Esquemas conceptuales previos de los alumnos en Geología

INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS ESQUEMAS CONCEPTUALES PREVIOS DE LOS ALUMNOS EN GEOLOGÍA GRANDA VERA, A. I.B. Ped o Espinosa. An eque a (Málaga). SUMMARY The p esence o concep ual e o s o p e-scien i ic ideas abou Geology in ou s uden s uns pa allel o wha hey sus ain abou o he sciences: we obse e no only hei pe sis ence bu also hei simila i y o concep s/ heo ies om p e ious scien i ic pe iods. INTRODUCCI~N Las in es igaciones didác icas sob e los p ocesos de en- sión de los cambios, el de allismo de muchos enóme- señanza/ap endizaje en Geología es án poco desa o- nos geológicos, las elaciones p o undas en e p oce- lladas; pa ece que la didác ica de es a ciencia, al me- sos co icales e in e nos, e c ... sin ol ida la compleji- nos en nues o país es á en sus comienzos, en lo que dad, e incluso imposibilidad de diseña expe iencias ea- se e ie e a los nue os pa adigma psicológicos y pe- lizables, y po an o la necesidad de o mula modelos dagógicos. Del análisis bibliomé ico de las publicacio- analógicos co ec os. nes sob e ciencias expe imen ales ealizadas en 1985, Algunos de los obs áculos expues os son compa idos con eccionado Po Ma a Y An a (1986) se desp ende po la Biología, al igual que la necesidad de ma iza que de los 205 abajos eseñados sólo 8 co esponden e incluso comba i las no icias excesi amen e simples a Didác ica de la Geología, si excluimos los de ca ác- de los medios de comunicación de e gene al y los medio ambien ales; es e da o es más e elado si conside amos que (( en e al p edominio El abajo que se p esen a a con inuación Se ha eali- adicional de los abajos sob e Física y Química en zado pa a inicia Una in es igación ace ca de la di- el pe íodo 19-75-1983 se con i ma un cambio en la en- dez O no de es as ideas en el campo de la Didác ica de dencia, con la equipa ación -p oducida ya en el la Geología. LOS cues iona ios y obse aciones se han 1984- de la p oducción sob e Ciencias Na u ales (en di igido a es g upos de 3' de BUP du an e dos Cu - o no al 48% del o al) con espec o a las de Física y sos consecu i os, del I.B. ((Ped o Espinosa)) de An e- Química (ap oximadamen e el 42%))) (Ma a y An a, a 10s ci ados g upos se les impa ió una P og a- 1986). En suma al equilib io se p oduce po el a ance mación expe imen al de la asigna u a de Ciencias Na- de los es udios en Biología e in es igación del medio u ales de ese cu so, ap obada po la ~onseje ía de básicamen e. Educación y Ciencia de la Jun a de Andalucía. No se p e ende ago a la elación de e o es concep uales, ni Aunque es amos de acue do en la especi icidad de ca- hipó esis de su apa ición, sino con ibui a ab i lí- da ciencia en '0s aspec os que a ec an a su E~is emo- neas de in es igación en al sen ido o a con inua las. logía y su Didác ica (Shaye y Adey 1984), no es me- nos cie o que compa en elemen os comunes, al igual que en el plano cien í ico es ic o, así se de ec an en 1. ESQUEMAS CONCEPTUALES E IDEAS Geología, ideas y esquemas p e ios en los alumnos, sus- PREVIAS DE LOS ALUMNOS en ados en obse aciones y conclusiones de sen ido co- mún. Es as ba e as pa a consegui un ap endizaje sig- Los alumnos escogen aquellos da os y obse aciones ni ica i o se en aumen adas po las di icul ades pa a que les son signi ica i os en el ma co de e e encia de comp ende la escala del iempo geológico, la dimen- las eo ías que acep an y c een; así en mul i ud de oca- ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3), 239-243 239 siones los p o eso es comen amos que pe manecen co- mo ele an es la anécdo a o el ejemplo ma ginal, e- niendo su co ela o en las espues as a p uebas o exámenes. Si acep amos que los concep os cambian de alo (de signi icado), al a ia el esquema concep ual en que se hallan inme sos, comp ende emos la impo ancia de ge- ne a cambios de ma cos concep uales median e las me- odología~ adecuadas. P e iamen e hay que des ela sob e qué se apoyan los alumnos, qué ca gas eó icas imp egnan a los hechos (B own 1984), en suma, man- ene una ac i ud expe imen al, pa iendo de las p e- gun as y ep esen aciones de los alumnos (Gio dan 1985a). Una de las ías ac uales de in es igación didác ica la cons i uye la de ección de los e o es concep uales, ideas p e ias o p econcep os cien í icos (Gio dan 1985b), (As udillo y Gené 1984), (Gené 1982), (Caba- lle 1985), (Jiménez 1985), (Ped inazi 1987). Las ca ac e ís icas de dichos p econcep os son, según Solís Villa (1984) ci ando a Osbo ne y Wi ock, las siguien es: - no son cong uen es con los concep os, leyes y eo- ías que los alumnos ienen que ap ende . - cons i uyen un esquema concep ual cohe en e, con amplio pode explica i o. - son muy esis en es al cambio; a eces no cambian en absolu o; cuando se p oduce el cambio, como e- sul ado del es udio, puede no coincidi con lo p e is o po el p o eso . - in e ie en en el ap endizaje de las ciencias, siendo esponsables de la di icul ad que encuen an los alum- nos en es as asigna u as. D i e (1986) insis e en las elaciones que se es able- cen en e ales ideas o p econcep os en el campo deli- mi ado po los esquemas concep uales al e na i os de los es udian es; además de las ca ac e ís icas enume- adas an e io men e señala: - los es udian es manejan un lenguaje imp eciso y é - minos indi e enciados pa a exp esa sus ideas. - ideas in ui i as simila es son de ec adas en es udian- es de di e en es medios y edades. Po Úl imo hemos de señala el pa alelismo (que no la copia exac a), en e los p econcep os y su e olución, y los cambios concep uales que se han p oducido en el anscu so de la his o ia de la ciencia (Piage 1970). 2. LOS PROBLEMAS METODOLÓGICOS Nos encon amos con o as di icul ades, que sólo in- dica é b e emen e, como la endencia, de p o eso es y alumnos, a la espues a ápida y supe icial a los in- e ogan es que nos plan ea la na u aleza (Ca ascosa y Gil 1985), ac ecen ada po la densidad enciclopédica de los ema ios (que llega al ex emo en el COU), y po el escaso in e és de los alumnos en p o undiza sob e las cues iones que se les plan ean, po c ee que ienen la con es ación adecuada; a su ez las p egun as que ellos se pueden o mula epi en los ópicos de los me- dios de comunicación de masas (Gio dan 1985a). Es- os p oblemas y los expues os en el apa ado an e io han a ado de se supe ados con las p opues as de p o- g amación expe imen al de Ciencias Na u ales pa a 3' de BUP que se han lle ado a cabo los cu sos 85/86 y 86/87; una de las di ec ices básicas de és as e a cono- ce lo que pensaban los alumnos, con el in de diseña es a egias didác icas adecuadas pa a a o ece la cons- ucción de su p opio conocimien o. 3. METODOLOGIA EMPLEADA EN LA DE- TECCIÓN DE LOS ERRORES CONCEPTUA- LES EN GEOLOGÍA Se selecciona on p egun as sob e aquellas cues iones que habían apa ecido en espues as a p uebas y eje ci- cios con un ca ác e epe i i o, y que a alaban una hi- pó esis de e o concep ual; se pasa on cues iona ios sob e las mismas a los g upos que seguían la p og a- mación expe imen al e ec uando una segunda selección más es ingida pa a los alumnos del siguien e cu so; las que se man u ie on no se al e a on en su o mula- ción. También se u ilizó la obse ación y el deba e en- e los g upos de alumnos, pues se combinaba el a- bajo indi idual y el colec i o en el cu so expe imen al ya comen ado. A pos e io i se han ag upado los posibles e o es en di e en es bloques, al mismo iempo que se o ecen los esul ados de las espues as a cada cues ión, y un co- men a io en el que se pos ulan los posibles pa alelis- mos con si uaciones an e io es his ó icas de la Geología. 4. CLASIFICACI~N DE LOS PRECONCEP- TOS EN GEOLOGÍA 1. Un p ime g upo lo cons i ui ían aquellos que se ase- mejan a eo ías y explicaciones que se p esen a on en ases an e io es del pensamien o cien í ico geológico; en es e g upo se encon a ían: 1.a. Relación núcleo incandescen e- ulcanismo. 1.b. Con usión en e magne ismo y g a edad. 1.c. Mo imien os del ni el del ma pa a explica la apa- ición de ósiles a g an al u a. 11. El ((sen ido común» dic a las espues as a in e o- gan es que se plan een; pod íamos deci que lo apa en e subyuga, como en los casos que siguen: 1I.a. Un g ani o se e osiona siemp e menos que una caliza. (E1 To cal pa a alumnos de An eque a es á o - mado po g ani o (10%) o ocas me amó icas (22%). I1.b. Relaciones causa-e ec o en e sismicidad, ulca- nismo y ec ónica de placas. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS 1I.c. Con usión de igidez con densidad. 1 Yo a acción del núcleo 111. El e ce g upo lo o ma ían las ideas p e ias, que 29% no sabe/no con es a. se de i an de una al a de dominio de la me odología Según Be nal (1979), Gilbe «no se limi ó a los expe- cien í ica; los alumnos c een: imen os: esbozó a pa i de ellos nue as ideas gene a- 1II.a. Que el g adien e geo é mico es un mé odo. les. La que so p endió más a la imaginación de la épo- 1II.b. Que las ondas sísmicas son sólo un mé odo. ca ue que los plane as se man enían en sus ó bi as g a- cias a la i ud magné ica de la a acción)). Dampie 5. CUESTIONES PLANTEADAS, ANÁLISIS Y COMENTARIOS SOBRE LAS RESPUESTAS 1.a. ¿Qué p uebas apo a ían pa a demos a que hay un núcleo semi luido e incandescen e en el in e io de la ie a? 69% los ma e iales que a ojan los olcanes 12% el p opio o igen de la ie a, cuando e a una bola incandescen e 12% po la ayec o ia de las ondas sísmicas al lle- ga al núcleo 3% po las pe o aciones que se ealizan 4% o as azones. La espues a mayo i a ia p esupone una comunicación di ec a en e el núcleo y el ex e io e es e, y po an- o la exis encia de canales o zonas de con ac o en e los ocos olcánicos (nuclea es) y la co eza; obse a- mos además la inadecuada elación que se es ablece en- e ulcanismo y ec ónica global. La explicación dada a la ac i idad olcánica y las eo- ías ace ca del in e io de la ie a has a el siglo XVIII, incluso el XIX, coinciden con lo mani es ado po la majüiia de nues os alumnos. El pa adigma de es a concepción igu a en el lib o de A anasius Ki che , Mun- dus sub e aneus; en él se desc ibe y apa ece dibujado un esquema de uncionamien o de la ie a en la que hay un g an uego cen al in e no y una ed de canales pa a uegos, aguas, é e es, e c. Bu on es de los p i- me os cien í icos que señala: «el uego de los olcanes no p ocede de un uego cen al, ni siquie a de un ue- go muy p o undo, pues el ai e es absolu amen e nece- sa io pa a que se p oduzca o po lo menos pa a ali- men a lo)) (Ta on 1972); las azones a güidas no son co ec as, pe o son cohe en es con los conocimien os ísico-químicos y geológicos de la época. 1.b. LA qué ac o /es se debe la exis encia del campo g a i a o io e es e? ¿Y el campo magné ico? 11% hacen esponsable de la exis encia de los dos campos a las mismas azones: mo imien os del nú- cleo, amaño, densidad, e c ... explican el campo magné ico po : 17% el ozamien o en e capas del in e io e es e 9% la composición de Fe y Ni del núcleo 6% la o ación de la ie a 9% los polos e es es que gene an un imán 48% no sabe/no con es a explican la exis encia de un campo g a i a o io po : 59% la p opia masa que es la ie a ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) (1986) dice: «inspi ándose (Gilbe ) en la idea ilosó i- ca g iega sob e un in lujo e é eo e inma e ial, imaginó que el imán o sus ancia elec i icada emi ía una espe- cie de a lu io con el que cau i a los cue pos ci cundan- es y los a ae hacia sí; es e mismo concep o lo aplicó a la explicación de la g a edad, es deci , a la ue za que impulsa las pied as al suelo)). En ambas ci as se exp esan las imp ecisiones o iginales en e magne is- mo y g a edad, con usiones que mani ies an algunos de los es udian es, después de habe ecibido una asig- na u a de Física y Química en 2O de BUP; pa ece des- p ende se un mejo conocimien o de la g a edad que del magne ismo. His ó icamen e hay que esal a que algunas de las ideas de Gilbe si ie on a New on pa- a o mula sus eo ías ace ca de la g a i ación. 1.c. LA qué al u a es aba el ni el del ma en el momen o de deposi a se lo que ac ualmen e son ósiles, espec- o del ni el ac ual? (p. ej. en El To cal de An eque a, con una al u a media de unos mil me os) 37% llegaba has a las cimas ac uales sob epasándolas 47% más o menos como el ac ual (de ellos un 33% indica que e an los ma e iales los que se habían le an ado) 12% a menos de mil me os 4% no sabe/no con es a. Se cons a a que, pa a explica la p esencia de ósiles, más de un 50% de los alumnos que han ecibido una enseñanza de Ciencias Na u ales en 1 de BUP no in- dican po e o u omisión que los ma e iales que o - man las mon añas y co dille as se han le an ado (se han mo ido), y lo que quizás sea más signi ica i o es que casi la mi ad de los encues ados iene la idea a aigada de que han sido mo imien os (eno mes) del ma los es- ponsables de ales es uc u as geológicas. Es so p en- den e la simili ud de es os plan eamien os con los que sos enían los medie alis as; Leona do da Vinci los c i- icaba aduciendo que «los ósiles que se encuen an aho a en las al as mon añas con inen ales se p oduje- on en el agua de ma y no se puede supone que hu- biesen llegado al pun o en que se hallan hoy, en los cua- en a días que du ó el dilu io de Noé. En ealidad ni jun as odas las aguas de ie a, nubes, íos y océanos pod ian llega a cub i las co dille as de nues o glo- bo». Han enido que p oduci se cambios en la co eza de la ie a, decía Leona do; pe o no hace al a ecu- i a ningún ca aclismo. «. .. con el iempo, el Po se lle a á la ie a seca al ondo del Ad iá ico, de la mis- ma o ma que ya aca eó allí g an pa e de la Lom- - - ba día)) (Dampie 1986). INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS Toda ía Maille en el siglo XVIII a i maba: «los ani- males y ege ales e es es son descendien es de los que i ían en el ma uni e sal, cuya e i ada o igina ía la eme sión de las mon añas)). (Ta on 1972). 1I.a. Con usión en e esis encia a la e osión y du eza en su acepción común. An es de esponde a la cues ión, los alumnos deba ie- on el compo amien o de ma e iales o mados a con- diciones de P y Ta lejanas a las condiciones de la co - eza, en e al de o os o iginados en medios simila es o no muy lejanos del ambien e de la co eza, la mayo- ía llega on a la conclusión de que los p ime os se ían más ines ables, po que su es uc u a molecula es aba de acue do con las condiciones de o mación; pos e- io men e se les p egun ó: ¿Qué oca es más ácilmen- e e osionable a la P y la Ta de la co eza, un g ani o o una caliza? ¿Po qué? - el ace camien o de placas implica mo imien os, de- sequilib io~, en suma sismicidad. - el alejamien o de placas li os é icas hace pensa en aguje os, osas, espacios abie os po los que luye el magma, es deci ulcanismo. - un % ele ado de alumnos ce cano al 30, iene ideas muy con usas incluso inco ec as espec o al concep o de causalidad que se ha in es igado. - aún en el caso de los alumnos que dominan al con- cep o, el choque de placas apa ece como un ejemplo más c eíble, po lo que implica de ca ás o e, cambios b uscos, e c ... en elación con el ulcanismo y la sismicidad. 1I.c. Con usión en e los concep os de densidad y igi- dez: consecuencias pa a un co ec o ap endizaje del in- e io e es e. Las cues iones plan eadas ue on dos: 82% la caliza po que: - ¿Qué ac o es in luyen en la elocidad de las on- 15% sus enlaces químicos son más débiles das sismicas en su ansmisión po el in e io de la 30% es más blanda ie a? 18Yo es menos compac a 19% o as: más po osa, menos densa, más he e o- génea, e c. 9% el g ani o po que se o ma a condiciones más alejadas de las dominan es en la co eza, que la caliza. 9% no sabe/no con es a. En las espues as dadas pa a apoya la hipó esis de las calizas se mezclan concep os como la densidad, la blan- du a, la po osidad, e c ... odos ellos, a mi en ende , sinónimos de una idea aga de du eza, que de ini ía la cualiad esencial que explica la esis encia a los agen- es e osi os; la al e ación química de un ozo «du o» de hie o puede in oca se como ejemplo, pe o se com- p ueba en onces que pa a una g an pa e de los es u- dian es, la e osión es un concep o esencialmen e me- cánico siendo conside ada po muy pocos las al e a- ciones de o igen químico. 1I.b. La cues ión se en ocó pa a conoce el g ado de adquisición del concep o de causalidad (Gio dan 1985a) en la ec ónica global, sob e los aspec os más conoci- dos po los alumnos: olcanes y e emo os. 19% la composición de ma e iales 34% la densidad 16% el es ado ísico de las capas de la ie a 6% p o undidad de los ma e iales 13% la p esión 12% la igidez - De ine lo que es igidez 39% la exis encia de ue zas molecula es y enlaces ue es que impiden las de o maciones 24% du eza 12% medio compac o po la p esión 9% depende de la densidad 16% o os: no se doblan, no se ompen ácilmen e, no elás icos, e c.. . De las espues as a la p ime a cues ión se deduce la im- po ancia concedida al ac o densidad, aunque se ci- an odos los impo an es; de la igidez, la mayo ía de los es udian es iene una aga noción que sob e odo se exp esa en unción de o os concep os más conoci- dos po ellos. Es os hechos condicionan la comp en- sión de los mo i os po los que se p oducen las a ia- ciones de la elocidad p o ocandi apa en es pa ado- Los olcanes y e emo os, ¿son causa o e ec o de los jas; hab ía que insis i en el sen ido ísico de la densi- mo imien os de las placas? Explica según los casos las dad como concep o que se e ie e a la masa de los á o- azones que c eas con enien es. mos. di e enciándola de la igidez aue in o ma de la 3% son causa y e ec o lexibilidad de los enlaces a 6Ymicos: de las dis ancias 6% cuando se ace can las placas p oducen los e- en e los mismos, e c ...; la densidad supone la ine cia emo os; cuando se alejan, los olcanes. del medio a la p opagación del mo imien o ondula o- 3% son la causa del mo imien o de las placas io, es po an o un ac o que in luye de o ma in e - 6% los olcanes son causa po que expulsan la a; sa en la elocidad de p opagación. los e emo os e ec o Las cons an es de la igidez pa a cada medio ísico son 70Vo en choque de se los ca ac e ís icas, has a llega a la capa semi luida del nú- nes y sismos cleo en que la igidez es ce o; el coe icien e /.L =O y 12% no sabe/no con es a sin emba go p ha aumen ado a 9,5 g /cm3. Las e- Del análisis de las espues as pa ece desp ende se que: locidades de p opagación de las ondas sísmicas ienen 242 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS de e minadas po las ó mulas: donde K = módulo de comp ensibilidad, p = módulo de igidez y P = densidad (Lillo 1982). Las ondas sísmicas son an e odo un «mé odo» pa a conoce el in e io e es e, an es que un enómeno geológico con explicación basada en p ocesos ísico- químicos; así de la a i mación «las ondas S no se ans- mi en en medios líquidos o semi luidos)), los alumnos leen e in e p e an «se en ian ondas S po que és as no se p opagan en medios líquidos)). Resul a di ícil que los alumnos ap endan que del compo amien o de las ondas hemos ob enido da os indi ec os del in e io de la ie a. El g adien e geo é mico pa a un 15% de los alumnos es un «mé odo» y no un da o ísico que nos pe mi e deduci la exis encia de es uc u as en el in e io que gene an calo po di e en es mecanismos. CONCLUSIONES Los alumnos ienen que supe a en el ap endizaje de la Geología de 3O de BUP, una se ie de obs áculos epis- emológicos o iginados po di e en es causas: a) la p esencia de e o es concep uales o p econcep- os cien í icos. b) la con usión en e p ocesos y mé odos, en e enó- menos y aplicaciones. c) la in luencia de un cie o «sen ido común» y la apli- cación de concep os de la ida co idiana. d) la de icien e base concep ual ísico-química. e) la endencia a ol ida los enómenos y p ocesos in- e nos, que no se en y que necesi an esquemas con- cep uales más abs ac os y complejos pa a comp ende los. ) la dimensión de los concep os de espacio y iempo en Geología. g) una concepción básicamen e es á ica del mundo y la na u aleza. ÁGUEDA, J. y ANGUITA, 1977, Geología. (Rueda: GIL, D., 1983, T es pa adigmas básicos en la enseñanza de Mad id). las ciencias, Enseñanza de las Ciencias. Vol. 1, pp. 26-34. ASTUDILLO, H. y GENÉ, A.M., 1984, E o es ConCeP ua- GIORDAN, A., 1985a, La Enseñanza de las Ciencias. (Si- les en Biología: la o osín esis de las plan as e des, En- glo XXI: Mad id). señanza de las Ciencias, Vol 2, pp. 15-1 7. BERNAL, J.D., 1979, His o ia social de la Ciencia. (Penín- GIORDAN, A., 1985b, In e és didác ico de los e o es de los alumnos, Enseñanza de las Ciencias, Vol. 2, pp. 11-18. sula: Ba celona). BROWN, H., 1984, La nue a iloso ía de la ciencia. (Tec- JIMÉNEZ ALEIXANDRE, Ma.P., 1985, Modelo de com- nos: Mad id). po amien o de ma e iales an e ue zas mecánicas, Ense- ñanza de las Ciencias, 3 (2), 108-1 13. CABALLER, Ma. J., 1985, De ección de p econcep os: una expe iencia ealizada en el p ime cu so de Ciencias Na- u ales de BUP, Enseñanza de las Ciencias, Vol. ex a, pp. 36. CARRASCOSA, J. y GIL, D., 1985, La me odología de la supe icialidad y el ap endizaje de las ciencias, Enseñan- za de las Ciencias, Vol. 3, pp. 113-121. DAMPIER, W.C., 1986, His o ia de la Ciencia y sus ela- ciones con la iloso ía y la eligión. (Tecnos: Mad id). DRIVER, R., 1986, Psicología cognosci i a y esquemas con- cep uales de los alumnos, Enseñanza de las Ciencias. Vol. 4, PP. 3-16. GENÉ, A., 1982, La enseñanza de la Biología. Si uación ac- ual. -T abajo basado en la esis de licencia u a: Els e- balls p ac ics en Biologia i la me odologia cien 5 ica. Uni- e si a de Ba celona. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 8 (3) LILLO, J., 1982, Geología. (Eci .: Valencia). MATA, A. y ANTA, C., 1986, Las o ien aciones ac uales de la didác ica de las ciencias expe imen ales en España. Enseñanza de las Ciencias. Vol 4, pp. 233-247. PIAGET, J., 1970, La epis emología gené ica. (A. Redon- do: Ba celona). PEDRINACI, E., 1987, Rep esen aciones sob e los cambios geológicos. In es igación en la escuela. 2, 65-74. SHAYER, M. y ADEY, P .H., 1986, La Ciencia de enseña Ciencias. (Na cea: Mad id). SOLÍS VILLA, R., 1984, Ideas in ui i as y ap endizaje de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias. Vol. 2, pp. 83-91. TATON, R. y o os, 1972, His o ia gene al de la Ciencia. La Ciencia mode na. Vol. 11, (Des ino: Ba celona). 243