Estudio cualitativo de la termodinámica: una aproximación al concepto de entropía

Abstract

La enseñanza de la termodinámica en la educación media presenta retos importantes por la dificultad para apropiar conceptos abstractos como temperatura, calor, trabajo, energía interna y entropía, que pueden resultar más concretos desde la perspectiva del modelo cinético-molecular. Este trabajo propone una secuencia didáctica para posibilitar la construcción cualitativa de estos conceptos a partir del modelo cinético-molecular. Para ello, se apoya en simulaciones, videos y experimentos demostrativos que dan realidad y significado a los conceptos abstractos de la termodinámica. La secuencia consta de siete guías agrupadas en dos etapas principales: una para modelos moleculares, temperatura, presión y gases ideales, y otra para los conceptos de trabajo, energía, calor y entropía. La propuesta se implementó con estudiantes de grado decimo del colegio Técnico Fernando Mazuera Villegas J.T. en la localidad de Bosa al sur-oriente de Bogotá, en un diseño pre-experimental con dos pre-test y dos pos-test para las dos etapas. Los resultados muestran un alto nivel de aprendizaje, dado que existe una diferencia estadísticamente muy significativa entre los resultados de los pre-test y post-test y un aumento notable en los puntajes obtenidos por los estudiantes. La implementación de la secuencia didáctica favoreció la construcción cualitativa de los conceptos, el desarrollo de una intuición correcta de los fenómenos, el desarrollo de actitudes e imágenes positivas hacia la física y la motivación hacia las actividades propuestas, en las que los actores principales fueron los estudiantes, mientras el docente se desempeña como facilitador de estos aprendizajes. Esta propuesta didáctica constituye, por lo tanto, una propuesta valiosa para la enseñanza de la termodinámica en la educación media.

Teaching thermodynamics in high school faces big challenges, because of the difficulty to addressing abstract concepts like temperature, heat, work, internal energy and entropy, which may become more concrete from the point of view of the kinetic-molecular model of gases. This work introduces a didactic sequence for the qualitative construction of these concepts from that point of view. For this purpose, the didactic sequence includes simulation applets and experiments in class that enrich with reality and significance the abstract concepts of thermodynamics. The sequence includes seven sets of activities, organized into two stages: a first one for molecules, temperature, pressure and ideal gasses, and a second one for work, energy, hat and entropy. The proposal was implemented with 10th graders of the Fernando Mazuera Villegas J.T. school in Bosa, in Bogota (Colombia), by following a pre-experiemental design with two pre- and post-test, one for each stage. The statistical analysis show a high level of learning, with a significative difference between pre- and post-tests for both stages, and a notable high scores in both post-tests. The didactic sequence favored the qualitative construction of the concepts, the development of a right intuition and the emergence of positive attitudes toward Physics, plus a strong motivation for the proposed activities, where the main role was assumed by the students themselves. This didactic proposal constitutes, therefore, a valuable contribution for the teaching of thermodynamics at high-school level