Distintos niveles de análisis para el estudio del cambio conceptual en el dominio de la mecánica

INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 89 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1), 89-102 DISTINTOS NIVELES DE ANÁLISIS PARA EL ESTUDIO DEL CAMBIO CONCEPTUAL EN EL DOMINIO DE LA MECÁNICA OLIVA, JOSÉ M. Centro de Profesorado de Cádiz E-mail: [email protected] SUMMARY A quasi-experimental study on the conceptual change in mechanics, it has been accomplished following various levels of analysis. Eighty-five students of tenth grade of a public school completed two questionnaires on mechanics phenomena, before and after being taught. The obtained results showed the presence of qualitative and quantitative changes in the cognitive structure. These changes affected the specific ideas expressed through particular answers, as well as the most general frameworks on which those answers were based. From those results some implications for didactic interest and for the investigation are commented. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los objetivos y métodos de los estudios sobre concepciones alternativas en ciencias han vivido algunos cambios importantes durante los últimos años. Se ha pasado de trabajos descriptivos dedicados a explorar las concepciones en distintos ámbitos a trabajos que investigan el nivel de estructuración y organización de las ideas a través de diversos fenómenos y dominios. Prueba de este cambio de interés lo tenemos en la atención despertada últimamente por los estudios sobre consistencia de las concepciones a través de distintos contextos y por aquellos otros que analizan la existencia de patrones de razonamiento generales que expliquen la gran variedad y diversidad de concepciones específicas catalogadas en distintos dominios. En un sugerente artículo publicado hace unos años, Viennot (1985) apuntaba ya la posibilidad de que muchos de los argumentos que aportan los alumnos en sus respuestas fuesen debidos a la aplicación de reglas causales comunes a ellos. Si dos situaciones o tareas son caracterizadas como análogas, tenderá a aplicarse en ellas las mismas reglas de inferencia. Si son consideradas de distinta naturaleza, se aplicarán reglas también diferentes. Algo más tarde, Andersson (1986) ha planteado la necesidad de sistematizar el creciente número de ideas catalogadas y analizar la existencia o no de elementos comunes compartidos por esquemas explicativos existentes en diferentes dominios de conocimiento. Recientemente Monk (1995) ha propuesto un principio de estructuración para profundizar en las características de las concepciones en distintos ámbitos. Para Monk, este principio consiste en asumir que las diversas concepciones de un mismo sujeto no son entidades dispersas sino que se organizan y estructuran en sistemas de más alto nivel, siguiendo un símil, de forma semejante a cómo se organizan las estrellas en estructuras más complejas como son las galaxias. El grado de estructuración que los autores más habituales han visto en las concepciones que han estudiado ha variado de unos casos a otros. La mayoría de ellos podrían situarse sobre un continuo entre dos polos o tendencias que han marcado el estatus asignado a las ideas de los alumnos. De un lado, están quienes piensan que el pensamiento es algo heterogéneo que mantiene un comportamiento fuertemente dependiente del contenido INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 90 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) y del contexto. De otro, están quienes opinan que la mente humana es homogénea y consistente, siendo posible identificar estructuras de conocimiento universales que los sujetos aplicarían a la hora de razonar en dominios y contextos variados. En su visión más radical, esta idea de estructuración en el conocimiento tiene como referente a aquellos autores que consideran que los conceptos y nociones de los adolescentes en dominios específicos dependen de estructuras lógicas generales que son independientes del contenido. Desde esta posición se subordina el interés de las ideas particulares a la presencia o no de esas estructuras generales de las cuales dependerían. La tendencia actual de los trabajos es una evolución hacia un punto a medio camino entre uno y otro extremo. En un trabajo anterior (Oliva, 1999a), hemos analizado el grado de estructuración de las concepciones sobre mecánica en alumnos de 14-16 años en una fase previa a la instrucción. Los datos obtenidos mostraron la existencia de un cierto grado de estructuración en las contestaciones, que podría catalogarse como intermedio entre el que establece el enfoque de las operaciones formales y el que predice el enfoque más fragmentario de las concepciones alternativas (Pozo et al., 1992). El grado de generalidad encontrado podría ser suficiente para postular la posibilidad de cambios en algunas concepciones –mediatizados en mayor o menor medida por la enseñanza recibida– una vez que se hayan cambiado otras con las que comparte algunos elementos de las estructuras implícitas. Y de ello se deduciría que superar las concepciones erróneas desde el punto de vista de la ciencia escolar conllevaría algo más que un cambio local en contenidos específicos. Comportaría un cambio en las teorías implícitas en las que subyacen las respuestas y contestaciones, esto es, en las estructuras mentales que con carácter más o menos general se encuentran tras ellas. Aunque esta conclusión parece acorde con algunos de los datos obtenidos en investigaciones realizadas al respecto (Gómez-Crespo et al., 1995), aún se requiere de un mayor caudal de estudios experimentales que contrasten la validez de dicha hipótesis. Siguiendo esta línea, en el presente trabajo analizamos el cambio en las concepciones de los alumnos sobre mecánica a través de la enseñanza. Para ello evaluamos el cambio no sólo en respuestas o concepciones puntuales, sino también en su conjunto desde una óptica como la que Monk (1995) propone a través de su idea de estructuración. La hipótesis fundamental que orienta el trabajo consiste en suponer que no sólo encontraremos variaciones en las respuestas puntuales que aportan los alumnos en tareas específicas, sino también cambios profundos que afecten a los criterios que utilizan para responder o, lo que es lo mismo, en los esquemas en que subyacen sus respuestas. Concretamente, pensamos que, junto a cambios positivos observables en las respuestas aisladas de las distintas preguntas, se apreciará también una reestructuración de las teorías implícitas en que subyacen esas respuestas, desde aquéllas que constituyen la lógica intuitiva de sentido común hasta una estructura más coherente y próxima a la ciencia formal. MÉTODO Muestra La muestra utilizada constaba de 85 alumnos de 2º de BUP. Éstos procedían de tres grupos de clase de un mismo centro perteneciente a una capital de provincia, instruidos todos ellos por un mismo profesor. La formación académica previa sobre los tópicos incluidos en los cuestionarios se limitaba a una breve introducción recibida durante 7º de EGB. Diseño de la investigación y del proceso instruccional El enfoque de la investigación fue de tipo casi experimental, con un diseño pretest-postest sin grupo de control, analizando el cambio conceptual alcanzado. Desde un punto de vista instruccional, conviene señalar que los materiales utilizados constituían una adaptación de los elaborados por Hierrezuelo y otros (1993). Dichos materiales están estructurados en unidades didácticas en forma de programas-guía de actividades (Furió y Gil, 1980), planteadas bajo un tratamiento continuado de las ideas previas de los alumnos a través de procesos de captura y cambio conceptual, entre otros. Los temas sobre los que se evaluó el cambio conceptual alcanzado fueron los relacionados con el movimiento y las fuerzas. La enseñanza de estos temas abarcó un período de unas 14 semanas, a razón de 4 sesiones semanales de 50 minutos cada una de duración. El profesor implicado en el proceso de instrucción era el propio autor de esta investigación, el cual tenía ya una experiencia continuada durante varios años en la aplicación de este tipo de metodología didáctica y en el uso de estos materiales. Instrumentos Como instrumentos de recogida de información elaboramos dos cuestionarios, A y B, cada uno integrado por siete preguntas. Las tareas de ambos cuestionarios eran muy similares, si bien cambiaba el contexto involucrado en la situación propuesta. En cada pregunta, los alumnos debían valorar su posición frente a tres ítems o afirmaciones que recogían interpretaciones o predicciones acerca de los fenómenos tratados. En total tenían que evaluar 42 ítems, 21 por cada uno de los cuestionarios. A la hora de seleccionar los tópicos a estudiar, se ha tenido en cuenta cuáles son los contenidos habituales que se imparten en la enseñanza secundaria y cuáles son las concepciones más estudiadas en la investigaciones sobre enseñanza de las ciencias (Hierrezuelo y Montero, 1988). Los tópicos abordados en las tareas y las concepciones particulares que dentro de cada una se analizaban se muestran en la tabla I. El formato de presentación de los ítems era tipo Likert con siete niveles que recorrían un arco de plausibilidad INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) 91 Una bola que se coloca encima de un muelle o se cuelga de él. Dos bolas que se dejan caer desde alturas iguales, una de más peso que otra. Un objeto se pesa mediante una báscula encerrada en un recipiente del que se ha extraído todo el aire. Una bola que sale de un tubo espiral a través del cual ha sido lanzada. Un niño golpea con el pie un balón de fútbol. Un balón de fútbol en trayectoria ascendente tras ser lanzado en el saque de una falta. Una bola que desciende por un plano inclinado sin rozamiento. Tabla I Temas abordados en las preguntas y concepciones correspondientes. Temas tratados Concepciones implicadas Situación planteada en los enunciados en los ítems Cuestionario A Cuestionario B 1. Influencia sobre el peso de la topología de un sistema. 2. Influencia del peso sobre el movimiento vertical de graves. 3. Relación entre atmósfera y gravedadpeso. 4. Trayectoria de un objeto que gira y, de repente, es dejado en libertad. 5. Igualdad o no de fuerzas en una interacción (choques). 6. Análisis de fuerzas en movimientos ascendentes bajo la acción de la gravedad. 7. Velocidad en movimientos de caída libre bajo la acción de la gravedad. C1.1: Los cuerpos pesan más cuando se sitúan sobre el objeto que les sirve de soporte. C1.2: Los cuerpos pesan más cuando se sitúan colgados del objeto que les sirve de soporte. C1.3: El peso de los cuerpos no varía según la manera cómo se sitúen.* C2.1: Los objetos más ligeros son más fácilmente acelerados por la gravedad. C2.2: Los objetos pesados son más fácilmente acelerados por la gravedad. C2.3: El peso de los cuerpos no afecta a la aceleración de graves.* C3.1: La ausencia de aire no afecta al peso ni a la gravedad.* C3.2: Si no hay aire, no hay gravedad ni peso. C3.3: Si no hay aire, no hay gravedad pero sí peso. C4.1: El objeto tiende a seguir girando. C4.2: El objeto sale en línea recta en dirección oblicua, intermedia entre la tangencial y la radial hacia afuera. C4.3: El objeto sale en línea recta tangente a la trayectoria.* C5.1: Sólo el cuerpo más pesado y que inicia la acción ejerce fuerza. C5.2: Ambos objetos se ejercen una fuerza mutua. Pero es el objeto más pesado y que inicia la acción el que aplica una mayor fuerza. C5.3: Las fuerzas que se ejercen dos cuerpos son siempre iguales.* C6.1: Sólo hay una fuerza, que actúa en la dirección y sentido del movimiento. C6.2: Sólo hay una fuerza, el peso.* C6.3: Hay dos fuerzas: el peso y otra en la dirección y sentido del movimiento. C7.1: El objeto recorre distancias iguales en tiempos iguales. C7.2: Cada vez recorre mayor espacio en un tiempo menor.* C7.3: Cada vez recorre menor espacio en un tiempo mayor. Dos bolas unidas mediante una cuerda que se sostiene directamente encima de la mano o se cuelgan una a cada lado. Dos bolas que se lanzan hacia arriba con la misma velocidad, una de más peso que otra. Objeto que se deja caer en el interior de una habitación de la que se ha extraído todo el aire. Una bola se hace girar atada a una cuerda y de repente se rompe. Un camión a gran velocidad choca contra una bicicleta estacionada en el andén. Una bola que se lanza verticalmente hacia arriba. Un objeto en caída libre desde cierta altura. * Indica la opción teóricamente más adecuada desde el punto de vista científico. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 92 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) que iba desde el total acuerdo (puntuación +3) hasta el desacuerdo total (puntuación -3). Con este tipo de técnicas queríamos ser fieles al marco teórico utilizado (Oliva, 1999b), dando posibilidad a que se manifestaran los siguientes aspectos: 1)El compromiso de un alumno con una determinada idea suele no ser cuestión de todo o nada, sino de grado, existiendo distintos niveles de acuerdo o plausibilidad. 2)Un mismo alumno podría identificarse con más de una opción, incluso cuando éstas son de carácter contradictorio. Los ítems propuestos eran transcripciones de respuestas y argumentos aportados por alumnos en un estudio previo realizado empleando cuestionarios de explicación abierta (Oliva, 1994). El orden de presentación de las tareas era idéntico para ambos cuestionarios, si bien dentro de cada tarea los tres ítems estaban ordenados de un modo diferente. No obstante, a efectos de la exposición hemos situado los ítems en el mismo orden en ambos casos para facilitar así la lectura e interpretación de los datos. El apéndice recoge un ejemplo de tarea planteada en uno de los cuestionarios. Las pruebas se administraron como pretest a comienzos de curso, antes de empezar los temas de mecánica, y más tarde como postest a finales de curso, dos meses después de acabar las unidades didácticas referentes a las concepciones abordadas en los cuestionarios. Los cuestionarios se presentaron en horas habituales de clase. Aunque no se puso un límite de tiempo para su realización, todos lo completaron en menos de treinta minutos. Los estudiantes sabían que participaban en un sondeo de sus concepciones y que el resultado no tendría incidencia en sus calificaciones. Análisis de datos Los datos de las pruebas empleadas fueron organizados en una matriz de datos e introducidos en una base de datos de un ordenador. El tratamiento estadístico se efectuó mediante el paquete SPSS, aplicando análisis descriptivo, estudios de correlación, análisis factorial y de fiabilidad, y análisis de diferencias mediante la t-student para muestras dependientes. RESULTADOS Análisis descriptivo de los datos Se efectuó un primer análisis de resultados comparando los datos obtenidos en los distintos ítems del pretest y del postest. Dicho análisis se muestra en las figuras 1 y 2. Un rápido repaso a esos gráficos permite comprobar los siguientes aspectos: 1)En más de la mitad de las tareas del pretest, los ítems que representaban opciones acordes con el punto de vista científico arrojaron promedios de puntuaciones negativas. Este hecho indica un bajo grado de aceptación inicial de estas opciones. Las excepciones las encontramos en las tareas 1 y 7 del cuestionario A, y en las tareas 3, 4 y 7 del cuestionario B. En ellas los promedios sí adoptaron valores positivos, mostrando así un cierto grado de plausibilidad para la muestra en su conjunto. 2)También en el pretest, ciertas ideas habituales en los estudios sobre concepciones alternativas alcanzaron un nivel relativamente alto de plausibilidad. Tal es el caso, por ejemplo, de la conexión que se establece entre el peso de un objeto y la rapidez del movimiento vertical de graves (ítem C2.2), la desigualdad de fuerzas en una interacción (ítem C5.2) o la asociación entre fuerza y movimiento (ítem C6.3). 3)En el postest, se aprecia, por lo general, en términos comparativos, un ascenso en la plausibilidad de las ideas acordes con el punto de vista científico y un descenso en la de las ideas alternativas. En algunos casos, no obstante, las variaciones fueron escasas, lo que sugiere que el cambio conceptual en determinadas nociones ha sido limitado. Los datos comentados sugieren un cierto nivel de cambio en algunas de las concepciones preinstruccionales. Sin embargo proporcionan una imagen poco estructurada del alumno, que no tiene en cuenta cómo se organiza el conocimiento ni los cambios que se verifican en esa organización. Además, desde un punto de vista estadístico, los resultados que aporta cada ítem por separado son de una dudosa fiabilidad, lo que resta significatividad a las conclusiones que a partir de ellos podemos extraer. Todo ello no hace sino aconsejar otras formas de analizar las concepciones y otras maneras de evaluar los cambios que se producen en las mismas. A ello dedicaremos espacio a continuación estudiando cuáles son los esquemas subyacentes a las respuestas concretas. Construcción de escalas y cambios que se observan en las mismas Con objeto de proporcionar una visión más estructurada del conocimiento intuitivo del alumno, se ha construido una serie de escalas para el pretest combinando los resultados de ítems de contenido análogo. El uso posterior de estas escalas permitió contar con datos más fiables que los que se desprenden de cada ítem por separado (Licht y Thijs, 1990). El método empleado ha sido ya descrito en un trabajo anterior (Oliva, 1999a) y pasamos a reseñarlo a continuación, brevemente. En un primer paso se llevó a cabo una selección de los ítems más representativos de acuerdo con los siguientes criterios: 1)Todos los ítems que incluían concepciones acordes con el punto de vista científico fueron incluidos. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) 93 Figura 2 Comparación de resultados del pretest y del postest para las concepciones alternativas. Figura 1 Comparación de resultados del pretest y del postest para las concepciones acordes con el punto de vista científico. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 94 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) Tabla II Interpretación y fiabilidad de las escalas del pretest y del postest. Escala Polo (+) Polo (-) Número α de Cronbach de ítems Pretest Postest E Conservación del peso ante variaciones Los cuerpos pesan más cuando en la configuraciónde un sistema. se cuelgan. C1.3(A) C1.3(B) C1.2(A) C1.2(B) 4 0,64 0,82 E2 Independencia del movimiento de Los cuerpos más pesados se ven graves respecto al peso del objeto. más afectados por la gravedad. C2.3(A) C2.3(B) C2.2(A) C2.2(B) 4 0,74 0,89 E3 Independencia del peso de la Los cuerpos no caen o no pesan presencia o no de aire. en ausencia de aire. C3.1(A) C3.1(B) C3.2(A) C3.2(B) 4 0,70 0,69 E4 Inercia rectilínea tangente a la Inercia circular. Los cuerpos que trayectoria. C4.3(A) C4.3(B) giran siguen girando al quedar en libertad. C4.1(A) C4.2(B) 4 0,57 0,62 E5A Igualdad de fuerzas en un choque. El objeto de mayor masa y mayor 4 0,74 0,91 C5.3(A) C5.3(B) velocidad ejerce una fuerza mayor en un choque. C5.2(A) C5.2(B) E5B En un choque los dos cuerpos Sólo el objeto de mayor masa y 2 0,62 0,76 se ejercen fuerza mutua. mayor velocidad ejerce fuerza en un choque. C5.1(A) C5.1(B) E6 Sobre un cuerpo que asciende Sobre un cuerpo que asciende 6 0,69 - actúan varias fuerzas. actúa sólo una fuerza. C6.3(A) C6.3(B) C6.1(A) C6.1(B) C6.2(A) C6.2(B) E7 El movimiento de caída es acelerado. El movimiento de caída es 4 0,82 0,84 C7.2(A) C7.2(B) a velocidad constante. C7.1(A) C7.1(B) E8a Asociación fuerza-movimiento (I): 2 0,60 0,80 sobre un cuerpo que asciende actúa sólo una fuerza, orientada en el sentido del movimiento. C6.1(A) C6.1(B) E8b Noción newtoniana de fuerza: Asociación fuerza-movimiento (II): 4 - 0,91 sobre un cuerpo que asciende actúa sobre un cuerpo que asciende actúa sólo la fuerza peso. además del peso una fuerza en el C6.2(A) C6.2(B) sentido del movimiento. C6.3(A) C6.3(B) Entre paréntesis se indica A o B para referirse al cuestionario del que se había extraído el ítem. 2)Se incluyeron también aquellos ítems que recogían respuestas acordes con concepciones alternativas de una cierta plausibilidad (-1). 3)No obstante, dentro de estos últimos, se descartaron todos aquellos ítems que no mostraron un nivel significativo de correlación con sus equivalentes en la otra prueba. Como resultado de dicho proceso de selección se conservaron sólo 32 de los 42 ítems incluidos en las pruebas. Estos ítems se dividieron en siete grupos de acuerdo con su afinidad temática, uno por cada una de las siete tareas involucradas en los cuestionarios. La validez interna de cada uno de los agrupamientos se evaluó, respectivamente, a través de una primera tanda de análisis de componentes principales. En primera instancia sólo se INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) 95 consideró un factor como solución de cada análisis. El nivel de ajuste al modelo fue bueno en todos los casos, a excepción hecha del grupo de ítems correspondientes a las tareas número 5 de los cuestionarios. En este caso, fue preciso introducir un segundo factor para obtener un nivel de ajuste aceptable. Como resultado de todo este proceso fue posible resumir la información disponible en sólo ocho escalas (escalas 1, 2, 3, 4, 5A, 5B, 6 y 7), con cada ítem contribuyendo a una y sólo a una de las escalas. Las escalas solían tener una naturaleza bipolar, ya que incluían concepciones acordes con el punto de vista científico y también concepciones alternativas. Cada escala se obtuvo mediante adición directa de las puntuaciones de los correspondientes ítems, verificándose luego una recodificación de los valores obtenidos para que encajasen en un rango comprendido en el intervalo [+1, -1], que es más manejable y fácil de interpretar. La asignación de los polos positivo y negativo de cada escala se realizó utilizando como criterio la proximidad del extremo positivo al punto de vista científico, lo cual demostró que evitaba trabajar con correlaciones negativas entre variables. La composición de cada escala, su fiabilidad y otros datos de interés se recogen en la tabla II. Con posterioridad definimos una novena escala, E8A, cuyos ítems estaban ya incluidos en la escala 6. Se procedió de esta forma sólo a efectos comparativos con las escalas delimitadas en el postest, las cuales analizaremos más tarde. En cuanto al significado de cada una de las ocho escalas del pretest, siete de ellas fueron relativamente fáciles de interpretar identificándose un extremo coherente con el punto de vista científico y otro que recogía una visión alternativa (escalas 1, 2, 3, 4, 5A, 5B y 7). La escala restante (escala 6) resultó la más compleja y problemática. Si bien, en principio, se esperaba que ayudaría a evaluar la posición del alumno entre la visión newtoniana del concepto de fuerza (C6.2) frente a la asociación fuerza-movimiento de las posturas aristotélico-escolásticas (C6.1 y C6.3), los datos obtenidos nos obligaron a replantear el significado de la misma. De forma sorprendente los ítems C6.1 y C6.2 de ambos cuestionarios correlacionaban positivamente entre sí, integrándose en un mismo extremo de la escala en el lado opuesto en el que se situaban los ítems C6.3. Por ello, en su interpretación final, se consideró que esta dimensión marcaría la tendencia a abordar el problema de una forma analítica, contemplando la posibilidad de actuación de varias fuerzas a la vez, frente a la tendencia a hacerlo a partir de una sola. El primero de estos extremos fue el que mejor correlacionó con el polo positivo de las otras escalas y por ello se le asignó el polo positivo. Mediante un proceso semejante logramos resumir los datos del postest en una serie de nueve escalas (escalas, 1, 2, 3, 4, 5A, 5B, 7, 8A y 8B). La interpretación de las mismas y sus valores de fiabilidad se recogen también en la tabla II. Antes de pasar al estudio cuantitativo de las transformaciones que han operado sobre las concepciones de los alumnos, conviene realizar un balance cualitativo de los cambios ocurridos. Ello puede hacerse a partir de la comparación del significado de las escalas definidas en uno y otro caso. Sobre ello hay que señalar que siete de las ocho escalas iniciales conservaron su validez interna en el postest, lo que denota un importante grado de continuidad en los marcos referenciales que orientaban las respuestas de los alumnos. No obstante, la escala 6 sufrió un proceso de reestructuración a través de la enseñanza, desdoblándose en dos escalas diferentes, E8A y E8B respectivamente. La primera de ellas se definió de un modo unipolar y para ello se tomó como referente el significado del extremo negativo del continuo. Correspondía a un efecto residual de la escala E6 del pretest, si bien aquí prevalecía la idea de impetus como única causa que acciona el movimiento del objeto y ni siquiera se contemplaba el peso del cuerpo como posibilidad. La segunda, en cambio, parecía claramente de una naturaleza bipolar. Un extremo incluía sólo la fuerza peso, que fue identificado como el extremo adecuado desde el punto de vista científico, y otro que, además del peso, incluía una fuerza en la dirección y sentido del movimiento. De ahí se deduce que la dicotomía entre el estudio dinámico de un sistema a partir de una sola causa o la posibilidad de varias causas a la vez daba paso después de la instrucción a una visión en la que la idea de fuerza evolucionaba notablemente, si bien la asociación entre fuerza y movimiento, como veremos a continuación, no llegó a ser superada al menos dentro de los límites de lo que hubiéramos deseado. En cuanto a los valores de fiabilidad de las escalas, se constata, por lo general, un cierto aumento del coeficiente de consistencia interna a través de la instrucción. En la tabla III se indican los promedios de valores alcanzados en las escalas del pretest y del postest. Además, dicha tabla recoge los valores de cambio observados en cada una de las escalas y el grado de significatividad estadística de dicho cambio, que se desprende de la prueba de comparación de datos para medidas dependientes. El hecho de que las distribuciones de puntuaciones en las distintas escalas se aproximara bastante a la curva normal nos animó a emplear una estadística de tipo paramétrico en nuestras inferencias. Desde un punto de vista del cambio que se ha producido en cada escala a través de la enseñanza, puede decirse que éste ha sido positivo y bastante notorio en las escalas relacionadas con la influencia de la masa en el movimiento de graves (escala E2) y la idea de fuerza como interacción (escalas E5A y E5B). También puede considerarse aceptable en las escalas sobre la noción de inercia (escala E4) y el estudio dinámico de un sistema de la escala E8A. En el resto de escalas, el cambio resulta discreto. Así, por ejemplo, resulta bastante limitado en las concepciones correspondientes a la influencia sobre el peso de la configuración de un sistema (escala E1) y el movimiento descrito por un objeto bajo la acción de la gravedad (escala E7). Por otra parte, ni siquiera llega a INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA 96 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) Tabla III Evolución de las concepciones de los alumnos a través de las diferentes escalas y prueba estadística para las diferencias pretest-postest. Escala Pretest Postest Cambio Prueba tStudent Media DS Media DS Media DS E1 0,10 0,47 0,28 0,52 + 0,18 0,50 ** E2 -0,30 0,55 0,38 0,60 + 0,67 0,69 *** E3 0,08 0,50 0,14 0,48 + 0,05 0,46 NS E4 0,31 0,39 0,63 0,39 + 0,32 0,46 *** E5A -0,57 0,35 0,31 0,63 + 0,88 0,70 *** E5B -0,15 0,59 0,66 0,42 + 0,80 0,66 *** E6 0,44 0,35 - - - - - E7 0,28 0,55 0,49 0,48 + 0,20 0,51 ** E8A 0,32 0,50 0,63 0,43 + 0,30 0,54 *** E8B - - -0,31 0,65 - - - *** P < 0,001; ** p < 0,01; * p < 0,05; NS = No significativo superar el umbral de significatividad estadística en el caso de la influencia del aire en el peso de un objeto (escala E3). En cuanto a la escala E8B, se aprecia que la puntuación final se mueve en la zona negativa del continuo. Ello denota un alto nivel de aceptación de la idea de asociación entre fuerza y movimiento y sugiere una insuficiente repercusión de la instrucción en esta dirección. Esta noción parece diferenciarse de otras ideas después de la enseñanza formal, cobrando un estatus propio independiente de otras ideas, pero no logra desaparecer ni ser cambiada por el punto de vista newtoniano del movimiento. Aunque el estudio de los resultados que proporcionan las escalas puede ser más interesante que el que aportan los diversos ítems por separado, pensamos que todavía podría accederse a un análisis más profundo de los datos investigando las relaciones existentes entre los esquemas conceptuales evaluados mediante las escalas. A ello dedicamos espacio en el siguiente apartado. Relaciones entre escalas y cambios detectados El estudio de las relaciones existentes entre las diversas escalas se llevó a cabo mediante el coeficiente de correlación de Pearson. En el pretest no hemos incluido la escala E8a, dado que los ítems que la integraban ya estaban incluidos en la escala E6. Con dicha exclusión pretendíamos evitar introducir información redundante en las correlaciones. Las correlaciones obtenidas en el pretest fueron semejantes a las expuestas en un estudio anterior (Oliva, 1999a), si bien aquí los valores fueron algo mayores. En esta ocasión tuvieron en 0,48 su valor máximo (escalas E5B y E6) y alcanzaron los límites de significatividad estadística en uno de cada cinco casos. En el postest, las correlaciones resultaron algo superiores en términos generales, teniendo como valor máximo 0,52 (escalas E5B y E8A) y siendo estadísticamente significativas en casi la mitad de las ocasiones. Estos valores más altos de correlación entre escalas concuerdan bien con el aumento también detectado en la fiabilidad de las escalas (Tabla III) y denotan un incremento de la coherencia interna de las respuestas de los alumnos. Al lado de estos cambios en las correlaciones, se apreciaron además algunos cambios cualitativos importantes en la gama de valores obtenidos, lo cual nos animó a estudiar los cambios ocurridos en la organización de los mismos. Con objeto de acceder a dicha organización se efectuó una segunda ronda de análisis de componentes principales, esta vez utilizando las escalas del pretest, por un lado, y del postest, por otro, como variables incluidas en los respectivos análisis. El análisis arrojó en el pretest una solución con cuatro factores que explicaban el 71% de la varianza total. La tabla IV recoge las cargas factoriales. Los factores obtenidos coinciden con los mismos que obtuvimos e interpretamos en un trabajo anterior ayudados, entre otras cosas, por el uso de entrevistas (Oliva, 1999a). El significado de cada uno podría también identificarse con el de los factores allí discutidos: – Factor 1: Varias fuerzas o una sola fuerza en el estudio del comportamiento dinámico de un sistema (escalas E5B y E6), según que los alumnos postulasen la presencia de una o más fuerzas en los análisis efectuados. INVESTIGACIÓN DIDÁCTICA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2001, 19 (1) 97 – Factor 2: Conservación o no conservación del peso ante ciertas modificaciones (escalas E1 y E3). – Factor 3: Visión lógico-analítica o visión intuitiva en el estudio del tipo de movimiento de un objeto (escalas E4 y E7), según que los razonamientos tengan en cuenta o no los cambios que se verifican en las condiciones del fenómeno a medida que se produce. – Factor 4: Diferenciación o identificación de la magnitud de una causa con la de sus efectos (escalas E2 y E5A), según que se asocie o no la magnitud de una fuerza con la del efecto que ocasiona. Tabla IV Análisis de componentes principales para las escalas de mecánica en el pretest. Variables Rotación VARIMAX F1 F2 F3 F4 E5B 0,87 - - - E6 0,83 - - - E1 - 0,79 - - E3 - 0,73 - - E7 - - 0,88 - E4 - - 0,75 - E2 - - - 0,84 E5A - - - 0,74 Sólo se recogen los valores de cargas factoriales superiores a 0,40. Como ya mencionamos en el trabajo citado, estos factores concuerdan bien con algunas de las reglas causales empleadas en estudios teóricos y de corte cualitativo para explicar ciertas semejanzas observadas en las concepciones a lo largo de distintos tópicos. De forma más específica, los factores 1, 2 y 4 parecen coherentes con dos de las estructuras de pensamiento postuladas por Pozo y otros (Pozo et al., 1991; Pozo y Gómez-Crespo, 1997) para distinguir las características del conocimiento implícito de sentido común y las del conocimiento científico. Concretamente, el primero y el cuarto se alinean con la dimensión referente a la interacción versus causalidal lineal simple: «Los alumnos tienden a recurrir a un esquema causal muy simple para explicar los acontecimientos según el cual la relación entre causa y efecto es lineal y en un solo sentido. Sin embargo, la mayor parte de las teorías científicas requieren entender las situaciones como una interacción de sistemas en las que como mínimo se produce una de las dos situaciones siguientes: a) la relación causa-efecto no es en un solo sentido, sino que implica una relación recíproca[...]; b) la relación implica no sólo una causa sino la interacción entre varias causas que se coordinan para producir un efecto dado» (Pozo y Gómez-Crespo, 1997, p. 96). Mientras tanto, el segundo factor se relaciona con el esquema de conservación versus no-conservación, que aquí se manifiesta a través de la conservación o no del peso ante una alteración de alguna de las variables del fenómeno. Finalmente, la tercera dimensión analizada también parece tener un componente general importante y formaría parte de una tendencia causal más amplia al estilo de la propuesta por autores como Acevedo (1990) o Touger y otros (1995). Estos autores han encontrado que algunas de las explicaciones de los alumnos en tareas de ciencias se basan en impresiones personales superficiales que no entran en la lógica del fenómeno, en contraposición a otras en las que se razona de un modo estructurado mediante inferencias causales que identifican los conceptos relevantes de la tarea y las diferencias que existen entre los estados iniciales y finales del fenómeno. Esta dimensión manifestaría, pues, la tendencia de los alumnos a abordar los problemas de movimiento de un modo lógico utilizando argumentos causales más o menos articulados, frente a la tendencia a hacerlo de un modo intuitivo sin un control de las variables que participan en el fenómeno. En esta ocasión, la variable a tener en cuenta en un caso sería la acción central que mantiene a los cuerpos girando y, en el otro, la variación de velocidad que altera los tiempos empleados en recorrer longitudes iguales. En el postest, el análisis de componentes principales ponía de manifiesto la existencia de sólo tres factores que explicaban el 60% de la varianza (Tabla V). La adición de un cuarto factor hizo aumentar la varianza explicada hasta un 70%, pero no fue tenido en cuenta, ya que arrojaba un valor propio inferior a la unidad (0,87) Tabla V Análisis de componentes principales para las escalas de mecánica en el postest. Variables Rotación VARIMAX F1 F2 F3 E5B 0,79 - - E5A 0,77 - - E8A 0,71 - - E1 0,54 0,53 - E3 - 0,79 - E7 - 0,75 - E4 - - 0,76 E2 - - 0,71 E8b - 0,43 0,47 Sólo se recogen los valores de cargas factoriales superiores a 0,40. De la comparación de los análisis del pretest y del postest se infiere un cambio en los factores en los que se ubica