Resumen El profesor resulta ser un factor clave para aproximarse al cambio conceptual estudiantil. Este trabajo trata sobre el desarrollo del concepto Conocimiento Pedagógico del Contenido (cpc) o, como se le ha definido, el conocimiento disciplinario






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títuloResumen El profesor resulta ser un factor clave para aproximarse al cambio conceptual estudiantil. Este trabajo trata sobre el desarrollo del concepto Conocimiento Pedagógico del Contenido (cpc) o, como se le ha definido, el conocimiento disciplinario
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Tabla 1. Intensidades del Conocimiento Pedagógico Químico en la enseñanza experimental, según Bond-Robinson (2005).

Forma del CPQ

Conocimiento requerido

Ejemplos

CPQ-1

Conocimiento procedimental general; técnicas específicas; procedimientos; cálculos y conocimiento sobre seguridad en cada investigación del laboratorio.

Modela y refuerza medidas de seguridad; demuestra técnicas; ataca problemas en el laboratorio; proporciona guía a los alumnos.

CPQ-2

Comprensión de los tópicos y los conceptos de química, para transformarlos para que hagan sentido en los alumnos.

Correlaciona los hechos macroscópicos con los procesos del submicroscópico; escoge ejemplos sabiamente; liga símbolos químicos con variables matemáticas y procesos en el micromundo.

CPQ-3

Conocimiento flexible para probar y guiar el razonamiento estudiantil, así como confianza en sus conocimientos y su papel para dirigir el ambiente de aprendizaje.

Usa estrategias de preguntas para probar el razonamiento conceptual; proporciona una guía directa ocasional; dirige a los alumnos a trabajar a través de preguntas o problemas procedimentales.

Una conclusión general de todos estos artículos es que para contribuir a su comprensión cabal es necesario realizar estudios sobre el CPC en tópicos específicos. Como De Jong, Veal y Van Driel (2002) han apuntado, “no se conoce mucho acerca de la base de conocimientos de los profesores de química con respecto a temas como los de la bioquímica, la tecnología química y la cinética”.

Hacen falta más estudios sobre el conocimiento básico con que cuentan los profesores de química de nuestros países y es muy importante conocer este aspecto para mejorar el proceso educativo de la química. Esta es la razón de la siguiente sección de este trabajo, en la que nos abocamos a desglosar el CPC presente en varios proyectos curriculares de relevancia sobre el tema de la estructura corpuscular de la materia (Nussbaum, 1985; CLIS, 1987; MAM, 1988; Martínez Torregrosa et al, 1997; Gómez Crespo et al, 2004) y después a relatar cómo capturamos el CPC de una decena de profesores del bachillerato mexicano respecto a este mismo tema y a comentar algunos de nuestros resultados (Garritz et al., 2005).

La estructura corpuscular de la materia. Algunos proyectos de abolengo.

Joseph Nussbaum

Este investigador israelí hizo un trabajo pionero con S. Novick sobre las concepciones alternativas acerca de la estructura de la materia (en particular de los gases) de los estudiantes de la secundaria (ver un resumen de las concepciones alternativas sobre este tema en Hierrezuelo y Montero (1988); Trinidad-Velasco y Garritz, 2003)). Novick y Nussbaum (1978) se propusieron conocer la estructura de las representaciones de los alumnos israelitas (13-14 años), para lo cual usaron un método de entrevista, la cual incluyó preguntas sobre tres fenómenos diferentes que involucraban a la fase gaseosa y el desarrollo de ocho tareas. Hallan en una cierta proporción de los alumnos encuestados, entre otros aspectos, que sienten que el aire no se asienta en el fondo de un recipiente debido a su gravedad específica baja; aspecto que va de acuerdo con una concepción continua de la materia. En otro trabajo, Novick y Nussbaum (1981) dicen que si bien los estudiantes llegan a decir que el aire está hecho de partículas invisibles, ellos no han abandonado realmente su concepción continua de la materia. Cuando se les pide, por ejemplo, dibujar una ‘imagen completa’ de la estructura interna del aire, probablemente ellos llenan los espacios entre las partículas hasta que llega a ser una imagen continua de puntos. Nussbaum y Novick (1982) proponen, a partir de sus hallazgos, que el cambio conceptual puede alcanzarse al retar las concepciones estudiantiles mediante el conflicto cognitivo.

Años más tarde, Nussbaum (1985) nos presenta en un famoso libro editado entre otros por Rosalind Driver, las figuras de las ilustraciones 1 y 2, en donde encuentra claramente representaciones continuas de la materia (parte a de la ilustración 2) y representaciones discretas (parte b de la ilustración 2) seleccionadas por los alumnos.

Ilustración 1. Aparato para extraer aire de un frasco. La primera figura es la acción antes de extraer el aire y la segunda una vez extraído el mismo. “Tarea 1. Supón que dispones de unas gafas mágicas con las que puedes ver el aire que está en el interior del frasco. Dibuja cómo lo verías antes y después de utilizar la bomba de vacío para extraer algo de aire.”



Ilustración 2. Páginas de diagramas para la Tarea 2: “Aquí tienes algunos esquemas de ‘antes y después’ dibujados por alumnos de otra escuela cuando contemplaron el mismo fenómeno. ¿Qué dibujo crees que representa mejor el aire del interior del frasco antes y después de la extracción?



Esta es una de las primeras veces que se pide a los alumnos que ‘imaginen’ cómo está constituida la materia en su interior, con el uso de unos lentes mágicos. Esta estrategia se habría de generalizar posteriormente como parte del CPC de los profesores (ver ejemplos en CLIS, 1987; MAM, 1988). Kind (2004) nos cita, por ejemplo, como sugerencias para mejorar la comprensión de los alumnos, “introducir la idea de un ‘atomoscopio’ o la idea que ellos tienen de ‘lentes moleculares’ con los que se pudieran ‘ver’ los átomos”.

En su tercera tarea, Nussbaum pide entonces a los alumnos explicar qué hay entre los puntos de los dibujos, con lo que encuentra por primera vez lo difícil que es que los estudiantes conciban el vacío entre las partículas. Pocos años después, Llorens (1988) vuelve a encontrar en España que sólo 22.1% de los alumnos responden adecuadamente a la pregunta de qué hay entre las moléculas (ver el diagrama 1).

Diagrama 1. Item 3 de Llorens (1988). Probablemente habrás oído decir que la materia está formada por pequeñas partículas tales como los átomos y las moléculas. Si representamos todas las partículas de los distintos gases que componen una pequeña muestra de aire, así:

̣· : .

˙ ̣· . . ˙ :

˙ . . ˙ : .

̣· . . ˙

˙ ˙ . ˙ . : ̣·.

˙ . : ˙ . ̣·
¿Qué crees que hay entre estas partículas?

  1. Más aire 22.6 %

  2. Otros gases 34.8 %

  3. Nada 22.1%

  4. Una sustancia muy ligera que lo rellena todo 13.4 %

  5. No lo sé. 6.4%

Nussbaum concluye con algo que debe formar parte del CPC de todos los profesores, que “los aspectos de la teoría de partículas más difícilmente asimilables por los alumnos son los más disonantes con sus concepciones antecedentes de la naturaleza de la materia. Estos aspectos son: el espacio vacío (el concepto de vacío), el movimiento intrínseco (cinética de partículas) y la interacción entre partículas (transformación química).

Proyecto ‘Children’s Learning in Science’ (CLIS)

En este proyecto se presenta una secuencia llamada constructivista por Duit (1999) propuesta para la enseñanza de la teoría corpuscular de la materia y presentada formalmente como investigación años más tarde por Driver y Scott (1996).

Hewson y Beeth (1995), han propuesto que toda secuencia de enseñanza con las siguientes etapas puede considerarse como una que busca el cambio conceptual dentro de una concepción constructivista:

a) Las ideas de los alumnos deben ser una parte explícita del debate en el aula. Se trata de que los alumnos sean conscientes de sus propias ideas y de las ideas de los demás. Además, a diferencia de los enfoques tradicionales, las opiniones de los alumnos deberían considerarse al mismo nivel que las del profesor. Los alumnos han de darse cuenta de que las ideas tienen autoridad por su poder explicativo, no por la fuente de donde proceden.

b) El estatus de las ideas tiene que ser discutido y negociado. Como una consecuencia de la primera condición, una vez que todas las ideas han sido provocadas, los alumnos deben decidir acerca del estatus de sus propias opiniones y de las opiniones de los demás. En esta elección intervienen, además de la propia ecología conceptual, sus criterios epistemológicos acerca del conocimiento científico y acerca de qué constituye una explicación aceptable.

c) La justificación de las ideas debe ser un componente explícito del plan de estudios. Que los alumnos consideren que las nuevas concepciones son plausibles y útiles puede depender de varios factores: que las nuevas concepciones parezcan verdaderas y compatibles con otras concepciones previas o aprendidas, que las concepciones no contradigan las ideas metafísicas de los alumnos, que la idea aparezca como general o como consistente y que ello coincida con los compromisos epistemológicos de los alumnos, etc.

d) El debate en el aula debe tener en cuenta la metacognición. Cuando los alumnos comentan, comparan y deciden sobre la utilidad, la plausibilidad y la consistencia de las concepciones que se presentan, están explicitando sus propios criterios de comprensión. La aceptación o no de las nuevas ideas y el rechazo de las ideas previas depende en gran medida de los patrones metacognitivos de los alumnos: ¿satisface una nueva concepción las lagunas que plantea la anterior?, ¿es capaz el alumno de detectar fallos en la capacidad explicativa de sus propias ideas?, ¿cómo comparar el poder explicativo, sin duda elevado, de las concepciones previas con el de las nuevas concepciones, etc.?

En el diagrama 2 se presentan las seis etapas declaradas en el proyecto CLIS (1987), que satisface plenamente las cuatro características señaladas por Hewson y Beeth (1995), pues se empieza por provocar la salida de las ideas de los alumnos y se culmina con la aceptación de una teoría más acorde con las ideas intercambiadas y puestas en jaque con el grupo.

Diagrama 2. Wightman, Johnston y Scott marcan las siguientes 6 sesiones como las componentes del proyecto CLIS, las cuales se desarrollan en 10 sesiones dobles:

Parte A (2 sesiones dobles, de 70 a 80 minutos cada una): En estas sesiones el profesor conoce las ideas de los alumnos y éstos toman conciencia de sus propias ideas en relación con las variadas propiedades de la materia.

Parte B (1 sesión doble): Los alumnos se volverán activos en la hechura de una teoría científica con posterioridad. En esta sesión ellos se introducen en la naturaleza de las teorías científicas y en su hechura.

Parte C (2 sesiones dobles): La hechura de la teoría se basará en hallar patrones de comportamiento. En estas sesiones los alumnos consideran patrones en el comportamiento de sólidos, líquidos y gases.

Parte D (1 sesión doble): Los alumnos desarrollan sus propias teorías sobre la naturaleza de sólidos, líquidos y gases.

Parte E (2 sesiones dobles): Las teorías de los alumnos son comparadas y evaluadas por los miembros de la clase. El profesor introduce actividades que animan a los alumnos a evaluar, desarrollar y cambiar sus ideas.

Parte F (2 sesiones dobles): Se dan oportunidades a los alumnos para desarrollar ideas nuevas acerca de la naturaleza y el comportamiento de la materia, tanto en situaciones usuales como novedosas.



Las actividades diseñadas para provocar la expresión de las ideas estudiantiles están referidas en el diagrama 3. Otras tres experiencias se colocan como tarea para que la desarrollen los alumnos con posterioridad: una sobre la fusión del hielo, otra sobre el olor del gas licuado de petróleo y una tercera sobre el matraz al cual se le extrae el aire parcialmente, tomada de Nussbaum (1985).

Diagrama 3. Actividades experimentales diseñadas para que los alumnos expresen sus ideas.

  1. Jeringas. Se pide a los alumnos que empujen el émbolo de tres jeringas, una con aire, otra con agua y una tercera con arena.

  2. Bloques. Se pide que encuentren cuestiones comunes y diversas entre dos bloques de diferentes materiales, los cuales tienen el mismo tamaño, pero diferente peso.

  3. Hoja de afeitar. Se pide a los alumnos que hagan flotar una hoja de afeitar sin filo.

  4. Chasquido. Se añaden pesas a un alambre de cobre, hasta que se deforma y se rompe.

  5. Fundido. Se calienta una tira de cera y se pide a los alumnos que observen.

  6. Agua. Se pide que comparen el nivel del líquido antes y después de calentar hasta hacer hervir una muestra de agua.

  7. Refrescante de aire. Se pide que huelan el aroma de un refrescante de aire y se les pregunta ¿qué es lo que huele? ¿por qué huele?

La forma en la que debe participar el maestro o maestra en una estrategia constructivista debe adquirirse como una parte del CPC. Aunque los profesores están acostumbrados a laborar con grupos de trabajo en un contexto práctico, pocos tenían la costumbre de trabajar con grupos en discusión con una base de regularidad. Como un ejemplo de muchas cuestiones que se recomiendan a los profesores como parte del CPG, colocamos a continuación las que se dan respecto al trabajo en grupos a los poco familiares con este tipo de labor:

  1. El óptimo número de alumnos por grupo parece ser de cuatro.

  2. Es una estrategia útil pedir a los alumnos empezar la discusión en pares y después armar grupos de cuatro integrantes.

  3. Es mejor dejar que los alumnos seleccionen el grupo al cual desean pertenecer.

  4. Poner más atención a los grupos en los que se mezclen géneros, buscando que se dé la equidad en la participación.

  5. Animar a los alumnos a sentarse rodeando una mesa, en lugar de hacerlo en líneas.

  6. Poner un tiempo límite.

  7. Dejar clara la tarea para todos los alumnos y dar un fin focal a la tarea, por ejemplo ‘al final de la discusión, cada grupo va a producir un póster’ o ‘un orador de cada grupo va a informar de sus hallazgos al resto de la clase’.

Con relación a las cuestiones por evitar:

  1. Puede inhibir el trabajo de los grupos si se encuentra rodeándolos constantemente.

  2. Pida que respondan preguntas cerradas y concretas.

  3. Está mal indicar que un alumno o un grupo tiene ideas erróneas, o no tan valiosas como las traídas a colación por algún otro individuo o grupo.

No cabe duda de que se requiere un CPC muy especial para desarrollar adecuadamente las labores de enseñanza cooperativa propias del constructivismo. Sobre todo si el profesor ha de actuar en la búsqueda de que los alumnos cambien sus ideas para acercarlas lo más posible al contexto científico, debe participar con preguntas clave que pongan en reto a las concepciones estudiantiles. Entre muchas otras cuestiones, y conociendo muy bien las concepciones alternativas más comunes entre los alumnos, se pide al profesor en este proyecto que haga las siguientes preguntas a los alumnos:

  1. ¿Qué existe entre las partículas?

  2. ¿Qué mantiene a las partículas juntas?

  3. ¿Se mueven las partículas?

Matter and molecules

Este proyecto fue aplicado entre 1986 y 1988 por académicos del “Institute for Research on Teaching”, de la Universidad Estatal de Michigan y está basado en la teoría del cambio conceptual. Consta de un libro de Ciencia, uno de Actividades para los alumnos y otros con los mismos títulos para los profesores. La acción está guiada por el libro de ciencia para los alumnos, el cual es complementado por el que contiene las actividades a desarrollar.

En el diagrama 4 hemos colocado los nombres de los nueve capítulos de este proyecto, que empieza recogiendo una serie de actividades con el agua, para después generalizar a otros líquidos, sólidos y gases. Desde el primero aparece el concepto de partícula como constituyente elemental de las muestras de materia.

Diagrama 4. Los nueve capítulos de “Materia y moléculas”.

  1. Estados del agua

  2. Otros sólidos, líquidos y gases

  3. El aire alrededor de nosotros

  4. Compresión y expansión

  5. Explicación de la disolución

  6. Calentamiento y enfriamiento, expansión y contracción

  7. Explicación de fusión y solidificación

  8. Explicación de evaporación y ebullición

  9. Explicación de la condensación

Los libros para los profesores contienen información complementaria para el maestro, entre otras cuestiones lo que debe aprender de CPC para poder enfrentar al grupo con éxito. Por ejemplo, al inicio de cada capítulo, el libro de ciencia del maestro tiene una tabla con las concepciones estudiantiles más comunes. En el diagrama 5 presentamos el ejemplo de una porción de dicha tabla dada en el capítulo 1.

Diagrama 5. Contraste entre los patrones comunes en el pensamiento de los estudiantes con los pensamientos científicos alrededor de algunos temas importantes de este capítulo.

Tema

Concepciones meta

Concepciones estudiantiles

Conservación de la materia

La materia se conserva en toda transformación física

La materia no siempre se conserva, especialmente en cambios que involucran a gases (i.e. el agua desaparece cuando se le calienta)

Constitución molecular de la materia

Toda la materia está hecha de moléculas

Las moléculas están entre las sustancias (i.e. el agua tiene moléculas en ella, con agua entre las moléculas)

Movimiento constante

Todas las moléculas están moviéndose constantemente

Las moléculas están en ocasiones detenidas, especialmente en los sólidos

Para reforzar el CPC de los maestros, el libro de ciencias tiene para cada capítulo un listado de objetivos a cumplir, un conjunto de elementos clave para lograr una buena descripción del tema y unas guías para el aprendizaje conceptual de los alumnos. Se mencionan a continuación los conceptos que son difíciles de entender, como los dados en el diagrama 6, que están tomados del primer capítulo.

Diagrama 6. Conceptos de difícil aprendizaje.
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