¿Ves lo que dibujas? Observando células con el microscopio

¿ VES LO QUE DIBUJAS? OBSERVANDO CÉLULAS CON MICROSCOPIO DÍAZ DE BUSTAMANTE, J. y JIMÉNEZ ALEIXANDRE, M.P. Departamento Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Santiago de Compostela. SUMMARY The difficulties which Secondary School and University students encounter when looking at cell samples through the microscope are explored in this paper. Students were asked to draw what they expected to see, and later to draw what they did see while performing a Laboratory activity in a classroom situation. The drawings are analysed and categorised. Some of the causes of these difficulties are discussed. Interpretación de imágenes en biología Cualquier libro de texto de ciencias contiene multitud de representaciones icónicas de distinto tipo. En los textos de Ijiología una gran parte de estas representaciones corresponden a fotografías, dibujos o esquemas que representan toda la gama imaginable de escalas, secciones e idealizaciones de los seres vivos, de sus estructuras o de sus componentes y proponen la realización de actividades prácticas que incluyen la observación directa o microscópica de muestras. No comprenderíamos hoy en día la enseñanza y el aprendizaje de la biología sin recurrir a unos y a otras. La percepción visual se ha estudiado en psicología (Gordon, 1989) bajo multitud de enfoques y ha originado numerosas teorías al respecto. Las condiciones de investigación, muy estrictas en el control de variables, provocan que sea imposible aplicar normalmente sus metodologías a las condiciones de aula, e incluso establecer comparaciones basándose en sus descubrimientos. Teniendo en cuenta que los alumnos tienen problemas a la hora de interpretar y plasmar en dibujos sus observaciones, o al interpretar, observar o percibir las representaciones icónicas de los textos, ya señalados por Hodson (1986) y constatado de forma empírica por los profesores de biología, sorprende que, al buscar en bases bibliográficas o revisiones en las principales revistas, aparezcan relativamente pocos trabajos sobre la interpretación de observaciones referidos a aspectos concretos de la biología. En ocasiones, para el análisis de tareas en biología, se han utilizado, por un lado, algunos postulados básicos de la teoría de la Gestalt correspondientes al fenómeno figura-fondo -según el cual (Luna Blanco, 1992) las figuras tienen forma que proceden de sus contornos, están localizadas frente al fondo y se conectan más fácilmente con significados, mientras que con el fondo sucede lo contrario, organizándose respectivamente figura y fondo en áreas envueltas y envolventes, convexas y cóncavas, con simetría vertical y orientaciones vertical y horizontal o si ella-. Por otro lado también se han utilizado algunos postulados de la teoría de reconocimiento de patrones, que en su formulación más simple (Fuentes Melero, 1992) implicaría que almacenado en la memoria existe un modelo o patrón con el que se compararía la forma que se ha de reconocer, y en forma más complicada correspondería al análisis e identificación no de la forma en su conjunto, sino de sus características geométricas, líneas rectas, ángulos y líneas curvas. Así, en los trabajos MacNab, Hansell y Johnstone (1991), se analiza la destreza de identificar figuras ocultas en un ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2), 183-194 fondo distractor y la extracción de información relevante válida para ser aplicada en diferentes contextos, y en los de Reid y Miller (1980) sobre destrezas en la observación de fotografías, y Reid (1990a) de dibujos. En estos y otros trabajos, como en Reid (1984, 1990b), se estudian el papel del color y de otros parámetros importantes en la construcción de ilustraciones, aspectos sobre la transmisión de información, recuerdo de su contenido visual y estudio del efecto de superioridad de los dibujos. En Russell-Gebbett (1984, 1985), Macnab y Johnstone (1990), y Macnab, Hansell y Johnstone (1991) se investigan destrezas espaciales y estrategias en la percepción de estructuras tridimensionales. El desarrollo de las destrezas de observación, registro e interpretación en biología, orientados a los exámenes prácticos externos del Advanced GCE en Gran Bretaña, es abordado por Garvin y Boyd (1990) mediante la propuesta de una serie de técnicas. Los dibujos han sido utilizados en el estudio de las concepciones de los estudiantes sobre aspectos como la organización del aparato digestivo, la respiración de los peces y la germinación de la habichuela (Giordan, 1982) o las relaciones estructura-función (Caravita y Tonucci, 1987). Sin embargo, ninguno de estos trabajos aborda el estudio de las destrezas de interpretación de estructuras biológicas en el contexto de las clases prácticas y los problemas que existen para su adquisición y evaluación en diferentes niveles educativos. Abordamos aquí las destrezas de observación microscópica de cklulas por parte de alumnos de secundaria y magisterio. Los aspectos que tratamos se refieren al grado de precisión y de fidelidad con que plasman sus observaciones, referidos a morfología celular y organización tisular. Paralelamente, se ha investigado la idea de célula que como objeto tridimensional tiene cada alumno (Jiménez y Díaz, 1993; Díaz et al., 1993), además, se ha registrado en vídeo y se ha analizado la actividad desarrollada durante las prácticas por algunos de ellos. Cuestiones investigadas Se han investigado dos aspectos principales: A. ¿Qué ideas previas tienen los alumnos sobre el tipo de muestra que van a observar? B. ¿Qué interpretación hacen de las imágenes microscópicas que observan? Particularmente, Muestra Han intervenido 7 grupos de 1" y 3" de BUP y 2' de magisterio (especialidad de ciencias), con un total de 199 alumnos. La elección de los grupos se debe a la colaboración del profesorado que permitió la observación durante las prácticas. La muestra de lo de BUP está formada por los 52 estudiantes de un instituto de una pequeña localidad, de 14-15 años, y la muestra de 3" de BUP está formado por 107 alumnos de un instituto de una pequeña ciudad, con edades de 16-17 años; en ambos casos la mitad son chicos y la otra mitad chicas. La muestra de magisterio consta de 40 alumnos y sus edades oscilan entre los 1920 años; la proporción de chicas es mayor que la de chicos (213 chicas). Al haberse realizado el muestre0 en dos sesiones sucesivas, el número de alumnos que ha completado cada tarea es indicado en la tabla correspondiente. Todos ellos han estudiado en cursos anteriores el tema correspondiente a la organización celular y, salvo en el caso de los estudiantes de 1" de BUP que no nos consta explícitamente, los demás han realizado prácticas de laboratorio de observación de células en otros cursos. Instrumento de investigación La investigación se lleva a cabo durante prácticas convencionales de laboratorio, realizadas con su profesor o profesora y dentro de la marcha normal de las asignaturas procurando que las interferencias fuesen mínimas, lo que conlleva que las prácticas analizadas sean las que cada profesor había programado, y, por tanto, no son las mismas en todos los casos. En las tablas se señala para cada práctica el número concreto de estudiantes que la completó. Las prácticas consideradas corresponden a la observación y estudio microscópico de epidermis de cebolla (lo de BUP y 2" de magisterio) y de epitelio de la mucosa bucal (3" de BUP y 2" de magisterio), que incluyen tinción con azul de metileno, y epidermis de hoja de lirio (3" de BUP) en la que no se tiñe la muestra. Cada sesión en 1" y 3" de BUP, cuya duración era de unos 50 minutos, fue realizada por un grupo de tres o cuatro (raramente cinco) alumnos por microscopio. En 2" de magisterio la duración de cada sesión de prácticas fue de 2 horas, disponiendo de un microscopio cada dos alumnos. En todos los casos asistieron entre 20 y 30 alumnos por sesión. Los microscopios fueron revisados previamente por uno de los autores, para comprobar sus adecuadas condiciones operativas. B 1. ¿reproducen en sus dibujos la morfología de Para su desarrollo, se suministró a los alumnos un guión diferentes tipos de células?; de cada práctica. En 1" de BUP y 2" de magisterio se les B2. ¿representan las estructuras visibles? pidió que hicieran, en primer lugar, dos dibujos, uno a menor aumento (x40) y otro a mayor aumento (x400), Algunos aspectos previstos inicialmente como el tamadetallando aquello que esperaban o recordaban que iban ño y la profundidad de campo resultaron tan complejos a observar; y, en segundo lugar, después de la observaque son objeto de otro trabajo específico. ción, otros dos dibujos de lo que habían observado a 184 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1996,14 (2) similares aumentos. En 3" de BUP sólo hicieron el dibujo de lo observado a mayor aumento. Reproducimos a continuación el texto correspondiente a la tarea en 1" de BUP y 2" de magisterio: Dibuja lo mejor que puedas el aspecto que crees que tendrá la muestra de pocos aumentos (x40), procurando que resulte claro y comprensible. Describe todos aquellos aspectos que te parezcan importantes. Dibuja lo mejor que puedas el aspecto que crees que tendrá la muestra de muchos aumentos (x400), procurando que resulte claro y comprensible. Describe todos aquellos aspectos que te parezcan importantes. Dibuja lo mejor que puedas el aspecto que tiene la muestra de pocos aumentos (x40), procurando que resulte claro y comprensible. Describe todos aquellos aspectos que te parezcan importantes. Dibuja lo mejor que puedas el aspecto que tiene la muestra de muchos aumentos (x400), procurando que resulte claro y comprensible. Describe todos aquellos aspectos que te parezcan importantes. Simultáneamente se grabaron en vídeo algunas de las sesiones, lo que permite analizar aspectos como el comportamiento de los estudiantes, sus interacciones, el tiempo real de observación, etc., todo lo cual será objeto de otro trabajo. Tabla 1 Representación de células de epidermis de cebolla a x400 aumentos antes de realizar la observación. (C=representación previa de una cebolla). lo de BUP 2" de Magisterio N=52 N=39 n % n % ñas indescifrables de y puntos, aros de cebolla y representaciones macroscópicas ígonos dispuestos en un retículo y regular, que le confiere aspecto ladrillos de un «muro» rmas de las células curvas, circulares Formas poliédricas hexagonales ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) 185 Análisis de los dibujos El análisis se orientó hacia la respuesta de las cuestiones planteadas. Comprende la revisión de todos los dibujos, -cerca de un millar-, realizados por los alumnos y el establecimiento posterior de categorías generales, agrupándolos según su similitud morfológica, de distribución y de detalle para los distintos tipos celulares. Algunos dibu~os, considerados representativos de cada categona, se presentan como ejemplos ilustrativos. Cómo dibujan las células Indicaremos y discutiremos sucesivamente los resultados obtenidos para cada una de las cuestiones investigadas. Dibujos de las muestras de epidermis de cebolla antes de la observación Los resul.tados del análisis de los dibujos realizados por los estudiantes de 1" de BUP y de 2" de magisterio de su idea previa, la «imagen mental», de las muestras que posteriormente observarían, se presentan en las tablas 1 y 11. Corresponden a epidermis de cebolla y, aunque fueron realizados teóricamente a x40 y x400 aumentos, resultaron similares en casi todos los aspectos; por ello nos referiremos a los dibujos realizados a x400 aumentos. En general, la idea que los alumnos tienen sobre el aspecto de las células de epidermis de cebolla se encuentra bastante alejada de la realidad (Tabla 1). Más de un tercio, en ambos cursos, se la imaginan con el aspecto que recuerdan de la cebolla, dibujando los «aros» típicos de la cebolla o representando marañas indescifrables de rayas y puntos. Este tipo de dibujos han sido denominados C1, y se diferencian claramente de los demás. La segunda categoría de dibujos corresponde a la que hemos denominado C2, con aspecto de «muro»; las células son dibujadas como ladrillos de un muro o en un retículo muy simétrico. Este tipo es más frecuente en 2" de magisterio -un tercio del total-, que en 1" de BUP -que supone poco más de la cuarta parte. La tercera categoría, que hemos denominado C3, es la más difícil de establecer. Incluye todos aquellos casos en que dominan las líneas curvas, circulares o elípticas. Su frecuencia es bastante alta en ambos cursos, alcanzando el 21,2 % en 1" de BUP. La cuarta y última categoría, C4, hexagonales, incluye todas aquellas representaciones de células con tal forma y que, en ocasiones, recuerdan panales de abeja. Su frecuencia es la menor en ambas muestras. En la tabla 11 se indican los elementos que dibujan en estas células, destacando que, a menores aumentos (x40), un 40 % de los alumnos representa exclusivamente los contornos de las células que nosotros interpretamos como la pared celular. A x400 aumentos, lo más frecuente es que representen la pared y el núcleo (tal como aparece en el ejemplo de células tipo C3), y que supone más de la mitad de los casos en magisterio; sólo unos pocos de estos alumnos representaron pared, núcleo y nucleolo(s) en las células. La proporción de dibujos en los que no es posible reconocer estas estructuras es bastante elevado en los dos grupos y para todos los aumentos. Tabla 11 Elementos celulares representados en dibujos de epidermis de cebolla antes de realizar la observación. lo de BUP 2" de Magisterio x40 N=52 x400 N=52 x40 N=39 x400 N=39 Elementos n % n % n % n 6 1 Pared 21 40,4 16 30,8 14 35,9 8 20,s 1 Pared y núcleo 8 15,4 16 30.8 10 25,6 20 51,3 1 Pared, núcleo y nucleolos O 0,o O 08 O 0,o 3 7,7 No reconocibles 23 44,2 20 38,5 15 38.5 8 20,s 186 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) Interpretación de las imágenes microscópicas que observan Las cuestiones relativas a la interpretación de imágenes microscópicas han sido abordadas en el análisis de los dibujos que realizaron mientras observaban muestras correspondientes a: epidermis de cebolla, en los grupos de 1" de BUP y magisterio; epidermis de hoja de lirio, en 3" de BUP; y epitelio bucal, en 3" de BUP y magisterio (Tablas 111, IV, V, VI, VI1 y VIII). Como en el caso anterior, los dibujos realizados a partir de diferentes aumentos fueron morfológicamente muy semejantes y utilizaremos fundamentalmente los correspondientes a los máximos aumentos. Abordamos primero la cuestión referente a la reproducción en los dibujos de la morfología de los diferentes tipos celulares. Dibujos de epidermis de cebolla El análisis de los dibujos a x400 aumentos nos ha llevado a establecer, en el caso de la epidermis de cebolla con alumnos de 1" de BUP y magisterio, cuatro categorías (Tabla 111), siendo las tres primeras similares en casi todo a las establecidas para los dibujos previos a la observación, y la cuarta (OC4) incluyendo aquellos Tabla 111 Representación de observaciones de epidermis de cebolla a x400 aumentos (OC=representación observación de una cebolla). lo de BUP 2" de Magisterio N=52 N=39 Representación n % n % Ejemplo OC 1 4 7,8 9 22,5 004M92-OCx 4W 1,, Marañas indescifrables de rayas y puntos OC2 6 11,8 10 25,O 013-892-ocx 400 - Polígonos dispuestos en un retículo muy regular, que le confiere aspecto de ladrillos de un «muro» OC3 28 54,9 9 223 035-M92-OCx 400 5 Formas curvas, circulares o elípticas OC4 13 25,s 12 30,O 01 1-892-OCx 400 cm Formas poliédricas, hexagonales principalmente, cuya distribución no es tan regular como en el tipo C2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) 187 INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS casos en los que las células aparecen con forma desde de algo más de un 25% en representaciones OC2 con hexagonal hasta rectangular. La frecuencia de aparición aspecto de «muro». La representación más frecuente fue de unas y otras nos causó inicialmente cierta sorpresa, ya el tipo OC3, ovaladas, con el 54,9% en lo de BUP, y el que, en magisterio, el 22,5% de los estudiantes realizatipo OC4, con el 30% en magisterio. En conjunto, los ron dibujos de tipo OC1, irregulares y sin casi relación tipos OC3 y OC4, que corresponden a la mejor descripcon lo esperado y con una frecuencia similar a la de los ción de las muestras, supone el 80,4% en lo de BUP otros tres tipos, siendo también notable la permanencia mientras que en magisterio sólo aparecen en el 52,5%. Tabla IV Representación de células de epidermis de hoja de lirio 3" de BUP (x400, N=103, OL=representación de la observación de un lirio) Representación n '70 Ejemplo OL 1 28 27,2 057 X92 0L x400 Icm Líneas paralelas ,\\a y<< * < OL2 19 18,5 013x92 0L x400 Células epidérmicas rectangulares o romboidales meL --- OL3 11 10,7 009 X92 0L x400 Células epidérmicas representadas por un retículo de líneas curvadas &,tem.> - OL4 9 8,7 017 X92 0L x400 5 Célulris epidérmicas hexagonales 13 OL5 26 25,2 Células epidérmicas ovaladas OL6 1 O 9,7 Otras 188 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) Tabla V Representación de estomas en hoja de lirio. 3" de BUP (x400, N=103; OEL=representación de la observación de estomas de lirio) ares con un punto central ares con un trazo central ares con dos elementos ovales OEL5 4 3,9 Dos círculos OEL6 9 8,7 Dos células oclusivas OEL7 35 34,O No representan estomas ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) 189 - INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS Tabla VI Representación de cklulas de epitelio bucal observadas a máximos aumentos. 3" de BUP y 2' de Magisterio (OE=representación de la observación de epitelio). Dibujos de epidermis de hoja de lirio 8,7%. En el caso de los estomas, las categorías OEL1, estomas circulares, con el 27,2% y OEL7, sin estomas, Hemos agrupado los dibujos de epidermis de hoja de con el 34% concentran más de la mitad. lirio realizados por los estudiantes de 3" de BUP en seis categorías para la representación de las células epidérmicas (Tabla IV), y en siete categorías para los estomas Dibujos de epitelio bucal (Tabla V). En este caso destaca lo disperso de la distribución entre las diferentes categorías de dibujos de Los dibujos correspondientes a las observaciones a x400 células epidérmicas, que es máximo, con el 27,2% para aumentos de epitelio bucal realizado por los estudiantes la categoría OL1, líneas paralelas, y mínimo para la de 3" de BUP y magisterio han sido agrupados en cinco categoría OL4, células epidérmicas hexagonales, con categorías, que se reproducen en la tabla VI. Destacan 190 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) --- - - - - - 3' de BUP 2" de Magisterio x400 N = 100 x400 N = 38 Representación n % n % Ejemplo OEl 9 8,4 O 0,OO Irregulares y oscurecidas, con dos círculos blancos conckntricos OE2 Circulares 33 30,8 25 65,8 OE3 Cuadradas 5 4,7 1 2,6 OE4 Irregulares 52 48,6 10 26,3 OE5 1 otras 8 7.5 2 5,3 INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS por su frecuencia las categorías OE2 y OE4, que corresponden en el primer caso a representaciones de células circulares y, las segundas, a representaciones celulares irregulares, normalmente lobuladas, que ofrecen una calidad que entendemos mejor que la mayoría de los dibujos de células vegetales. En 3" de BUP estas categorías presentan frecuencias del 30,8% (OE2) y el 48,6% (OE4), mientras que en magisterio son del 65,8% y el 26,3% respectivamente. El resto de las categorías de las representaciones son muy escasas, no alcanzando en ningún caso el 10%; se incluyen en el tipo OE3 las representaciones de forma cuadrada, en OE1 las que son irregulares y se representan oscurecidas, con círculos blancos concéntricos interiores, y en OE5 se incluyen otras formas, líneas onduladas abiertas, borrones.. . que no han podido asociarse a ninguna de las anteriores al no poder identificar elementos celulares. Representación de las estructuras visibles Los resultados sobre la representación de las estructuras visibles, correspondientes a la segunda y última subcuestión, se presentan en las tablas VI1 y VIII. La cantidad de estructuras que representan y la calidad con que lo hacen es sensiblemente mayor en este caso que cuando dibujaban su idea previa a la observación. En Tabla VI1 Elementos celulares representados en dibujos de observaciones de epidermis de cebolla. lo de BUP 2" de Magisterio x40 N=51 x400 N=51 x40 N=40 x400 N=40 Elementos n % n % n % n % Pared 62,7 12 23.5 34 85,O 19 473 Con pared y núcleo 18 35,3 35 68.6 5 12,5 11 27,5 Con pared, núcleo y nucleolos O 08 3 5,9 O 0,o 9 22,5 No reconocibles 1 2,0 1 2,o 1 2,5 1 2,s 3" de BUP 2" de Magisterio x400 N=107 x400 N=38 Elementos n % n % S610 la membrana 24 22,4 5 13,2 Con membrana y núcleo 54 50,5 13 34,2 Con membrana, núcleo y estructuras citoplasmAticas 11 10,3 14 36,8 No reconocibles 18 16,8 6 15,8 los dibujos de epidermis de cebolla encontramos (Tabla Tabla VI11 Elementos celulares representados en dibujos de observaciones de VII) que, a bajos aumentos (x40), la mayoría de las epitelio. estructuras representadas corresponden a la pared celular el 62,7% en lo de BUP y el 85,0% en magisterio. A mayores aumentos (x400), representan pared y núcleo una elevada proporción de estudiantes de BUP, el 68,6%, rhientras que sólo el 27,5% en magisterio hace lo mismo, y el 473% continúa representando exclusivamente la pared. Sin embargo, el 22,5% de los estudiantes de magisterio dibuja pared, núcleo y nucleolos. Respecto a los dibujos previos (Tabla 11), prácticamente desaparecen los dibujos en que no es reconocible ninguna estructura. En los dibujos de células de epitelio bucal (Tabla VIII) se indican las estructuras representadas, que fueron uno de los criterios del establecimiento de categorías de representaciones celulares. Básicamente corresponden a membrana y núcleo como estructuras claramente reconocible~ y, de forma más imprecisa, otras estructuras perceptibles que podrían ser desde inclusiones y el retículo endoplasmático hasta bacterias superficiales. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (2) 191