La enseñanza basada en modelos

En función de lo expresado anteriormente respecto al rol del trabajo con modelos dentro de la actividad científica, y a la necesidad de su desarrollo en las aulas con el fin de que los estudiantes comprendan sus usos y limitaciones, la propuesta didáctica a diseñar en esta investigación tendrá como eje la reconstrucción de un modelo descriptivo, explicativo y predictivo topocéntrico acerca de los fenómenos astronómicos cotidianos. Al respecto, la enseñanza basada en modelos puede concebirse como cualquier implementación consistente en recursos informativos, actividades de aprendizaje y estrategias de enseñanza que procuran facilitar la construcción de modelos mentales (Johnson-Laird, 1983) en los alumnos, tanto individualmente como en grupo (Gobert y Buckley, 2000). A su vez, posee como meta la mejora en la comprensión de los estudiantes sobre los modelos y su rol en la ciencia a partir de la construcción de modelos de enseñanza que, en modo similar a como lo hacen los modelos científicos, puedan actuar como mediadores entre la teoría y la realidad (Lombardi, 1998; Morrison, 1999). En la formación de un modelo se integran piezas de información acerca de la estructura, función o comportamiento, y mecanismos causales de un fenómeno, partiendo de representar un sistema análogo o a través de la inducción.

Dado que los modelos científicos son frecuentemente complejos o se expresan mediante formas de representación complejas, lo que se enseña en las clases de ciencias son simplificaciones o adaptaciones de los mismos que reciben el nombre de "modelos curriculares". A su vez, con el objetivo de ayudar a los a los alumnos a aprender un determinado modelo curricular, los docentes crean y utilizan "modelos de enseñanza", que son representaciones centradas en algún aspecto o en ciertos atributos particulares del modelo. Los dibujos, maquetas, simulaciones y analogías son los recursos de enseñanza más comúnmente utilizados (Justi, 2006).

Desde esta perspectiva, el proceso de aprendizaje a largo plazo consiste en recorrer un camino paulatino desde las concepciones que poseen los estudiantes antes de la enseñanza hasta alcanzar el modelo objetivo a enseñar, atravesando uno o más modelos intermediarios (Clement, 2000). Este conocimiento deseable de alcanzar después de la instrucción no necesariamente coincide con el modelo consensuado por

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los expertos o modelo científico (Figura 2-1), debiéndose mantener una acción examinadora que evite deformaciones durante el proceso de transposición didáctica. Este principio de "vigilancia epistemológica" (Chevallard, 1991) tiene como objetivo principal controlar que el saber que se enseña en las instituciones escolares no se desvíe en lo sustancial de los conceptos y principios más relevantes del saber científico.

Figura 2-1: El aprendizaje a través de modelos intermediarios (Clement, 2000).

La concepción de modelo como cualquier representación que permite pensar, hablar y actuar con rigor y profundidad sobre un sistema que se está estudiando posee amplia potencialidad. Permite concebir la ciencia escolar como un espacio para pensar acerca de ciertos hechos-clave reconstruidos para dar sentido a los fenómenos del mundo que nos rodea, incorporando modelos de enseñanza adecuados al problema planteado, al momento de aprendizaje y al grupo e institución en la que se trabaja (Adúriz-Bravo e Izquierdo-Aymerich, 2009).

En relación con la enseñanza basada en modelos, las investigaciones han mostrado que los estudiantes, y muchos docentes, no tienen en claro el concepto de modelo (Gilbert S., 1991; Islas y Pesa, 2003), por lo que éste debe ser enseñado utilizando diferentes estrategias (Raviolo et al., 2010). En este sentido, es relevante que el docente promueva actividades donde se discuta y clarifique la naturaleza y el uso de los modelos, diferenciando su significado del que se le asigna en la vida cotidiana (Justi, 2006). A su vez, la construcción de modelos es una actividad que involucra a los alumnos en “hacer ciencia”, “pensar sobre ciencias” y “desarrollar pensamiento científico y crítico”, promoviendo un aprendizaje activo por parte de los estudiantes (Justi y Gilbert, 2003). Dado que la modelización representa una de las actividades científicas centrales (Gallego Badillo, 2004), favorecer las actividades de construcción de modelos y de resolución de problemas en las aulas familiariza a los alumnos con las actividades propias de la ciencia propiciando la enseñanza de métodos de razonamiento característicos de las ciencias experimentales. En este sentido, el aprendizaje de la Física debe contemplar tres dimensiones principales: estudiar ciencias físicas, aprender sobre las ciencias físicas y hacer ciencias físicas. Esto implica apropiarse de los conocimientos (hechos, conceptos, leyes, teorías, etc.), estudiar las maneras en que funciona la ciencia (métodos, procedimientos, etc.) y comprender la estrecha vinculación con aspectos culturales (relación ciencia y sociedad, historia de las ciencias, etc.) (Boilevin, 2000, p. 62).

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En relación al proceso de construcción de modelos, Justi (2006) propone un modelo sobre este proceso organizado en cuatro etapas (Figura 2-2), lo que no implica que sea deseable ni esperable que todos los alumnos desarrollen el mismo modelo ni de la misma forma. Por el contrario, se espera que esta estrategia de enseñanza permita el enriquecimiento de la estructura cognitiva y emocional de los alumnos, entendiendo que el aprendizaje es un proceso gradual y no lineal de modificación de ideas.

Figura 2-2: Modelo del proceso de construcción de modelos (Justi y Gilbert, 2002).

Etapa 1:

 Definir el objetivo o bien tener conocimiento del mismo (Gilbert, Boulter y Rutherford, 1998).

 Buscar observaciones iniciales (directas o indirectas, cualitativas o cuantitativas) acerca de la entidad a modelar. Es decir, experiencias que la persona ya tiene o que pasa a tener con el «objeto» a modelar. Estas experiencias pueden existir como observaciones empíricas o como informaciones previamente existentes (en la estructura cognitiva del propio individuo o en fuentes externas) acerca de la entidad modelada y del contexto en el cual está inmersa.

 Seleccionar los aspectos de la realidad que se usarán para describir el «objeto» a modelar. Pueden ser ser situaciones con las que parece posible establecer una analogía (Gentner y Gentner, 1983; Wilbers y Duit, 2006) o bien recursos matemáticos para la situación en cuestión.

 Elaborar un modelo mental inicial a partir de los elementos anteriores utilizando la creatividad y el razonamiento crítico.

51 Etapa 2:

 Decidir cuál será la forma de representación más adecuada para el modelo: concreta, visual, verbal, matemática, computacional (Boulter y Buckley, 2000).

 El desarrollo del modelo mental tendrá un carácter cíclico dado que el proceso de expresar un modelo conlleva hacer modificaciones en el modelo mental que, a su vez, se puede expresar de diferentes formas, y así sucesivamente.

Etapa 3:

 Comprobación del modelo propuesto mediante experimentos mentales y/o mediante la planificación y realización de comprobaciones experimentales. Si el modelo falla se debe intentar hacer modificaciones al mismo para que pueda reincorporarse al proceso.

 El modelo puede ser rechazado en casos extremos en que la comprobación señala problemas serios y dificultades de adecuación. Esto implica una reconsideración radical de los elementos de la Etapa 1 de elaboración del modelo, añadiéndole el conocimiento adquirido hasta el momento, el cual pasa a formar parte de las experiencias anteriores del individuo.

Etapa 4:

 Socialización del modelo. Si ha tenido éxito en la etapa 3, se puede decir que el modelo ha cumplido con el propósito para el que ha sido elaborado. Por lo tanto, el individuo que lo creó queda convencido de su validez, por lo que su siguiente tarea consistirá en convencer de esto a otros individuos.

 En este proceso de socialización, se debe hacer explícito tanto el ámbito de validez del modelo como las limitaciones del mismo en relación con el objetivo que inicialmente se había definido.

Pese a que este proceso de construcción de modelos intenta representar el modo de trabajar y pensar de muchos científicos, esto no implica que los estudiantes deban "pensar como" o "convertirse en" científicos. Sin embargo, esta propuesta brinda la oportunidad de experimentar determinados aspectos de la construcción del conocimiento científico, de pensar los propósitos de la ciencia, de formular preguntas críticas y atinadas, de proponer explicaciones, de realizar predicciones y de evaluar el modelo propuesto. Por lo tanto, implica a los alumnos en el "hacer ciencia" y en el "pensar sobre la ciencia", de forma tal que los fenómenos se estudien de un modo activo y participativo por parte de los estudiantes (Justi, 2006, p. 178).

En el capítulo siguiente se brindarán los fundamentos físicos del “modelo cinemático celeste” (MCC), el cual tiene como eje la utilización del sistema de referencia topocéntrico para la descripción, explicación y predicción de los fenómenos del día y la noche, las estaciones del año y las fases lunares. Este MCC será el modelo objetivo de enseñanza que se intentará reconstruir con los estudiantes a partir de la implementación de una propuesta didáctica topocéntrica especialmente elaborada con este fin, la cual representa el núcleo central de este trabajo de investigación.

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