Las partículas de la materia y su utilización en el campo conceptual de calor y temperatura : un estudio transversal

INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 461 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3), 461-475 LAS PARTÍCULAS DE LA MATERIA Y SU UTILIZACIÓN EN EL CAMPO CONCEPTUAL DE CALOR Y TEMPERATURA: UN ESTUDIO TRANSVERSAL DOMÍNGUEZ CASTIÑEIRAS, JOSÉ MANUEL1, DE PRO BUENO, ANTONIO2 y GARCÍA-RODEJA FERNÁNDEZ, EUGENIO1 1Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais. Universidade de Santiago de Compostela. 2Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Murcia. SUMMARY A cross-age study (13-22) in students’ ideas about a microscopic model of the matter and its uses by means of concept maps is presented. Data of alternative ideas about heat and temperature concepts are examinated. The results show the resistance to changing these alternative ideas. INTRODUCCIÓN: SITUACIÓN DEL PROBLEMA EN LA LITERATURA CIENTÍFICA El interés por el tema de calor y temperatura se pone de manifiesto en una investigación realizada en el IPN de la Universidad de Kiel (Haussler et al., 1980) en la que los encuestados, personas de todas las edades, le dan una prioridad de más de 3,5 puntos en una escala de 1-5, superando temas como la mecánica o la astronomía, y sólo superado por otros de gran impacto social como la energía. Por otra parte, la enseñanza de los conceptos implicados aparece en los programas de ciencias de todos los países desde los primeros niveles; este hecho refleja la importancia que la administración educativa da a este tema. Pero cuántas veces hemos dicho: «Mis alumnos saben muchas cosas de ciencias; sin embargo, no las utilizan cuando se trata de explicar hechos y fenómenos, incluso los más cercanos y familiares.» En este sentido, el tema de calor y temperatura se manifiesta especialmente difícil, como demuestra la abundante bibliografía. Revisiones como la de Cervantes (1987) y análisis como los de Summers (1983) y Valcárcel (1990) o investigaciones como las de Strauss (1983), García y Rodríguez (1986), Vázquez (1987), Thomaz y otros (1993) y las llevadas a cabo, dentro del Proyecto CLIS de la Universidad de Leeds, por Brook y otros (1984) y Jara (1993) confirman que siguen persistiendo ideas alternativas inducidas por el lenguaje coloquial. Se presenta una síntesis en la tabla I. Algunos de los esquemas que poseen los alumnos tienen origen en el lenguaje diario, heredero de obstáculos epistemológicos superados, basado en intuiciones y modelos científicos hoy en desuso, los cuales no han experimentado cambio después de la instrucción. En este dominio conceptual tenemos un ejemplo paradigmático: las palabras calor y caliente forman parte del vocabulario de los niños desde las edades más tempranas, son usadas en la descripción de situaciones familiares y muchos estudiantes construyen toda una serie de conceptualizacio- INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 462 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) Tabla I CONCEPTO IDEAS ALTERNATIVAS CALOR Algo material, contenido en el cuerpo (sistema); cuanto más calor tiene el cuerpo más caliente estará. En los cuerpos el calor puede pasar de unas partes a otras o de unos cuerpos a otros. CALOR / FRÍO Son dos fluidos materiales y opuestos. La sensación calor/frío es consecuencia de la transferencia del calor/frío al cuerpo. CALENTAR / ENFRIAR Ganancia o pérdida de ese ente material llamado calor. CALIENTE / FRÍO Son propiedades características de los cuerpos. Por ejemplo, los metales son fríos por naturaleza. TEMPERATURA Temperatura = calor. Temperatura y calor son sinónimos y aquélla, en todo caso, mide la cantidad de calor que tiene el sistema. La temperatura depende de la masa o del volumen. DILATACIÓN Paso de calor al interior del cuerpo haciéndolo más grande y, como consecuencia, más pesado. CONCEPTO IDEAS ALTERNATIVAS MODELO DE PARTÍCULAS Las partículas se pueden fundir, evaporar, disolver, expandir, contraer, dilatar... Entre las partículas hay aire. Es difícil de aceptar la idea de que no exista «algo» entre las partículas. Cuerpos fríos → partículas en reposo. Las partículas dejan de moverse al enfriarse, al llegar a 0o C. Tabla II nes sobre la naturaleza y comportamiento de los objetos fríos y calientes que les rodean. El uso de la palabra calor en el lenguaje ordinario en ejemplos como: «Cierra la ventana para que no salga el calor.» Unido a expresiones utilizadas en las aulas como capacidad calorífica o calor ganado = calor perdido, que pertenecen al mundo del lenguaje observacional y tienen su origen en antiguas teorías del calor, hacen más referencia a éstas que a las nuevas ideas con las que se quiere dotar al alumno. Esto lleva a creer que el calor es algo que se puede almacenar, transferir de un cuerpo a otro, o que pasa de una parte a otra de un mismo objeto como un fluido o ente material misterioso. Uno de los objetivos claves de la enseñanza de las ciencias es el de dotar al alumno de una forma de pensar que le permita describir e interpretar la realidad circundante de manera objetiva y precisa (Claxton, 1993). Creemos, en este sentido, que un modelo de partículas de la materia adquiere una importancia fundamental para diferenciar los conceptos de calor y temperatura y lograr así la integración de la descripción macroscópica del sistema (termodinámica) y de la microscópica (modelo cinético-molecular). La administración educativa así lo tiene en cuenta y, en la actualidad, en la mayoría de los diseños curriculares básicos se contempla: «Utilizar la teoría cinética para explicar algunos fenómenos que se dan en la naturaleza, tales como la dilatación, los cambios de estado y los procesos de propagación del calor y para interpretar los conceptos […] de temperatura […]» Los estudios sobre esta cuestión (Dieter, 1993; Lijnse, 1990; Cárdenas y Ragout de Lozano, 1996), así como los nuestros (Domínguez et al., 1992, 1996) han llevado a plantear hasta qué punto los estudiantes alcanzan este objetivo. Así, desde el punto de vista de la apropiación de un modelo de partículas de la materia o de la transfe- INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) 463 rencia del mismo a la explicación e interpretación de hechos y fenómenos, existen dificultades por parte de nuestros estudiantes. Un análisis de la literatura científica (Driver et al., 1984; Happs, 1980; Séré, 1985, 1991; Llorens, 1991; Sanmartí 1995) pone de manifiesto la existencia de ideas alternativas a las de la ciencia enseñada. Se sintetizan en la tabla II. La mayor parte de la investigación revisada centra su atención en la adolescencia. Parece como si se diera por supuesto que en los niveles superiores de la enseñanza, después de años de instrucción, los elementos de un «sencillo» modelo dinámico de partículas han sido asimilados y que nuestros alumnos y alumnas tienen la capacidad de transferirlos a la interpretación y predicción de hechos y fenómenos cotidianos, independientemente de que se les pida o no de una manera explícita que lo hagan. Así, se realizan preguntas como: «¿Por qué se hincha un globo conectado a un matraz cuando éste se calienta?» «¿Por qué permanece constante la temperatura en el cambio de estado de hielo a agua líquida?»… Se presentan resultados de un estudio transversal, llevado a cabo entre estudiantes de 12 a 23 años, en el que se explora, mediante mapas conceptuales, qué conocimiento de elementos básicos de un modelo dinámico de partículas tienen, no solamente los más jóvenes sino también nuestros universitarios, y qué uso hacen de él al interpretar fenómenos relacionados con la dilatación y la temperatura de los cuerpos cuando se les pide explícitamente que lo hagan. Se han obtenido, además, datos sobre ideas alternativas de los estudiantes relacionadas con los conceptos calor y temperatura que parecen indicar la resistencia al cambio de las mismas. PREGUNTAS CENTRALES – ¿Cuál es el conocimiento declarativo que tienen los estudiantes sobre un modelo de partículas de la materia? – ¿Utilizan los estudiantes un modelo de partículas, aún indicándoles explícitamente que lo hagan, para interpretar la dilatación y temperatura de los cuerpos? – ¿Existe una evolución de estas concepciones en función del nivel académico de los alumnos? MÉTODO Sujetos Se presentan datos de una muestra ocasional de 500 estudiantes de siete niveles educativos diferentes, distribuidos en 15 grupos distintos, que estudian en centros de EGB, BUP, en la Escuela Universitaria de Magisterio (especialidad de Ciencias) y CAP (licenciados en química) de Santiago de Compostela, durante los cursos 199192, 1992-93. La distribución se indica en la tabla III. Tabla III Nivel Número Número Edad de grupos de alumnos (años) 7º de EGB 3 95 12-13 2º de BUP 3 81 15-16 3º de BUP 2 64 16-17 COU 2 40 17-18 2º de Magisterio 2 93 19-20 3º de Magisterio 1 69 20-21 CAP 2 58 23-24 Medidas Instrumento de recogida de datos Se ha diseñado una ficha (Fig. 1) en la que se pide a los estudiantes que construyan un mapa conceptual con una lista cerrada de ocho palabras: temperatura, energía, calor, agitación, partículas, dilatación, cuerpo y termómetro. Estas palabras fueron seleccionadas de las propuestas en los diferentes currículos de los cursos investigados y aparecen en las proposiciones básicas a investigar, formando parte de nuestro mapa conceptual de referencia (Fig. 2). Utilizamos la palabra cuerpo en lugar de sistema por considerar esta última ajena al lenguaje de los estudiantes, sobre todo de los más jóvenes. Se han utilizado los mapas conceptuales que han realizado los estudiantes a partir de la ficha representada en la figura 1. El uso de los mapas (Novak y Gowin, 1988; Moreira y Buchweitz, 1987) como instrumento de toma de datos es cada vez más frecuente en la investigación educativa. Tal es así que ha merecido la atención específica de un monográfico del Journal of Research in Science Tea ching (Vol. 27, núm. 10, 1990). Sciaretta, y sus colaboradores (1990), Wallace y Mintzes (1990), Domínguez y sus colaboradores (1992, 1996), Roth y Roychoudhury (1993), Liu y Hinchey (1993), Songer y Mintzes (1994) y Markhamy sus colaboradores (1994) indican que los mapas conceptuales resultan instrumentos válidos para investigar la adquisición del conocimiento. Análisis de los resultados Aunque existen muchas formas de analizar los mapas conceptuales (proposiciones, jerarquías, ramificaciones, relaciones cruzadas…), hemos elegido dos: 1) Un análisis cualitativo, como el que proponen Markhan y otros (1994), de algunos mapas conceptuales significativos hechos por los estudiantes. Estos mapas conceptuales particulares son representaciones idiosincrásicas del conocimiento de cada alumno sobre un dominio específico; consecuentemente, no son representativos ni típicos de ningún grupo. Sin embargo, estos mapas ofrecen visiones de algunas de las características que se ven frecuentemente en los estudiantes con diferentes niveles de conceptualización. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 464 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) Figura 1 Con las palabras de la lista del recuadro, construye un mapa conceptual utilizando tus ideas sobre ellas. Nombre_________________________________ Edad ______ Centro ________________________ C urso _____ Año ______ Temperatura Energía Calor Agitación Partículas Dilatación Cuerpo Termómetro nes entre sus moléculas provocan una transferencia de energía del cuerpo de mayor temperatura al de menor; el calor es trabajo realizado desde el punto de vista molecular. – El calor y el trabajo son medidas de transferencia de energía y las dos tienen las mismas unidades que la energía. En cuanto al concepto de temperatura diremos que es una magnitud intensiva, relacionada directamente con la energía cinética molecular media de las partículas y, en consecuencia, con la agitación de las mismas. Hemos elaborado un mapa conceptual (Fig. 2) que servirá como referencia para categorizar las proposiciones de los estudiantes. En dicho mapa se representa el conocimiento científico enseñado: – La idea macroscópica de que «los cuerpos tienen energía y la pueden transferir, mediante el proceso denominado calor, si existe diferencia de temperatura entre ellos. Un cuerpo se dilata al elevarse su temperatura». – La idea microscópica de que «un cuerpo está formado por partículas que, al recibir energía mediante el proceso denominado calor […], incrementan su agitación; consecuentemente el cuerpo se dilata y se puede producir elevación de su temperatura». 2) Un análisis cuantitativo, variante del análisis que Wallace y Mintzes (1990) denominan análisis de las relaciones críticas entre conceptos, para categorizar las proposiciones elaboradas por los estudiantes. Hemos dividido las proposiciones en proposiciones microscópicas, en las que se establecen nexos entre conceptos implicados en el modelo de partículas, y proposiciones macroscópicas, en las que no aparecen elementos del modelo microscópico. A su vez, en una subcategoría, hemos clasificado las proposiciones como aceptables o alternativas. Para esta categorización hemos tomado como base nuestro mapa de referencia (Fig. 2). El mapa conceptual de referencia Dado el carácter específico y singular de los conceptos calor y temperatura, nos ha parecido conveniente proceder a su clarificación antes de elaborar nuestro mapa conceptual de referencia. El calor y el trabajo no son funciones de estado, luego no tiene sentido preguntar cuánto calor (o trabajo) tiene un sistema; a menudo se dice que son formas de energía y esto puede inducir al error de tratarlos como funciones de estado. El calor y el trabajo están definidos sólo en términos de procesos; antes y después del proceso de transferencia de energía entre el sistema y su entorno, el calor y el trabajo no existen. Como indica Levine (1995): «El calor es una transferencia de energía entre el sistema y su entorno, debido a una diferencia de temperatura. Calor y trabajo son formas de transferencia de energía». Siguiendo a Levine indicaremos lo siguiente: – El trabajo es una transferencia de energía debida a la acción de fuerzas desde el punto de vista macroscópico. – El calor es una transferencia de energía debida a la acción de fuerzas a nivel molecular: cuando cuerpos de temperatura diferente se ponen en contacto, las colisioProcedimiento Dado que los alumnos no tenían experiencia previa en la elaboración de mapas conceptuales, los profesores de cada uno de los cursos ilustraron con el mismo ejemplo (Fig. 3) el procedimiento y características a tener en cuenta para su realización; se dedicó una sesión de 50 minutos. Los alumnos elaboraron los mapas objeto de estudio, de acuerdo con la figura 1, durante una clase normal, posterior a la de entrenamiento, con la presencia del investigador y la del profesorado respectivo. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Análisis cualitativo Presentamos ejemplos de mapas conceptuales realizados por los estudiantes. Estos mapas conceptuales particulares son, como indicamos antes, representaciones idiosincrásicas del conocimiento en un dominio específico. Consecuentemente, no son representativos, ni típicos de ningún grupo. Sin embargo, estos mapas ofrecen visiones de algunas de las características que se ven frecuentemente en los estudiantes con diferentes niveles de conceptualización. Para una mejor lectura de los mismos se presentan diseñados por nosotros, pero respetando la estructura de los originales elaborados por los estudiantes. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) 465 Figura 2 EJEMPLO DE MAPA CONCEPTUAL PARA ENTRENAMIENTO PREVIO DE LOS ALUMNOS El profesor, antes de proponer a los alumnos la realización de los mapas conceptuales sobre calor y temperatura, entrenará a sus alumnos con el ejemplo que se expone. Con las palabras de la lista del recuadro, construye un mapa conceptual utilizando tus ideas sobre ellas. 1. Se escriben las palabras (conceptos) dentro de un recuadro y se ordenan de forma que se encuentre algún sentido a la ordenación (se puede prescindir de las que no se conozca). El alumno las reorganizará hasta que esté satisfecho con el mapa elaborado. 2. Los conceptos se relacionan mediante flechas escribiendo en la flecha la palabra o palabras que indiquen la relación que existe entre conceptos. 3. Existen múltiples posibilidades de ordenar estas ideas. Ejemplos de mapas realizados por los alumnos: Fuego Humo Luz Fuego Humo Luz a veces produce sale Fuego Humo a veces produce Fuego Humo Luz producesale dificulta el paso ENERGÍA CALOR CUERPO TEMPERATURA TERMÓMETRO PARTÍCULAS AGITACIÓN DILATACIÓN tiene formado por transferida mediante el proceso denominado condiciona la transferencia de modifica la que están en deldel puede producir condiciona la mide la tienen Figura 3 INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 466 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) Mapa 1 Alumno de 7º de EGB - 13 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO DILATACION CALOR que mide que sufre se mide con que es un cuerpo De este mapa parece deducirse que el alumno, de 7º de EGB, no utiliza el modelo de partículas. Ha prescindido de los términos partículas y agitación y, consecuentemente, no indica ninguna proposición en la que aparezcan. Las proposiciones que establece son macroscópicas: «termómetro que es un cuerpo», «temperatura se mide con termómetro» y «cuerpo que mide calor». Parecen indicar que el termómetro sirve tanto para medir la temperatura como el calor, por lo que probablemente el alumno aún no ha establecido la diferenciación entre ambos conceptos. En el mapa 2 este alumno de 7º de EGB establece las proposiciones «calor lo tiene cuerpo» y «calor tiene partículas». Parece indicar que el calor es algo sustancial formado por partículas, entendido este término, en su aspecto macroscópico, como algo tangible. Ha prescindido del término agitación y no establece proposiciones que relacionen entre sí los términos cuerpo, partículas, agitación, dilatación , elementos básicos de un modelo dinámico de partículas. Parece no conocer el modelo de partículas y, como consecuencia, no lo utiliza. Por otra parte, establece la proposición «temperatura es calor», indicando problemas de diferenciación entre ambos conceptos. Mapa 2 Alumno de 7º de EGB - 13 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION CALOR se mide con lo tiene produce es tiene Mapa 3 Alumna de 2º de BUP - 15 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR pueden sufrir formado por mide la produce en los cuerpos tiene mide el calor es una forma de puede sufir una es En este ejemplo, una alumna de 2º de BUP parece conocer el modelo de partículas. En su mapa conceptual establece la proposición «cuerpo formado partículas». Es un modelo estático, pues, aunque hace constar el término agitación, no establece ninguna proposición entre este término y los demás propuestos. En la proposición «partículas pueden sufrir dilatación» atribuye propiedades macroscópicas a lo microscópico. Pero también aparece, independientemente de la anterior, la proposición «cuerpo puede sufrir una dilatación». Esta alumna parece considerar que los cuerpos se dilatan porque las partículas se dilatan y no porque éstas se agiten, creencia alternativa a las características del modelo de partículas que se utiliza en la instrucción escolar. Establece la proposición «temperatura es calor» y de nuevo aparece que el termómetro sirve para medir tanto la temperatura como el calor; parece que tampoco ha logrado aún diferenciar ambos conceptos. Establece las proposiciones «cuerpo tiene calor» y «calor es una forma de energía». Para ella calor y energía son equivalentes. Parece considerar el calor como «calórico», lejos aún de conceptualizarlo como una forma de transferir energía entre sistemas a diferente temperatura. De este mapa, elaborado por una alumna de 3º de BUP, parece inferirse que conoce el modelo de partículas y lo utiliza, aunque de forma alternativa. Establece las proposiciones «agitación de las partículas» y «dilatación de las partículas», atribuyendo propiedades macroscópicas a lo microscópico, pero, además, ambas proposiciones son consideradas por ella como independientes, y no relaciona «agitación de partículas» con «dilatación del cuerpo». Estamos en el caso de otro modelo de partículas estático. Por una parte, agitación se relaciona macroscópicamente con calor, lo que podría esperarse de la instrucción escolar –los cuerpos se calientan cuan- INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) 467 do se agitan (fricción), como resultado de la transformación de energía mecánica. Mapa 4 Alumna de 3º de BUP - 16 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR emite se mide tiene produce produce de las de las Aparece, como en casos anteriores, «calor tiene temperatura», idea alternativa que considera la temperatura como una manifestación del calor. Del mapa de este estudiante de COU (ciencias) (Mapa 5) parece desprenderse que conoce el modelo de partículas y lo utiliza, pero aparecen otros problemas de aprendizaje. No ha logrado establecer la transferencia de los conceptos relacionados con el modelo dinámico de partículas a la interpretación de los conceptos implicados en el fenómeno de la dilatación de los cuerpos. Parece haber asimilado la idea microscópica de que las «partículas poseen un movimiento de agitación», pero no la utiliza en la explicación de la dilatación de los cuerpos y, consecuentemente, justifica el fenómeno indicando que las partículas se dilatan: el «calor puede producir dilatación partículas». Con las proposiciones encadenadas: «cuerpo posee una energía –puede ser en forma de calor– se mide en temperatura», parece indicar, no solamente que concibe el calor como una forma de energía poseída por el cuerpo, sino también que tiene problemas para diferenciarlo del concepto de temperatura. Este alumno de 2º curso de la especialidad de Ciencias de la Escuela Universitaria de Magisterio (Mapa 6), conoce el modelo de partículas, «cuerpo está formado por partículas», pero parece no utilizarlo. Establece una relación entre «partículas» y «energía» posiblemente para fundamentar el concepto de calor como una forma de energía resultado de la transformación de la energía que poseen las partículas, «energía se transforma en calor». Estamos ante otro caso de modelo estático de partículas. No establece una proposición de enlace entre agitación Mapa 5 Alumno de COU - 18 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR formado por poseen un movimiento de este movimiento se traduce en puede ser en forma de se mide en puede producir para medirla usamos posee una y partículas. Pero, además, establece las proposiciones «partículas se dilatan con el calor-dilatación», «agitación supone calor». Por una parte, agitación es un término que se relaciona macroscópicamente con calor. Por otra atribuye propiedades macroscópicas a lo microscópico al considerar que las partículas se dilatan, pareciendo ignorar la relación entre agitación de las partículas y dilatación de los cuerpos. Aparecen, como en casos anteriores, problemas en el aprendizaje de los conceptos de temperatura y de calor, pues establece la proposición «temperatura alta produce calor». Esta estudiante de magisterio de tercer curso de ciencias, que ha estudiado física general, el curso anterior (Mapa 7), parece no sólo conocer el modelo sino también utilizarlo de forma aceptable. Establece las proposiciones «cuerpo formado por partículas», «partículas pueden sufrir agitación» y la «agitación produce la dilatación». Pero también tiene algunos problemas de aprendizaje. El primero se manifiesta al atribuir propiedades macroscópicas a lo microscópico, «partículas pueden sufrir dilatación». El segundo es que el concepto de calor aún no ha sido asimilado y diferenciado por esta estudiante; puede observarse como en el mapa conceptual establece las proposiciones «cuerpo tiene una determinada energía» y esta «energía es calor». Establece «cuerpo tiene una determinada temperatura», «partículas tienen temperatura» y «partículas tienen INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 468 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) Mapa 6 Alumno de 2º de EU (ciencias) - 19 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR alta produce supone se transforma en aumenta indica supone se dilatan con el calor está formado por con el calor se dilatan dilatación del mercurio del indica el energía», pareciendo considerar que la temperatura es un valor atribuible al cuerpo, que a su vez está relacionada con la energía de las partículas. Este ejemplo (Mapa 8) ilustra el mapa conceptual de un licenciado en química de 23 años, estudiante del CAP (Curso de Aptitud Pedagógica). Parece conocer el modelo dinámico de partículas, pues establece las proposiciones «cuerpo está formado por partículas», «agitación de partículas»; sin embargo, no lo utiliza. Los procesos de agitación de partículas y dilatación del cuerpo no aparecen relacionados entre sí en su mapa conceptual. Por otra parte aparecen problemas de aprendizaje de los conceptos de calor y temperatura. El concepto de calor, «energía puede expresarse en forma de calor», «cuerpo puede absorber o desprender calor», aparece como una forma de energía intercambiada lejos aún de ser considerado como una forma de transferencia de energía. Manifiesta la idea alternativa de que la temperatura es la medida del calor, «calor cuya magnitud es temperatura». Análisis cuantitativo En la tabla IV se presenta el porcentaje de estudiantes que, en cada nivel, establecen una determinada proposición en sus mapas conceptuales. Hemos categorizado las mismas, como indicábamos anteriormente, en «proposiciones microscópicas» –aquéllas que establecen entre conceptos implicados en el modelo de partículas– y «proposiciones macroscópicas» –aquéllas en las que no aparecen elementos del modelo microscópico–. En una subcategoría hemos clasificado aquellas proposiciones aceptables o alternativas, respecto del referencial (Fig. 2). Proposiciones microscópicas Los datos de la tabla IV pueden indicarnos en qué medida los alumnos conocen algunos elementos de un modelo de partículas de la materia y cómo lo utilizan para explicar fenómenos (en nuestro caso, la dilatación). También nos informan sobre el conocimiento declarativo de algunos conceptos termodinámicos que se muestran fundamentales para la descripción de un sistema y de su comportamiento. Vemos que las dos proposiciones sobre las que se fundamenta el modelo, «cuerpo formado por partículas» y «partículas están en agitación», sólo son establecidas en 7º de EGB por un 34% para la primera y por un 18% para la segunda. En los restantes niveles se obtienen, salvo pequeñas fluctuaciones, cada vez mejores resultados. Curiosamente los porcentajes más altos no se obtienen en los alumnos del CAP, licenciados en química, sino que corresponden a los de 3º de magisterio, donde llegan al 77% en la primera afirmación y al 88% en la segunda; aunque hay que decir que los futuros maestros habían tenido la ocasión de reflexionar sobre este tema en la asignatura de Didáctica de la Física y de la Química. En definitiva, a la vista de estos valores, podemos decir que, entre un 82% (7º de EGB) y un 23 % (3º de magisterio), no utilizan estas proposiciones fundamentales del modelo. Sin embargo, hay otras proposiciones que aún han tenido menos presencia. Así, «el calor produce agitación» sólo es usada entre un 13% de los estudiantes (7º de EGB) y un 55% (CAP de Química), siendo este último caso el único que supera el 50%. Porcentajes más preocupantes se obtienen para «partículas tienen energía», «agitación produce dilatación» y «agita- INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (3) 469 TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR mide la es un formado por pueden sufrir pueden sufrir produce la tienen es tienen una tiene una determinada tiene una determinada puede sufrir Mapa 7 Alumna de 3º de EU (ciencias) - 22 años. Mapa 8 Alumno licenciado en química - 23 años. TEMPERATURA CUERPO TERMOMETRO PARTICULAS DILATACION AGITACION ENERGIA CALOR medida por un aumento puede producir produce mayor puede expresarse en forma de cuya magnitud es de puede producir puede absorber o desprende r esta formado por del ción eleva la temperatura», donde hay que esperar a 3º de BUP o COU para encontrar un número mínimo de casos que lo recojan. En relación con las «partículas tienen energía» sorprende que sólo el 19% de los licenciados la utilicen. Si bien se podría argumentar que puede haber casos en los que no se explicite pero se dé «por supuesto», ciertamente no es suficiente para justificar tan bajo porcentaje. En todo ello, creemos que subyace que, cuando se utiliza el modelo, se hace desde una perspectiva bastante «estática».