Sobre el REA

«El enigma de los electrones» es una propuesta didáctica diseñada para la asignatura de Física y Química de 4º de ESO. Este Recurso Educativo Abierto (REA) ofrece una situación de aprendizaje innovadora para abordar los saberes básicos de los bloques A, «Las destrezas científicas básicas», y B, «La materia».

Para comprender las propiedades químicas de la materia, es fundamental entender su estructura atómica y molecular. Aunque tradicionalmente este contenido se ha reservado para Bachillerato, ahora se incorpora al currículo de 4º de ESO. Conceptos como la cuantización de la energía, los orbitales atómicos y la configuración electrónica pueden resultar abstractos para los estudiantes. Por ello, esta propuesta enfatiza su utilidad y posibles aplicaciones prácticas. Además, se describen los diferentes modelos de la materia a nivel submicroscópico, estableciendo conexiones claras con la evidencia experimental que los sustenta y promoviendo la reflexión sobre el proceso de interpretación y argumentación científica.

Se ha evitado la presentación de datos aislados y descontextualizados, ya que no favorece un aprendizaje significativo y puede resultar desmotivador. En su lugar, la propuesta se centra en enseñar a los estudiantes a responder preguntas y analizar evidencia experimental para construir modelos que expliquen fenómenos concretos. De este modo, se demuestra que un modelo no surge de la nada, sino que se construye a partir de datos experimentales y la necesidad de comprender o predecir fenómenos. Contextualizar la información experimental es clave para una mejor comprensión de los modelos y para evitar abstracciones innecesarias.

Esta propuesta se apoya en metodologías activas para un aprendizaje significativo, tales como el Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP) y el Aprendizaje Cooperativo, todo ello enmarcado en una perspectiva de «Inquiry Based Learning (IBL)» (Aprendizaje Basado en la Indagación). Se fomenta que los estudiantes investiguen de forma autónoma ante las preguntas planteadas en clase, resolviendo problemas del mundo real. Este proceso mejora su capacidad para abordar desafíos de manera lógica y desarrollar estrategias efectivas. El IBL también promueve el trabajo en equipo, la interacción y, fundamentalmente, potencia la habilidad de razonamiento crítico y habilidades de orden superior como la argumentación, el análisis, la resolución de problemas y la evaluación, competencias esenciales para el éxito en el siglo XXI.

Además, se emplea la metodología de Estudio de Casos, donde se analizan en profundidad ejemplos específicos. Esto permite a los estudiantes explorar situaciones reales y complejas, facilitando el aprendizaje a través del análisis detallado y la reflexión. Así, desarrollan su sentido crítico y habilidades de toma de decisiones, aplicando los conocimientos teóricos en contextos reales y promoviendo la resolución de problemas y el trabajo en equipo.

Estas metodologías activas son fundamentales para desarrollar las competencias clave y cumplen con los principios del Diseño Universal para el Aprendizaje (DUA). Emplean recursos variados, estimulan y desafían a los estudiantes, y los involucran en tareas guiadas que culminan en una producción final significativa. En definitiva, el REA «El enigma de los electrones» es una propuesta que activa el aprendizaje, desarrolla competencias y se alinea con los principios del DUA, ofreciendo un estímulo constante y un desafío que promueve el trabajo en equipo y la resolución de situaciones significativas a través de tareas guiadas y dirigidas a una producción final global.

Un recurso competencial

Tal como se indica en el Decreto, la materia de Física y Química en la etapa de E.S.O. ha de partir del planteamiento de cuestiones científicas basadas en la observación directa o indirecta del mundo en situaciones y contextos habituales, en su intento de explicación a partir del conocimiento, de la búsqueda de evidencias y de la indagación y en la correcta interpretación de la información que a diario llega al público en diferentes formatos y a partir de diferentes fuentes. Por ello, el enfoque de esta materia debe ser experimental y práctico. Esto amplía la experiencia del alumnado más allá de lo meramente académico, permitiéndole conectar lo aprendido con sus vivencias cotidianas y contribuyendo significativamente al desarrollo de las destrezas científicas esenciales

En línea con lo anterior, nuestra propuesta didáctica integra una serie de retos variados que combinan actividades centradas en responder preguntas clave y en analizar evidencia experimental. Las tareas incluyen investigación en la red, lecturas, escritura de reseñas, trabajo con videos, simulaciones, animaciones, elaboración de carteles e infografías, y debates.

Además, se incorpora la metodología de Estudio de Casos, que permite al alumnado analizar en profundidad ejemplos específicos y complejos. Esta aproximación promueve la reflexión, la toma de decisiones informadas y la aplicación práctica de los conocimientos teóricos en contextos reales. Un ejemplo concreto es el debate en torno a las Tierras Raras o la investigación sobre las razones de la proliferación de robos de cobre. Enfrentar al estudiante a casos reales como estos es crucial para el desarrollo del pensamiento crítico.

Se potencia el trabajo en equipo y la resolución de situaciones significativas. Se ha procurado que las actividades sean variadas: investigaciones documentales, vídeos, lecturas, etc.  Sin embargo, esto no excluye el aprendizaje individual. Cada estudiante debe mantener un portfolio, ya sea en formato físico o digital. En este portfolio, además de los resultados del trabajo en equipo, cada alumno o alumna puede incluir aportaciones personales, ampliaciones y reflexiones sobre su propio proceso de aprendizaje.

El portfolio digital es la opción preferente, dadas las múltiples actividades digitales que se proponen y la facilidad de acceso para el profesorado. Esto permite hacer sugerencias de mejora y asignar puntuaciones tanto a los trabajos en equipo como a los individuales. Si se opta por el formato cuaderno, las tareas que impliquen investigación web o vídeos interactivos pueden realizarse utilizando un equipo web (portátil o tablet) por cada grupo.

La estructura de la propuesta didáctica se expone al alumnado al principio, junto con unas instrucciones precisas que se detallan en el apartado «Itinerario de aprendizaje». Del mismo modo, se informa sobre el proceso de evaluación, que se explica con mayor detalle en la siguiente sección de esta guía.

Todas las dinámicas y estrategias educativas empleadas se basan en referencias metodológicas que promueven el aprendizaje activo, desarrollan competencias, utilizan recursos variados y cumplen con los principios del Diseño Universal para el Aprendizaje (DUA). Esto asegura un entorno de aprendizaje inclusivo, estimulante y efectivo para todos los estudiantes.

Itinerario

El itinerario de aprendizaje ha sido diseñado para abordar un pilar fundamental de la química: la configuración electrónica de los átomos. Este concepto, a menudo percibido como abstracto por el alumnado, es esencial para la comprensión profunda de la estructura atómica, la interpretación de las propiedades de los elementos y su organización en la Tabla Periódica.

Es crucial que nuestros estudiantes reconozcan la omnipresencia y relevancia de la configuración electrónica en fenómenos cotidianos y aplicaciones tecnológicas. Consideremos ejemplos tan diversos como la espectroscopia de emisión en los fuegos artificiales, cuya vibrante paleta cromática es una manifestación directa de las transiciones electrónicas de metales específicos. O la ingeniería de materiales, donde la modificación de la configuración electrónica en semiconductores permite el desarrollo de dispositivos electrónicos avanzados. Incluso en campos como la medicina, la interacción de la radiación ionizante con los electrones atómicos es clave en terapias como la radiación. Comprender la configuración electrónica no es solo memorizar una distribución, sino establecer una base sólida para interpretar las propiedades observables de los elementos.

El itinerario profundiza en la relación intrínseca entre la radiación electromagnética y la configuración electrónica. La conexión entre la energía y la organización electrónica es un concepto transversal de gran valor didáctico. Se explora la distribución de los electrones en orbitales atómicos, utilizando los principios de la mecánica cuántica para describir su ubicación más probable. A partir de esta comprensión, se establecerá la relación directa entre la configuración electrónica y las propiedades periódicas de los elementos, tales como el radio atómico, la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. Este enfoque permitirá a los estudiantes no solo describir, sino también predecir, el comportamiento químico de los elementos y las tendencias sistemáticas observadas a lo largo de los grupos y periodos en la Tabla Periódica.

Finalmente, el itinerario consolida la comprensión de cómo la configuración electrónica subyace a la posición de cada elemento en la Tabla Periódica. Los estudiantes entenderán que la estructura de la tabla no es arbitraria, sino una manifestación lógica de la configuración electrónica de los átomos, lo que permite organizar y sistematizar el vasto conocimiento sobre los elementos.

Estructura del REA

• Itinerario. Esta fase inicial se centra en la exposición detallada del itinerario de aprendizaje que guiará el proyecto. El docente presentará las tareas a desarrollar, los objetivos específicos de cada una y los criterios e instrumentos de evaluación que se emplearán, asegurando la transparencia y la disponibilidad de los mismos para el alumnado. Adicionalmente, se procederá a la constitución de los equipos cooperativos base y al establecimiento de sus normas de funcionamiento, fomentando la cohesión y la responsabilidad compartida desde el inicio.
• La luz y los electrones. Se abordarán diversas situaciones-problema orientadas a la comprensión de la naturaleza dual de la luz y la trascendencia de las ondas electromagnéticas en diversos contextos. Los estudiantes elaborarán un cartel digital que sintetice las aplicaciones relevantes de estas ondas. Asimismo, se incluirá una actividad de investigación biográfica centrada en una científica relevante, con el objetivo de visibilizar la contribución femenina en el ámbito científico, a menudo olvidada. Esta etapa concluirá con una evaluación formativa y la cumplimentación de la plantilla de metacognición por parte del alumnado.
• Del modelo de Böhr a los orbitales. Esta parte se dedicará al análisis del modelo atómico de Bohr y su aplicación a distintas situaciones, consolidando la comprensión de los niveles energéticos. Se trabajará con el video interactivo «Los átomos no son así» para desmitificar concepciones erróneas. Posteriormente, se utilizará una aplicación para la visualización tridimensional de los orbitales del átomo de hidrógeno, complementada con una actividad interactiva sobre orbitales atómicos. Se realizará un seguimiento continuo del progreso del aprendizaje del alumnado.
• Configuración electrónica. Los estudiantes aprenderán a establecer las configuraciones electrónicas, tanto en su forma extendida como abreviada, para diversos átomos. Se incluirá una actividad lúdica de cifrado y descifrado de mensajes utilizando la configuración electrónica como clave.
  • ¿Electrones en la tabla?: Se resolverán problemas prácticos relacionados con la ubicación de elementos, y de iones, en la Tabla Periódica basándose en su configuración electrónica.
  • Propiedades Periódicas: Se estudiará el concepto de propiedades periódicas y su variación a lo largo de la Tabla Periódica, resolviendo cuestiones que refuercen la comprensión de estas tendencias. El módulo finalizará con un juego de tarjetas donde, a partir de datos específicos, el alumnado deberá identificar el elemento correspondiente.
• Elementos estratégicos. Se aplicará la metodología de Estudio de Casos para abordar una problemática de relevancia actual: el papel de las Tierras Raras en la geopolítica global y el debate en torno a la explotación del yacimiento de Ciudad Real. Se preparará un debate en clase que exigirá al estudiante la formulación de propuestas y la toma de decisiones informadas ante una situación real compleja. Se llevará a cabo una evaluación formativa en esta fase.
• Estudio de caso: El robo de cobre. Este último apartado empleará también la metodología de Estudio de Casos para analizar el notable incremento en los casos de robo de cobre. Los estudiantes, actuando como investigadores, deberán identificar las propiedades intrínsecas del cobre que lo hacen tan valioso para la industria. Con base en su conocimiento de la Tabla Periódica, analizarán y propondrán alternativas al cobre con propiedades físico-químicas similares. Los resultados de su investigación y sus propuestas se sintetizarán en una infografía.

Finalmente, se procederá a la evaluación global del portfolio, así como a la realización de actividades de coevaluación y autoevaluación, para una valoración integral del proceso de aprendizaje del alumnado.

Hay material para 18 sesiones de clase, pero es importante mencionar que, como en todos los REA del proyecto EDIA, este itinerario didáctico responde a una estructuración tal que permite al docente reorganizar las tareas, usarlas como fuentes de inspiración o combinarlas con otras actividades que se adecúen mejor a su aula, a su programación o su tiempo lectivo. De este modo, el profesorado pueda utilizar los REA más fácilmente.

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