Un enfoque constructivista para el desarrollo del currículo en ciencias

INVESTIGACION EXPERIENCIAS DIDACTICAS UN ENFOQUE CONSTRUCTIVISTA PARA EL DESARROLLO DEL CURRÍCULO EN CIENCIAS DRIVER, R. Centre for Studies in Science and Mathematics Education. University of Leeds. Leeds (England). Conferencia invitada en el 11 Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias y las Matemáticas. Valencia 23-25 de septiembre de 1987. (Versión de J. Martínez Torregrosa). SUMMARY The differences between children's ideas and scientific thinking gives us some indication of the types of changes and the magnitude of those changes which we may be attempting to promote in young people's understanding during school years. In this paper 1 will review how such changes might be promoted and consider implications for curriculum planning. En su introducción al reciente volumen de Nuevas tendencias en la enseñanza de la Fkica, el editor subraya la ausencia de atractivo de la enseñanza tradicional de las ciencias para muchos jóvenes: «Para muchas mentes jóvenes, este en foque tradicional está tan remoto del mundo en que viven que deciden que la mayorparte del asunto ... es bastante irrelevante* (Wenham, 1984, p. 3). A lo largo de estos últimos años, se ha argumentado reiteradamente la necesidad de ampliar el foco de atención de los cursos escolares de ciencias con objeto de hacerlos así más relevantes para los intereses del individuo y la sociedad moderna. Así, se han desarrollado programas de enseñanza, por ejemplo, que presentan los principios de la ciencia en los contextos que se consideran, en sí mismos, de uso práctico, (p.ej.: óptica de la fotografía, electricidad del hogar, ciencias de la salud). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2), 109-120 También se ha argumentado, además, que los cursos deberían reflejar mejor la propia actividad científica; de manera que los estudiantes, como futuros ciudadanos o futuros científicos, lleguen a ser más conscientes de las posibilidades y limitaciones de la ciencia como una empresa humana. Se trata de tendencias en la concepción del currículo de ciencias cuya orientación viene determinada por el deseo de suministrar una educación liberal y por la importancia de que los jóvenes vean la relevancia de la ciencia para sus propias vidas. En este artículo consideraré una perspectiva adicional que, como intentar6 mostrar, también ha de ser tenida en cuenta en nuestra concepción sobre el currículo; una perspectiva que se basa en nuestra comprensión del propio proceso de aprendizaje, en particular de cómo los jóvenes aprenden sobre su mundo físico. 109 INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS I 1.1. Ideas de los estudiantes sobre fenómenos naturales Actualmente existe una amplia literatura, basada en estudios realizados en todo el mundo, que indica que los estudiantes desarrollan ideas sobre fenómenos naturales mucho antes de que se les enseñe ciencias en la escuela. En algunos casos estas ideas -denominadas de varias maneras: preconcepciones, ideas intuitivas, esquemas conceptuales alternativos, miniteorías, teorías ingenuasestán de acuerdo con lo que va a enseñarse. En otros casos hay diferencias significativas entre las nociones de los estudiantes y la ciencia que encontrarán en la escuela. Los siguientes ejemplos se han elegido para ilustrar algunas de las clases de ideas que encontramos habitualmente en los razonamientos de los niños en una variedad de fenómenos físicos. a. Los niños pueden decirnos que un objeto pesará más cuanto mayor sea la altura a la que se eleve, porque cuando cae golpea el suelo más duramente. b. Ellos argumentan comúnmente que se necesita una «acción» para mantener algo en movimiento. Cuando se empuja un objeto, el «empuje» permanece dentro del objeto y este «empuje» se pierde cuando el objeto se para. c. Conciben el calor como una clase de «sustancia». Al explicar lo que ocurre cuando se calienta un extremo de una varilla de metal, un alumno de 12 años dijo: «El calor se acumula en una parte hasta que no puede caber más y entonces se mueve a lo largo de la varilla)) (Erickson, 1979). d. «Calor» y «frío» pueden ser considerados como distintos. Hablando sobre lo que ocurre cuando se echa un cubito de hielo al agua, una alumna de 12 años dijo: ((Parte del frío dejó el cubo de hielo y pasó al agua)) (Erickson, 1979). e. Las ideas de los niños sobre cómo ven las cosas pueden representarse en términos de «rayos visuales)) como muestra el dibujo de la figura 1. f. La energía es una clase de combustible que se gasta. Discutiendo lo que le ocurre a un juguete de cuerda después de que se ha soltado, una alumna de 13 años reconoce que tiene energía cuando se está moviendo pero que después «se ha gastado)). Niña: Se ha gastado. Adulto: ¿No puede haberse destruido? Niña: No. Adulto: ¿Dónde ha ido? Niña: Él la ha usado. No la ha destruido, la ha usado. (Brook et al., 1986). g. Las plantas obtienen su comida del suelo. Se trata solamente de unas pocas ilustraciones de los tipos de ideas que se han identificado en el pensamiento de los jóvenes. Colecciones útiles de artículos sobre figura 1 estudios en este campo pueden encontrarse en Helm y Novack (1983), Jung et al (1982), Duit et al (1985), Driver, Guesne y Tiberghien (1985), West y Pines (1985), Osborne y Freiberg .(1985). 1.2. Perspectivas actuales sobre el proceso de aprendizaje La investigación sobre las ideas de los estudiantes en ciencias y el modo en que cambian como resultado de la enseñanza puede considerarse como parte de una visión más amplia, hoy emergente, sobre el aprendizaje humano. Una característica clave en las concepciones del aprendizaje, que se utilizan actualmentep psicología cognoscitiva, es la idea de construcciones mentales o «esquemas». Dichos «esquemas» son usados por quienes aprenden, sean bebés o adultos, para interpretar nuevas situaciones. Más aún se admite tambiCn que estos «esquemas» son activamente construidos por el que aprende. Quienes aprenden no absorben simplemente lo que se les dice o lo que leen. Desde esta perspectiva, el proceso de aprender implica que quien INVESTIGACI~N Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS aprende aporta sus «esquemas» o maneras de pensar existentes al enfrentarse a una situación intentando comprenderla. Lo que se aprende no depende, pues, solamente de las características de la situación presentada (sea el texto de un libro o un fenómeno físico), sino de los «esquemas» que tiene disponibles el que aprende. En otras palabras, el proceso de aprendizaje es una interacción entre los esquemas mentales del que aprende y características del medio de aprendizaje. Más aún, puesto que construir significado de cualquier nueva situación requiere que el/la que aprende aporte sus «esquemas» sobre la situación y valore su aplicabilidad, en último término, quien aprende es responsable de su propio aprendizaje (Wittrock, 1974). Esta concepción constructivista del aprendizaje coloca así al que aprende en el centro del proceso de aprendizaje. Lo que se aprende en cualquier programa de trabajo depende de las ideas previas que tienen los estudiantes, las estrategias cognoscitivas de que disponen, y también de sus propios propósitos e intereses. Esta concepción del aprendizaje plantea aspectos fundamentales para la planificación del currículo. 1.3. Ideas de los alumnos y aprendizaje escolar Actualmente admitimos que las ideas previas de los alumnos están presentes en todas las situaciones de aprendizaje en el aula. En las actividades prácticas, las ideas previas de los estudiantes influencian las observaciones que hacen, las inferencias que construyen e incluso el camino en que estructuran un experimento (Driver, 1983). Lo que aprenden mediante situaciones de aprendizaje más formales,, escuchar conferencias, lectura de textos, también está influenciado por las ideas que ya tienen. Investigaciones realizadas con grandes muestras de alumnos indican que ideas alternativas en áreas tales como mecánica o electricidad pueden persistir a pesar de la enseñanza, y algunas de ellas pueden, incluso, ser utilizadas por estudiantes de física en la Universidad (Viennot, 1979; Sjoberg y Lie, 1981). Hay una clara evidencia de que las ideas que los niños usan para interpretar fenómenos pueden diferir significativamente de las que se enseñan y que estas diferencias pueden implicar suposiciones sobre el modo en que ocurren las cosas. Dichas diferencias en el modo de ver las cosas pueden actuar como ((barreras críticas» (Hawkins, 1978) para la comprensibn de ciertos dominios. Ya hemos hecho referencia a que los estudiantes tienden a pensar que se necesita una «acción» para mantener algo en movimiento. Esta noción influye en su comprensión de la mecánica clásica pero también interfiere en otras áreas. Por ejemplo, cuando se introduce por primera vez la teoría cindtica de los gases, la idea de movimiento intrínseco de las partículas es un problema conceptual básico para muchos estudiantes: ((¿qué es lo que hace que las partículas se muevan?)) y «¿qué es lo que hace que se muevan por primera vez»?» son interrogantes que, con frecuencia, surgen en la discusión (Nussabaum y Novick 1982; Wightman, 1986). Las concepciones de los nifios sobre aire, sustancia y peso influyen en cómo entienden cierto número de tópicos (incluyendo las nociones de combustión, así como los ciclos de materia en los sistemas vivientes). Es fácil comprender que estos cambios en el pensamiento no tengan lugar en cortos periodos de tiempo. Realmente, la reestructuración necesaria de ideas puede requerir un periodo de aAos y no de una o dos lecciones, y esto puede hacer necesario adoptar una concepción evolutiva en cualquier planificación del curnculo a largo plazo. Como Strauss (1982) sugiere: «una unidad del currículo que fomenta las actividades y las experiencias de verifcación de los niños, si no está basada en una comprensión minuciosa del desarrollo de las competencias de los niños sobre el concepto, es esencialmente ciega y no debería esperarse que tuviera éxito como instrumento de enseñanza.. . necesitamos conocer el perfil de desarrollo antes de tomar decisiones sobre el contenido curricular, su secuenciación y temporizacidn~. Puede extraerse tambidn del trabajo de Strauss un ejemplo útil de la necesidad de comprender la secuencia evolutiva en el pensamiento de los nifios. Strauss ha explorado áreas de la experiencia de los niAos en las que su rendimiento parece empeorar antes de mejorar (exhibiendo un desarrollo en forma de U). Una de estas áreas que ha sido investigada en profundidad es la evolución de la comprensión de la temperatura por los nifios como una cantidad intensiva (Strauss, 1982). En una de las actividades de la investigación se les presentaba a nifios desde 4 a 13 aAos dos vasijas de agua fría y una tercera vacía (ver figura 2). figura 2 Actividad para investigar la comprensión de los estudiantes de la temperatura como cantidad intensiva. (De Strauss, 1982) Se les planteaba: «El agua de estas dos tazas está fría. Ahora mira. Las vierto dentro de esta otra taza. iC6mo piensas que está el agua ahora? ¿Por qué?» El porENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) 111 INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS centaje de niños que dio la respuesta correcta -que Strauss identifica tres periodos evolutivos en función la temperatura de la mezcla sería la mismase muesde las justificaciones que dan los niños. En el primer tra en la figura 3. período los niños más jóvenes dan explicaciones basadas en la identidad, «es la misma agua que había antes» o «Vd. solamente la vertió)). El segundo período se caracteriza por referencias a la cantidad de agua en figura 3 la taza. Los niños dicen que la taza con más agua está Porcentaje de niños que contestan correctamente en la actividad somás fría. En el tercer período los niños vuelven al rabre la temperatura. zonamiento de identidad pero con frecuencia excluyen (De Strauss, 1982) el volumen como un factor. «La cantidad no importa», «agua a la misma temperatura no cambia su tem- ?dad % de niiios que dan respuesta correcta 4 65 5 3 5 6 15 7 50 8 30 9 55 1 O 55 11 85 12 85 13 80 peratura de repente si la mezclas)). l Se trata de un ejemplo particularmente útil para nosotros puesto que indica que, aunque la sofisticación del razonamiento puede aumentar, su rendimiento real, en términos de los factores que tienen en cuenta los niños, puede no mejorar. Para planificar un currículo evolutivo puede, también, requerirse una apreciación de las formas en que se relacionan las ideas de los niños. Varios estudios se han realizado en Leeds sobre las ideas de los niños sobre aire y presión del aire (atmosférica), (Engel Clough y Driver, 1985; ~iller, Robinson y Driver, 1985). Una de las actividades que hemos usado con niños de 11, 13 y 15 años les pedía que explicaran qué ocurre cuando un liquido entra en una jeringa. Los tipos de respuesta dados por diferentes grupos de edad se muestran en la figura 4. figura 4 Respuestas de estudiantes de secundaria a la actividad de la «jeringa» Respuesta X estudiantes edad 11 edad 13 edad 15 n-46 n-65 n-86 Explicación que incluye la presión del aire fuera 12 12 14 La presión del aire fuera es mayor que dentro 10) (0) 191 1 La presión del aire fuera hace que entre agua en la jeringa 12) (12) (5) Ex~licación que incluye la presión del aire dentro de la ierinm 32 28 30 La presión d~sminuyó en el interior El alrelpresión del alre/ presión (4) (5) (15) deltro de la jeringa empuja el aire hacia arriba 128) (23) 115) Explicación vaciolsucción 24 40 26 (sin mencionar el aire) Tautologia. descripción 11 5 6 (Se estira del émbolo y sube) Otras 30 15 19 Si1 respuesta O O 6 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) Se advierte un pequeño pero positivo aumento en la proporción de niños que se refieren a la acci6n del aire en el exterior de la jeringa. Aunque casi todos admiten la existencia de aire, la mayoría se centra solamente en lo que ocurre dentro de la jeringa, explicando la acción en términos del vacío o de la succión como un agente, o del aire o presión del aire en el interior que hace subir el líquido. Esto nos plantea la cuestión de cómo están comprendiendo los niños la acción del aire. A este respecto, una investigación sobre las ideas de los niños relativas al aire y al peso nos da posiblemente algunas ideas. Se les mostró a los niños una balanza de brazos iguales en equilibrio con un recipiente de plástico en cada extremo. Se quitó el recipiente de un extremo y se bombeó aire dentro de él. Se les pidió a los niños que predijeran qué ocurriría cuando el recipiente se colocara de nuevo en la balanza. Respuestas en términos de «el aire es ligero y sube» o «el aire no pesa» fueron bastante comunes como muestran los resultados de la figura 5. Respuestas de estudiantes de secundaria a la actividad de ((pesar aire)). Respuesta % estudiantes 11 años 13 años 15 anos n=29 "=S4 n=61 El aire es ligero. hace las casas más ligeras o el sire sube 38 20 11 E1 aire no pesa 17 15 Y El aire tiene pese, hace las cosas más pesadas 28 59 S3 Otras No contesta Las dificultades que los niños tratan de solucionar se ilustran en la siguiente discusión entre niños de 13 años sobre una versión de la actividad mencionada utilizando globos en una balanza de brazos iguales. Daniel: Joanne: Daniel: Ann: Daniel: Jaspal: Joanne: Ann: El aire pesa, pesará más jverdad? No. Sí, sí. Quedará igual, el aire no pesa nada. Mira, irá hacia abajo -el aire es pesado. iMirad, escuchad! cuando inflamos el globo, se va para abajo jverdad?, porque el aire del globo es más pesado y la gravedad le hace bajar. Sí, pero el aire es ligero, de modo que jcómo puede bajar? Flota, luego se quedará igual. Después de hacer la prueba: Ann: iOh! se va hacia abajo. Joanne: ¿Pero qué es lo que hace que baje? Jaspal: Mirad, jno estamos tratando con el aire? Es más pesado que el aire normal de fuera -la gravedad empuja al globo hacia abajo. Ann: Pero el aire es ligero, hará que el globo flote. Daniel: ¿Cómo se fue hacia abajo, entonces? Ann: No lo sé. Yo pensaba que se quedaría igual. Joanne: Si fuera ligero iría hacia arriba, jverdad? Jaspal: Mirad, la gravedad lo empuja hacia abajo -ella empuja el aire hacia abajo. Daniel: Solamente cuando está en el globo. Hay muchos aspectos de interés en este intercambio, incluyendo la observación de que la evidencia por sí misma no explica el fenómeno. Algunos niños piensan en el aire como algo que «flota a nuestro alrededor)) y, por tanto, sin peso. Esto tiene como consecuencia que ignoran el efecto del aire sobre las superficies a menos que haya movimiento del mismo (Séré, 1982); para «empujar» algo, se requiere «movimiento» o «peso». Si, por lo que se refiere a los niños, el aire atmosférico no tiene ninguna de estas propiedades, jcómo puede ejercer una presión? Si los niños han de construir la noción de la presión atmosférica de modo significativo, entonces tienen que resolver dichas cuestiones. Los pasos que los niños tienden a seguir en su comprensión científica han sido explorados recientemente en varias áreas entre las que se encuentran la luz (Guesne, 1984, Andersson, 1983), calor y temperatura (Strauss, 1982; Erickson y Tiberghien, 1985), circuitos eléctricos simples (Shipstone, 1985). Los estudios realizados por Piaget y sus colaboradores también sirven como una rica fuente de inspiraciones sobre los caminos de evolución en el pensamiento de los niños. Aunque sería una simplificación excesiva sugerir que todos los niños siguen la misma ruta en su comprensión de nociones particulares, parece que existen tendencias generales en el modo en que se construyen ciertas nociones que podrían suministrar información muy útil para el desarrollo del currículo. Estos estudios se centran sobre el cambio en el razonamiento cualitativo de los estudiantes. Podríamos preguntarnos jqué tiene esto que ver con la capacidad para comprender y utilizar las relaciones matemáticas formales que caracterizan la teoría física? Aquí haré dos puntualizaciones. La primera es para indicar que sabemos que el pensamiento cualitativo juega un importante papel en gran parte de la resolución de problemas en física. Los estudios que comparan el modo de actuar de expertos y principiantes al resolver problemas de física, muestran que los expertos en primer lugar redescriben el problema de modo cualitativo en términos de conceptos físicos antes de intentar producir una respuesta (Larkin, 1983). Los estudiantes pueden solucionar incorrectamente un problema cuantitativo no porque no puedan manipular las relaciones matemáticas sino a causa de las dificultades conceptuales subyacentes (Gamble, 1986). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁC TICAS El segundo punto se refiere a nuestra comprensión del desarrollo de las ideas matemáticas de los niños. Se trata de un área de investigación que sería necesario tener en cuenta para elaborar un currículo que respete características evolutivas. Aunque, como he subrayado antes, se ha hecho alguna investigación básica, en general estamos en un estadio inicial en la comprensión de cómo se construyen los conceptos científicos y, en particular, de cómo el conocimiento físico basado en el formalismo matemático se relaciona con la comprensión intuitiva. 2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS IDEAS DE LOS ESTUDIANTES 2.1. Introducción Como ya se ha indicado, actualmente existen muchos trabajos publicados sobre las ideas iniciales de los estudiantes sobre varios tipos de fenómenos relevantes para la física y otras ciencias. Se han realizado investigaciones en las áreas de dinámica, luz, electricidad, calor y temperatura, aire y presión del aire, la naturaleza de la materia, y también sobre las ideas cosmológicas de los estudiantes. Obviamente, sería imposible resumir estos estudios de un modo que les hiciera justicia. En lugar de esto, me centraré en algunas de las características generales de las ideas de los estudiantes que pueden identificarse. En este artículo me referiré a las ideas de los estudiantes porque es el grupo que nos interesa durante la escolaridad. No obstante, ello no quiere decir que los adultos, e incluso los científicos, no piensen de maneras similares cuando se abordan problemas cotidianos. 2.2. Las ideas de los estudiantes como esquemas activos Aunque hay evidencia, a partir de estudios sobre el aprendizaje escolar, de que las ideas de los estudiantes no pueden cambiarse fácilmente mediante la instrucción (Tiberghien, 1986), sería dar una falsa impresión del razonamiento de los niños si se sugiriera que dichas ideas son, en modo alguno, un conjunto fijo o estático de nociones. Podrían calificarse mejor como una serie de posibles «modos-de-ver» de que disponen los estudiantes y que pueden ser ensayadas en situaciones novedosas. Como Claxton (1986) sugiere, son herramientas para aprender y forman una base para adquirir nuevas comprensiones mediante una forma de razonamiento analógico. Las experiencias tempranas de los nifios pequefios empujando objetos en el suelo -una acción que produce movimientoes usado como esquema básico al cual se asimilan otros tipos de movimientos forzados; el juego con el agua puede suministrar un esquema básico para desarrollos posteriores de la noción de flujo. Los niños tratan de entender situaciones nuevas «viéndolas como» algo que conocen o reconocen. Al explorar las vigas de una balanza de un sólo brazo, hasta entonces desconocida para él, un nifio puede, en breve tiempo, decir ((es como las balanzas)). La nueva situación ha sido asimilada dentro de la noción de balanza del nifio, donde el comportamiento de las balanzas se «da por supuesto)) en vez de algo que debe explicarse. Esta imagen dinámica del razonamiento del nifio se pone claramente en evidencia cuando situaciones novedosas se asimilan dentro de esquemas inapropiados. Por ejemplo, incluso estudiantes universitarios de fisica cuando se les presentan dos masas iguales colgadas a diferentes alturas en una polea predecirán que las dos masas se moverán hasta que se queden al mismo nivel (Gunstone y White, 1981) usando argumentos como «se nivelarán como una balanza)). Los nifios se sorprenden frecuentemente de que la presión en un líquido actúe en todas direcciones. Tienden a usar su esquema para el peso de un cuerpo sólido, una fuerza que actúa hacia abajo solamente, para interpretar lo que ocurre en un líquido (Engel Clough y Driver, 1985). 2.3. Las ideas de los estudiantes son coherentes dentro de su modo de pensar Una característica importante para la comprensibn del pensamiento de los niños es apreciar que las concepciones que usan pueden ser coherentes vistas desde la perspectiva del niño. En dinámica, por ejemplo, sabemos que los estudiantes normalmente asocian fuerza constante con movimiento constante una noción bien adaptada al mundo con rozamiento. Lo que quieren decir con «fuerza» no obstante no es lo mismo que lo que entiende como tal un físico. En casos como éste, vemos que las concepciones de los estudiantes tienen sentido dentro de su propia manera de ver las cosas. En este sentido, no están equivocados, simplemente interpretan de un modo diferente. Para comprender ei pensamiento de los estudiantes, por tanto, es importante preguntarse ¿de qué manera tiene sentido esta idea? En un estudio reciente sobre las nociones de los niños sobre el proceso de disolución, algunos nifios más pequeños dijeron que el azúcar cuando se agitaba en el agua se convertía en agua. Pruebas posteriores indicaron que para ellos agua significa cualquier líquido transparente y, en estos términos, su respuesta -que el azúcar estaba todavía allí aunque se había convertido en aguatiene sentido. 2.4. El razonamiento está ligado a un contexto especifico ' Es un rasgo característico de las ideas de los nifios que son limitadas en su generalidad y tienden a estar relacionadas con contextos específicos. Situaciones que pueden ser «vistas» como similares desde un punto de vista científico pueden ser interpretadas por los nifios utilizando nociones diferentes. Por ejemplo, la mayor ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS parte de un grupo de estudiantes de secundaria, explicó lo que sentían cuando tocaban una cuchara caliente en términos de calor o energía calorífica que abandonaba su mano. En lugar de ello, muchas de las respuestas asignaban la propiedad de «frialdad» al objeto (Engel, Clough y Driver, 1985). Incluso en algunos casos donde se nota la inconsistencia, puede no ser vista como un problema. Esto señala una diferencia significativa entre pensamiento cotidiano y pensamiento científico donde la coherencia y parsimonia son criterios importantes. En el pensamiento cotidiano lo que importa es que nuestras ideas sobre una situación «se ajust/en» a esa situación permitiéndonos, si es necesario, pr decir y actuar dentro de ella: las ideas pueden estar ce i as al contexto y ser de generalidad limitada y permi $ irnos, sin embargo, hacer esto. Así, el pensamiento cotidiano puede consistir en una colección de ideas específicas para cada situación cuyas interrelaciones no son de importancia crucial. Otra caracteristica más que advertimos sobre las ideas de los niños es que un individuo puede responder a la misma situación usando diferentes ideas en diferentes ocasiones. Esto indica que el individuo tiene disponible varios «modos de ver» una situación. Es probable, incluso, que sea este pluralismo el que haga posible que pueda ocurrir el aprendizaje y el cambio conceptual. 2.5. Diferenciación de ideas Las ideas que usan los niños pueden reflejar nociones relativamente no diferenciadas. Por ejemplo, las ideas de los niños sobre el peso incorporan con frecuencia aspectos de volumen, solidez y presión. La noción que tienen los niños sobre el «aire» puede tener connotaciones de un medio general para la transmisión de efectos; por ejemplo, a menudo asocian la presión del aire con la gravedad. La electricidad es una noción no bien definida que incorpora potencia, corriente y energía. Este caracter indiferenciado de algunas nociones permite que los niños pasen de un significado o aspecto a otro sin ser necesariamente conscientes de ello (un factor que explica de alguna manera las inconsistencias en su pensamiento). 2.6. Del pensamiento perceptivo al conceptual Las ideas de los niños se desarrollan de varias maneras cuando se van haciendo mayores. En particular, en los niños más jóvenes advertimos que sus nociones tienden a estar dominadas por las percepciones; cuando una sustancia se quema la materia desaparece, cuando bebes con una pajita el Iíquido sube a la boca a causa de la «succión». En ninguno de estos casos se plantean la existencia de entidades tales como el aire o los gases, que no pueden ver o sentir. En cambio, cuando los niños son mayores, incorporan más ideas que se refieren a entidades que no se perciben directamente. 2.7. Atención a las propiedades más que a las interacciones El pensamiento de los nifios pequeños se caracteriza también por una tendencia a dar interpretaciones en términos de propiedades de los objetos antes que en términos de interacciones entre sistemas. Por ejemplo, las diferentes sensaciones que se producen al tocar un metal o un plástico son explicadas considerando que el metal es una sustancia intrínsecamente fría y el plástico cálida. El peso, una noción extremadamente compleja para los pequeños, se ve como una propiedad de un cuerpo más que como una interacción entre un objeto y la Tierra. 2.8. Razonamiento causal Estudios realizados en varias áreas señalan el hecho de que el razonamiento de los niños se centra sobre estados cambiantes más que en estados de equilibrio. Advertimos, por ejemplo, que los niños reconocen que actúa una fuerza cuando se observa movimiento, pero es menos probable que consideren la existencia de fuerzas en sistemas en equilibrio estático (concibiendo éste como el «estado natural)) del sistema)). La idea de que es el cambio lo que requiere explicación está en la raíz del razonamiento causal de los niños. Al dar explicaciones, el razonamiento de los niños tiende a seguir una secuencia causal lineal. Ellos postulan una causa que produce una cadena de efectos en orden lineal temporal. Este tipo de razonamiento se ha identificado en las ideas de los niños sobre varios fenómenos y se ha sugerido que tiene sus origenes en esquemas de acción tempranos de los niÍíos pequeños (Anderson, 1985). Una caracteristica de este tipo de razonamiento es la tendencia a pensar en direcciones preferentes más que percibiendo la simetría en las interacciones entre sistemas. Por ejemplo, al conside-. rar una olla de agua sobre un mechero, los niños tienden a pensar en términos direccionales con el mechero como fuente, suministrando calor a un receptor. Una consecuencia de esta manera direccional de pensar, que difiere de forma fundamental de la explicación en el pensamiento científico, es que los procesos que un científico considera de una manera reversible, no son necesariamente vistos de esta manera por los niños. Por ejemplo, ellos entienden que una entrada de energía puede cambiar el estado de una sustancia de sólido a líquido (la energía «rompe los enlaces))) pero tienen dificultades para comprender el proceso inverso cuando un Iíquido solidifica. (¡Ellos interpretan la energía como una «acción sobre el sistema)) para romper los enlaces y se quedan con el problema de explicar de dónde vuelven los enlaces!). ENSEFIANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) 115 INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁC TICAS 3. HACIA UNA CONCEPCIÓN CONSTRUCTIVISTA DEL DISEÑO DEL CURRÍCULO 3.1. Introducción Las diferencias entre las ideas de los niños y el pensamiento cientifico nos da alguna indicación de los tipos de cambios y la magnitud de los mismos que podemos estar intentando fomentar en la comprensión de los jóvenes durante los años escolares. En esta sección revisaré cómo podrían promoverse dichos cambios y consideraré implicaciones para la planificación del currículo. 3.2. El aprendizaje como cambio conceptual Cómo fomentar el cambio conceptual es actualmente un asunto de interés y objeto de investigación. Examinemos brevemente algunas opciones. La primera opción, practicada ampliamente, es ignorar las ideas previas de los estudiantes y basar la enseñanza únicamente en la propia estructura de la materia. La idea es que si la estructura de un tópico, sea óptica, dinámica, fotosíntesis, se presenta de un modo bien organizado en términos de relaciones formales entre los conceptos científicos, esto permitirá que los alumnos desarrollen esta estructura conceptual por sí mismos. Conocemos ahora los problemas inherentes a dicho enfoque. Los investigadores advierten, por ejemplo, que las ideas previas pueden persistir a lo largo del nivel universitario a pesar de dicha instrucción (Viennot, 1979; Reif, 1986). Este enfoque también conduce a una compartimentación del pensamiento de los estudiantes, el conocimiento escolar está separado del conocimiento cotidiano y solamente se usa para contestar problemas «escolares» o preguntas de examen (Solomon, 1983). Puede haber también un grupo de estudiantes para quienes las ideas enseñadas son tan diferentes de las propias que no ven ningún valor a tomarse el estudio en serio. La ciencia para ellos es sólo un conjunto de reglas y relaciones sin significado que no parecen tener ningún contacto con su experiencia y eligen no participar en el aprendizaje. Una alternativa a la ((transmisión verbal)), en sus distintas formas -conferencias, libros de textos o demostraciones-, es dar oportunidades a los estudiantes para ((descubrir por ellos mismos)), es decir, basar el aprendizaje de los estudiantes en la experiencia empírica. Desafortunadamente dichos ((métodos de descubrimiento)) han fracasado; no porque los estudiantes sean incapaces de investigar por sí mismos y extraer inferencias de sus observaciones, sí que son capaces de hacerlo, sino porque no «descubren» necesariamente lo que se pretendía (Atkinson y Delamont, 1976; Koertge, 1970; Wellington, 1981). La experiencia por sí misma no basta. Incluso, en muchos casos la evidencia empírica se usa por los estudiantes para reforzar sus nociones previas más que para estimular el cambio (Gunstone y White, 1981, Rowell y Dawson, 1983). Actualmente se está explorando un tercer enfoque del problema. Este supone que las ideas previas de los alumnos son un punto de partida necesario y que se debería disefiar la instrucción para permitir que estas ideas se desarrollen y cambien. El proceso de cambio conceptual ha sido analizado desde varias perspectivas teóricas (West y Pines, 1985) y se han publicado varios estudios para investigar los modos de fomentar el cambio conceptual en las clases de ciencias (Nussbaum y Novick, 1982; Hewson y Hewson, 1984; Champage . et al., 1982; Osbome y Freyberg, 1985). Es característico de estos planteamientos la inclusión de oportunidades para que los estudiantes hagan explícitas sus ideas, oportunidades para la clarificación e intercambio de ideas, experiencias que ponen en cuestión las nociones que tienen los estudiantes (situaciones de conflicto), oportunidades para la introducción de nuevas ideas o para la reestructuración de ideas por el profesor y oportunidades para utilizar los conceptos en situaciones variadas. Quizás el rasgo más característico de estos abordes es el énfasis que se pone en que los estudiantes sean conscientes de su propio aprendizaje y amplien su razonamiento cotidiano para que pueda ser usado con confianza en un rango más amplio de situaciones. 3.3. Una perspectiva constructivista de curriculo Esta perspectiva se basa en una concepción de quien aprende como parte activa e interesada en el proceso de aprendizaje e implicado en aportar sus conocimientos previos para construir significados en situaciones nuevas. No se concibe el conocimiento cientifico como «objetivo» sino como construcción social, un producto del esfuerzo colectivo de la Humanidad. Si el objetivo de la ciencia escolar es que los niños entiendan la concepción del mundo de los científicos no se conseguirá esto mediante enfoques ingenuos de ((naturaleza interrogativa)). La socialización es una parte importante del proceso. En este proceso, el currículo -más que concebirse como «lo que debe ser aprendido»-, se concibe como el conjunto de experiencias mediante las cuales los que aprenden construyen una concepción del mundo más cercana a la concepción de los científicos. El que aprende llega a clase con ideas previas que necesitan ser tenidas en cuenta puesto que influyen en los significados que se construyen en las situaciones de aprendizaje. Existen objetivos de aprendizajes-alguna versión de las ideas y modos de pensar de los científicos. También existen limitaciones que provienen del ambiente de aprendizaje en las escuelas, disponibilidad de tiempo, recursos materiales, al igual que otras limitaciones más sutiles debidas a las expectativas del profesor y estudiante sobre el conocimiento, la ciencia, las escuelas y las aulas y sus papeles en ellas. Durante una secuencia de aprendizaje los que aprenden deben recorrer un camino desde su estado de conocimiento presente a cierto estado de conocimiento futuro. La cuestión curriENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS cular es ¿cuáles son las actividades de aprendizaje que hacen posible que esto ocurra efectivamente? llado algunos esquemas experimentales (CLIS, 1987). Existen algunas características que subyacen en el diseño de estos esquemas: Esta cuestión puede ser contestada en parte analizando el propio dominio de conocimientos. No obstante, puesto que lo que se aprende de una situación depende de la situación y de lo que aporta quien aprende en términos de propósitos y esquemas, el diseño y selección de experiencias de aprendizaje debe implicar, en último término, investigaciones empíricas de aprendizaje en el aula. Este proceso reflexivo se ilustra en la figura 6. 3.4.a Una secuencia de enseñanza basada en el cambio conceptual La enseñanza está estructurada en torno a una secuencia de actividades que está diseñada para partir de las ideas de los estudiantes y fomentar el cambio en su pensamiento. La secuencia se muestra en términos generales en la figura 7. jigura 6 Un modelo constructivista para el desarrollo del currículo. figura 7 Estructura general de la secuencia de ensefianza. Decisiones sobre 'tontenido": Dominio de experiencia e ideas científicas a las que ven a ser expuestos los estudiantes. i Orientación u Elicitación r--------- de ideas Puesta en rráctica Información sobre las ideas de los estrategias de DE APRENDIZAJE Y MATERIALES de ideas Perspectivas sobre el raceso de aprendizaje - %delo dc cambio conceptual - Coccepciones cansClarificación e intercambio Evaluación del aprendizaje - intrinsece y Comparación con ideas previas I situaciones de Construcción de 1 /ll Conocimiento oráctico de los rrofesores sobre los estudiantes. Evaluación w Aplicación de ideas El papel del profesor se hace, así, mucho más complejo que el de un director de un ((sistema de transmisión)). Como mediador entre el conocimiento de los científicos y las comprensiones de los niños, se requiere del profesoda que actúe como diagnosticador del pensamiento de los niños y al mismo tiempo que lleve en su cabeza un mapa del dominio conceptual que permita sugerir actividades apropiadas y negociar significados. I I L - - - - - - - - ideas Después de una sesión inicial de orientación destinada a despertar la atención de los estudiantes y su interés por el tema, se destina algún tiempo a que los alumnos revisen y discutan sus propias ideas o modelos. Esta fase de explicitación se inicia generalmente en pequeños grupos. Se pide a cada grupo que represente sus ideas en un póster o por otros medios y que las presenten a toda la clase. Se identifican semejanzas y diferencias en las ideas iniciales de los estudiantes y se señalan aspectos para posterior consideración. Los posters permanecen expuestos como un registro durante el resto de la unidad del trabajo y más tarde pueden ser corregidos o comentados. 3.4. Diseñando programas de aprendizaje ¿Cuáles son las exigencias para el desarrollo de materiales y programas de aprendizaje basados en esta perspectiva? Un proyecto de investigación y desarrollo (El ((Children's Learning in Science Project)) en Leeds) en el cual he estado implicada durante los últimos años ha explorado esta cuestión (Driver y Oldham, 1986). Como consecuencia del trabajo en colaboración de un equipo de profesores e investigadores se han desarroEN~EÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (2)