Estudo transversal sobre o desempeño das competencias de modelización e uso de probas en procesos de transformación da materia

TESE DE DOUTORAMENTO ESTUDO TRANSVERSAL SOBRE O DESEMPEÑO DAS COMPETENCIAS DE MODELIZACIÓN E US O DE PROBAS EN PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DA MATERIA Vanessa Sesto Varela ESCOLA DE DOUTO RA MENTO INTERNACIONAL DA UNIVERSIDADE DE SANTIAGO DE COMPOSTELA PROGRAMA DE DOUTO RAMENTO EN EDUCACIÓN SANTIAGO DE COMPOSTELA, 2021 DECLARACIÓN DO AUTOR/ A DA TESE D./Dna . Vanessa Sesto Varela Título da tese: Estudo tran sversal sobre o desempeño das compet encias de mo delización e uso de probas en procesos de t ransformación da materia Pr esen to a miña t ese, seg uin do o proc edeme nto axei tado ao R egu lam ento , e dec lar o qu e: 1) A tese abarca os resultados da elaboración do meu traballo. 2) De ser o caso, na tese faise re ferencia ás colaboracións que tivo este traballo. 3) Confirmo que a tese non incorre en ningún tipo de plaxio doutros autores nin de traballos presentados por min para a obtenció n doutros títulos. 4) A te se é a vers ión d efini tiva pres enta da pa ra a s úa de fensa e c oinci de a v ersi ón impr es a coa presentada en formato electrónico E comprométome a presentar o Compromiso Documental de Supervisión no caso de que o orixinal non estea na Escola. En Santiago de Compostela , 09 de Xullo de 2021 . Sinatura e lectrónica AU TO R I Z AC I Ó N DA DIRECT ORA / TIT ORA DA TE S E Estudo t ransversal sobre o desempeño d as competencias de modelización e uso de probas en procesos de transformación d a materia Dna. Isabel García-Rodeja Gayo so INFORMA: Que a presente tese, c orrespóndese co tr a ballo realiz ado por Dna. Vanessa Se sto Varela, b aixo a miña direc ción/titorizac ión, e a utorizo a súa pr e sentación , consider ando que r eúne os r equisi tos esixidos no R egulamento de Estud os de Dout or ament o d a U S C, e que como dir ector desta non incor r e nas causa s d e abstención establ ecidas na L ei 40/201 5. De a cordo co indic ado n o Regula mento d e Estu dos de D outorame nto, declara tamén que a presen te tese de doutoramento é idónea par a ser defendida en base á modalidade de Mo nográfica con reproduci ón de publicac ións , no s qu e a participació n da doutoranda foi deci siva para a súa elaboración e as publicacións se axustan ao Plan de In vestigación. En Santiago de Comp ostela, 9 de Xull o de 2021 AGRADECEMENTOS O desenvolvemento desta tese foi posible gr azas ao apoio e colaboración de numerosas persoas e institucións. A todas elas expreso o meu máis sincero agradecem ento. Á Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria da Xunta de Galicia pola con ces ión da axuda de apoio á etapa predoutoral ED481A-2016/138 que me permitiu realizar unha estadía de formación na universidade de Kris tianstad en Suecia e, deste xeito, poder optar á mención europea. Tant o ao Ministerio de Educación, Cultura e Deporte como ao Fo ndo Europeo de Desenvolvemento Rexional (FEDER) ao ser a tese de senvolta ao abeiro do proxecto EDU2015-6643-C2-2-P e do proxecto PGC2018-096581-B-C22. Á miña titora e directora de tese , Isabel García-Rodeja, por haber confiado en min desde o prim eiro momento, e por haberme guiado e apoiado durante todo este longo tr eito, alén de transmitirm e os coñecementos necesario s para desenvolver a investig ación. Á miña titora duran te a estadía de formación na universidade de Kristianstad en Suecia, Lena Lö fgren, pola súa cálid a acollida e por outorgarme a posibilidade de desenvolver parte da investigación nun centro escolar da vila. A Andreas Redfors polas conversas acerca de metodoloxía e polas súas interesantes suxestións. A Konstantinos Ravanis da univers idade de Patras en Grecia por haberse interesado polo noso trab allo e por habernos permitido colaborar en numerosas publicacións. V ANESSA S ESTO V ARELA A todos e cada un dos membros da área de didáctica das ciencias experimentais da Universidade de Santiago de Compostela, xa que dun modo ou outro foron de gran apoio durante este proceso. Ás profesoras e ao alumnado que participaron na investigación e que, por consideracións é ticas, manteño no anonimato. Á miña fam ilia e a Juan, o m eu compañeiro de vida, p olo seu apoio incondicional durante a m ontaña rusa de em ocións que acompañou o desenvolvem ento desta tese e por haber confiado fondamente en min. Pero fundamentalmente este trab allo está dedicado a meu pai ( in memoriam ). A persoa que máis ilusión tiña en que este proceso chegase ao seu fin para poder ver o froito de todos estes anos de traballo. Agora é unha estrela máis no ceo, e espero que desde alí se poida seguir sentindo tan orgulloso de min com o sei que sempre estivo. AGRADECEMEN TOS SUMMARY .................... .................. ............. .................. ............. .................. .............. . 1 I FUNDAMEN TACIÓN .... ................. .............. ............. .................. ............. .... 23 1 INTRODUCIÓN .................... ..... .... .... ..... .... ..... .... ..... .... .... ..... .... ..... .... ..... .... .... 25 1.1 ANTECEDENT ES DO ESTUDO ............... .............. ............. .................. ............. .... 26 1.2 OBXECTIVOS DE INVESTIGACIÓN ............ .................. ............. .................. ........ 29 1.3 ORGANIZACIÓN DA TESE ........... .............. .................. ............. ............. ............. 31 2 MARCO TEÓRICO ............ .................. ............. .............. ................. ............. 35 2.1 I NTRODUCIÓN .... .............. ................. .............. ............. .................. ............. .... 35 2.2 CORPUS DE COÑEC EMENTO NO EIDO DE DID ÁCTICA DAS CIENCI AS ............ .... 35 2.2.1 Perspectiva social da ap rendizaxe das c iencias ......... .................. ........ 35 2.2. 2 As competencias e as práctic as científicas ..................... .................. .... 38 2.2. 2.1 Com petencia científi ca ............ .................. ............. .............. ........ 40 2.2. 2.2 As prácticas cient íficas ............ .............. ............. ............. ............. 43 2.2. 3 Os mo delos n o ensi no da s cien cias ................ ............. ............. ............. 47 2.2.3.1 Tipos de m odelos e modos de representac ión ............. ............. .... 48 2.2. 3.2 Os modelos m entais e as ideas alterna tivas ............ .............. ........ 50 2.2.3.3 O cam bio conceptua l baseado en m odelos ............. .............. ........ 52 2.2. 3.4 O proceso de m odelización .......... ............. ............. .............. ........ 54 2.2.3 .5 Relación ent re modeliz ación e a rgumen tación ................ ............. 57 2.2.3 .6 Tipos de explic acións . ............. .................. ............. .............. ........ 61 2. 3 R EV ISIÓN SIST EMÁTICA DA L ITERATUR A NO DOMINO CONCEPT UAL DA MATERIA E AS SÚAS TRANS FORMACIÓ NS ............. .... ..... .... ..... .... ..... .... .... ..... .... ..... .... .... 63 2.3. 1 Defi nici ón da p regunt a de inves tiga ción ...... .............. ............. ............. 64 2.3.2 Desen volvemento de criterios de inclusión e exclusión ....................... 64 2.3. 3. Selecc ión do s estudo s ..... .................. .............. ............. .................. ........ 64 2.3.4 Aplicación d os criterios de inclusión e exclusión ......................... ........ 68 2.3. 5 Ext racc ión de datos ............. .................. ............. .................. ............. .... 70 2.3.6 Resultados da revisión sistemática .................... ............. .................. .... 71 2.3.6.1 . Estrutura e com posición da materi a ............. .................. ............. 78 2.3. 6.2 Principi o de conserv ación da materia ............. ............. ............. .... 82 2.3. 6.3 Propiedad es físicas e cambios físicos ................. ............. ............. 84 V ANESSA S ESTO V ARELA 2 Objective 1 (O1). To describe the types of explanations that Early Childhood Education particip ants and Primary Education participants construct when interpreting phenomena in which transformation of matter occurs. This objective was addressed through the following research questions: RQ1. What types of explanations do Early Childhood Education participants and Primary Education participan ts use when interpreting phenomena in which transfor mation of matter occurs? RQ2. To what extent can the e xplanations of the Early Childhood Education participants and Prim ary Education participants be considered as indicators of the ex istence of a precursor model about transformations of m atter? Objective 2 (O2). To identify the mental models that secondary education participants use when interpreting phenomena in which transformation of matter occurs . This issue was examined through the following research questions: RQ3. Which mental models are used by secondary education participants to predic t and explai n phenomena in which transformation of matter occurs? RQ4. To what extent do observati on, reflection, and discussion about phenomena in which the tr ansform ation of matter occurs contribute to the deve lopment of the par ticipants’ initial m ental models? Objective 3 (O3). To compare the explanations and models that participants from the pre-compulsory (Early Childhood Education) and Compulsory Educational stages (Primary Education and Compulsory Secondary Educatio n) in Spain activate when interpreting everyday chemical changes . This objective has been explored through the following research questions: Summary 3 RQ5. Are there any differences betw een the ideas and m odels that the participants of the Spanish education al system activate when interpreting everyday chemical changes throughout their formal learning? RQ6. How do the ideas of the participan ts from the Spanish educational system on transforma tions of matter develop throughout their formal learn ing? Objective 4 (O4). To evaluate to what extent the curriculum design favours the participants’ ap propriation of a chemical change model, which is comparable to the model of school science . This objective has been addressed th rough the following research questions: RQ7. Are there any differences between the achievements of the participants in the last year of Compulsory Education in Spain and Sweden when interpreting everyday chemical changes ? RQ8. To what extent can the curriculum design favour the participants’ appropriation of a ch em ical change model, which is comparable to the m odel of school science? Theoretical Framew ork The study was framed into three bodies of knowledge: 1) science learning from a sociocultural persp ective; 2) scientific competences and their relationsh ip with scientific practices, focusing especially on the dimension which is related to explaining phenom ena; and 3) models and modelling in science le arning. Moreover, the theoretical framework included a systematic revi ew of the literature that deals with students’ conceptions and models on m atter and its transformations. Science learning from a so ciocultura l perspective Aikenhead (2001) understands culture as an ordered system of meanings and sym bols that are socia lly negotiated through interaction. V ANESSA S ESTO V ARELA 4 Aligned with this view, the student s’ understanding of the world can be seen as a cultural phenomenon, and, as such, science learning can be seen as the acquisition of a culture (Aikenhead, 2001). This conception of science learning, which is based on immersion in a certain culture, an d which is far removed from the Piagetian perception of students as “little scientists” who actively construc t knowledge individually through intera ction with their environment, also constitutes th e reference fram ework of other authors. The sociocultural perspective of science learning recognises that engaging students in discursive prac tices in the context of relevan t tasks facilities their immersion in the science subcu lture (Driver, Asoko, Leach, Scott & Mortimer, 1994). In order to reco gnise the contribution of discursive practices in science classes, it is im portant to consider that in science practice students are offered opportunities to propose and discuss ideas, as well as to evaluate and choose between explanations and altern a tive models once the availab le evidence has been considered (Jiménez-Aleixandre & Díaz, 2003). Scientific competence and scien tific practices According to the Programme for International Student Assessment (PISA) fram ework, scien tific competence is defined as the capacity to use scientific knowle dge to identify questions and to draw evidence-based conclusions, in order to understand and help make decisions about the worl d (OECD, 2000). In PISA 2015, scientific competence was stru ctured in three m ain sub-competences: ₋ Explain phenomena scientifically. ₋ Evaluate and design scientific enquiry. ₋ Interpret data and eviden ce scientifically. According to Jiménez-Aleixandre, Bravo and Puig (2009), these sub-competences are clo sely related if we consider that being able to evaluate and design a scientific in vestigation im plies being able to provide ways to approach questions in a scientific manner. This therefore requires for phenomena to be explained based on the m ost appropriate evidence available. On the other hand, by providing opportunities to analyse the interpretation of a phenomenon it is Summary 5 possible to develop skills in whic h evidence is used to justify conclusions and reason scientific ally (McNeill & Krajcik, 2009). Furthermore, the National Re search Council (NRC, 2012) has stated that science is not a sim ple compilation of concepts and theories that reflect the current state of know ledge, but that it also involves a set of scientific practice s that ma ke it possible to expand and refine said knowledge. The use of the term practices looks to convey the idea that as well as being a process, scie nce is also a product that is derived from the discussions and interactions on a social level that accompany the construction of scientific knowledge (Reiser, Berland & Kenyon, 2012). The NRC (2012) establishes eight scientific practices: ₋ Asking questions and defining problems. ₋ Developing and using models. ₋ Planning and carrying out investigations. ₋ Analysing and interpreting data. ₋ Using mathem atics and computational thinking. ₋ Constructing explanations and designing solutions. ₋ Engaging in argument from evidence. ₋ Obtaining, evaluating, and communicating information. These practices may be considered as a m ore detailed elaboration of the three sub-competencies of scientific com petence. This study focuses on the dimensions that refer to: (a) identif ying, using, and generating explanatory models and representations; (b) making and justifying appropriate pr edictions; and (c) analysing and interpreting data and drawi ng appropriate conclusions. Models and modelling in science learning According to Gilbert, Boulter and Elmer (2000), a m odel is a representation of an idea, object, event, process, or system that is produced for a specific purpose. Pe rm anent dialogue exists between the models and the represented phenomena, given that careful examination of the phenom enon’s behaviour provides the necessary elements and relationships to de velop a m odel, therefore making it possible to generate new explanati ons and issue predictions that can be tested with new data (J im, Hokayem, Wang & Wei, 2016). V ANESSA S ESTO V ARELA 6 There are many different types of representational m odels. Mental models are understood as private and personal cognitiv e representations that are created by i ndividuals, either al one, or as part of a community. Once these mental m odels have been placed in the public domain they are known as expressed m odels. Alternative conceptio ns can be structured in alter native explanatory models or mental m ode ls (Gilbert et al., 2000), and these can prove extremely functional and coherent for the individuals who support them, even when these priv ate and personal representations may be incom patible with, or contradict the scientific models (Reinfried & Tempelmann, 2014). Altern ative models that offer great intrinsic coherence serve as stru ctures for accommodating new information, nonetheless, these do no t change substantially. Models are even more difficult to m odify if they also possess certain extrinsic coherence, that is to say, if they have the potential to assimilate n ew information without radically chan ging the model (García-Rodeja & Lima, 2012). The process of building, testing, evaluating and reconstructing models that deal with the functionin g of certain aspect s of the world is known as modelling (Gilbert & Justi, 2016 ; Justi, 2009). In recent years, consensus on considering modelling as a dynamic process instead of a linear one has been reached (e.g. Coll & Lajium, 2011). The modelling process is not lim ited to adults. From an early age, children feel an innate desire and need to develop models that allow them to interpret the world around them. These initial m odels, which are known as precursor models, have a lim ited range of application and allow simple causal co rrelation s to be established. However, precursor models constitu te the basis f or subsequent learning (Ravanis, 2017). On the other hand, from a model- based perspective, the purpose of observation and experimentation is to help sc ientists decide which models best fit th e real world aspects that they rep resent (Giere, 2001). In this sense, modelling can be conceived as an argum entative process in which a critical evalua tio n of models takes place, m a king it possible to determ ine the suitability of one or m ore alternative models Summary 7 by considering their internal cohe rence and their correspondence with the available data (Böttcher & Meisert, 2011). Systematic review of the literatu re in the conceptual domain of matter and its transformations The systematic review protocol developed in this study follows the recommendations of Bennet, Lubben, Hogarth and Campbell (2005). A bibliographic sear ch was conducted in the Web of Science , ERIC , SCOPUS and Dialnet databases, which include different publications in the educational fi el d that were all required to meet minimum quality criteria. In order to identify relevant documents in these databases, a list of keywor ds was drawn up and search strings were constructed using the Boolean AND , OR and NOT operators. Once the exclusion and inclus ion criteria had been applied, the systematic review yielded a total of 185 potential publications that were submitted for analysis. Of th ese publications, 112 s tudies were published in the last ten years of the analysed period (1968-2017), and fifteen of the studies were more recent publications (2016-2017). From 1968 until April 2018, a total of seven review articles, ten longitudinal studies, 63 cr oss-age studies and 105 studies developed in a single year were carried out. Ho wever, it is worth nothing that, despite the predominance of studies focusing on a specific y ear, since 2005, research studies that cover part icipants from different years or educational levels have become more and m ore frequent. This increase in the number of cross-ag e studies is linked to the growing interest in learning progressions. In the different studies recurren t alternative conceptions have been identified, many of which are a consequence of the diff iculties that are faced by students when atte mpting to in terpret phen omena in which transform ation of matter occurs in te rms of the reor ganisation of particles and bonds (Kypraios, Pa pageorgiou & Stamovlasis, 2014). With regards to the corpuscular na ture of m atter, young children tend to manifest a continuous view of ma tter. Around the ag e of ten years, the idea that m atter is made up of particles begins to em erge, nonetheless, this tends to be attr ibuted to macroscopic behaviour (Eilam, 2004; Stam ovlasis, Papageorgiou & Tsitsipis, 2013). With V ANESSA S ESTO V ARELA 8 regards to the conservation of matte r, an alternative idea that is strongly rooted among students, is th at mass is not conserved in the transformations of matter in which gaseous substances intervene. In addition, the idea that energy is transformed into matter was common amongst students of different ages. W ith regards to changes of state, there is extensive literature that f ocuses on the phenomenon of vapourization. Several authors have also observed that am ong children aged from 7-11 years, the idea that liquid disappears because it has been absorbed by the walls of vessel (Papageorgiou, Johnson & Fotiades, 2008), or that it disappear s because it has been moved to other places (e.g. Kenyon, Schwarz & Hug, 2008; Löfgren & Helldén, 2008) are especially recurrent. Furthermore, the idea that vapourization involves the breaking down of intramolecular bonds is strongly ingrained among students aged around 14 years, and this idea persists among trainee teachers. O n the other hand, several authors observed that students of different ages tend to describe condensation in terms of the transmutation of s ubstances. With regards to chem ical changes, it has been observed th at students are able to deny the existence of reactions in which a sing le reactant gives rise to different products (e.g. Carbonell & Furi ó, 1987; Eilks, Moellering & Valanides, 2007). Moreover, it was also apparent that students’ interpretatio ns of combustion were conditio ned by the context, therefore meaning that whether they activated one explanatory model or another depended on the nature of the com bustible material (BouJaoude, 1991). Methodology, Context and Participants This research was framed in a qualitative approach (Denzin & Lincoln, 1994) and it constitu ted a cross-age study (Martínez- González, 2007). As a result, the participants in this study were students from different educational levels and different educational system: fourteen ch ildren from the si xth year (5-6 years-old) of Early Childhood Education in Spain (Case Study 1, EC1), twelve children from the sixth year (11-12 years-ol d) of Prim ary Education in Spain (Case Study 2, EC2), ten children from the fourth year (15-16 years- old) of Compulsory Secondary E ducation in Spai n (Case Study 3, Summary 9 EC3) and twelve children from the ninth year (15-16 years-old) of Compulsory School in S weden (Case Study 4, EC4). In terms of the procedures and inst ruments that were used for data collection, these consisted of obs ervation, open-ended questionnaires designed following a POE (Predict , Observe, Explain ) teaching strategy (White & Gunstone, 199 2), and group discussions. The discussions were recorded on au dio and video files. The video recording was necessary in ord er to unequivocally identify the intervention of each participant, as well as to capture how the child ren interacted, both with the learning ma terial and with their classmates. As a result, the richness of the da ta was found predominantly in the discourse of the group guided by th e researcher, es pecially amongst the youngest participants given that their written productions were mainly drawings. The sessions were trans cribed in a literal way. I n order to ensure that no information was lost, the exact transcripts of the dialogues were recorded, meaning that correcting grammatical errors or replacing terms with synonym s was not permitted. After the content had been transcribed, discourse anal ysis was carried out. In order to transform the video-recordings in to useful data, the discourse transcripts were divided into episodes and conversational turns (Hogan, Nastasi & Pressley, 1999). The classification fram eworks that had already been developed in pr evious studies were used to characterise the expl anations given by Earl y Childhood and Primary Education participants regardin g the phenomena. By using the analysis tool, the young children’ explanations were divided into scientific, synthetic, naturalistic, and non-naturalistic explanations. From the interaction of data with the literature , the models used by Secondary Education participants to interpret chemical changes were identified. At first, categories that described the key ideas or elements of explanations (Fisher, 1998) that participants referred to in interventions rela ted to the interpretation of the phenomena were generated. Then, after having cons idered both the elem ents of explanation and certain reference frameworks that had already been described in the literatu re (Andersson, 1990; Watson, Prieto & Dillon, 1997), the models that were expr essed by the part icipants when V ANESSA S ESTO V ARELA 10 interpreting the phenomena were infe rred. On the other hand, in order to determine the extent to which observation, reflecti on and discussion about the phenomena contributed to the progression of the participants’ previou s models, th e relationship between the models and the progression in unde rstanding chemical pr operties and changes, as suggested by Hadenfeldt, Liu and Neumann (2014), was determined. This progression, which starts from a naïve understanding of chemical properties and progresses towards a sound understanding of a chemical reaction as the re organisation of particles and bonds, was also used to compare the inte rpretations of participants of different ages and from diffe rent educational system s. Results Explanations of Early Childhood and Primary Education students about phenomena in which matter is transformed a) In terms of burning candles, our findings have dem onstrated that the majority of the partic ipants in Early Childhood Education (EC1) resorted to naturalistic explan ations with the intervention of an agent during the three ph ases of th e intervention, therefore confirm i ng Martí’s view (2012) that young children seek causes to make sense of everyday phenomena. During the prediction phase, the youngest participants referred to the following ideas: - More than a third of the participa nts indicated that the vessel covering the candle would fog up. We considered it especially relevant tha t these children mentioned the f ormation of m ist in the glass prior to observing the phenome non. Three children indicated that the fogging was caused by smoke/ fire, and three other children referred to small droplets hitting the walls of the vessels. These responses may suggest that they used ideas close to the conception of water changing from a vapour to a liquid state. - The predictions of three of the participants indicated that the candle would go out because of the co ld temperature ins ide the vessel. - Two girls predicted that th e candle would melt, giving a naturalistic explana tion in which they referred to heat as th e cause of the change. Four children gave a similar answer in wh ich they mentioned that the glass would m elt. Summary 11 b) After observing and disc ussing the phenomenon of combustion, the preschool age partic ipants (EC1) who had predicted that the candle would go out due to the cold temperature inside the vessel maintained this predicti on throughout the intervention. As Ravanis, Papandreou and Kampeza (2013) observed, the developm ent of ideas requires a cogn itive conflict between o bservations and what children anticipate will happen. c) After observing and discussi ng the phenomena of combustion, some of the participants in Early Childhood Education (EC1) mentioned that the cand le went out because there was air inside the vessel or because air was entering the vessel f rom the outside. The idea that air is used to extinguish fires is common in children among this age group (Martí, 2012). d) When the researcher asked th e participants why the flame did not go out when the candle was left uncovered, surprisingly, two young children (EC1) actually mentione d the lack of air or oxygen. e) After observing the phenome non of combustion, som e of the young children (EC1) continued to me ntion fogging in their answers. f) With regards to th e therma l decom position of sugar, our findings show that the Early Chil dhood Education participants (EC1) tended to use agentive natura listic explanations to jus tify the changes that they thought would occur wh en heating sugar. During the prediction phase, the youngest participants referred to the following ideas: - Almost half of the young child ren (EC1) referred to sugar melting in their predictions. One boy and two girls pointed out that the sugar would break down. These interpretations were comparable to the modification m odel proposed by Andersson (1990). - Two of the children referred to the idea th at sugar would transform into water, giving answ ers that were comp arable to the transmutation m odel (Andersson, 1990). g) After observing and discussing the phenomenon of thermal decomposition, m ost of the youngest participants (EC1) constructed synthetic explanations. The particip ants m entioned that sugar would be transformed into other different substances such as honey, beer, or soft drinks, giving answers that were comparable to the transm utation V ANESSA S ESTO V ARELA 18 constructed explanations for the therm al decomposition of sugar and the different aspects of the proc ess in which the activation of a chemical reaction m odel was intuited. Conclusions The findings of the study allow us to reach the following conclusions: Regarding the first research objective: 1) Early Childhood Education participan ts (EC1) tend to construct naturalis tic explanations that incorp orate the intervention of an external agen t when interpret the bu rni ng of a candle inside an inverted vessel. 2) Through guided observation and di scussion, some of the Early Childhood Education participants (EC1) we re able to rela te the lack of air or oxygen to the fact that the candle had gone out. 3) Most of the children in Early Childhood Educati on (EC1) identified that water vapour had been released durin g the phenomena, however they interpreted the water vapour as ti ny drops of water, rather than considering that it constituted a nother state of matter which differs from the liquid state. 4) Among Primary Education participants (EC2) and Early Childhood Education participants (EC 1), certain difficulties in reconciling the observations wi th the predictions were observed, resulting in a partial interpre tation of the data or a distortion of their observations in order to match the prediction and suppor t their initial ideas. 5) Both Early Childhood Edu cation participants (EC1) and Primary Education participants (E C2 ) initially justified th e changes that they thought would occur when sugar was heated up by constructing agentive naturalistic ex planations, nonethel ess, once they had observed the phenomenon, the partic ipants resorted to synthetic explanations in which th e idea that a substance had been transformed into different ones was evident. 6) Most of the Primary Education participants (EC2) understood that o xygen or air were required for the combustion of a candle, and they were able to determ ine that there was a connection between the size of the vessel covering the candle and the time the flam e took to go out, although there was no evidence that they were thinking about th e idea of a chemical interaction between the wax and oxygen. 7) So me of the Primary Education Summary 19 participants (EC2) had difficulty in identifying that water vapour was a combustion product, providing expl anations for the appearance of water on the vessel in term s of the transmutation of energy into another substance or the transmuta tion of one substance into a new one. 8) All of the Early Childhood E ducation participants (EC1) were in a position to build a precursor model on the transf ormation of matter, and all of the P rimary Education par ticipants (EC2) already have a precursor model in this conceptual dom ain. Regarding the second research objective: 9) Most of the participants in Secon dary Education in Spain (EC3) initially interpreted a burning candle in terms of transm utation or the disappearance of substances, althou gh after observing and discussing the phenomenon, different m odels were activated to interpret this change, and this depen ded on the material of the candle that the participants were observing. 10) Most of the participan ts in secondary education in Spain (EC3) did not identify that the candle contained fuel, suggesting that wax is an agent that slows down the combustion process. 11) Most of the participan ts in secondary education in Spain (EC3) initially interpre ted the thermal decom position of sugar in term s of the modification of a substa nce, although after observing and discussing the phenomenon, m ost of them were able to activate a macroscopic m odel of chemical reac tion. 12) Som e of the participants in secondary education in Spain (EC3) struggled to understand transformations of m atter in whic h a single reactive intervenes as being a chemical change, considering that in this case other substances should be incorporated. 13) Most of th e participants in the last year of Compulsory Education in Sweden (EC4) interp reted the combustion of a candle inside an inverted ve ssel in term s of transm utation, although after observing the phenome non som e of the participants incorporated ideas that were clo se to the chemical reaction model. 14) Around half of the participants in the last year of Compulsory Education in Sweden (EC4) initi ally interpreted the therm al decomposition of sugar in term s of the modification of the substance, while the other half used a ch emical reaction model that was consistent with the m odel of school science in which the activation of a microscopic interpretation schem e was intuited. 15) After observing V ANESSA S ESTO V ARELA 20 the phenomenon of therm al decomposition of sugar, most of the participants in the last year of Compulsory Education in Sweden (EC4) expressed models that were close to the ch emical reaction model used in school science. 16) A large proportion of the participants in s ec ondary education in Spain (EC3) and of the participants in the last year of Compulsory Education in Sweden (EC4) had difficulty in identif yi ng water vapour as a combustion product, often associating the forma tion of mist on the walls of the vessel with the condensation of wa ter vapour from the environm ent. 17) Some of the participants, rega rdless of their age, stru ggled to distinguish between combustion and therm al decomposition, considering that the black residues of therm al decomposition was evidence that the suga r had burned. 18) There is no single model for the interpretation of chemical cha nges that can be extended to any context. 19) The observation of the phenomenon and, especially the discussion around it promote the progression of existing models for interpreting chemical changes towa rds m ore sophisticated models. Regarding the third research ob jective: 20) There is no single learning progression that describes how the participants’ models around chemical changes evolve, howe ver, the learning path depends on the phenomenon under analysis. Regarding the fourth research ob jective: 21) The achievem ents of secondary participants in Spain (EC3) and Sweden (EC4) differed depending on the phenomenon that th ey were interpreting, with the students from both groups presenting comparable achievem ents when interpreting the burning candle insi de the inverted vessel, however, the interpretations g iven by the Swedish participan ts regarding thermal decom position were more fa vourable. 22) The introduction of a corpuscular model of m atter to describe and explain macroscopic changes at an early ag e enables participants to acquire m ore skills that can be used to interpret phenom ena in which transform ation of matter occurs. The educational implications that can be drawn from the results of this study are as follows: Firstly, th e relevance of introducing science activities related to matter and its transform ations in Early Childhood Education in order to promote the developm ent of causal learning and Summary 21 the developm ent of a precursor m odel in this conceptua l domain. This precursor model could lay the founda tion for subsequent learning and be expanded through relevant science activities in which suitable data is provided (Koliopoulos, Christid ou, Symidala & Koutsiouba, 2009). Inquiry-based science learning constitu tes an appropriate approach, given that it promotes the observa tion, identification and form ulation of questions, the establ ishment of hypothesis and their testing through the experimentation. Secondly, taking into account the fact that stude nts m ay struggle to understand that a chem ical reaction can be triggered from a single reactive, examples of decomposition reactions should be introduced in the classroom , in order to enable studen ts to build appropriate empirical references. Thirdly, we agree with Watson et al. (1997) regarding the convenience of proposing experimental tasks in which students have to compare heating, -a process in which energy is transferred from an external source to the reactan ts-, with burning, -a process in which energy is released from the syst em to the surroundings during the chemical process-. S tudents were able to recognise the signs of a combustion and clearly distinguish this phenom enon from thermal decomposition. Fourthly, teachers should be aware of th e importance of modelling skills, and they should em phasise the relationship that exists betw een the macroscopic and the microscopic do main as a scientific u nderstanding of chemi cal changes implies being able to think at these two leve ls. Moreover, it is importan t for students to acquire skills in the managem ent of concepts such as atom , molecule, and chemical reaction, which are e ssential for building a model of chemical reaction that is generalisab le to any situa tion and context. Fifthly, it is important to propose science activities in which students have the opportunity to eval uate and revise their models and get involved in the d iscussions that arise during the modelling process. Giving them the opportunity to discu ss their m ental models with other students can help to make certain m odels of school science more accessible. V ANESSA S ESTO V ARELA 22 Sixthly, it is convenient to introdu ce the particle nature of matter at an earlier age. As Samara pungavan et al. suggested (2021), involving young children in activities that allow them to engage in practices that m ake sense of ever yday phenomena and participate in a discourse-scaffolded about the interpretation of the phenomena could promote the construction of a sim ple particle model. I FUNDAMENTACIÓN 1 INTRODUCIÓN Esta tese aborda o desenvolvemento dos procesos de modelización e uso de probas por parte dun grupo de estudantes de educación infantil, educación primaria, e estud antes do último curso da escolarización obrigatoria do si stem a educativo sueco e español durante a interpretación de cambios quím icos da vida diaria. Porén, este estudo pretende contribuír a in crementar o corpo de coñecem ento actual acerca da participación do alum nado nas prácticas científicas relacionadas co uso e desenvolveme nto de modelos, e co uso de probas no marco da construción de explicacións no seo dun contexto adscrito ao dominio da materia e as súas transform acións. Nesta investiga ción implemént ase dúas actividades onde o alumnado ten a posibilidade de partic ipar en práctica s discursivas ao interpretar f enómenos familiares no s que a materia se transf orma, co gallo de avaliar a natureza dos mode los que activan os estudantes e como estes modelos se modifican ao dar ao alumnado a oportunidade de predicir, observar, explicar, e di scutir o que sucede. Como sinalan Rocha e Bertelle (2007), o trabal lo experim ental representa unha ferramenta moi poderosa na aprendi zaxe das ciencias se durante o mesmo se outorga ao alumnado a posibilidade de que explore, reflexione, elabore explicacións, e com pare os seus modelos e ideas coas aportadas m ediante a experiencia. Ademais, outros autores com o Ogborn, Kress, Martins e McGillic uddy (1998) consideran que, para que os estudantes participen no razoamento científico, han de introducirse fenómenos fam iliares no contexto da vid a real den tro dunha diferente estrutura. Neste caso, unha estrutura baseada nas teorías e métodos da ciencia. Neste capítulo preséntanse os anteceden tes do estudo, os obxectivos de investigación e a organización da tese. VANESSA SESTO VARELA 26 1.1 ANTECEDENTES DO ESTUDO A modelización, entendida com o a c onstrución, o uso, e a avaliación e revisión de modelos, constitúe u nha práctica científica básica no desenvolvemento do coñecemento ci entífico (Bam berger & Davis, 2013). Segundo Krajcik & Merrit ( 2012), un ensino das ciencias baseado na práctica científica de modelización implica conceder ao alumnado a oportunidade de construí r e revisar os seus m odelos de acordo coas novas evidencias que van xurdindo co obxectivo de poder predicir e explicar fenómenos. O feito de involucrar aos estudantes en prácticas científicas auténticas co mo a m odelización facilita tanto a asimilación das ideas centrais da ciencia, com o a adquisición de coñecemento epistem olóxico e experiencia acerca de como se constrúen e se avalían ditas ideas (Acher, 2014). Esta tese vai na liña desta co rrente no eido da didáctica das ciencias, pois ten como principal obxectivo coñecer a natureza do s modelos que diferentes grupos de es tudantes activan cando interpretan fenómenos fam iliares nos que a materia se transf orma, e avaliar como van mudando os m odelos inic iais do alumnado mediante a observación e a discusión. A mode lización esixe tr ansitar entre o pensamento científico e o pensam ento cotián que o alumnado tende a aplicar aos fenóm enos do mundo real (Merino & Izquierdo, 2011). Os fenómenos nos que se base a esta inv estigación for on a combustión dunha candea e a descom posición térmica do azucre, os cales están estreitam ente ligados co concepto de m ateria. Este concepto resulta esencial na aprendizaxe da Química como tal disciplina que se ocupa do estudo da composición, propiedades e cambios que atinxen á materia (A dbo & Taber, 2009). Asemade, unha comprensión adecuada da m ateria e as súas transformacións é necesaria para entender diversos fenómenos do noso entorno com o os procesos de combustión, a fotosínt ese, a respiraci ón ou o ciclo do carbono, de aí que a materia se consid ere un concepto clave en ciencia (Hadenfeldt, Neumann, Bernhol t, Liu & Parchm ann, 2016; NRC, 2012), e de aí que capacite aos es tudantes para entender outros fenómenos com o o cambio climático e participar de form a activa e responsable na toma de decisi óns sobre cuesti óns que supoñen un desafío para a sociedade act ual (Hadenfeldt et al., 2016). Capítulo 1. Introdución 27 Ante os cambios profundos e xene ralizados que están a suceder no noso mundo e ante os desafíos am bientais, sociais e económicos que han de afrontan as socied ades actuais, existe un crecente recoñecemento acerca da necesidade de repensar os obxectivos d a educación e as competencias que os estudantes necesitan desenvolver para converterse en axentes dinámicos do cam bio (OECD, 2019). En virtude destas demandas da socied ade actual, a Organización para a Cooperación e o Desenvolveme nto Económ ico (OCDE) puxo en marcha o proxecto relativo ao Marco de Aprendizaxe 2030-Compás 2030 no que o termo competencia se define en term os holísticos como unha combinación de coñecem entos, destrezas, actitudes e valores que os individuos necesitan para transform ar a sociedade na procura dun futuro más hum ano e sostible (OECD, 2019). Este marco de aprendizaxe da OCDE alíñase cos 17 Obxectivo s de Desenvolvemento Sostible (ODS) das Nacións Unidas. Ante a situación de emerxencia planetaria na que nos atopam os actualmente por mor dun desenvolvem ento económi co baseado nunha explotación inxente dos recursos naturais que derivou nun deterioro do medio ambiente, nunha perda de biodiversid ade e en grandes desigualdades entre países, a Organización das Nacións Unidas (ONU) aprobou no ano 2015 a Axenda 2030 na que se inclúen 17 Obxectivos de Desenvolvemento Sostible ( ODS) (Nacións Unidas, 2020). A principal finalidade deste acordo m undial consiste en prom ocionar unha visión compartida de futuro para abordar e dar resposta de maneira conxunta aos principais retos aos que se enfronta a humanidade para transi tar cara unha senda máis sostib le (Nacións Unidas, 2020). Entre os obxectivos que contempla a Axenda 2030 figuran a adopción de medidas urxentes para com bater o cambio climático e os seus efectos (ODS13), e o garante dun ensino inclusivo e equitativo de calidade (ODS4). En virtude deste contexto, xorde n diversas cuestións acerca de como atender a es tes e outros obxectivos da Axenda 2030 e do Compás 2030 desde o ámbito da didáctica das ciencias, ou como integrar estes obxectivo s desde as ma terias de ciencias para facilitar que os estudantes nun futuro constitúan axentes dinámicos de cam bio. 2 MARCO TEÓRICO 2.1 I NTRODUCIÓN Neste capítulo preséntase o marco teór ico sobre o que se vertebra este estudo. Nunha primeira parte descríbe se o corpus de coñecem ento no que se sustenta esta tese procedente de divers as áreas de didáctica das ciencias. Na segunda parte deste ca pítulo preséntase unha revisión sistemática da lite ratura acerca dos modelos e concepcións básicas dos estudantes acerca da m ateria e as súas transformacións. 2.2 CORPUS DE COÑECEMENTO NO EIDO D E DIDÁCTICA DAS CIENCIAS Neste apartado descríbese, en primeiro lugar, a aprend izaxe das ciencias desde unha perspectiva soci ocultural, que ba sea a adquisición de coñecemento na encu lturación dos estudantes no discurso científico da aula. En segundo lugar, abórdase o concepto de competencia científica e a súa relación coas prácticas científicas, centrando especialmente a aten ción na dime nsión relativa á explicación de fenómenos. En terceiro e últim o l ugar, descríbese a relevancia dos modelos no ensino da ciencias, fa cendo fincapé nas representacións privadas e persoais de cada i ndividuo e o proceso involucrado na construción, uso e revisión de modelos. 2.2.1 Perspectiva social da aprendizaxe das ciencias Aikenhead (1996) suxire que a aprendizaxe das ciencias implica unha inmersión e aceptación da cu ltura científica. Entendéndose a cultura como un sistema ordenado de significados e sím bolos negociados socialmente a través da interacción, a comprensión do mundo por parte dos estudantes pode verse como un fenómeno cultural, e a aprendizaxe das cienci as pode verse com o a adquisición dunha cultura (Aikenhead, 2001). Es ta aproximación cultural da aprendizaxe das ciencias im plica que os estudantes se inv olucren en negociacións culturais que faciliten a transi ción desde diferentes subculturas com o a familiar, das que emana un coñecemento intuitivo V ANESSA S ESTO V ARELA 36 do mundo natural, cara a acep tación da s norm as, os valores, as crenzas e as convencións da subcultura da ciencia (Aikenhead, 2001). Esta concepción da aprendizaxe das ciencias basead a na inmersión nunha determ inada cultura e afastada da percepción Piagetiana dos estudantes como “p equenos científicos” que constrúen activam ente o coñecemento de maneira individual a partir da interacción co seu ento rno constitúe tamén o marco de referencia doutros autores (e. g. Driver, Asoko, Leach, Scott & Mortim er, 1994; Lemke, 1990; Lem ke, 2001; Ogborn et al., 1998). Lemke (2001) contempla o pr oceso de construción de coñecemento científico com o a “enculturación” do alumnado nunha comunidade de persoas que com par ten a linguaxe da ciencia. Para Lemke (1990) a linguaxe constitúe un sistema de recursos que perm ite construír significados, e engade qu e coñecer “o idioma” da ciencia leva aparellado facer ciencia a trav és da propia linguaxe. Para este autor, falar sobre ciencia impli ca desenvolver prácticas propias do traballo científico como poden se r a observación, a formulación e comparación de hipóteses alternativ as, ou o deseño de investigacións. Partindo da base de que o coñecem ento científico entendido como un coñecemento constru ído e aceptado socialmente ten importan tes implicacións de cara a aprendizaxe das ciencias e seguindo a liña de Lemke (1990), outros autores (e.g. Dr iver et al., 1994) tamén suxiren que para aprender ciencias é neces ario introducir ao alumnado nas prácticas da com unidade científica a fin de que esas prácticas se convertan en significativas a nivel individual. Dentro deste contexto, diversos autores (e. g. Driver et al., 1994; Lemke, 1990; Lemke, 2001) sinalan que o profesorado ha de ex ercer a función de facilitador da aprendizaxe introducindo ao alumnado na subcultura da ciencia de xeito que este se apropie dos co nceptos e modelos socialmente aceptados pola com unidade científica. Esta perspectiva social da aprend izaxe recoñece, en concreto, que a participación en prácticas de tipo discursivo no cont ex to de tarefas relevantes f acilita a inmersión do alum nado na subcultura da ciencia (Driver et al., 1994), de aí que as clas es de ciencias se deban converter en comunidades de aprendizaxe ond e se xere e se use o coñecemento (Jiménez-Aleixandre & Díaz, 2003). Para reco ñecer a contribución Capítulo 2. Marco teórico 37 das prácticas discursivas nas cl ases de ciencias é necesario comprender que facer ciencia implica conceder oportunidades d e propor e discutir ideas, así como av aliar e elixir entre explicacións e modelos alternativos (Jiménez-Al eixandre & Díaz, 2003). O feito de crear ambientes de aprendizaxe efec tivos onde se dea a posibilidade de reflexionar e de discutir idea s é fundam ental para desenvolver unha comprensión da natureza da ciencia e apropiarse dos elem entos sintácticos, pragmáticos e semántic os da linguaxe da ciencia (Duschl & Osborne, 2002). Jiménez-Aleixandre (2003) suxire que os procesos comunicativos que se establecen na aula de ciencias son desencadeados m ediante a existencia ou a creación de diferen cias de coñecem ento. Segundo o marco teórico proposto por Ogbor n et al. (1998), a creación de diferencias de coñecemento ou de tensión sem iótica implica confrontar ao alumnado cos seus propios coñecementos, enfrontándoos a situacións ou fenómenos que non son quen de explicar ou ben creando un conf lito entre o que esperan que su ceda e o que observan (Jiménez-Aleixandre, 2003). A aprendizaxe das ciencias imp lica introducir ao alum nado en formas de pensar e de entender o mundo que difiren das interpretacións ou explicacións que funcionan no contexto da vida diaria. Non obstante, varios auto res (e. g. Driver et al., 1994; Solomon, 1988) sinalan que a “e nculturación” do alumnado nas prácticas discursivas da comunida de científica non im plica abandonar por completo as repre sentacións pertencentes ao ámbito fam iliar. Redfors e Holgersson (2006) observar on que incluso as explicacións que constrúen os mestres en form ación para un m esmo fenómeno son altamente dependentes do contexto , podendo activar en función da situación un coñecem ento intuitivo ou un coñecemento m áis próximo ao da ciencia escolar. Asemade, Solom on (1988) engade a problemática de que hai term os como “traballo” ou “calor” (e.g. Domínguez, 2007) que a linguaxe cien tífica comparte coa linguaxe da vida diaria, o que pode alterar a comprensión de certos conceptos científicos de incorporar as asoc iacións comúns que se fai de les. Conscientes de que os estudantes posúen dous tipos de coñecemento, un coñecemento cotián e un coñece m ento científico, Solomon (1989) V ANESSA S ESTO V ARELA 38 suxire implicar ao alumnado na re solución de situacións pro blemáticas próximas ao m undo real facendo fincapé no límite entre o coñecemento pertencen te ao dominio da vida diaria e o coñecem ento científico. 2.2.2 As competencias e as prácticas científicas A introdución do termo “com petencia” no sistema educativo ten a súa orixe no Consello Europeo de Lisboa do ano 2000, onde a Unión Europea decretou como obxectivo unif icar as capacidades a adquirir polos estudantes ao longo da esco larización obrigatoria, co fin de garantir a equidade na formación dos cidadáns e cidadás a pesar das diferencias entre os sis temas e ducativos dos distintos estados membros, e de adaptar a educación ás necesidades e dem andas da sociedade do coñecem ento (Hozjan, 2009). Sen embargo, esta preo cupación por determinar e com parar o grao de desempeño de estudantes de diferentes países xa se manifestara no ano 1997, cando os países m embros da OCDE (Organización para a Cooperación e o Desenvolvemento Económ i co) iniciaron o programa PISA ( Programme for International Student Assessment ) coa finalidade de avaliar se ao final da escolarización obrigatoria os estudantes adquirira n os coñecementos e as destrezas necesarias para unha participación plena na sociedade (OECD, 2002). Este program a de avaliación inte rnacional, que abarca as áreas de competencia lecto ra, matem ática e ci entífica, foi aplic ado por primeira vez no ano 2000 a estudantes de 15 anos integrados no sistema educativo de 28 países membros da OCDE, e desde entón realízase cunha periodicidade trienal. Do programa PISA derivou o proxecto DeSeCo ( Definition and Selection of Key Competences ) coa intención de proporcionar un marco de referencia para estende r a longo prazo esta avaliación a novos dominios de competencia, así como desenvolver, a través dun enfoque interdiscip linario e colaborador, indicadores das competencias necesarias para afrontar satisfactoriamente os desafíos actuais e futuros (Rychen & Salg anik, 2003). No informe DeSeCo (OECD, 2002) definiuse a comp etencia nos segu intes termos: Capítulo 2. Marco teórico 39 A capacidade de responder a demandas co mplexas e de levar a cabo tarefas diversas de ma neira axeitada. Supón unha combinación de habilidades prácticas, coñecementos, motivación, valores éticos, actitudes, emocións e outros compoñentes sociais e de comportamento que se mobilizan conxuntamente para lograr unha acción eficaz (p. 4). Ademais, no informe DeSeCo proporcionouse unha selección de competencias clave, clasificadas en tres grandes categorías (OECD, 2002): (1) usar ferramentas de m ane ira interactiva pa ra ser quen de establecer interaccións co am bien te; (2) comunicarse con outros individuos; e (3) actuar de maneira autónoma. Deste entón, nos últimos anos, num erosas institucións desenvolveron as súas propias defini cións de competencias a acadar polos estudantes (Mishra & Ke reluik, 2011). Na recomendación do Parlamento Europeo e do Consello da Unión Europea do ano 2006 defínese a competencia com o aquela combinación de coñecementos, capacidades e actitudes que tódala s persoas precisan para a súa realización e desenvolvemento persoa is, así como para unha cidadanía activa (UE, 2006). Asemade, neste docum ento establécense que son oito as competencias a adquirir: (1) comunicación na lingua m aterna; (2) comunicación en lin guas estranxeiras; (3 ) competencia matem ática e competencias bás icas en ciencia e tecnoloxía; (4) competencia dixital; (5) aprender a aprender; (6 ) competencias sociais e cívicas; (7) sentido da iniciativa e espírito emprendedor; e (8) conciencia e expresión culturais (UE, 2006). A partir do marco de referencia proposto pola Unión Europea, as competencias clave in corpóranse por prim eira vez ao sistema educativo español non unive rsitario a través da Lei Orgánica 2/2006, do 3 de maio, de Educación (MEC, 2006) baixo a denominación de competencias básicas. A inclusió n das competencias como un elemento curricular parte da c oncepción da educación como unha aprendizaxe permanente ao longo da vida (MEC, 2006). A Lei Orgánica 8/2013, do 9 de decembr o, para a Mellora da Calidade Educativa (MECD, 2013) mantén este enfoque, poñendo unha m aior énfase nun modelo de currículo baseado en competencias. V ANESSA S ESTO V ARELA 40 Na Comunidade Autónoma de Ga licia as competencias réxense pola Orde ECD/65/2015, do 21 de xaneir o, pola que se describen as relacións entre as competencias, os contidos e os criterios de avaliación da educación primaria, a educación secundaria obrigatoria e o bacharelato (MECD, 2015) e polo Decreto 86/2015, do 25 de xuño, polo que se establece o currículo da educació n secundaria obrigatoria e do bac harelato na Comunidade Autónoma de Galicia (Xunta de Galicia, 2015). Ne ste decreto adóptanse as competencias clave establecidas n a recomendación do Parlam ente Europeo e do Consello da Uni ón Europea do ano 2006, coa única diferencia de que as competencias que fan referencia á comunicación na lingua m aterna e á comunicación en linguas es tranxeiras se unifican nunha única competen cia denominada comunicación lingüística, reducíndose a sete o número de com petencias. No seguinte apartado afondase na competencia m atemática e competencias básicas en ciencia e tecnolóxica por ser as que están máis ligadas a este estudo. 2.2.2.1 Competencia científica As ideas de “alfab etización científica” (Bybee, 1997), “cultura científica” (Solom on, 19 98) ou “ciencia, tecnoloxía e sociedade” (CTS) (Solomon & Aikenh ead, 1994) foron utilizadas de maneira reiterad a nas últimas décadas para facer referencia ao principal propósito da educación científica (Blanco-López, España- Ramos, González-García & Franco -Mariscal, 2015). Sen embargo, malia que existen diferencias entre estes co nceptos, todos eles vinculan os contidos e os obxectivos da educació n científica con todo aquelo que os cidadáns e cidadás ne cesitan para participar de maneira efectiva nunha sociedade cada vez m á is dependente da ciencia e da tecnoloxía (Blanco-López et al., 2015). O enfoque que adopta o program a de avaliación internacional PISA acerca dos obxectivos da educ ación científica tamén se basea na idea de alfabetización científica, compartindo así a visión doutros autores (e. g. Bybee, 1997), os cales entenden a alfabetización científica como un conxunto de competen cias que se adquiren a través da educación científica (Kau ertz, Neumann & Haertig, 2012). Capítulo 2. Marco teórico 41 Nos informes PISA dos anos 2000 e 2003 definíase a competencia científica ligada á al fabetización científica como a “capacidade de empregar o coñeceme nto científico para identificar preguntas e extraer conclusións baseadas en feitos, co fin de comprender e de axudar a tomar decisións sobre o mundo natural e sobre os cambios que produciu nel a actividade humana” (OECD, 2000, p. 10). Posteriormente, no informe PISA 2006 incluíse unha reelaboración e ampliación do m arc o de avaliación da competencia científica, definíndose os contidos que os estuda ntes han de adquirir, os procesos que deben ser quen de executar, e os contextos nos que han de por en práctica os seus coñecementos e habilidades (OECD, 2006). Neste informe, á capacidade de aplicar o coñecem ento científico engadiuse a capacidade d e utilizar os proc esos científicos. Polo tanto, esta concepción da comp etencia científica afástase aínda máis da concepción tradicion al do ensino das cien cias como m era reprodución memorística de conti dos, e fai referencia tanto ao coñecemento e aplicación das teorías científicas como á comprensión da natureza da ciencia (Váz quez-Alonso & Manassero-Mas, 2012), integrando os tres propósitos que segundo Hodson (1993) debe cumprir o ensino das ciencias: (1) ap render ciencias, é dicir, adquirir coñecementos de carácter teórico e conceptu al; (2) aprender sobre ciencia, é dicir, com prender a natureza e os procedem entos da ciencia; e (3) aprender a facer ciencia, é dicir, desenvolv er tarefas vinculadas á investigación científica. Lederm an (2018) sinala que a natureza da ciencia e a indagación científica se atopan estreitam ente relacionadas, xa que da forma en que o coñecemento científico foi desenvolto emanan inherentem ente as características dese coñecem ento. En PISA 2015 a competencia científica desagrégase en tres capacidades ou dimensións, fragm ent ándose cada unha delas á súa vez nunha serie de indicadores (OECD, 2015): 1) Explicar fenómenos cientif icamente (modelización). a) Recordar e aplicar o coñecemento científico ad ecuado. b) Identificar, empregar e xerar m odelos explicativos e representacións. c) Facer e xustificar predicións adecuad as. d) Establecer hipóteses exp licativas. V ANESSA S ESTO V ARELA 42 e) Explicar as implicació ns potenciais do coñecemento científico para a sociedade. 2) Avaliar e deseñar a investig ación científica (indagación). a) Identificar a cuestión expl orada nun estudo científico. b) Distinguir cuestións que se poderían investigar cientificamente. c) Propor unha forma de explorar cientificamente unha pregunta adecuada. d) Avaliar formas de explorar cientificamente unha pregunta determinada . e) Describir e avaliar como os científicos as eguran a fiabilidade dos datos, e a obxectividade e xeneralización das explicacións. 3) Interpretar d atos e probas cien tificam ente (argumentación). a) Transformar os datos dunha representación a outra. b) Analizar e interpreta r os datos e extraer c onclusións pertinentes. c) Identificar os supostos, as probas e os razoamentos nos textos relacionados coa ciencia. d) Distinguir entre os argumentos que se basean na teoría e as probas científicas, e as baseadas noutras consideracións. e) Avaliar os argumentos e probas científicas de diferentes fontes. De acordo con Jiménez-Aleixandre, Bravo e Puig (2009), estas tres dim ensións da competencia científica están estreitam ente relacionadas, dado que avaliar e deseñar investigacións científicas implica ser quen de proporcionar form as de abordar cuestións cientificamente, requirindo de fenóm enos que poidan ser explicados por medio da ciencia en base ás probas dispoñibles m áis adecuadas. Por outro lado, o feito de dar oportuni dades para analizar as posibles interpretacións dun feito, fenómeno ou experiencia realizada na aula, permite desenvolver destrezas relacionadas co uso de probas para xustificar conclusións e razoar cien tificamente (McNeill & Krajcik, 2009). Capítulo 2. Marco teórico 43 No currículo español, a competen cia científica relaciónase coas competencias básicas en ciencia e tecnoloxía, que fai ref erencia á capacidade de em pregar o coñecemento e os procedem entos da ciencia para resolver problemas, obter co n clusións e adoptar decisións acerca do mundo físico baseadas en probas (MECD, 2015). 2.2.2.2 As prácticas científicas O National Research Council (NRC, 2012) recoñece que a ciencia non é unha simple compilaci ón de concepto s e teorías que reflicten o estado actual de c oñecemento do mundo, senón que tam én implica un conxunto de prácticas ci entíficas que permiten expandir e perfeccionar ese coñecemento. Median te o emprego do term o práctica preténdese transm itir a idea de que a ciencia, adem ais dun proceso, tamén é un produto derivado da disc usión e da interacción no plano social que acompaña á construción do coñecem ento científico (Reiser, Berland & Kenyon, 2012). Esta concepción da ciencia como un conxunto de prácticas científicas foise xes tando ao longo dos últim os corenta anos (Osborne, 2014). Neste sentido, un punto de inflexión clave foi o traballo do filósofo da ciencia Thomas Kuhn (1 962). Este autor concibe a ciencia como unha comunidade científica invol ucrada nun traballo que se rexe por un conxunto de valores e normas negociados socialmente, de aí que se poida identificar a labor científica coa labor dun conxunto de profesionais que participan en tarefas ou “prácticas” es pecíficas consensuadas. Outros autores como Klahr, Fay e Dunbar (1993) estab lecen que a actividade científica se fundament a na resolución de problemas a través de tres procesos ou “prác ticas ” interdependent es: (1) busca de hipóteses; (2) deseño de investigaci óns que perm itan comprobar se as hipóteses establecidas son plausibl es; e (3) interpretación d os datos obtidos mediante a experim entación. Na mesm a liña, Giere, Bickle e Maudlin (2006) proporcionaron un modelo sim ilar segundo o cal a actividade científica se concibe co mo un conxunto de prácticas que implican inv estigar, avaliar e desenvo lver explicacións. Outros autores como Duschl e Grandy (2013) tam én afirman que o ensino e aprendizaxe das ciencias ha de base arse nunha concepción da ciencia V ANESSA S ESTO V ARELA 50 resultado das súas interaccións co mundo que os rodea, e que estas ideas poden ser com patibles co coñecemento científico ou, pola contra, constitu ír verdadeiros o bstáculos epistem olóxicos que dificultan a aprendizaxe (Driver, 1989). Dentro destas ideas, Chi (2008) distingue entre preconcepcións e concepcións alternativas. Segundo este autor, por preconcepcións enténdese as ideas iniciais dos estudantes sobre o mundo físico construídas en base a experiencias na vida diaria, mentres que por concep cións altern ativas enténdense as ideas xeradas a partir dunha interp retación inadecuada dos conceptos científicos unha vez que os estudant es foron expostos formalm ente na aula aos contidos da ciencia (Chi, 2008). Sen embargo, desde a década do s 90 com ezou a cobrar relevancia o enfoque baseado en modelos m entais (Oliva, 1999). A resistencia ao cambio que caracteriza a algunhas das concepcións alternativas fixo pensar aos investigadores desta ár ea educativa que estas ideas non existen na mente dos suxeitos como ideas illadas, senón que se atopan formando un conxunto estrutura do e coherente de ideas interconectadas (Chi, 2008; García-Rodeja & Lima, 2012; Gutiérrez, 2004). Noutras palabras, as c oncepcións alternativas poden estruturarse en modelos explic ativ os altern ativos ou m odelos mentais (Gilbert et al., 2000), os cales poden ser extremadam ente funcionais e coherentes para os individuos que os sosteñen, incluso cando estas representacións privadas e pers oais resultan incompatibles ou contraditorias cos modelos cien tíficos (Reinfried & Tempelmann, 2014). O construto de modelo m ental, pr ocedente da área da Psicoloxía Cognitiva, foi descrito p or primeira vez polo psicólogo Craik (1943), quen sostiña que os suxeitos pos úen na súa mente un modelo a pequena escala acerca do funci onamento do mundo. Décadas máis tarde, Johnson-Laird (1983) desen volveu en maior profundidade a idea de modelo mental de Crai k (1943), definindo este com o un mecanismo de razoam ento que existe na memoria de traballo dunha persoa. Desde entón, foron propostas num erosas definicións acerca deste termo. Para Vosniadou (1994) un modelo mental constitú e unha representación mental que os individuos xeran durante o funcionamento cognitivo. Nunha liñ a semellante, Gilbert (2004) Capítulo 2. Marco teórico 51 define un modelo mental com o unha representación privada e persoal construída por un suxeito xa sexa só ou formando parte dun grupo. A definición que adoptamos com o refe rencia nesta tese concorda coa establecida por Greca e Moreira (2 000). Estes autores describen un modelo mental com o unha represen tación construída polos individuos como resultado da interacción social, a percepción do mundo e as experiencias persoais, co propósito de efectuar predicións, describir e/ou explicar feitos ou fenómenos (Greca & Moreira, 2000). Cómpre aclarar que para que os modelos mentais sexan accesibles a outros é necesario expresalos m ediante accións, a linguaxe verbal, a escritura ou calquera outro modo de represent ación sim bólico (Justi, 2006). Os modelos expresados son aos que temos acceso empírico e son construídos para comunicarse con outros individuos (Chamizo, 2010). Os modelos m entais, pese a ser análogos estruturais dos sucesos, fenómenos ou sistem as obxectivo, p oden ser incom pletos debido a que as persoas posúen unha capacidade limitada para representar o m undo (Jones, Ross, Lynam, Perez & Leitch, 2011). Asemade, os m odelos mentais poden ser representacións inconsistentes, dado que dependen do contexto e poden mudar de ac ordo coa situación na que se empreguen (Jones et al., 2011); e po den ser non-científicos, dado que se basean en crenzas que, como tales, difiren do coñecemento aceptado pola com unidade científic a (Greca & Moreira, 2000). Outra característica importante dos m ode los m entais é a recursividade (Johnson-Laird, 1983), é dicir, trátanse de representacións dinámicas que poden ser ampliadas ou melloradas a m edida que se vai incorporando nova información, de aí que aqueles m odelos que difiran en contido e estrutura dos m odelos da ciencia escolar poden chegar a evolucionar cara os modelos que se presentan no contexto educativo de planificarse estratexias de aprendizaxe adecuadas (Vosniadou & Brewer, 1994). Segundo Gutiérrez (1994), os estudantes modificarán os seus modelos mentais cando se incumpran os criterios de consistencia, robustez e correspon dencia. Dise que un modelo é consistente cando carece de contradi cións internas; é robusto cando poder ser empregado en situaci óns non previsibles durante a construción do modelo; e é co rrespondente cando describe con V ANESSA S ESTO V ARELA 52 fidelidade o comportam ento r eal do fenómeno ou sistem a representado (Gutiérrez, 1994). Por outra parte, o feito de que os modelos mentais consistan nunha estrutura de crenzas e imaxes fai que, a diferencia dunha concepción alternativa illada, teña n un carácter xenera tivo, de aí que permitan aos suxeitos predicir e explicar fenóm enos ( Greca & Moreira, 2000). Ademais de perm itir xerar novas explicacións e predicións acerca do comportamento do fenómeno baixo estudo que poden ser contrastadas a través dos datos, unha análise do fenóm eno representado proporciona informaci ón sobre as lim itacións, elementos e relacións que se establecen no m o delo. Polo tanto, entre o m odelo e o fenómeno existe unha relación de diálogo perm anente (Schwarz et al., 2009). 2.2.3.3 O cambio conceptual baseado en modelos O modelo de cam bio conceptual de Posner, Strike, Hewson e Gertzog (1982) establecía que pa ra desterrar as concepcións alternativas era necesario que os suxe itos se sentisen insatisf eitos coas súas propias percepcións, e que percibisen a nova concepción cientificamente aceptad a como inte lixible, útil e plausible. Desde a perspectiva do modelo proposto por estes autores, existían dúas modalidades de reorganización conceptual. No proceso de asimilación, as concepcións alternativas eran em pregadas para procesar a nova información, podendo ser esta incorporada ao esquema conceptual anterior. Na modalidade d e acomodación tiña lugar a reestruturación ou substi tución dos antigos conceptos cando estes eran percibidos co mo inadecu ados polo suxeito (Posner et al., 1982). Malia que a influencia do modelo de cambio conceptual desde a súa aparición nos anos oitent a foi notoria condicionando as investigacións desenvoltas no ámbito da didáctica da s ciencias, nos últimos ano s algúns autores (e. g. Moreira & Greca, 2003) suxiren a existencia de certas debilid ades nesta corrente de pensamento. Com o sinalan Moreira e Greca (2003) nunha revisión realizada sobre este tema, pode ser pouco adecuado contem plar o cambio conceptual como unha mera substitución dunha concepción por outra na estrutura cognoscitiva do aprendiz. Segundo estes autores, un conflito cognitivo Capítulo 2. Marco teórico 53 pode ser insuficiente para substituír por outra unha concepción que foi adquirida de forma significativa. A entrada en escena do construt o de modelo mental supuxo un cambio de perspectiva na definición de cambio conceptual. No caso dos modelos m entais, Gadgil, No kes-Malach e Chi (2012) entenden por cambio conceptual a transformación do co ñecemento previo que entra en conf lito cos conceptos a ser apr endidos, e establecen que o s procesos cognitivos asociados a es te cam bio inclúen a xeración de inferencia e a revisión de coñecem entos a nivel dos modelos m entais. Este cambio conceptual a nivel de m odelo mental require dunha revisión que afecte tanto ás carac terísticas do m odelo como ás relacións que se establecen entre ditas carac terísticas, coa intención de eliminar as contradicións intern as e incrementar a súa robustez (Gadgil et al., 2012). Schraw, Crip pen & Hartley (2006) engaden que é necesario algún tipo de conflito inte lectual para que se faga efectivo o cambio conceptual. Polo contrario, non constitúe un cambio conceptual a mera adqu isición de coñecemento cando os estudan tes carecen de coñecemento previo nun dominio conceptual concreto, ou cando posúen algún coñecemento previo pero in completo (Chi, 2008). Establecendo unha analoxía entre a terminoloxía em pregada por Posner et al. (1982), nesta última modalidade de cambio, denom inada enriquecemento ou acrecentamento, pr edom inarían os procesos de asimilación, m entres que na m odalidade de cambio radical, predominarían os de acomodación (Oliva, 1999). Os modelos alternativos que pr esentan unha gran coherencia intrínseca serven como estruturas para acoller nova información, pero non se modifican de maneira subs tancial (García-Rodeja & Lima, 2012; Reinfried & Tempelmann, 2014). Os m o delos son aínda máis difíciles de modificar se adem ais posúen unha certa coherencia extrínseca, é dicir, se teñen potencialidade para asimilar nova información sen que se produza un cam bio radical no modelo (García- Rodeja & Lima, 2012). Cóm pre aclarar neste punto que o termo “coherencia” non significa que o modelo sexa coherent e desde o punto de vista científico ou da ciencia es colar, senón desde o punto de vista do estudante (García-Rodeja & Lima, 2012). V ANESSA S ESTO V ARELA 54 2.2.3.4 O proceso de modelización A ciencia concíbese como un pr oceso de construción, proba, avaliación e reconstrución de mo delos sobre o funcionam ento de determinados aspectos do m und o (Giere, 2004). Este proceso denominado m odelización (Gilbert & Justi, 2016; Justi, 2009) esixe transitar entre o pensamento científico e o pens amento cotián que os suxeitos tenden a aplicar aos fe nómenos do mundo real (Merino & Izquierdo, 2011). Suckling, Sucklin g e Suckling (1978) entenden a modelización como un proceso lin eal que involucra unha serie de fases: (1) recoñecemento dunha situ ación ou fenómeno problemático susceptible de ser abordado medi ante o em prego dun modelo; (2) delimitación do sistem a ou fenómeno a estudar; (3) formulación de preguntas; (4) construción e execu ción do m odelo; e (5) análise de resultados e obtención de conclusións. Non obstante, desde os últimos anos existe co nsenso acerca da consideración do proceso de m odelización como un proceso dinám ico e non lineal (e. g. Coll & Lajium, 2011). De acordo con esta visión, foron varios os autores que prop uxeron diferentes descricións do proceso de modelización e das fases que seguen os estudantes para desenvolver modelos (Lou ca & Zacharia, 2015). Sc hwarz et al. (2009) estableceron que a p ráctica de m odelización inclú e catro etapas fundamentais: (1) construción do modelo en base ao coñecemento e experiencias previas para explicar, describir ou predicir un fenóm eno; (2) xeración de explicacións, descricións ou predicións do fenómeno baixo estudo; (3) comparación da ca pacidade de m odelos alternativos para dar conta do fenómeno observado, e avaliación da súa capacidade de xeneralización a situacións semella ntes; e (4 ) revisión do modelo co propósito de incrementar o seu p oder explicativo e previsor se non existe correspondencia cos datos empíricos. Deste xeito, o proceso de modelización enténdese como un pr oceso iterativo de construción, avaliación, revisión e substitución d e modelos (Cheng & Lin, 2015). Desde un enfoque semellante, Just i (2006) propón un modelo para o proceso de modelización no que se fan explícitas tanto as etapas que interveñen como as interaccións en tre elas (ver F igura 2.2). De acordo con esta autora, a construción dun modelo sem pre se inicia coa intención de satisfacer un obxectivo específico, en función do cal se Capítulo 2. Marco teórico 55 seleccionan aqueles aspectos da realidade que se empregarán para describir o fenóm eno ou obxect o a modelar (etapa 1). Figura 2.2. Modelo para o proceso de produción e avaliación de modelos (Justi, 2006, e Mendonça & Justi, 2013a) A partir da obtención e organi zación m ental das observacións empíricas o u das informacións previamente ex istentes na estru tura cognitiva do suxeito acerca da entidade a modelar, elabórase un modelo inicial que se expresará a través dun ou varios modos de representación (etapa 2). A seguint e etapa do proceso de modelización consiste na comprobación do m odelo establecido, o cal se pode facer a V ANESSA S ESTO V ARELA 56 través de experimentos m entais ou mediante o desenvolvem ento de ensaios experimentais (etapa 3). Se o m odelo cumpre co propósito para o que foi elaborado acéptase e danse a coñecer as súas limitacións e cam po de validez (etapa 4); en caso contrario, o modelo rexéitase e iníciase de n ovo o proceso (Justi, 2006). Por outra banda, Campbell e Oh (2015) propoñen cinco tipos de modelización baseándose no traba llo científic o: (1) modelización exploratoria ( exploratory modelin g ); (2) modelización expresiva ( expressive modeling ); (3) m odelización experimental ( experimenta l modeling ); (4) modelización avaliativa ( evaluative modeling ); e (5) modelización cíclica ( cyclic mode ling ). Na modelización exploratoria os individuo s investigan as características dun modelo preexiste nte. Na m odelización expresiva os suxeitos describen ou explican fenó menos científicos por medio da creación de novos modelos ou o emprego de m odelos existentes (Campbell & Oh, 2015). Cando os estudantes se atopan na fase de modelización expresiva, é frecuente que em erxan numerosas dificultades, entre as que se inclúe a tendencia a centra rse nos aspectos estáticos do fenómeno baixo estudo e a non ter en conta as interaccións que se establecen entre os principais com poñentes do sistema (Mulder, Lazonder & de Jong, 2015). Na m odelización experimental os suxeitos formulan hi póteses e predicións a partir dos modelos e poñen a proba a súa plausibidade a través da experimentación. Na modelización av aliativa os suxeitos com paran modelos alternativos acerca dun mesmo fenóm eno ou problema, e seleccionan o máis apropiado para explicar o fenóm eno ou resolver o problema. Na m odelización cíclica os suxeitos participan no proceso de desenvolvemento, avaliación e mellora dos seus modelos (Campbell & Oh, 2015). Por outra parte, o proceso de construción, revisión e uso de modelos non é exclusivo dos individuos en idade adulta. Como sinala Sanmartí (1995), aprender ciencias é poñer en relación diferentes modelos interpretativos que as nena s e os nenos constrúen desde moi pequenos e, valorar, de algunha maneira, as vantaxes e inconvenientes de cada nova maneira de ver o m undo. Desde idades temperás, as nenas e nenos senten unha necesidade innata de desenvolver m odelos Capítulo 2. Marco teórico 57 que lles perm itan interpretar o m un do que os rodea e empregan para elo todos os recursos que existen á súa disposición (Canedo-Ibarra, Castelló-Escandell, García-Weh rle, Gómez-Galindo & Morales- Blake, 2012). Estes modelos inic iais, coñecidos como modelos precursores, teñen un rango de aplicación limitado e soam ente permite establecer correlacións causais simples. Sen em bargo, resulta imprescindible afondar no seu coñecem ento, pois constitúen a base sobre a que se erixirá o modelo da ciencia escolar (Koliopoulos, Tantaros, Papandreu & Ravanis, 2004). 2.2.3.5 Relación entre modeliz ación e argum entación Na actualidade, cada vez existe un maior consenso acerca da importancia de invo lucrar aos estuda ntes en prácticas científicas tales como a argumentación, a indagación ou a modelización (e. g. Duschl, Shouse & Schweingruber, 2007). No contexto da ciencia, por argumentación enténdese a avaliación de enunciados de co ñecemento tendo en conta as probas dispoñibles (Jim énez-Aleixandre & Díaz, 2003). De acordo con Bravo, Puig e Jiménez-Aleixandre (2009), as probas son aquelas observacións, feito s ou datos empíricos nos que se sustenta un enunciado . Entre as potencialidades das destrezas argumentativas figura o desenvolvem ento dun pensamento crítico que permita adoptar decisións com plexas acerca de controversias sociocientíficas, e a participac ión nos procesos cognitivos e metacognitivos vinculados á práctica de m odelización (Jiménez- Aleixandre & Erduran, 2008). A construción de modelos e explicacións acerca do mundo natura l require que os estudantes, ademais de com prender os conceptos científicos implicados, desenvolvan a capacidade de elixir entre distintas explicacións ou modelos alternativos (Zohar & Nemet, 2002). Desde unha visión da ciencia basead a en modelos, a finalidade da observación e da experimentación é axudar aos científicos a decidir que modelo se axusta m ellor a a queles aspectos do mundo real que representa (Giere, 2001), sendo a modelización un proceso fundamentalmente argum entativo (O liveira, Justi & Mendonça, 2015). Neste sentido, a argumentación concíbese com o un proceso de avaliación crítica de modelos que perm ite determinar a idoneidade dun V ANESSA S ESTO V ARELA 58 ou varios modelos alternativos atendendo á súa coherencia interna e á súa correspondencia coas probas di spoñibles (Böttcher & Meisert, 2011). Giere (2001) desenvolveu un esquema no que se fan explícitas as situacións argumentativ as que se establecen durante as etapas de produción e avaliación de modelos (ver Figura 2.3). Figura 2.3. Situació ns argum entativas que se establecen durante a construción e avaliación de modelos baseada na proposta de Giere (2001) (adaptado de Böttcher & Meisert, 2011, e Mendonça e Justi, 2013b) Segundo isto, en primeiro lugar os suxeitos constrúen un modelo acerca da porción do mundo real baixo estud o (etapa 2) a partir da interacción cunha serie de factores : (1) leis, teorías e modelos que Capítulo 2. Marco teórico 59 forman parte da estrutura cognoscitiva previa do suxeito; (2) relacións de tipo analóxico e matem ático; e (3) destrezas lingüísticas e visuais (Mendonça & Justi, 2013b). Posteriorm ente, tendo en conta o m odelo, emítense predicións (etapa 3) que se contrastan coas probas (etapa 4). Se as predicións non concordan coas probas (etapa 5), o modelo non se axusta ao mundo real. Se pola co ntra existe correspondencia entre as predicións e as probas (etapa 6), o modelo cum pre cos propósitos para os que foi construído (Giere, 2001). Queda claro que a argu mentación constitú e unha parte inherente da ciencia por m or da necesidade de avaliar a adecuación do s modelos e teorías en virtude d o coñecemento e evidencias d ispoñibles, e do carácter eminentem ente social da ciencia de maneira que os m odelos xerados polos científicos con someti dos a discusións e refutacións por parte da comunidade científ ica (Mendonça & Justi, 2013b). Pola súa banda, Duschl e El lenbogen (2009) desenvolveron un modelo que permite ilustrar as situacións argum e ntativas que se desenvolven durante a transformación de datos en probas, e o uso das probas na avaliación de modelo s alternativos. Este modelo, denominado E-E (do inglés Evidence-Explanation ), consta de tres etapas (ver Figura 2.4). A primeira etapa fai referencia á selección dos datos que serán empregados com o probas durante a avaliación de enunciados. A segunda etapa consiste en utilizar as probas para producir modelos alternativos, é di cir, os datos articúlanse nun argumento coa intención de c onf irmar ou refutar un enunciado (Mendonça & Justi, 2013b). A tercei ra e última etapa baséase en decidir, de entre varios modelos ou teorías alternativas, a que describe ou explica con maior fidelidade o fenómeno (Duschl & Ellenbogen, 2009). Outros autores com o Berland e Reiser (2009) establecen que a argumentación ha de cumprir tres o bxectivos principais: (1 ) atribución de sentido, cando o suxeito busca establecer relacións entre os enunciados e os datos; (2) articu lación de ideas, cando o suxeito elabora un argumento para ser com u nicado a outros; e (3) persuasión, cando o suxeito intenta convencer a outros da validez das súas explicacións. Segundo Mendonça e Justi (2013a), durante o proceso de construción, uso e revisión de m odelos danse diversas situacións V ANESSA S ESTO V ARELA 66 Para que un artigo poida figurar nesta base de datos é preciso que a revista na que estea publicad o cumpra cos criterios de calidade editorial de Latindex.  WOS ( Web of Science ). É unha plataforma subministrada por Thomson Reuters que recom pila as principais publicacións científicas das dis tintas ram as de coñecemento. Contén tres bases de datos para cada rama de coñecem ento ( Science Citation Index, Soc ial Sciences Citation Index, e Arts & Humanities Citation Index ), dúas bases de datos quím icos ( Index Chemicus e Current Chemical Reactions ) e dúas bases de datos de comunicacións en congresos e conferencias ( Conference Proceedings Citation Index: Science e Conference Proceedings Citation Index: Socia l Science and Humanities ) Decidiuse optar por estas catro bases de datos porque inclúen diferentes publicacións do eido educativo ás qu e se lles esixe cumprir uns criterios mínimos de calidade. A utilización dun procedem ento de revisión de dobre cego, no que dous especialistas anónimos avalían unha publicación, constitúe unha garant ía de que se están a cum prir coas normas básicas de calidade científica (Fox & Diezm ann, 2007). No Cadro 2.1 amósase a estratexia de busca nas bases de datos Web of Science , ERIC e SCOPUS para a pr ocura de coincidencias no título, nos resum os e nas palabras clave das publicacións. E n Dialnet empregáronse os m esmos algoritmos traducidos ao castelán. Non se aplicou ningún límite tem p oral aos resultados da busca, sendo contemplados todos os anos di spoñibles nas bases de datos. O criterio de inclusión referido ao id iom a xa se aplicou nesta fase da revisión a través dos filtros dos que dispoñen as propias bases de datos para refinar os resultados. Como lim itacións da busca cómpre mencionar que existe a posibilidade de que fosen omitidos al gúns traballos de relevancia que aborden as concepcións e modelos dos estud antes acerca da materia e as súas transformacións, pois só foi posible acceder a docum entos escritos en inglés, español ou po rtugués. Ademais, é posible que algunhas publicacións de interese para a investigación formen parte de Capítulo 2. Marco teórico 67 revistas indexadas en bases de datos distintas das seleccionadas (Evans, Stevenson, Lasen, Ferreira & Davis, 2017). Cadro 2.1. Algoritmos de busca empregados nas bases de datos “transformation of matter” A ND student AND conceptions “transformation of mat t er” AND student AND ideas “transformation of matter ” AND student AND models “transformation of matter” A N D student AND understanding (“chemical change” AND student AND conc ep tions) OR (“physical change” AND student AND conceptions) (“chemical change” AND student AND ideas ) OR (“physical change” AND student AND ideas) (“chemical change” AND student AND understanding) OR (“physical change” AND student AND understanding) (“chemical change” AND student AND mode ls) OR (“physical change” AND student AND models) “science education” AND mat ter AND chemistry AND student AND ideas “science education” AND mat ter AND chemistry AND student AND c onceptions “science education” AND “chemical r eaction” AND student AND understan ding “science education” AND “chemica l reaction” AND student AND ideas “science education” AND “chemical r eaction” AND student AND concepti ons “science education” AND “chemical reaction” AND student AND models (evaporation AND student AND concep tion s) OR (condensation AND student AND conceptions) (evaporation AND student AND ideas ) OR (condensation AND student AND ideas) (evaporation AND student AND understandi ng) OR (condensation AND stud ent AND understanding) (evaporation AND stud ent AND models) OR (condens ation AND student AND models) (combustion AND student AND concepti ons) OR (burning AND student AND conceptions) (combustion AND student AND ideas) OR (burning AND stud ent AND ideas) (combustion AND student AND understanding) OR (burning AND student AND understanding) (combustion AND student AND models) OR (burning AND student AND models) “thermal decomposition” AN D student AND conceptions “thermal decomposition” AND student AND ideas “thermal decomposition” AN D student AND understanding “thermal decomposition” AND student AND m odels Nesta busca electrónica iden tificáronse 1180 publicacións potenciais. Na Táboa 2.2 resúmense os resultados desta busca inicial, agrupándose os documentos por ti po de publicación, segundo se traten de guías e/ou informes, libros ou capítulo s de libros, artigo s, comunicacións en congresos, ou teses de doutoram ento. Cómpre sinalar que entre os 1180 documentos identificados inicialm ente se V ANESSA S ESTO V ARELA 68 inclúen publicacións que figuran indexadas en máis dunha base de datos. Unha vez eliminadas as publicacións dup licadas, permaneceron un total de 1037 documentos. Táboa 2.2. Resultados da busca nas bases de dat os ERIC, Dialnet, Web of Science e SCOPUS ERIC Dialnet Web of Science SCOPUS Guías e/ou informes 69 0 0 0 Artigo s 190 45 434 164 Capítulos de libro 0 0 16 9 Libros 9 4 0 17 Comunicación en congresos 16 4 82 22 Teses de doutorament o 6 93 0 0 Publicacións totais 290 146 532 212 2.3.4 Aplicación dos criterios de inclusión e exclusión Unha vez identificadas as publicacións potencia is, a seguinte fase da revisión sistemática consistiu na aplicación dos criterios de inclusión e exclusión. Seguindo as recomendacións de Bennett et al. (2005), para a selección dos estudos en base aos criterios definidos recorreuse fundamentalmente á avaliación da información proporcionada nos resumos das pub licacións. Naqueles casos nos que esta información fose insuficiente , accedeuse ao texto completo da publicación, centrando a análise nos apartados dedicados á descrición da metodoloxía e á presentación de resultados. Para dar fiabilidade á revisión, as egurando qu e os criterios de inclusión e exclusión se aplican de m aneira sistemática, autores com o Bennett et al. (2005) aconsella n que o cribado dun 5% das publicacións sexa realizado por dous ou máis investigadores de xeito independente, m edindo o grao de ac ordo acadado entre eles m ediante o cálculo do coeficiente de acordo en tre avaliadores ou coeficiente de kappa de Cohen. O coeficiente de kappa de Cohe n é unha medida estatística que reflicte a proporción de acordo entre dous avaliadores que clasifican N elementos en categorías mutuam en te excluíntes (Fonseca, Silva & Silva, 2007). Para o cálculo do coefic iente de kappa de Cohen aplícase a seguinte expresión matem ática (Fonseca et al., 2007): Capítulo 2. Marco teórico 69 =   −  1−    Na ecuación anterior P a reflicte a proporción de acordo debida ao azar, e P o representa a proporción de acordo observada, é dicir, o número de elem entos que os av aliadores clasifican nunha mesma categoría. Se exis te pleno acordo entre os avaliadores, κ =1. Cando o acordo se debe puram ente ao azar, κ =0. Fleiss (1981) establece que para valores de κ superiores a 0,75 o grado de acordo é excelente, e pode ser cualificado como satis factorio para valores de κ comprendidos entre 0,40 e 0,75. Trala aplicación dos criterios de inclusión e exclusión establecidos, das 1037 publicacións potenciais, analízanse 185 e descártanse 852. Para asegurar a consistencia deste proceso, dúas investigadoras da área de Didác tica das Ciencias Experimentais, a autora e a dire ctora da tese, cri b aron de maneira independente 52 publicacións extraíd as aleatoriamente da m ostra total. O coeficiente de kappa de Cohen calculado ao comp arar a clasificación de ambas investigadoras foi de 0,78, polo que o grao de acordo se considera excelente. A Figura 2.6 constitúe un esquema do proceso de selección de estudos levado a cabo. 2.3.5 Extracción de datos Esta fase consistiu na extracción do s datos máis relev antes das 185 publicacións sometidas a anális e para producir un rexistro sistemático que facilite a com par ación de estudos e a obtención de conclusións (Bennett et al., 2005) . A información a recompilar pode facer referencia a aspectos com o o ano de publicación, a rexión xeográfica, os obxectivos do estudo, os participantes, os métodos de recollida e análise de datos, ou os achados e conclusións máis salientables (Bennett et al ., 2005; Evans et al., 2017). V ANESSA S ESTO V ARELA 70 Figura 2.6. Resumo do proceso segu ido durante a selección de estudos Seguindo a liña da revisión sistem ática publicada por Hadenfeldt et al. (2014), entre as dimensións analizadas figuran os aspectos da materia abordados (estrutura e com posición da materia, principio de conservación da materia, propiedad es físicas e cam bios físicos, e propiedades químicas e cam bios quí micos), o obxectivo do estudo, os participantes, o método de recollid a de datos, e os resultados m áis salientables en virtude da pregunta de investigación arredor da cal xira esta revisión sistem ática. 2.3.6 Resultados da revisión sistemática O protocolo de revisión sistem ática adoptado arroxou un total de 185 publicacións para ser sometidas a análise. Desta cantidade, 112 estudos foron publicadas nos últimos dez anos do período analizado (1968-2017), e 15 estudos son publi cacións m oi actuais (2016-2017). Dos 112 estudos publicados no período comprendido entre 2008- 2017, 102 figuran indexados en bases de datos internaci onais de alto impacto como Web of Science , SCOPUS e ERIC, nove inclúense en Eliminación de duplicados ( n=143 ), deixando un total de n=1037 publicacións potenciais. Estudos potencialmente relevantes extraídos das bases de datos ERIC, Web of Science , SCOPUS e Dialnet ( n=1180 ). Aplicación dos criterios de inclusión e exclusión. Estudos considerados para revisión ( n=185 ). Capítulo 2. Marco teórico 71 bases de datos de medio ou baixo impacto como Dialnet, e un figura indexado tanto en SCOPUS como en Dialnet. Adoptando como referencia a revisión de Hadenfeldt et al. (2014), na Táboa 2.3 recóllese a clasificación dos estudos segundo a metodoloxía de investigación em preg ada e os aspectos da materia analizados. A clasificación referente a tipo de estudo é excluínte, de maneira que un m esmo traballo só pode ser catalogado como de revisión, lonxitudinal, transversal ou relativo a un único curso. Ao igual que a clasificación relativa a tipo de estudo, o epígrafe correspondente a número de aspectos tratados tamén é excluínte. Neste epígrafe contabilízanse o número de aspectos da m ateria que se abordan en cada traballo de invest igación, o cal pode oscilar entre un e catro. Este últim o caso implicaría que dentro d un mesm o traballo de investigación se estarían a analiz ar todos os aspectos da m ateria establecidos, é dicir, o principio de conservación da m ateria, as propiedades e cam bios físicos, as propiedades e cambios químicos, e a estrutura e composición da m ateri a. Pola contra, a clasificación referente a aspecto da materia non é excluí nte, poi s dentr o dun mesmo estudo é posible que sexan abordados de forma simultánea dous ou máis aspectos. Desde 1968, ano en que foi publicado o primeiro traballo de investigación no domino da m ateria e as súas transform acións, ata abril de 2018, data en que se concluíu a busca, contabilizáronse un total de sete arti gos de revisión, dez estudos lonxitudinais, 63 estudos de corte transversal e 105 estudos desenvoltos nun único curso (ver Táboa 2.3). Non obstante, cómpre destacar que, m alia o predomino dos estudos centrados nun curso co ncreto, desde o 2005 son cada vez máis frecuentes os traballos de investigación cuxos participantes proceden de diferentes cursos ou niveis educativos. Este increm ento no número de estudo s de corte tr ansversal vai ligado ao crecente interese xurdido nos últim os anos arredor das progresións d e aprendizaxe. V ANESSA S ESTO V ARELA 72 Táboa 2.3. Clasificación cronolóxica dos estudos segundo metodoloxía empregada e aspectos básicos da mater ia analizados (L: Lonxitudinal, T: Transversal, U: Único curso, R: Revisió n, Fi: Propiedades e cambios físicos, Qui: Propiedades e cambios químicos, EeC: Es trutura da materia, Con: Princ ipio de conservación) Tipo de estudo Aspecto da materia N.º de aspectos tratados Ano L T U R Fi Qui EeC Con 123 4 1968 0 1 0 0 1 1 0 0 0100 1982 0 1 0 0 0 1 0 0 1000 1983 0 1 0 0 1 0 0 0 1000 1987 0 1 0 0 1 1 0 0 0100 1990 1 2 1 1 4 2 2 4 1211 1991 0 2 4 0 3 2 3 3 2310 1992 0 1 3 0 2 3 2 3 0220 1994 1 1 1 0 3 1 2 1 1101 1995 0 3 1 0 2 3 3 2 1030 1996 0 0 1 0 1 0 1 1 0010 1997 0 1 1 0 0 2 1 2 0110 1998 1 1 0 1 3 3 3 2 0012 1999 0 2 2 0 0 3 2 2 1210 2000 1 2 0 0 2 2 1 0 2010 2001 1 1 1 0 0 3 1 1 1200 2002 1 0 0 0 0 1 1 0 0100 2003 0 1 2 0 1 3 2 1 1101 2004 1 1 5 0 7 3 6 4 1132 2005 0 3 4 0 6 5 4 2 2212 2006 0 3 4 0 7 2 5 2 2302 2007 0 1 5 0 4 3 5 2 1311 2008 1 3 6 0 7 5 7 4 2431 2009 1 6 8 1 9 9 13 3 5632 2010 0 5 10 0 11 8 12 2 3822 2011 0 4 6 0 5 5 9 4 2431 2012 0 1 9 0 8 5 8 1 2440 2013 0 4 11 0 12 10 11 5 3453 2014 1 2 9 2 6 9 12 6 3452 2015 0 3 2 2 4 3 5 0 2500 2016 0 4 2 0 5 3 5 2 0411 2017 0 2 7 0 5 3 7 3 3330 Total 10 63 105 7 120 104 133 62 43 72 46 24 Por outra banda, os estudos some tidos a análise centráronse en 120 ocasións na comprensión das propiedades físicas e cambios físicos, 104 veces nas propiedades quím icas e cambios químicos, 133 veces na estrutura e composición d a materia, e 62 veces no principio Capítulo 2. Marco teórico 73 de conservación da materia. Asem ade, a m aioría dos estudos (72) examinaron a com prensión dos partic ipantes acerca de dous aspectos fundamentais da materia, sendo a com binación máis frecuente a de propiedades físicas e cam bios físicos, e estrutura e composición da materia. Non obstan te, cómpre de stacar que desde o 2003 son cada vez máis habituais os estudos nos que se caracteriza de form a simultánea a com prensión dos estudantes acerca dos catros aspectos fundamentais da materia establecidos. Por outra banda, desagregáronse os estudos en función da idade dos participantes, co propósito de identificar o rango de idade onde menos se exploraron as concepcións e modelos alternativos básicos do alumnado en relación ao cam po conceptual asociado á materia e ás súas transformacións. Na Táboa 2.4 recóllese a cl asificación dos estudos desenvoltos nun único curso segundo a idade dos participantes. Cómpre mencionar que , no caso de aqueles traballos nos que unicamente se sinalaba o curso académico, para situ alos dentro dun rango de idade concreto se a doptou como referencia o sistema educativo de Estados Unidos, dado que é o país ao que pertencen a maioría das revistas. Nesta clasific ación excluíronse os traballos de Hesse e Anderson (1992), Kern, Wood, Roehrig, e Nyachwaya (2010), Stavy (1991a) e Stojanovsk a, Petruševski e Šoptrajanov (2012), dado que neles non se especifica nin a idade nin o curso académico dos particip antes. Como pode verse na Táboa 2.4, a me irande parte dos estudos que contemplan un único curso, un total de 32, f oron desenvoltos con estudantes universitarios, entre os que figuran tanto docentes en form ación como alum nado matriculado en titu lacións de diferente s ámbitos (Quím ica, Bioloxía, Enxeñarí a,...). Este gran interese por caracterizar a comprensión que pos úe o profesorado en form ación sobre a materia e as súas transfor mación reside no feito de que os modelos e concepcións altern ativas que posúe o profesorado neste eido conceptual poden condicionar a forma de ensinar determinados contidos e limitar a aprendizaxe do alum nado (Marcelo, 1992). No intervalo temporal que abrangue a revisión sistemática tam én foron habituais os estudos desenvoltos co n estudantes de secundaria de 14- 15 anos, dos que se contabilizan 17. V ANESSA S ESTO V ARELA 74 Táboa 2.4. Desagregación dos estudos desenvoltos nun único curso académico segundo a idade dos participantes Rango de idade Estudos N.º total de estudos 7-8 anos Acher, Arcà & Sanmartí (2007); Varelas, Pap pas & Rife (2006) 2 8-9 anos Southerland, Kittleson, Settlage & Lanier (2005); Wang & Tseng (2018) 2 9-10 anos Johnson & Papageorgio u (2010); Merino & Sanmartí (2008) 2 10-11 anos Baek & Schwarz (2015); Hokayem & Schwarz (2014); Kenyon, Schwarz & Hug (2008); Papageorgiou & Johnso n (2005); Prain, Tytl er & Peterson (2009); Tyt ler, Prain & Peterson (2007) 6 11-12 anos Bamberger & Davis (2013); Cañada, Melo & Á lvarez (2013); Demircio ǧ lu, Dinç & Çalijk (2013); Fellows (1994); Lee & She (2010); Oshima et al. (2004); Papageorgiou, Gram maticopoulou & Johnson (2010a); Papageo rgiou, Johnson & Fotiades (2008); Stamovlasis & Papageorgio u (2012); Tarhan, Ayy ı ld ı z, Ogunc & Sesen (2013) 10 12-13 anos Chang, Quint ana & Krajcik (2014); Eilam (2004); Eilks, Moellering & Valanides (2007); Johnston & Scott (1991); Özmen (2011); Samon & Lev y (2017) 6 13-14 anos A braham, Grzybowski, Renner & Marek (1992); BouJaoude (1991); Cal ı ş (2010); Frändberg, Lincoln & Wallin (2013); Zhang & Linn (2011) 5 14-15 anos Aragón (2012); Aragón , Oliva & Navarrete (2013, 2014); Ardac & Akaygun (2004, 2005); Kabapin ar, Leach & Scott (2004); Kolomuc, Ozmen, Metin & Acisli (2012); López & Vivas (2009); M éndez (2013); Nieswandt (2001); Oliva, A ragón & Cuesta (2015); Prieto, Watson & Dillo n (1992); Stamo vlasis, Papageorgiou & Tsitsi pis (2013); Stamovlasis, Tsitsipis & Pap ageorgiou (2012); Tsitsip is, Stamovlasis & Papageorgiou (2010); Watso n et al. (1997); Watson, Priet o & Dillon (1995) 17 15-16 anos Bridle & Yezierski (2012); Ce ylan & Geban (2009); Gauchon & Méheut (2007); Kingir, G eban & Gunel (2012, 2013); Kirbulut & Beeth (2013a); S esto & García-Rodeja (2017); Tan, Goh, Chia & Treagust (2003); Valverde, Gonzáez & de Pro (2017) 9 16-17 anos Abdullah, Surif & Isamil (2016); Adadan, Ir ving & Trundle (2009); Adadan, Tru ndle & Irving (2010); Co ş tu (2008); Lacolla, Meneses & Valeiras (2014); Solsona, Izquierdo & de Jo ng (2003) 6 Capítulo 2. Marco teórico 75 17-18 anos A gung & Schwartz (2007); Kermen & Méheut (2009, 2011); Niroj & Srisawasdi (2014) 4 Universidade Akgun (2009); Aydin, Ay demir, Boz, Cetin-Dindar & Bektas (2009); A zizoglu, Alkan & Geban (2006); Bekta ş (2017); Borsese, Lu mbaca & Pentimalli (1996); Canpol at (2006); Canpolat, Pinarbasi & Sözbilir (2006); Cappannini & Espí ndola (2017); Chang (1999); Co ş tu, Ayas & Niaz (2010, 2012); de Jong, Ahtee, Go odwin, Hatzinikita & Koulaidis (1999); Demirba ğ & Kingir (2017); Eskilsson & Holgersson (1999); Gopal, Kleinsmidt, Case & Musonge (2004); Jasien ( 2013); Kind (2014); Kind & Kind (2011); Marais (2011); M embiela & Vidal (2005); Obaya, Vargas & Delgadillo (2008); Papageorgiou, Stamov lasis & Johnson (2010b); Park & Light (2009); Ribeiro, Pereira & M askill (1990); Robertson & Shaff er (2014); Schwartz & Barbera (2014); Sopandi, Lat ip & Sujana (2017); Talanquer (2008, 2010); Tümay (2014); Usak, Ozden & Eilks (2011); Yalcin (2012) 32 En relación aos estudos de corte transversal e lonxitudinal (ver Táboa 2.5), o maior intervalo tem por al corresponde ao s traballos de Benarroch (2000), Holgersson e Lö fgren (2004), Levins (1992) e Löfgren e Helldén (2009), ao contar con participantes pertencentes a dez cursos académicos diferentes. Asem ade, obsérvase que o rango de idade menos explorado é o co rrespondente aos 5-6 anos, pois soamente hai un estudo transversa l (Paik, Kim, Cho & Park, 2004) e outro lonxitudinal (Bar & Galili, 1994) que inclúen participan tes destas idades. Tras esta visión xeral dos resultados, nos seguintes subapartados desagréganse os estudos sometidos a análise en función da idade dos participantes, especificando para cada rango os modelos e concepcións alternativas máis frecuentes en re lación aos distintos aspectos da mat er ia . V ANESSA S ESTO V ARELA 82 Sopandi et al., 2017; Stevens et al., 2013). Desde o punto de vista científico, no estado sólido as partículas non poden moverse trasladándose libremente, pero is to non implica que permanezan en absoluto repouso, senón que se atopan vibrando ou oscilando arredor de posicións fixas. Tamén son frecuentes as concep cións alternativas segundo as cales as partículas mudan de tamaño cando se produce un cambio de estado, ou cando se modifica a tem p eratura. Por exemplo, Aydeniz e Kotowski (2012) atoparon que algúns dos participantes do seu estudo (11-17 anos) consideraban que as moléculas de auga no estado sólido son máis pequenas que no estado líquido. Outros autores com o Badrian et al. (2011) ob servaron que unha parte dos participantes (14- 17 anos) pensaban que ao quentar un sólido as partículas se expandían e que ao arrefriar se contraían. Estas ideas afastadas do punto de vista da ciencia escolar son semellantes ás descritas no traballo de Domínguez, de Pro e García-Rodeja (2003). Estes autores tamén atoparon que algúns participante s (12-13 anos) in terpretaban a dilatación dun sólido como un au m ento no tamaño ou na cantidade das partículas que o constitu ían. 2.3.6.2 Principio de cons ervación da materia O principio de conservación da materia constitúe unha das leis ponderais e foi enunciado po r Lavoisier en 1785. Desde o punto de vista científico, este principio establece que a materia non se crea nin se destrúe, senón que se tran sform a. Este enunciado implica que nun sistema pechado a m asa total das substancias existentes non cambia aínda que teña lugar calque ra transformación, sexa física ou química. En virtude da teoría atóm ico-molecular, cando ten lugar unha reacción química prod úcese unha reorganización dos átomos que constitúen as moléculas para form ar novas moléculas, de maneira que o que se conserva du rante un cam bio químico non son as moléculas, senón os átomos. Na Táboa 2.7 figuran as concepción s e m odelos alternativos máis frecuentes que posúen os estuda ntes acerca do principio de conservación da materia. Com o se observa na Táboa 2.7, unha idea alternativa fortem ente arraigada entr e os estudantes, que afecta tanto a Capítulo 2. Marco teórico 83 estudantes de educación primaria como a profesorado en form ación, é aquela que fai referencia a que a masa non se conserva naquelas transformacións da m ateria nas que interveñen substancias gasosas (Gabel et al., 2001; Kind, 2014; Othman et al., 2008). Este incumprimento do principio de co nservación ten a súa orixe noutra concepción alternativa amplamente estendida segundo a cal os gases carecen de masa, ou ben esta é desprezable (Perales & Cañal, 2000; Stavy, 1990a). Táboa 2.7. Concepcións e modelos alternativos do alumnado arredor do principio de conservación da materia Ideas Idade Autores Cando nunha reacción química se forma un precipitado, a masa do sistema aumenta. 17-18 anos Agung & Schwartz (2007) A masa non se conserva naquelas transformacións da materia nas que participan substancias gasosas, xa que os gases carecen de masa. 8-13 anos Gabel et al. (2001); Lee et al. (1993); Stavy (1990a, 199 0b) 14-15 anos Basto et al. (1999); Méndez (2013); Othman et al. (2008); Stavy (1990a, 1990b) 15-16 anos Othman et al. (2008) 17-18 anos Agung & Schwartz (2007) Docentes en formación Kind (2014); Kind & Kind (2011); Usak et al. (2011) A calor, o lume e/ou a luz teñen carácter material. 6-9 anos Stavy (1991b) 11-12 anos Cañada et al. (2013); Lee et al. (1993) 14-15 anos Basto et al. (1999); Lowe (1997); Méndez (2013); Prieto et al. (1992) 16-18 anos Haidar & Abraham (1991) Docentes en formación Kind (2014); Kind & Kind (2011) Nunha reacción química consérvase tanto a masa total, como os átomos e as moléculas. Universitarios Schwartz & Barbera (2014) Ademais, en tre os estudantes de diferentes cursos son frecuentes as respostas nas que se sinala que a enerxía se transforma en m ateria (Cañada et al., 2013; Kind & Kind, 2011; Méndez, 2013). Por exemplo, ao pedir aos estudantes que intentasen ex plicar por que aumentaba a m asa ao queimar un anaco de m agnesio, Méndez (2013) V ANESSA S ESTO V ARELA 84 atopou que máis do 50% dos partic ipantes (14-15 anos) facían referencia a que as cinzas pe saban m áis por mor da calor subministrada ao m agnesio, outorgándolle á calor carácter material. Outros autores como Cañada et al. (2013) concluíron que os participantes no seu estudo (11-12 a nos) non eran quen de distinguir a materia das entidad es inmateriais, p ois á hora de identificar de entre varias opcións cales eran materia, arredor dun 40% dos participantes sinalaron tanto a luz como o lum e . Esta consideración da calor, do lume ou da luz com o substancias ma teriais ten consecuencias directas na interpretación dos cambios químicos, de aí que sexa n frecuentes os estudos nos que se sinala que o alumnado describe reacció ns como a combustión com o unha transmutación do osíxeno en lume (e. g. Prieto et al., 1992; Sesto & García-Rodeja, 2017). 2.3.6.3 Propiedades físicas e cambios físicos Desde o punto de vista cien tífico, por cam bios físicos enténdense aquelas transformacións da materia nas que se modifican as propiedades físicas das substanc ias, pero a composición química mantense constante. Malia que a reversib ilidade non é o criterio a seguir para diferenciar un cambio quím ico dun cambio físico, polo xeral os cambios físicos son reversible s, isto é, a m ate ria pode regresar ao seu estado orixinal. Os cambios de estado son cam bios de tipo físico nos que se modifica o estado de agregación das substancias. En virtude da teoría cinétic o-corpuscular da m ateria, durante un cambio de estado non se produce ningún cambio no núm ero ou natureza das partículas, senón que simplemente cam bi an as súas posicións relativas debido a que a intensidade das forzas de cohesión que existen entre elas varía (Cane & Sellwood, 1994). No estado sólido, as forzas de cohesión entre as partícul as son m oi intensas, de aí que as partículas se atopen estreitamente em paquetadas posuíndo unicamente un lixeiro movemento de vibración arredor dunha posición fixa. Es ta disposició n xustifica o comportamento a nivel m acroscópico dos sólidos que se caracterizan por posuír forma e volum e constantes. No estado líquido, como as forzas de atracción m utuas seguen a ser bastante intensas, as partículas están próximas entre si, pero posúen liberdade de movemento. Isto xustifica que os lí quidos poidan cam biar de forma, Capítulo 2. Marco teórico 85 adaptándose ao recipiente que ocupan. No estado gasoso as forzas de atracción entre as partículas son mo i febles, de aí que se atopen m oi afastadas unhas de outras e se movan librem ente por todo o espazo dispoñible. Isto xustifica que os gases posúan forma e volume variables, podendo comprimirse ou expandirse facilm ente (Burns, 2011). Entre os cambios de estado distínguese a fusión (paso de sólido a líquido), a solidificación (paso de líquido a sólido), a vaporización (paso de líquido a gas), a condens ación (paso de gas a líquido), a sublimación (paso de sólido a ga s), e a sub limación in versa ou regresiva (paso de gas a sóli do). Ademais, a vaporización pode transcorrer como evaporación ou ebulición. A ebulición constitúe o paso de líquido a gas que afecta a toda a masa de fluído, transcorre a unha temperatura concreta denominada tem peratura de ebulición, e caracterízase pola formación de bur bullas, as cales conteñen a substancia en estado vapor. En cambio, a evaporación é un f enómeno que soamente afecta á superfic ie do líquido, pode ten lugar a temperaturas m áis baixas que a de ebulición e transcorre sen signos evidentes. Na Táboa 2.8 recóllense as conc epcións m áis habituais dos estudantes arredor das propiedades fí sicas e os cambios físicos. Com o se pode observar na Táboa 2.8, entre es tudantes de diferentes idades é frecuente considerar que as disolu cións que suceden por dispersión ou solvatación (Ortolani, Falicof f, Domínguez & Odetti, 20 12), e os cambios de estado son reacción s químicas en lugar de ser cambios de tipo físico (Cañada et al., 2013; Ki rbulut & Beeth, 2013a; Kirbulut & Beeth, 2013b; López & Vivas, 2009; Valverde et al., 2017). Por exemplo, Cañada et al. (2013) atoparon que a m aioría dos participantes (11-12 anos) consideraban qu e engadir sal á sopa constitúe un cambio quím ico. Por outr a parte, tamén é habitual que os estudantes de diferentes idades non identifiquen correctamente o tipo de cambio físico que ten lugar, sendo unha confusión frecuente a consideración da disolución de subs tancias sólidas solubles no líquido ao que se agregan como unha fusi ón do soluto (Çalik & Ayas, 2005; Haidar & Abraham, 1991; Kingir et al., 2013). Por exemplo, Kingir et al. (2013) atoparon que un 32% dos participantes (15-16 anos) describían a disolución de sal en auga como unha fusión do soluto. V ANESSA S ESTO V ARELA 86 Çalik e Ayas (2005) obtiveron un resultado similar con docentes en formación e estudantes de 14-1 5 anos, pois ambos grupos de participantes inte rpretaron a diso lución de azucre en auga como un cambio de estado do azucre. Táboa 2.8. Concepcións e modelos alte rnativos dos estudantes acerca das propiedades físicas e cambios físicos. Ideas Idade Autores Durante o proces o de condensación de vapor de auga hai unha transmutación do aire a auga en estado líquido. 16-17 anos Abdullah et al. (2016) 17-18 anos Co ş tu (2008) Docentes en formación e universitarios Chang (1999); Co ş tu et al. (2012) Durante o proces o de condensación hai unha transmutación do frío en auga en estado líquido. 10-11 anos Tytler et al. (2007) 12-17 anos Osborne & Cosgrove (1983) Durante o proces o de condensación a auga aparece porque existe unha fuga de líquido. 8-15 anos Osborne & Cosgrove (1983); Prain et al. (2009) Durante o proces o de condensación de vapor de auga o hidróxeno e o osíxeno combínanse para formar auga. 15-16 anos Kirbulut & Beeth (2013a); Kirbulut & Beeth (2013b) 17- 18 anos Kirbulut & Beeth (2013b) Docentes en formación Aydeniz et al. (2017) Durante o proces o de condensación de vapor de auga fórmase auga porque se funde o xeo. 8-11 anos Paik et al. (2004); Papageorgiou & Johnson (2005) Docentes en formación Chang (1999) As burbullas que se forman durante a ebulición son de aire, dióxido de carb ono, calor, ou unha mestura de osíxeno e hidróxeno. 8-12 anos Osborne & Crosgrove (1983); Paik et al. (2004); Papageorgiou & Johnson (2005); Prain et al. (2009) 15-16 anos Ceylan & Geban (2009) 17-18 anos Niroj & Srisawasdi (2014) Docentes en formación e universitarios Aydeniz et al. (2017); Aydin et al. (2009); Chang (1999); Kind (2014); Kind & Kind (2011); Papageorgiou et al. (2010b); Stein et al. (2008) O punto de fusión das substa ncias é constante independentemente dos cambios de presió n. Docentes en formación Azizoglu et al. (2006) Durante a vaporización o líquido 5-6 anos Bar & Galili (1994) Capítulo 2. Marco teórico 87 (auga, alcohol, etc.) desaparece. 9-11 anos Stavy (1990a) 11-12 anos Papageorgiou et al. (2008); Stavy (1990a) 12-15 anos Stavy (1990a) Durante a vaporización o líquid o (auga, alcohol, etc.) é absorbido polas paredes do recipient e que o contén. 7-8 anos Bar & Galili (1994) 11-12 anos Papageorgiou et al. (2008) Durante a vaporización, o líquido desprázase cara outras localizacións como o ceo ou as nubes. 7 anos Löfgren & Helldén (2008) 9-10 anos Bar & Galili (1994) 10-11 anos Kenyon et al. (2008) Na vaporización da auga rómpense os enlaces intramoleculares liberándose os gases hidróxeno e osíxeno. 11-12 anos Akgun & Aydin (2010); Aydeniz & Kotowski (2012) 14-17 anos Aydeniz & Kotowski (2012); García-Rodeja & Sesto (2016); Kirbulut & Beeth (2013a); Kirbulut & Beeth (2013b); Othman et al. (2008) 18 anos Kirbulut & Beeth (2013b) Docentes en formación e universitarios Co ş tu et al. (2010); García- Rodeja & Sesto (2016); Kind (2014); Schwartz & Barbera (2014) Para que teña lugar unha vaporización é necesario que exista un gradiente de temperatura entre o ambiente e o líquido. Docentes en formación e universitarios Canpolat (2006); Co ş tu et al. (2010); Demirba ğ & Kingir (2017); Gopal et al. (2004); Obaya et al. (2008) A vaporización non ten lu gar en sistemas adiab áticos. Universitarios Canpolat (2006) Para que un líquido se evapore é preciso quentalo ata a temperatura de ebulición. 8-10 anos Saglam & Ozbek (2016) 15-16 anos Kirbulut & Beeth (2013a); Kirbulut & Beeth (2013b) 17-18 anos Kirbulut & Beeth (2013b) Docentes en formación e universitarios Canpolat et al. (2006); Co ş tu et al. (2010); Demirba ğ & Kingir (2017); Yalcin (2012) A disolución dunha substancia por dispersión ou so lvatación é un cambio de estado . 9-13 anos Stav y (1990b) 13-14 anos Abraham et al. (1992); Stavy (1990b) 14-15 anos Çalik & Ayas (2005); Othman et al. (2008); Stavy (1990b) 15-16 anos Kingir et al. (2013); Othman et al. (2008) 16-18 anos Haidar & Abraham (1991) Docentes en Çalik & Ayas (2005) V ANESSA S ESTO V ARELA 88 formación A disolución dunha substancia por dispersión ou so lvatación é un cambio químico. 11-12 anos Cañada et al. (2013); Tarhan et al. (2013) 12-13 anos Ahtee & Varjola (1998) 13-14 anos Abraham et al. (1992); Ahtee & Varjola (1998) 14-15 anos López & Viv as (2009); Valverde et al. (2017) 15-16 anos Ahtee & Varjola (1998); Valverde et al. (2017) A mestura de substancias é u n cambio químico. 12-13 anos Smothers & Goldston (2010) 14-15 anos Smothers & Goldst on (2010); Valverde et al. (2017) 15-16 anos Valverde et al. (2017) En relación aos cam bios de estad o, existe unha va sta literatura que centra o foco de interese nas concepcións e modelos alternativos do alumnado arredor do fenóm eno de vaporización (e. g. Aydeniz & Kotowski, 2012; Bar & Galili, 1994; Co ş tu et al., 2010; Kirbulut & Beeth, 2013a; Kirbulut & Beeth, 20 13b; Osborne & Crosgrove, 1983; Othman et al., 2008; Papageorgiou et al., 2008; Prain et al., 2009) e o fenómeno de condensación (e. g. Abdu llah et al., 2016; Aydeniz et al., 2017; Chang, 1999; Co ş tu, 2008; Kirbulut & Beeth, 2013a; Kirbulut & Beeth, 2013b; Osborne & Cros grove, 1983; Papageorgiou & Johnson, 2005; Prain et al., 2009; Tytler et al., 2007). Bar e Galili (1994) estableceron unha progresión de aprendizaxe acerca da comprensión que posúe o alumnado arredor do c ambio de estado de líquido a vapor a través da com paración das respostas que estudantes de diferentes idades (5 -14 anos) daba a diversos fenómenos como a evaporación d e auga nun recipiente ou o secado da roupa. Estes autores estableceron que a percepción que posúe o alumnado arredor da evaporación da auga atravesa as seguintes etapas: a auga desaparece (entre 3 e 5 anos), a auga é absorbid a polas superficies (7 anos), e a auga desprázase cara outr as localizacións (9 anos). Bar e Galili (1994) observaron que a noci ón de cambio de estado a vapor non aparece ata os 13 anos. En estudos posteriores arredor de ste concepto foron identificadas concepcións alternativas semellantes , pero en rangos de idade máis amplos que os determ inados por Bar e Galili (1994). Noutros estudos (e. g. Papageorgiou et al., 2008; Stavy, 1900a) observouse que a Capítulo 2. Marco teórico 89 concepción alternativa que fai referencia a que durante unha vaporización o líquido desaparece se m antén ata os 15 anos. Outros autores tamén observaron que dos 7 aos 11 anos son especialmente recorrentes tanto a idea de que o líquido desaparece porque foi absorbido polas paredes do recipiente que ocupa (Papageorgiou et al., 2008) como a idea que fai referencia a que durante a vaporización o líquido desaparece porque foi de sprazado cara outra s localizacións como o ceo ou as nubes (e. g. Kenyon et al., 2008; Löfgren & Helldén, 2008). Asemade, a idea de que a vaporización implica a ruptura de enlaces intramolecula res liberándose hidróxeno e osíxeno gasoso trátase dunha idea fortemente arraigada entre o alumnado que aparece arredor do 14 anos e segue a p ersistir entre docentes en formación (e. g. Aydeniz & Kotowski, 2012; Co ş tu et al., 2010; García-Rodeja & Sesto, 2016; Kind, 2014; Kirbulut & Beeth, 2013a; Kirbulut & Beeth, 2013b; Othman et al., 2008; Schwartz & Barbera, 2014). Esta concepción alternativ a deriva das dificultades do alumnado para distinguir entre cam bios físicos e cambios quím icos. En relación tamén coa vapori zación, outros autores (e. g. Canpolat et al., 2006; Co ş tu et al., 2010; Demirba ğ e Kingir, 2017; Kirbulut & Beeth, 2013a; Kirbulut & Beeth, 2013b; Saglam & Ozbek, 2016; Yalcin, 2012) atoparon que unha elevada proporción do alumnado tende a considerar que para que un líquido se evapore é preciso que acade a temperatu ra de ebulición. Esta concepción pode manifestarse tanto en estudantes d e 8 anos como en docentes en formación ou alumnado universitario. Outra idea alternativa amplamente recorrente e independente da idade ten que ver coa composición da burbullas que se forman durante o proceso de ebulición da auga líquida. Desde o punto de vista científico, considérase que o alumnado posúe un coñecemento axeitado d a ebulición cando é quen de explicar que as burbullas que se forman conteñen auga en estado vapor (P aik et al., 2004). Porén, diferentes estudos (e. g. Aydeniz et al., 2017; Aydin et al., 2009; Ceylan & Geban, 2009; Chang, 1999; Kind, 2014; Kind & Kind, 2011; Niroj & Srisawasdi, 2014; Osborne & Cros grove, 1983; Papageorgiou et al., 2010b; Prain et al., 2 009; Stein et al., 2008) evidencian que o alumnado considera que as burbullas están formadas por aire ou V ANESSA S ESTO V ARELA 90 outros compoñentes como hidróxeno, osíxeno ou dióxido de carbono, e incluso algúns chegan a sinalar que as burbullas conteñen calor. Esta última percepción da com posición das burbullas presupón unha transmutación de m ateria en enerxía. En torno ao proceso de condensación, un dos conceptos fundamentais en Química que permite explicar num erosos fenómenos que suceden na vida diaria (Kirbulut & Beeth, 2013a), tamén existen diversas concepcións alternativas . En virtude do marco conceptual desenvolto por Andersson (1990), diversos autores atoparon que estudantes de diferentes idades tenden a describir a condensación en termos de transm utación de substancias. Os traballos sometidos a análise suxiren que inicialmente (arredor dos 10 anos) o alum nado interpreta a condensación en term os dunha transm utación de frío en auga (e. g. Osborne & Crosgrove, 1983; Tytler et al., 2007), e que posteriormente esta percepción m uda pasando a considerar a auga líquida como o resultado da transmutación do aire (e. g. Abdullah et al., 2016; Chang, 1999; Co ş tu, 2008; Co ş tu et al, 2012). Outros estudos ( e. g. Osborne & Crosgrove, 1983; Tytler et al., 2007) suxiren que dos 8 aos 15 anos tamén é frecuen te que os estudantes consideren que o líquido aparece com o resultado dunha fuga. A idea de que a auga aparece como resultado da combinación do hidróxeno e o osíxeno aparece aos 15 anos e m anten se en docentes en form ación (e. g. Aydeniz et al., 2017; Kirbulut & Beeth, 2013a ; Kirbulut & Beeth, 2013b). Esta apreciación da condensaci ón está ligada á dificultade que posúen os estudantes para dife renciar entre cambios físicos e químicos, xa que esta interpreta ción baseada na com binación de átomos implica unha ruptura e form ación de enlaces in tram oleculares. 2.3.6.4 Propiedades químicas e cambios quím icos Desde o punto de vista científico, un cambio químico consiste nun proceso polo cal unha sustancia ou sustancias iniciais denominadas reactivos se transforman noutra ou noutras substancias finais denominadas produtos que presentan unha composición e propiedades químicas diferentes. Desde a p erspectiva da teoría atómico-m olecular, unha transformación química implica unha redistribución de átomos ou i óns, formándose novas estruturas Capítulo 2. Marco teórico 91 (moléculas ou redes cristalinas) (R aviolo, Garritz & Sosa, 2011). Na Táboa 2.9 recóllense as concepcións alternativas máis frecuentes en torno aos cambios quím icos e as propiedades químicas das substancias, desagregad as por rango de idade. Táboa 2.9. Concepcións e modelos alternativ os dos estudantes acerca das propiedades químicas e os cambios químic os Ideas Idade Autores Durante unha reacción química as moléculas consérvanse. 11 anos J ohnson (2000) 12-14 anos García-Franco & Taber (2009); Johsnso n (2000) 15-17 anos Cokelez et al. (2008); García-Franco & Taber (2009) 18 anos Cokelez et al. (2008) Non se identifican reactivos ou produtos en estado gasos o. 14-15 anos Watson et al. (1997) Secundaria Hesse & Andersson (1992) Universidade Kind (2014) Os cambios químicos son sem pre irreversibles. 11 anos Tarhan et al. (2013) Secundaria St ojanovska et al. (2012) O equilibrio químico que se acada nas reaccións reversibles non ten carácter dinámico. 17-18 anos Kermen & Méheut (2009) Universitarios Yan & Talanquer (2015) As reaccións químicas son sempre exotérmicas. 12-13 anos Eilks et al. (2007) A ruptura de enlaces é un proceso exotérmico, mentres que a formación de novos enlaces é un proceso endotérm ico. 16-18 anos Boo & Watson (2001) Universidade Jin et al. (2016) Un cambio químico non implica a ruptura de enlaces intramoleculares. 15-18 anos Cokelez et al. (2008) Todos os reactivos que participan nunha reacción química se transforman ao completo con independencia da relación estequiométrica. 15-16 anos Gauchon & Méheut (2007) Para que teña lugar unha reacción química precísanse polo menos dous reactivos. 12-13 anos Eilks et al. (2007) 16 anos Lacolla et al. (2014) A combustión dunha candea constitúe un cambio físico, en concreto, trátase dunha fusión. 6-10 anos Holgersso n & Löfgren (2004) 11-12 anos Holgersson & Löfgren (2004); Papageorgiou et al. (2010a) 13 anos BouJaoude (1991); Holgersson & Löfgren (2004) 14 anos Abraham et al. (1992); Çalik V ANESSA S ESTO V ARELA 98 reelaborar as súas ideas e pór en práctica o aprendido. Na última fase, fíxose unha avaliación do nivel de comprensión adquirido polos estudantes e proporcionouse realimen tación a aqueles estudantes que mantiveron concepcións alternativas arredor dos conceptos traballados. Despois da instrución, Ceylan e Geban (2009) observaron que a porcentaxe de estudantes con concepcións altern ativas foi bastante menor no grupo experime ntal en co mparación co grupo control. Por exemplo, no grupo experi m ental reducise trala instrución a incidencia de concepcións altern ativas que fan referencia a que a masa non se conserva durante as transformacións da materia ou a que as burbullas que se forman durante a ebulición da auga conteñen aire, osíxeno, calor ou hidróxeno (Ceylan & Geban, 2009). Por outra parte, atopou se que a utilización de recursos vi suais multimedia nos que se conxugan os tres n iveis de representación da materia (simbólico, macroscóp ico e microscópico) ten un efecto positivo sobre as repr esentacións dos estudan tes a nivel molecular (Ardac & Akaygun, 2004). Ardac e Akaygun (2004) atoparon que arredor dun 30% dos participantes ( 14-15 anos) substituíron as súas representacións macroscópicas de fenómenos como a oxidación do ferro ou a evaporación de auga salg ada por representacións baseadas no modelo atóm ico-molecular e no modelo cinético-corpuscular despois da instrución con recursos visuais. Asem ade, se os recursos visuais son dinámicos en lugar de estáticos, o bsérvase unha m aior congruencia entre as explicacións verbais que os estudantes dan dos fenómenos e as representacións sim bólica e/ou corpuscular que constrúen (Ardac & Akaygun, 2004). As intervencións didácticas bas ead as nas prácticas científicas de modelización e indagación tamén axuda ron aos estudant es a construír modelos acerca da natureza da m ateria e as súas transformacións cada vez máis próximos ao modelo da ci encia esco lar (e. g. Acher et al., 2007; Baek & Schwarz, 2015; Bamb erger & Davis, 2013; Bridle & Yezierski, 2012; Geban & Gunel, 2012; Hokayem & Schwarz, 2014; Kenyon et al., 2008; Kingir et al., 2013; Oliva et al., 2015). Baek e Schwarz (2015) estudaron como inflúe a im plementación dunha unidade didáctica dixital base ada na práctica científica de modelización sobre a comprensión de dous estudantes (10-11 anos) Capítulo 2. Marco teórico 99 arredor dos conceptos de evapor ación e condensación. Estes autores observaron que ambos participante s descr ibiron inicialmente a evaporación desde un esquema de representación macroscópico. Ao longo da unidade didáctica este s m odelos foron evolucionando chegando a ofrecer explicacións sobre os fenómenos de condensación e evaporación nas que se intúe unha incipiente comprensión da natureza corpuscular da m ateria. Un dos estudantes fixo referencia explícita a moléculas de auga, m e ntres que o outro participante empregou term os máis xenéricos como partículas de auga ou de vapor (Baek & Schwarz, 2015). Outros autores como Kenyon et al. (2008) obtiveron resultados semellantes ao explorar os benefici os de incorporar a práctica de modelización nunha secuencia didáct ica acerca da evaporación e a condensación. Estes autore s observaron que inicialmente os estudantes (10-11 anos) tenden a posuír a idea de que a auga desaparece no aire ou nas nubes durante a evaporación. Despois da secu encia didáctica durante a que os estud antes tiñan que construír, probar, revisar e avaliar os seus modelos, observouse que a m aioría do alumnado entende que durante a evaporación as moléculas de auga pasan a o aire, e comprenden que no aire do am biente existe auga en forma de vapor (Kenyon et al., 2008). 2.3.6.6 Limitacións da revisión sistemática O extenso e progresivo aumento no número de publicacións nos diferentes cam pos de estudo motivou a necesid ade de efectuar revisións da literatura que perm itisen sintetiza r os resultados m áis relevantes nun determinado dom inio. Ante esta situación, as revisións sistemáticas foron gañando popularidad e entre os inve stigadores ao constituír un método que perm ite se leccionar e analizar criticamente os resultados de estudos relevantes nunha determinada área de coñecemento (Petticrew & Roberts, 2006). Non obstante, o feito de que as revisións sistemáticas conduzan a resultados de maior calidade, non quere dicir que non existan lim itacións m e todolóxicas inherentes a este tipo de estudos. Pértega e Pita (2005) sinalan que a selección de estudos é unha das etapas da revisión sistemática que m áis pode comprometer a V ANESSA S ESTO V ARELA 100 calidade dos resultados obtidos. Este s autores rem arcan a importancia de definir con claridade os criterio s de exclusión e inclusión para que estes sexan o m áis obxectivos p o sible. O idioma no que estean publicados os estudos constitúe outro importante elemento que condiciona os resultados obtidos na revisión sistemática, xa que aqueles traballos publicados en lin guas alleas ao(s) idiom a(s) que manexan os autores tenden a ser ignorados (Evans et al., 2017; Pértega & Pita, 2005). Asemade, pode suceder que algunhas publicacións de interese de cara os obxectivos da revisión sistemática se atopen indexadas en bases de datos diferentes ás seleccionadas (Evans et al., 2017). Na revisión sistem ática que se presenta nesta tese unicamente foron tidos en conta aqueles estu dos publicados en inglés, galego, castelán ou portugués que estivesen indexados nas bases de datos SCOPUS, Web of Science , Dialnet e ERIC. Xunt o a estas limitacións, cómpre engadir que soam ente se ti veron en conta aqueles estudos aos que se tivese acceso m ediante os recursos bibliogr áficos da Universidade de Santiago de Co mpostela. Neste apartado faise mención a algúns traballos relevant es no eido da m ateria e as súas transformacións que non figuran en tre os resultados da revisión sistemática (e. g. Andersson, 199 0; Azcona, Furió, Intxausti & Álvarez, 2004; Bar & Travis, 1994; Castillejo, Prieto & Blanco, 2005; Domínguez et al., 1996; Driver, 198 9b; Furió & Furió, 2000; Góm ez, Benarroch & Marín, 2006; Krnel, Wa tson & Glažar, 1998; Méheut et al., 1985; Mortimer, 1998; Pfundt, 1981; Prieto, Blanco & Brero, 2002; Vázquez & García-Rodeja, 2005). En relación coa estrutura da m ateria, ademais dos traballos xa mencionados durante a revisión sistem ática, atópase o traballo doutros autores como Mortimer (1998) e Do mínguez et al. (1996). A partir da análise do discurso durante unha secuencia didáctica sobre a natureza corpuscular da materia, Mortim er (1998) estableceu un perfil conceptual que describe como se desenvolve a comprensión do alumnado arredor do concepto de materia. Este autor identif icou unha etapa inicial sensitiva , dom inada pola percepción sensorial, que se caracteriza por unha apreciación conti nuista da materia. Na seguinte etapa, que Mortimer (1998) denom inou como atomismo Capítulo 2. Marco teórico 101 substancialista , os estudantes acep tan a ex istencia de p artículas e posúen unha concepción destas partíc ulas como grans de m ateria que experimentan os m esmos cambios m acroscópicos que as substancias das que form an parte. A última etapa, denominada zona conceptual, caracterízase pola aceptación da idea de átomo com o unidade básica da materia. Dous anos antes de que fose publicado o estudo de Mortimer (1998) dáse a coñecer o traballo de Domínguez et al. (1996). Para identificar as ideas alternativas do alumnado ao m odelo cinético da materia, estes autores pediron aos participantes (13-22 anos) que construísen un mapa conceptual c unha lista pechada de palabras relacionadas coa natureza corpuscular da materia. A partir da análise das producións escritas dos particip antes e coincidindo co resultado doutros traballos (e. g. Boz, 2006; Eilam, 2004; Kind, 2014; Merino & Sanmartí, 2008; Sam on & Levy, 2 017; Sopandi et al., 2017), estes autores atoparon que o alumnado: (1) atribúe comportam ento macroscópico ás partículas; (2) rexeita a idea de qu e entre as partículas non existe nada, unicamen te baleiro, e tenden a incorporar a presencia doutros sistemas m ateri ais como o aire; e (3) posúe unha visión estática da materia no estado sólido ou pensa que as partículas deixan de moverse cando as substan cias se arrefrían. En relación aos cambios de es tado, aparte dos traballos xa mencionados (e. g. . Abdullah et al., 2016; Bar & Galili, 1994; Co ş tu, 2008; Co ş tu et al., 2010; Osborne & Crosgrove, 1983; Othman et al., 2008; Papageorgiou & Johnson, 2005; Prai n et al., 2009; Tytler et al., 2007) tamén atopamos outros estudos relacionados co fenóm eno de condensación e evaporación. Por exemplo, autores com o Bar e Travis (1991) estudaron a percepción de est udantes israelís de 5 a 15 anos arredor do ciclo da auga. Estes au tores atoparon que os estudantes tenden a describir o fenómeno de evaporación de auga como unha desaparición da substancia, ou ben consideran que a aug a pasou a ser absorbida polo chan. Bar e Travis (1991) suxiren que o desenvolvemento dunha com prensión ax eitada arredor dos cambios de estado vai ligada á apropiación da idea de conservación da materia. Por outra parte, Tytler (2000) pedi u a estudantes do primeiro (6-7 anos) e do sexto curso (11-12 anos) da ed ucación primaria que V ANESSA S ESTO V ARELA 102 desenvolvesen e interpretasen un c onxunto de actividades prácticas nas que se traballaban conceptos ligados aos cambios de estado. Coincidindo cos resultados de Bar e Travis (1991), este autor observou que os estudantes de menor idade eran os que con máis frecuencia construían explicacións baseadas en modelos nos que se obviaba o principio do conservación. Polo que atinxe ás transform acións químicas na materia, m ediante unha revisión dos traballos publicados con anteriorid ade á década dos 90 nos que se aborda a interpretación das reaccións químicas, Andersson (1990) clasificou a forma de pensar do alum nado en cinco modelos explicativos. O marco con ceptual proposto por este autor inclúe os seguintes modelos so bre as transf ormacións químicas: desaparición de substancias, desprazamento, modificación, transmutación e interacción quím ica. Desde un punto de vista macroscópico, Andersson (1990) describe o cambio quím ico como desprazamento cando se considera que as substancias aparecen o u desaparecen porque foron desprazadas desde ou cara outra localización. A reacción quím ica concibida como unha modificació n supón que as substancias se conservan, véndose alternadas unicamente as súas propiedades físicas. A reacción química entendida como unha transmutación supón transform acións nas que unhas substancias se transforman noutras diferentes se n conservarse a identidade dos elementos a nivel m icroscópico, ou ben transm utacións de materia en enerxía (Andersson, 1990). Queda cl aro que se ben o modelo de interacción química é o único que se presenta no contexto educativo, o alumnado emprega outros m odelos alte rnativos ao modelo da ciencia da ciencia escolar que se basean nas características perceptibles dos fenómenos naturais (Vázquez & García-Rodeja, 2005). No dominio conceptual relati vo ao fenómeno de com bustión, ademais dos traballos de BouJaoude (1991), G abel et al. (2001) ou Prieto et al. (1992), atopamos outros estudos como o de Méheut et al. (1985). Estes autores suxiren que os modelos que o alum nado activa para interpreta r este fenóm eno difiren dependendo do material combustible. Méheut et al. (1985) ob servaron com o os estudantes (11- 12 anos) activaban un m odelo de modificación para explicar a combustión de m ateriais como a cera ou os metais, dos que din que se Capítulo 2. Marco teórico 103 funden ou evaporan e, sen embargo, ao referirse a outros m ateriais como a m adeira, o cartón ou o papel empregaban un modelo de transmutación ou desaparición ao sinalar que se queim an transformándose noutras substancias ou en nada. Furió e Furió (2000) obtiveron resultados semellantes ao pedir a 33 estudantes de Maxisterio que interpretasen a co mbustión dunha lám i na de magnesio. Estes autores atoparon que as respostas do alumnado estaban condicionadas polos aspectos obs ervables do fenóm eno nos que depositaran a súa atención. De fi xarse unicamente no sólido inicial (magnesio) e no sólido final (óxido de m agnesio), os estudantes activaban un modelo de m odifi cación ao incorporar nas súas explicacións a idea de que se tiña o mesmo m agnesio que ao comezo habendo cambiando unicamente de cor e aspecto (Furió & Furió, 2000). En cambio, se a esta apreciación do cambio de aspecto do sólido se engadía a chama e a form ación de fume, o alum nado describía a reacción química en term os de desprazamento ou transmutación. En relación tamén co fenóm e no de combustión, outros autores como Prieto et al. (2002) suxerir on empregar mapas de dom i nio para estudar como progresa a com prensi ón dos estudantes arredor destas reaccións. Ditos mapas de dom inio incorporaban as dimensións que inflúen na progresión de aprendiza xe do concepto de combustión, entre as que figuraban o papel do osíxeno ou a conservación da masa. Seguindo a idea dos mapas de dom i nio, Castillejo et al. (2005) elaboraron para cada par ticipante (13-18 anos) no seu estudo, un perfil conceptual integrado polos dous m odelos para a interpretación do fenómeno de com bustión que empregab an con m áis frecuencia. Estes autores suxiren que a medida que au menta a idade dos participan tes e o nivel de instru ción, son m enos frecuentes os perfís conceptuais integrados polos m odelos de modificación ou transm utación a favor doutros modelos m áis próximos ao da ciencia escolar. 3 METODOLOXÍA 3.1 I NTRODUCIÓN Neste capítulo abórdase a metodoloxí a em pregada nesta investigación, que se enmarca nos estudos cualitativos. Seleccionouse este tipo de metodoloxía dado que reúne as carac terísticas precisas para dar resposta ao obxectivo central desta te se, isto é, analizar o desem peño das competencias de modelizació n e uso de probas por parte dos estudantes en fenómeno s relacionados coa transform ación da materia. Este capítulo divídese en catro apartados. No primeiro descríbese o marco m etodolóxico que guía esta tese, que abrangue as características da invest igación cualitativa e as estratexias dispoñibles para outorgar validez aos estudo s cualitativos. O segundo apartado xira arredor dos estudos de corte tran sversal e os estudos de casos. En terceiro lugar faise referenc ia ao s cuestionarios, ás entrevistas, á observación e aos grupos de discusión como procedem entos para a recollida de datos. En cuarto luga r abórdase a análise do discurso como ferram enta para a análise de datos, e no últim o apartado faise unha breve referencia ás consideraci óns éticas e legais a ter en conta naqueles estudos que involucran a persoas. 3.2 M ETODOLOX ÍA CUALITATIVA Durante os últimos anos produciu se un importante increm ento no emprego de m etodoloxías de inves tigación cualitativas no ámbito socioeducativo. De acordo con Denzin e Lincoln (1994), a investigación cualitativa implica unha aproxim ación interpretativa e naturalista ao seu obxectivo, a través da observación participativa dos investigadores, os cales estuda n os fenómenos inm ersos no seu escenario natural, intentando dar lles sentido ou interpretalos segundo os significados que as persoas ll es outorgan. Esta definición suxire que a investigación cualitativa posúe as seguintes características (Creswell, 2007): V ANESSA S ESTO V ARELA 106  Os investigadores cualitativos interactúan cos suxeitos dun xeito natural e non in trusivo, observando o seu comportam ento e as súas accións no propio con texto en que se desenvolve o problema ou o fenómeno de interese.  A análise de datos tende a ser de tipo indutivo, xa que os investigadores cualitativos tenden a desenvolver conceptos a partir dos datos, en lugar de empregar os datos para avaliar modelos ou teorías previamente establecidas.  Todo o proceso de investigación se centra en comprender os significados que os particip antes outorgan ao problema ou fenómeno de interese.  Os investigadores contemplan o fenómeno baixo unha visión holística coa intención de de senvolver unha imaxe complexa do problema baixo estudo, identificando as múltiples perspectivas e factores que poden influír. Para Maxwell (1996) a invest igación cualitativa pode ser empregada para cinco finalidad es distintas: (1) comprender o s significados que os suxeitos dan ás súas accións, vida e experiencias, e aos sucesos e situacións nos que participan; (2) comprender un contexto particu lar no que os participante s actúan e a influ encia que ese contexto exerce sob re a súas accións; (3) identificar fenóm enos e influencias non previstas, e xerar novas teorías fundamentadas neles; (4) comprender os procesos polos cales os sucesos e as accións teñen lugar; e (5) desenvolver explicacións causais vá lidas analizando como determinados sucesos inf lúen sobre outros, comprendendo os procesos causais de forma local, contex tual e situada. Esta tese enm árcase fundamentalmente na prim eira das finalidades que Maxwell (1996) adscribe aos estudos cualitati vos, pois o seu pr incipal obxectivo consiste en comprender o m odo en que os participantes interpretan distintos fenómenos nos que a m ateria se transforma. 3.2.1 Tipos de investigación cualitativa Dentro da investigación cual itativa distínguese unha gran variedade de perspectivas teóricas. Esta riqueza evidencia a complexidade e o alcance cualitati vo na abordaxe da investigación Capítulo 3. Metodoloxía 107 socioeducativa (Sandín, 2003). Non obstante, Mason (1996) destaca que todas estas perspectivas posúen tres elementos com úns: (a) están fundamentadas nunha posición filosófica que é amplamente interpretativa no senso de que presta atención ás formas nas que o mundo social é interpretado, comprendido, experimentado e producido; (b) está baseada en métodos de xeración de datos flexibles e sensibles ao contexto social no que se producen; e (c ) están sostidas por métodos de análise que abarcan a comprensión da com plexidade, o detalle e o contexto. Táboa 3.1. Clasificación das distintas te ndencias en i nvestigación cualitativa (elaboración propia, a partir de Creswell, 2007, e Sandín, 2003) A utores Enfoque cualitativo Disciplina/Campo Jacob (1987) Psicoloxía ecolóxica Etnografía holística Antropoloxía cognitiva Etnografía da comunicación Interaccionismo simbólico Educación Strauss & Corbin (1990) Teoría fundamentada Etnografía Fenomenoloxía Análise conversacional Ciencias sociais Denzin & Lincoln (1994) Estudos de caso s Etnografía Fenomenoloxía Etnometodolox ía Prácticas interpretativas Teoría fundamentada Biografía/Historias Investigación clínica Ciencias sociais Creswell (2007) Investigació n narrativa Fenomenoloxía Teoría fundamentada Etnografía Estudos de caso Ciencias sociais No ámbito educativo, Jacob (1987) foi un dos primeiros en categorizar a investigaci ón cualitativa nun conxunto de tradicións tales como a psicoloxía ecolóxica, a et nografía holística, a antropoloxía cognitiva, a etnografía da co municación e o interaccionismo simbólico. Nesta tese, a descrición da tipoloxía de est udos cualitativos centrarase na clasificación pr oposta por Creswell (2007), quen V ANESSA S ESTO V ARELA 114 Pola súa banda, os estudos transversais implican efectuar medicións de diferentes grupos ou individuos durante un mom ento determinado (Martínez-González, 2007). Noutras palabras, a investigación de corte transver sal compara diferentes grupos (G 1 , G 2 , G 3 ,...., G n ) observados (O 1 ) nun único momento, mentres que a investigación de corte lonxitudinal fai un seguimento dun m esmo grupo (G 1 ) en varios mom entos (O 1 , O 2 , O 3 ,..., O n ). Figura 3.1. Tipos de estudos de desenv olvemento (elaboración propia, a partir de Cohen et al., 2000) Os estudos lonxitudinais cons titúen un enfoque metodolóxico máis efectivo que os estudos tr ansversais cando o interese da investigación reside en establecer relacións de tipo causal ou facer un seguimento dos cam bios observados ao longo do tempo (Cohen et al., 2000). Nos estudos de corte transver sal están involucrados distintos suxeitos que posúen diferentes car acterísticas persoais, sociais e culturais, de maneira que os datos poden non ser com parables. Non obstante, os estudos lonxitudinais enfróntanse ao problem a de ser pouco prácticos, ademais de requiri r dunha financiación considerable, xa que poden implicar longos períodos de tempo. Por outra banda, existe o risco de mortalidade da m o stra, é dicir, durante os estudos a longo prazo existe unha maior proba bilidade de que os suxeitos abandonen o estudo, sendo posibl e que os participantes que Capítulo 3. Metodoloxía 115 permanecen no m esmo non sexan tan representativos da poboación de interese como o era a m ostra orixinal (Cohen et al., 2000). Dada a inviabilidade temporal que im plica facer un seguimento dun mesmo grupo de estudantes desde a prim eira infancia ata o fin da escolarización obrigatoria, a estrat exia m etodolóxica empregada nesta tese enmárcase nos estudos transversais. O obxectivo central da investigación é descri bir a comprensión que varios grupos de estudantes pertencentes a diferent es niveis educativos (Educación Infantil, Educación Prim aria e E ducación Secundaria Obrigatoria) posúen acerca de fenómenos nos que a materia se transform a. 3.4 P ARTICIPANTES E RECOLLID A DE DATOS Nesta investigación a recollida de d atos efectuouse ao longo de tres cursos académicos corresponde ntes ao período 2015-2017. Dado que se trata dun estudo transversal, os participantes son alumnas e alumnos que cursan estudos desd e a Educación Infantil ata a Educación Secundaria Obrigatoria. As í, entre os participantes desta investigación atópase alumnado de tr es niveis educativos diferentes: último curso do segundo ciclo da Educación Infantil (5 a 6 anos), que se corresponde co curso previo ao in icio da escolari zación obrigatoria en España; sexto curso da Educación Primaria (11 a 12 anos); e cuarto curso da Educación Secundaria Obrigatoria (ESO ) en España (15 a 16 anos). Entre os particip antes tamé n se atop an estudantes suecos do noveno grao, último curso da escola rización obrigatoria en Suecia e equivalente ao último curso da esco larización obrigatoria no sistema educativo español. Neste punto cómpre mencionar que, m alia que as mostras de estudo son accidentais no sentido de que están conformadas por aqueles estudantes aos que se tivo acceso, esta diversidade nos grupos seleccionados pertencentes a di ferentes etapas educativas atende á necesidade de dar resposta a un dos obxectivos de investigación desta tese. A través do Obxectivo 3 (O3) desta tese perséguese comp arar as explicacións e os modelos que activan os participantes das etap as pre-obrigatoria (Educación In fantil) e obrigatorias (Educación Primaria e E ducación Secundaria Obrigatoria) do sistema educativo español ao in terpretar cambios quím icos cotiáns V ANESSA S ESTO V ARELA 116 para coñecer como progresan estas ideas e modelos ao longo da educación form al. Por outra banda, en relación aos procedementos e instrum entos empregados para a reco llida de datos, nesta invest igación recorreuse á observación, aos cuestionarios de preguntas abertas, aos grupos de discusión e á formulación de pregun tas por parte da investigadora a medida que os participantes ían desenvolvendo as tarefas propostas. A continuación recóllese unha breve descrición xeral de cada unha das estratexias cualitativas de obtención de datos em píricos citadas anteriormente. Será nos Capítulos 4 e 5 desta tese cando se describan polo miúdo as características de cada grupo de participantes, e se especifiquen as estratexias de obtención de datos em pregadas para cada caso. 3.4.1 Observación A observación é unha técnica de obtención de datos amplam ente utilizada nos estudos antropolóxic os e sociolóxicos. Marshall e Rossman (1989) entenden a obse rvación como “a descrición sistemática de eventos, comporta mentos e artefactos no escenario social elixido para ser estudado” (p. 79). Pódense distinguir diferentes ti pos de observación en función do grao en que o investigador se involucre a si mesm o no fenómeno a observar. A miúdo estab lécese a distinción entre observación participante e non-partic ipante (Cohen et al., 2000). Na observación participante o investig ador inte rvén activam ente no fenómeno que observa, mentres que na observación non-participante o investigador actúa como un espectador do que sucede lim itándose a rexistrar aqueles aspectos de interese de ca ra a cum prir cos fins do estudo. Junker (1960) propuxo unha clasificación alternativa e máis detallad a das posturas que pode adoptar o obs ervador. Deste xeito fálase de “observador completo” cando os part icipantes non son conscientes de que están a ser observados. A postura de “observador com o participante” dáse cando o investigador se integra na situación de interese coa intención de realizar unha mellor observación e producir un entendemento m áis completo da s actividades grupais, pero non é considerado un membro do grupo. Fá lase de “participante como Capítulo 3. Metodoloxía 117 observador” cando o investigador es tablece interaccións coa situación observada, e incluso pode partic ipa r c omo u n me mbr o má is n as actividades que desenvolve o grupo observado. Por últim o, a postura de “participante completo” constitúe unha especie de investigación encuberta e dáse cando o investigador se convirte nun membro do grupo a estudar e oculta aos demais m e mbros do grupo o seu rol de investigador (Kawulich, 2005). Nesta tese adoptouse principalmente a postura de “observador como participante”, se b en cos participantes de Educación Infantil se recorreu ao rol de “participante co m o observador” an te a conveniencia de ser a investigadora q uen executa se as experiencias polo risco que puidesen entrañar para o alumnado de curta idade. Calquera das dúas actividades que se realizaron , consistentes en observar a descomposición térm ica do azucre e a combustión dunha candea ao tapala cun recipiente, supoñían ma nipular fogo co conseguinte risco de queimaduras. Co alum nado de Educación Primaria e Educación Secundaria Obrigatoria, a investig adora e autora desta tese estivo presente na aula durante o desenvo lvemento da intervención, pero a súa única función foi a de esclar ecer aquelas dúbidas que puidesen xurdir ao alumnado con relación ao s aspecto s procedimentais das experiencias, así como fom entar a interacción na au la a través da formulación de preguntas retadoras que perm itisen aos estudantes reflexionar acerca das súas in terpretacións. Co alumnado da Educación Infantil, foi a investigadora quen m anipulou todo o material necesario para desenvolver as actividades ao tempo que estableceu un diálogo cos particip antes durante o cal ía facendo preguntas aos nenos e as nenas coa intención de que expresaran as súas ideas e observacións, seguin do unha estratexia semellante á desenvolta noutros traballos (Cal o, García-Rodeja & Sesto, 2021). Por outra parte, para rexistrar as observacións empregáronse dous instrumentos, as gravacións en audio e vídeo das sesións e as notas de campo da investigadora. A vide ogravación foi necesaria para identificar de maneira inequívoc a a cada participante durante a intervención, captar as accións e os xestos dos suxeitos, e coñecer en profundidade as relacións sociai s que se estableceron entre os integrantes de cada grupo. V ANESSA S ESTO V ARELA 118 3.4.2 Cuestionarios Un cuestionario é un instrume nto estandarizado am plamente utilizado na investigación social para a obtención de datos. Está formado por un conxunto de preguntas que se aplican a unha mostra de suxeitos nunha orde determin ada para recolle r información estruturada acerca da m esma, se ndo sometidas posteriorm ente as respostas dos participantes a un tra tamento cuantitativo e agregado co fin de describir a poboación baix o estudo ou contrastar algunhas relacións entre variables de interese (Meneses, 2016). Fundamentalmente, distínguense dous tipos de preguntas segundo as opcións de resposta que teña o enquisado. Dise que as preguntas son pechadas cando constan de ca tegorías ou opcións de resposta delimitadas previam ente, de xeito qu e os participantes deben acoutar as súas respostas ás posibilidades q ue o mesmo cuestionario ofrece. En cambio, as preguntas abertas non delim itan previamente as alternativas de resposta (Herná ndez-Sampieri, F ernández-Collado & Baptista-Lucio, 1998). As preguntas pechadas contan coa vantaxe de que son máis fáciles de codificar e analizar, ao tem po que requiren dun menor esforzo por parte dos enquisados, dado que estes non teñen que escribir ou verbalizar pensamen tos, senón unicam ente seleccionar a opción que mellor represente a súa resposta. O principal inconveniente das preguntas pechad as reside en que as categorías propostas poden non representar con exactitude o que os suxeitos queren expresar, producíndose unha perda de información que pode ser relevante de cara a investigaci ón. Pola súa parte, as preguntas abertas proporcionan unha información moito m áis ampla e son particularmente útiles cando se desc oñecen as p osibles respostas do s participantes ou cando se desexa afondar no tema baixo estudo (Hernández-Sampieri et al., 1998). Por outra banda, independentemente do tipo de preguntas que se empreguen nos cuestionarios, h ai unha serie de características a ter en conta no momento da súa form ulaci ón. Todas as preguntas han de estar escritas nunha linguaxe clara e facilmente com prensible para os suxeitos enquisados, debendo evitarse a inclusión de te rm os confusos ou que poidan dar lugar a ambigüida des. Tamén resulta aconsellable Capítulo 3. Metodoloxía 119 que as preguntas sexan o máis breves posible p ara ev itar distraccións por parte dos participantes (Her nández-Sampieri et al., 1998). A recollida de datos nesta inve stigación efectuouse mediante cuestionarios de preguntas abertas de señados a partir das experiencias prácticas propostas seguindo unha estratexia didáctica tipo POE (Predicir-Observar-Explicar). Segund o W hite e Gunstone (1992), esta estratexia p ermite m edir a cap acidade do alum nado de aplicar coñecemento a través dunha secu encia de tres etapas. En prim eiro lugar, os estudante s han de emitir predic ións xustificadas acerca do resultado dun determinado fenóm en o. Deste xeito, todo o alumnado se ve comprometido a adop tar unha pos ición decidindo que coñecemento é máis adecuado aplicar. Logo, os es tudantes han de describir o que viron rexistrando as súas observaci óns particulares do acontecido. De acordo con White e Gunstone (1992), hai ocasións nas que diferentes estudantes perciben aspectos distintos nun mesmo fenómeno, de maneira que se as observacións non se anotan no m omento en que se efectúan, existe o risco de que al gúns estudantes muden as súas observacións como resultado de es coitar o que terceiras persoas manifestan haber vis to. Na última etapa da s ecuencia, o alumnado debe conciliar calquera discrepancia entre a súa predición e as súas observacións. 3.4.3 Entrevistas Kvale (2011) entende a entrevista como un intercambio entre dúas ou máis persoas sobre un tem a de interese mutuo que vai máis alá do intercambio espontáneo de ideas , converténdose nun acercam ento baseado no interrogatorio e a escoita co fin de producir coñecemento. Na investigación cualita tiva, a entrevista pode ser em pregada como unha fonte de datos primaria ou be n pode ser utilizada en conxunción con outras técnicas de obtención de datos co fin de afondar nas motivacións e as razóns dos entrevistados para responder da maneira en que o fan, ou para contrastar resultados inesperados permitindo validar outras técnicas (Cohen et al., 2000). Por outra parte, distínguese unha ampla variedade de tipos de entrevista segundo a estrutura que adopten, o propósito co que se desenvolva o intercambio com unicativo ou os supostos V ANESSA S ESTO V ARELA 120 epistemolóxicos nos qu e se basean . Atendendo ao prim eiro destes aspectos, as entrevistas pódense clasificar en estruturadas, semiestruturadas ou non estruturadas . Nas entrevistas estruturadas a persoa que exerce a figura de entrevis tador formula a cada participante unha serie de preguntas preestabl ecidas cun conxunto limitado de categorías de resposta (Fontana & Frey, 1994). Ao aplicarse de maneira ríxida a todos os participantes no estudo, conta coa vantaxe da sistematización a cal facilita a posterior clasificación e análise das respostas. Por contrapartida, tr átase un deseño pouco flexible que carece da posibilidade de adaptaci ón a cada un dos suxeitos que se entrevista (Díaz-Bravo, Torruco -García, Martínez-Hernández & Varela-Ruiz, 2013). As entrevista s semiestruturadas presentan un maior grao de flexibilid ade que as entrevistas estruturadas. Parten de preguntas planificadas con anterioridade, pero que poden ser axustadas aos entrevistados, permiti ndo aclarar term os ou identificar ambigüidades (Díaz-Bravo et al., 2013) . Pola súa banda, as entrevistas non estruturadas proporcionan unha m aior amplitude de recursos en comparación con outro s tipos de entrevista de natureza cualitativa. Permiten coñecer en profundidade a realidade baixo estudo sen impoñer unha categorización previa que poida lim itar o campo da investigación (Font ana & Frey, 1994). As entrevistas constitúen unha t écnica de recollida de información moi valiosa, pero h ai cert os aspecto s a ter en conta neste intercambio comunicativo. Nas entrevistas, como en calquera outra interacción comunicativa, a inform ación que se transm ite é sometida a interpretación en dúas ocasións, e cada unha destas interpretacións ou “traducións” da información pode ser inconsistente (Johnson & Gott, 1996). Noutras palabras, o entrevis tado, que neste caso particular recae na figura do estud ante, pode interpretar de xeito inadecuado as preguntas do entrevistador, un pa pel que neste caso particular corresponde ao investigador. De xe ito análogo, o investigador pode atribuír ás respostas dos estudantes un significado diferente do que os entrevistados pretend en transmitir (ver Figura 3. 2). Capítulo 3. Metodoloxía 121 Figura 3.2. Intercambio comunicativo du rante a entrevista (elaboración propia, a partir de Johnson e Gott, 1996) Existen varias posibilidades para q ue a entrevista se desen volva nun contexto o máis neutral posible. Johnson e Gott (1996) recomendan evitar preg untas ambigu as que dean lugar a distorsións nas respostas dos entrevistados, e qu e na interpretación das respostas o investigador teña en conta o marco de referencia dos entrevistados en lugar de outorgar significado ás re spostas dos participantes desde o seu propio marco de referencia. Po r exemplo, a palabra “queim ar” ou “arder” pode ter diferente signifi cado segundo se interprete desde unha linguaxe cotiá ou desde unha li nguaxe científica. A triangulación constitúe outro mecanis mo para evit ar interpretacións inconsistentes. Johnson e Gott (1996) recomendan em pregan varias técnicas de recollida de datos para estudar un mesmo fenómeno. 3.4.4 Grupos de discusión Gil-Flores (1992) entende o grupo de discusión como unha técnica de recollida de datos de natureza cualitativa qu e ten por finalidade “a produción controlada dun discurso por parte dun grupo de suxeitos que son reunidos, duran te un espazo de tem po limitado, a fin de debater sobre un dete rminado tópico proposto polo investigador” (p. 201). V ANESSA S ESTO V ARELA 122 Recoméndase que os grupos de discusión teñan un tamaño comprendido entre seis e dez in dividuos (Gil-Flores, 1992). Un tamaño excesivo dificultaría a participación d e cada suxeito na discusión, mentres que nos grupos demasiado pequenos existe un maior risco de que non se ch egue a producir un diálogo o suficientemente activo. Hai que te r en conta que o número de canles de comunicación nun grupo aumenta co núm ero de integrantes (Gil- Flores, 1992). Por outra parte, os grupos de discusión pódense clasificar en homoxéneos ou heteroxéneos atendendo á súa composición (Flick, 1998). Dise que un grupo de discusión é homoxéneo cando os m embros son comparables en relación á pregunta de investigación e posúen antecedentes similares. Pola contra, dise que o grupo de di scusión é heteroxéneo cando as características dos integrantes que son relev antes de cara a dar resposta á pregunta de investigación son diferentes. Neste sentido non existe consenso acerca da convenienci a de empregar un tipo de grupo ou outro. Algúns autores suxiren empregar grupos de discusión homoxéneos para evitar, por exem plo, que as discusións grupais sexan dominadas polos estudantes m áis locuaces ou por aqueles q ue teñan un maior rendem ento académico. Outros autores, en cam bio, consideran que recorrer a grupos estritamente hom oxéneos non produciría discurso ou produciría un discurso totalmente redundante (Gil-Flores, 1992). Por outra parte, os grupos de discusión constitúen unha ferramenta especialm ente axeitada para reconstr uír os modelos mentais dos estudan tes acerca dun determinado fenóm eno, xa que aquelas ideas que non son social mente compartidas por parte dos membros do grupo adoitan ser cuestionadas en base ao coñecemento e as probas dispoñibles (Flic k, 1998). Nesta investigación os participantes foron distribuídos en grupo para avaliar en que medida a discusión na aula e a interacción en tre pares facilita a construción e reconstrución de modelos ment ais alternativos acerca das transformacións na m ateria. Capítulo 3. Metodoloxía 123 3.5 A NÁLISE DO DISCU RSO Esta tese enmárcase n os estudos de casos múltiples dad o que o interese reside en realizar unha in vestigación transv ersal que abrangue grupos de estudantes de diferentes cu rsos e sistemas educativos, co fin de comprender com o se desenvolve a comprensión do alumnado arredor da m ateria e as súas transf orm acións en función da idade dos participantes e o currículo vixente. En particular, esta tese componse de catro estudos de casos: alum nado do último curso do segundo ciclo da Educación Infantil (EC1), alum nado do sexto curso da Educación Primaria (E C2), alumnado do cuarto curso da Educación Obrigatoria en España (EC3) e alumnado do noveno grao da escolarización obrigatoria en Suecia (EC4). Nos Capítulos 4 e 5 desta tese afondarase no contexto e nas características particulares de cada grupo de participantes. Dentro de cada estudo de casos e en aras de facilita r a recollida de datos, os estudantes foron agr upados para o desenvolvemento das actividades, sendo nomeado cada grupo cunha letra maiúscula comezando pola prim eira letra do abecedario (ver Táboa 3.2). Foron omitidas as letras J e K por non pertencer ao alfabeto galego, lingua na que está escrita esta tese. Para garantir o anonim ato do alumnado, outorgouse a cada participante un ps eudónimo que com eza pola letra do grupo de traballo ao que pe rtencen, manténdose unicam ente o xénero. Táboa 3.2. Participantes e grupo de traballo de cada estudo de casos Estudos de casos Alumnado participante Grupos EC1 14 estudantes do terceiro curso do segundo ciclo da Educación Infantil (5 a 6 anos) A, B, C EC2 12 estudantes do sexto curso da Educación Primaria (11 a 12 anos) D, E, F EC3 10 estudantes do cuarto curso da Educación Obrigatoria en España (15 a 16 anos) G, H, I EC4 12 estudantes do noveno grao da escolarización obrigatoria en Suecia (15 a 16 anos) L, M, N O feito de que a maior parte dos datos desta tese proceden da interacción com unicativa que se esta bleceu entre os integrantes de cada grupo de traballo e entre os pa rticipantes e a investigadora, f ai 4 EXPLICACIÓNS DO ALUMNADO DE EDUCACIÓN INFANTIL E PRIMARIA ACERCA DE FENÓMENOS NOS QUE A MATERIA SE TRANSFORMA *Algúns resultados deste capítulo xa foron publicados como Sesto a , V., & García-Rodeja b , I. (2021). How do five- to six-year-old children interpret a b urning candle? Education Sciences , 11 (5), 213. https://doi.org/10.3390/e ducsci11050213. ISSN: 2227-7102. a, b Área de Didáctica das Ciencias E xperim entais, Departamento de Didácticas Aplicadas, Facultade de Ciencias da Educació n (Campus Norte), Universidade de Santiago de Com postela, Avenida Xoán XXIII, s/n, 15782, Santiago de Compostela, A Coruña, España. 4.1 I NTRODUCIÓN Neste capítulo preséntanse dous es tudos de casos cuxo obxectivo foi coñecer os tipos de explicacións que varios grupos de nenas e nenos constrúen cando teñen a oportunidade de interpretar fenómenos nos que a materia se transforma. Ambos estudos de casos foron desenvoltos nun Centro Público Integra do (CPI) do interior de Galicia, participando nun caso alum nado de Educación Infantil e noutro, alumnado de Educación Primaria. Nos seguintes apartados especifícase o obxectivo e as preguntas de investigación arredor das cales xira este capítulo, descríbense en maior profundidade os participantes e o contexto de cada estudo de casos, preséntase a metodoloxía adopt ada para a recollida e a análise de datos, e discútense os resultados obtidos. VANESSA SESTO VARELA 132 4.2 M ARCO TEÓRICO Nesta sección preséntase a fundament ación teórica deste capítulo de maneira m áis extensa que a discus ió n incluída no marco teórico xeral da tese. 4.2.1 A importancia de introducir actividades de ciencias nas primeira etapas educativas A aprendizaxe científica nace da curiosidad e por descubrir e comprender os fenóm enos que acontecen ao noso arredor (Cabello, 2011). Baixo esta consideración, cada vez existe un consenso crecente acerca da conveniencia de iniciar a aprendizaxe das ciencias na educación infantil, pois desde idades temp erás as nenas e os nenos manifestan unha curiosidade innata polo seu entorno e gozan buscando unha explicación ao que sucede ao seu arredor (Cañal, 2006). Esta curiosidade intrín seca acerca do entorno natural maniféstase a través da f ormulación de innumerables preguntas acerca dunha ampla variedade de fenóm e nos naturais que cobren as diferentes áreas da ciencia (Trundle, 2015). Este entusiasmo por aprender e descubrir debe ser aproveitado para introducir as actividades de ci encias na primeira infan cia, dado que isto aporta aos nenos varios beneficios entre os que se pode mencionar un im portante desenvolvemento lingüístico e intelectual (French, 2004). Gelman e Brenneman (2004) sosteñen que unha exposición temperá aos contidos científicos contribúe ao desenvolvemento cognitivo das nenas e dos nenos ao dar oportunidades de planificar, pred icir, facer inferencias e enfrontarse a conflitos cognitivos. Ou tros autores como Eshach e Fried (2005) engaden que, entre as principais contribucións da ciencias nos primeiros anos, se atopa a construción de ideas que faciliten a comprensión dos conceptos científicos a abordar en etapas educativas posteriores, o desenvolvemento de de strezas xerais relacionadas co deseño de investigacións, e a xera ción de actitudes positivas cara a ciencia. Para aproveitar todas estas potencialidades da educación c ientífica na primeira infancia e que o ensino das ciencias resulte pertinente, os contidos que se traten han de estar relacionados con feitos p erceptibles Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 133 polos nenos, presentes na súa vida diaria e polos que sintan un certo entusiasmo (García-Carmona, Criado & Cañal, 2014a). Asemade, García-Carmona et al. (2014a) apunta n que as ciencias na educación infantil han de centra rse principalmente nas habilidades propias da labor científica ou na cr eación de hábitos e acti tudes, en lugar de intentar abordar contidos disciplinares específicos. Tal e como sinala o inf o rme ENCIENDE, publicado pola Confederación de Sociedades Cien tíficas de España (COSCE, 2011), para que os nenos e as nenas se sint an atraídos pola ciencia e a vexan como unha ferram enta que lles permite explicar todo aquilo do mundo natural que lles resulta asombroso, as aulas han de constituír lugares de construción de coñecemento. Para conseguir isto, Martí (2012) fai énfase na importancia de incorporar nas aulas estratexias metodolóxicas que perm itan aos nenos participar en actividades de indagación a través das cales po id an adquirir destr ezas propias do traballo científ ico. A aprendizaxe por indagación constitúe un dos enfoques máis apropiados para ap render ciencias ao promover entre outros procesos, a observación, a identificación e formulación de preguntas, o establecemento de hipó teses e a comprobación destas a través do deseño de experimentos (Cañal, García-Carmona & Cruz- Guzmán, 2016). 4.2.2 Tipos de explicacións duran te a infancia e os modelos precursores No ámbito da psicoloxía cognitiva está am plamente aceptada a idea de que os individuos desenvolven e utilizan representacións internas coa finalidade de explicar feitos e fenóm enos do seu entorno natural (Concari, 2001; Jones et al., 2011). Estas representacións ou modelos son producidos grazas á cap acidade qu e ten o ser humano de representar m entalmente a realidade (Martí, 2012). O construto de modelo m ental foi orixinalmente de scrito polo psicólogo Craik (1943), quen sostiña que as persoas posúen na súa mente un modelo a pequena escala que sim ula o modo en que o mundo funciona. Décadas máis tarde, o psicólogo Johnson-Laird (1983) desenvolveu en maior exte nsión a idea de Craik (1943), definindo un m odelo mental como un mecanismo de razoam ento que VANESSA SESTO VARELA 134 permite aos individuos com prender fenómenos e establecer inferencias. No eido do ensino das ci encias, Gilbert (2004) entende un modelo mental com o unha represen tación privada e pe rsoal desenvolta por un individuo coa intención de pr edicir, describir e explicar unha gran variedade de fenómenos naturais. Adem ais da súa natureza xenerativa, os modelos mentais son representacións altam ente dinámicas. De xeito continuado esta blécese unha re lación dialóxica entre o modelo e o fenómeno a m odelar de m a neira que as novas evidencias obtidas da anális e do fenómeno permiten refinar o m odelo existente no referente aos seus elem entos, operacións e relación s, ao tempo que perm ite definir as limitacións do m esmo (Martí, 2012). Desde idades temperás os ne nos e as nenas senten unha necesidade innata de desenvolver re presentacións mentais acerca de fenómenos e conceptos que lles perm itan interpretar o mundo que os rodea (Canedo-Ibarra et al., 2012). Esta re presentacións m entais iniciais, f roito da habilidade dos nenos para representar a realidade, poden ser incompatibles coas teorías e os m odelos da ciencia, constituíndo verdadeiros obstá culos epistem olóxicos para subseguintes aprendizaxes (Kambo uri-Danos, Ravanis, Jam eau & Boilevin, 2019). Non obstante, esta s representacións mentais poden evolucionar cara o que se coñece como modelos precursores. Ravanis (2017) entende os modelos precursores como estruturas cognitivas que se interpoñen entre as represen tacións orixinais dos nenos e os modelos da ciencia escolar e que son construídos en base a certos elementos clave presentes no m odelo científico , de aí que permita n aos nenos xerar predicións e explicacións consistentes co coñecemento científico. Asemade, malia qu e o seu rango de aplicación é limitado e soamente permiten esta blecer relaci óns causais simp les, constitúen a base para construcións cognitivas máis sofisticadas que na ausencia destes modelos precu rsores serían moi difíciles ou imposibles de construír (Canedo-Ibarra et al., 2012; Koliopoulos et al., 2004; Weil-Barais, 2001). Baseándose no enfoque de modelos precursores, nos últim os anos foron publicados varios estudos no s que se aborda a construción destas representacións m entais en nenos de preescolar (e. g. Canedo- Ibarra et al., 2012; Delserieys, Jégou, Boilevin & Ravanis, 2018; Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 135 Kambouri-Danos et al., 2019; Koliopoul os et al., 2004; Lorenzo, Sesto & García-Rodeja, 2018; Ravanis, Koliopoulos & Hadzigeorgiou, 2004; Ravanis, Papandreou, Kampeza & Vellopoulou, 2013). Nunha investigación na que participaron ne nos de 5 a 6 anos, Ravanis et al. (2013) atoparon que as actividades experimentais baseadas nunha estratexia de ensinan za tipo PO E (Predicir-Observar-Explicar) facilitan a construción dun modelo precursor acerca da expansión e contracción térmica dos m etais que permite aos nenos predicir e explicar diferentes fenómenos neste dom inio conceptual. Nesta investigación pediuse ao s cativos (5 a 6 anos) que em itisen predicións e explicasen por que unha esfera de metal que a tem peratura ambiente logra atravesar un aro, cando se quenta non pasa. Estes autores atoparon que as diferencias entre os resultados obtidos ao quentar a esfera e as p redicións iniciais dos partic ipantes provocaron un conf lito cognitivo aos nenos que perm itiu cons truír xeneralizacións ind utivas a partir da experiencia empírica e o diálogo con outros (Ravanis et al., 2013). Koliopoulos et al. (2004) tamé n concluíron que os nenos de preescolar (5 a 6 anos) poden constr uír un modelo precursor sobre o fenómeno de flotación baseado nun c oncepto intuitivo de densidade. Pola súa parte, Ravanis et al. (2004) concluíron que o uso dunha estratexia de ensino sociocognitiva na que o profesorado actúa como facilitador da aprendizaxe fa vorece a construción du n modelo precursor que perm ite aos cativos (5 a 6 anos) explicar os efectos que a fricción entre superficies ten sobre o m ovemento dos corpos. Por outra banda, a idea de modelo precursor está estreitam ente relacionada coa construción de exp licacións. Legare (2014) sinala qu e a caracterización das explicacións do s nenos e nenas acerca do mundo físico proporciona unha información crucial acerca dos m ecanismos que activan para comprender o medio natural, adquirir novos coñecementos e desenvolver unh a aprendizaxe causal. S egundo a teoría de Piaget sobre o desenvolvemento cognitivo, os n enos de preescolar recorren a e xplicacións non naturalistas nos seus relatos dos fenómenos naturais, posto que os límites entre o m undo real e o mental son difusos a idades tem perás (Piaget, 1929). Así, os nenos de curta idade tenden a construír expli cacións nas que se atribú e vida e intencións aos entes inanimados (anim ismo), nas que certos procesos VANESSA SESTO VARELA 136 psicolóxicos como os soños ou os pensamentos teñen existencia real (realismo) ou nas que se supón que todo canto existe ao noso arredor foi creado polo ser humano cun propósito específico (artificialism o). Sen embargo, estudos recentes suxiren que os nenos de preescolar tamén poden construír explicacións de diferentes fenómenos nas que se aprecia unha incipiente co mprensión da causalidade física ( Christidou & Hatzinikita, 2006; Pe terson & French, 2008). Tal e como sinala Martí (2012), a causalidade é un elemento prim itivo no desenvolvemento que emerxe axiña e inflúe na adquisición de coñecemento. O razoam ento infantil tende a incluír nas súas explicacións a interv ención de axentes sobrenaturais com o a maxia, o que suxire que as nenas e os nenos son buscadores de causas, pois se aceptasen a non causalidade non se verían na obriga de apelar con tanta frecuencia a axentes sob ren aturais para explicar aqueles fenómenos para os cales non son quen de identificar as causas (Martí, 2012). Os resultados dun estudo realizado por Hickling e Wellman (2001) con nenos de preescolar sost eñen esta visión. Estes autores observaron que os participantes de menor idade (2 a 3 anos) tam én eran capaces de construír explicac ións causais acerca de fenómenos que involucraban a seres humanos, animais ou obxectos m ateriais, constatándose unha maior incidenc ia deste tipo de explicacións conforme se incrementaba a idad e dos participantes (Hickling & Wellman, 2001). Nun estudo reali zado por C hristidou (2005) con nenos de 5 a 6 anos atopouse que a maioría deles eran quen de construír explicacións causais simp les nas que atribuían a ocorrencia de fenómenos com o a flotación, o magnetismo ou a disolución de solutos en estado sólido a certa s propied ades intrínsecas das substancias ou obxectos involucrado s no proceso. Por exemplo, algúns nenos fixeron referencia a que os obxectos afunden debido ao seu peso ou ao tipo de material do que están feitos (Christidou, 2005). Nunha investigación posterior, Ch ristidou e Hatzinikita (2006) concluíron que os nenos de 5 a 6 anos son quen de dar explicacións naturalistas sobre a nutrición das plantas nas que se incorpora a intervención dun axente externo que promove o cam bio. Por exemplo, os participantes mencionaron que as plantas m edran grazas a que o ser humano as rega. As explicacións de tipo naturalista son racionais e Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 137 considéranse o comezo da causalidade física (Berzonsky, 1971; Christidou, 2005; Christidou & Hatzinikita, 2006; Koliopoulos, Christidou, Symidala & Koutsiouba , 2009). Asem ade, a construción de explicacións naturalistas const itúe un indicador de que os nenos posúen a capacidade de construír representacións mentais que poder ser consideradas como m odelos pr ecursores (Koliopoulos et al., 2009). Outros autores como Saçk es, Flevares e Trundle (2010) caracterizaron a comprensión dun grupo de nenos de preescolar (4 a 6 anos) sobre a formación da chuvia. Estes autores observaron que os nenos de maior idade eran quen de construír explicacións plausibles sobre o fenómeno, referíndose ao feit o de que a auga se almacena en diferentes lugares, como as nubes ou o mar, e que a chuvia simplemente im plica un cambio de localización. 4.2.3 Investigacións previas no eido da materia e as súas transformacións con alumnado de educación infantil e primaria Nos últimos anos fois e xestando un interes e crecente ace rca das concepcións dos nenos de curta id ade sobre os fenómenos naturais. Así, desenvolvéronse varias invest igacións nas que se exploraron as explicacións e as representacións me ntais dos nenos de preescolar en diferentes dominios conceptuai s como a formación da chuvia, a flotación, o crecem ento das plantas, os fenómenos magnéticos, a expansión térmica dos m etais ou a formación de sombras (e. g. Christidou, 2005; Christi dou & Hatzinikita, 2006; Delserieys et al., 2018; Ravanis et al., 2013; Saçkes et al., 2010). Sen embargo, son poucos os traballos orientados a describir as explicacións e as representacións dos nenos de curta id ade arredor da materia e as súas transformacións e a m aior parte deles foron publicados recentemente (e. g. Cruz-Guzmán, García-Carmona & Criado, 2017; Demirba ş & Ertu ğ rul , 2014; Monteira & Jimé nez-Aleixandre, 2019; Samarapungavan et al., 2021; Sesto & García-Rodeja, 2021). Con relación ás transform acións de tipo físico, Cruz-Guzmán et al. (2017) investigac ión o efecto dunha estratexia m etodolóxica baseada na indagación sobre a apren dizaxe dos cambios de estado en nenas e nenos de preescolar (2 a 4 anos). Estes autores observaron unha evolución en destrezas xerais relacionadas coa formulación e VANESSA SESTO VARELA 138 contraste de hipóteses median te a experim entación. Asemade, atoparon que a maioría dos participan tes eran quen de distinguir entre o estado sólido e o estado líquido, sendo capaces de entender que cando o xeo se quenta se converte en auga en estado líquido. Sen embargo, ningún participante chegou a comprender o proceso inverso (Cruz-Guzmán et al, 2017). Analogam ente, os cativos tamén amosaron un m aior entendemento do fenómeno de evaporación, resultando para eles complexo o fenómeno de condensación (Cruz- Guzmán et al., 2017). Este resultado concorda cos obtidos no traballo de Monteira e Jiménez-Aleixandre (2019) no que se exam inaron as explicacións dun grupo de cativos (5 a 6 anos) acerca de cambios de estado en contexto familiares. Es tas autoras tam én atoparon que o fenómeno de evaporación foi recoñecido e interpretado polos nenos con maior facilidade que o fenóm eno de condensación. Os participantes non identificaron a condensación como o proceso inverso, sendo descrito este fenómeno en termos de gotas que se pegan (Monteira & Jiménez-Aleixandre, 2019). Pola súa banda, Bar e Galili (1994 ) compararon as respostas de nenos de diferentes idad es a preguntas sobre o secado da roupa ou a evaporación de auga dun recipiente . Estes autores concluíron que os nenos de menor idade (5 a 7 anos) tenden a interpretar a evaporación de auga como unha desaparición da substancia, mentres que a partir dos sete anos xorde a idea de que a auga é abso rbida pola superf icie do recipiente que a con tén. Outros autores como Tytler e Peterson (2000) tamén exploraron as ideas do s nenos de cinco anos arredor do fenómeno de evaporación. A diferencia de Bar e Galili (1994), estes autores atoparon que a idea de que o líquido non desaparece senón que muda de posición (e. g. absorbi do polas paredes do recipiente, formando parte das nubes...) é accesi ble aos nenos de menor idade, o que revela que o seu pensamen to é m áis complexo do esperado. Asemade, Tytler e Peterson (2000) concluíron que os nenos de preescolar non teñen un modelo mental precursor que lles permita explicar como pode existir a auga baixo unha aparencia non perceptible no aire. A diferencia dos nenos e nenas de preescolar, as representacións do alumnado de prim aria acerca da materia e a súas transfo rmacións Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 139 están máis docum entadas na litera tura. En relación á estrutura da materia, Martí (2012) sinala qu e un elemento característico do razoamento durante a n enez fai refe rencia a unha vi sión continua e estática da materia. Neste sentido, nunha investigación con estudantes de 7 a 8 anos, Acher et al. (2007 ) atoparon que inicialmente os participantes manifestaban unha visión continua da m ateria condicionada pola aparencia física dos sistemas m ateriais. Non obstante, no momento en que os cativos recibiron inform ación acerca da existencia de partículas micr oscópicas, a visión dos participantes evolucionou cara un modelo granul ar segundo o cal a materia está feita de pequenas pezas do propio sistema material (Ach er et al., 2007). En relación tamén a estrut ura da materia, Özmen (2011) concluíu que os nenos (12 a 13 an os) non entenden a existencia de baleiro entre as partículas que conforman a materia, incorporando entre elas outros sistemas materi ais com o o aire. Con respecto á conservación da materia, Hesse e Anderson (1992) atoparon que os nenos de 11 anos consideraban que a materia non se conserva naquelas reaccións nas que se liberan gases. En relación aos cambios físi cos, Ahtee e Varjola (1998) concluíron que unha concepción a lternativa xeneralizada entre os nenos (12 a 14 anos) é considerar as disolucións m ediante solvatación ou dispersión e os cambios de estado com o reaccións químicas. Convén aclarar que durante un cambio físico a substancia segue a ser a mesma, mentres que durante un cam bio químico se produce unha ruptura e formación de novos enlaces entre os áto mos, de maneira que as substancias iniciais se transf orman noutras substancias diferentes. Prain et al. (2009) atoparon que os nenos de 11 anos describían a condensación do vapor de auga como unha transmutación de frío en auga líquida ou como unha fuga de auga. Con relación aos sistemas m a teriais e a súa clasificación, Martínez-Losada, García-Barros e Rivadulla (2009) atoparon que os participantes do seu estudo, entre os que figuraban estudantes do sexto curso da Educación Prim aria en España (11 a 12 anos), tiñan dificultades para distinguir entr e substancias puras e m esturas, amosando unha idea m oi reducionista de mestura ao recoñecer como tales aqueles sistemas m ateriais no s que de maneira visual se podían VANESSA SESTO VARELA 242 azucre, se conserva, véndose unicame nte alteradas certas propiedades físicas como o estado de agregaci ón que pasaría de sólido a líquido, e a cor. Na quenda de fala 22 interv én outro alum no, Diego, quen ofrece respaldo á predición que fai referenc ia a que o azucre se derrete. Cadro 4.64. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de predición do grupo D. Quenda Transcrición Análise do discurso 4 [Daniel]: Ah:: Que se derrite e se volve marrón. Emite unha predición. 6 [Investigadora]: E por que? Todo o que poñedes tedes que explicar po r que. Solicita unha explicación. 7 [Diego]: Porque:: A ver, es como si me dices por que las cosas caen p a’ bajo y no pa’ riba ((risas)). Expresa incapacidade de xustificar a predición. 11 [Investigadora]: Todo pasa por algo, pero tedes que busc arlle unha explicació n. Insta aos participantes a xustificar as súas predicións. 19 [Damián]: Que pensas que pa sará cando o azucre contido/ Le a primeira pregunta do cuestionario. 22 [Diego]: Se va a derretir. Emite unha predición. 23 [Darío]: Ala, y a hice la predicción. Le puse una frase solo . ¿Puedo jugar con el mechero? Dá por concluída a fase de predición. En relación aos datos procedentes dos cuestionarios, todos os participantes predín que o azucre se derrete. Aparte do cambio de estado, un alumno, Daniel, fai refere ncia a que o azucre vai adquirir unha cor marrón e se volve m áis denso porque condensa 13 (ver Figura 4.15). 13 Desde o punto de v ista científico, por densidade entén dese aquela magnitude física que mid e a cantidade de masa que h ai nun determinado volume, mentres qu e a condensación constitúe un cambio no es tado de agregación da materia que se atopa en estado gasoso e pasa a estado líquido . A densidade dos ga ses é menor que a densidade do s líquidos, de maneira que o proceso de co ndensación lev a aparellado un aumento de densidade. Non obstante, a sacarosa non condensa ao subministrarlle enerxía en forma de ca lor, senón que a calor desencadea na sacarosa un proceso d e descompos ición térmica que dá lugar á formación de carbono e vapor de auga. Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 243 Que pensas que pasará cando o azucre contido nun tubo de ensaio se quenta? Que se fara líquido e se volverá marrón caramelo por o calor volvese mais denso e dicir que se produce condensación. Figura 4.15. Reposta escrita de Daniel durante a fase de predición En relación a como xustifican os participantes as predicións que inclúen no cuestionario, un alumno, Diego, proporciona unha resposta redundante ao sinalar que “o azucre é sólido e como calquera outro sólido, derrétese”. Outro alumno, Darí o, fai referencia a que o azucre se derrete porque está tan quente que se evapora (ver Figura 4.16). A explicación que dá este alumno da pr edición pódese clasificar com o de tipo naturalis ta con intervención d un axente, neste caso a calor, que desencadea o cambio. Por outra banda , esta reposta suxire que este alumno emprega o termo “evaporar”, que se refire ao cambio de estado da materia que se atopa en estado líquido e pasa a estado gasoso, para nomear o cam bio de es tado de estado de sólido a líquido. Que pensas que pasará cand o o azucre contido nun tubo de ensaio se quenta? Que o azúcar derritiríase. Escribe as razóns polas que pensas que sucede o que anotaches no apartado anterior. Que o azúcar ao estar tan quente evapórase. Figura 4.16. Reposta escrita de Darío durante a fase de predición Observación O segundo episodio deste evento abrangue das quendas de fala 40 a 132. Durante dito episodio a inves tigadora desenvolve a experiencia ao tempo que os estudantes observan os cambios que sofre o azucre ao quentalo. As quendas de fala 41 a 66 constitúen intervencións pouco relevantes de cara aos obxectivos da investigación. Durante este fragmento da discusión os estuda ntes fixeron uso do material que tiñan enriba da mesa e com ezaron a quentar o azucre por iniciativa VANESSA SESTO VARELA 244 propia, sen agardar polas instrucións da investigadora. En relación co chisqueiro de alcohol que tiñan que utilizar para quentar o azucre, os participantes discutiron acerca da natureza da substancia co mbustible que contiña o chisqueiro. Por ex emplo, un alumno, Daniel, estaba convencido de que dentro do chisqueiro había aceite, polo que a investigadora tivo que aclarar que se trataba de alcohol. Asemade, os participantes tamén falaron sobre o proceso de fabricación do vidro. Nas quendas de fala 67 a 70 do Cadro 4.65 os participantes dan conta das primeiras observacións. Na quenda de fala 67 prodúcese a intervención dun alumno, Darío, quen fai referencia a que o azucre se puxo de cor amarela. Na seguinte quenda de fala intervén outro alumno, Daniel, anticipándose ao de senlace do fenóm eno ao sinalar que aínda se vai escurecer máis ata volverse m arrón. Cadro 4.65. Fragmento da discusión [1] durant e o episodio de observación do grupo D Quenda Transcrición Análise do discurso 67 [Darío]: ¡Ostras! Es amarillo ((a mestura comeza a cambiar de cor)). Realiza observacións. 68 [Daniel]: No, no es amarillo. Se va a volver u n poco más marrón creo . Anticípase ao desenlace do fenómeno. 69 [Darío]: ¡Sí:: está amarillo! Realiza observacións. 70 [Daniel]: Más marrón creo. ¡Ves::! ¡Se está amarronando por aquí abajo! ¿Qué piensas? ¿Qué so y tonto? Realiza observacións. 76 [Darío]: ¡Se está queman do! Considera a cor da mestura unha evidencia de que o azucre se está queimando. 77 [Daniel]: Obviamente:: ¡Ves cómo se vuelve más m arrón! Realiza observacións. 78 [Diego]: Pero eso es naranja. Realiza observacións. 79 [Darío]: ¡Eso es naranja! Realiza observacións. 80 [Diego]: No sé si eres daltónico pero:: es naranja. Realiza observacións. 81 [Darío]: ¡Está líquido! ¡Hace burbujas! ¡Qué divertido esto ! Realiza observacións. Na quenda de fala 76 do Cadro 4.65 intervén Darío para mencionar que o azucre se está queimando. Semella que o alumno considera a cor escura que va i adquirindo a mestura com o unha evidencia de que se está a producir unha combustión. A apreciación deste alumno non é axeitada desde o punto de vista da ciencia xa que Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 245 o azucre sofre unha transformación quí mica, pero esta transform ación non constitúe unha combustión senón unha descomposición térm ica. Na quenda de fala 77 obsérvase como Daniel apoia esta inte rpretación baseada na idea de combustión. Na que nda de fala 81 as observacións de Darío van máis alá da cor que adquire o sistema material, e fai referencia por primeira vez á form ación de burbullas. Na quenda de fala 97 que se recolle no Cadro 4.66 obsérvase como Darío suxire que o azucre se está oxidando pola semellanza que existe entre a coloración que adquire a m estura e certos metais com o o ferro ao estar en contacto co os íxeno un certo tem po. A explicación deste alumno pode ser clasificada como sintética, pois se ben o azucre sofre unha transformación de tipo químico, non se trata dunha reacción de oxidación-redución senó n dunha descom posición térmica. Na quenda de fala 98 intervén Dani el para rexeitar a inte rpretación baseada na oxidación do azucre. Cadro 4.66. Fragmento da discusión [2] durante o episodio de observación do grupo D Quenda Transcrición Análise do discurso 95 [Damián]: Está de color naran ja. Realiza observacións. 96 [Diego]: Está naranja. Realiza observacións. 97 [Darío]: Porque eso es oxid ado. Explicación sintética. 98 [Daniel]: Ti si que estás oxidado. Vaise oxidar co calor! Oponse á explicación do compañeiro. Nas quendas de fala 111 a 112 que se recollen no Cadro 4.67, dous alumnos, Darío e Diego, observa n a aparición de gotas de auga no interior do tubo de ensaio, e na quenda de fala 117 Darío volve mencionar a form ación de burbullas no seo da mestura. Na quenda de fala 122 obsérvase como a aparición de burbullas suxire a este alum no que a mestura contida no t ubo de ensaio está a ferver 14 . Sen embargo, a aparición de burbullas neste caso dé bese ao vapor de auga que se 14 Desde o punto de vista da ciencia, por ebulici ón enténdese aquela transformación física da materia que impl ica a transición do estado líquido ao estado gasoso a unha temperatura determinad a, afectado a toda a masa do líquido e manifestándose a través da formación de burbullas que conteñen no seu interior vapor. Dise que unha substancia ferve ca ndo se acada a temperatura de ebulición iniciándose este proceso físico. VANESSA SESTO VARELA 246 obtén como produto da descomposición térm ica da sacarosa, non sendo o resultado dunha transformación física. Cadro 4.67. Fragmento da discusión [3] durant e o episodio de observación do grupo D Quenda Transcrición Análise do discurso 111 [Darío]: Se empaña el tubo. Realiza observacións. 112 [Diego]: Es verdad. Se empañ a el tubo. Comparte as observacións. 117 [Darío]: Va subiendo, ¡Hay aros::! Mira, mira, burbujas . Realiza observacións. 119 [Daniel]: Cantos anos ? Solicita esclarecemento. 120 [Damián]: Aros::! Aclara a observación. 121 [Daniel]: Tecnicamente non son aros, son burbujitas. C orrixe o termo utilizado para describir a observación de burbullas. 122 [Darío]: ¡Va s ubiendo! ¡Está fervendo! Realiza observacións. 123 [Diego]: Está f ervendo ? Solicita esclarecemento 124 [Darío]: ¡Parec e Coca-Cola! Compara a mestura cun refresco de cola. 125 [Diego]: ¡Es verdad::! ¡Parece Coca- Cola! ((risas)). Compara a mestura cun refresco de cola. 126 [Daniel]: Vedes como se volví a marrón! Confirma a súa predición. 127 [Darío]: Eso es oxidado más que marrón. Retoma a idea de que o azucre se oxida. 128 [Daniel]: Ti si que estás oxidado:: Rexeita a idea de que o azucre se oxida. Por outra banda, nas quendas de fala 124 e 125 do Cadro 4.67, novamente estes dous estudantes, Darío e Diego, establecen que a mestura contida no tubo de ensaio se parece a unha bebida de cola en base ás burbullas que se forman e á cor ennegrecida que adquire a mestura. Pola súa parte, na quenda de fala 127 obsérvase como Darío volve suxerir que o azucre se oxidou. En relación aos cuestionarios, tres participan tes (Daniel, Damián, Darío) fan referencia nas súas respostas escritas a que o azucre se derrete e cambiar de cor. Asemade, Daniel engade que o azucre se transformou en caram elo (ver Figura 4.17). Supoñendo que este alumno entenda o caram elo como unha substancia diferente ao azucre, a interpretación que inclúe na descrición das observacións pode clasificarse como sintét ica ao intuírse unha idea incipiente de reacción química segundo a cal unha substancia (o azucre) se transforma noutra substancia distin ta (o caram elo), sen conservarse a identidade atóm ica Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 247 desde un esquema de interpretación microscópico. Esta resposta é comparable ao m odelo de tran smutación proposto por Andersson (1990) para a interpretación dos cambios químicos na materia. Pola súa banda, Darío engade como observación que se produce embazamento no tubo de ensaio. Anota o que suced eu. Sucedeu que se quento u e co calor e cambio de color derriteuse e agora e caramelo. Figura 4.17. Resposta escrita de Daniel durante a fase de observación A resposta escrita que máis dive rxe respecto das respostas dos compañeiros é a dada por Diego. Este estudante inclúe como observación que o azucre se eva porou. Contrastando estes datos coa explicación que posteriormente constrúe acerca do fenóm eno, podemos concluír que este al umno considera que o azucre experimenta dous cambios de es tado consecutivos. Segundo este alumno, o azucre en primeira instan cia derreteríase pasando de estado sólido a líquido, para logo evaporarse. Explicación No terceiro e ú ltimo episodio deste evento, comprendido polas quendas de fala 133 a 16 0, ten lugar a construció n de explicacións por parte do alumnado. Neste episodio os pa rticipantes tamén se resistiron a discutir a interpretación do fenómeno de xeito espóntano. Por esta razón, a interacción social tívose que ver fomentada de novo m ediante a intervención da inve stigadora quen anim ou aos participantes a expresar as súas ideas. Cando a inve stigadora pide aos estudantes que expliquen o fenómeno observado, na quenda de fala 141 que se recolle no Cadro 4.68 intervén Darío para si nalar que o azucre pasou a estado líquido porque se derreteu. A e xplicación deste alumno pódese clasificar c omo naturalista de tipo axentiv o ao incorporar a intervención dun axente externo, neste caso a calor, como causa que desencadea o cambio. VANESSA SESTO VARELA 248 Cadro 4.68. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de explicación do grupo D Quenda Transcrición Análise do discurso 140 [Investigadora]: Vale, e despois como explicaches todo eso? Solicita explicación. 141 [Darío]: O azucre:: o azucre convírtese en líquido por que se derrite. Cando se derrite o azucre o t ubo emp áñase. Explicación natu r alista con intervención dun axente. 142 [Investigadora]: Vale, e ti cres que eso seguiría sendo azúcar? Pensas que seguiría sendo azúcar? Solicita esclarecemento. 143 [Daniel]: É caramelo. Explicación sintética. 144 [Darío]: A zúcar de rretido. Explicación naturalista con intervención dun axente. Coa intención de coñecer en que medida os estu dantes interpretaron a transform ación co mo un cambio químico, na quenda de fala 142 do Cadro 4.68 a investig adora pregunta aos participantes se o contido do tubo de ensaio segue a ser azucre. Na quenda de fala 143 intervén Daniel para sinalar que se trata de caramelo. Esta explicación pode ser clasif icada como sintética, ao m anifestar unha idea incipiente de reacción química ao considerar que se produciu a transformación dunha substancia (o azucre) noutra distinta (o caramelo). Asem ade, a interpretación deste alumno resulta co mparable ao modelo de transm utación de Ande rsson (1990) ao considerar que unha substancia se transforma noutra sen conservase os átomos desde un esquema de interpretación m icr oscópico. Na quenda de fala 144 prodúcese a intervención de Darío quen considera qu e a substancia segue a ser azucre, pero derretido. Esta explicac ión pódese clasificar como naturalista con intervención dun axente externo (a calor) que desencadea o cambio. Asem ade, esta resposta é comparable ao m odelo de modificación proposto por Ander sson (1990) para a interpretación dos cambios quím icos. Segundo este modelo, a substancia é a mesma pero cambian algunhas propiedades físicas com o a cor ou o estado de agregación. En relación aos datos proceden tes dos cuestionarios, obsérvase como un alumno, Darío, considera qu e o embazam ento que se produce sobre as paredes do tubo de ensa io procede da co ndensación do azucre (ver Figura 4.18). A interpretación dada por este alumno encádrase no modelo de modificación de Anders son (1990), xa que considera que o Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 249 azucre experimenta diferentes cam bios de estado, pero segue a ser a mesma substancia. Explica como se foses un científico o que sucedeu. O azúcre convírtese en líqu ido porque se derrite. Pola condesación do azúcre o tubo empáñase. Figura 4.18. Resposta escrita de Darío durante a fase de explicación Outro alumno, Diego, tamén contempla na súa resposta escrita varios cambios de estado para o az ucre, ao m encionar que se derrete e que a continuación se evapora. Segundo esta interpretación, en primeira instancia o azucre pasarí a de estado sólido a líquido, para seguidamente converterse en vapor (ver Figura 4.19). Explica como se foses un científico o que sucedeu. O azucre derritouse e logo evaporouse. Figura 4.19. Resposta escrita de Di ego durante a fase de explicación Pola súa banda, Daniel fai referenc ia na súa resposta escrita a que o azucre se converte en caramelo, mentres que Damián non constrúe ningunha explicación acerca do fe nómeno, lim itándose a describir o sucedido. 4.5.5.5 Descomposición térm ica do azucre: Análise do discurso do grupo E (EC2) A análise do discurso divídese en tres episodios en virtude da estratexia POE (White & Gunstone , 1992) adoptada para a toma de datos. O primeiro episodio deste evento, constituído polas intervencións nas que o alum nado formula predicións acerca do que sucederá ao quentar azucr e, comprende as quendas de fala 1 a 91. O segundo episodio, no que os participantes se dispoñen a observar o fenómeno, com prende as quendas de fala 92 a 130. O terceiro episodio, constituído polas inte rvencións nas que o alumnado constrúe explicacións acerca do fenómeno tratando de conciliar as VANESSA SESTO VARELA 250 discrepancias existentes entre a pr edición e a observación, abrangue as quendas de fala 131 a 152. Predición Nas quendas de fala 1 a 21 que se recollen no Cadro 4.69 obsérvase a construción de predició ns por parte de dous estudantes. Cadro 4.69. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de predición do grupo E Quenda Transcrición Análise do discurso 1 [Investigadora]: Entonces ahor a pensades que teño azúc ar solo e o quento . Que lle pasaría? Solicita predicións. 2 [Eduardo]: Que se convierte en car amelo. Emite unha predición. 3 [Eva]: Q ue se derrite. Emite unha predición. 5 [Eduardo]: Se derrite y se conviert e en caramelo. Emite unha predición. 6 [Eva]: Que pensas que pasará cando o azucre contido nun tubo de ensaio se quenta? ((lendo a pr imeira pregunta do cuestionario)). Le a primeira pregunta do cuestionario. 7 [Eduardo]: Que se va a conver tir en caramelo. Emite unha predición. 11 [Elisa]: Ala, xa acabei. Dá por finalizada a fase de predición. 18 [Eva]: Bueno, quen acabou ? Solicita información acerca do estado de desenvolvemento da tarefa. 19 [Eduardo ]: Yo sé qué es lo que va a pasar. Confía na plausibi dade da súa predición. 20 [Eva]: Que é o que vai pasar ? Solicita predicións. 21 [Eduardo]: Que se v a a derretir. Emite unha predición. O primeiro alum no en intervir é Eduardo, quen semella ter claro que cando o azucre se quenta se converte en caramelo. A predición deste participante deixa entrever unha idea incipiente d e reacción química na que unha substancia inicia l (o azucre) se transforma noutra substancia (o caramelo). Na quenda de fala 3 intervén Eva para mencionar que o azucre se derrete. A predición desta alum na resulta comparable ao m odelo de modi ficación de Andersson (1990) ao basear a súa interpretación na idea de que unicam ente cambian as Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 251 propiedades físicas da substancia, neste caso o estado de agregación, ao pasar o azucre do esta do sólido ao estado líquido. As quendas de fala 22 a 65 constitúe n intervencións do alumnado pouco relevantes de cara aos obxecti vos da investigación. Durante este fragmento da discusión, os esco lares desenvolven accións desligadas da tarefa como xogar coa gravadora que tiñan enriba da m esa, e tamén intercambiaron algúns com entarios re lacionados con probar o azucre a través do sentido do gusto. Cando a investigadora pregunt a ao grupo acerca das súas predicións e pide que pensen na composición do que eles denominan como caramelo, nas quendas de fala 67 a 89 que se recollen no Cadro 4.70 obsérvase como os estudantes posúen dúas ideas ou m odelos acerca do caramelo que entran en confrontación. Esta situación correspóndese co que Baker (2009) denom ina conflito mixto de opinións interpersoal. Na quenda de fala 67 do Cadro 4.70 prodúcese a intervención de Eduardo na que sinala que o caram elo consiste en azucre derretido. Para este alumno o caram elo prodúcese porque o azucre se funde e muda de cor, pero segue sendo azucre. Esta idea é com parable ao modelo de modificación de Ander sson (1990) para a interpretación dos cambios quím icos, segundo o cal se modifican as propiedades físicas da substancia, pero a subs tancia segue a ser a mesm a. Neste caso, a calor que se transmite ao azucre co nstitúe o axente que desencadea o cambio. Porén, esta explicación acerca de en que consiste o caramelo pode clasificarse com o naturalista con intervención dun axente (a calor). Non obstante, na quenda de fala 70 obsérvase como para outra alumna, Estrela, o azucre e o caram elo son substancias distintas. A explicación desta alumna pódese clasificar com o sintética ao deixar entrever unha idea incipien te de reacción química na que unha substancia inicial se transforma noutra substancia distinta. Esta explicación acerca do caram elo é comparable ao modelo de transmutación de Andersson (1990). Na quenda de fala 76 obsérvase como Eduardo defende a súa idea ou modelo establecendo unha comparación entre o caram elo e a pel dunha persoa que ao exporse ao sol se broncea. VANESSA SESTO VARELA 258 36 [Fabiola]: Voulle poñer porque todo:: Trata de xustificar a predición. 37 [Felisa]: No, todo no. Si lle pos un metal non se:: Oponse á xustificación que suxire Fabiola. 38 [Flor]: Si:: derrítese. Defende a xustificación que suxire Fabiola. 39 [Felisa]: O metal? No:: Ou lle pos un super calor azo de la muerte:: Oponse á xustificación que suxire Fabiola. 42 [Flor]: Dá igual canto! Derrít ese! Defende a xustificación que suxire Fabiola. 43 [Felisa]: Poñémoslle es o? P orque todo lo que se quema se derrite. Acepta finalmente a xustificación de Fabiola. 44 [Fátima]: Eu voulle po ñer así porque é que eu non sei. Acepta a xustificación de Fabiola. 45 [Felisa]: Derrítese. Porque todo o que está en contacto co fuego derrítese. Explicación da predición naturalista axentiva. Finalmente, nas quendas de fa la 43 a 45 obsérvase como as estudantes conclúen que o azucre se derreterá porque todo o que está en contacto co lume se derrete. As respostas que inclúen no primeiro apartado do cuestionario tamén re flicten esta idea. A modo de exemplo, reprodúcese a resposta escr ita de Fabiola (ver Figura 4.24). Que pensas que pasará cando o azucre contido nun tubo de ensaio se quenta? Que se derrite. Escribe as razóns polas que pensas que sucede o que anotaches no apartado anterior. Porque todo o que está en contacto co fuego derrítese. Figura 4.24. Reposta escrita de Fabiola durante a fase de predición Nas quenda de fala 46 a 66 tiv eron lugar intervencións pouco relevantes de cara aos obxectivos da investigación. Durante este fragmento da discu sión, as estudantes com ezaron a mirar o m aterial do que dispuñan para desenvolver a experiencia práctica. As escolares comentaron abraiadas o tam año da pinza de madeira pensada para suxeitar o tubo de ensaio, e amosaron dúbidas acerca do funcionamento do chisqueir o. Polo olor que desprendía, as alumnas intuíron que a substancia que contiña o chisqueiro no interior era Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 259 alcohol, xa que nunha primeira instancia pensaron que era auga ou colonia. Observación O segundo episodio deste evento ab rangue da quenda de fala 67 ata a 175. Durante dito episodio a i nvestigadora desenvolve ante as estudantes a experienci a, mentres que elas observan os cambios que sofre o azucre durante o proceso. Na quenda de fala 97 do C adro 4.74 intervén Felisa para mencionar que o azucre está todo derretido. Na seguinte quenda de fala, outra alum na, Fátim a, suxire que a mestura adquiriu unha cor amarela. Esta observación relativa ao cam bio de cor é confirmada na quenda de fala 101 por outra estudante, Fabiola. Cadro 4.74. Fragmento da discusión [1] durant e o episodio de observación do grupo F Quenda Transcrición Análise do discurso 68 [Felisa]: A pro fe encende o fuego . Hai fuego ((relatando o que pasa)). Describe o procedemento. 69 [Investigador a]: Eses detalles pod édelos obviar. Simplement e o que lle pasa ó azúcar. Centrádevos en eso . Esclarece o desenvolvemento da tarefa. 70 [Fátima]: Observación! Primeiro a profe eh:: encende o fuego ((risas)). Describe o procedemento. 71 [Felisa]: A profe mete o azúcar nun tubo . Describe o procedemento. 74 [Fabiola]: Eu no n vexo que pase nada. Amosa impaciencia acerca do devir do f enómeno. 75 [Felisa]: A profe qu entando o azúcar. Describe o procedemento. 93 [Fabiola]: Mira! Mira! Mira! Por abaixo! Por abaixo! Comeza a ver cambios no azucre. 97 [Felisa]: Está to do derretido. Realiza observacións. 98 [Fátima]: E está como amarillo, non ? Realiza observacións. 101 [Fabiola]: Está amarillo. Realiza observacións. 106 [Felisa]: Mira! Mira! Mira! Fai burbujitas! Realiza observacións. 107 [Fátima]: Si, por aí! Fai burbujitas::! Realiza observacións. 108 [Felisa]: Está fa cendo caramelo eh. Relaciona a mestura do tubo de ensaio con caramelo. Na quenda de fala 106, unha par ticipante, Felisa, dá conta por primeira vez da form ación de burbu llas no seo da mestura. Na quenda de fala 108, esta mesma alum na engade que o azucre se está convertendo en caramelo. A interpre tación xerada por esta estudante VANESSA SESTO VARELA 260 durante a observación manifesta unha incipiente idea de cam bio químico segundo a cal o azucre se transm uta en caramelo. Esta explicación é comparable ao m odelo de transmutación proposto por Andersson (1990), segundo o cal as substancias se transforman noutras substancias diferentes, sen conservarse a nivel microscópico a identidade atómica. Na quenda de fala 126 e posteriores que se recollen no Cadro 4.75, a investigadora pregunta ás es tudantes acerca das observacións efectuadas durante o proceso de de scomposición térm ica. Na quenda de fala 127 intervén Felisa para mencionar que o azucre contido do tubo de ensaio se estaba fundindo. Na quenda de fala 129 intervén Fabiola para engadir que se formar on burbullas, e na quenda de fala 135 outra alumna, Flor, fai referencia ao cambio de cor a negro e alaranxado. Na quenda de fala 133 obsérvase como aparece de novo a idea de que o azucre se está convertendo en caram elo. A explicación construída por esta alumna, Fáti ma, encádrase na categoría de sintética, xa que manifesta unha in cipiente idea de cambio quím i co desde unha perspectiva macroscó pica segundo a cal o azucre se transforma noutra substancia di ferente, neste caso en caram elo. Asemade, esta explicación resu lt a comparable ao modelo de transmutación de Andersson (1990) para a interpretación das transformacións quím icas. Na quenda de fala 148 a investig adora dirixe a observación coa intención de que as estudantes se fi xen nas gotas de auga que recobren as paredes do tubo de ensaio e que son o resultado da condensación do vapor de auga liberado durante a descomposición térm ica. Todas as estudantes do grupo dan respostas nas que relacionan o embazam ento do recipiente con vapor de auga. Cando a investigadora pregunta na quenda de fala 158 acerca da proced encia do v apor de auga, intervén Fabiola na quenda de fala 159 para sinalar que vén do lume. Esta explicación acerca da orixe do vapor de auga pode ser clasificad a como naturalista con intervención d un axente (o lume). Asem ade, esta resposta deixa entrever que posible m ente esta alumna estea pensando nunha transmutación do lume en auga. Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 261 Cadro 4.75. Fragmento da discusión [2] durant e o episodio de observación do grupo F Quenda Transcrición Análise do discurso 126 [Investigadora]: E que v edes ? Solicita observacións. 127 [Felisa]: Que se está fundindo. Realiza observacións. 128 [Investigadora]: E aparte des o ? Solicita observacións. 129 [Fabiola]: Que fai burbujitas. Realiza observacións. 130 [Investigadora]: E aparte des o ? Solicita observacións 131 [Felisa]: A profe estalle dando con fuego. Realiza observacións. 133 [Fátima]: Pois que se está convertindo en caramelo. Explicación sintética. 134 [Investigadora]: E que máis ? Solicita observacións 135 [Flor]: Pois que se está poñendo naranja ou neghro. O que sea. Realiza observacións. 148 [Investigadora]: E por aqu í non vedes nada? Dirixe a observación. 149 [Fabiola]: Que se está empañ ando! Realiza observacións. 150 [Fátima]: Que se está empañando :: Realiza observacións. 151 [Felisa]: Que se empaña. Realiza observacións. 152 [Investigadora]: E por que se empaña tamén? Solicita explicacións. 154 [Fabiola]: Porque o fume fixo que s e empañara. Explicación naturalista con intervención dun axente. 155 [Investigadora]: Cando algo se empaña que é o que se está depositando? Solicita esclarecemento. 156 [Flor]: Agua. Identifica a substancia que condesa sobre o tubo de ensaio. 157 [Fabiola]: Vapor. Identifica a substancia que condesa sobre o tubo de ensaio. 157 [Fátima]: Vapor de agua. Identifica a substancia que condesa sobre o tubo de ensaio. 158 [Investigadora]: E de onde v irá ? Solicita explicacións. 159 [Fabiola]: Do fuego. Explicación naturalista con intervención dun axente. Pese a que en intervencións an teriores sem ella que as estudantes teñen claro que as gotas de auga que aparecen sobre as pared es internas do tubo de ensaio son debidas ao vapor de auga que condensou, na quenda de fala 173 do Cadro 4.76 obsérvase como unha alumna, Flor, confunde o vapor de auga que se desprende durante a descomposición térm ica con fume. Na quenda de fala 174 vese como outra estudante, Fabiol a, emprega esta observación com o unha proba de que o contido do tubo de ensaio se está a queimar. Esta VANESSA SESTO VARELA 262 resposta é semellante á descrita por Gabel et al. (2001) na que se pon de manifesto as dificultades dos participantes (8-13 anos) para diferenciar axeitadamente entre descomposición térm ica e combustión. Com o sinalan estes au tores, as dificultades para interpretar estes fenómenos probablemente procedan do uso na linguaxe cotiá do termo queim ar. De feito, na quenda de fala 175, unha participante, Fátima, menciona que ole de xeito sim ilar a cando súa nai deixa durante demasia do tempo as tartas no forno. Cadro 4.76. Fragmento da discusión [3] durant e o episodio de observación do grupo F Quenda Transcrición Análise do discurso 171 [Fátima]: Ule a caramelo. Bota fume::! Realiza observacións. 172 [Investigadora]: Seguras ? Solicita esclarecemento. 173 [Flor]: É que é igual ó fu me de cando fumas. Conecta a interpretación do fenómeno coa vida diaria. 174 [Fabiola]: É que algo se est á queimando . Explicación sintética. 175 [Fátima]: Olen como as tartas que fai miña nai ((risas)). Ahora si que ole mal eh! Conecta a interpretación do fenómeno coa vida diaria. No que respecta aos datos proced entes das producións escritas, obsérvase que todas as participantes fan referencia a que se fixo caramelo. Esta idea de que o azucre se conv erteu en caramelo é comparable ao m odelo de transmut ación de Andersson (1990) para a interpretación dos cambios quím icos. Asemade, dúas estudantes, Flor e Fátima, recollen nas súas produci óns escritas a observación de que sae fume e cam bia de cor. Como exem plo, reprodúcese a resposta escrita de Fátima (ver Figura 4.25): Anota o que suced eu. Que se fixo caramelo e sale fume ao f inal. Tamén cambia de color. Figura 4.25. Resposta escrita de Fátima durante a fase de observación Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 263 Explicación O terceiro e último episodio dest e evento, durante o que as estudantes han de construír unha explicación acerca do observado durante o fenómeno, comprende das quendas de fala 176 a 208. Nas primeiras intervencións dest e evento as estudantes xeran explicacións semellantes ás construídas polo alumnado de Educación Infantil pertencentes ao primeiro estudo de casos (EC1). Así, na quenda de fala 179 que se recoll e no Cadro 4.77 obsérvase como unha alumna, Flor, fai referencia a que o azucre se transformou en negro. Na quenda de fala 180 intervén Fabiol a para introducir de novo a idea de que o azucre s e transform ou en caramelo. Estas explicacións nas as estudantes fan referencia a que o az ucre se convirte noutra substancia distinta cun cambio de identidade de sde o punto de vista corpuscular, poden clasificarse como sintétic as, ao poñer en evidencia unha incipiente idea de in teracción quím ica segundo a cal unha substancia se transforma noutra substancia distinta. Ante a pregunta dunha compañeira na que solicita unha explicación acerca de por que o azucre se converteu en caramelo, na quenda de fala 182 intervén Felisa para sinalar que o azucre se derreteu porque se quentou. A explicación desta alum na encádrase na categoría de naturalista axentiva ao incorporar a intervención dun axen te que desencadea o cambio, neste caso a calo r. Cadro 4.77. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de explicación do grupo F Quenda Transcrición Análise do discurso 176 [Investigadora]: Tedes qu e intentar explicalo ((as observacións efectu adas)). Solicita explicacións. 179 [Flor]: Que se fixo neghro. Explicación sintética. 180 [Fabiola]: Que se fixo caramelo. Explicación sintética. 181 [Flor]: Que lle imos poñer oh? Que se fixo caramelo? E p or que? Non o sabemo s. Por que se fixo caramelo? Solicita explicacións. 182 [Felisa]: Porque se qu entou e derretiuse, o sea, fundiuse. Fundiuse to do. Explicación naturalista con intervención dun axente. Nas quendas de fala 197 a 207 do Cadro 4.78 obsérvase como as estudantes consideran a negrura dos produtos resultantes da reacción de descomposición e o desprendem ento de vapor de auga, que VANESSA SESTO VARELA 264 confunden con fume, como evidencias de que o azucre se queim ara. Para sustentar esta explicación, adem ais de basearse n as observacións, establecen unha analoxía entre o az ucre e a m adeira. A partir dun coñecemento xestado no ámbito co tián, as estudantes conclúen que o azucre se tivo que queimar porque a madeira cando arde tam én se pon de cor negra. Como sinalan Gabe l et al. (2001), os estudantes descoñecen que a negrura non sempre é unha evidencia de que tivo lugar unha combustión, e non son quen de com prender que o remanente de cor negra, na m eira nde parte dos casos, se trata de carbón que non chegou a arder. Estas explicac ións que fan referencia a que o azucre se queima poden encadr arse na categoría de sintéticas. Trátase dunha explicación que compar te certos elementos clave coa interpretación científica do fenóme no, pois o azucre experimenta unha transformación quím ica, pero falla ao identificar o tipo de reacción química. O azucre non sofre unha reacción de co mbustión, senón unha descomposición térm ica. Cadro 4.78. Fragmento da discusión [2] durante o episodio de explicación do grupo F Quenda Transcrición Análise do discurso 197 [Fabiola]: E por que se produ ce o fume? Solicita explicacións. 198 [Felisa]: Porque se estaba queimando . Explicación sintética. 199 [Fabiola]: Vale. E que máis lle poñemos? Por que salía fume? Por que se est aba queimando moito. Pero por que cambia de color? Solicita explicacións e dá unha explicación sintét ica para o vapor de auga que identifica con fume. 200 [Felisa]: Porque se quenta! Explicación naturalista con intervención dun axente. 201 [Fátima]: Porque se queima! Explicación sintética. 205 [Fabiola]: Cando ti quei mas a madeira/ Conecta a interpretación do fenómeno coa vida diaria. 206 [Fátima]: Que? Ponse máis negrha. Solicita esclare cemento. 207 [Felisa]: Ponse negra porque está queimada. Explicación sintética. Nos cuestionarios atópanse respostas sem ellantes ás que foron emerxendo ao longo da interacción en grupo. Entre as ideas m áis repetidas polas estudantes figuran que o azu cre se converteu en caramelo, e que sae fume e cam bia de cor porque se queimou. A m odo Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 265 de exemplo, reprodúcese a resposta escrita de Fabiola (ver Figura 4.26): Explica como se foses un científico o que sucedeu. Que o azúcar diminueu de tamaño porque se xuntou todo para formar o caramelo. Tamén saleu fume mentres se quentaba. Cambiou de co lor porque se queimaba. Figura 4.26. Resposta escrita de Fa biola durante a fase de explicación 4.5.5.7. Síntese dos resultados obtid os no Estudo de Casos 2 (EC2) Neste estudo de casos (EC2) pretendeuse describir os tipos de explicacións que grupos de estudant es do sexto curso da Educación Primaria (11 a 12 anos) constrúen cando intentan dar sentido a dous fenómenos cotiáns como a com bustión dunha candea e a descomposición térm ica do azucre. Tamén se pretendeu coñecer en que medida estas explicacións se po den considerar indicadoras de que os nenos posúen ou están en condic ións de construír un modelo precursor acerca dos cambios na materia. En relación ao fenómeno de com bustión, case todos os participantes xa desde o inicio entenderon a necesidade do osíxeno ou do aire para que a candea se manteña acesa. Ante a pregunta na que se pedía aos participantes que pensasen acerca do que sucedería ao tapar unha candea acendida cun vaso, todos respond eron que a candea se ía apagar. A maior parte dos escola res xustificaron esta predición mediante a construción dunha explicación que podemos considerar científica ao apuntar a u nha falta de aire ou os íxeno. Entre os alum nos que mencionaron esta idea, atopam os algúns nenos que deron respostas semellantes ás que W atson et al. (1997) situaron no modelo de transmutación, por facer referen cia ao osíxeno como alimento para a chama. Para xustificar a p redició n de que a candea se ía apagar, outro alumno emitiu unha explicación non naturalista intencion al mediante a atribución dun proceso propio dos seres vivos á candea. Este alumno m encionou que a candea se ía apagar porque non podía respirar. VANESSA SESTO VARELA 266 Despois da observación e dur ante a discusión arredor do fenómeno, unha parte das intervenci óns continuaron a contem plar a necesidade de aire ou osíxeno para que a candea ard a, construíndo explicacións científicas para da r conta deste aspecto do fenómeno. Non obstante, non existiron evidencias de que os estuda ntes pensasen nunha interacción química entre o combustible e o com burente. Alén da extinción da chama, vari os estudantes manifestaron haber visto como o recipiente se em bazaba, se ben esta observación non xurdiu de maneira espontánea senón a raíz das intervencións da investigadora e a observación guiada . A maior parte dos participantes construíron explicacións de tipo axen tivo para interpretar a aparición de gotas sobre as paredes do vas o. Dous alumnos interpretaron a aparición de gotas sobre o vaso que cobre a candea como unha transmutación de calor en auga, e ou tros dous participantes incluíron nas súas respostas a idea de que o osíxeno se transmutara en vapor. Estas respostas son sem ellantes ás descritas noutros traballos (e. g. Abdullah et al., 2016; Chang, 1999; Co ş tu, 2008; Co ş tu et al, 2012; Kind & Kind, 2011; Méndez, 2013; Prieto et al., 1992) que poñen de manifesto as dificultades do alum na do para interpretar o fenómeno de condensación, sendo recorrentes as respostas que consideran a auga líquida como o produto dunha transmutación de sustancias ou enerxía. Con relación ás inte rpretacións que xurdiron para dar conta da observación de aparición de auga so bre o vaso, interesante resaltar que tres alumnos explicaro n que o embazamento procedía do fume, e outros tres alumnos explicaron que o em bazamento procedía de vapor que sae da cera da candea ou, de maneira m áis xenérica, da candea. Estas respostas suxiren que es tes participante s posúen unha concepción da candea como unha “font e” de vapor de auga. Para eles o vapor de auga non está no aire, senón que se produce durante o devir do fenómeno. Tamén cómpre destacar que, a diferencia doutros traballos (e.g. BouJaoude, 1991; Gabel et al., 2001; Löfgren & Helldén, 2008; Watson et al., 1997), a maioría dos part icipantes deste estudo de casos (EC2) consideraron que a cera arde durante a combustión dunha candea. Ademais, os participantes foron quen de establecer unha relación de proporcionalidade directa entre o tamaño do recipiente e a Capítulo 4. Explicacións do alumnado de Infantil e Primaria 267 cantidade de osíxeno que alberga no seu interior e, en consecuencia, co tempo que a candea p ermanece acesa. En relación á descomposición té rm ica do azucre, do mesmo xeito que no caso do alumnado de Educación Infantil (EC1), os resultados obtidos suxiren que inicialmente os nenos tenden a empregar explicacións de tipo naturalista con intervención dun axente para xustificar os cambios que pensan que sucederán ao quentar azucre. Considerando os datos proced entes das transcricións, nove participantes fixeron referencia a que o azucre se ía derreter e unha alumna m encionou que o azucre se ía evaporar. Para xustificar estas respostas, os participantes introduciron a intervención da calor como axente que desencadea o cambio. Asemade, establecendo unha correspondencia entre estas res postas e os modelos para a interpretación dos cambios quím icos propostos por Andersson (1990), estas interpretacións son com parab les ao modelo de m odificación. Dous participantes mencionaron qu e o azucre se transformaría en caramelo, e outros dous fixeron referencia a que o azucre se ía queimar ou tostar. Durante as seguintes fases da intervención, a observación e a discusión arredor do fenómeno en busca dunha interpretación plausible promoveron a construción de explicacións de tipo sintético comparables ao m odelo de transmutación de Andersson (1990) segundo o cal unha substanc ia, neste caso o azucre, se transforma noutras substancias diferentes. Seis es tudantes na fase de observación e tres estudantes na fase de e xplicación fixeron m ención nas súas respostas a que o azucre se transm utara noutras substancias com o Coca-Cola ou caramelo. Tam én se observou un aumento da incidencia de respostas nas que se menciona a idea de que o azucre se queima ou se tosta, con catro estudantes na fa se de observación e dous na fase de explicación. Con relación á aparición de auga sobre as paredes do tubo de ensaio, poucos estudantes construí ron unha explicación para esta observación. O feito de que os estu dantes non considerasen de forma espontánea a observación do embazamento como unha proba na que sustentar as súas explicacións pode deberse ao reto que supón para o alumnado incorporar nova inform ación nos seus esquemas de VANESSA SESTO VARELA 274 domino macroscópico require do us o de conceptos relativos aos sistemas m ateriais (mesturas, substancias, compostos e elem entos) e as súas propiedades, mentres que o dominio m icroscópico require do manexo das ideas fundamentais que conform an o modelo cinético- corpuscular e o modelo atóm ico- molecular (Aragón et al., 2013). O modelo cinético-corpu scular permite explicar as p ropiedades dos sólidos, líquido e gases, e os cambios de estado, asum indo que a materia está constituída por partículas ou corpúsculos de tam año microscópico que se atopan en constante m ovemento e entre as que existen forzas de cohesión de di ferente intensidad e segundo o estado da materia (Caam año, 2019). Pola súa banda, o modelo atómico- molecular permite interpretar o com portamento químico das substancias asum indo a existencia de substanc ias elementais, formadas por átomos idénticos, e de com postos, formados pola agrupación de átomos perten centes a dis tintos elementos ( Caamaño, 2019), de maneira que nunha reacción quím ica se produce a reorganización dos átomos que integr an as substancias pa ra formar outras substancias distin tas das iniciais. Desde a perspectiva macroscópica, o cambio quím ico enténdese como unha transformación na que unha ou varias substancias se transforman noutra ou noutras s ubstancias diferentes. Desde a perspectiva microscópica, o cam bio químico enténdese como un proceso no que as partículas se reorganizan. O m undo macroscópico inclúe o tanxible, aquilo ao que se accede por m edio dos sentidos, mentres que o m undo microscópico se compón das teorías e m odelos da ciencia, aquilo ao que so am ente se ten acce so mediante o pensamento. Alén destes dous dom in ios, para comprender o concepto de cambio quím ico, é necesario in troducir un terceiro nivel de representación, o simbólico, xa que o establecem ento dunha relación entre os esquemas de interpretaci ón macroscópico e m icroscópico esixe empregar represen tacións tales com o diagramas de partículas, símbolos de elem entos químicos, fórm ulas de compostos e ecuacións químicas. Estes tres niveis ou dom inios de representación xa foron descritos por Johnstone (1991) baixo o que se coñece como o triángulo equilátero da Química (ver Figura 5.1). Capítulo 5. Modelos activados pol o alum nado de educación secundaria 275 Figura 5.1. Modelo de Johnstone (1991) para os niveis de representación do coñecemento químico Lacolla et al. (2014) suxiren que as dificultades que posúen os estudantes para comprender a idea de cambio quím ico proveñen da necesidade de transitar entre os tr es niveis de represen tación da materia para dar conta dos fenó menos observados. Aos estudantes resúltalles comp lexo conectar estes tres niveis de representación da materia, de aí que constrúan m odelos mentais fragm entados ou alternativos se non teñen nin o tem po nin a oportunidade para integrar nos seus esquemas de razoamento os diferentes niveis de representación (Philipp, J ohnson & Yeziersk i, 2014). 5.2.2 Progresións de aprendiza xe acerca da natureza da materia e as súas transformacións A preocupación por identificar as concepció ns e os modelos alternativos que os estudantes po súen acerca da natu reza da materia e as súas transformacións foi dando paso nos últimos anos a un interese crecente por es tablecer progresións de aprendizaxe que describan como evoluciona a comprensión dos estudantes neste dom inio conceptual (Hadenfeldt et al ., 2014). De acordo con Duschl, Schweingruber e Shouse (2007) as progresións de aprendizaxe constitúen descricións de como as ideas dos individuos acerca dun determinado tópico evolucionan cara form as de pensamento cada vez máis sofisticadas ao longo dun amplo lapso de tempo a medida que adquiren coñecem entos nese dominio. O lím ite ou áncora inferior VANESSA SESTO VARELA 276 dunha progresión de aprendizaxe vén determinado polo ideas e formas de razoamento que os estudantes posúen ao entrar ao colexio, é dicir, o límite inferior está determ inado polo coñecemento intuitivo que posúen os estudantes antes de ser expostos a unha instrución formal (Duschl et al., 2007). O límite ou ánco ra superior dunha progresión de aprendizaxe vén definido polo coñecemento que se espera que adquiran os estudantes, neste caso as ideas e modelos da ciencia escolar (Duschl et al., 2007). Os esta dios in termedios que conectan o s límites inferior e superior das pr ogresións de aprendizaxe veñen condicionados pola metodoloxía edu cativa que se em pregue, sendo o ensino baseado nas prácticas ci entíficas o que m áis favorece a evolución cara form as de razoamento cada vez máis s ofisticadas (Duschl et al., 2007). Este interese polo establecem ento de progresións de aprendizaxe no eido da materia suscitou un cam bi o de paradigma na investigación, de aí que os estudos desenvol tos nun determinado mom ento da escolarización fosen dando paso nos últimos anos a estudos de corte transversal ou lonxitudinal (Hadenfe ldt et al., 2014). Mediante un estudo lonxitudinal no que partic iparon 147 estudantes de 11 a 15 anos, Johnson (1998) concluíu que a comprensión que posúe o alumnado arredor da estrutura da m a teria pode ser descrita mediante unha secuencia de catro etapas. As etapas que propón este autor, ordenadas por orde crecente de sofisticación, son: (1) a materia com o unha substancia totalmente hom oxénea; (2) a materia entendida como unha substancia continua que pode inco rporar ou conter partículas; (3) a materia com posta de partículas ; e (4) a m ateria composta de partículas de cuxa interacción depe nden as propiedades da substancia macroscópica da que form an parte (Johnson, 1998). Outros autores como Liu e Lesniak (2005), baseándose nas catro dimensións fundamentais da materia descrita s por Andersson (1990), isto é, estrutura e composición, propiedad es físicas e cambios físicos, conservación, e propiedades quím icas e cambios quím icos, estableceron unha progresión que intenta describir como se desenvolve a comprensión do concepto de m ateria. O primeiro nivel da progresión que propoñen estes autores comprende o desenvolvemento de ideas intu itivas sobre a materia. O segundo nivel Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 277 suporía comprender o principio de c onservación da materia, m entres que o terceiro nivel se acadaría cando os estudantes son quen de comprender as propiedades e os cam bios na materia tanto físicos como químicos desde un punto de vista macroscópico. O nivel m áis alto de sofistic ación vén determ in ado pola capacidade de explicar e predicir fenómenos nos que a m ateria se transform a usando a teoría cinético-molecula r e a teoría atóm ico-molecular (Liu & Lesniak, 2005). Recentemente, m ediante unha revisión sistemática dos traballos publicados no rango comprendido entre 2003-2012 acerca de como os estudantes constrúen o concepto de materia, Hadenfeldt et al. (2014) definiron unha esquema xeral de cinco niveis ordenados xerarquicamente que perm ite describir o modo en que os estudantes desenvolven unha comprensión acerca de cada un dos catro aspectos fundamentais da materia (ver T áboa 5.1). O primeiro nivel caracterízase pola ausencia dun modelo mental q ue permita interpretar os cambios na m ateria. O segundo ni vel, que abrangue as descricións das transform acións desde un esquema de representación macroscópico, resulta com parable aos m odelos de modificación e transmutación de Andersson (1990). Este nivel incorpora a idea de que as substancias se conservan durante os cambios químicos véndose alteradas unicam ente as propiedades físicas, e/ou a idea de que as substancias se transmutan en enerxía ou noutras substancias diferentes. As interpretacións do s cam bios químicos de acordo coa teoría atómico-m olecular non se pr oducen ata o terceiro nivel da progresión. No estudo das progresións de apre ndizaxe arredor do concepto de cambio quím ico, a combustión constitúe un dos fenóm enos que suscitou un maior interese (e. g. Löfgren & Helldén, 2008; Rahayu & Tytler, 1999). Rahayu e Tytle r (1999) desenvolveron unha investigación na que se pedía aos participante s que pensasen o que sucede ao queimar diferentes m ateriais combustibles e que, trala observación do fenómeno, buscasen unha explicación para o sucedido na que intentasen conciliar calquer a diverxencia entre a p redición e a observación. A partir da análise da s respostas proporcionadas por 73 estudantes de 6 a 12 anos, este au tores inferiron unha progresión que VANESSA SESTO VARELA 278 describe como os estudantes des envolven a súa compresión acerca do fenómeno de com bustión. O límite inferior da progresión vén determinado polas concepcións in tuitivas dos e studantes nas que as substancias posúen unha identidade independente dos obxectos dos que forman parte (R ahayu & Tytler, 1999). Táboa 5.1. Niveis de progresió n descritos por Hadenfeldt et al. (2014) para a interpretación dos cambios químicos na materia Niveis de progresión descrito s por Hadenfeldt et al. (2014) Nivel 5. Os estudantes empregan conceptos como a configuració n electrónica dos elementos para explicar o comporta mento das subst ancias durante as transformacións químicas. Tamén recoñece n a existencia de factores como a presión ou a temperatura que poden influír no transcurs o dunha reacción química. Nivel 4. Os estudantes interpretan as transformacións químicas como unha reorganización de partículas e enlaces. Posúen un modelo para o cambio químico consistente co modelo da ciencia escola r que permite aos estudantes interpretar reaccións elementais en base ao modelo at ómico-molecular, así como identificar os tipos de enlaces presentes nos pro dutos. Nivel 3. Os estudantes interpretan as transformacións químicas como reorganización de partículas. Sen embargo , seguen sen posuír un mod elo para o cambio químico que permita aos estudantes explicar os procesos que teñen lugar. Nivel 2. Os estudantes interpretan as tr ansform acións quím icas en termos macroscópicos baseándose no s cambios perceptibles a tr avés dos sentidos, de aí que os estudantes recoñecen as transformacións químicas na materia mediante a aparición dunha nova substancia con prop iedades diferentes aos reactivos. Nest e nivel de comprensión son recorrentes as concepcións alternativas que consideran que os reactivos transmutaron noutra substancia ou enerxía, ou que os reactivos seguen estando presentes ao concluír a reacción química baixo unha aparenci a distinta, habéndo se modificado unicamente as súas pro piedades físicas. Nivel 1. Os estudantes non teñen un modelo apropiado para interpretar ou recoñecer as transformacións químicas na materia cientificamente, de aí que describan o que observan. Outros autores como Johnson (2013) obtiveron resultados semellantes ao concluír que o punt o de partida cara unha com presión do cambio quím ico vén marcado pola diferenciación entre m aterial e obxecto, de xeito que o alumnado co mprenda que un m esmo material pode formar parte de diferentes obxectos e que obxectos similares poden estar feitos de distintos ma teriais. O seguinte nivel da progresión de Rahayu e Tytler (1999) caracterízase pola aplicación da idea de conservación de substancia, de aí que as tr ansformacións da materia se xan interpretadas en termos de despra zamento, modificación, mestura ou separación de substancias. Dito nivel resulta Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 279 comparable ao m odelo de modificación de Andersson (1990) segundo o cal as substancias se conservan durante os cam bios na materia, véndose alteradas unicamente propied ades físicas com o a cor ou o estado de agregación. O terceiro nivel da progresi ón, que Rahayu e Tytler (1999) cualifican como transformación, resulta comparable ao modelo de transmutación de Ande rsson (1990). Neste nivel em erxe unha incipiente idea de reacción quím ica na que se considera que unha ou varias substancias iniciais se transforman noutras substancias diferentes sen conservarse a identida de atómica. O cuarto estad io da progresión inclúe a idea de interacc ión química entre os reactivos para dar lugar a novos produtos cons ervándose a identidade a nivel atómico, m entres que o nivel máis alto de sofisticación supón unha interpretación do fenómeno de com bustión baseada no modelo atómico-m olecular da materi a (Rahayu & Tytler, 1999). Mediante un estudo de tipo lonxitudinal, Löfgren e Helldén (2008) fixeron un seguimento de 25 estudantes coa finalidade de coñecer como evoluciona a súa comprensión acerca das transformacións na m ateria dos 7 aos 13 anos. No que respecta á combustión dunha candea, estes autores sinalan que nas prim eiras interpretacións do fenómeno (7 a 8 anos) impera unha visión comparable ao m odelo de modifi cación de Andersson (1990), de aí que sexan recorrentes as respostas nas que se fai referencia a que a cera unicamente se funde ou escorre . Conforme aumenta a idade dos participantes (9 a 11 anos), obsérvase unha maior tendencia a mencionar que a cera se transform a en fume ou gas pasando ao aire onde arde. As interpretacións máis sofisticadas (12 aos 13 anos) incorporan a idea de que durante a combustión a cera se transforma noutras substancias diferentes, e ob sérvase un intento por describir certas partes do proceso integrando o concepto de molécula (Löfgren & Helldén, 2008). Queda claro que, con independencia da ruta ou traxectoria de aprendizaxe seguida de cara ao desenvolvemento de form as de razoamento cada vez m áis complexa s e com parables ao modelo da ciencia escolar, o primeiro estadio vén determ inado por unha comprensión intuitiva baseada nos cambios m acroscópicos observables (Löfgren & Helldén, 2008). VANESSA SESTO VARELA 280 5.3 O BXECTIVO E PR EGUNTAS DE I NVESTIG ACIÓN Neste capítulo dar ase resposta ao Obxectivo 2 (O2) desta tese, o cal fai referencia a identificar os modelos mentais que empregan os participantes da educación secundar ia para interpretar fenómenos nos que a materia se transforma . Este obxectivo xeral desagrégase en dúas preguntas de investigación: RQ3. Que modelos mentais empr egan os participantes de educación secundaria para predicir e explicar fenómenos nos que a materia se transform a? RQ4. En que medida a observación, a reflexión e a discusión sobre os fenómenos nos que a m ateria se transforma contribúen a unha evolución dos modelos m entais iniciais dos par ticipantes? 5.4 E STUDO DE CASOS 3 (EC3): A LUMNADO DE E DUCACIÓ N S ECUNDARIA EN E SPAÑA Neste apartado da tese abórdase o Estudo de Casos 3 (EC3) desenvolto no 4º curso da Educac ión Secundaria Ob rigatoria (ESO) nun instituto de titularidade pública d o interior de Galicia. En segundo lugar, preséntanse as experien cias propostas e especifícase a metodoloxía em pregada para a recollida e a posterior análise de datos. En último lugar, discútense os re sultados e expóñens e as conclusións máis relevan tes. 5.4.1 Participantes e contexto Neste apartado descríbese o contex to e o perfil dos participa ntes do Estudo de Casos 3 (EC3) desenvolto nun in stituto de titularidade pública situado nunha cidade do interi or da Comunidade Autónom a de Galicia. Entre a formación educativa que oferta este centro atópase a Educación Secundaria Obrigatoria (ESO), dúas ram as do Bacharelato e varios ciclos Formativos de Grao Superior pertencentes a diferentes familias pro fesionais. O centro vertébrase nunha cidade de gran tradición estudantil, contando ademais cunha am pla e variada oferta cultural. O número de habitantes situase preto dos 100000 e as principais actividades Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 281 económicas do centro urbano e da cont orna vincúlanse principalmente ao sector servizos, seguido da industria e a construción. Neste estudo de casos participaron estudantes de dúas clases do 4º curso da Educación Secundaria Obrigatoria (15 a 16 anos). Todo o alumnado de ám balas dúas clases se atopaba cursando a materia de Física e Quím ica, de carácter optativo neste último curso da escolarización obrigatoria en Es paña. Dun total de 40 posibles candidatos, soamente dez estudant es, oito rapazas e dous rapaces, accederon a participar voluntariamente na interve nción. A recollida de datos neste grupo de estudan tes desenvolveuse ao longo do mes de marzo do ano 2015, unha vez obtidos os perm isos correspondentes tanto do director do centro como dos pais, nais ou titores legais do alum nado participante. Por outra parte, co f in de garantir o anonimato dos estudantes, os seus nom es foron substituídos por pseudónimos nos que unicam en te se conservou o xénero. Os pseudónimos adoptados recóllense na Táboa 5.2 e como se pode observar, cada un deles com eza pola letra dos grupos de traballo n os que foron distribuídos para a realización das experiencias. Describirase con máis detalle esta d istribución en grupos na sección relativa á recollida de da tos. Táboa 5.2. Participantes no Estudo de Ca sos 3 (EC3) desenvolto no 4º curso da Educación Secundaria Obrigatoria (15-16 anos) en España Grupo G Grupo H Grupo I Gloria Graciela Gisela Hugo Héctor Helena Idaira Irene Iris Ingrid En canto ao contexto educativo, a entrada en vigor da Lei Orgánica para a Mellora da Calidade Educativa (MECD, 2013), máis coñecida com o LOMCE, non se fixo efectiva nos cursos pares da Educación Secundaria Obrigatoria at a o curso académ ico 2016-17, de xeito que no momento da interv ención o currículo desta etapa educativa seguía rexido polo Decreto 133/2007, de 5 de xullo, polo que se regulan as ensinanzas da educación secundaria obrigatoria na Comunidade Autónoma de Galicia (Xunta de Galicia, 2007a). Nos dous primeiros cursos da educación secundaria obrigatoria os contidos VANESSA SESTO VARELA 282 de ciencias integrábanse organi zados por bloques na materia de Ciencias da Natureza, co fin de proporcionar ao alumnado unha aproximación de conxunto aos fenóm enos naturais. Para o primeiro curso da educación secundaria, os contidos relativos á materia e ás súas transformacións incluíanse no segundo bloque. Neste bloque facíase referencia a que o alumnado había de ser quen de identificar os cambios de estado e em pregar o modelo cinético-m olecular para interpretar os estados de agreg ación, e certos procesos como as dilatacións e os cambios de esta do. No currículo da materia de Ciencias da Natureza para o se gundo curso da educación secundaria aparecía a enerxía rela cionada co s cambios nos sistem as materiais como concepto estruturante do segundo bloque de contidos. Nos dous últimos cursos da educación secu ndaria, no decreto de currículo diferenciábase en Bioloxía e Xeoloxí a e Física e Química. No terceiro curso da educación secundaria obri gatoria a m ateria de Física e Química tiña cará cter obrigatorio , mentres que no cuarto curso constituía unha materia optativa. N o segundo bloque da materia de Física e Quím ica do terceiro curso contem plábase a estrutura da materia e os seus cam bios. Os conti dos deste bloque facían referencia a que o alumnado tiña que ser quen de empregar o m odelo cinético- molecular da m ateria para interp retar certos fenóm enos como os cambios de estado ou os procesos de dilatación. Asemade, incluía a idea de conservación, tanto para a masa como para os átom os nas reaccións quím icas, e propoñía a re alización ex perimental dalgunhas transformacións frecuen tes na vida diaria como as reaccións de combustión. En canto ao cuarto curs o, a estrutura e as propiedades das substancias eran incluídas no cuarto bloque de contidos. Os contidos deste bloque facían referencia a que o alumnado tiña que interpretar as propiedades das substanc ias en base ao tipo de enlace en tre os átomos (Xunta de Galicia, 2007a). No caso particular dos estudantes que participaron neste estudo de casos (EC3), cómpre mencionar qu e no momento en que tivo lugar a intervención, na materia de Fís ica e Química estaban a tratar diferentes contidos relativos aos cam bios químicos com o a estequiom etría e o mecanismo das reaccións quím icas segundo a teoría cinética das colisión s. Ata entón as reaccións químicas Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 283 soamente foran tratadas de xeito cualitativo e desd e un punto de vista macroscópico. 5.4.2 Descrición das experiencias propostas As experiencias seleccionadas foron a combustión dunha candea ao tapala c un recipiente e a descomposición térmica do azucre (García-Rodeja et al., 1987). Am bas encádranse dentro das experiencias denominadas in terpretativas coas que se pretende anim ar aos estudantes a em itir hipóteses par a tratar de explica r os fenómenos observados, permitindo así m esmo e xplorar as súas ideas previas (Caamaño, 2011). Estas experiencias xa foron am plamente descritas no apartado 4.4.2 do Capítulo 4 desta tese. 5.4.3 Toma de datos Para facilitar a recollida de datos, considerouse conveniente distribuír o alumnado en tres grupos de tres a catro membros. Para poder identificar inequivocamente a cada grupo de traballo m áis aos seus integrantes, cada grupo foi nomeado cunha letra e ao alum nado que o conformaba foille outorga do un pseudónimo que comezaba por esa mesma letra. Adem ais, de cara a configuración dos grupos intentouse na medida do posible que estes foses heterox éneos en canto a motivació ns, actitude e rendement o académ ico, coa intención de que a discusión fose o máis frutífera posible. En total resultaron tres grupos nomeados coas letras G, H e I (ver Táboa 5.2). Por outra banda, neste estudo de cas os distínguense dúas fontes de datos, as producións escritas dos pa rticipantes e as transcricións das conversas. Para a recollid a das producións escritas des eñouse un cuestionario con preguntas aber tas empregando unha estratexia didáctica desenvolta por White e Gunstone (1992) que se coñece como POE (Predicir, Observar, Explicar). Para o fenóm eno consistente en tapar unha candea a cesa cun recipiente os estudan tes debían responder ás cuestións que se recollen no Cadro 5.1. VANESSA SESTO VARELA 290 transforma contribúen ao dese nvolvem ento dos modelos mentais iniciais dos estudantes, e dar as í resposta á segunda pregunta de investigación (RQ4) do Obxectivo 2 (O2) desta tes e, estableceuse unha relación entre os modelos empr egados para a in terpretación dos cambios quím icos (Andersson, 1990; Watson et al., 1997) e os niveis propostos no traballo de Hadenfeldt et al. (2014) que constitúen unha xerarquía ou progresión de aprend izaxe acerca da com prensión das propiedades químicas das substanc ias e os cambios quím icos na materia (ver Táboa 5.5). Asemade, o contraste destes niveis de progresión perm itirá establecer co mparacións entre o desempeño do alumnado de secundaria de España e Suecia no C apítulo 6 desta tese. Táboa 5.5. Niveis de progresión na interpreta ción dos cambios qu ímicos e modelos asociados a cada nivel (elaboració n propia, a partir de, Andersson, 1990, Hadenfeldt et al., 2014, e Wat son et al., 1997) Modelos para o cambio químico adaptados de Andersson (1990) e Watson et al. (1997) Niveis para a progresión da comprensión das propiedades químicas e os cambios químic os descritos por Hadenfeldt et al. (2014) Reacción química Nivel 3. Os estudantes describen a reacción química como reorganización de partículas. Sen embargo, non posúen un modelo que lles permite desc ribir o proceso de ruptur a e formación de novos enlaces. Modificación/ Transmutación Nivel 2. Os estudantes recoñecen as reaccións químicas mediante a aparición dunha n ova substancia con pro piedades distintas ás dos reactivos. Son frecuentes as concepcións alternativas que fan referencia a que os reactivos se transmutan en enerxía, ou que os reactivos aínda están pr esentes a o conclu ír o proceso, habéndo se modificado unicament e as súas propiedades físicas. Desaparición Nivel 1. Os estudantes non teñen un modelo apropiado para describir ou recoñecer reaccións químicas cientif icamente. Describen o que observan. Por outra banda, para fornecer de fiabilidade e validez a estudos interpretativos como o que se presenta nesta tese, recorreuse á triangulación tanto metodolóxica com o de investigadores (Moreira, 2002). A triangulación metodolóxica c onsistiu na confrontación de diferentes fontes de datos do estud o, neste caso os da tos recollidos a Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 291 través dos cuestionario s, e as gravac ións de audio e vídeo. En relación á triangulación de investigadores, a clasificación das respostas en modelos e en niveis de progresi ón foi contrastada, discutida e analizada por dúas investig adoras da área, a autora e a directo ra da tese, ata acadar un consenso. 5.4.5 Resultados e discusión Neste apartado preséntase a análise do discurso para cada u n dos grupos, a través da cal se identif ican os m odelos que activan os estudantes para a interpretación dos cam bios químicos, e se avalía en que medida estes m odelos se aproxima n ao m odelo da ciencia escolar. De maneira sim ilar a outros trabal los (Costa, 2015), as interaccións preséntanse en cadros con tres columnas, nas que se inclúen as quendas de fala, o diálogo transcrito e a análise das interv encións co fin de describir a intenciona lidade ou o significado de cada intervención. 5.4.5.1 Combustión dunha candea: Análise do discurso do grupo G (EC3) Durante a primeira fase da intervención, na que se solicita ás estudantes establecer predicións acerca da combustión dun ha candea no interior dun recipiente, non se estableceu n ingún tipo de discusión entre as participantes, de aí que as producións escritas das estudantes constitúan a única fonte de dato s da que se dispón. En cambio, a discusión nas seguintes fa ses da intervención foi m áis frutífera, de aí que se combine a análise do discurso coa análise das respostas escritas. Debido á ausencia de in tervencións durante a fase de predición, na análise do discurso deste evento distínguense unicamente dous episod ios (observa ción e explicación). O primeiro episodio, integrado por aquelas in tervencións nas que o alumnado executa e observa o fenómeno, comprende as quendas de fala 1 a 17. O segundo episodio deste evento, integrado polas intervencións nas que as estudantes constrúen unha explicación para o observado, intentando conciliar as discrepancias existentes entre as observacións e a predición inicial, abrangue da quenda de fala 18 ata a 96. VANESSA SESTO VARELA 292 Predición Na primeira pregunta do cuestiona rio solicitábase ás estudantes que tomasen nota do que pensaban qu e sucedería ao tapar unha candea acendida cun recipiente. Todas as pa rticipantes deste grupo escribiron que a candea se ía apagar. Coa seguin te cuestión da fase de predición pretendíase que as participantes xustificasen a súa predición. Ao contestar a esta pregun ta, unha alumna, Gisela, dá unha xustificación que se pode considerar indicadora de que está activando un modelo de desaparición (as substancias desap arecen ou se transforman en nada). As demais integrantes deste grupo, Gloria e Graciela, dan respostas que se poden considerar indicadoras de que están activando un modelo de transmutación (as substancias convé rtense noutras substancias, en calor ou en fogo). A estudante que activou o modelo de desaparición, correspondente ao nivel máis baixo de progresión para a comprensión dos cambios quím icos (Hadenfeldt et al., 2014), fai referencia a que o osíxeno desaparece como se pasase a form ar parte da nada (elemento ou idea clave D1), dando unha res posta semellante a aquelas que Watson et al. (1997) adscribiron ao modelo de desaparición (ver Figura 5.2). Que cres que sucederá cando unha candea acendida se cobre cun recipiente? Se va apagando. Por que cres que ocorrerá iso? Porque el oxígeno se va consum iendo y cuando todo el oxígeno desaparece, la vela se apaga. Figura 5.2. Resposta escrita de Gisela durante a fase de predición Dentro do modelo de transmutació n, o elemento ou idea clave ao que fixeron referencia nas resposta s escritas foi a do osíxeno com o “alimento” para a cham a (T2). Estas respostas tamén poden ser interpretadas como unha transm utaci ón do osíxeno en chama (Watson et al., 1997). As particip antes que activaron este modelo durante a fase de predición, Gloria e Graciela, interpretaron a presen za de osíxeno como necesaria para producir a combustión, pero non fixeron referencia a unha interacción quími ca entre o combustible da candea e Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 293 o osíxeno do aire. A modo de exemplo, reprodúcese a resposta escrita de Graciela (ver Figura 5.3). Que cres que sucederá cando unha candea acendida se cobre cun recipiente? Se apaga. Por que cres que ocorrerá iso? Porque a vela aliméntase de os íxeno, e cando o consome todo, se apagará. Figura 5.3. Resposta escrita de Graciela durante a fase de predición Observación Nas seguintes etapas da estratex ia POE (Predicir, Observar, Explicar) adoptada para a recollida de dato s (W hite & Gunstone, 1992) conxúgase a análise do discurso coa análise dos datos obtidos a través dos cuestionario s. Durante o prim eiro episodio da análise do discurso deste evento as es tuda ntes executaron e observaron o que sucede durante a combustión dunha candea ao cubrila cun recipiente. A duración desde evento esténdese da quenda de fala 1 a 17. Nas quendas de fala 5 a 8 prodúcense as primeiras observacións (ver Cadro 5.3). Na quenda de fala 6 obsérvase como unha alumna, Graciela, fai referencia a que a candea se apaga, e na quenda de fala 7, outra alumna, Gisela, m enciona que se produce embazam ento no recipiente que utilizaron para tapar a candea. Cadro 5.3. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de observación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 5 [Gloria]: Vale, ¿qué observamos ? Solicita observacións. 6 [Graciela]: Pues que se ha ap agado. Realiza observacións. 7 [Gisela]: Que se empaña. Realiza observacións. 8 [Gloria]: Sí. Comparte as observacións. Nas quendas de fala 9 a 14 obs érvase como unha estudante, Gloria, semella querer describir o fenómeno como unha combustión, pero ten dificultades para lembrar o termo (ver Cadro 5.4). Na quenda de fala 11 obsérvase como Gloria dem anda axuda para intentar describir o que sucede ao tapar a candea cun recipiente empregando para elo un termo específico (entén dese que probablemente se refira VANESSA SESTO VARELA 294 ao termo “com bustión”), ao que Gisela responde que se acab a o osíxeno. Esta intervención segue a se r consistente coa idea expresada por esta alumna durante a fase de predición segundo a cal o osíxeno desaparece ou pasa a formar parte da nada (elem ento ou idea clave D1), de aí que sexa probable que es ta alumna siga a activar un m odelo de desaparición para interpretar esta transformación. Algo semellante ocorre no caso de Graciela, quen na quenda de fala 14 expresa a idea de que a cham a se alimenta de osíx eno (elemento ou idea clave T2 ). Esta idea, indicadora de que a alum na está a activar un modelo de transmutación, xa fora expresada durante a fase de predición. Cadro 5.4. Fragmento da discusión [2] durant e o episodio de observación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 9 [Gloria]: No m e sale la palabra. Pide a colaboración do grupo para describir o fenómeno. 10 [Gisela]: ¿De qué ? Solicita esclarecemento. 11 [Gloria]: De esto, de que:: en plan, ¿qué pasa? No me sal e la palabra. Pide a colaboración do grupo para describir o fenómeno. 12 [Gisela]: Se acaba el oxígeno ((risas)). Propón unha explicación para o fenómeno baseada na desaparición da substancia. 13 [Gloria]: Ya, pero había otra fo rma de decirlo. No sé. Suxire explicar o fenómeno empregando outros termos. 14 [Graciela]: La llama se alimenta de oxígeno y el oxígeno s e acaba y entonces se apaga. Propón unha explicación para o fenómeno baseada nunha transmutación. Por outra banda, en relación aos cuestionarios, as participantes soamente fixeron referencia a que a candea se apagaba (v er Figura 5.4), desconsiderando así a observ ación relativa á condensación de vapor de auga sobre as paredes do recipiente, debido probablem ente á dificultade de encaixar esta observ ación na predición inicial (Chinn & Brewer, 1998). Anota o que observas cando a candea se cobre. Mantense encendida ata que pouco a pouco se fai mái s pequena e finalmente se apaga. Figura 5.4. Resposta escrita de Graciela durante a fase de observación Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 295 Explicación Durante o segundo episodio da anális e do discurso deste evento as estudantes intentaron construír un ha explicación plausible para o observado. Este episodio esténdese da quenda de fala 18 a 96. Cando a investigadora pide que expliquen o acontecido, na quenda de fala 19 obsérvase a construción dunha expli cación por parte de Graciela, quen sinala que a candea se apagou pola falta de osíxeno (ver Cadro 5.5). Na quenda de fala 24 vese que a ex plicación desta alumna segue a ser consistente co modelo de transm utación, ao engadir nesta intervención a idea de que a cantidade de osíxen o no recipiente acada uns valores insuficientes para “alim entar” ou manter “viva” a cham a. Na quenda de fala 21 obsérvase como outra alum na, Gisela, considera que no recipiente chega a esgotarse todo o osíxeno 1 . Cadro 5.5. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de explicación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 18 [Investigadora]: Vós xa puxestes todo ? Xa acabastes de contestar ? E que puxestes, a ver? Solicita explicacións. 19 [Graciela]: Pois que a vela se apaga. Por falta de oxígeno. Propón unha explicación para o fenómeno. 20 [Investigadora]: Acábase o osíxeno de todo , pensades? Solicita explicacións. 21 [Gisela]: Sí. Asume que todo o osíxeno se esgota no interior do recipiente. 24 [Graciela]: É dicir, non todo. Pero o suficiente para que a vela non teña oxígeno ((risas)). O suficiente para que a vela non se poida seguir alimenta do de oxígeno. Propón unha explicación para o fenómeno baseada nunha transmutación. Nas quendas de fala 25 a 30 obsérvase como as estudantes constrúen unha explicación acer ca da condensación que se produce sobre as paredes do recipiente que cobre a candea (ver Cadro 5.6). Na quenda de fala 28 prodúcese a intervención de Graciela, quen establece que o vidro se embaza debido a unha diferencia de temperaturas. Trátase dunha interpre tación parcial, pois esta alum na 1 Desde o punto de vista científico, non po de sosterse a combustión dunha candea nunha atmosfera que cont eñan menos do 14% en volume de osíxeno. VANESSA SESTO VARELA 296 non aclara a procedencia da auga. Es tes resultados son sem ellantes aos descritos na literatura, xa que ou tros autores (P rieto & Watson, 2007; Watson et al., 1997) xa expuxeron as dificultades dos estudantes para identificar o dióxido de carbono e a auga como produtos da combustión. O feito de que as estu dantes non considerasen de forma espontánea a observación do bafo co mo unha proba na que sustentar as súas explicacións pode deberse ao reto que supón para o alum nado incorporar nova información aos seus esquemas de razoamento, de modo que no canto de reconstruír os seus modelos mentais por outros máis próximos aos modelos da cien cia escolar, optan por desconsiderar aquela información que pon en entredito a robustez dos seus modelos. Os m odelos poden guiar pero tamén condicionar o modo en que se interpreta a nova información com o sinalan os achados no ámbito da psicolox ía cognitiva (e.g. Vosniadou, 2002). Cadro 5.6. Fragmento da discusión [2] durant e o episodio de explicación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 25 [Investigadora]: Vale, e non vistes nada máis á parte de que a vela se apagaba? Solicita observacións. 26 [Graciela]: Que se empaña o cristal. Realiza unha observación. 27 [Investigadora]: E por que ? Solicita unha explicación para a observación. 28 [Graciela]: A diferencia de temperaturas. Explica a observación. 29 [Investigadora]: Vale, entón ti dis que é pola diferencia de te mperaturas. Vó s pensades que é por eso? ((d irixíndose ás demais integrantes do grupo)). Solicita unha explicación ao resto do grupo. 30 [Gisela]: Sí. Concorda coa explicación da compañeira. Nas quendas de fala 33 a 44 obsérvase como as estudantes mudan os seus modelos previos por dous modelos para a interpretación do cambio quím ico diferentes segund o o material da candea no que centren a súa atención (ver Cadro 5.7). Nas quendas de fala 33 a 38 obsérvase como as estu dantes act ivan un m odelo de modificación ao interpretar que a cera soamente se derrete. As ideas ou elementos clave que definen este modelo e están presentes no discurso das estudantes son aquelas que cont emplan ao fogo como o axente responsable do cambio de propiedades físicas da substancia (M3), e Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 297 consideran que a cera pasa do es tado sólido ao estado líquido, pero segue sendo a mesma substancia (M4). Cadro 5.7. Fragmento da discusión [3] durante o episodio de explicación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 33 [Investigadora]: Claro, qu e credes que pa sa, se é un cambio químico , un cambio físico... Vós se colocades a vela por exemplo nu nha balanza non? Ó principio da combustión e despois, credes qu e ó cabo de levar un tempo arden do pesará o mes mo? Formula ao grupo unha pregunta para coñecer se están pensando en cambio químico ou físico. 34 [Graciela]: Sí. Dá unha resposta que suxire que está a pensar nun cambio físico. 35 [Investigadora]: Si? Entonces sería o mesmo peso? Igual? Dá a oportunidad e de repensar a resposta. 36 [Gloria]: Sí. Dá unha resposta que suxire que está a pensar nun cambio físico. 37 [Investigadora]: Vale. Por que en teo ría á vela que lle pasar ía? Solicita unha explicación. 38 [Graciela]: Sólo se derrite. Propón unha explicación para os cambios na cera. 41 [Investigadora]: E despois qu e función tería por exemplo a mecha qu e ten aquí? O sea, aquí na vela hai como dúas partes, tedes a cera e despois a mecha. Entón, que fu nción tería cada unha? Ti cando a encend es que estaría arden do? Pide que identifiquen o material combust ible nunha candea. 42 [Gloria]: A mecha. Identifica a me cha como combustible. 43 [Investigadora]: Pensades tod as o mesmo ? Solicita unha resposta ao resto do grupo. 44 [Graciela]: Si. Identifica a mecha como combustible. Deste xeito, cando a investigador a pregunta o que marcaría unha balanza se sobre ela se situase unha candea ardendo, nas quendas de fala 34 e 36 obsérvase que existe consenso entre as participantes ao sinalar que a balanza marcaría a m esma masa. Esta idea de que a masa se conserva naquelas transformacións da m ateria nas que interveñen gases e se producen en sistemas abertos tam én resulta comparable ao modelo de modificación (M5). Sen em bargo, nas quendas de fala 41 a VANESSA SESTO VARELA 298 44 obsérvase que as estudantes fan referencia a unha combustión cando pensan acerca dos cam bios que sofre a mecha, identificando esta parte da candea como o m aterial combustible. Nas quendas de fala 74 a 92 obsérvase de novo como as estudantes empregan distintos modelos en función da parte da candea que consideren (ver Cadro 5.8). Cadro 5.8. Fragmento da discusión [4] durant e o episodio de explicación do grupo G Quenda Transcrición Análise do discurso 74 [P rofesora]: Pois a ve r, po r que se empañou? Que tipo de cambio diciades que era? Un cambio físico, un cambio químico... que contestáchedes? Solicita explicacións para a aparición de auga sobre o vaso e solicita identificar o tipo de cambio . 75 [Graciela]: Non me acorda. Manifesta haber esquecido a resposta. 76 [Profesora]: Bueno po is agora pensádelo de novo. Como era o cambio, físico, químico… ? Como era? Solicita identificar o tipo de cambio. 77 [Graciela]: Físico e químico, as dúas. Identifica a combustión dunha candea como un cambio físico e químico. 78 [Profesora]: A ver, por que. Explica po r que é das dúas maneiras. Solicita esclare cemento. 79 [Gracie la]: Porque a ve la se derrite pero:: é dicir, despois vólvese solidificar igual, entonces ese é fisico . E químico porque a chama:: é dicir, o fío, fai a combustión. Dá unha explicación para o fenómeno identificando a mecha como o comb ustible. 80 [Profesora]: O sea, o único que se queima é o fío, é dicir , que se eu coloco o fío só, te ría luz tanto t empo com o agora? Ti imaxínate que collo o mesmo fío, vale? E o teño só, lle prendo lume, ou o teño aq uí dentro da vela. Me duraría o mesm o? Formula unha pregunta ao grupo para que reflexionen acerca da súa interpretación. 83 [Graciela]: Si. Segue a identificar a mecha como co mbustible. 84 [Profesora]: Vós que crede s, que non farían velas por aí? Formula unha pregunta ao grupo para que reflexionen acerca da súa interpretación. 85 [Graciela]: No, non pode durar o mismo ((risas)). Detect a debilidades na súa interpretación. 86 [Glo ria]: Al tener la cera alrededo r del hilo hace que tar de más. Identifica a cera com o axente que retarda a combustión. Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 299 87 [Investigadora]: E entón por que tardará máis? Que é o que lle fará? Solicita esclare cemento. 90 [Gloria]: Claro, porque ahí lo que hace la cera es que tarde menos:: ((corrixe a súa resposta)) tarde más. Aclara a súa resposta. Na quenda de fala 79 vese como unha alum na, Graciela, activa un modelo de modificación para descri bir os cam bios que sofre a cera. Esta alumna expresa que o pr oceso de transformación que experimenta a candea é reversible (M2), de tal m a neira que non concibe a chama como unha evidencia de que está a ter lugar unha reacción quím ica, senón que interpreta a chama como un axente responsable do cambio no estado de agregación da substancia en cuestión (M3). En cambio, nesta mesma quenda de fala obsérvase como esta alum na activa un modelo de transición entre o modelo de transmutación situado no segundo nivel de progresión para a comprensión dos cam bios químicos proposto por Hadenfeldt et al. (2014) e o modelo de reacción quím ica, xa que menciona que a m echa arde, pero non queda claro que esta alumna interprete o fenóm e no en termos dunha interacción quím ica entre o material combustible e o osíxeno do aire para dar lugar á formación de dióxido de carbono e auga. Na quenda de fala 86 obsérvase como outra alum na, Gloria, mantén a idea de que o único que arde durante a combustión dunha candea é a mecha, atribuíndolle á cera a función de retardar o proceso de combustión. Esta resposta concorda coas obtidas noutros traballos (BouJaoude, 1991; Gabel et al., 2001; Löfgren & Helldén, 2008; Watson et al., 1997), en onde se amosan as dificultades dos estudantes para identificar a cera como com bustible. En canto aos datos procedente s dos cuestionarios, cómpre mencionar que as participantes incl uíron respostas consistentes co modelo de transmutación. As difere nzas respecto aos modelos previos xurdiron con posterioridade a cubrir a ú ltima sección do cu estionario, a través da interacción entre pare s fomentada polos retos cognitivos que presentaban para as estudant es as preguntas retadoras da investigadora e da profesora. A modo de exemplo, reprodúcese a resposta escrita de Gi sela (ver Figura 5.5): VANESSA SESTO VARELA 306 quendas de fala 50 a 59 estableces e a situación comunicativa que Baker (2009) cualifica como conflit o mixto de opinións interpersoal. Esta situación dáse cando dous suxe itos posúen distintos modelos ou ideas que entran en confrontaci ón. N este caso particular, Hugo activa un modelo para interpretar a combustión dunha candea segundo o cal o combustible é a cera, m entres que Helena emprega un modelo segundo o cal o combustible é a m echa. Ao manifestar unha das participantes a idea de que o único que arde nunha candea é a mecha, a inve stigadora pregunta a Helena pola función que desempeña a cera ao non ser o m aterial combustible (ver Cadro 5.12). Cadro 5.12. Fragmento da discusión [3] durante o episodio de explicación do grupo H Quenda Transcrición Análise do discurso 62 [Investigadora]: Vale, entón a cer a que sería en est e caso? Por que se só ar de a mecha. A cera que é entó n, un soporte? Pide que expliquen a función da cera na candea. 63 [Helena]: No, la cera lo que har ía sería que se ralentice es decir:: Identifica a cera como un axente que retarda a combustión. 64 [Investigadora]: Que vaia máis lento ? Solicita esclarecemento. 65 [Helena]: Claro. La cera en sí lo qu e está haciendo es ralenti/ ralen/ Identifica a cera como un axente que retarda a combustión. 66 [Hugo]: Ralentizar ((axuda a compañeira a pronunciar a palabra)). Presta axuda á compañeira. 67 [Helena]: Ralentizar. Vale. Es que no sale la palabra ralent iz/ el:: a ver tú tienes la mecha. La mecha, en sí, si tú le prend es fuego se quema m ás rápido, per o si lleva cera lo que hace es que v aya más lento. Identifica a cera como un axente que retarda a combustión. 68 [Hugo]: Es que/ Intenta cuestionar a interpretación da compañeira. 69 [Helena]: Y a su vez pierda esta:: ento nces lo que hace es que se vaya der ritiendo:: se vaya quemando esto ((a mecha)) y esto qu e se vaya deshaciendo ((a cera)). Identifica a cera como un axente que retarda a combustión e a mecha como o combustible. 70 [Hugo]: Entonces esto no se acaba po rque se derrite la vela. Introduce un argumento que invalida a interpretación da compañeira. Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 307 Nas quendas de fala 63 a 67 obsérvase como esta alum na sinala que a función da cera consiste en retardar a combustión da mecha. Na quenda de fala 70 obsérvase com o Hugo introduce un argumento que trata de invalidar o modelo de Helena ao sinalar que, de ser adecuado o razoamento da súa compañeira, as candeas nunca se esgotarían, pero se nos remitimos á experiencia, sabemos que isto non é así. En canto aos datos procedentes dos cuestionarios, Helena deu unha explicación consistente co m odelo de transmutación ao facer referencia na súa resposta escrita a que o osíxeno se transforma noutra substancia diferente, neste caso en dióxido de carbono. Esta alumna activou durante toda a experien cia o m esmo modelo para a interpretación dos cambios químicos, o cal a sitúa no segundo nivel de progresión para a comprensión das propiedades e os cambios químicos (ver Figura 5.8). Escribe unha explicación científica para as túas observacións. Ocurre lo que he observado dado que la llama pro duce la combustión del O 2 que se encuentra dentro del vaso, convirtiéndose en CO 2 y haciendo que la llama pierda su medio necesario para seguir encendida. Figura 5.8. Resposta escrita de He lena durante a fase de explicación Pola súa banda, a resposta escr ita de Hugo pode considerarse indicadora de que está a activar un m odelo incipiente de reacción química, ao deixar entrever a id ea de interacción química entre a candea e o osíxeno do aire para formar dióxido de carbono (ver Figura 5.9). Deste xeito, este alumno pa sou de activar un modelo de transmutación a situarse nun m odelo incipiente de reacción quím ica, que se corresponde co terceiro nivel de progresión para a interpretación dos cambios quím icos. Escribe unha explicación científica para as túas observacións. Porque la vela va quemando el O 2 e n e l i n t e r i o r d e l v a s o de precipitados y expulsando CO 2 . En el momento en el que no queda O 2 la llama no puede continuar encendida. Figura 5.9. Resposta escrita de Hu go durante a fase de explicación VANESSA SESTO VARELA 308 5.4.5.3 Combustión dunha candea: Análise do discurso do grupo I (EC3) En primeiro lugar cóm pre mencionar que durante o desenvolvemento desta actividade soam ente se puido contar coa participación de tres alu m nas, estando ausente Iris. A análise do discurso deste grupo es trutúrase en tres episodios en virtude da estratexia POE (White & Gunstone, 1992) adoptada para a toma de datos. O prim eiro episodio deste evento, constituído polas intervencións nas que as estudantes formulan predicións acerca da combustión dunha candea cuberta cun recipiente, com prende das quendas de fala 1 a 4. O segundo episodi o, durante o que as estudantes poñen en práctica a experiencia e ob servan o que sucede, abrangue das quendas de fala 5 a 36. O terceiro episodio, constituído polas intervencións nas que as estudant es han de explicar o sucedido tratando de conciliar as observacións coa predición, abrangue das quendas de fala 37 a 107. Predición Nas quendas de fala 1 a 4 obsérvase a construción de predicións nun proceso colaborativo por parte de dúas estudantes, Irene e Idaira (ver Cadro 5.13). Cadro 5.13. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de predición do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 1 [Irene]: Que cres que suceder á cando unha vela encendida se cubre con un recipiente? Solicita predicións. 2 [Idaira]: Se apaga. ¿Por qué? Porque se le va el oxígeno ((á chama)). Emite unha predición e xustifica a predición. 3 [Irene]: Y ya no tiene nada que combustionar. Xustifica a predición. 4 [Idaira]: Y se extingue la llama. Emite unha predición. A primeira en intervir é Irene, quen na quenda de fala 1 se dispón a ler a primeira preg unta do cues tionario na que se pide ás participantes que escriban o que pensan que sucede ao tapar unha candea acendida cun recipiente. A esta pregun ta, outra alumna, Idaira, responde que a candea se apaga. Idaira xustifica esta predición facendo referencia a que a chama se extingue pola falta de osíxeno. Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 309 Na quenda de fala 3 obsérvase como Irene está de acordo co razoamento da súa com pañeira, engadindo que ao esgotarse o osíxeno a combustión cesa. Estas respostas poden considerarse indicadoras de que estas alumnas están a activar un m odelo de transmutación no que se contempla a idea do o síxeno como alimento para a cham a (T2) e no que non se fai explícita a idea de interacción quím ica entre o combustible da candea e o osíxeno do aire para dar lugar á form ación de novas substancias (RQ1). No caso de Ingrid, ao non intervir durante a discusión, as súas respostas escritas ás cuestións relativ as á fase de pred ición constitúen os únicos datos dos que se dispoñen para inferir o modelo previo activado por esta alumna para in terpretar a com bustión dunha candea. Esta alumna fai referencia a que a candea se apaga, xustificando esta predición facendo referencia a que chega un momento en que o osíxeno se acaba. En base a esta resposta, pódese considerar que esta alumna está a activar un m odelo de desaparición polo cal as substancias desaparecen ou pasan a form ar parte da nada (D1). Na Figura 5.10 reprodúcese a respos ta escrita de Ingrid. Que cres que sucederá can do unha candea acendida se c obre cun recipiente? Que se apagará ao pasar un tempo. Por que cres que ocorrerá iso? Porque chega un momento onde se acaba o osíxeno. Figura 5.10. Resposta escrita de Ingrid durante a fase de predición Observación O segundo episodio deste evento abrangue as quendas de fala 5 a 36. Durante este episodio as estuda ntes desenvolven a actividade e observan o que sucede. Nas quendas de fala 33 a 36 vese como dúas participantes, Irene e Idaira, poñen en com ún o observado (ver Cadro 5.14). Ambas com parten a observación de que a candea se apaga. Ningunha das participantes menciona durante a interacción oral a observación de que condensa vapor de auga sobre o recipiente co que se tapa a candea. Sen embargo, unha alumna, Ingrid, si fai ref erencia a que o recipiente se embaza na súa resposta escrita (ver Figura 5.11). VANESSA SESTO VARELA 310 Cadro 5.14. Fragmento da discusión [1] durant e o episodio de observación do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 33 [Irene]: Anota lo qu e observas cuando la vela se cubre. Pues dependiendo:: si la vela tiene muy poca llama:: si la vela tiene poca llama entonce s se revive pero después se a paga. Le a pregunta do cuestionario e comenta as observacións. 34 [Idaira]: Vale. Está de acordo coas observacións da compañeira. 35 [Irene]: Cuando la cubres se reaviva y al final se apaga. Comenta as observacións. 36 [Idaira]: Cuando la cu bres se reaviva y al final se apaga. Cuando la vela tien e mucha llama se apaga:: se va apaga ndo hasta que al final se apaga. Comenta as observacións. Anota o que observas cando a candea se cobre. Que se apaga pasado un certo tempo e a parte de arriba se empaña. Figura 5.11. Resposta escrita de In grid durante a fase de observación Explicación O terceiro episodio deste evento abrangue desde as quendas de fala 37 a 107. Durante o transcurso deste episodio, as participantes construíron explicacións para o sucedido. Nas quendas de fala 41 a 43 obsérvase a construción dunha e xplicación mediante un proceso colaborativo por parte de dúas alum nas, Idaira e Irene (ver Cadro 5.15). Cómpre mencionar que, ao i gual que acontecerá nos dem ais episodios deste evento, as in tervenci óns destas participantes foron as que dominaron a discusión, mentres que a terceira integrante deste grupo, Ingrid, tivo unha actitude máis pasiva, am osando un grao de implicación na tarefa m oi baixo. Nas quendas de fala 41 a 43 obsérvase que tanto Idaira como Irene seguen a activar o modelo de transm utación para interpretar o fenómeno de com bustión dunha candea. A idea que mencionaron nas súas intervencións foi a do osíxeno como alimento para a cham a (T2). Non obstante, obsérvase com o Idaira comeza a incorp orar neste modelo aspectos do modelo de reacción química, ao engadir ao modelo de transmutació n a idea de interacción entre o osíxeno e o Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 311 axente activo do cambio (a cham a). Na quenda de fala 43 esta alumna fai referencia a que a chama abso rbe o osíxeno, dando unha resposta semellante a aquelas que W atson et al. (1997) incluíron no modelo de transición entre o m odelo de tr ansmutación e o m odelo de reacción química. Cadro 5.15. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de explicación do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 41 [Idaira]: Bueno, a ve r , bien:: que contamos nosotras, bien. La vela tiene: : a ver, está la llama, tiene oxígeno y todas esas cosas. Entonces lo cubr imos y al cubrirlo ya estamos tapa ndo como qu e entre de nuev o más oxígeno, y la vela, la llama de la vel a está como abs orbiendo todo el o xígeno que tenía antes la llama. Dá unha explicación para o fenómeno baseada nun modelo de transició n entre transmutación e reacción química. 42 [Irene]: Y además, y el f uego necesita oxígeno par a arder. Dá unha explicación para o fenómeno baseada nunha transmutación. 43 [Idaira]: Entonces el oxíge no que había dentro lo abso rbe la llama y al no haber entrada de oxígeno pues la llama se extingue. Dá unha explicación para o fenómeno baseada nun modelo de transició n entre transmutación e reacción química. Nas quendas de fala 75 a 77 obsérvase como as estudantes confirman haber visto a formación de bafo no recipiente (ver Cadro 5.16). Sen embargo, non fan explíc ita esta observación ata que a investigadora pregunta especificame nte por este aspecto. O feito de que as participantes non fixesen refe rencia de maneira espontánea ata este momento á condensación de vapor de auga pode deberse a que, en xeral, o alumnado tende a fixarse naqueles aspectos que esperan que sucedan, pasando desapercibidos ou deixando nun segundo plano aqueles sucesos que quedan fóra das súas expectativas. Cando a investigadora pide ás estu dantes que expliquen a que se debe a formación de bafo, na quenda de fala 79 obsérvase como Idaira suxire que pode tratarse de osíxe no. Esta interpreta ción encádrase no modelo de transmutación segundo o cal unha substancia, o osíxeno, se transforma noutra substancia distinta , a auga (T5). Na quenda de fala 81 obsérvase como outra alum na, Irene, semella apoiar o razoamento VANESSA SESTO VARELA 312 da súa compañeira. Sen em bargo, na quenda de fala 84 obsérvase como finalm ente descarta esta e xplicación ao intr oducir o argum ento de que se a candea se apaga é por que non hai máis osíxeno. Cadro 5.16. Fragmento da discusión [2] durante o episodio de explicación do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 75 [Investigadora]: Vale. E a maiores de que a vela se apaga ou se reaviva non vistes eu que sei, por exemplo nas paredes do v aso:: Solicita observacións. 76 [Idaira]: Ah sí claro, se:: como vapor. Fai explícita unha observación. 77 [Irene]: No vapor:: sí:: como una cosita así. Fai explícita unha observación. 78 [Investigadora]: Entón esto qu e vedes por aquí que pensades que é? Solicita unha e xplicación para a observación. 79 [Idaira]: A lo mejor es oxígeno:: Dá unha explicación para a observación. 80 [Investigadora]: Por qu e pensades que pode ser? Solicita esclarecemento. 81 [Irene]: A lo mejor es que como tiene la necesidad del o xígeno en las paredes tambi én:: Esclarece a súa explicación. 83 [Investigadora]: Entón ti dis que co mo o tapas e hai osíxeno dent ro que as paredes como que:: o osíxen o tende a pegarse ás parede s? Solicita esclarecemento. 84 [Irene]: No porque a chama, se se apaga, quere decir que colle todo o osíxeno, entón no n pode deixar:: se se apagou non pode ha ber máis osíxeno. Rexeita a súa explicación para a aparición de auga baseada na transmutación de osíxeno. Nas quendas de fala 87 a 98 obsérvase como as estudantes empregan dous m odelos para a interpretación dos cambios químicos diferentes segundo o material da can dea no que centren a súa atención (ver Cadro 5.17). Nas quendas de fala 88 a 89 obsérvase como Idaira e Irene activan un modelo de m odifi cación ao interpretar que a cera soamente se derrete. As ideas ou elementos clave que definen este modelo e están presentes no discurso das estudantes son aquelas que contemplan o lum e como o axente responsable do cambio de propiedades físicas d a substancia (M3), e consideran que a cera p asa do estado sólido ao estado líquido, pero segue sendo a mesma substancia (M4). Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 313 Cadro 5.17. Fragmento da discusión [3] durante o episodio de explicación do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 87 [Investigadora]: E a ver, qu e máis? Entón se eu colo cara por exemplo esta vela nunha balanza antes de prenderlle lum e e despois lle prendo lume, e está u n tempo ardendo, pensades qu e vai pesar o mes mo, menos ou máis? Formula ao grupo unha pregunta para coñecer se están pensando en cambio químico ou físico. 88 [Irene]: ¿Pesar? Hombre menos porque esto se derrite ((a cera)), esto se va consum iendo, se derrite:: Dá unha resposta que suxire que está a pensar nun cambio físico para a cera. 89 [Idaira]: Ya, pero también al derretir p esa lo mism o. Introduce un a rgumento que apoia o mantemento da masa. 90 [Investigadora]: Vale, pero non é o mesmo que s e derreta ca qu e se consuma. Estasme decin do dúas cousas distintas, u nha cousa é que se derreta:: Pide maior claridade nas respostas e un uso máis rigoroso da linguaxe. 91 [Irene]: Si yo pongo esta vela así encima de una balanza:: Pensa sobre a pregunta formulada pola investigadora. 92 [Investigadora]: Si. Vale. E despois préndeslle lume e está u n cacho ardendo e d espois imaxínate que se apaga. No momento en que se apague depois de levar ar dendo un certo tempo cr es que pesará o mesmo? Volve a repetir ao grupo unha pregunta para coñecer se están pensando en cambio quí mico ou físico. 93 [Idaira]: No, menos. Considera que a masa diminúe co tempo de situar a candea acesa sobre unha balanza. 94 [Investigadora]: Por que ? Solicita unha explicación. 95 [Irene ]: Porque esto e s cera e n t o n c e s l a c e r a s e v a y s i s e v a u n a parte de la cera no puede pesar lo mismo. Dá unha explicación para a diminución de masa. 96 [Investigadora]: Si, pero imaxínate. Ti dis que a ce ra se derrete, non? Ti imaxínate que tes un recipiente abaixo que pode co nter toda a cera. Entón nese caso? Esclarece a pregunta. 97 [ Idaira]: Pesaría igual. Considera que a masa non cambia co tempo de situar a candea acesa sobre unha balanza. 98 [Irene]: No, porque también esto se quema, el hilito ese pe queño. Identifica a mecha como combustible. VANESSA SESTO VARELA 314 Estas interpreta cións do fenóm eno son semellantes á s recollidas noutros traballos como o de Méhe ut et al. (1985). Estes autores atoparon que o 25% dos participantes (11-12 anos) no seu estudo describían o cambio que se produce durante a combustión dunha candea como unha fusión. Por outra banda, cando a investigadora pregunta o que marcaría unha balanza se sobre ela se situase unha candea ardendo, na quenda de fala 89 obsérvase como Idaira sinala que a balanza marcaría a m esma masa. Esta resposta, na que se contempla a conservación da m asa nun sistema aberto (M5), é consistente co modelo de m odifi cación que a estudante activou para interpretar os cambios que e xperim enta a cera da candea. Na quenda de fala 97 obsérvase como Idaira segue a m anter a idea de que a masa da candea acesa se mantén igual ao longo do tempo. Na quenda 98 obsérvase como Irene activa un modelo incipiente de reacción química cando pensa no que lle sucede á mecha e introduce unha diferencia (Ogborn et al., 1998) ao mencionar que a balanza non marcaría a m esma masa debido a que a mecha arde. No fragmento do discurso que figura no Cadro 5.18 a investigadora pregunta pola f unción da mecha nunha candea. Cadro 5.18. Fragmento da discusión [4] durante o episodio de explicación do grupo I Quenda Transcrición Análise do discurso 99 [Investigadora]: O sea, qu e o que se queima en este caso ser ía só a mecha. Pide identificar o co mbustible nunha candea. 100 [ Idaira]: Claro. Identifica a mecha como o combustible. 101 [Investigadora]: Entón a cera que sería en este c aso? Que función terí a? Solicita esclarecemento acerca da función da cera nunha candea. 102 [Irene]: Aislante. Identifica a cera como illante. 103 [Investigadora]: Aislante? Aislante como? Solicita esclarecemento. 104 [Irene]: Pues para aguantarlo, ¿no ? Identifica a cera como soporte. 105 [Investigadora]: Ah, de soporte. Expresa entender a que se refire a alumna. 106 [Irene]: Claro, porque senón:: sabes ? Mantén a idea da cera como soporte. Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 315 Na quenda de fala 100 vese como Idaira segue a identificar a mecha como o com bustible nunha candea. Nas quendas de fala 102 a 104 obsérvase como Irene lle atribúe á cera a función de illan te e soporte (ver Cadro 5.18). Estas respos tas son semellantes ás recollidas noutros traballos (BouJaoude, 1991; Gabel et al., 2001; Löfgren & Helldén, 2008; Watson et al., 1997), onde se amosan as dificultades dos estudantes para identifi car a cera como combustible. En relación ás respostas qu e as estudantes incluíron nos cuestionarios, todas elas son consis tentes co modelo de transmutación, situándose no segundo nive l de progresión para a comprensión das propiedades e os cambios quím icos. A idea que mencionaron con máis frecuencia nas súas expl icacións foi a do osíxeno com o alimento para a chama. A modo de exem plo reprodú cese a resposta es crita de Ingrid (ver Figura 5.12). Escribe unha explicación científica para as túas observacións. Que a llama aliméntase de osíxeno e cando este se acaba a vela se apaga. Figura 5.12. Resposta escrita de In grid durante a fase de explicación 5.4.5.4 Descomposición térm ica do azucre: Análise do discurso do grupo G (EC3) A análise do discurso estrutúrase en tres episodios de acordo coa estratexia POE (White & Guns tone, 1992) adoptada para a tom a datos. O primeiro episodio deste evento, constituído polas intervencións nas que o alum nado formula predicións acerca do que pensan que sucederá ao quentar azucr e, comprende as quendas de fala 1 a 14. O segundo episodio, integrado pol as intervencións da etapa de observación, comprende as quendas de fala 15 a 41. O terceiro episodio, constituído polas inte rvencións nas que o alumnado constrúe explicacións acerca do fenóm eno observado, abrangue as quendas de fala 42 a 81. Predición No primeiro episodio deste evento (ver Cadro 5.19) prodúcese a intervención dunha alumna deste grupo quen, en interacción coa VANESSA SESTO VARELA 322 segue a defender un modelo de modificación, establecéndose o que Baker (2009) cualifica como conflit o mixto de opinións interpersoal. Nesta situación os interlocutores con modelos enfrontados han de proporcionar argumentos a favor ou en contra dun m odelo específico coa intención de convencer ao outro (Baker, 2009). Na quenda de fala 53 obsérvase como Graciela introdu ce a prim eira diferencia (Ogborn et al., 1998) ao sinalar que non é o azucre quen experimenta a combustión, senón que a com bustión está tendo lugar no chisqueiro de alcohol. Na quenda de fala 54 Gloria defende o seu modelo insinuando que ao quentar tamén se pode xerar unha com bustión. Na quenda de fala 55 Graciela baséas e neste mesm o argumento para defender o seu modelo de m odificación, ao sinalar que o quentam ento constitúe un cambio de estado, non unha combustión, polo que continuaría a ser a mesm a substancia . Na quenda de fala 56 Gloria establece unha com parativa entre a descom posición térmica d o azucre e a combustión dunha candea, sinala ndo que a candea adem ais de ser quentada tamén ardía. Este últim o argumento convence a Graciela, quen remata aceptando o m odelo da súa compañeira. Nas quendas de fala 62 a 66 obsérvase como Graciela sente a necesidade de construír unha explicación que dea conta do desprendemento de vapor de auga ao que ela se refire co mo fume. Esta alumna sem ella considerar que esta observación non está ligada á aparición de gotas de auga sobre o tubo de ensaio. Na quenda de fala 64 activa novam ente un modelo de modificación ao sinalar que cando na disolución de auga con sal se evapora a auga queda a sal, e que no fenómeno observado puido acontecer algo sem ellante, evaporándose a auga e quedando unicamente azucre no tubo de ensaio. Esta interpretación suxire que esta al umna considera o azucre como unha especie de substancia humedecida. Nas quendas de fala 73 a 79 vese como na interacción coa profesora, Gloria volve a considerar a explicación baseada na reacción de combustión d o azucre. En canto aos datos recollidos a través dos cuestionarios, na pregunta na que se pide que e xpliquen o sucedido, todas as participantes responden que tivo lugar unha combustión na que se desprende dióxido de carbono e auga, de aí a aparición de auga sobre o tubo de ensaio. A modo de exem pl o reprodúcese a re posta escrita de Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 323 Gisela (ver Figura 5.15). Esta alum na amosou unha actitude bastante pasiva durante a intervención, colaborando moi pouco durante o proceso de construción e r econstrución de explicacións. Escribe unha explicación científica para as túas observacións. Cuando se produce la combu stión, se libera CO 2 y agua, eso hace qu e el tubo de ensayo quede mojado. El calor hace que el azúcar alcance su punto de fusión y se pro duce un cambio de estado. Figura 5.15. Resposta escrita de Gi sela durante a fase de explicación 5.4.5.5 Descomposición térm ica do azucre: Análise do discurso do grupo H (EC3) A análise do discurso estrutúrase en tres episodios de acordo coa estratexia POE (White & Guns tone, 1992) adoptada para a tom a datos. O primeiro episodio deste evento, constituído polas intervencións nas que o alum nado formula predicións acerca do que pensan que sucederá ao quentar azucr e, comprende as quendas de fala 1 a 27. O segundo episodio, integrado pol as intervencións da etapa de observación, comprende as quendas de fala 28 a 50. O terceiro episodio, constituído polas inte rvencións nas que o alumnado constrúe explicacións acerca do fenóm eno observado, abrangue as quendas de fala 51 a 117. Predición O primeiro episodio deste evento abrangue das quendas de fala 1 a 27 (ver Cadro 5.22). Nas quendas de fala 7 a 9 ten lugar a formulación dunha predición por parte de Héctor. Na quenda de fala 7 vese como este alum no considera que ao quentar azucre o que sucede é que dilata aumentando o seu volum e. Na quenda de fala 9 este alumno xustifica a súa predición en base ao aum ento de temperatura que leva aparellado o aporte de ener xía en forma de calor. A resposta deste alumno resulta com parable ao modelo de modificación de Andersson (1990), no que se inclúe a idea de que a substancia segue a ser a mesma (M2), de maneira que durante a transform ación unicamente se ven alteradas as súas propiedades físicas, neste caso o seu volume. Alén diso, a resposta deste alum no incorpora a idea da VANESSA SESTO VARELA 324 calor como axente qu e desencadea o cambio de propiedades da substancia (M1). Cadro 5.22. Fragmento da discusión [1] durante o episodio de predición do grupo H Quenda Transcrición Análise do discurso 6 [Helena]: A ver, planteemos una escena. Esto lo estuvimos dando el otro día. Dirixe o d esenvolvem ento da tarefa. 7 [Héctor]: Yo voy a poner que se dilata, aumenta su volumen. Emite unha predición. 8 [Hugo]: Ah, ¿sí? ¿Por qué ? Solicita unha explicación para a predición. 9 [Héctor]: Porq ue:: ((risas)). Porque se le aplica calor y al subir la temperatura:: yo que sé, algo así. Dá unha explicación para a predición. 10 [Helena]: Pues a mí no me conv ence. Rexeita a predición do compañeiro. 13 [Héctor]: ¿Por qué cr ees que oc urrirá lo que has predic ho? Le o enunciado da tarefa. 14 [Helena]: Es que a mí no me tiene senti do que se dilate. Rexeita a predición do compañeiro. 15 [Héctor]: Aumento de temper atura debido al calor cedido po r la combustión de la mecha. Dá unha explicación para a predición. 16 [Helena]: Hugo, ¿tú que pusiste ? Solicita unha predición para o fenómeno. 17 [Hugo]: Aún lo estoy pensando. Manifesta care cer dunha predición para o fenómeno. 18 [Helena]: Es que a mí no me parece:: Segue a amosar o seu rexeitamento á predición baseada na dilat ación. 22 [Helena]: A ver , es que en Bio logía dimos algo así, como las cé lulas creaban azúcar o algo así, y estoy intentando recordar cómo llegaban allí, entonces si se invertía ese proceso pu ede que me diga q ué le pasó. Intenta recorrer a un coñecemento teórico p ara emitir unha predición. Nas quendas de fala 10 a 18 obsérva se como esta predición non resulta plausible para Helena. Na quenda de fala 22 esta alumna intenta apoiarse nun coñecem ento a dquirido no ámbito escolar acerca do anabolismo celular para formular unha predición. Esta alum na fai referencia a que o proceso de sínt ese de moléculas com plexas que ten lugar nas células posiblemente lle proporcionase as claves para Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 325 entender o que vai suceder, dado que considera o fenómeno com o un proceso inverso ao anabolismo celular. En relación ao datos recollidos a través dos cuestionarios, H éctor mantén a m esma resposta que a expresada oralmente durante a interacción en grupo. Este alumno proporciona unha resposta indicadora de que está a activar un modelo de m odificación para interpretar o que lle sucede ao azucre ao sinala r que se dilata. Esta predición é reproducida por outro alumno, Hugo, situándose am bos no segundo nivel de progresión para a co mprensión das propiedades e os cambios quím icos (Hadenfeldt et al., 2014). A resposta escrita de Hugo inclúese a modo de exem plo na Figura 5.16. Que cres que sucederá cando o azucre contido nun tubo de ensaio se somete á acción da calor? Ó proporcionarlle calor aumenta a súa temperatura e entón sufrirá unha dilatación. Por que cres que ocorrerá o que previches? A mecha proporciona calor ó azucre e entón comeza un proceso de aumento de temperatura. Figura 5.16. Resposta escrita de Hugo durante a fase de predición Pola súa banda, Helena basea a sú a resposta escrita na idea do metabolismo celular, de aí que faga referencia a que o azucre regresa ao seu estado primitivo ao recibir o aporte de calor (ver F igura 5.17). Que cres que sucederá cando o azucre contido nun tubo de ensaio se somete á acción da calor? En este caso, el azúcar al recibir una fuente de calor, volvería a su estado original es decir, el anterior al del azúcar. Por que cres que ocorrerá o que previches? Por las características que tiene la substancia. Figura 5.17. Resposta escrita de He lena durante a fase de predición Observación O segundo episodio deste evento iníciase na quenda de fala 28 e conclúe na quenda de fala 50 (ver Cadro 5.23). Durant e dito episodio, os participantes desenvolven a ac tividade ao tempo que observan o que sucede. VANESSA SESTO VARELA 326 Cadro 5.23. Fragmento da discusión [1] durant e o episodio de observación do grupo H Quenda Transcrición Análise do discurso 37 [Investigadora]: Observ ade a ver que pasa. [...] Mirade por esta parte de aquí ((sinala a zona do tubo de ensaio onde comeza a aparecer consistencia líquida)). Dirixe a observación. 38 [Hugo]: Y se empaña. Realiza unha observación. 39 [Helena]: Esto es líquido de a zúcar. Dá unha explicación para o fenómeno. 45 [Héctor]: Hombre aho ra se supone que esto se solidifica y forma caramelo o algo así. Emite unha predición. 46 [Investigadora]: Non vo s podo decir nada:: Intenta non influír nas respostas dos est udantes. 47 [Héctor]: Se somete a una fuente de calor. Describe a execución do experimento. 48 [Hugo]: Solidifica. Hay una reacción química. Realiza unha observación e dá unha explicación para o fenómeno. 49 [Héctor]: No, los cambio s de estado no son físicos. O eso pone el libro . Recorre a un coñecemento teórico para invalidar a explicación do compañeiro. Na quenda de fala 38 un alumno, Hugo, observa como o tubo de ensaio se embaza. Na quenda de fala 39 Helena refírese á mestura de consistencia líquida que se forma no tubo de ensaio conforme avanza a reacción de descom posición térm ica como líquido de azu cre, unha descrición que concorda co modelo de modificación de Andersson (1990) para a interpretación dos cambi os quím icos. Para esta alumna o contido do tubo de ensaio continúa a ser azucre que co aporte de calor pasou de estado sólido a estado líq uido. Na quenda de fala 45 outro alumno, Héctor, quere anticipar se ao resultado do fenómeno, sinalando que rematará solidificando e formando caram elo. Na quenda de fala 48 obsérvase como Hugo ta mén cre que se volverá sólido, e engade que se está a producir unh a reacción quím ica. Na quenda de fala 49 ten lugar a intervención de Héctor, quen introduce unha diferencia (Ogborn et al., 1998) ao sinalar que de producirse unha solidificación a transform ación non constituiría un cambio químico, senón un cambio físico por trat arse dun cambio no estado de agregación da substancia. Capítulo 5. Modelos activados polo alum nado de educación secundaria 327 En canto aos datos recollidos a través dos cuestionarios, na pregunta na que se pide que es criban o que observan durante o fenómeno, todos os estudantes resp onden que tivo luga r un cam bio de estado a líquido e un cambio de cor. Asemade, Hugo escribe que durante o proceso se desprendeu vapor de auga, de aí a aparición de gotas nas paredes do tubo de ensaio (ver Figura 5.18). Anota o que observas cando o azucre se somete a unha fonte de calor. Pasa a estado líquido cambiando a su vez el color, y desprendiendo vapor de agua que hace que se empañe el crist al. Figura 5.18. Resposta escrita de Hu go durante a fase de observación Explicación O terceiro episodio dest e evento abrangue das quendas de fala 51 a 117 (ver Cadro 5.24). Durante este episodio os estudantes constrúen unha explicación para o fenómeno consistente coas observacións efectuadas. Na quenda de fala 51 obsérvase como Helena dem anda a construción dunha explicación para o observado durante o transcurso do fenómeno, ao que Héctor responde na posterior quenda de fala describindo o proceso como un cam bio de estado a líquido. Esta resposta indica que este alumno segue a activar un modelo de modificación para interpretar o que lle sucede ao azucre, d e aí que se manteña no segundo nivel para a com p rensión das propiedades e os cambios quím icos proposto por Ha denfeldt et al. (2014). Fai referencia á idea de que a substa ncia segue a ser a mesma, véndose alteradas unicam ente as súas propiedades físicas, neste caso o estado de agregación (M2). Na quenda de fala 55 obsérvase como Hugo cuestiona o modelo de Héctor ao tem po que propón un modelo alternativo baseado na idea de re acción química. Hugo considera que a transformación que tivo lugar non pode tratarse dun cam bio físico por producirse un cambio de cor. Na quenda de fala 57 Hugo engade que se desprendeu vapor de auga, o que constituiría unha proba a favor de que tivo lugar unha transformación quím ica. Na quenda de fala 58 obsérvase como Héctor defende o seu modelo baseado na modificación de propiedades da substancia argum entando que a condensación que se pro duce sobre o tubo de ensa io se debe ao vapor [Document text truncated for crawler view.]