El sistema cognitivo humano y el aprendizaje de las Ciencias

La percepción es un factor importante en la construcción de las ideas. Pero dicha percepción está regulada en parte por el funcionamiento del cerebro humano. Sor- prende, por ejemplo, que personas de culturas y ambientes muy diferentes elaboran explicaciones alternativas muy similares. Este hecho, y otros, nos muestran que el funcionamiento del sistema cognitivo de nuestra especie debe favorecer el desarro- llo de un tipo de explicaciones y no otras.

Los neurólogos aceptan que existe una base genética que actúa de sustrato bio- lógico y que constituye una estructura que necesita una acción cultural para desple- garse adecuadamente (Nogués, 1987). Así, por ejemplo, parece que la capacidad de producir un gran número de sonidos y vocalizaciones es innata, pero que después, según la lengua materna, se seleccionan sólo algunos determinados. Los adultos que han aprendido a utilizar unos sonidos tienen dificultades para pronunciar los de otras lenguas.

Del mismo modo, se postula que, como producto de la evolución humana, debe haber algún tipo de restricciones cognitivas que dan lugar a que se puedan interiorizar ciertos aspectos que provienen del medio, y no otros. Así, por ejemplo, algunas de las restricciones podrían estar en la base de la forma natural de razonar causalmente o de concebir el espacio y el tiempo. Estas restricciones y formas de razonamiento serían inna- tas, y a partir de ellas se evolucionaría (se “aprendería”) por influencia de la cultura.

Guidoni (1990) plantea la hipótesis de que campos culturales y argumentos se encuentran siempre estructurados siguiendo una red de dinámicas cognitivas que consti- tuyen su soporte esencial. Estas dinámicas o estrategias cognitivas son las que condi- cionan las maneras de mirar, las maneras de relacionar, las maneras de organizar las entradas que provienen del mundo de la cultura y del mundo de las sensaciones y de la experiencia. Es decir, para poner orden en este caos de informaciones y de viven- cias, el ser humano pone en funcionamiento unas reglas de juego cognitivas que, a su vez, conducen al desarrollo de estructuras culturales.

Según él, estas estrategias son comunes en niños y adultos, aunque en los más pequeños están parcialmente activas y se pueden desarrollar a través del aprendiza- je. Las estrategias que explicita son:

• Estrategias de categorización, que son las que permiten situar objetos, expe- riencias, palabras... Las personas utilizan categorías para poner orden en el entorno inmediato y en las percepciones subjetivas de este entorno. Lo son las relacionadas con:

– Identificar clases.

– Identificar sistemas, variables, propiedades... – Relacionar variables o partes de un sistema. – Identificar permanencia o cambio.

Por ejemplo, cuando se observa algo, se tiende a darle nombre o situarlo en una determinada clase –es un mamífero, es un metal...–, y a reconocer varia- bles o propiedades –tiene el pelo de tal tipo, es brillante...–, etc.

• Estrategias de formalización, es decir, aquellas que conllevan definir las formas o estructuras en el interior de las cuales debe operarse con reglas implícitas o explícitas. Lo son, por ejemplo, las relacionadas con:

– El uso del lenguaje natural, con la potencia de sus formas implícitas (gra- mática, sintaxis y semántica).

– El nombre.

– Las geometrías como manera de mirar el espacio (euclidización, topologi- zación, proyección, etc.).

– Los conjuntos y las clases.

– Los espacios cartesianos y las representaciones entre variables.

Por ejemplo, se utilizan flechas para representar las relaciones entre los orga- nismos en una cadena trófica y vectores para representar la fuerza; se representa el ADN según una espiral helicoidal, se cuantifican variables, etc.

• Estrategias de elaboración, que permiten organizar los conceptos y modelos teóricos estableciendo relaciones entre ellos. Lo son, por ejemplo, las relacio- nadas con:

– La discretización de un continuo y la necesaria dialéctica entre las dos for- mas de mirar (por continuo o por discreto).

– La descomposición, superposición, complementariedad, jerarquización, incompatibilidad, proyección, etc.

Por ejemplo, se pueden jerarquizar los conceptos de animal, mamífero, perro..., se establecen relaciones entre una estructura de partículas imaginaria y algunas características observadas en un material (véase el cuadro 6.4), etc. • Estrategias de interpretación, a través de las cuales se asigna un significado a

las relaciones y correlaciones entre formas. Lo son las relacionadas con el esta- blecimiento de conexiones de causalidad, contigüidad espacial o temporal, fina- lidad, concomitancia, etc.

Por ejemplo, se tiende a seleccionar causas, bien en las observaciones rea- lizadas –las plantas crecen porque absorben agua...–, bien imaginadas –el coche Capítulo 6: Factores que influyen en el aprendizaje científico

se mueve porque se ejerce alguna fuerza–. Otras veces, se buscan causas teleo- lógicas –los animales se reproducen para perpetuar la especie–, por cercanía entre las variables –la lámpara más cercana a la pila dará más luz que las más alejadas–, etc.

• Estrategias generales de ajuste-adaptación, que son tan automáticas que a menu- do no se tienen en cuenta, pero son fundamentales en el comportamiento cogni- tivo humano y están relacionadas con la capacidad de percibir discrepancias, iden- tificar prototipos, pensar por analogías, actuar por ensayo-éxito-error o a través del proceso hipótesis específica-intervención selectiva-verificación-falsación; etc. Por ejemplo, el razonamiento analógico desempeña un papel muy importan- te en la creación de nuevas hipótesis científicas (como en los diferentes modelos del átomo dibujados a través de la historia –el modelo “bola”, el modelo “plumb- cake”, el modelo “sistema solar”, etc.). Una analogía conduce a otra en un proce- so a la vez creativo y divergente que posibilita hacer lo no familiar, familiar. • Estrategias generales de organización del ajuste. A través de este tipo de estra-

tegias –deducción, inferencia, conclusión, consistencia– se tiende a construir estructuras cada vez más amplias en las que la exigencia de coherencia inter- contextual es dominante.

Cuadro 6.4. Ejemplo de estrategia cognitiva.

Formas de mirar los fenómenos: entre lo discreto y lo continuo

Una estrategia cognitiva importante para la elaboración del conocimiento consiste en mirar los hechos a través de “partes” discretas y de establecer relaciones entre estas partes y el con- tinuo. Por ejemplo:

• Al explicar una historia se verbaliza un conjunto de hechos, encadenados en el tiem- po. El paso de la historia oral a su representación por medio de un cómic implica dis-

cretizar, romper la historia en unidades o partes muy significativas. Al leerlo, la histo-

ria se reelabora de nuevo como un continuo. Lo mismo sucede con las observaciones de fenómenos.

• El agua se calienta y la temperatura aumenta. Para mirar este fenómeno se discretiza el tiempo, se rompe en unidades: segundos, minutos, horas... Su reelaboración a tra- vés de gráficas nos permite reelaborar continuamente el fenómeno.

• El arco iris se observa como un continuo, pero cuando se habla de él se separan 7 colo- res. Y en nuestra cultura existe un solo color blanco, pero la lengua de los esquimales tiene diversas palabras para designar diferentes matices de blanco.

• Muchos fenómenos se discretizan para describirlos: escalas para medir la dureza de una material, para medir la intensidad del viento o de un terremoto...

• El agua se ve como un líquido continuo, pero desde muy antiguo se la ha imaginado formada por partículas. Una piel humana también se ve como un continuo, pero no representa ningún problema cognitivo explicar su funcionamiento a partir de sus par- tes o células.

Pero no todas las personas son igualmente capaces de aplicar este tipo de estrategia de pensamiento. Por ejemplo, hay niños a los que les cuesta mucho discretizar un cuento. Pue- den identificar algunas escenas, pero no romper la historia de forma significativa a lo largo del tiempo, secuenciando las partes.

De la misma forma, hay adultos que no han aprendido a escoger unidades de tiempo para discretizar un fenómeno o a imaginar partículas cuando observan un material ni, mucho menos, a establecer relaciones entre el continuo observado y el discreto construido.

Para aprender a describir y a explicar los fenómenos científicamente la escuela debe favo- recer el desarrollo de esta capacidad.

La aplicación de las diferentes estrategias de razonamiento no excluye la elabo- ración de concepciones alternativas, sino al contrario. Las estrategias cognitivas con- ducentes a seleccionar la información, el uso de analogías o la tendencia a aplicar de forma natural un pensamiento causal lineal dan lugar a la construcción de nuevas concepciones que se pueden considerar como etapas “lógicas” (en el sentido coti- diano del término) del proceso largo y complejo que conlleva la construcción del conocimiento científico. Desde este punto de vista, el error, o mejor, la visión alter- nativa, es un paso positivo en el aprendizaje.

Razonamiento causal lineal. Cuando los niños explican los cambios, su razo-

namiento tiende a seguir una secuencia causal lineal. Postulan una causa que pro- duce una cadena de efectos, como si de una secuencia dependiente del tiempo se tratase. Esta tendencia a pensar explicaciones en relación con las direcciones pre- feridas de las cadenas de hechos indica que los alumnos pueden encontrar pro- blemas a la hora de tener en cuenta la simetría de las interacciones entre sistemas.

Por ejemplo, al considerar un recipiente que se calienta, creen que el proceso se desarrolla en una dirección, partiendo de una fuente suministradora de calor hasta un receptor; sin embargo, desde un punto de vista científico, la situación es simétrica, con dos sistemas en interacción, uno de los cuales gana energía mien- tras el otro la pierde. En mecánica, los alumnos tienden a pensar que una fuerza o acción produce un efecto, como es un movimiento; no les resulta fácil apreciar la naturaleza recíproca de las fuerzas que actúan (por ejemplo, La tercera ley de Newton) desde esta perspectiva, dado que exige que los alumnos abandonen el modo de pensamiento secuencial con su dirección “preferida”.

Otra consecuencia de la tendencia apuntada de pensamiento secuencial y de adopción de una dirección preferente consiste en que el proceso, considerado reversible por el científico, no es estimado necesariamente así por los alumnos. Por ejemplo, se dan cuenta del efecto del incremento de la presión en una masa de gas encerrada, pero les resulta difícil anticipar el efecto de la reducción de la presión. De igual modo, los alumnos pueden entender que la aportación de ener- gía puede transformar en líquido un sólido; sin embargo, les cuesta más com- Capítulo 6: Factores que influyen en el aprendizaje científico

prender lo que sucede cuando un líquido se transforma en sólido. (Fuente: Dri- ver, R. et. al. [1989]: Ideas científicas en la infancia y en la adolescencia. Madrid, MEC/Morata, pp. 294-295).

Uno de los aspectos más controvertidos en la construcción del conocimiento es el del papel de la lógica, es decir, de la habilidad en el uso de este sistema inferencial. Para Piaget, por ejemplo, es lo mismo lógica que razonamiento, y considera que en el estadio de las operaciones formales el tipo de contenido no influye en el apren- dizaje.

Sin embargo, otras investigaciones han puesto de relieve la importancia del con- tenido en el razonamiento lógico, así como el papel de los modelos mentales, que son antecedentes que condicionan el razonamiento. Estos planteamientos ponen en duda que solamente a través de una metodología de tipo hipotético-deductivo los estudiantes puedan aprender conceptos teóricos, ya que en ella se presupone que los estudiantes aplican razonamientos de tipo lógico. Una persona raramente aplica un proceso lógico puro a la interpretación de los datos recogidos en una experimentación, ya que su análisis está fuertemente condicionado por sus concepciones previas.

Otra de las líneas de investigación en relación con el funcionamiento del siste- ma cognitivo humano es la que busca identificar estilos cognitivos diferenciados entre las personas. Esta diversidad de estilos es lo que podría explicar, junto con argu- mentaciones de carácter socio-cultural, el hecho de que todos los individuos tengan unas capacidades para hacer y pensar unas determinadas cosas, pero que no todos hagan y piensen lo mismo.

Por ejemplo, se diferencia entre los estilos lógico-analítico y analógico-intuitivo de procesamiento de la información. Esta diversidad parece que tiene bases biológicas y que existe relación del hemisferio izquierdo del cerebro con el procesamiento de tipo lingüístico, analítico, lógico y objetivo, y del hemisferio derecho con el procesa- miento de tipo vídeo-espacial, intuitivo, analógico y subjetivo. Parece ser que no todos los individuos tienen igualmente desarrolladas las dos partes del cerebro, y aún se sabe poco sobre la relación entre los dos sistemas de procesamiento.

Estas diferencias podrían repercutir en los aprendizajes. Así, se habla de un esti- lo de pensamiento más global que propiciaría la realización de tareas heurísticas, fren- te a un pensamiento más analítico, que propiciaría un mejor rendimiento en algu- nas tareas científicas. Y de un estilo de razonamiento del tipo impulsivo, que tendería a pensar sobre la realidad, frente a un estilo de razonamiento reflexivo, que llevaría a pensar sobre todo en lo posible (Pozo, 1992).

Según esta perspectiva, si las actividades que se desarrollan en el aula son, por ejemplo, fundamentalmente de tipo analítico, se favorece a un tipo de estudiantes más que a otros, igual que si son más manipulativas que verbales, etc. Un mayor conocimiento de este tipo de diversidad comportaría poder diseñar actividades didác-

ticas que favorecieran a todo tipo de estudiantes, e incluso el desarrollo de las menos potenciadas. Tal como indica Nogués (1987):

La educación en nuestras áreas culturales tiende a privilegiar una actitud –que a menudo se pretende científica, pero que más bien sería cientificista–, que consiste en pretender que la única iniciación cultural que merece la pena con- trolar es la que viene garantizada por el razonamiento lógico-analítico. En cam- bio, de acuerdo con lo que sugieren los datos de la neurología, en el aprendiza- je actúan siempre los dos hemisferios.

Todas estas líneas de trabajo, y otras, muestran que el funcionamiento del siste- ma cognitivo y su desarrollo también es fundamental en el aprendizaje. A través de él percibimos los objetos y los fenómenos, tanto aquellos de los que tenemos expe- riencia directa como aquellos otros de los cuales nos hablan. Los memorizamos, cate- gorizamos, formalizamos o estructuramos relaciones entre ellos, desintetizamos o superponemos estas estructuras, establecemos relaciones causales, reconocemos si hay coherencia entre la idea y la experiencia, etc.

El funcionamiento de este complejo sistema cognitivo humano condiciona la elaboración de diferentes modelos teóricos que dan significado a la realidad, y sin duda alguna debe tenerse en cuenta en el diseño y puesta en práctica de las estrate- gias didácticas.