Hacia una teoría sobre las ideas científicas de los alumnos: influencia del contexto

INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS HACIA UNA TEORÍA SOBRE LAS IDEAS CIENTÍFICAS DE LOS ALUMNOS: INFLUENCIA ... DEL CONTEXTO DE POSADA, J.M. Delegación provincial Educación Ciencia Málaga. Junta de Andalucía. SUMMARY The different constructive psychological theories present some difficulties in order to explain and justify the results obtained by the researches carried out within the field named pupils'conceptions. In this paper we introduce a new psycho-pedagogical model which agglutinates the main elements of the constructive theories. With that aim, the declarative knowledge is subdivided in severa1 memories: episodic, scholastic semantic and experiential semantic. The procedural knowledge of reasoning in scholastic analysis and experiential analysis methods. We show some examples that are analyzed from our theoretic model. Later, we stress the relationship between pupils'answers and the context in which those are activated, showing the utility of the model here proposed. Se han identificado nociones de mecánica, termología, evolución biológica, presión de gases, electricidad, energía, luz, reacciones químicas, conservación de la masa, equilibrio químico, radioactividad, etc. en las mentes de los alumnos incluso antes de haber sido impartidos formalmente en el currículo. En otros casos, y después de haber sido tratados determinados conceptos en clase, se detectan ideas de naturaleza distinta a la que se esperaba. La lista de nociones identificadas continúa creciendo sin cesar, asícomo el volumen de datos sobre las mismas. El interés no parece disminuir a juzgar por el gran número de comunicaciones orales presentadas sobre el tema en el IV Congreso Internacional sobre investigación en la Didáctica de las Ciencias y de las Matemáticas celebrado en septiembre de 1993 en Barcelona. Hemos computado 63 trabajos de un total de 167 presentados, lo que supone un 38% del total. A pesar de las grandes diferencias encontradas entre los tópicos estudiados, Driver, Guesne y Tiberghien (1985) reconocieron algunas características comunes en las representaciones de los estudiantes: Inicialmente los alumnos tienden a basar su razonamiento en características observables de la situación problema. La tierra es plana para muchos estudiantes y el azúcar «desaparece» al ser disuelto en agua. Los estudiantes consideran aspectos muy limitados y focalizan su atención sobre las características más sobresalientes. Los alumnos tienden a fijarse más en los cambios que en las situaciones estables. El razonamiento utilizado para explicar los cambios parece seguir una secuencia causal lineal. Algunas de las representaciones de los estudiantes tienen un rango de aplicación que difieren del de los científicos. Por ejemplo, la noción de peso tiene connotaciones de volumen, densidad y presión para los estudiantes más jóvenes. Existe un determinado número de representaciones, mencionadas frecuentemente en la literatura, que influENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3), 303-314 yen en el pensamiento de los estudiantes en situaciones muy variadas. Disponemos pues de un valioso catálogo de cómo los alumnos entienden muchos conceptos científicos y de evidencias útiles acerca de la resistencia al cambio de los errores conceptuales de los alumnos. Sin embargo, no tenemos en la actualidad un esquema teórico que pueda explicar estos hallazgos (Lawson, 1989; Marín y Benarroch, 1994; Niaz, 1993): es necesario desarrollar un modelo teórico que pueda ser refutado (Adey, 1987). La teoría del aprendizaje significativo de Ausubel et al. (1978) destaca la importancia de las ideas previas de los estudiantes; sin embargo, no recibe un tratamiento adecuado en la misma la persistencia y naturaleza de estas concepciones, que son fundamentales en determinados niveles de escolaridad y en algunos núcleos conceptuales como mecánica, calor, óptica, etc. (Gómez et al., 1993a). Las ideas de Vygotski (1962) sobre las relaciones entre conceptos espontáneos y científicos son oportunas; sin embargo, deja sin contestar algunas cuestiones como la falta de criterios suficientes para determinar cuándo un concepto pertenece a un sistema o a otro (Davydov, 1972; en Pozo, 1989). La teoría causal de Piaget (1974) tampoco se encuentra exenta de críticas. Para algunos investigadores se debería focalizar más en el contenido real de las ideas de los alumnos y menos en su supuesta estructura lógica (Posner et al., 1982). Para Lacasa y García Madruga (1987) y Gilbert y Swift (1985), el modelo piagetiano es ante todo epistemológico y, por tanto, no está formulado para dar cuenta de una práctica experimental concreta. De acuerdo con Vuyk (1985), la teoría de Piaget tiene un carácter descriptivo pero no explicativo. Aunque en la teoría del procesamiento de la información existen actualmente tendencias de aproximación hacia posiciones constructivistas (Streibel, 1989), su núcleo central se encuentra aún comprometido con presupuestos conductistas (Sebastián, 1983; Pozo, 1989). Estos comentarios previos no pretenden ser un catálogo de las principales críticas encontradas en la bibliografía. Por el contrario, se trata de breves pinceladas que ponen de manifiesto las dificultades para interpretar de forma teórica los resultados obtenidos sobre los esquemas de los alumnos. Efectivamente, numerosos investigadores (Corral, 1986; Lacasa y García Madruga, 1987; Coll, 1991a; entre otros) coinciden en destacar la falta de un marco teórico general para la educación, pues ni siquiera existe para el campo de investigación más restringido como es el de los esquemas de los alumnos (Posner et al., 1982; Pozo, 1989; Giordan y de Vecchi, 1988, entre otros). Este hecho podría explicar la dispersión teórica, metodológica, uso de nomenclaturas, etc. encontradas en esta área (Marín y Jiménez, 1992); así, por ejemplo, se utilizan hasta 28 términos diferentes para referirse a los constructos de los estudiantes (Giordan y de Vecchi, 1988). Estamos totalmente de acuerdo con Porlán (1993) cuando afirma que es necesaria una profundización y unificación integradora de los fundamentos psicológicos para la didáctica de las ciencias. Los objetivos de este artículo son: Reclamar una mayor atención sobre la necesidad de unificar criterios y esfuerzos para conseguir un marco teórico más general para las concepciones de los alumnos. Presentar un nuevo modelo psicopedagógico del que se puede deducir los aspectos más destacados y consensuales de las principales corrientes constructivistas. Explicar algunas características de las concepciones alternativas de los alumnos desde el modelo integrador. Establecer relaciones entre los contextos en los que son planteadas tareas y los elementos de memoria que son puestos en juego en la respuesta. UN MARCO INTEGRADOR Ryle (1949) realizó una útil diferenciación del conocimiento en dos tipos: declarativo y procedural. El conocimiento declarativo comprende el saber descriptivo o factual susceptible de ser expresado. El conocimiento procedural se describe como todos aquellos procedimientos disponibles por el individuo para actuar sobre su entorno. Esta diferenciación sigue siendo utilizada tanto en modelos psicológicos como los de Anderson (1980, 1983) y Gagné y otros (1988) como en el modelo epistemológico de Piaget (1971); en este último con las denominaciones de figurativo y operativo para referirse respectivamente, según Lawson (1982), a declarativo y procedural' . Esta diferenciación del conocimiento cuenta con suficiente respaldo neurológico. La zona posterior del cerebro humano se encarga de la recepción y almacenaje del conocimiento declarativo (Cardebat et al., 1994), mientras que la porción frontal del cerebro parece ser la responsable de la organización y generación de acciones del conocimiento procedural (Anderson, 1975; Luria, 1973; Levine y Prueitt, 1989, entre otros). Tulving (1972) introdujo la distinción entre memoria semántica y memoria episódica. Para Tulving y Thomson (1973), la memoria episódica no tiene una organización conceptual aunque sí espacio-temporal; esta memoria está relacionada con los recuerdos personales. La memoria semántica almacena conocimientos permanentes sin relación con momentos concretos en los que fueron adquiridos dichos conocimientos. La memoria semántica tiene una estructura organizada jerárquicamente (Coilins y Quillian, 1969) que podría no estar asociada a la estructura lógica (Rips et al., 1973). Este modelo está demostrando su utilidad en los problemas humanos de almacenaje y recuperación de elementos de la memoria (Baddeley, 1994). Las memorias semántica y experiencial, por su naturaleza, pueden ser f6cilmente incluidas dentro del conocimiento declarativo. Por otro lado, Ausubel y otros (1978) consideran que el aprendizaje, escolar o no, puede ser analizado de acuerdo con un contipuo que va del aprendizaje rutinario al significativo. Este se produce cuando el nuevo conocimiento «puede relacionarse, de modo no arbitrario y substancial (no al pie de la letra) con lo que el alumno ya sabe» 304 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) (Ausubel et al., 1978, pág. 37 de la trad. cast.). Los términos aprendizaje y memoria son usados por algunas teorías de forma casi sinónima y, sin embargo, son dos realidades diferentes (Calfee, 1981; Bereister, 1990; Baddeley, 1994) que conviene distinguir en el nuevo modelo que presentamos. Una propuesta útil para resolver algunos de los problemas teóricos y metodológicos expuestos anteriormente es la organización y diferenciación de la memoria declarativa en tres niveles: memoria episódica, memoria semántica academicista y memoria semántica experiencial (Pérez Gómez, 1988, Fig. 1). La memoria episódica comprende aquellos recuerdos, experiencias, etc. sin conexión unos con otros, producto de la práctica diaria directamente perceptiva de la persona. La memoria semántica academicista alberga el conjunto de concepciones que fueron adquiridas mediante un aprendizaje memorístico, no sustantivo, en los que no se integran esos nuevos conceptos con los que existen previamente en la estructura cognitiva. Esas concepciones no son relacionadas por el alumno con experiencias, hechos u objetos conocidos por él. Numerosos investigadores (Ridley y Novak, 1983; Novak, 1988; Tobin y Fraser, 1989) han mostrado que muchos estudiantes aprenden básicamente de forma rutinaria. El término academicista no implica connotación negativa hacia lo aprendido en el ámbito escolar. La memoria semántica experiencial acoge las concepciones incorporadas substantivamente, de forma no arbitraria y sí jerárquicamente2, que se encuentran relacionadas con hechos, experiencias u objetos conocidos por el alumno3. Las concepciones ubicadas en la memoria semántica academicista pueden pasar a la semántica experiencial si el individuo consigue relacionarlas significativamente con las que ya posee. Para aclarar estos términos usaremos la experiencia descrita por White (1988) en su libro Learning Science (pp. 3 1-32). Este investigador recuerda que cuando tenía quince años tuvo una conversación con su primo y aún la rememora con todo detalle. Su primo le informó que podía haber aceleración sin cambiar de velocidad. En la discusión que tuvo lugar, las nuevas ideas aportadas por su primo se encontraron relacionadas con conceptos previamente bien conocidos por el joven White como eran, rapidez, aceleración, vector velocidad, etc. (todos ellos ubicados en su memoria semántica experiencial) Figura 1 Tipos de memoria declarativa. MEMORIA SEMÁNTICA H MEMORIA SEMÁNTICA ACADEMICISTA EXPERIENCIAL aunque posiblemente nunca antes había visto el problema desde la óptica planteada hasta ese momento. En las clases tradicionales de física se suele definir el vector aceleración como la derivada del vector velocidad en función del tiempo. El tipo de información así presentada suele situarse en la memoria semántica academicista de la mayoría de los estudiantes de esta edad y no tiene las cualidades de la memoria semántica experiencial, como veremos posteriormente. El hecho de encontrarse con su primo en un tren, recordar la ropa que llevaban puesta, etc. debe ser considerado episódico, sin embargo, el conocimiento construido en la mente de White se ubicó en su memoria semántica experiencial y perdura hasta hoy. Al esquema de la figura 1 han sido agregados varios apartados para dar cuenta de algunos hechos que hemos podido observar (de Posada, 1993a, Fig. 2). El cuerpo de conocimientos científicos imperantes, lógicamente, es mayor que el que posee un individuo determinado, habida cuenta la velocidad a la que se desarrollan nuevos campos de la ciencia y la imposibilidad material de estar al tanto de todos los nuevos avances. Dentro de la memoria semántica academicista existen conocimientos que están de acuerdo con lo establecido por la comunidad científica (conjunto de conocimiento representado por la zona 1 de la Fig. 2). Muchos estudiantes de grado medio recuerdan las leyes de Mendel, los principios de la mecánica o el principio de conservación de la masa; sin embargo no llegan a captar su significado. Si se les plantean tareas en las que deben utilizar los Figura 2 Diagrama que representa la memoria declarativa y el papel que juegan los factores inclusores en la producción de aprendizaje significativo. Las aclaraciones 1 a 4 son explicadas en el texto. MEDIO ESCOLAR Y EXTRAESCOLAR S S L CUERPO DE CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS ACTUALES 1) Memoria semántica 4) Memoria semántica academicista experiencia1 Experiencias Objetos (Factores inclusores) Memoria episódica Integra I‘ ? ? elementos de la MEDIO ESCOLAR Y EXTRAESCOLAR ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) 305 - INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS conceptos científicos, cuyos principios y leyes recuercreemos que la memoria episódica no se encuentra dan perfectamente, estos alumnos suelen utilizar otras directamente relacionada con aquélla. En cambio, la concepciones que no son las científicas. Hay otros conomemoria semántica experiencial puede elevar el nivel de cimientos en la memoria semántica academicista que los elementos ubicados en la memoria episódica, inteson producto de malas interpretaciones, enseñanzas o grando en aquélla elementos de ésta, permitiendo la aprendizajes defectuosos que no están de acuerdo con mejora del poder de observación y percepción del munlos prescritos por la ciencia (zona 2 de la Fig. 2). A veces do que rodea al individuo en los campos relacionados surgen como consecuencia de la simplificación excesiva con la memoria semántica experiencial (Villani y Orquide conceptos e ideas, como en la respuesta siguiente za, 1995; de Posada, en prensa). Los tres tipos de memodada por un alumno: «En agua se disuelve lo inorgánico rias no constituyen grupos separados sino que existe un y en el tetracloruro de carbono los compuestos orgánicontinuo entre ellos. Los enlaces iónico, covalente y tos.» (3" de BUP, 17 años de edad). Respuestas de este metálico podrían ser símiles útiles para explicar este tipo son bastante frecuentes; todas tienen en común una hecho. Aunque existen sustancias químicas con un tipo falta real de comprensión de lo que se dice o escribe por de enlace concreto, muchos de los compuestos pueden parte del alumno. ser considerados formados por combinaciones entre aquéllos. Algo similar puede ocurrir con estos tres tipos de Las conexiones entre conceptos o los propios conceptos memorias, en el que las nociones de los individuos de la memoria semántica experiencial pueden estar en pueden ir evolucionando y desplazarse dentro de este desacuerdo con la ciencia (zona 3, Fig. 2) o de acuerdo sistema. con ella. Este último es el objetivo final de la enseñanza científica. Los individuos acumulamos experiencias, Hemos podido constatar que las respuestas de los aliimhechos, recuerdos, etc. y algunos conectan con nuestras nos mejoraban cuando trataban de aplicar algún concepconcepciones previas (son asimilados o interiorizados) to teórico en un contexto familiar y cotidiano para ellos mientras que otros no lo consiguen. El conocimiento (de Posada, 1993a; Sanz et al., 1993; Furió et al., 1993; previo de los estudiantes ha sido reconocido como el parcialmente en Gómez et al., 1993b). Creemos que factor conceptual más importante para comprender la experiencias, hechos u objetos próximos a lo cotidiano adquisición de nuevos conocimientos (Ausubel et al., de los alumnos (que denominamosfactores inclusores y 1978; Calfee, 1981; Corno, 1981; Posner et al., 1982; no coinciden con los conocimiento previos relevantes Johnson-Laird, 1983; Osborne y Wittrock, 1983, 1985; descritos por Ausubel et al. [1978]) brindan una mayor Alexander et al., 1991; Nuthall y Alton-Lee, 1993, entre oportunidad de producir aprendizajes significativos en otros). Las experiencias, hechos, recuerdos, etc. que los individuos. Esos factores inclusores pueden ser proconectan con los conocimientos previos asumen una porcionados por el medio escolar o extraescolar y debeposición específica en la jerarquía conceptual del indivirán estar próximos a la memoria episódica o incluso duo y son promovidos a la memoria semántica experienhaber sido registrados por ésta previamente (para mhs cial. Los otros permanecen como elementos de la memoinformación ver de Posada, 1994b). ria episódica. Las concepciones alternativas de los alumnos tienen su propia ubicación en la memoria semántica experiencial (de Posada, 1994a), concretamente coincide con la zona1 3 de la figura 2 del modelo propuesto. Más adelante volveremos sobre este punto. Algunos MÉTODOS DE ANÁLISIS ejemplos de concepciones alternativas son: Los modelos exclusivamente semánticqs del conoci- -La idea de que el verano e invierno se producen cuando miento presentan estructuras estáticas. Estos necesitan la Tierra se acerca o se aleja del Sol (Eckrocth, 1993; de contestar cuestiones importante^ relacionadas Con asManuel, 1995; Camino, 1995). pectos dinámicos de la construcción del conocimiento: ¿Cómo los individuos relacionan o conectan experien- - La idea de que las plantas, como seres inferiores, cias, hechos, conceptos, etc.? ¿Qué tipos de reglas sigue carecen de células (Banet y Ayuso, 1995). la mente para establecer relaciones? Y de una forma más - L~ continua de la materia para los gases general: ¿cómo construyen un nuevo concepto cientifi- (~~~i~k y ~~~~b~~~, 1981; ~~~ió y ~~~~á~d~~, 1983; CO? La memoria procedimental incluye una amplia va- ~l~~~~~, 1991) y para los sólidos (de posada, 1993b, riedad de habilidades, desde cómo montar en bicicleta 1995). hasta diseñar una experiencia en la que se puedan controlar algunas variables. Sin desdeñar la importancia de las ~ El individuo, por sí solo, rara vez es consciente de que habilidades puramente motoras, en este apartado estiisus concepciones están en contradicción con 10 dictado diaremos 10s tipos de razonamientos O métodos de anhpor las ciencias. Sin embargo, las relaciones incorrectas lisis que S~lemos utilizar. están dificultando nuevas conexiones significativas con otros conceptos desde un punto de vista acorde con la Los individuos frecuentemente utilizan en contextos ciencia (Perkins y Simmons, 1988; Nuthall y Alton-Lee, experienciales métodos de análisis superficiales como, 1993; Chrobak, 1994). por ejemplo, las reglas de accesibilidad, contigüidad espacial y temporal, semejanza y covariación (Bullock Como que la memoria semántica academicista es perciet al., 1982; Kahneman et al., 1982; Carey, 1985; bida por los alumnos como alejada de lo cotidiano, Andersson, 1986; Pozo et al. 1991a,b; Acevedo, 1990). 306 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS Figura 3 Figura 4 Tipos de métodos de análisis utilizados por los individuos. Modelo de estructura cognitiva propuesto para explicar cómo los individuos aprenden ciencia. METODOS DE ANÁLISIS MÉTODOS DE ANALISIS ACADEMICISTAS EXPERIENCIALES m*= ATODOS ACADEMICISTAS DEANALISIS ,-, DOS EXPERIENCIALES DE ~ÁLISIS Éstos y otros métodos son los utilizados en el día a día de los individuos y los denominamos métodos de análisis experienciales (Fig. 3). Resulta útil diferenciarlos de otros que serán abordados posteriormente. Estos métodos ayudan a construir conocimientos en los individuos promoviendo elementos inicialmente sueltos e independientes de la memoria episódica hacia la memoria semántica experiencia1 a través, generalmente, de aprendizajes autónomos. Este hecho lo ilustraré con un ejemplo. Hace algún tiempo, mi hija de 7 años de edad colocó un cubo de hielo en su refresco que estaba a temperatura ambiente. Observó que el hielo se resquebrajó y de forma espontánea me dijo que el gas del refresco era capaz de romper el hielo. Los aspectos visuales y audiMEMORIA sEMÁNTIcA AC ADEMICISTA MEMORIA SEMÁN~CA EXPERIENCIAL - tivos son muy accesibles a las personas, en este caso el gas y la ruptura del hielo. Y finalmente existió una contigüiidad espacial y temporal que le llevó a establecer una relación causa-efecto. Cuando estas explicaciopuramente rutinario, con un bajo nivel de retención y nes son verbalizadas, el interlocutor (profesor, familiar, aplicabilidad. compañero, etc.) puede discutirlas y ponerlas a prueba. Sin embargo, los alumnos no exteriorizan continuamenEn contextos académicos tradicionales, los alumnos te sus ideas, por lo que la recurrencia de experiencias tienden a utilizar métodos de análisis academicistas con similares sin un control más riguroso de las posibles los elementos de su memoria semántica academicista. causas, pueden producir ideas del tipo 3 (Fig. 2) muy En contextos experienciales tienden a utilizar métodos asumidas por los individuos. de análisis experienciales sobre elementos de su memoria semántica experiencial. Esto queda esquematizado Junto con el contenido, escolar y extraescolar, se introen la figura 4 y será ilustrado con ejemplos posterior- ~ ducen generalmente de forma no explícita métodos de mente en este artículo. Cuando el sujeto no ha asumido análisis más elaborados, como proporciones, control de un método de análisis academicista adecuado, éste suele variables, razonamiento hipotético-deductivo, etc. Eshacer uso de uno experiencial para resolver la tarea tos métodos son aprendidos de forma puramente memoescolar exigida. De este modo justificamos la fuerte rística y rutinaria (métodos de análisis academistas, relación encontrada por algunos investigadores entre Fig. 3) por gran parte de los alumnos en la enseñanza razonamiento formal y la materia en la que se evalúa éste tradicional, relacionándose esos métodos de análisis (Piaget, 1970; Johnson-Laird et al., 1972; Martorano, exclusivamente con los conceptos específicos imparti1977; Carretero, 1985; Nickerson et al., 1985; García dos (generalmente elementos de la memoria semántica Madruga y Carretero, 1986; Langford, 1989; Stavy, academicista), ya que no se prueban esos métodos con 1990; Niaz, 1991; Acevedo, 1991, entre otros). hechos, experiencias u objetos bien conocidos por los alumnos. Los métodos de análisis academicistas podrían Los elementos de la memoria semántica experiencial, convertirse en experienciales si fueran usados con contanto del tipo 3 como 4, han sido conseguidos por el ceptos pertenecientes a la memoria semántica experienindividuo a través de aprendizajes significativos, por cial de los alumnos de forma reincidente y exitosa. tanto se encuentran fuertemente ligados y ampliamente Siegler 1983,1985, (en Lacasa y García Madruga, 1992) conectados con sus conocimientos previos. Como se confirma en parte este hecho exponiendo que sólo merecordará, los del tipo 3 son incorrectos y han sido diante la adquisición de un mayor conocimiento son obtenidos en gran medida a partir de la utilización de capaces los niños o adultos de aplicar las reglas más métodos de análisis experienciales. Es, por tanto, de complejas en la resolución de tareas como la del uso de esperar que los alumnos confíen ampliamente en esos la balanza. Ambos métodos de análisis se necesitan uno métodos, en sus observaciones empíricas y en el producal otro para continuar el desarrollo del individuo. Sin el to así obtenido, de forma que no sea fácil modificarlos. concurso de los métodos de análisis academicistas, no Estas predicciones teóricas inferidas a partir del modelo pueden progresar los experienciales y, sin una adecuada propuesto están de acuerdo con las características recoevolución y maduración de éstos, el aprendizaje se hará gidas en la bibliografía. En efecto, Driver y otros (1985) ENSEFIANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) 307 Hechos, exp., obj. (Factores inclusores) A ¡ MEMORIA EPIS~DICA .+ l I INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS Figura 5 Diagrama bidimensional orientación de la tarea propuesta 1 naturaleza de la técnica de extracción de información. Construido a partir del diagrama de Driver y Erickson (1983). talmente fenomenológico. ~stos autores lo expresan en Camino, 1995L preguntas similares a: ¿Por hay 1 10s siguientes términos: Sugerimos aquíque las técnicas invierno y verano? El tipo de técnica utilizada fue la con estructura conceptual tienden a extraer conocidiscusión de un fenómeno físico mediante pruebas de mientos proposicionales en cuanto otras que están espapel y lápiz O entrevistas; la orientación de las tareas no tructuradas por una situación o un fenómeno extraen fue academicista. La respuesta de los estudiantes mayoconocimientos en acción* (p. 46, traducción nuestra). res suele ser que la Tierra se acerca más al Sol en verano 308 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) Conceptual N A T U R A L E Z A Asociación de palabras Asociación de frases Mapas conceptuales/proposicionales Extrae información Entrevistas sobre ejemplos Extrae inforniación tipo 1, 2 ó 4 Entrevistas sobre fenómenos tipo 3,4 o proceEstudios naturalistas dentes de la menioTareas escritas ria episódica Evaluación de reglas Métodos observacionales Fenomenológica Academicista ORIENTACI~N No academicista exponen que las ideas alternativas de los estudiantes son Ese conocimiento en acción supone la aplicación, en el muy tenaces y difíciles de cambiar; Astolfi (1994) argucaso práctico propuesto, de concepciones anteriormente menta que esas concepciones tienen una red de ideas asumidas limitada por el método de análisis al alcance asociadas; Pozo (1989) expone que tienen una estructura del individuo para las nociones implicadas. Determinajerarquizada; Driver y otros (1985) manifiestan que, en das tareas pueden constituir más un problema a resolver la producción de esas ideas, el estudiante utiliza secuenque la simple puesta en escena de una concepción concia~ causales lineales; Gil y Carrascosa (1985, 1990) las creta, por lo que la inferencia de la concepción en ese denominan métodos de análisis superficiales; para Solocaso no resultará fácil, ya que se verá modificada por la mon (1988), esas ideas son altamente predictivas en el acción de numerosas variables. La naturaleza fenomeentorno cotidiano del individuo y son inducidas y refornológica-conceptual de la técnica empleada creemos zadas por el lenguaje coloquial. Todos estos resultados que puede ser combinada con la orientación academicisexperimentales son deducibles del modelo teórico protalno academicista, percibida por el alumno, en que es puesto, por lo que podría constituir un respaldo al colocada la tarea. Representemos en un eje la dimensión mismo. «orientación» (academicistalno academicista) y en otro eje la «naturaleza» conceptual/fenomenológiea) del método utilizado para obtener la respuesta (Fig. 5). En el esquema así formado situamos las técnicas expuestas ELEMENTOS DE LA MEMOR1.A PUESTOS EN por Driver y Erickson (1983), las colocamos hacia la JUEGO EN LA CONTESTACION DE TAREAS mediación de la variable orientación, ya que cada una de PLANTEADAS A LOS ALUMNOS ellas es susceptible de ser expuesta en un continuo academicistalno academicista. Se extrae un tipo de inSe ha comprobado (Piaget, 1972; Driver y Erickson, formación u otro dependiendo de la percepción del 1983; Stavy, 1988; Driver, 1988; Song y Black, 1991; de contexto por parte del individuo, si fue o no impartido en Posada, 1993b, entre otros) que las concepciones cientíel currículo, el tiempo transcurrido desde que fue ficas de los alumnos son altamente dependientes del contemplado, etc.; variables que hay que determinar contexto en el que deben realizar las tareas que se les con precisión. Ilustraremos este hecho con algunos solicitan. De acuerdo con Driver y Erickson (1983), la ejemplos. naturaleza de las respuestas depende, en muchos casos, del tipo de técnica utilizada para obtener esa información. Estos investigadores propusieron un continuo entre la estructura conceptual y la fenomenológica. Las Contexto no academicista técnicas de asociación de palabras y frases se encontrarían a un nivel puramente conceptual, mientras que 10s Se han planteado a estudiantes, de diferentes niveles e métodos observacionales se sitúan a un nivel fundamenincluso licenciados (Eckrocth, 1993; de Manuel, 1995; y se aleja en invierno. El individuo utiliza la noción de sistema solar que se encuentra relacionada con hechos y experiencias bien conocidos y asumidos en estudiantes de esta edad; por tanto, se encuentra en su memoria semántica experiencial. Para llegar a esta conclusión, el sujeto hace uso de un método de análisis causal simple: la semejanza. Este sabe que cuando nos acercamos a un foco de calor (fogata, cerilla, calefactor, etc.) sentimos aumentar la temperatura y cuando nos alejamos ocurre lo contrario. Veamos qué ocurre cuando se plantea la misma cuestión a un alumno mucho más joven (7 años y 6 meses de edad). A. Porque si hubiera sólo invierno no pasaríamos un poco de calor, tendríamos que ir siempre abrigados. Y si sólo hubiera verano nosotros no íbamos a tener un poco de frío. (Silencio). Algunas veces pasa frío en verano sólo que son muy pocas veces. E.¿El sol tiene algo que ver con que haya invierno y verano? A. Porque en invierno las nubes se tapan, tapan el Sol y se queda un poco frío. En invierno muchas veces tapa el Sol. E. 2 Has oído decir que la Tierra gira alrededor del Sol? A. Todo el mundo lo sabe. Hasta los alumnos de preescolar lo saben. E. 2 Tendrá algo que ver esa vuelta de la Tierra alrededor del Sol con lo que estamos hablando? A. Sí. Pero no lo sé. En la primera respuesta el alumno expone elementos episódicos fruto de un análisis típicamente egocentrista que ya fue caracterizado por Piaget. El alumno percibe al final de su respuesta que ésta no es demasiado coherente y trata esos casos como excepciones. El entrevistador introduce un elemento externo y el alumno desecha fácilmente su visión egocentrista. En la segunda respuesta el alumno utiliza una noción más elaborada construida en el cotidiano: los días de invierno suelen estar más nublados que los de verano. El método de análisis utilizado en este caso es la covariación simple por la que dos hechos que suceden generalmente juntos como días nublados y días fríos de invierno y, al contrario, son tratados como causa-efecto. Finalmente, el entrevistador introduce la idea de sistema solar que parece conocida por el alumno. Sin embargo, no es utilizada en sus explicaciones. Este conocimiento no es aún operativo para el alumno; no le sirve para deducir o inferir razonamientos. Incluso siendo el mismo que el de los adultos, no tiene cualitativamente sus mismos atributos. No ha sido incorporado substantivamente a lo que ya conoce, se encuentra, por tanto, aislado en su memoria4. Se trata de un conocimiento que se sitúa en la memoria semántica academicista del individuo de este nivel de escolarización. Es generalmente de la utilización de concepciones ubicadas en la memoria semántica experiencia1 (tipos 3 y 4, Fig. 2) a través de métodos de análisis experienciales como el individuo da una respuesta que considera plausible en el contexto no academicista considerado (Fig. 4). En otras palabras, se pueden obtener respuestas que supongan desde ideas, recuerdos, experiencias, etc. sueltas sin conexión entre sí, hasta concepciones altamente significativas para el individuo. Contexto academicista Veamos ahora el caso contrario, una tarea de lápiz y papel planteada con orientación estrictamente académica: 2 Qué ocurrirá con las siguientes sustancias cuando intentemos disolverlas en agua? Na,S ; Ca ; I Cl ; Ni. Esta cuestión fue planteada a alumnos de 2" de BUP (aproximadamente de 15 años de edad) antes de comenzar el tema del enlace químico (de Posada, 1993a). Los alumnos percibieron rápidamente que no existía relación entre las sustancias propuestas y las conocidas por él en el día a día, reforzando la orientación escolar de la tarea planteada. Aproximadamente el 40% de esos alumnos no respondió, aduciendo en muchos casos no conocer las sustancias propuestas. El 30% aproximadamente contestó que se disolverían sin que se apreciara significativamente (p = 0,048) patrones de solubilidad entre las sustancia sino que probablemente fueran respuestas aleatorias. El 3% proponía reacciones químicas para la disolución y el 20% aproximadamente daba multitud de esquemas diferentes, entre ellos la fusión del soluto en agua o como lo solían denominar «el sólido se derrite». Esta tarea no es especialmente difícil si es planteada inmediatamente después de introducir el tema, ya que se hacen multitud de ejercicios parecidos a éste. Para la correcta solución, el alumno ha de localizar los elementos en la tabla periódica, utilizar reglas que relacionen la posición en la tabla periódica y el tipo de sustancia, hacer uso de reglas que relacionen tipo de enlace con la solubilidad en diferentes disolventes. Además, deberá construir proposiciones lógicas con la información secuencialmente obtenida y extraer finalmente conclusiones. En todo este proceso pueden producirse errores, como en el caso siguiente: Para que una sustancia pueda disolverse tiene que formar enlace iónico. El Na,S es un enlace covalente al igual que el I C1, mientras que el Ca y el Ni forman enlace iónico; por lo tanto, ninguna sustancia se disolverá en agua (Alumno de química de COU, 17 años). Para la mayoría de los estudiantes del nivel considerado, los conceptos utilizados se encuentran ubicados en su memoria semántica academicista (tipo 1 ó 2, Fig. 2); tan sólo los alumnos capaces de realizar aprendizaje significativo5 darán contestaciones del tipo 4 incluso bastante tiempo después de haber sido contemplados esos conceptos en el currículo. Fue planteada la cuestión aproximadamente un mes después de haber dado el tema de enlace químico (de Posada, 1993a). Tras largos períodos de tiempo son ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS olvidados los elementos semánticos 1 y 2 y los métodos entre las distintas perspectivas. Esta tarea no es simplede análisis academicistas. Con esta cuestión, el alumno mente la yuxtaposición sin más de las teorías existentes, se enfrenta a sus propios recursos y concepciones intesino la aglutinación dentro de un marco apropiado para riorizadas. Analicemos la respuesta dada por un alumno tal fin. de 3" de BUP de 16 años: El calcio no se disuelveporque es un metal que está sólido a la temperatura que el agua La diferenciación de la memoria en tres niveles: semánestá líquida. I Cl se disuelve porque tiene enlace covatica academicista, semántica experiencial y episódica, lente y su punto de fusión y ebullición es bajo como el junto con la división de los métodos de análisis utilizaagua. El níquel no se disuelve porque es otro metal que dos por los individuos en experienciales y academicista, está sólido a la temperatura en que el agua está líquida. puede constituir el marco apropiado para la confección Resulta complejo entender las razones aducidas, por un de una teoría aglutinadora sobre el aprendizaje de conlado utiliza adecuadamente el tipo de enlace y la previceptos científicos. Con este nuevo modelo podemos dar sión de los puntos de fusión y ebullición, pero por otro, explicación a hechos experimentales procedentes del se relacionan éstos con la solubilidad en agua. El criterio campo que se ha venido en denominar ideas alternativas utilizado fue que las sustancias con puntos de fusión de los alumnos y que no eran suficientemente justificaparecidos al agua conseguirán disolverse en ella y las dos por otras teorías constructivistas. que lo tengan muy diferentes no podrán, idea común en alumnos más jóvenes. Las reglas de solubilidad no Algunas características de las ideas de los alumnos fueron interiorizadas por este estudiante que vuelve a descritas por Driver y otros (1985) han sido reinterpreutilizar la que ya poseía, según ésta el soluto «se derrite» tadas a lo largo de este artículo: o funde en agua al disolverse. La percepción cotidiana es importante en la formación Cuando los individuos tienen que realizar una opción en de recuerdos, experiencias, hechos, etc. inicialmente su día a día, no suelen utilizar un procedimiento de independientes entre sí, ubicados en la memoria episódianálisis excesivamente elaborado que lleve tiempo aplica del individuo. car, ya que la mayor parte de las personas, adultos incluidos, siguen confiando en otras reglas más simples Es a través de la atención prestada por el individuo a que, aunque potencialmente incorrectas, son habitualalgunos elementos de la memoria episódica, generalmente eficaces (Tversky y Kahneman, 1974; Pozo et al., mente llamativos, mediante el uso de métodos de análi1991a); sólo cuando perciben la ineficacia o contradicsis experienciales (con frecuencia razonamientos causación es cuando hacen uso de otros métodos de análisis les simples) cómo los sujetos van construyendo elementos más elaborados, como pudimos observar en la entrevista de la memoria semántica experiencial más elaborados y con el alumno de siete años sobre las causas que ocasioasumidos. nan los inviernos y veranos. Con cierto esfuerzo, los estudiantes consiguen retener de forma rutinaria inforEstas ideas inicialmente indiferenciadas así formadas mación que es almacenada como memoria semántica van ganando precisión gracias a la acción del aprendizaacademista y métodos de análisis academistas, si éstos je significativo que se produce en los entornos tanto no consiguen integrarse en la memoria semántica expeescolares como extraescolares. Para que se produzca riencial y métodos de análisis experienciales, se corre el aprendizaje significativo será necesario que: se activen riesgo de olvidar. Si esto ocurre y esa información es ideas inclusoras, los métodos de análisis requeridos se requerida, las respuestas de los alumnos suelen ser encuentren al nivel alcanzado por el alumno, haya sufi1 1 concepciones alternativas, las cuales no son más que ciente motivación, tenga autoestima, actitud positiva, I métodos de análisis experienciales actuando sobre elepercepción favorable del contexto, refuerzos periódicos 1 mentos de la memoria semántica experiencial. Como en de las ideas correctas sobre las equivocadas, etc. (de 1 el caso del alumno de 3" de BUP, que pudo integrar Posada, en prensa). I elementos científicos correctos pero las razones que I producen la solubilidad en agua permanecieron esenEl pensamiento de los alumnos depende del contexto en cialmente inalteradas. que se active. Desde nuestro marco teórico se han lipificado los elementos de la memoria y métodos de análisis utilizados por los individuos para dar respuesta a tareas planteadas con orientación academicista y no academicista. COMENTARIOS FINALES El modelo propuesto constituye un marco teórico de Entendemos que cada una de las principales teorías aprendizaje de conceptos científicos que no implica constructivistas describe perspectivas diferentes de la necesariamente un modelo de enseñanza. La transposipanorámica del aprendizaje humano bastante válidas en ción no puede ser directa; sin embargo, podrían extraersus respectivos ámbitos de aplicación. Creemos que es se algunas implicaciones valiosas. Animamos desde posible armonizar numerosos puntos de esas teorías aquí a 10s lectores curiosos a que apliquen el m~delo a dentro de un nuevo marco, aunque somos conscientes de sus datos experimentales Para comprobar la utilidad. que subyacen concepciones filosóficas muy diferentes También alentamos a 10s investigadores teóricos a que en ellas (Nussbaum, 1989). Sólo tendremos una noción Pongan a prueba la validez de 10s Presupuestos que la de conjunto cuando integremos y limemos las asperezas sustenta. 310 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) A nuestro juicio, son resueltas algunas deficiencias pero se suscitan nuevos problemas, que el lector atento habrá detectado, y que precisarán nuevas soluciones. A pesar de los múltiples defectos que pueda tener el uso de símiles, me atrevería a decir que, en la didáctica de las ciencias nos encontramos explorando «la estructura terciaria y cuaternaria de las proteínas»; es decir, no descendemos a lo que ocurre en la mente del individuo en el transcurso de segundos o fracciones -memoria a corto plazo y memoria de trabajo-, lo cual equivaldría al «estudio de la estructura primaria y secundaria polipetídica». Dicho en otras palabras, tenemos multitud de conocimientos correctos pero sectarios y no se realiza una integración satisfactoria de esa información, por lo que nuestro conocimiento es aún muy limitado. La principal crítica que hemos recibido hasta ahora es la de que el modelo ha sido confeccionado, aparentemente ad hoc, a partir de las principales teorías constructivistas para explicar hechos experimentales relacionados con las concepciones alternativas de los alumnos. Aunque fue efectivamente éste nuestro interés inicial, creemos que es necesaria y posible la integración de las diferentes corrientes dentro de un marco más general. Ese marco podría ser éste u otro que se establezca en su día, pero sin duda merece la pena invertir esfuerzos en conseguirlo. Animarnos desde aquí a los diferentes investigadores en este campo a trabajar en ello. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACEVEDO, J. A. (1990). Razonamiento causal en una tarea de contexto natural. Un estudio evolutivo con estudiantes de bachillerato. Investigación en la Escuela, 10, pp. 61-70. ACEVEDO, J. A. (1991). Patrones de razonamientoproporcional en la resolución de tareas de ciencias. Suma, 8, pp. 41-47. ADEY, P.S. (1987). A response to ((Towards a Lakatosian analysis of Piagetian and alternative conceptions research programs*. Science Education, 71, pp. 5-7. ALEXANDER, P.A., SCHALLERT, D.L. y HARE, V.C. (199 1). Coming to terms: How researchers in learning and literacy talk about knowledge. Review of Educational research, 61, pp. 315-343. ANDERSON, B.F. (1975). Cognitive Psychology: The study of knowing, learning and thinking. Nueva York: Acadernic Press. AGRADECIMIENTOS Quisiera dar las gracias a Carmen P. de Aranega, Nicolás Marín, José María Oliva y José Antonio Acevedo por sus valiosos comentarios al primer borrador de este artículo. NOTAS ' Marín (1994b) cree que no es posible una relación completa entre los términos de Piaget (1971)figurativo y operativo y los términos declarativo y procedural de Ryle (1949). El conocimiento jerarquizado del individuo ha sido expuesto, entre otros, por Vygotsky (1962), Ausubel y otros (1978), Piaget (1975), las teorías del procesamiento de la información y el movimiento de las concepciones alternativas. El papel preponderante de la propia experiencia en el aprendizaje viene siendo resaltado por la pedagogía desde hace mucho tiempo (Pestalozzi, ~réinet). '~l concepto de aprendizaje significativo tiene una gran tradición; las primeras ideas proceden de los trabaios de Wertheimer (1945). v más tarde fue nrofundizado por ~usubel y otros (1978) y ~ovák y Gowin (1984). Nussbaum (1985) comprobó que el 45% de los estudiantes israelíes de 8 años de edad consideran la Tierra plana. Casi el 40% cree que es una bola con el hemisferio sur de roca y tierra, y la parte norte de aire. Con un enfoque en profundidad de la materia, de acuerdo con la terminología de Marton (Coll, 1991b). ASTOLFI, J.P. (1994). El trabajo didáctico de los obstáculos, en el corazón de los aprendizajes científicos. Enseñanza de las Ciencias, 12(2), pp. 206-216. AUSUBEL, D.P.; NOVAK, J.D. y HANESIAN, H. (1978). Educational Psychology. 2a. ed. (Nueva York: Holt, Rinehart y Winston.). Trad. cast. de Sandoval, M. Psicología educativa: Un punto de vista cognoscitivo. México, 1983: Trillas. BADDELEY, A. (1994). Las memorias humanas. Mundo Cientfico, 150 (14), pp. 802-807. BANET, E. y AYUSO, E. Introducción a la genética en la enseñanza secundaria y bachillerato: 1. Contenidos de enseñanza y conocimientos de los alumnos. Enseñanza de las Ciencias, 13(2), pp. 137-154. BEREISTER, C. (1990). Aspects of an educational learning theory. Review of Educational Research, 60, pp. 603-624. ANDERSON, J.R. (1980). Cognitive psychology and its BULLOCK, M., GELMAN, R. Y BAILLARGEON, R. (1982). irnplications. San Francisco: Freeman. The development of causal reasoning, en Friedman, W.J. The developmental psychology of time. Londres: Academic ANDERSON, J.R. (1983). The architecture of cognition. Press. - Cambridge, Ma.: Harvard University Press. CALFEE, R. (1981). Cognitive psychology and educational ANDERSSON, B. (1986). The experiential gestalt of causation: practice, en Berliner, D.C. (ed.), Review on research in a comrnon core to pupils' preconceptions in science. European education, 9, pp. 3-73. Washington, D.C.: American Journal of Science Education, 8(2), pp. 155-171. Educational Research Association. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996,14 (3) 311