Dificultades en la comprensión de las explicaciones de los libros de texto de física

INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS DIFICULTADES EN LA COMPRENSION i DE LAS EXPLICACIONES DE LOS LIBROS DE TEXTO DE FISICA AGUIRRE DE CARCER, 1. I.C.E. de la Uni e sidad de Mad id. SUMMARY Explana ions o Spanish seconda y school physics ex books a e analyzed using a classi ica o y scheme unde wo ca hego ies: conc e e and o mal. The p opo ions o conc e e and o nal explana ions ound in 589 uni s o analysis om i e ex books a e gi en. The p opo ions o ((conc e e explana ions)) a he begining o a chap- e a e also epo ed. The esul s a e discussed conside ing he p opo ion o conc e e and o mal hinke s as measu ed wi h he Longeo es ound in a high-s a us highschool o Mad id. INTRODUCCION El ap endizaje de la isica esul a una a ea di ícil pa a la mayona de los alumnos que se en obliga- dos a cu sa la. El po cen aje de suspensos en es a asigna u a es, además, bas an e ele ado. Es o nos hace pensa que debe exis i un nexo en e los p ocedimien os u ilizados ac ualmen e en la ense- ñanza de la isica y los esul ados an poco sa is- ac o ios que ob enemos. En la'enseñanza de las disciplinas cien í icas en nues o país, se u iliza el lib o de ex o y los apun- es del p o eso como ehículo p incipal pa a la ansmisión de conocimien os. La u ilización de o os ecu sos didác icos: labo a o io, abajos de campo, medios audio isua- les, e c., es á subo dinada a la consecución de unos obje i os de ins ucción que eciben una me- no a ención po pa e del p o eso . P ueba de ello es el escaso iempo escola que se dedican y el pe- queño papel que juegan en las cali icaciones ina- les de los alumnos. Es impo an e analiza las explicaciones de los li- b os de ex o, po que nos pueden da una idea de la o ma con que in en amos que los alumnos asi- milen los con enidos. Cabe pensa que las explica- ciones que o ece el p o eso en el aula es án basa- das en las explicaciones que encuen a en uno o El lib o de ex o ambién puede se u ilizado como medio de ins ucción po el alumno. Pa a enjuicia su calidad didác ica desde es a pe spec i a, debe- mos posee an es una idea p ecisa ace ca de cómo iene luga el ap endizaje a a és de un ex o. Desg aciadamen e es e es un campo donde la in- es igación básica es á muy poco desa ollada (McConkie 1977). y de la que no podemos ex ae indicaciones Ú iles. An e la imposibilidad de u iliza c i e ios que se de i en de la in es igación básica en el p oblema que nos ocupa, podemos ene en cuen a cómo asimila el alumno los con enidos que se le p esen- an. En la ac ualidad. las eonas de Ausubel y Pia- ge si en de ma co de e e encia a los es udios que in en an explica el p oceso de ap endizaje de con enidos cien í icos. En es e abajo u iliza emos un en oque piage- iano, ya que las in es igaciones ealizadas pa - iendo de las ideas de Piage han demos ado su e ilidad al explica pa e de los acon ecimien os que i imos en nues as aulas de ciencias (Agui e ' de Cá ce 1981). In en a emos pues de e mina los ni eles de azonamien o (en el sen ido piage iano) , que las explicaciones de los con enidos cien í icos exigen a los alumnos que in en en asimila los. anos lib os de ex o. ES& explicaciones se ee- Pa a Piage la adquisición de conocimien os no se labo an an es de ansmi i las a los alumnos; pe o, p oduce po acumulación de in o mación con la g an pa e de los p o eso es espe an la guía me o- que se azona pos e io men e. La posibilidad de dológica que o ecen los ex os. comp ende la in o mación depende de que se dis- 92 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS. 1983, pp. 92-98 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ponga de las es uc u as in elec uales adecuadas pa a asimila las. Es as es uc u as es án o madas po unas he amien as cognosci i as, que coo di- nadas en e sí, dan luga a o mas cuali a i amen e dis in as de azona . Según la eo ía de Piage , nues os alumnos, a pa i de la segunda e apa de E.G.B. se hallan en el camino hacia la adquisión de las ope aciones o males. Es as ope aciones ca- ac e izan al úl imo es adio de la e olución del a- zonamien o lógico-ma emá ico. EL RAZONAMIENTO DE LOS ALUMNOS DE B.U.P. La isica y quinlica que debemos ansmi i a nues- os alumnos equie en la u ilización del pensa- mien o o mal. Sin emba go es a o ma de azona no es á an ex endida como nos hanan supone los p imi i os es udios de Piage (Inhelde y Piage 1972). En e ec o, nume osos es udios mues an que una p opo ción bas an e g ande de adolescen- es y jó enes adul os no pa ece habe alcanzado el es adio de las ope aciones o males (Ka plus y col 1975. Chiappe a 1976). El p opio Piage ec i icó su opinión ace ca de la edad en que los adolescen- es alcanzan el úl imo es adio del desa ollo in e- lec ual (Piage 1972). esul ados ob enidos se han u ilizado los siguien es in e alos de pun uaciones: azonamien o conc e o (0- 12); ansición incipien e (1 3- 18); ansición a anzado (19-24); azonamien o o mal (25 +). Los lími es de pun uación pa a las ca egonas .conc e o y . o mal ue on es ablecidos po Lon- geo ; y los lími es co espondien es a los azona- mien os de ansición incipien e y a anzado los ha ijado, a í ulo p o isional, el au o de es e abajo. Se ha podido demos a que la p opo ción de suje- os conc e os y o males en dis in as mues as de- pende en cie a medida del s a us socio-económico de la mues a (Ka plus y col 1975). Po ello, es a- zonable que encon emos po cen ajes in e io es de azonamien o o mal en o os cen os del país, donde los alumnos engan un s a us socio- económico menos ele ado. La u ilización de las ope aciones o males en a- eas sencillas como las que incluye el es de Lon- geo o las clásicas en e is as clínicas piage ianas, no implica necesa iamen e que se u ilice es a. o ma de azona an e cualquie con enido. En ocasiones, las pe sonas que mues an la adquisi- ción de las ope aciones o males, an e de e nina- das a eas ecu en a esquemas de azonamien o conc e o. Es e hecho es á elacionado con la al a LOS da os que o ecemos a con inuación (Tabla 11 de amiliandad del sob e el que hay que nos dan pie a pensa que en nues as aulas. la p o- azona (linn 1980). po ción de alumnos con di e en es ni eles de e o- lucihn in elec ual es simila a la que se ha encon- ado en No eaménca y Eu opa. Los da os se han ob enido con alumnos de 2° de B.U.P. del 1.B. EXIGENCIAS COGNOSCIWAS DE LOS He ea Ona, a a és de sus con es aciones al es LIBROS DE TEXTO . .. de Longeo . les de Longeo es una pnieba de La de e minación del ipo de ac i idades in e ec- ' papel Y lápiz; de cua o Pa es; a) cinco uales que exigen las exp~icaciones de los lib os de p egun as de inclusión de clases; b) seis p egun as ex o es un p oblema que ecibiendo ciena de lógica de p oposiciones: c) nue e p egun as de a ención po de los in es igado es en la en- azonamien o p opo cional y p obabilis ico; y d) señanza de las ciencias (Holliday ,983). cua o p egun as de azonamien o combina o io (Longeo 1965). Las ca ac e ís icas de es e es Pa e de los es udios ealizados han u ilizado la han sido es udiadas exhaus i amen e (Wa d y col eo ía de Piage como uen e de ideas pa a el análi- 1981; Ahlawa y Billeh 1983). Pa a ca ego iza los sis que o ecen. TABLA 1 Núme o de R. conc e o T. incipien e T. a anzado R. o mal casos 14 46 79 59 Resul ado en el es de Longeo . Ins i u o de Bachille a o Pilo o ((Ca denal He e a O ia». Oc ub e 1982 Lo B.U.P. N = 196. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 93 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS En e es os abajos podemos dis ingui dos blo- ques me odológicamen e dispa es. Los es udios del p ime bloque ob ienen sus da os compa ando di ec amen e dis in as secciones del ex o con las . a eas elabo adas po Inhelde y Piage (Han, 78; Ha o d y Good 1976; y Shaye 1978). En ellos se u iliza el juicio subje i o del in es igado pa a e a- lua el g ado de conco dancia en e las exigencias in elec uales de ambos. Los abajos del segundo bloqiie se ca ac e izan po u iliza una se ie de c i e ios, ex aídos de las in es igaciones piage ianas, pa a ca ego iza las unidades de análisis que u ilizan (Collea y col 1975; Ka plús y col 1977; P osse 1979). El lec o in e esado puede encon a en o o luga , una des- c ipción de las dis in as me odologías u ilizadas (Agui e de Cá ce 1982). Al analiza los lib os de ex o de ísica españoles hemos de e minado p e iamen e el ni el de expli- cación (lección, apa ado, pá a o, ase, e c) so- b e el que amos a ija nues a a ención. La unidad de análisis que se ha u ilizado en es e es udio se de ine como .el mínimo conjun o de ases que ienen un sen ido didác ico de inido.. Es as unidades ienen una longi ud a iable con e- niendo un da o, una a i mación, o un pá a o co o o mado po es o cua o ases. Las unidades de análisis de inidas.de es a o ma debemos ca ego iza las como «conc e as» o ~ o - males~ de acue do con las exigencias in elec uales que pa ecen solici a . Una explicación se á: *con- c e a~ si es posible asimila la u ilizando ope acio- nes men ales conc e as; y u o mal» si su asimila- ción po pa e del alumno exige ineludiblemen e la u ilización de algún esquema de azonamien o o - mal. La asignación de una explicación a una de es- as dos ca egonas debe ealiza se a endiendo a una se ie de c i e ios. Es os c i e ios deben cons i ui un conjun o comple o, iable y álido. . -. Se ha pa ido de las ca egonas que de inen Ka - plus y col. y Collea y col (C i e ios CI, C2. C3, C4. y F1, F2, F3, F4, F5 de la abla 2), pa a ob e- ne un conjun o comple o de c i e ios que pe mi a ca ego iza cada una de las unidades de análisis encon adas en los ex os. En un es udio p e io con 99 unidades de análisis se io la necesidad de añadi a las ca egonas CI, C2, C3, C4 y F1, F2, F3, F4, F5 iniciales (Ka plús y col 1977) y (Collea y col 1975). es nue os c i e ios (C5, F6, F7) pa a que el conjun o pudiese da cuen a de odas las unidades encon adas. El conjun o comple o de c i e ios igu a en la abla 2. Cua o psicólogos con expe iencia de in es igación en el campo de las ope aciones o males exa nina- on las nue as ca egonas. C5,- F6 y F7. conclu- CRITERIOS PARA LA CLASIFICACION DE LAS EXIGENCIAS COGNITNAS DE LAS EXPLICA- CIONES DE LOS TEXTOS DE CIENCIAS NIVEL DE RAZONAMIENTO CONCRETO 1 C1. Comp ende concep os de inidos a pa i de ejemplos y acciones amilia es. En ende eo- ías simples que hagan e e encia a ejemplos y acciones amilia es. C2. Aplica el azonamien o de conse ación, cuando a un sis ema no se le añade ni qui a nada, y se a a de un concep o conc e o. C3. Es ablece co espondencias uno a uno y o - dena da os según secuencias c ecien es o de- c ecien es. Segui ins ucciones paso a paso como en una ece a. C4. Realiza clasi icacioncs simples y elaciona con éxi o los subsis emas a los sis emas. las subclases con las clases. C5. Ni el de in o mación; memo iza da os o a i - maciones. FI. Comp ende concep os de inidos en unción de o os concep os o a a és de elaciones abs ac as. como P.e. los lími es ma emá icos. Comp ende a i maciones pa a las cuales no se le p opo ciona e e encias conc e as y an- gibles, ni un mé odo de comp obación con el que es é amilia izado. F2. Imagina odas las combinaciones posibles de condiciones aun cuando no odas sean posi- bles en la na u aleza. F3. Analiza el e ec o de cada a iable man e- niendo cons an es odas sal o una. F4. U iliza eo ias o modelos idealizados pa a in- e p e a obse aciones y saca conclusiones. U iliza y segui azonamien o: hipo e ico- , deduc i os. F5. Reconoce y aplica elaciones uncionales, como las p opo ciones di ec as e in e sas. Re- sol e p oblemas in oduciendo a iables no mencionadas explíci amen e en el enunciado o iginal. F6. ' lzonamien o conc e o sob e concep os o - 1 males de inidos an e io men e. I F7. Capacidad de azona en una si uación ambí- gua, an e la que exis en muchas soluciones Y en la que no se le p opo cionan los da os ne- cesa ios pa a pode ope d . ENSENANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS yendo que poseían la misma alidez de con enido I que las de inidas po Ka plús y col (197i). Pa a examina la iabilidad del esquema de clasi i- : cación, se p opo cionó a es p o eso es de isica S un pa de páginas de un ex o pa a que clasi ica an las dis in as unidades de análisis, en unción de los cn enos C1 a C5 y F1 a F7. Es e análisis lo eali- za on de o ma independien e. Es a mues a con e- nía 16 unidades de análisis. En el 82% de los casos los es jueces coincidie on en el ca ác e conc e o o o mal de cada unidad analizada. Sin emba go, S sólo en un 50% de los casos hubo acue do sob e el c i e io especí ico de que se a aba. La escasa ia- bilidad que mues a la clasi icación espec o a cada c i e io especí ico obedece a que, a menudo, se p esen an unidades de análisis que hacen in e - . eni dos o es c i enos o males conjun amen e. En es os casos los jueces se han is o en la necesi- dad de elegi uno de ellos y es e no enía po qué coincidi con el que selecciona on independien e- men e los o os dos. Una ez de inidos los c i e ios a u iliza y anali- zada su alidez y iabilidad, se inició el análisis de los lib os de ex o. La mues a u ilizada en la ob ención de los da os co esponde a las secciones de cinco lib os de ex o de isica de 2O de B.U.P. (A, B, C. D. E), que a an de los siguien es con enidos: P ime p incipio de la dinámica, Ene gía é mica, P opa- gación y e lexión de la luz, Elec ización y ley de Coulo nb. En o al se han iden i icado 589 unidades de análi- sis de las cuales el 31,6% sólo equie en la u iliza- ción de ope aciones men ales conc e as y el 68,4% equie en la u ilización del pensamien o o mal. Si eliminamos las unidades que ansmi en única- men e in o mación, co espondien es a la ca ego ía C5, en onces solamen e el 21.7% se puede com- p ende con esquemas de azonamien o no o ma- les. En la abla 3 igu a la dis ibución de las uni- dades de análisis según los c i enos con que han sido clasi icadas. Has a la echa, la alidez p edic i a de los dis in- os mé odos de análisis de las exigencias cognosci- i as de los lib os de ex o no ha sido abo dada en ninguno de los es udios publicados. Con el in de comp oba la alidez de cons ucción o p edic i a del esquema de clasi icación u ilizado ( abla 2). se ha in en ado e i ica que los alumnos que no han alcanzado el es adio de las ope aciones o males no son capaces de comp ende las expli- caciones ca ego izadas como o males. Pa a ello se elabo ó un es de com~ ensión de las ex~licacio- nes con enidas en un pa de páginas de un ex o de 2O de B.U.P.; es as a aban de la p opagación ec iiínea de la luz y de la ley de la e lexión. Es e es es aba o mado po 14 p egun as de con es a- ción co a que e aluaban !a comp ensión (Ande - son 1972) de o as an as explicaciones (7 clasi ica- das como conc e as y o males). Una mues a de 32 alumnos de 2O de B.U.P. leyó de enidamen e las dos páginas del ex o, con es ando a con inua- ción al es de comp ensión. Es os alumnos habían espondido el día an e io al es de Longeo (Lon- geo 1965). TABLA 3 Dis ibución de las unidades de análisis según los c i e ios de la abla 2. To al 68 1 14 4 102 158 14 12 109 5 3 13 41 En cada una de las celdas igu a el núme o de «unidades de análisis)) que se ha encon ado en cada c i e io. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS No se o ecen los esul ados ya que no odas las cundana, u ilizando esquemas de azonamien o p egun as ue on con es adas po odos los alum- o mal, (Concep os de inidos en unción de o os nos, y no podemos supone que es o cons i uya un concep os, o a a és de elaciones abs ac as, o ' indicio de que la explicación que e aluaban no de inidos den o del ma co de una eo ía F1 Y F4). ue a asimilada po los alumnos. Exis e un hecho que nos hace pensa que se deben u iliza p ocedimien os más e inados pa a com- p oba la alidez p edic i a del esquema de clasi i- cación. En e ec o, la es uc u a abie a de las p egun as pe mi ía que el alumno o eciese una ex- plicación que no se ceñía a la p egun a que se le o mulaba. Po ello, la comp ensión del ex o se ol ió a e alua u ilizando en e is as clínicas. P e iamen e los en e is ados u ie on ocasión de ol e a es udia el ex o. En es as en e is as se pudo comp oba que los alumnos u ilizaban «unas explicaciones al ema i as». al esquema de explica- ción que u ilizamos en la ísica pa a da cuen a de es os enómenos. Po ello la comp ensión de las explicaciones de los ex os debe en oca se e a- luando el g ado en que son capaces de al e a alas explicaciones espon áneas. de los alumnos conc e- os y o males. El escaso núme o de en e is as ealizadas (2Wo de la mues a) pa ecía e i ica la alidez p edic i a del esquema de clasi icación; sin emba go el es udio u o que abandona se con la llegada del in de cu so. En es e es udio ambién hemos analizado las expli- caciones iniciales de cua o emas pa a los que no e an necesa ios conocimien os p e ios. En es as secuencias de explicaciones podemos comp oba si se sigue una p og esión «conc e o- o mal*. En la abla 4 igu a el núme o de explicaciones conc e as den o de las cinco p ime as unidades de análisis de cada ema. excluidas las unidades de análisis den o de la ca ego ía de in o mación (C5). Conclusiones De la abla 3 podemos in e i que solamen e el 17.8% de las explicaciones de los lib os de ex o son asequibles median e la u ilización de esquemas de azonamien o conc e o. En es e cálculo se ha p escindido de la «unidades de análisis* de la ca e- gona C5 dado que no exige ningún ipo de azona- mien o. El 82,2% de las explicaciones pa ecen eque i la u ilización de esquemas de azonamien o o mal con concep os y con enidos ísicos. Es impo an e ecalca que es os azonamien os deben ealiza se con unos con enidos abs ac os y poco amilia es pa a el alumno. En es as condiciones, como ya se ha indicado en la in oducción de es e abajo. el ni el de azonamien o de los alumnos suele se in- e io al que u ilizanan con con enidos amilia es. A pa i de los da os de las ablas I y 3 podemos conclui que la mayo ía de las explicaciones p e- sen adas en los lib os de ex o de ísica de 2O de B.U.R. exige unos ni eles de azonamien o supe- io es a lo que los alumnos son capaces de u iliza . Caso de con i ma se la hipó esis de que las expli- caciones de los lib os de ex o son ep esen a i as de las explicaciones que o ecen buena pa e de los p o eso es en sus aulas, la di e encia en e el ni el de desa ollo in elec ual del alumno y el ni el de azonamien o que exigen las explicaciones po- d ía se una de las causas del bajo endimien o en la adquisición de conocimien os ísicos. La con i mación de esa hipó esis ambién nos ha ía Como podemos obse a la mayo ía de 10s lib os conclui que la enseñanza de la ísica en nues as empieza a in oduci las dis in as pa es de la í- aulas no a o ece el desa ollo del azonamien o sica, en el p ime cu so de ísica la enseñanza se- o mal en los alumnos. TABLA 4 Lib o A B C D E Tema 1 4 1 2 5 P incipios de la Dinámica 1 1 O O O Ene gia é mica 1 2 3 O 2 P opagación y Re lexión de la luz 1 1 5 O 4 Elec ización y Ley de Coulomb >i = 1 2 2,1 0.5 2,7 x o al = 1,7 Y6 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS LOS aiumnos que se en en an con azon:unien os que en su g an mayo ía supe an sus posibilidades cognosci i as no ienen o a posibilidad que ecu- m a memo iza los con enidos y las es a egias de esolución de up oblemas- ipo*. Es a conje u a ue es udiada po Coul e , Williams y Schul z al p e- ende a e igua el mecanismo que u ilizan los p o eso es pa a con ence se de que han enseñado concep os que según las in es igaciones piage ia- nas sólo las como endían los suie os o males. Pa a ello in odujeion en los exámines que elabo- aba el p o eso , unas p egun as que hacían e e- encia a los con enidos es udiados. Al analiza las con es aciones de los alumnos con mejo es no as du an e el cu so, encon a on que las p egun as de los in es igado es disc iminaban en e alumnos conc e os y o males mien as que las p egun as . elabo adas po el p o eso no lo hacían (Coul e , Willia ns y Schul z, 1981). Los esul ados de es e es udio sugie en que los p o eso es enseñan algo- i mos pa a p oblemas- ipo y e alúan la aplicación de los algo i mos en los p oblemas- ipo. Los alum- nos que no son capaces de comp ende los con- cep os que se les enseña son capaces sin emba go de alcanza las expec a i as del p o eso en los exámenes, memonz.ando los con enidos (Coul e . Williams y Schul z 1981). REFERENCIAS BIBLIOCRAFICAS AGUIRRE DE CARCER. l., 1981. La enseñanza de 1:s cien- cias y la eo ía de Piagei ( 1971-1981). Resul ados más impo - an es pa a el p o eso ado de B.U.P. y del P ime Ciclo lni e si a io. Bolenn del lns i u o de Ciencias de la Educu- ión. no 4. pp. 21-39. Uni e sidad Au ónoma de Mad id. AGUIRRE DE CARCER. 1.. 1982. Análisis psicológico de los lib os de ex o. Ponencia p esen ada en el 111 Semina io so- b e In es igaciones ac uales en Psicologia Educa i a y Edu- cación. I.C.E. de la U.A.M. AHLAWAT. K.S. y BILLEH. V.Y.. 1982, The ac o s uc- u e o he Longeo es : a measu e o logical hinking. Jou - no1 o Resea ch in Science Teaching. ol. 19. no 8, pp. 647- 658. ANDERSON. R., 1972. How o cons uc achie emen es s. 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Hay que busca al enia i as que pe mi an que los alum- nos conc e os adquie an al menos una comp en- , sión pa cial de los enómenos es udiados y que p opo cione una ía de p og esión g adual en la complejidad cognosci i a exigida. Una posible al- e na i a inclui ía: un es udio más ex enso de la enomenología; la posibilidad de ealiza expe ien- cias pa a p oba sus p opias conje u as; y la consi- de ación del desa ollo in elec ual como un obje- i o p opio de la asigna u a; p io i a io en e al debe de e mina el «p og ama*. Po úl imo debemos indica que odas es as con- clusiones deben conside a se como p o isionales has a que comp uebe la alidez expe imen al de los'c i e ios que hemos u ilizado. COULTER. D., WILLIAMS. H. y SCHULTZ. H.. 1981. Fo - mal Ope a ional abili y and he eaching o Science P oces- ses. School Science and Ma hemaNcs. V. 31 (12). pp. 131- 138. HARTFORD. F. y GOOD. R., 1976. Assessmen o cogni i e equi emen s o ins uc ional ma enals. 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