Procesos e instrumentos cognitivos implicados en la comprensión y resolución de problemas.

Según Polya (1945), la resolución de problemas es un constructo complejo en el cual se van a ver implicados una serie de pasos y procesos, que según él serían: comprensión, concepción de un plan, ejecución del plan y examen de la solución obtenida. Este esquema propone un modelo general para la resolución de problemas, pero no hemos de olvidar que en función de la materia o de los contenidos este esquema puede ser más específico. Así, por ejemplo, en el esquema de Polya para el caso específico de problemas de ciencias con estructura matemática, el primer paso, la comprensión, está ligada al lenguaje, contexto, situación, y tarea del problema (donde, a partir de estas variables, se ha de ver reflejada una correcta traducción matemática del problema). El segundo paso, la concepción de un plan, se traduce en la selección de estrategias para la resolución. Ejecutar el plan en este tipo de problemas en particular, se refiere a operar procedimientos de cálculo que permitan trabajar con el lenguaje matemático y, por último, se examina la solución y se interpreta el resultado.

Al mismo tiempo, para completar esas distintas fases o pasos en la solución de un problema, los alumnos necesitan adquirir procedimientos específicos. Aunque los procedimientos sean distintos en cada área de conocimiento, su función dentro del proceso de aprendizaje es relativamente similar. Así, por ejemplo, atendiendo a la función que cumplen para la solución de un problema, podríamos diferenciar cinco tipos de procedimientos (Pozo y Postigo, 1993):

1. Adquisición de la información.

2. Interpretación de la información.

3. Análisis de la información y realización de inferencias.

5. Comunicación de la información.

Los investigadores están de acuerdo en que existen una serie de factores e instrumentos cognitivos involucrados en la resolución de problemas y durante las últimas dos décadas ha aumentado el consenso sobre los de procesos mentales que intervienen en esta tarea. La perspectiva dominante en resolución de problemas es la aproximación al procesamiento de la información (Heyworth, 1998). Para acercarnos a este proceso nos interesa averiguar los procedimientos y estrategias que los estudiantes utilizan.

Uno de los factores cognitivos más importantes implicados en este proceso es la conexión entre los elementos de un problema descrito y la base de conocimientos disponible en la memoria del sujeto que va a resolverlo (de la cual hablaremos posteriormente), ya que esta conexión es la que guía a los estudiantes hacia una representación correcta del problema. De este aspecto nos ocuparemos seguidamente.

2.2.1 Memoria a largo plazo, memoria de trabajo y resolución de

problemas

La teoría del procesamiento de la información se centra en el aprendizaje y en el aprendiz y sugiere los mecanismos que entran en juego en el proceso de aprendizaje (Osborne, 1985). Esta teoría nos permite comprender las limitaciones del aprendizaje pero sobre todo nos permite ayudar a los estudiantes a evitar ciertas dificultades. En términos de esta teoría, la memoria a largo plazo (MLP) nos ayuda a diferenciar la información importante de todo aquello irrelevante. Si decidimos actuar en sobre esta información, se codifica para el almacenamiento o se traduce en una respuesta. El proceso de almacenamiento es más eficiente si relacionamos la información nueva con algún o algunos elementos de la memoria a largo plazo (MLP). La MLP parece tener una capacidad casi ilimitada para el almacenamiento de información, pero el sistema de recuperación no siempre es eficiente. Cuanto mayores sean las similitudes y los anclajes útiles para la fijar la nueva información, más fácil será la recuperación de contenido. La memoria de trabajo (working memory), es el espacio donde la información derivada de la MLP y la información obtenida del exterior se procesa

conocimiento y la información contenida en la memoria interactúan, se vinculan y se secuencian para una dar respuesta (a la tarea de aprendizaje o de resolución de problemas) o para almacenar nueva información (Johnstone, 1993 ; Kempa , 1991 ) .

La memoria de trabajo juega un papel crucial en el proceso de resolución de problemas de ciencias y matemáticas (Solaz-Portoles, Sanjosé, 2009). Se han descrito once modelos distintos de memoria de trabajo(Miyake & Shah, 1999), pero en la actualidad el modelo más aceptado es el modelo de Baddeley (1995). Este modelo describe tres tipos principales de memoria: La memoria a corto plazo (Short-

term memory), la memoria a largo plazo (Long-term memory) y la memoria de

trabajo (Working memory). La memoria a corto plazo tiene una vida media de unos 15 segundos y se compone de unos siete (7+-2) bloques o unidades de información (Miller’s, 1956), que pueden ser palabras, teoremas, imágenes, etc. que se procesan por separado. El resto de información se encuentra en la memoria a largo plazo. Como ya se ha dicho, la memoria a largo plazo tiene una gran capacidad y funciona como un almacén, pero con algunas limitaciones, y la información almacenada no está disponible en todo momento y no se tiene consciencia de todo su contenido. La memoria a corto plazo se nutre de este almacén y los procesos para conectar la información son llevados a cabo mediante la memoria de trabajo, por tanto, la memoria de trabajo se puede definir como el conjunto de mecanismos que utiliza la cognición humana para recuperar, manipular y mantener la información durante su procesamiento(Baddeley, 1986, 1990). La memoria de trabajo también tiene función de almacenaje y muchos investigadores le achacan la capacidad de representar la cantidad de información, activada, procesada y retenida, durante el procesamiento de la información en tareas cognitivas (Yuan, Steedle, Shavelson, Alonzo & Pezzo, 2006).

En el modelo de la memoria de trabajo desarrollado por Baddeley (2000), que es en realidad una revisión de un iniciático modelo postulado en la década de los setenta por Baddeley y Hitch (1974), se mencionan tres componentes de la memoria de trabajo: el ejecutivo central, que es el componente principal, gestiona el control de la atención y coordinada el conjunto de actividades de este sistema de memoria; el

bucle fonológico y la agenda viso-espacial, estos dos componentes son subsistemas

de la información verbal (palabras, números, etc.) y de la creación y manipulación de imágenes, respectivamente. La investigación de Alsina (2007) indica que existe una relación entre la habilidad del ejecutivo central de los niños con edades de entre 7 y 8 años y su rendimiento en cálculos aritméticos. El trabajo de Andersson (2007) con niños de 10 años demuestra que el bucle fonológico y determinadas funciones del

ejecutivo central (desplazamiento, coordinación del procesamiento y

almacenamiento de la información y acceso a la memoria a largo plazo) contribuyen decisivamente al éxito en la resolución de problemas de matemáticas.

La teoría neopiagetiana de Pascual-Leone, nos indica que el desarrollo cognitivo está constituido por distintos bloques y como tal se debe abordar desde distintos ángulos, que se describen a continuación. En primer lugar tenemos el M-operador o M- espacio, una medida de la capacidad mental que da cuenta del incremento de la capacidad de procesamiento de la información con la edad (Pascual-Leone y Goodman, 1979), esta está directamente relacionada con la memoria de trabajo. En la resolución de problemas, como ejemplo de tarea cognitiva, se puede modificar la M- demanda (demanda mental) de un problema sin cambiar su estructura lógica. De este modo se facilita el éxito de los estudiantes mediante la reducción de la cantidad de información por procesar, esto es, evitando la sobrecarga de la memoria de trabajo (Níaz, 1987). Por su parte Johnstone, Hogg y Ziane (1993), ponen en evidencia que un problema de Física puede presentarse de manera que se reduzca la entrada de

ruido (información no relevante) al sistema de procesamiento de la información. Con

esto, posibilitamos el acceso a la solución del problema a mayor número de estudiantes. También podemos ayudar a nuestros estudiantes utilizando problemas abiertos (sin datos numéricos, sin metodología prefijada), esto, en opinión de Sweller, van Merrienboer y Paas (1998), reduce la carga cognitiva. En consecuencia, para el progreso de los estudiantes con baja capacidad de memoria de trabajo se deben reducir las demandas de memoria de trabajo en las actividades del aula. Alloway (2006) propone ciertas recomendaciones para minimizar los fracasos relacionados con la memoria de trabajo en las actividades de aprendizaje, estas son: dar las instrucciones lo más breves posibles, reducir la complejidad lingüística de las frases, trocear las tareas en diferentes pasos, proporcionar apoyos a la memoria y desarrollar estrategias para que los estudiantes sean conscientes de sus déficits en la

2.2.2 Esquemas y resolución de problemas

Poseer un determinado conocimiento no es suficiente para resolver problemas, este ha de estar organizado para que pueda ser útil en diferentes situaciones. Los humanos organizamos el conocimiento a través de esquemas, estructuras de almacenaje de información asociada, construidos a partir de diversas situaciones tanto en el contexto escolar como en la vida ordinaria.