Esquemas conceptuales de los alumnos sobre la respiración

INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS ESQUEMAS CONCEPTUALES DE LOS ALUMNOS SOBRE LA RESPIRACI~N BANET, E. y NÚÑEZ, F. Escuela Uni e si a ia de Magis e io. C.P. San Isido o. Mu cia. Es e abajo ue p esen ado en los IX Encuen os de Didác ica de las Ciencias Expe imen ales (Ta agona, Sep iemb e de 1988), y o ma pa e del p oyec o de in es igación inanciado po la DGICYT de núme o de e e encia PB87-0683. SUMMARY In his a icle we epo ou indings abou he ideas and belie s sus ained by a sample o s uden s ( om a a ie y o le els, i.e. EGB 6 h and 8 h g ade le els as well as School o Educa ion s uden s) on he opic o human b ea hing. As well as speci ic misconcep ions, al e na i e amewo ks o scien i ic knowledge, which should be aken in o accoun by he eache when planning a lesson, a e poin ed ou . A lo la go de los úl imos años, se ha pues o de mani- ies o que el ap endizaje de los concep os cien í icos se encuen a media izado po los conocimien os p e ios que poseen los alumnos. Es as ideas, es uc u adas en o ma de esquemas concep uales, más o menos cohe- en es, con ienen ecuen emen e e o es o imp ecisio- nes, de di e en e g ado de impo ancia, pe sis en es y, po an o, de di ícil modi icación (Gio dan 1982, Gil 1986). Po ello, como señala D i e (1986), es as no- ciones deben cons i ui un pun o de e e encia impo - an e, al plani ica las a eas de ap endizaje. Los esul ados que p esen amos a con inuación, com- ple an in es igaciones an e io es (Bazan 1984, Gio - dan 1987), y cons i uyen un paso más den o de nues o p oyec o de abajo, o ien ado a ealiza una p opues a didác ica sob e nu ición humana pa a el Ciclo Supe- io de EGB (Bane y Núñez, 1988,1989), que enga en cuen a las ep esen aciones de los alumnos. ción, y es ablece las elaciones más signi ica i as exis en es en e ellos, p epa amos los guiones de en e- is as indi iduales, así como los cues iona ios, de acue do con la secuenciación ecogida en el cuad o 1. Cuad o 1 conocimien o de las ideas *Con e gencia en de los alumnos las cues iones MÉTODOS DE TRABAJO Los p ocedimien os de explo ación han enido en cuen- a las conside aciones ealizadas en un abajo an e io A pa i de un mapa de concep os (No ak y Gowin, (Bane y Núñez, 1988), y se han cen ado an o en los 1988), en el que in en amos pone de mani ies o los cues iona ios como en las en e is as indi iduales sob e concep os más ele an es elacionados con la espi a- los siguien es aspec os: ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (2), 105-1 10 105 A) Pa a conoce sus ideas sob e la ana omía del apa a o espi a o io, les p opusimos las siguien es p egun as: 1. Dibuja el apa a o espi a o io sob e la silue a que e p esen amos, indicando el nomb e de cada uno de los ó ganos que o man pa e del mismo. 2. De los siguien es ó ganos, señala con una c uz los que o man pa e del apa a o espi a o io: Pulmones Co azón Esó ago La inge Boca Al eolos T Aquea Ven ículos B onquios Fa inge Fosas nasales B onquiolos 3. Según el eco ido del ai e, o dena los ó ganos que has señalado en la cues ión an e io (p ocu a no ol ida ninguno): a. Boca o osas nasales. b. C. e c. Pulmones Aunque en cie o modo se a a de cues iones que equie en del alumno una epe ición en sus espues as, nos pa ece necesa io, al menos en los ni eles básicos, ecoge es a in o mación. El análisis de conjun o de las espues as a es as p egun as nos pe mi i án conoce su icien emen e las ideas de los alumnos al espec o. A pa i de oc a o de EGB, pod íamos añadi una cues- ión adicional elacionado con la es uc u a in e na de los pulmones: 4. La siguien e silue a co esponde a uno de los pulmo- nes. Dibuja cómo es po den o, señalando el camino que si- gue el ai e en su in e io . B) Se o mula on, ambién, di e sas p egun as cuyo obje i o e a pode ap ecia , en e o os aspec os, las nociones de los alumnos espec o a las consecuencias del p oceso de en ilación pulmona : Comenzamos po in en a conoce sus ideas espec o a la composición del ai ~e a mos é ico con las siguien es p egun as: 5) El ai e a mos é ico con iene (Señala la que e pa ez- ca más co ec a): sólo ai e ai e, oxígeno y dióxido ai e y oxígeno ai e y dióxido de ca bono ai e y ni ógeno oxígeno, dióxido de ca bono y ni ógeno ¿Conoces alguna o a sus ancia que es é con enida en el ai e? 6) La can idad de oxígeno que con iene el ai e a mos é- ico es: El ai e a mos é ico no con iene oxígeno. Poca can idad (menos del 25%). Regula can idad (en e el 25 y 50%). Bas an e can idad (en e el 50 y 75%). El ai e a mos é ico iene muchísimo oxígeno (más del 75%). ¿Pod ías p ecisa ap oximadamen e qué can idad con- iene? 7) La can idad de dióxido de ca bono que con iene el ai e a mos é ico es: El ai e a mos é ico no con iene dióxido de ca bono. Con iene muy poca can idad (meno del 5%). Con iene poca can idad (en e el 5 y 25%). Regula can idad (en e 25 y 50%): Bas an e can idad (en e 50 y 75%). El ai e a mos é ico con iene muchísimo dióxido de ca - bono (más del 75%). ¿Pod ías p ecisa ap oximadamen e qué can idad con- iene? Es as p egun as ue on, po azones ob ias, sup imidas en los cues iona ios empleados en sex o de EGB y, en cualquie caso, las espues as se analiza on con cie as ese as en oc a o (aunque an es se había consul ado al p o eso sob e la di icul ad de los alumnos pa a pode esponde a las mismas). A con inuación, abo damos de un modo más di ec o el p oblema con las siguien es cues iones (asegu ándo- nos de que en cada caso los alumnos de los ni eles básicos comp endían el signi icado de "dióxido de ca bono", al menos desde el pun o de is a del in e - cambio de gases du an e la en ilación pulmona ): 8) El ai e que omamos del ex e io lle a: Hid ógeno Ni ógeno Oxígeno Dióxido de ca bono Monóxido de ca bono Vapo de agua 9) El ai e que expulsamos lle a: Hid ógeno Ni ógeno Oxígeno Dióxido de ca bono Monóxido de ca bono Vapo de agua En los ni eles básicos, nues a a ención se di igió de o ma casi exclusi a a comp oba el balance 02/C02 en la inspi ación/espi ación (se con unde hid ógeno con ni ógeno, ¿monóxido de ca bono? ... ¿gases?). C) Po úl imo, e a necesa io abo da los aspec os ela- cionados con el anspo e de gases po la sang e y la espi ación celula , lo cual no esul a una a ea ácil cuando se es udian ni eles educa i os an di e en es. Es e iden e la necesidad de adap a las p egun as a cada ni el y apoya se bas an e en las en e is as indi iduales. En las en e is as indagamos sob e: Des ino del oxígeno que con iene el ai e inspi ado. P ocedencia del dióxido de ca bono que con iene el ai e que expulsamos du an e la espi ación. Necesidad y u ilización del oxígeno po las células. Respi ación celula (sus ancias que in e ienen y e- sul ados). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (2) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS Los cues iona ios inclui ían las siguien es p egun as: 10) Indica si son e dade as (V) o alsas (F) las siguien- es ases: El oxígeno se anspo a po la sang e de los pulmones a la sang e. El oxígeno se anspo a po la sang e de las células a los pulmones. El oxígeno no se anspo a po la sang e, se queda en los pulmones. El dióxido de ca bono se anspo a po la sang e de los pulmones a las células. El dióxido de ca bono se anspo a po la sang e de las células a los pulmones. El dióxido de ca bono no puede se anspo ado po la sang e po que es pe judicial. Las células ecogen oxígeno de la sang e. Las células no oman ni ecogen oxígeno de la sang e. Las células no oman ni ecogen dióxido de ca bono de la sang e. 11) Indica si son e dade as (V) o alsas (F) las siguien- es ases: Todas las células del cue po necesi an oxígeno Algunas células pueden no necesi a oxígeno. Los huesos no necesi an oxígeno. Los huesos necesi an oxígeno. Las células del cue po p oducen dióxido de ca bono. Las células del cue po no p oducen dióxido de ca - bono. El ai e que expulsamos con iene casi exclusi amen e dióxido de ca bono. El ai e que expulsamos con iene o os gases en p opo - ciones ele adas. Finalmen e, y aun econociendo la di icul ad pa a es- ponde a es a p egun a po pa e de alumnos de Ciclo Supe io de EGB, decidimos o mula en los 3 ni eles la siguien e p egun a: 13) Explica pa a qué se u iliza el oxígeno. ¿Qué sus an- cias eaccionan con el oxígeno en las células (Señala 3 como máximo): La ma e ia i a Los hid a os de ca bono Las sus ancias necesa ias Las g asas Los alimen os Los p oduc os de Las p o eínas combus ión ¿Qué se p oduce como esul ado de esas eacciones? (Señala odas las posibilidades que conside es adecua- das): Sus ancias de desecho Agua Dióxido de ca bono Ma e ia o gánica P o eínas Vi aminas En la Tabla 1, p esen amos las ca ac e ís icas co es- pondien es a la población escola que ha se ido de base a nues o es udio. 1 Tabla 1 Poblaci6n explo ad NIVELCYESaALUMNOSCENTROSCONDICIONES EGB 6* 150 4 P e- es EGB 8* 120 4 P e- es Magis e io* 3Q 50 1 P e- es * Alumnos de la especialidad de ciencias. Ana omía del apa a o espi a o io De los esul ados ob enidos, des acamos como más sig- ni ica i os los siguien es: Algo menos de la mi ad de igu a 1 No conside an la a inge igu a 2 La inge an es de a inge igu a 3 E.; iic iii:i piiliiii~ii;i (%lo) - 6* EGB 46 8Q EGB 35 EUM 37 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (2) alumnos conocen odos los ó ganos que o man pa e del apa a o espi a o io y el o den en el que es án si uados. Su dibujo no p esen a especiales di icul ades, no cons a ando las obse aciones de Bazan (1984), que pone de mani ies o dibujos que comunican el co azón con es e sis ema. Se obse a, sin emba go, un p o undo desconocimien o de la es uc u a in e na de los pulmo- nes ( igu a 3), igno ándose la elación en e las ías espi a o ias y los al eolos pulmona es. Son e o es ecuen es, los ela i os al ayec o boca- la inge ( igu as 1 y 2), po el desconocimien o de las e- laciones que, a ni el ana ómico, exis en en e los apa- a os diges i o y espi a o io (Bane y Núñez 1988). Composición del ai e a mos é ico, inspi ado y espi- ado Es e aspec o, cons i uye un pun o de e e encia impo - an e pa a es ablece los esquemas concep uales que poseen los alumnos sob e la espi ación. La e e encia al ai e a mos é ico ue necesa ia al comp oba , en en e is as p e ias, como algunos es ablecían di e en- cias en e su composición y la del ai e inspi ado. Responde a cues iones de es a na u aleza puede supo- ne di icul ades pa a a'lumnos de ni eles básicos ( é - minos como ni ógeno o hid ógeno les esul an con u- sos o desconocidos). Po es o, en la Tabla 11, p esen a- mos únicamen e los esul ados co espondien es al oxígeno y al dióxido de ca bono. Tabla II Ideas de los alumnos sob e la composición del ai e ( esul ados exp esados en %) , . 63GB 8D U!M Con iene O, y CO, 84 83 92 Sólo con iene 02 S610 con iene COZ Con iene O, y CO, 74 81 71 S610 con iene 02 22 19 23 esoi ado Con iene O, y CO, 15 3 8 41 Una p ime a conside ación se desp ende de es os esul- ados: Mien as que uno de cada cua o o cinco alumnos piensan que el ai e inspi ado es á o mado solamen e po oxígeno, ninguno indica que el ai e a mos é ico con enga exclusi ame i e es e gas (más del 80% de los alumnos de ni eles básicos, y casi odos los de Magis- e io, econocen, al menos, la p esencia de dióxido de ca bono). Ello pone de mani ies o, como hemos podido con i ma en en e is as indi iduales, que la inspi- ación conlle a un p oceso de selección de gases, de mane a que a los pulmones sólo llega oxígeno (Ca ego- ía 1, Tabla 111). P. ¿En qué consis e la espi ación?; R. "En oma oxí- geno del ai e y expulsa el dióxido de ca bono"; "En inspi a oxígeno pa a que aya a los pulmones". Tabla 111 Modelos sob e la espi ación Po o a pa e, aunque es de cada cua o alumnos econocen la p esencia de a ios gases en el ai e espi- ado ( undamen almen e dióxido de ca bono y, en ocasiones, apo de agua, ni ógeno o hid ógeno), un núme o muy ele ado de ellos indican que es e ai e no con iene oxígeno (¡La espi ación consis e, p ecisa- men e, en in oduci y no en expulsa es e gas! Ca ego- ía 2, Tabla 111). VENTILACION PULMONAR GLSES RESPIRLTORIOS CLTEGORIA A: +O. a pulmones *Se expulsa el CO, inspi ado CATEGORIA B: +O, a cblulas donde es u i- l i zado *Se expulsa el CO, inspi ado CLTEGORIA C: +O, a celulas donde es u i- lizado. Se ob iene Ene gia y CO, Po úl imo, en un e ce g upo incluimos aquéllos que opinan que an o el ai e inspi ado como el espi ado, es- án compues os po di e sos gases (Ca ego ía 3. Tabla IV). Ap oximadamen e, uno de cada es alumnos de oc a o de EGB y Magis e io esponden en es e sen ido (en sex o an sólo un 10%). La espi ación a ni el celula CATEGORIA 1 En a O., se expulsa CO, MODELO 1 MODELO 2 Casi odos los alumnos (sal o algunas excepciones en EGB) econocen "las células", "los ejidos" ... como des ino del oxígeno que espi amos. Sin emba go, en algunos casos se señala que no odas las células lo nece- si an, y la mayo ía de los alumnos de ni eles básicos a i man que los huesos no eciben oxígeno. No obs- an e, de acue do con Bazan (1984), en ocasiones (aunque hay que econoce que con poca ecuencia) se es in- ge la espi ación a un enómeno pulmona (Ca ego ía A, Tabla IV). Sólo en Magis e io se obse a cla amen e la elación del oxígeno con p ocesos de combus ión celula , me abolismo ... Al p egun a po las sus ancias que "se queman", mu- chos alumnos de EGB no esponden, y los que lo hacen, emplean é minos ambiguos. En odo caso, cuando exis en e e encias a sus ancias conc e as, se mencio- nan undamen almen e las p o eínas (incluso en Ma- gis e io). CATEGORIL 2 En a ai e II) se expulsa CO. (2) MODELO 3 MODELO 4 Po úl imo, muchos alumnos señalan, en algún mo- men o, la ene gía, cuando se alo a la u ilidad del oxí- geno que espi amos, pe o sólo en Magis e io se eco- noce el dióxido de ca bono como p oduc o esul an e CATEGORIA 3 En a ai e (Lis se ex- pulsa ai e. MODELO 5 108 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1990,8 (2) de las combus iones celula es. Pa a muchos alumnos, el dióxido de ca bono que eliminamos en la espi ación es el que había en ado en la inspi ación (Ca ego ía B. Tabla 111). Comple amos es a Tabla con o a ca ego ía (C), en la que se incluyen aquéllos que indican, como consecuencia del me abolismo celula , la p oducción de ene gía y de dióxido de ca bono. Es e gas se á anspo ado po la sang e, pa a se expulsado al ex e io . Los esul ados ob enidos nos pe mi en es ablece , a modo de conclusión, los siguien es modelos que es- ponden a esquemas concep uales de los alumnos (Tabla IV), aunque somos conscien es de que dicha sín esis ocul a o os in e medios, di íciles de clasi ica . En la igu a 4, p esen amos la incidencia que pod ía co es- ponde a cada uno de ellos en los di e en es ni eles. Si bien los modelos 1 y 2 ienen escasa incidencia, hacemos e e encia a ellos pa a deja cons ancia de su exis encia (la espi ación consis e en la en ada de oxí- geno a los pulmones y la salida de dióxido de ca bono), y llama la a ención sob e los e o es a los que puede in- duci cie as de iniciones que apa ecen en los lib os de ex o. El modelo 3, el más ecuen e en sex o de EGB, p e- domina la idea de que el ai e espi ado ca ece de oxíge- no. Algunos alumnos de es e ni el pueden conside a se den o del modelo 4, si bien esponden de o ma con u- sa o con adic o ia cuando se les p egun a, po ejemplo, cómo p oducen las células el dióxido de ca bono. Aunque no ha sido nues a in ención ealiza una compa ación igu osa en e ni eles educa i os, es e i- den e que los e ec os de la ins ucción deben p oduci un desplazamien o hacia los modelos 4 y 5. No obs an- e, pa ece in e esan e esal a que muchos de los alum- nos incluidos en el úl imo modelo: a) Desconocen la na u aleza de las sus ancias que in e ienen en la espi- ación celula e igno an los de alles más elemen ales de es e p oceso; b) Conside an la p opo ción de oxígeno del ai e espi ado escasa, idesde luego muy in e io a la de dióxido de ca bono!, que se ía muy ele ada. ALGUNAS CONSIDERACIONES DIDACTICAS El es udio de las ep esen aciones de los alumnos no si e de mucho si de sus esul ados no se de i an conse- cuencias que o ien en las a eas de clase del p o eso . En es e sen ido, den o de los plan eamien os didác i- cos que es amos desa ollando sob e nu ición humana en oc a o de EGB, basados en los conocimien os p e- ios de los alumnos, y en lo que a la espi ación se e ie e, ponemos de mani ies o las siguien es conside- aciones: A ni el ana ómico, esul a ú il es ablece las elaciones exis en es en e los apa a os diges i o y espi a o io, así como analiza la es uc u a al eola de los pulmo- nes y su elación con las ías espi a o ias. Es p eciso di e encia la en ilación pulmona de los in e cambios gaseosos a ni el de al eolos, haciendo e- e encia a la composición de los ai es a mos é ico, ins- pi ado y espi ado. Po úl imo, y aun eniendo en cuen a el ni el de los alumnos, con iene es udia aspec os ela i os al ans- po e de gases po la sang e, los in e cambios ani el de los ejidos, y la u ilización del oxígeno a ni el celula . REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BANET, E. y NÚÑEZ, F., 1988. Ideas de los alumnos sob e BAZAN, M., 1984. 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