Modelos Mentales y Cambio Conceptual; Favoreciendo el
Aprendizaje de Elementos, Compuestos y Mezclas, en
Educación Secundaria -Edición Única
Title Modelos Mentales y Cambio Conceptual; Favoreciendo el Aprendizaje de Elementos, Compuestos y Mezclas, en Educación Secundaria -Edición Única
Authors Iván Reyes Rojas
Affiliation Tecnológico de Monterrey, Universidad Virtual Issue Date 2011-12-01
Item type Tesis
Rights Open Access
Downloaded 18-Jan-2017 12:16:03
Universidad Virtual
Escuela de Graduados en Educación
Modelos mentales y cambio conceptual; favoreciendo el aprendizaje de
elementos, compuestos y mezclas, en Educación Secundaria
Tesis que para obtener el grado de:
Maestría en Educación con Acentuación en Enseñanza de las Ciencias
presenta:
Iván Reyes Rojas
Asesor tutor:
Mtra. Magda Judith Treviño González
Asesor titular:
Dr. Genaro Zavala Enríquez
Resumen
Los modelos mentales y el cambio conceptual representaron en esta investigación los fundamentos teóricos. En ella se pretendió determinar si los modelos mentales favorecen el cambio conceptual en el aprendizaje de tema elementos, compuestos y mezclas, correspondiente a la asignatura de ciencias III con énfasis en química cursada en
educación secundaria. El estudio fue de enfoque mixto y experimental, en donde se tuvo un grupo control. El grupo experimental trabajo a partir de textos la creación de modelos mentales del tema con la idea modificar su ideas previas y lograr una diferenciación entre elementos, compuestos y mezclas.
En el pre test realizado, el grupo experimental y grupo control arrojan una ligera diferencia en cuanto resultados, sin embargo en el pos test fue notoria la diferencia favoreciendo al grupo experimental. Se corroboró que las ideas previas de los estudiantes eran vagas, sin embargo también se vislumbró un cambio conceptual.
Los resultados arrojaron como conclusiones que los estudiantes logran el cambio
Tabla de contenidos
Resumen ... 2
Tabla de contenidos ... 3
Índice de Figuras ... 5
Índice de Tablas ... 7
Introducción ... 8
Capítulo 1. Planteamiento del problema ... 10
1.1 Marco contextual ... 10
1.2 Antecedentes del problema ... 16
1.3 Planteamiento del problema ... 18
1.4 Objetivos de la investigación ... 21
1.5 Hipótesis ... 22
1.6 Justificación de la investigación ... 23
1.7 Limitaciones y delimitaciones ... 25
Capítulo 2. Revisión de la literatura... 28
2.1 Antecedentes ... 28
2.2 Marco teórico ... 30
2.3 El cambio conceptual ... 30
2.4 Los modelos mentales ... 33
2.5 Investigaciones relacionadas ... 37
2.5.1 Investigaciones sobre el cambio conceptual ... 37
2.5.2 Investigaciones sobre modelos mentales ... 48
2.6 Perspectiva teórica ... 58
Capítulo 3. Metodología ... 62
3.1 Método de investigación ... 62
3.2 Población y muestra ... 68
3.3 Tema, categorías e indicadores de estudio ... 69
3.4 Técnicas de recolección de datos ... 71
3.5 Prueba piloto ... 78
3.6 Aplicación de instrumentos ... 78
3.7 Captura y análisis de datos ... 79
Capítulo 4. Análisis de resultados ... 81
4.1 Presentación de resultados ... 81
4.1.1 Las ideas previas de los estudiantes sobre elementos, compuestos y mezclas ... 82
4.1.2 Construcción y uso de modelos mentales ... 90
4.1.3 El aprendizaje de elementos, compuestos y mezclas mediante modelos mentales . 93 4.1.4 Medición y cambio conceptual ... 97
4.1.4.1 Medición y cambio conceptual en el grupo control ... 101
4.1.5 Comparativos ... 104
4.1.5.1 La t de student ... 107
4.2 Análisis e interpretación ... 108
Capítulo 5. Resultados ... 114
5.1 Discusión de los resultados ... 114
5.2 Alcances y limitaciones ... 117
5.3 Recomendaciones emanadas de la investigación y sugerencias para estudios futuro ... 120
5.4 Conclusión ... 122
Referencias ... 124
Apéndice A ... 129
Apéndice B ... 131
Apéndice C ... 132
Apéndice D ... 133
Apéndice E ... 135
Apéndice F ... 137
Apéndice G ... 139
Apéndice H ... 141
Índice de Figuras
Figura 1. Reactivo para valorar el uso de modelos mentales ... 15
Figura 2. Modelos identificados en literatura de enseñanza de las ciencias ... 36
Figura 3. Representación de la estructura conceptual sobre química orgánica que produce un estudiante mediante la técnica del árbol ordenado ... 44
Figura 4. Escala multidimensional de las estructuras cognitivas que los estudiantes poseen al inicio del curso de física ... 46
Figura 5. Escala multidimensional de las estructuras cognitivas que los estudiantes poseen al terminar el curso de física ... 47
Figura 6. Panel de control que permitió medir la operatividad de los estudiantes ... 51
Figura 7. Diseño de triangulación en el modelo mixto de convergencia ... 65
Figura 8. Alumnos que responden correctamente a las preguntas ... 83
Figura 9. Nociones previas de los estudiantes sobre “elemento” ... 85
Figura 10. Nociones previas de los estudiantes sobre “compuesto” ... 85
Figura 11. Nociones previas de los estudiantes sobre “mezcla” ... 86
Figura 12. Medidas estadísticas, obtenidas de las calificaciones dadas... 87
Figura 13. Gráfico de dispersión de las puntuaciones obtenidas en el ... 87
Figura 14. Medidas estadísticas, obtenidas de las calificaciones dadas... 88
Figura 15. Gráfico de dispersión de las puntuaciones obtenidas en el ... 88
Figura 16. Comparación estadística del pre test. Grupo experimental vs grupo control .. 89
Figura 17. Resultados de la modelación mental del fenómeno... 91
Figura 18. Resultados de la modelación mental del fenómeno... 92
Figura 19. Resultados del primer instrumento utilizado para el tratamiento de elementos, compuestos y mezclas mediante modelos mentales ... 95
Figura 21. Resultados de los modelos mentales construidos para representar ... 96
Figura 22. Representaciones tridimensionales realizadas por los estudiantes, ... 97
Figura 23. Porcentajes de estudiantes que diferencian y no diferencian ... 98
Figura 24. Concepciones sobre elemento, obtenidas después de la propuesta ... 99
Figura 25. Concepciones sobre compuesto, obtenidas después de la propuesta... 99
Figura 26. Concepciones sobre mezcla, obtenidas después de la propuesta... 100
Figura 27. Estadísticas obtenidas del post test ... 100
Figura 28. Dispersión de calificaciones obtenidas en el post test ... 101
Figura 29. Representaciones del grupo control sobre elemento y compuesto ... 102
Figura 30. Estadísticas del grupo control ... 103
Figura 31. Dispersión de puntuaciones del grupo control ... 104
Figura 32. Comparación estadística entre pre test y post test ... 105
Figura 33. Comparación de dispersión de puntuaciones... 105
Figura 34. Comparación de estadísticas obtenidas en el post test, ... 106
Índice de Tablas
Tabla 1. Clasificación de modelos ... 35 Tabla 2. Descripción esquemática del proceso de investigación ... 68 Tabla 3. Aplicación de instrumentos de recolección de datos ... 79 Tabla 4. Ideas previas de los estudiantes respecto del tema elementos, compuestos y
mezclas (grupo experimental) ... 84 Tabla 5. Ideas de los estudiantes del grupo control respecto del tema elementos,
compuestos y mezclas. Obtenidas del pos test ... 103 Tabla 6. Datos estadísticos necesarios para aceptar o refutar la hipótesis de investigación
Introducción
Lograr que se aprenda ciencias en la escuela secundaria no siempre resulta sencillo, puesto que las ideas que traen consigo los estudiantes son generalmente diferentes de las estudiadas en clase. La situación se complica cuando los fenómenos estudiados no son visibles a simple vista como es el caso de la química. Es evidente que existe una dificultad para comprender la estructura de la materia, sobre todo si las ideas que se tienen sobre ella, no son parecidas a las aceptadas por la ciencia.
Las investigaciones en didáctica de las ciencias han generado una respuesta a la complejidad del aprendizaje y enseñanza de éstas, proponiendo teorías como la del cambio conceptual y los modelos mentales. El cambio conceptual pretende que las ideas previas de los estudiantes se conviertan en ideas científicas, y los modelos mentales se emplean en ciencias para representar o explicar un fenómeno bajo un esquema de pensamiento personal. La presente investigación se basa en los modelos mentales para determinar si favorecen el cambio conceptual de la química, en específico en el tema elementos, compuestos y mezclas.
El presente trabajo pretende dar a conocer los detalles de la investigación
En el primer capítulo se describe el surgimiento del problema de investigación, en qué contexto se genera, y porqué se decidió investigar acerca de modelos mentales y cambio conceptual, así como se establecen, las limitaciones y delimitaciones, la hipótesis y los objetivos del estudio. El capítulo de revisión de la literatura se reportan las
diferentes investigaciones y visiones teóricas de los autores consultados. Estás se basan en dos categorías, modelos mentales y cambio conceptual. Por último este capítulo también contiene una perspectiva teórica del autor.
En la metodología, correspondiente al capítulo tres, se describen el método, las técnicas e instrumentos, así como los indicadores o categorías de la investigación, de la misma forma se explica cómo se aplicaron los instrumentos, así como los datos obtenidos de tal aplicación. Por otro lado en el cuarto capítulo, en donde se realiza el análisis de los datos, se presentan mediante recursos estadísticos y descriptivos los resultados del estudio. Se muestra, considerando que el estudio fue experimental con grupo control, la interpretación de los datos obtenidos para ambos grupos, experimental y control.
Por último los resultados y conclusiones de la investigación se expresan en el capítulo cinco, allí se concentran las inferencias y generalizaciones que se hicieron como aportación al campo de la didáctica de la química. Las ideas generadas por el
investigador, con base en el estudio, se muestran en este capítulo como una valoración de la relación que guardan los modelos mentales y el cambio conceptual en el aprendizaje de la química.
Capítulo 1. Planteamiento del problema
Es sabido por investigadores y literatos de la metodología de la investigación (Hernández, Fernández, y Baptista, 2010; Giroux y Tremblay, 2004; Moreno, 2000) que los estudios que se realizan, no solo en didáctica de las ciencias, sino en cualquier área, han de tomar en cuenta los pormenores en los que ésta se circunscribe, puesto que tales detalles determinan indudablemente el curso de la misma y lo que se espera de ella. En este capítulo se describen esos pormenores que han de dar sentido a tal investigación.
En específico se detallan, el contexto en el que se encierra el estudio, el problema de investigación y sus antecedentes, los objetivos, la idea central que se concibe a manera de hipótesis, la justificación, así como la delimitación y probables limitaciones. El orden en el que se refieren los apartados mencionados representa en este capítulo la forma en la que este está estructurado.
1.1Marco contextual
Seguramente cualquier estudiante que cursa o cursó la educación secundaria tiene o ha tenido entre sus preocupaciones académicas, los cursos de matemáticas y ciencias (biología, física o química). Tal preocupación, según la visión del investigador, se debe indudablemente a la difícil comprensión que ambas implican y a las deficiencias instruccionales asociadas a su enseñanza.
duda debe preocupar y ocupar a todo docente de ciencias, con el único fin de favorecer su aprendizaje.
Con base en lo anterior, se concibe que dentro de la difícil comprensión y de las deficiencias instruccionales, están inmersas las herramientas intelectuales que utilizan los estudiantes para aprender ciencias, así como las herramientas docentes que los profesores utilizan para facilitar la comprensión de las mismas. De igual forma, dentro de los
elementos multifactoriales se encuentran aquellos aspectos que rodean al escenario en que se da la enseñanza, que aunque no son determinantes sí influyen en los resultados.
Para orientar al lector acerca de los elementos contextuales en los que se
desarrolló la investigación, es necesario describir los aspectos inherentes al mismo, tales como la infraestructura de la institución, el contexto social y cultural en el que se
inscribe, así como el entorno académico en el cual se genera la idea de investigación. Cabe mencionar que los elementos determinantes y los multifactoriales (mencionados en el párrafo anterior) simbolizan de manera particular en el presente estudio su marco contextual.
En apariencia los estudiantes cada vez aprenden menos y se interesan menos por lo que aprenden” (p. 18).
La institución de educación secundaria en la que se situó el estudio es pública y se ubica en un contexto social urbano del municipio de Tultitlán, mismo que forma parte del Estado de México. Dicho contexto se caracteriza por contener edificios, conjuntos
habitacionales y una población densa generalmente dedicada a actividades no agrícolas, que se ocupan en fábricas, oficinas o comercios, ya sea de la propia localidad o de alguna localidad vecina.
Una situación característica de la comunidad, tiene que ver con la presencia esporádica de actividad delictiva, según constan los comentarios de un número
considerable de estudiantes. Aunque la situación influye en el curso cultural del contexto, afortunadamente no ha sido un factor que determine el ambiente escolar de la institución.
La circunstancia por la cual tal actividad delictiva no ha influido en el ambiente escolar, se debe a que el escenario creado por la escuela, ha permitido minimizar los múltiples factores externos a los que está expuesta debido a las condiciones urbanas de su entorno. Dichas condiciones obedecen a que la plantilla docente es completa, cuenta con secretarias, profesores horas/clase, orientadores, así como, con director y subdirector, y a que en la organización de la institución, el reglamento interno juega un papel importante además de normativo.
computadora, pantalla y microscopio con cámara digital y conexión a esta última. En lo relativo a los servicios públicos y privados, ésta cuenta con todos los públicos
(alcantarillado, agua potable y energía eléctrica), además de servicio telefónico y acceso a internet como servicios privados.
Volviendo a lo referente a la organización institucional, se hace presente un elemento que refleja el sentido de la institución educativa en la que se produjo el estudio. La misión, como integración de ideas –de profesores y directivos-, refleja la razón de ser la escuela, el motivo que justifica su existencia; esta se enuncia en las siguientes palabras:
Aspiramos a ser una escuela comprometida con el mejoramiento continuo del aprovechamiento escolar, tomando como base el compromiso de los docentes de superación profesional que nos permita mejorar e innovar las formas de
enseñanza, desarrollando habilidades, actividades y valores que brinden a nuestros alumnos la posibilidad de acceder a una mejor condición de vida personal y familiar, que sean competitivos y que trasciendan en sociedad (Plan Estratégico de Transformación Escolar de la escuela de investigación).
Por otro lado, la institución en cuestión brinda servicio a nueve grupos por turno, divididos en tres por grado e integrados por aproximadamente 50 estudiantes cada uno, dando un total de 450 alumnos tanto en turno matutino como en vespertino. Es
importante mencionar que la población de interés para el estudio, está integrada por los estudiantes de ciencias de tercer grado de dicha institución educativa, en ambos turnos.
cursarse es la de ciencias III con énfasis en química. Esta asignatura forma parte del bloque denominado “ciencias”, mismo que se completa con ciencias I con énfasis en
biología (primer grado) y ciencias II con énfasis en física (segundo grado).
Tanto el Plan de Estudios de Educación Secundaria como el Programa de Estudios de las asignaturas de ciencias, se inscriben en el marco de la reforma que en México se hace a la educación secundaria en el año 2006. Dicha reforma toma en cuenta que:
Los cambios educativos deben responder al avance continuo de la sociedad y a las necesidades de adaptación que exige, y no pueden ni deben limitarse a revisiones esporádicas de planes y programas de estudio; por el contrario, la profundidad y la velocidad de estos cambios nos obliga a construir mecanismos graduales y
permanentes, que permitan evaluar y reformular los contenidos curriculares y las formas de gestión del sistema y de las escuelas en atención a una demanda cada día más diversa (SEP, 2006a, p. 7-8).
Cabe mencionar que el programa de estudios de ciencias (SEP, 2006b) establece como prioridad desarrollar una formación científica básica en los estudiantes, es decir, encaminarlos a que cada uno de ellos posea una visión integral de la ciencia y la
tecnología, que esta les permita además explicarse los fenómenos naturales más comunes y contribuir al progreso de su contexto.
asignatura que precede, o bien, de evaluar las nociones que los estudiantes debieran poseer para comprender los temas de la asignatura. Por ejemplo un tema necesario para trabajar química (tercer grado) es el del modelo cinético de partículas, mismo que se trabaja en segundo grado.
El examen diagnóstico permitió además de valorar las nociones de los estudiantes, obtener información relevante con respecto al problema de investigación. Se observó que los estudiantes tienen dificultades para emplear modelos mentales en la interpretación de los fenómenos estudiados en ciencias II con énfasis en física (asignatura que con base en el plan de estudios precede a química), como el caso del modelo cinético de partículas o el de la diferenciación entre masa y peso.
El reactivo mostrado en la Figura 1 fue empleado en el examen, para valorar la forma en cómo los estudiantes pueden, a través de representaciones gráficas (dibujos), explicitar la forma en la que interpretan un tema, en este caso la diferencia entre masa y peso. Los dibujos que realizaron, así como la explicación que dieron los estudiantes, simbolizaron entonces sus representaciones mentales, es decir, según Coll y Treagust (2001) los modelos mentales que les permitieron interpretar su experiencia.
Un análisis de los resultados derivados del reactivo anterior, reafirma la tesis de que a pesar de la instrucción las ideas previas permanecen (Carretero, 1997; Campanario y Otero, 2000; Gil, 1993; Pozo, 1999; Rodríguez y Aparicio, 2002), ya que el 90 % de los estudiantes realizaron dibujos, a manera de modelos mentales, que denotaban una
igualdad en los conceptos masa y peso. Este hecho reafirmó de la misma forma la idea de investigar la relación modelos mentales - cambio conceptual.
En concreto el marco contextual en el que se realizó el estudio, converge con la noción de que las ideas previas permanecen a pesar de la instrucción, y con la idea de que existen serias deficiencias en la forma de instrucción de los profesores. Tales ideas y las que habrán de describirse más adelante fueron el detonante del problema de
investigación.
1.2 Antecedentes del problema
La complejidad del aprendizaje y enseñanza de las ciencias en la educación secundaria es, como ya se mencionó, una cuestión que tiene historia, más aún, en el caso específico de la física y la química, a tal grado, que hay quienes consideran que ya no se debe enseñar química, debido a que es demasiado difícil y sofisticada (Izquierdo, 2005). A raíz de esto, se ha generado una alternancia entre tales asignaturas -consideradas como difíciles e inentendibles-; la primera debe su complejidad a la condición matemática implícita, y la segunda a la limitada capacidad humana para poder visualizar fenómenos microscópicos.
materia, el “macroscópico (observacional), microscópico (atómico-molecular) y representacional (símbolos, fórmulas, ecuaciones)” (2007, p. 216). En la práctica
educativa, se ha observado que la química tiene una condición especial como asignatura científica erogada, de los avances en la investigación, de la propia instrucción docente, así como, de la producción de nuevos conocimientos en su didáctica y la forma en la que los estudiantes interpretan sus fenómenos. Tales condiciones generan dificultades
implícitas a su proceso de enseñanza y aprendizaje. Kind considera que:
Una pequeña proporción de estudiantes no utilizan las ideas corpusculares en toda su extensión, pues sólo ofrecen respuestas de bajo nivel microscópico a preguntas que implican comportamiento corpuscular; retienen su punto de vista ingenuo sobre la materia en forma más completa (2004, p. 30-31).
La complicación que los estudiantes tienen al aprender química, la persistencia de sus ideas previas y los deficientes procedimientos que utilizan los docentes en la
instrucción, genera en el investigador una insatisfacción personal con los resultados observados. Un hecho determinante que antecede el problema está en la confusión notable que los estudiantes de química de educación secundaria, mantienen en el tema de elementos compuestos y mezclas, aún por encima de la enseñanza.
El entendimiento conceptual de los temas de química representa en gran medida una dificultad enorme para los estudiantes, quienes a pesar de pasar por procesos de enseñanza no logran la comprensión de tales nociones químicas. Con base en la
distinguir entre elementos, compuestos y mezclas obteniendo por tanto un acercamiento al cambio conceptual.
La presente investigación considerando lo anterior, se centra en el aprendizaje y la enseñanza de la química, en particular en el abordaje del tema “elementos, compuestos y mezclas” mediante el uso de modelos mentales, todo ello en aras del cambio conceptual.
1.3 Planteamiento del problema
La problemática de la enseñanza y aprendizaje de las ciencias tiene en su historia al modelo tradicional centrado en el maestro como el de mayor permanencia en el currículo. Incluso el investigador ha observado (en cursos de actualización de profesores de ciencias) que en la actualidad se siguen presentando prácticas docentes de este tipo, en profesores de corte positivista, cuyo aprendizaje se centró en la aplicación cabal del método científico.
El principal problema que se atribuye a este modelo tradicional centrado en la transmisión de conocimientos, es precisamente la forma de concebir a la enseñanza y al aprendizaje, considerando al estudiante como un recipiente vacío al que hay llenar bajo tal proceso, la transmisión de conocimientos. Pozo (1994) considera que en este tipo de aprendizaje mecanicista y asociacionista, el estudiante difícilmente puede hacer
conciencia de su aprendizaje.
reflexionan sobre la educación tratan de hacer propuestas que mejoren las prácticas de enseñanza, y buscan el apoyo en los avances de otras disciplinas” (Delval, 2001, p. 353).
En la búsqueda por responder a las nuevas necesidades de enseñanza,
investigaciones en la didáctica de las ciencias, han evidenciado que una vez terminados los cursos de ciencias, los estudiantes permanecen con las mismas ideas erróneas con las que iniciaron el curso (Gil, 1993). Numerosos artículos (Gil, 1993; Carretero, 1997; Pozo, 1999) señalan, de la misma forma, la gran dificultad que existe para cambiar aquellas nociones previas que limitan el pensamiento científico de los estudiantes, es decir, han logrado reunir evidencia de un problema llamado cambio conceptual.
Nersessian (1989), concluye, al indagar en la historia de las ciencias sobre cómo las concepciones físicas aristotelianas supeditadas a lo que los sentidos pueden percibir, fueron modificadas por las representaciones mentales de Galileo Galilei; que el cambio conceptual es un proceso que debe darse a nivel de estructuras cognitivas, pues es ahí en donde las representaciones tienen lugar. En la investigación, una preocupación latente estuvo centrada precisamente en la forma en la que los estudiantes se formaban esas representaciones mentales.
resultados positivos en los aprendizajes de los estudiantes (Nappa, Insausti, y Sigüenza, 2006).
La idea que se fue gestando como resultado de lo antes descrito, fue que los modelos mentales, como representaciones que los individuos se crean para explicarse los diferentes fenómenos de la naturaleza, pueden utilizarse de manera favorable para
transformar las ideas previas de los estudiantes en ideas científicas, es decir lograr el cambio conceptual. Tal pensamiento se fue particularizando, dado el interés del investigador por la ciencia química.
En particular, en investigaciones en didáctica de la química, en coincidencia con las observaciones del investigador, se ha determinado que dentro de las nociones macroscópicas de la materia, un tema que se les dificulta a los estudiantes es la diferenciación entre elementos, compuestos y mezclas (Garnett, Garnett, & Hackling, 1995). En la experiencia del investigador la enseñanza de este tema, ha representado para los docentes de la zona en donde labora, un problema generalizado.
Por lo explicado en los párrafos anteriores, se vislumbró un problema inmerso en la didáctica de la química, que implica a los modelos mentales, al tema elementos compuestos y mezclas, así como al cambio conceptual, quedando planteado de manera general en la siguiente pregunta y detallado en las preguntas subordinadas:
Pregunta de investigación
Preguntas subordinadas
¿Cómo los modelos mentales construidos por los estudiantes les permiten comprender la diferencia entre elementos, compuestos y mezclas?
¿En qué medida el uso efectivo de modelos mentales depende exclusivamente del trabajo de los estudiantes?
¿En qué medida el uso adecuado de modelos mentales al aprender el tema de elementos, compuestos y mezclas, es determinante para lograr el cambio conceptual?
¿Cuál es el efecto del uso eficiente de modelos mentales en él logró del cambio conceptual?
Las interrogantes planteadas representaron para la investigación, aquellos detalles a descubrir, aquellos pormenores que conjuntados en un problema se habrían de indagar, además, englobaron las categorías conceptuales contenidas en él. De estas preguntas se desprendieron las guías del estudio, los objetivos.
1.4 Objetivos de la investigación
Como ya se ha descrito, la correlación concebida entre el uso de modelos mentales y el logro del cambio conceptual, en el abordaje del tema elementos,
compuestos y mezclas, obedece a una preocupación originada en la práctica educativa del investigador, y sistematizada en el presente documento. Por tal razón, se describen
Objetivo general
Valorar la relación que guardan el uso de modelos mentales en el tratamiento del tema, elementos, compuestos y mezclas, y el logro del cambio conceptual.
Objetivos específicos
Determinar si el uso de modelos mentales permite a los estudiantes comprender las diferencias entre elementos, compuestos y mezclas.
Estimar si el uso efectivo de los modelos mentales es solo responsabilidad del estudiante.
Tasar si el uso adecuado de modelos mentales es determinante para lograr el cambio conceptual.
Medir el porcentaje de estudiantes que usando adecuadamente modelos mentales logra el cambio conceptual.
Los objetivos trazados en el estudio, permitieron sin duda tener metas fijas a las cuales llegar, sin embargo, en un sentido más profundo, permitieron generar ideas
anticipadas de los posibles resultados. Estas formulaciones personificaron los constructos personales que se tenían acerca del problema.
1.5 Hipótesis
La investigación realizada tomó en cuenta el problema del cambio conceptual, con la idea de que más allá del cambio conceptual, se debe trabajar sobre un cambio
los modelos mentales, tal representación. La relación intrínseca entre los modelos mentales y el cambio conceptual, se concibe por tanto como una relación proporcional a su uso.
La idea de investigación, fundamentada en lo anterior, se concibió a manera de hipótesis en:
Los estudiantes que utilizan modelos mentales en el aprendizaje del tema elementos, compuestos y mezclas, presentan un mayor cambio conceptual con respecto de quienes no los utilizan.
1.6 Justificación de la investigación
La utilización de los modelos mentales como un cambio representacional para favorecer el cambio conceptual, no es, como se abordará en el marco teórico, un tema inexplorado. Sin embargo, el modo de proceder, el enfoque bajo el que se trabajó la investigación, así como, la temática y asignatura elegidos, la dotan de particularidad inédita.
Considerando, con base en la investigación documental realizada, que la mayoría de los estudios en didáctica de la química se centran en la investigación de problemas relativos al aprendizaje y enseñanza del cambio químico, el estudio se incorpora a un reducido grupo de investigaciones sobre el tratamiento del tema elementos, compuestos y mezclas. En este sentido el estudio realizado adquiere relevancia más allá de los
constructos, modelos mentales – cambio conceptual, debido a que se adentra en un tema levemente explorado.
La información obtenida como resultado de la investigación podrá representar, inicialmente, para docentes de química, una referencia tangible sobre cómo el uso de los modelos mentales por parte de los estudiantes puede aparte de representar un fenómeno, favorecer el cambio conceptual. Más aún, porque el estudio se llevó a cabo en una institución con condiciones similares las de los docentes referidos.
Considerando la explicación anterior, en primera, la investigación resultará relevante para el propio investigador y su práctica docente, en segunda para los profesores y profesoras que se interesen por la enseñanza de la química centrada en el aprendizaje mediante el uso de modelos mentales, así como, para aquellos que buscan nuevas formas de enseñanza que resulten novedosas para sus estudiantes y que
favorezcan su aprendizaje. Un agregado a la justificación está centrado en aquello que los nuevos investigadores puedan recuperar como resultado de consultar el estudio.
uso de modelos mentales aunado al método de proyectos (establecido como obligatorio en el programa de ciencias), permitirá elevar las posibilidades de éxito en el aprendizaje de las ciencias, esta será, tal vez la mayor justificación del estudio.
1.7 Limitaciones y delimitaciones
Una vez que se han descrito cada uno de los puntos que habrán de orientar la investigación, no resta más que hablar de aquellos detalles que estando fuera de las manos del investigador pueden representar una limitante en el curso de la misma. De la misma forma se concentrarán aquellas delimitaciones que puntualmente afinaron la investigación.
Se concibió como principal limitante a la dificultad y reto que el trabajo mediante modelos mentales demandó, tanto para el profesor, pero principalmente para el
estudiante. Por tanto, en lo que respecta a los estudiantes una limitación importante se debe a, que con base en los resultados del examen diagnóstico los estudiantes muestran poca habilidad para usar adecuadamente los modelos mentales.
Considerando lo anterior y particularizando; la forma sencilla con la que los estudiantes construyen modelos mentales constituyó una limitante, que aunque se manifestó en la presente investigación, con toda seguridad es una deficiencia gestada en el débil desarrollo cognitivo de la mayoría de estudiantes. Debido a lo anterior, los estudiantes suelen idear modelos mentales sencillos, que a veces no suelen ser productivos para explicar los fenómenos estudiados (Coll, 2006).
en las dificultades para orientar y conducir a los alumnos a edificaciones de modelos mentales apropiados, que les permitan explicarse con relativa facilidad diferentes
fenómenos de la naturaleza. De la misma forma con respecto al docente, una limitante del estudio estuvo centrada en que solo el grupo experimental estuvo conducido por el
investigador y el grupo control trabajó bajo la dirección de otro profesor, lo que representó una diferencia en las condiciones iniciales. El investigador considera que la diferencia fue
Una última limitante, es la relacionada con la poca publicación de instrumentos arbitrados para la medición del cambio conceptual, o bien, con el difícil acceso que se tiene a este tipo de información. La poca documentación al respecto desafortunadamente no está publicada, o bien, es material que no es de libre acceso.
Por otro lado, se asume que el estudio fue realizado bajo condiciones muy específicas, que lo dotaron de peculiaridad. Estas condiciones conforman, según se describe en las siguientes líneas, las delimitaciones que se tuvieron a lo largo del desarrollo del estudio, representan en este apartado la afinación de detalles.
Sintetizando, a manera de conclusión del capítulo, se expresa lo siguiente; la idea de investigación procede de una dificultad observada en los estudiantes para modificar sus ideas alternativas, y como estas experimentan mayor dificultad cuando el escenario de la clase es de corte transmisionista. Tal modelo de instrucción, dificulta el trabajo con las representaciones mentales que los estudiantes crean para explicarse los fenómenos naturales estudiados en aula.
Sin embargo, en la experiencia docente se ha observado que estudiantes destacados que sí utilizan representaciones mentales, obtienen con ello mayor
comprensión de los mismos y un acercamiento al cambio conceptual. Esto detona la idea que los modelos mentales pueden favorecer el cambio conceptual, dado que los modelos metales en sí, han tenido resultados positivos en el aprendizaje de las ciencias.
El principal objetivo es determinar la relación que guardan el uso de modelos mentales en el aprendizaje de elementos, compuestos y mezclas, y el logro del cambio conceptual. La razón de elección de tales contenidos químicos, se debe a las
observaciones que hace el investigador en la práctica docente, obteniendo que la dificultad para diferenciar a los elementos, los compuestos y las mezclas, sea un problema generalizado.
Cerrando, la hipótesis que se sostiene a lo largo del capítulo y que represento la idea a confirmar o refutar, fue “Los estudiantes que utilizan modelos mentales en el
Capítulo 2. Revisión de la literatura
El sustento o la base de todo trabajo de investigación, ha de estar centrado en quienes en nombre del conocimiento ya han iniciado un viaje de descubrimiento. En el presente capítulo se describirá la teoría que ha de conducir el estudio. En primera
instancia se describen los constructos presentes en el estudio, el cambio conceptual y los modelos mentales, ambos se conciben en la enseñanza de las ciencias.
Por último se referencia a las investigaciones relacionadas con el tema de estudio; que se ha escrito, cómo han procedido los investigadores en sus estudios, que resultados han tenido y cómo conciben al cambio conceptual y a los modelos mentales
respectivamente. Además se describen a grosso modo los antecedentes que tienen cada uno de los constructos.
2.1 Antecedentes
La enseñanza de las ciencias a lo largo de la historia ha presentado grandes dificultades para lograr su cometido. Desde el modelo tradicional, en donde lo que se enseñaba únicamente eran contenidos disciplinares aislados de todo contexto (Pozo, 1994), mismos que dada la lenta producción de conocimiento se consideraban acabados, hasta el propio modelo del cambio conceptual, el de la enseñanza mediante modelación, o hasta el reciente enfoque por competencias.
Cuando se comienzan a analizar los resultados y procedimientos que el modelo tradicional tiene en la didáctica de las ciencias, los investigadores en el área identifican ciertas deficiencias. Una idea importante que detona el cambio en la teoría que
errores conceptuales que mostraban los estudiantes en la comprensión de conceptos científicos básicos, incluso después de la instrucción. Las primeras investigaciones como la de Viennot (1979), indican que una vez terminados los cursos de ciencias, los
estudiantes seguían conservando las mismas ideas erróneas con las que iniciaron. Por experiencia profesional de quien escribe, se ha observado que en el proceso que vive un estudiante para aprender ciencias; el desarrollo cognitivo y la forma en la que se les suelen presentar los contenidos científicos, son elementos que influyen
notablemente. El estudio realizado, al igual que los citados a lo largo del documento han tenido un propósito común, ahondar en los factores que afectan o favorecen el
aprendizaje y la enseñanza de las ciencias y poder con ello establecer propuestas viables para remediarlo.
La idea de que los estudiantes no son una tabla rasa, sino que vienen teniendo experiencias con el mundo físico y teniendo organizadas esas experiencias dentro de sus modelos mentales (Redish, 1994), es quizá la base principal para la búsqueda de nuevas teorías en didáctica de las ciencias. El investigador considera por tanto, que es de este pensamiento de donde han de surgir nuevas visiones del tema.
2.2 Marco teórico
Considerando que la investigación realizada, se enfocó en una parte al cambio conceptual de los estudiantes en el aprendizaje de la química y en otra al uso de modelos mentales, es importante resaltar que, tal situación obedece a que son los dos más
importantes escenarios que describen el proceso de aprendizaje de las ciencias (Jonassen, 2004). Estas dos nuevas formas en las que la didáctica de las ciencias se ciñe,
representan en la investigación los constructos a trabajar.
2.3 El cambio conceptual
Rodríguez Moneo considera que “los trabajos sobre el conocimiento previo y el cambio conceptual han recibido una gran atenciónen las últimas décadas debido a la relevancia básica y aplicada de este tipo de estudios” (2000, p. 5). El cambio conceptual tiene sus antecedentes en estudios como los de Posner, Strike, Hewson, y Gertzog, (1982), quienes consideran que las preconcepciones que utilizan los estudiantes para comprender el mundo deben ser transformadas mediante un proceso de reorganización o remplazo de las mismas, que llaman acomodación.
El proceso inicial bajo el cual las ideas previas pueden convertirse en científicas, tiene tres fases principales. La primera es tener una idea previa para la explicación de un fenómeno, la segunda es generar una insatisfacción personal con la idea que se posee, de tal manera que esta no logre explicar ahora de manera adecuada el fenómeno en cuestión, por último se debe dotar de una nueva concepción científica que resulte inteligible para el estudiante (Posner, Strike, Hewson, y Gertzog, 1982). El cambio conceptual se da cuando las estructuras cognitivas que poseen los estudiantes se modifican para entender de forma científica determinados fenómenos.
Chi, (2008) concibe tres tipos de aprendizaje: a) cuando el conocimiento previo desaparece o no hay tal, el aprendizaje consiste en agregar nuevos conocimientos, b) cuando el conocimiento previo tiene algo de correcto, el aprendizaje puede ser concebido como “llenar el hueco” y, c) cuando los conocimientos previos son incorrectos o
equivocados las ideas entran en conflicto con las estudiadas en clase, este tipo de aprendizaje es el cambio conceptual. El tipo de aprendizaje que interesa desmenuzar en esta investigación es este último, el cambio conceptual.
Rodríguez y Aparicio (2002) consideran que el cambio conceptual tiene un grado de resistencia a suscitarse, y este se puede ver desde dos perspectivas, la del alumno y la del profesor. Con respecto al alumno, este necesita para comprender los fenómenos, construir explicaciones que le permitan actuar en su entorno, en tales explicaciones están implícitos contenidos conceptuales, y en el actuar en el entorno, contenidos
inherente a este se debe a que el cambio conceptual no suele ser un propósito de la clase de ciencias.
Los investigadores (Rodríguez y Aparicio, 2002) asumen que un inconveniente de las concepciones alternativas está en su funcionalidad y adaptabilidad, es decir las nuevas explicaciones suelen orientarse hacia que coincidan con las ya poseídas, ocasionando resistencia a cambiarlas. El cambio conceptual se asume entonces como un proceso complejo en el que trabajar sobre las ideas previas de los estudiantes, es la mínima acción en el tratamiento del problema.
No obstante, no siempre el tomar en cuenta las ideas previas permite o favorece el cambio conceptual, es decir, cuando se toma en cuenta un saber previo, el proceso no siempre resulta productivo, pues generalmente, como lo expresan Gómez, Pozo y Gutiérrez (2004), las ideas previas prevalecen sobre las nuevas construidas. La razón se atribuye, empíricamente, a que los docentes que trabajan en el cambio conceptual, lo hacen solo como un cambio en las ideas y no como un cambio en la representación de las ideas.
Se concluye, con base en lo descrito en este apartado, que la complejidad de lograr el cambio conceptual, está en utilizar de manera efectiva, no las ideas previas en sí, sino las representaciones que los estudiantes tienen de tales ideas. De la igual forma en utilizar herramientas cognitivas que permitan la modificación de las estructuras
El cambio conceptual representó en la investigación el principal logro, se
pretendió que mediante la utilización de modelos mentales los estudiantes, transformaran las preconcepciones que poseían en concepciones científicas. El constructo teorizado por el investigador, bajo el cual se concibió el cambio conceptual es el siguiente:
El cambio conceptual es el proceso en el que las ideas alternativas bajo la cuales los estudiantes interpretan de manera generalmente errónea un fenómeno, se transforman bajo el uso y reestructuración de herramientas cognitivas, en ideas parecidas o iguales a las que establece la comunidad científica.
2.4 Los modelos mentales
Para la didáctica de las ciencias el cambio conceptual constituye un elemento medular de su existencia, sin embargo, esta no es la única noción que se ha desarrollado en su seno. Una alternativa y/o complemento en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias la constituye la enseñanza basada en la construcción de modelos mentales.
Estudios realizados en la década del 90 y primeros años de este siglo, ponen de relevancia el hecho que las personas captan y comprenden el mundo que los rodea sobre la base de la construcción de modelos mentales. Las teorías de los modelos mentales generan un campo de investigación en educación que intenta aportar mayor conocimiento a los problemas de aprendizaje y comprensión que los obtenidos hasta ahora con los estudios sobre concepciones alternativas o cambio conceptual (Nappa, Insausti, & Sigüenza, 2006).
y puede ser un aparato, un prototipo, un plan, un diagrama, un dibujo, una ecuación, o un programa de computadora (Guevara y Valdez, 2004). De esta definición que incluye las características generales de un modelo, se desprenden los usos y los tipos de los modelos que en adelante se describen.
En la modelación en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, los trabajos e investigaciones que se han realizado conciben a la utilización de los modelos mentales como una herramienta básica para el favorecimiento de ideas científicas. Giere (2004) considera trascendental en el trabajo con modelos, el cómo estos se utilizan como una obra representacional práctica.
Justi (2006), por ejemplo, concibe a la ciencia como un proceso constructivo de modelos que permiten la previsión de fenómenos, es decir, la elaboración y la utilización de modelos son vistas como herramientas del pensamiento científico. La relevancia de los modelos en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias es, por tanto, una idea difícil de refutar.
El uso de modelos en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias no se asumen como un proceso estático ni único, generalmente tiene más de un uso. Coll considera que son usados de tres formas, para producir simples formas, objetos o conceptos, para visualizar un fenómeno, o para proveer explicaciones de un fenómeno científico” (2006). En la investigación realizada los modelos se utilizaron para visualizar y proveer
explicaciones de un fenómeno científico.
investigación científica. Este autor concluye como resultado de investigación, que el modelado ayuda a aprender, a expresar y externalizar el pensamiento, que visualiza y pone a prueba los componentes de la teoría.
Es importante destacar que no hay solo un tipo de modelo, sino una vasta
diversidad, resultado de las múltiples investigaciones y la literatura producida en el tema, asimismo existen varias nociones y definiciones sobre el tema. En la Tabla 1, se muestra la clasificación que proponen Guevara y Valdez (2004, p. 244):
Tabla 1
Clasificación de modelos
Tipo Características
Iconográfico Se basa en similitud en cuanto a forma con el objeto
Analógico Mantiene algunos aspectos de forma del objeto pero da énfasis a las propiedades funcionales o de comportamiento del objeto.
Simbólico
No considera la analogía de forma con el objeto y sólo se basa en la analogía funcional con ésta. De este tipo son los modelos matemáticos.
Se identifican en la Tabla 1, tres tipos de modelos; los iconográficos que suelen ser utilizados en dibujo técnico, geografía y arquitectura, los analógicos, usados
preponderantemente en la enseñanza de las ciencias, y los simbólicos, cuya mayor
Con fines comparativos y atendiendo a la propuesta de Coll (2006), en la Figura 2 se muestran los modelos que este autor ha identificado en la literatura de la didáctica de las ciencias. Coincidente con el modelo elegido de la clasificación de Guevara y Valdez, se identifica al modelo análogo como el modelo trabajado en la investigación, con la particularidad de que en este puede ser análogo-físico, análogo-conceptual, o bien análogo-simbólico.
Figura 2. Modelos identificados en literatura de enseñanza de las ciencias. Traducido de Coll, 2006, p. 69. Realizado con software Cmap Tools.
A propósito de los modelos, se aclara que no se pueden concebir como términos equiparables el uso de modelos y la construcción de modelos, Morrison y Morgan (1999) concluyen como resultado de investigación, que no aprendemos mucho solo mirando un modelo, sino que aprendemos más cuando construimos el modelo, cuando lo
Es de subrayar que, cuando se construye un modelo se externalizan modelos mentales y que los estudiantes pueden, a partir de ellos, aprender a utilizar una variedad de herramientas que les permitan modelar una gran diversidad de fenómenos naturales (Jonassen, 2004). En el estudio se pretendió, con base en lo descrito en párrafos
anteriores, que no se utilizarán modelos, sino que los estudiantes construyeran modelos mentales que les permitieran comprender el tema de elementos, compuestos y mezclas.
Considerando las ideas anteriores y las definiciones que más se acercan a las concepciones bajo la que se efectuó la investigación, el segundo constructo quedó definido conforme a lo siguiente:
Un modelo mental es una representación episódica, dinámica y flexible de la tarea o situación, elaborada a partir de la integración de un parte de la teoría implícita y de las demandas de la situación o de la tarea (Rodrigo y Correa, 1999).
2.5 Investigaciones relacionadas
El estudio realizado se construyó a partir la investigación documental, esta consistió en la consulta de investigaciones empíricas relacionadas con el tema. En su mayoría están integradas por trabajos de expertos en el tema. La revisión de estas investigaciones permitió construir una perspectiva teórica personal.
2.5.1 Investigaciones sobre el cambio conceptual
relatividad en un cursos de física, considerando que ya se ha dado la instrucción. Tal investigación explica que pasa a nivel cambio conceptual con las nociones construidas por los estudiantes.
El instrumento utilizado en tal investigación es la entrevista, su población se integró por estudiantes que ya habían concluido la unidad uno del curso de relatividad especial. Al entrevistar a los estudiantes sobre procesos de solución de problemas, Posner et al encontraron que tenían dificultades al trabajar con relojes de luz en la concepción del tiempo y al comprender la simultaneidad y sincronización de relojes distantes.
Descubrieron que cuando se les mostraba a los estudiantes una teoría inteligible que explicará los problemas a los que se habían enfrentado, su entendimiento conceptual aumentaba. Consideraron que las ideas que tenía sobre el espacio y el tiempo absolutos limitaban la transformación hacia nuevos conocimientos, propusieron que para que se lograra el cambio conceptual los estudiantes deberían estar insatisfechos con tales concepciones iniciales (Posner, Strike, Hewson, y Gertzog, 1982).
La insatisfacción que se provocaba a los estudiantes para con sus ideas previas, permitió que las teorías inteligibles que los profesores les mostraban mediante una reorganización conceptual, lograra transformar las ideas erróneas en nociones científicas. Para Posner et al, “esa es la más radical forma de cambio conceptual”, le llamaron
acomodación (1982, p. 212).
tema, es decir, formular una tesis que, con base en la experiencia docente y la investigación realizada, se construye del tema.
Otra investigación no empírica, sino documental (ya mencionada en el capítulo anterior) es la realizada por Nersessian (1989) quien investiga sobre los procesos por los que pasan los estudiantes al transformar sus ideas aristotelianas (pasando por las
galileanas) en ideas newtonianas. Al respecto plantea que hay dos cuestiones que deben tratarse desde el principio, ¿cuál es la relación entre los contenidos obtenidos por
representaciones intuitivas y las históricas representaciones pre científicas? y ¿cuál es la posible relación entre los procesos de representaciones científicas y su construcción inicial?. La hipótesis que sustenta su escrito indica que “tanto la naturaleza de los cambios que deben realizarse en la reestructuración conceptual y los tipos de
razonamiento involucrados en el proceso de construir una representación científica, son los mismos para científicos y estudiantes de la ciencia” (Nersessian, 1989).
La relevancia de la investigación de Nersessian está en las ideas que se desprenden de la hipótesis que plantea, dentro de los aspectos que se rescatan para el presente sustento teórico, está en la afirmación “las preconcepciones de los estudiantes
son altamente resistentes a la instrucción” (1989, p. 176) . Por analogía con la historia de las ciencias, se puede obtener de esta investigación, que el cambio conceptual que se dio para modificar las ideas de ímpetu y movimiento de aristotelianas a newtonianas, se da de manera similar para modificar las preconcepciones en ideas científicas.
ya mencionadas. Se realza por tanto, el importante papel que las herramientas cognitivas representacionales juegan en el logro del cambio conceptual.
Diakidoy, Vosniadou, y Hawks, (1997) realizan por su parte, una investigación sobre el cambio conceptual en otra área de las ciencias físicas, la astronomía.
Pretendieron examinar los modelos que estudiantes de América e India, se formaban con respecto a la tierra, el día y la noche. De la misma forma pretendieron indagar sobre si el contexto cultural era un elemento que interfería en las explicaciones de los fenómenos astronómicos.
El estudio lo desarrollaron, en una comunidad India alejada de la urbanidad y en una comunidad Americana ubicada en contexto urbano de clase media, ambos en South Dakota, USA., la población estuvo integrada por 26 estudiantes voluntarios (bajo
autorización de su padres) 10 de primer grado, 11 de tercer grado y 5 de quinto grado de educación primaria. Cabe mencionar que no participó ningún estudiante que no tuviera autorización de sus padres o tutores.
Los investigadores utilizaron como instrumento de recolección de datos un cuestionario diseñado por Vosniadou y Brewer (1990), integrado por 45 ítems. 18 de los reactivos pretenden explorar los conocimientos sobre la tierra y su forma, 10 indagan sobre las ideas relacionadas con el ciclo del día y la noche, y por último, 17 preguntas examinan el conocimiento que tienen los niños sobre el movimiento de la tierra y la estrellas.
instituciones que acogieron su investigación). Por cerca de 30 o 40 minutos los investigadores entrevistaron a cada uno de los integrantes de la población, un aspecto relevante del estudio, es que cuando uno de los estudiantes proporcionaba respuestas ambiguas o incompletas se le pedía que realizará un dibujo sobre la tierra y los fenómenos investigados.
Los resultados de su investigación indican que existe una limitante cultural universal en el proceso de adquisición del conocimiento astronómico, es decir, la cultura es un elemento que influencia la adquisición del conocimiento. Sin embargo tanto los niños de India como los de América siguen un proceso similar para cambiar, como resultado de la instrucción, sus modelos iniciales sobre la tierra y el ciclo de día y noche.
Pozo y Gómez Crespo (1998), realizan un trabajo exhaustivo de largos años, en los que incluye una serie de investigaciones cuyo producto se hace tangible con el libro “Aprender y enseñar ciencias. Del conocimiento cotidiano al conocimiento científico”.
Su principal investigación se dedicó al estudio del cambio conceptual en química, sus procesos de aprendizaje y modelos de enseñanza. En tal estudio la pregunta inicial a manera de problema de investigación es, ¿por qué los alumnos no aprenden la ciencia que se les enseña?. Tras ahondar en la búsqueda de información que diera cuenta de una posible respuesta a la interrogante planteada, encontraron que la principal complicación es la forma en la que los estudiantes entienden los fenómenos naturales.
proponen Pozo y Gómez Crespo para abordar la motivación del estudiante, está en el aprendizaje social o por imitación y en la forma de trabajar la asignatura, “es decir del
tipo de actividades de aprendizaje/enseñanza en que se vea implicado” (1998, p. 43).
Una contribución especial que hace la investigación de Pozo y Gómez Crespo (1998) a la enseñanza de las ciencias, es la diferenciación entre el aprendizaje de hechos y conceptos, de donde se asume que el primero se da solo por memorización, y el
segundo por comprensión, es decir se adquiere un concepto en la medida en la que este se puede explicar con palabras propias. En enseñanza de las ciencias, la comprensión se antepone a la memorización.
Hasta el momento se han presentado investigaciones relacionadas con el proceso de cambio conceptual, sin embargo, existen otros estudios cuyas vertientes los dotan de particularidad. La investigación a la que se hace referencia enseguida está centrada en la medición del cambio conceptual en los estudio de química orgánica, aunque tal medición del cambio conceptual, en la presente investigación, no sea un constructo propio, sí es un elemento implícito en él.
Gradwohl, Liotta, y Bravaco, (2000) realizaron con 65 estudiantes del curso de química orgánica del Colegio Stonehill, una investigación en donde pretendieron
mediante la utilización de tres diferentes instrumentos, medir el cambio conceptual de la población de estudio, utilizando una pre prueba y una pos prueba. Los estudiantes fueron divididos en dos grupos de 36 y 29 integrantes respectivamente, cada uno con un
El procedimiento que siguieron los investigadores fue el siguiente: utilizaron una lista de 28 conceptos (elegida por un profesor de la institución en donde realizaron el estudio), en la que se incluyeron los términos básicos en los que se funda el curso de química orgánica, estos conceptos fueron organizados al azar en matrices de 4 x 7. Los estudiantes trabajaron en las matrices estableciendo relaciones conceptuales de acuerdo con su entendimiento de la química.
Las listas de conceptos y las matrices generadas por los estudiantes fueron analizadas mediante la técnica del árbol ordenado, en ella se coloca la lista inicial de los conceptos y mediante ordenaciones jerárquicas de tres niveles se visualizan mediante líneas, las conexiones que los estudiantes conciben de los conceptos. Por ejemplo en la Figura 3 se observa la estructura cognitiva (representada mediante el árbol ordenado) de un estudiante antes y después del curso de química orgánica.
El resultado de la investigación que Gradwohl et al (March 2000) realizan, indica que los estudiantes que ya han terminado el curso de química orgánica tienen una
Figura 3. Representación de la estructura conceptual sobre química orgánica que produce un estudiante mediante la técnica del árbol ordenado, tomado de Gradwohl, Liotta, y
Bravaco, (2000, p. 335,336).
Respecto de la medición del cambio conceptual utilizando representaciones de las estructuras conceptuales de los estudiantes, la investigación Streveler (1994) brinda una nueva orientación sobre el tema. La investigadora utiliza en su estudio la escala
multidimensional como instrumento de medición del cambio conceptual.
El objetivo de este estudio fue determinar la relación entre las estructuras
El procedimiento seguido por Streveler, indica que previo al inicio de los cursos un grupo de expertos (de cada curso) enlisto una serie de 30 términos básicos. Los estudiantes, al inicio del curso, con base en sus pensamientos tenían que organizar o agrupar de alguna manera tales conceptos (medición pre test), una vez finalizado el curso realizaron el mismo procedimiento (medición pos test).
El análisis se realizó utilizando escalas multidimensionales, en donde la agrupación de los conceptos fue determinada usando el programa PEROVER (Dunn-Rankin, 1983 en Streveler, abril, 1994). Las escalas multidimensionales producidas por cada uno de los estudiantes en el pre test y en el post test, fueron comparadas con las escalas de los instructores de los cursos.
La escala multidimensional se obtuvo en tres dimensiones correspondientes a los ejes x, y, y z, tomando como referencia el centro o centroide de un hexaedro regular, las coordenadas de cada término fueron establecidas considerando la siguiente fórmula (Streveler, abril 1994, p. 5):
Distancia de un punto al centroide
Donde x2, y2, z2 son las coordenadas del centroide del grupo y x1, y1, z1 son las
coordenadas del término cuya distancia está siendo determinada.
dedujo también que las escalas multidimensionales son instrumentos confiables para la medición del cambio conceptual, sin embargo, Streveler deja claro que tal vez los mapas conceptuales dada su relativa sencillez pueden resultar más productivos para nuevas investigaciones.
Figura 4. Escala multidimensional de las estructuras cognitivas que los estudiantes poseen al inicio del curso de física. (Streveler, 1994, p. 10).
Figura 5. Escala multidimensional de las estructuras cognitivas que los estudiantes poseen al terminar el curso de física (Streveler, 1994, p. 11).
Investigaciones como la que se acaba de describir, y todas aquellas que se puedan consultar, permiten al investigador formular una perspectiva teórica cada vez más clara. Esclarecer aquellas nociones confusas relativas al cambio conceptual, permite sin duda, trabajar sobre el propio cambio conceptual en la didáctica de la ciencias.
2.5.2 Investigaciones sobre modelos mentales
Las representaciones de nociones científicas en la didáctica de las ciencias, pueden ser utilizadas en términos generales, sin embargo, las representaciones mediante modelos, permiten a los científicos utilizarlos para representar aspectos del mundo con varios y definidos propósitos (Giere, 2004). Los modelos mentales como un tipo particular de modelo, se han desprendido de la generalidad y definido como constructos propios de la didáctica de la ciencia, en los estudios empíricos que emprenden los investigadores en la búsqueda de formas de coherentes de representación de ideas.
Coll y Treagust (2001) acerca del tema, realizan un investigación cuya meta es saber si los estudiantes de secundaria, los universitarios y los pos universitarios prefieren los modelos mentales para aprender conceptos como el enlace químico. Centran su estudio en el paradigma constructivista y en la tipología de modelos mentales descrita por Norman (1983).
La muestra con la que trabajan los investigadores en este estudio, son seis estudiantes de diferentes niveles educativos, dos de escuela secundaria, dos
universitarios, y dos pos universitarios. Las edades de los participantes al momento de la investigación, eran 16 y 17, para los de secundaria, 20 y 25 para los universitarios y 24 y 26 los pos graduados y doctorantes.
realizaron entrevistas semi estructuradas, centradas en los ocho pasos algorítmicos que desarrollaron Gilbert Watts y Osborne (1985), denominadas entrevistas acerca del evento o suceso (IAE, por sus siglas en inglés).
En la segunda fase Coll y Treagust (2001) mostraban a los estudiantes cartas que describían fenómenos relacionados con el enlace químico, descubrieron que los
estudiantes trataban de explicarlo en términos de su entendimiento de lo que es el enlace químico y cómo se da. En la tercera parte de las entrevistas mostraron a los estudiantes cartas ilustradas con modelos de los enlaces de las sustancias más comunes, así como de los tipos de enlace, registrando los modelos de preferencia de cada uno, así como las razones de su elección.
Para el análisis de los datos, recurrieron a la transcripción de la información obtenida y a la valoración particular de la información relevante para cada tipo de enlace químico, el metálico, el iónico y el covalente. En cada uno de ellos analizaron los dibujos que como modelos mentales realizaron los participantes, triangularon con la explicación dada a la elección realizada en la tercera fase de entrevistas, y con las respuestas dadas a preguntas que los investigadores hicieron sobre ciertos detalles de los modelos mentales dibujados.
El análisis de los datos les llevo a Coll y Treagust a concluir que “la preferencia
Continuando con los estudios sobre modelos mentales, Solaz-Portolés y Sanjosé (2008) deciden poner a prueba la teoría de los modelos mentales de Johnson-Laird, (1983), trabajan con estudiantes de primer año de bachillerato, originarios del campo de Turia, en Valencia, España. 43 estudiantes formaron el primer grupo estudiado en ciclo escolar 2001-2002, y 42 integraron el segundo grupo cuyo estudio se realizó en el ciclo escolar siguiente.
El área en la que se efectuó el estudio fue en química y física, precisamente expertos en estas áreas enlistaron 15 conceptos relativos a los modelos atómicos. Tales conceptos los incluyen en un test cuya función principal fue obtener información que permitiera analizar el rol que juegan los conocimientos previos en la construcción de los modelos mentales.
Para analizar el rol entre conocimientos previos y construcción de modelos, aparte del test presentan un experimento en el que estudiantes con diferentes conocimientos previos resuelven un problema después de leer un texto. El test permitió “…evaluar la
habilidad para transferir o aplicar sus conocimientos a nuevos contextos o situaciones”
(Solaz-Portolés y Sanjosé, 2008, p. 6), a través del cuestionario de seis ítems, de los cuales 5 fueron conceptuales y 1 algorítmico.
Como conclusión, quienes realizan el estudio, se dieron cuenta que el mayor inconveniente se presenta en la solución del problema, sin embargo, conciben el uso de modelos mentales como imprescindible, ya que con base en las gráficas obtenidas de la organización de los datos, los estudiantes obtuvieron mejores resultados en los primeros reactivos que en el del problema.
Otro estudio realizado por investigadores de la Universidad de Michigan, Kieras y Bovair (1984), indaga sobre el rol que juegan los modelos mentales en la operación de una pieza de equipo con la que no se está familiarizado. Similar al estudio descrito antes que este, la teoría que lo sustenta es la de Jonhson-Laird.
Figura 6. Panel de control que permitió medir la operatividad de los estudiantes (Kieras y Bovair, 1984, p. 259).
En el estudio se observó que los estudiantes mostraban solo dos tipos de
soluciones, el procedimiento normal o correcto y el del mal funcionamiento o incorrecto, se denominaron procedimiento A y procedimiento B. Posteriormente se sometieron a los estudiantes a tres test, en el primero los estudiantes tomaron instrucción con procesos detallados paso a paso, en el segundo test, intentaron simplificar el procedimiento para lograr su cometido, en último test tenían que manipular el panel de control, sin ninguna instrucción y sin tomar un atajo.
El experimento realizado por Kieras y Bovair (1984), concluye que la utilización de modelos mentales permite bajo condiciones instruccionales aumentar la velocidad de operatividad de los instrumentos. El grupo modelo, ejecuto un 17 % más rápido los movimiento con respecto al otro grupo. Por último, la aportación que este experimento hace a la investigación, tiene mayor importancia por su procedimiento de trabajo con modelos mentales, que por los resultados obtenidos.
En este mismo sentido del uso de la modelación García y Sanmartí se cuestionan, al inicio de su propuesta-investigación de trabajo sobre, “si es posible enseñar a la mayoría de los alumnos a pensar teóricamente a través de modelos y a que sean capaces de aplicarlos a la interpretación de hechos, sin que el profesorado los explique” (2006, p. 283). El eje fundamental de la propuesta de estos autores está en que la actividad
fundamental de la enseñanza y aprendizaje de las ciencias es el uso de modelos
que como ellos afirman, los modelos “sirven para conocer algo de nuevo, a partir de lo ya conocido, para unir dos realidades que hasta el momento eran extrañas” (García &
Sanmartí, 2006, p. 284).
Los investigadores llevan a cabo una propuesta de trabajo en el área de la genética, diseñaron una unidad didáctica que titularon “Semejantes pero diferentes”, en ella les propusieron a estudiantes de 15 años analizar los problemas por los que pasa una persona para aprender los conocimientos y procedimientos de la genética. El
procedimiento lo decidieron considerando las experiencias previas y la ideas de los estudiantes sobre el tema, iniciaron estudiando la variabilidad de las personas que integraron la clase, en especial sus características físicas que se pueden observar
fácilmente, después se trabajó el concepto de células reproductoras y ciclo biológico. Se llegó desde lo general “organismo”, hasta lo particular “cromosomas, ADN y gen”.
Las actividades realizadas en la transición de lo general a lo particular fueron, ejercicios de reflexión, descripción, justificación y argumentación, así como la construcción de modelos del cromosoma y fragmentos de ADN, con la finalidad de simular procesos de división celular. Por último, utilizaron también animaciones por computadora, con el propósito de llenar los huecos teóricos que posiblemente hayan quedado.
El principal descubrimiento de García y Sanmartí (2006) derivados de su
coherencia a lo que se va aprendiendo. Las actividades que propusieron sirvieron para dotar de coherencia a modelos mentales de los estudiantes.
La conclusión, que resume la investigación citada y que resulta de relevancia para la presente investigación, se centra en la comprobación de que, aunque se necesita tiempo y constancia del profesorado, es posible -con el debido planteamiento didáctico- que los estudiantes construyan modelos y los apliquen en la interpretación de fenómenos.
Es impensable, como ya se expuso en el capítulo 1, concebir a la modelación como una herramienta ineficiente en la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, sin embargo, aunque su utilidad está probada, existen dificultades asociadas a su
implementación en aula. Guevara y Valdez (2004) realizaron una investigación sobre los modelos en la enseñanza y aprendizaje de la química, encontrando algunas dificultades asociadas a ello.
Los autores citados consideran en primera instancia que un modelo ha de facilitar al estudiante la visualización y/o conceptualización de un objeto o fenómeno,
permitiendo una adecuada interpretación. Entendiendo que las dificultades están centradas en que los problemas que tienen los estudiantes para la creación de modelos verdaderamente coherentes con el fenómeno estudiando.
