Conclusiones de la revisión sobre concepciones

Como ha quedado en evidencia, las ideas presentes en alumnos de todas las edades y en docentes sobre la forma de la Tierra y sobre las causas del día y la noche, las estaciones del año y las fases lunares distan de estar cercanas al conocimiento científicamente aceptado. En particular, los últimos dos fenómenos mencionados son comprendidos por muy pocos estudiantes y por una muy baja proporción de docentes:

"Los resultados de nuestra investigación... son bien desalentadores en la medida en que una tercera parte de los profesores sostienen que la Luna no tiene movimiento y que casi la mitad no son capaces de explicar correctamente algo tan diario –nunca mejor dicho– como el ciclo día-noche" (Vega Navarro, 2001, p. 40).

"...la mayoría de los alumnos suelen acabar los estudios de primaria sin siquiera saber dibujar correctamente la trayectoria diaria del Sol en el cielo o haber constatado una variación en la elevación del Sol a lo largo del año... la investigación realizada apoya la necesidad de replantear la enseñanza en primaria priorizando los contenidos descriptivos y observacionales, lo que posibilitaría un aprendizaje cimentado (en la percepción) de las teorías explicativas en etapas posteriores" (Navarro Pastor, 2011, p. 171).

Esta conclusión ha sido obtenida a partir de los distintos trabajos de investigación llevados a cabo a lo largo de los últimos 20 años, los cuales han permitido elaborar un listado exhaustivo de los modelos mentales que poseen estudiantes y docentes en relación a los fenómenos astronómicos cotidianos, haciendo posible su identificación y categorización. Al respecto, Chi y Roscoe (2002) definieron el concepto de modelo mental como una representación del conocimiento que se caracteriza por ser un conjunto interrelacionado de proposiciones insertas dentro de una estructura. A su vez, clasificaron estos modelos según su coherencia y completitud (Figura 4-10). En relación con la coherencia, los autores sostienen la existencia de dos tipos de modelos mentales: a) Modelos "coherentes": donde las proposiciones están interconectadas sistemáticamente, por lo que pueden ser utilizados para generar explicaciones, realizar predicciones y responder preguntas de una forma consistente y sistemática. Estos modelos pueden ser "correctos" o "defectuosos". En este último caso, la estructura coherente está organizada alrededor de ciertas creencias o principios que son incorrectos. Sin embargo, los estudiantes que poseen modelos mentales "defectuosos" son capaces de responder preguntas de un modo adecuado y consistente ya que comparten un cierto número de proposiciones con un modelo mental correcto, aunque éstas se encuentran interconectadas de acuerdo a principios organizativos incorrectos.

b) Modelos "incoherentes" (o "fragmentados"): las proposiciones no se encuentran interconectadas de un modo sistemático. En consecuencia, no pueden ser usados para dar explicaciones previsibles y consistentes.

En relación con la completitud, los autores clasificaron los modelos mentales en: a) Modelos "completos": poseen la mayoría de las proposiciones que son claves. b) Modelos "incompletos": poseen varias piezas faltantes.

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Figura 4.10: Categorización de los modelos mentales realizada por Chi y Roscoe (2002). En base a un esquema presente en Ogan-Bekiroglu (2007).

En consecuencia, "los estudiantes pueden poseer un modelo mental muy completo pero defectuoso, o un modelo mental básicamente correcto, pero disperso en detalles" (Chi y Roscoe, 2002, p. 8).

En función de esta categorización, los autores definen al cambio conceptual como el proceso de reparación de concepciones erróneas o de reasignación o desplazamiento de un concepto erróneamente categorizado desde una categoría ontológica de un modelo mental incompleto o defectuoso a otra categoría ontológica de un modelo mental correcto.

En la Tabla 4-5 se brindan algunos ejemplos de los distintos tipos de modelos mentales propuestos por Chi y Roscoe (2002) a partir de respuestas dadas por futuros docentes de Física en relación a los fenómenos astronómicos relacionados con la Luna.

Tabla 4-5: Tipos de modelos mentales identificados en un trabajo de investigación sobre los fenómenos lunares realizado por Ogan-Bekiroglu (2007).

Tipo de modelo Fenómeno Respuesta y razonamiento (o justificación)

Correcto la respuesta y el razonamiento son consistentes con la perspectiva científicamente aceptada Salida y puesta de la Luna

La Luna sale por el horizonte oriental y se pone por el horizonte occidental porque la Tierra gira

en sentido contrario en aprox. 24 hs. Cara de la Luna

visible desde la Tierra

Siempre vemos la misma cara de la Luna porque la rotación y la revolución de la Luna

duran lo mismo. Completo y defectuoso la respuesta es correcta pero el razonamiento no es consistente con la perspectiva científicamente aceptada Salida y puesta de la Luna

La Luna sale por el horizonte oriental y se pone por el horizonte occidental porque la Luna

orbita a la Tierra en 24 hs. Cara de la Luna

visible desde la Tierra

Siempre vemos la misma cara de la Luna porque la Luna no rota.

Defectuoso

la respuesta no es

Salida y puesta de la Luna

La Luna no sale ni se pone ya que siempre está en el mismo lugar del cielo.

112 consistente con la perspectiva científicamente aceptada Cara de la Luna visible desde la Tierra

Siempre vemos la misma cara de la Luna desde el mismo punto de la Tierra porque la Tierra y la Luna rotan a la misma velocidad.

Incoherente

Sea cual sea la respuesta dada, no se explica el razonamiento o está poco

claro

Salida y puesta

de la Luna La Luna sale pero no se pone.

Correcto e incompleto la respuesta incluye terminología científica correcta pero la explicación

es insuficiente

Mareas Las mareas ocurren por la fuerza gravitacional de la Luna.

Por otro lado, pese al enorme desarrollo del constructo "modelos mentales", y a su utilizacion sistemática en una gran cantidad de trabajos de investigación, existe una controversia vigente sobre si las concepciones acerca de los fenómenos naturales detectadas en niños pequeños constituyen o no modelos mentales coherentes o si, por el contrario, su conocimiento está formado principalmente por hechos vagamente relacionados. En este sentido, los resultados hallados por Hannust y Kikas (2007) no apoyan la idea de que la mayoría de los niños construyen modelos. Según estas autoras, los niños de entre 5 y 7 años de edad poseen un conocimiento sobre la forma de la Tierra y la gravedad compuesto esencialmente de hechos sin relación estricta, muchas veces memorizados, independientes entre sí y relacionados con distintas teorías que pueden ser incompatibles unas con otras. A su vez, destacan como muy poco habitual la aparición de modelos sintéticos coherentes (Vosniadou, 1992, 1994), donde los hechos están fuertemente conectados, incluso después de un proceso de instrucción.

Algunas de estas importantes diferencias entre ambas posturas pueden tener su origen en problemas metodológicos vinculados a la realización de entrevistas personales con niños pequeños, quienes se ven obligados a responder a preguntas del investigador que implican un cierto modelo de razonamiento, o a la elaboración de conclusiones a partir de los dibujos de los niños, los cuales suelen ser simplificaciones, o incluso copias, debido a las dificultades que tienen para realizar figuras en tres dimensiones. A su vez, otro problema metodológico detectado ha sido la modificación de los modelos mentales propuestos previamente por los investigadores en función de las respuestas incoherentes surgidas en los niños, descontando la posibilidad de que estas inconsis- tencias puedan deberse a la presencia de conocimiento fragmentado (ibíd., p. 90). Al respecto, Nobes et al. (2005) criticaron la metodología de realizar preguntas abiertas a los niños solicitándoles que dibujen o hagan representaciones, por lo que repitieron la investigación de Vosniadou y Brewer (1992) presentándoles fotografías a los niños con distintas formas de la Tierra. Encontraron que incluso los niños pequeños mostraron conocimiento científico sobre la forma de la Tierra y obtuvieron poca evidencia de la presencia de modelos mentales iniciales o ingenuos. Por el contrario, el conocimiento de los niños antes de adquirir el conocimiento científico parece ser incoherente y fragmentado.

Estas dos líneas metodológicas y sus respectivas conclusiones conducen a distintas recomendaciones para la enseñanza de la astronomía y de las ciencias en general. Si

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los niños poseen modelos mentales iniciales basados en creencias y presuposiciones fuertemente arraigadas vinculadas a sus experiencias con el entorno cercano, el rol del docente será el de desafiar estas intuiciones y ayudar a los niños a construir gradualmente el modelo científico. De este modo, la enseñanza de las ciencias consistirá en un proceso de sustitución de conceptos erróneos estables y resistentes por teorías científicas actualmente aceptadas.

Por el contrario, si los niños aprenden en mayor medida a partir de información de los adultos, de los libros y de otras fuentes culturales, más que de sus propias intuiciones y observaciones directas, será posible lograr que adquieran cierta comprensión sencilla de los fenómenos astronómicos desde edades tempranas. En consecuencia, la adquisición de conocimiento en la ciencia será un proceso que aumenta la sistematicidad de piezas de conocimiento que inicialmente se encuentran fragmentadas.

En ambas líneas de investigación queda claro que los niños construyen su conocimiento del mundo sobre la base de dos fuentes de información: las observaciones del entorno, por un lado, y las explicaciones dadas por otras personas en base a lo culturalmente aceptado, por el otro (Vosniadou, 2002; Kikas, 2003). La controversia está centrada en cuánto influye cada una de estas fuentes de información en el modo en que los niños representan internamente el mundo en el que viven y en cómo organizan esta información recibida.

En respuesta a las críticas recibidas, Vosniadou et al. (2005) cambiaron su esquema de entrevista incorporando modelos de plastilina para representar la Tierra además de dibujos, encontrando modelos no científicos consistentes similares a los hallados anteriormente. En consecuencia, sostuvieron sus ideas respecto a que el aprendizaje sobre los fenómenos físicos y astronómicos se produce de manera informal en la vida diaria, mucho antes que en la instrucción formal. Por lo tanto, el conocimiento previo de los niños difiere radicalmente de lo que se enseña en la escuela, haciendo que tiendan a reinterpretar la nueva información de acuerdo con sus modelos preliminares y a formar nuevos modelos sintéticos en lugar de los científicos. Por ese motivo, el proceso de instrucción debe ser planificado para poder dedicar tiempo a cuestionar las creencias inadecuadas, a discutir los modelos anteriores y a presentar y utilizar los conceptos y modelos nuevos de modo tal que sean entendibles y que sean vistos como útiles (Brewer et al., 2000).

Más allá de la controversia mencionada anteriormente, los resultados de las investigaciones muestran que comprender las causas de los fenómenos astronómicos cotidianos no resulta nada sencillo desde un punto de vista externo a la Tierra. Por un lado, los mismos exigen que los estudiantes posean ciertos requisitos previos, como comprender la forma de la Tierra y el concepto de gravedad. Por otro lado, requiere entender determinados aspectos del comportamiento de la luz, como la relación entre el ángulo de incidencia y la energía recibida por unidad de superficie para poder explicar las estaciones. A su vez, implica ser capaz de relacionar los movimientos en el espacio con lo que se observa desde un punto de la superficie terrestre, como la trayectoria cambiante del Sol en el cielo, lo cual requiere el desarrollo de determinadas habilidades de razonamiento espacial. Por último, esta relación entre ambos puntos de vista se encuentra presente en muy pocos materiales de instrucción utilizados en las escuelas. (Gil Quílez y Martínez Peña, 2005; Salierno et al., 2005; Sneider et al., 2011).

Algunos autores sostienen que la conciliación entre el punto de vista externo a la Tierra y el correspondiente a lo que se observa desde la superficie terrestre debe comenzar en los últimos años de la escuela primaria, especialmente en relación al ciclo día/noche que

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es relativamente sencillo de comprender. Sin embargo, el fenómeno de las estaciones del año también debería ser desarrollado en la escuela primaria:

"A pesar de estas dificultades, y en cierto modo debido a ellas, la enseñanza del concepto de las estaciones debe permanecer en la lista de lo que todos los estudiantes deben aprender para estar científicamente alfabetizados. Esto es porque el esfuerzo mental implicado en la comprensión de la explicación cientí- fica de los cambios estacionales puede ayudar a los estudiantes a fusionar su punto de vista local, centrado en el planeta Tierra, con la concepción moderna de la Tierra en el espacio junto con los otros planetas, estrellas y galaxias. Una vez que los estudiantes entienden este concepto, el mismo puede servir como un constructo unificador para sintetizar otras ideas importantes dentro de las ciencias físicas y del espacio" (Sneider et al., 2011, p. 19).

Respecto a la complejidad que posee la comprensión de las estaciones y de las fases lunares, Baxter (1989) detectó que los niños pequeños utilizan objetos cercanos y familiares para explicar los eventos astronómicos. Posteriormente, estas ideas son reemplazadas por nociones que incluyen el movimiento de los astros hacia arriba y hacia abajo o a través del cielo. Luego, los niños abrazan la idea de un movimiento orbital. Todo este recorrido, que demanda varios años, indica la complejidad de una tarea que está pensada en los materiales curriculares como si fuera extremadamente sencilla (Baxter, 1989):

"Por lo tanto, mientras los niños pequeños son animados a observar cómo ocurren algunos de los fenómenos astronómicos, se reconoce que la cons- trucción de un punto de vista heliocéntrico implica un número complejo de factores y no parece apropiado esperar una comprensión de dicha noción antes de la adolescencia temprana. En efecto, parece importante reconocer que los alumnos pueden construir nociones intermedias antes de moverse a un punto de vista heliocéntrico" (Baxter, 1989, p. 511).

La complejidad del punto de vista heliocéntrico para explicar los fenómenos astronómicos cotidianos queda en evidencia en función de que la mayoria de los estudiantes de 7mo. grado entrevistados en las investigaciones analizadas no fue capaz de proporcionar una explicación científicamente adecuada sobre las causas de día y noche, las fases lunares y las estaciones, fenómenos que se supone que son tratados en la escuela primaria. A su vez, los trabajos mostraron que existen pocos progresos en la escuela secundaria, detectándose una gran incidencia de las concepciones alternativas. En este sentido, parece ser que la enseñanza de la astronomía a la que los estudiantes están expuestos tiene muy poco impacto en sus concepciones (Danaia y McKinnon, 2007).

En sintonía con lo anterior, algunos educadores han cuestionado lo apropiado de enseñar los movimientos de los astros en el espacio y de su relación con lo que se observa en el cielo terrestre a alumnos de los primeros años de nivel primario dado que es un tema muy complejo para estudiantes que no están preparados académicamente ni desarrollados mentalmente:

"El similar tamaño del Sol y la Luna en el cielo genera dificultades para imaginar los tamaños relativos del Sol, la Luna y la Tierra... Antes de comprender la forma y el tamaño de la Tierra, los niños deben aprender a ver objetos en 3 dimensiones desde múltiples perspectivas" (Bryce y Blown, 2013, p. 434).

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"Aprender a explicar el fenómeno del movimiento celeste requiere más que entender cómo se mueven los cuerpos en el espacio. Por ejemplo, los chicos pueden entender que la Tierra rota sin usar esto para explicar el ciclo día/noche (Plummer et al., 2011) y pueden ser capaces de describir cómo la Luna orbita la Tierra sin ser capaces de explicar las fases lunares (Subramian y Padalkar, 2009)". (Plummer et al., 2014, p. 1084)

"Para construir las explicaciones científicas alrededor del movimiento celeste es central la habilidad de seguir y recordar las posiciones y movimientos de los objetos en tres dimensiones. Por ejemplo, comprender el movimiento aparente de las estrellas implica visualizar las observaciones desde la Tierra de las estrellas saliendo y poniéndose, un movimiento que ocurre en la superficie 3D del cielo. Nuestro cambio de perspectiva explica esto como nuestra rotación alrededor del eje terrestre. Este nivel de explicación implica aspectos desafiantes de pensamiento espacial, como rotación mental y visualización espacial (Mathewson, 1999). La rotación mental implica girar objetos en la mente de uno con rapidez y precisión (Linn y Petersen, 1985). La visualización espacial incluye la capacidad de interpretar la información 3D a partir de las representaciones en 2D, imaginar objetos desde diferentes perspectivas, y visualizar la forma en que la rotación puede cambiar la apariencia de los objetos (Barnea y Dori, 1999). La habilidad espacial ha sido identificada como un factor que explica las diferencias de comprensión sobre astronomía en los estudiantes (por ejemplo, Negro, 2005; Heyer, 2012; Wilhelm, 2009)". (Plummer et al., 2014, p. 1085)

"Los resultados revelan que la enseñanza podría haber causado tanta confusión que los niños descartan toda la nueva información y utilizan sólo su propia experiencia para ganar un sentido de comprensión... El hecho de que el nivel promedio de los conocimientos obtenidos se mantuvo relativamente baja y sólo cuatro niños dieron respuestas científicamente precisas a todas las preguntas implica que los niños de 5 a 7 años de edad no están preparados para adquirir plenamente los temas relacionados con la Tierra y la gravedad" (Hannust y Kikas, 2007, p.102).

Por otro lado, la repetición por parte de los estudiantes de informaciones científicas no indica en modo alguno la comprensión de los fenómenos que se están estudiando ya que esto puede corresponder a una mera memorización de hechos. Por ejemplo, los niños desde pequeños recuerdan el hecho de que la Tierra es redonda pese a que contradice la experiencia cotidiana, aunque muchas veces utilizan el modelo dual o el modelo de esfera hueca para reconciliar las viviencias cotidianas con la información científica recibida.

En función de lo expuesto aquí, urge preguntarse acerca de la pertinencia de enseñar en los primeros años de la escuela primaria el modelo Sol-Tierra-Luna, y los fenómenos astronómicos cotidianos, desde un punto de vista heliocéntrico. Como se ha visto, este desarrollo no ha logrado una mejora en la comprensión de dichos fenómenos por parte de alumnos de todas las edades e incluso de docentes.