo quepiensen ‘‘correctamente’’ como científicos sin haberdesarrollado ni los maestros ni los cursos ni los libros,ni las estrategias para lograrlo.

De este trabajo podemos concluir tentativamen-te que los conceptos básicos de química (como losaquí investigados) no llegan a ser plenamente com-prendidos ----y mucho menos dominados---- al términodel nivel que les corresponde (que debiera ser lasecundaria o, si acaso, el bachillerato) sino hastala conclusión de una carrera profesional del áreade la química. Es decir, el resto de la química seconstruye, en los distintos niveles, sobre unos ci-mientos frágiles e inestables que no permiten unaprendizaje cabal de la disciplina. Sobra decir queéste puede ser un factor principalísimo en los pobresresultados que tradicionalmente muestra la enseñan-za de la química. Así como es muy difícil componerun edificio mal cimentado, cuando los alumnosaprenden ‘‘mal’’ un concepto es muy difícil revertirese aprendizaje posteriormente. Por ello, se sugiereponer un mayor énfasis en asegurarse que los con-ceptos básicos de la química sean bien aprendidosen los niveles preuniversitarios y no esperar a quelos estudiantes concluyan una carrera profesionalpara que los aprendan.

Tabla 4. Promedio de porcentaje de respuestas correctas

Preguntas 1 2 3 4 5

% 40 18 39 35 26

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about basic chemical ideas. Royal Society of Che-mistry, London, 2000.

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http://ideasprevias.cinstrum.unam.mx:2048Mulford D., Robinson W., An inventory for Alter-

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Tirado F., Chamizo J.A., Rodríguez F., Pérez A., Laenseñanza de la química. Conocimientos, actitudesy perfiles, Ciencia y Desarrollo, 159, 59-71, 2001.

Van Berkel, de Vos W., Verdonk A.H. and Pilot A.,Normal science education and its dangers. Thecase of school Chemistry, Science&Education 9,123-159, 2000.

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