DISEÑO Y EVALUACIÓN DE SECUENCIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE BASADAS EN RESULTADOS DE INVESTIGACIÓN: DISCUSIÓN DE UN MARCO TEÓRICO Y METODOLÓGICO
Irene Arriassecq
Se propone un marco teórico general que enfatiza en la necesidad de encontrar la coherencia entre las diversas perspectivas teóricas utilizados para el diseño de Secuencias de Enseñanza Aprendizaje (Teaching-Learning Sequences -TLS-) en el área de Física para el nivel de enseñanza secundaria. A modo de ejemplo, se describe y analiza una TLS para la Teoría Especial de la Relatividad y los recorridos cognitivos seguidos por algunos estudiantes durante la implementación de la misma.
Introducción
El trabajo de investigación que aquí se presenta se basa en una concepción de la
investigación en la enseñanza de la ciencia –y de la Física en particular– que procura
mejorar la práctica en el aula y los programas destinados a la formación de profesores.
Se asume que los temas de interés relacionados con la Física como disciplina, por un
lado, y las necesidades y capacidades de aprendizaje de los estudiantes, por el otro,
deben recibir la misma atención al intentar desarrollar un enfoque de mejoramiento
cualitativo. Al mismo tiempo, se considera que las actividades de investigación y
desarrollo deben estar estrechamente vinculadas entre sí.
En una revisión sobre las tradiciones de investigación en el área en los últimos
treinta años Jenkins (2001) distingue principalmente dos a las que denomina pedagógica
y empírica. Duit (2006) matiza el análisis anterior y las caracteriza como, por un lado,
un enfoque orientado hacia la ciencia, donde grupos de investigadores en enseñanza de
las ciencias cercanos a un campo disciplinar particular centran su atención en la práctica
docente, poniendo mayor énfasis en problemas de los contenidos científicos y en la
orientado hacia el alumno, en donde se encuentran las investigaciones que enfatizan las
necesidades de los estudiantes en diversos ámbitos y en el mejoramiento de los entornos
de aprendizaje, aunque a menudo desestiman los aspectos de las ciencias como materia
de estudio.
El progreso en la comprensión y el aprendizaje de las ciencias parecería ser
posible sólo cuando existe un razonable equilibrio entre las dos perspectivas
mencionadas anteriormente. En ese sentido, la elaboración de secuencias de enseñanza
y aprendizaje para las ciencias requiere de la fusión de ambos puntos de vista. Esta
perspectiva, que podría considerarse como más holística, pues intenta conjugar
perspectivas más parciales hasta ahora dominantes en el área, es compartida por
diversos investigadores del área de enseñanza de la ciencia (Fensham, 2001; Psillos,
2006; Duit, 2006). Esta línea de investigación en la enseñanza de las ciencias se
encuadra en lo que se ha denominado, a partir del consenso logrado en los últimos años
en varios congresos internacionales, como Secuencias de Enseñanza y Aprendizaje
(Teaching–Learning Sequences o TLS) y que puede caracterizarse como una actividad
de carácter dual que consiste tanto en una actividad de investigación en el aula como el
producto de la misma, con actividades suficientemente investigadas de enseñanza y
aprendizaje de determinados tópicos con ciertos grupos de alumnos (Méheut and
Psillos, 2000; Psillos and Méheut, 2001).
Esta línea de trabajo se centra en el diseño y evaluación de secuencias de
enseñanza y aprendizaje basadas en resultados de investigación, tanto de las
concepciones de los alumnos como de los contenidos de la ciencia, y podría contribuir a
que los docentes tomen contacto con los resultados de la investigación en enseñanza y
aprendizaje de la ciencia (Leach et al., 2005) porque, como plantean Linjse & Klaassen
(2004), es un error sobrestimar la capacidad de los docentes para implementar
propuestas didácticas en tópicos de ciencias para los cuales su formación es limitada y
no existen libros didácticos de calidad para suplir esa dificultad. Si bien el diseño de
secuencias de enseñanza comienza en la década de los ’80 del siglo veinte, se basaban
en los resultados de investigaciones que se centraban más en las concepciones y formas
de razonar de los estudiantes que en contenidos científicos o en los docentes (Mehuet,
Como señalan Leach et all. (2005), a pesar de que existen varios estudios en el
área de enseñanza de la ciencias que proveen evidencia de las mejoras en los
aprendizajes logrados por los estudiantes cuando se han implementado diseños
didácticos surgidos de la investigación (Brown & Clement, 1991; Viennot & Rainson,
1999; Tiberghien, 2000), esos estudios se ocupan muy poco del rol del docente en la
implementación de las propuestas didácticas: cómo las implementan, cómo las
modifican, cómo las evalúan. Más aun, los docentes, generalmente, han trabajado con
gran acompañamiento de él o los investigadores y durante un largo período de tiempo.
Existe al respecto muy poca, o ninguna, evidencia de que los docentes que no están
comprometidos con los grupos de investigación puedan lograr también resultados
satisfactorios con respecto a los aprendizajes de sus alumnos con las propuestas
didácticas elaboradas a partir de la investigación.
Es importante remarcar que, en general, la mayoría de las secuencias diseñadas
para tópicos específicos han sido publicadas en la lengua de origen con escasa
referencia a investigaciones realizadas en el ámbito internacional (Lijnse & Klaassen,
2004)
Cabe señalar que la perspectiva de las TLS, dentro de la investigación en
educación en ciencias, se focaliza en la investigación de la enseñanza y del aprendizaje
en el “nivel micro” (estudio de una clase en un tema específico) o en el “nivel medio”
(estudio de la secuencia de un único tópico), pero no en el “nivel macro”, que
contempla el estudio de todo un curriculum durante uno o varios años (Kariotoglou and
Tselfes, 2000). Es relevante destacar que, si bien en este enfoque de investigación han
aparecido algunos modelos para la elaboración de las TLS, ninguno de ellos explicita de
forma clara cómo se relacionan los diferentes aportes (epistemológicos, psicológicos,
didácticos) dentro de un abordaje didáctico específico.
Hasta el momento se han desarrollado escasos marcos teóricos focalizados en los
factores y procesos involucrados en el diseño de secuencias de enseñanza como
actividad de investigación (Méhuet & Psillos, 2004).
Por ejemplo, Lijnse (1995, 2004) propuso un marco general, destinado a cubrir
la brecha entre la teoría y la práctica, siendo necesario "concebir situaciones de
enseñanza para dirigir a los estudiantes a construir libremente las ideas que queremos
motivación y, también, a los conocimientos de los docentes necesarios para seguir este
enfoque. En este marco, se consideran tres niveles: selección del foco de interés, la
transición a un nivel descriptivo y, en caso necesario, la transición hacia el plano
teórico. En el proceso de construcción de TSL es fundamental el proceso de regulación
empírica, que comienza con una profunda descripción del contexto para el cual va a ser
diseñada la TSL, de las actividades y los procesos de enseñanza y aprendizaje, así como
la explicitación sobre qué concepción de la enseñanza, del aprendizaje, de la educación
en ciencia y de la ciencia se adopta, que sirve para predecir la forma en que las
secuencias de enseñanza se desarrollarán y con qué resultados. Es importante señalar
que cada secuencia de enseñanza en su conjunto debe tener una "motivación general"
que debe estar relacionada con los objetivos de las principales fases del proceso. Por
ejemplo, Linjse & K. (2004) en una secuencia de radiactividad diseñada para una
escuela secundaria, con alumnos de 15 años y escasas habilidades, la orientación que se
le dio fue práctica, a fin de que sea significativa para los estudiantes.
Otro enfoque es la “reconstrucción educacional” (Duit, Kattmann et al., 1995)
en la tradición pedagógica alemana. Este abordaje relaciona consideraciones propias de
la estructura conceptual de la ciencia con el análisis del significado educacional del
contenido y con estudios empíricos de los procesos de aprendizaje de los alumnos y de
sus intereses en un marco constructivista. El primer paso en este enfoque es la
“elementarización” de los contenidos científicos que deben ser enseñados, esto es
seleccionar las ideas científicas fundamentales e indispensables necesarias para ser
entendidas por los alumnos con el objetivo de comprender los tópicos científicos en
cuestión, teniendo en cuenta cuestiones epistemológicas, contexto aplicaciones e
implicaciones éticas y sociales. Los resultados provenientes del análisis de la estructura
del contenido y de experiencias de estudios previos facilitan el diseño de de una primera
secuencia de enseñanza aprendizaje que permite investigar, a través de entrevistas
individuales y grupales –organizadas como situaciones de aprendizaje– procesos de
enseñanza y aprendizaje en detalle, especialmente las concepciones de los estudiantes y
cómo pueden ser guiadas hacia las científicamente concensuadas. Los resultados
encontrados en estas investigaciones dieron origen a cambios en todas las fases
mencionadas, incluyendo los objetivos generales y específicos concernientes al diseño
particular para la enseñanza debe ser desarrollada de acuerdo con el punto de vista del
estudiante.
Otra perspectiva teórica, desarrollada en el ámbito de la investigación en
educación matemática, y que se nutre de la teoría de resolución de problemas, es la
“ingeniería didáctica” (Artigue, 1988). Consta principalmente de un análisis a priori,
teniendo en cuenta la dimensión epistemológica del contenido a ser enseñado, una
dimensión psico-cognitiva que tiene en cuenta las características de los alumnos y una
dimensión didáctica, relacionada con el funcionamiento de la institución escolar. Este
análisis sirve para definir los problemas que deberán abordar los alumnos. La
comparación entre las construcciones cognitivas predichas y las que se reconocen
pueden tanto validar como indicar la necesidad de modificar las situaciones propuestas.
Mehuet (2004) por ejemplo considera que su secuencia diseñada para modelos de
partículas se corresponde en gran medida con esta perspectiva, sin embargo no le presta
ninguna atención a la dimensión didáctica.
En este capítulo se propone un marco teórico general que tiene elementos en
común con las perspectivas descriptas, aunque enfatiza en la necesidad de encontrar la
coherencia entre los marcos teóricos utilizados para el diseño de TLS. A modo de
ejemplo, se describirá y analizará una TLS para la Teoría Especial de la Relatividad
(TER) y los recorridos cognitivos seguidos por algunos estudiantes durante la
implementación de la misma.
Modelo General
El planteo se basa en considerar que la coherencia entre los marcos teóricos
utilizados para el diseño de TLS se puede alcanzar cuando de asume, ante todo, una
postura en cuanto a la educación en general y a la educación en ciencias en particular.
Afirmar que los alumnos en la escuela deben comprender y no solo memorizar hechos
es algo en lo que, sin dudas, todos los docentes acuerdan. Sin embargo, las
investigaciones en las últimas décadas han demostrado que los alumnos no recuerdan ni
comprenden gran parte de lo que los docentes pretenden. A partir de esta realidad, las
reformas curriculares en diversos países, en una amplia variedad de temas, plantean que
el trabajo escolar se debería centrar en el desarrollo conceptual, el pensamiento creativo,
mismo tiempo las nuevas tendencias en evaluación recomiendan que éstas sean más
auténticas y basadas en desempeños acordes con la enseñanza, desestimando las pruebas
diseñadas para determinar si los alumnos recuerdan fragmentos aislados de información.
Si bien es cierto que existe consenso respecto de los fines de la educación, los
medios para lograrlos no encuentran el mismo acuerdo. Es así como la mayoría de los
docentes solo tiene acceso a libros de texto y materiales curriculares cuyo planteo
central es cubrir gran cantidad de información, en detrimento de la conceptualización y
profundización de aspectos claves de cada disciplina.
Teniendo en cuenta lo expuesto, se considera que un planteo innovador ha sido
el marco conceptual de la Enseñanza para la Comprensión –desarrollado por un grupo
de investigadores de Harvard entre 1988 y 1995 con la intención de ayudar a los
docentes a analizar, diseñar, poner en práctica y evaluar prácticas centradas en el
desarrollo de la comprensión de los alumnos–. A partir de esta propuesta se intenta dar
respuesta a las siguientes preguntas: ¿qué tópicos vale la pena comprender?; ¿qué deben
comprender los alumnos sobre esos tópicos?; ¿cómo se puede propiciar la comprensión?
y ¿cómo es posible averiguar qué es lo que comprende los alumnos? (Wiske, M., 1999).
Se hace necesario entonces, en cada situación de enseñanza, definir qué es lo que vale la
pena comprender, organizando el currículo en torno a tópicos generativos que son
centrales para una disciplina o parte de ella, que deben ser accesibles e interesantes para
los alumnos y vinculados con las inquietudes de los docentes –en el caso que aquí se
analiza: Ruptura de Paradigmas en la Física del S XX: La Teoría Especial de la
Relatividad–. Dar respuesta a la segunda pregunta es clarificar lo que deben comprender
los alumnos formulando metas de comprensión explícitas que estén focalizadas en ideas
y en preguntas centrales de la disciplina. Es importante que esas metas sean públicas
tanto para los alumnos como para los padres y otros miembros de la comunidad escolar.
La comprensión de las metas por parte de los alumnos puede fomentarse
comprometiéndolos en desempeños de comprensión que les requiera extender, sintetizar
y aplicar lo que han comprendido. Por último, es posible analizar lo que los alumnos
han comprendido realizando una evaluación diagnóstica continua de sus desempeños.
Las metas de aprendizaje afirman, explícitamente, lo que se espera que los
relaciones o preguntas que los alumnos comprenderán mejor por medio de su
indagación.
Se asume como comprensión a la capacidad de usar lo que uno sabe cuando
actúa en el mundo, extendiendo, sintetizando y aplicando ese conocimiento de formas
creativas y novedosas. Cuatro dimensiones fundamentales articulan el alcance de la
comprensión: conocimiento, métodos, propósitos y formas de expresión.
No deben confundirse las metas con objetivos conductuales en sentido estrecho,
los cuales suelen ser demasiado amplios y superficiales, centrados en hechos,
operaciones con fórmulas y conjuntos poco profundos y excesivamente amplios de
información más que en las “grandes ideas” que deberían abordar las metas de
comprensión.
Los desempeños de comprensión incluyen tareas tales como: explicar,
interpretar, analizar, relacionar, comparar y hacer analogías y se distinguen de otros
tipos de actividades comunes que se realizan en el aula. Las actividades son desempeños
de comprensión sólo si desarrollan y demuestran claramente la comprensión, por parte
de los alumnos, de metas de comprensión importantes. En síntesis, los desempeños de
comprensión efectivos:
Se vinculan directamente con las metas de comprensión ya que deben involucrar a los alumnos en un trabajo que los haga progresar en las
metas de comprensión especificadas.
Desarrollan y aplican la compresión por medio de la práctica: Se planean
diseñados en secuencias espiraladas, donde los alumnos pueden hacer
borradores, criticar y revisar un desempeño una o más veces.
Utilizan múltiples diversos estilos de aprendizaje y formas de expresión:
Los alumnos aprenden por medio de múltiples formas de inteligencia.
Permiten a los estudiantes usar diversos medios y formas de expresión
(palabras, dibujos, demostraciones, etc.).
Promueven un compromiso reflexivo con tareas que entrañan un desafío
y que son posibles de realizar.
Demuestran la comprensión: Los desempeños de comprensión no son
simplemente experiencias privadas sino que pueden ser compartidas con
y los propios alumnos de lo que ellos mismos están entendiendo. De esta
forma, los desempeños se convierten en un medio para controlar, hacer
público y aprender a partir de la comprensión de los alumnos.
Los marcos teóricos que se han descrito toman en cuenta tres dimensiones en el
diseño de TLS: la epistemológica, la psico-cognitiva y la didáctica. En el modelo que
aquí se analiza estas dimensiones también son fundamentales: la dimensión
epistemológica en indispensable para el análisis y la selección del contenido a ser
enseñado y por el potencial que esa dimensión adquiere para adoptar posturas respecto
de la ciencia en tanto producto y como actividad humana así como su vínculo con la
sociedad, dando respuesta a la pregunta referida a los tópicos que son relevantes en el
aprendizaje de una disciplina; la dimensión psico-cognitiva permite analizar cómo los
alumnos aprehenden y representan nuevos conceptos –el qué deben comprender– y la
dimensión didáctica por el abordaje didáctico específico seleccionado para la TLS,
donde se explicitan cuestiones tales como la forma de implementación de la secuencia,
el rol de los alumnos y el del docente. Sin lugar a dudas tanto la dimensión
epistemológica como la psico-cognitiva dependen de esas decisiones –el cómo fomentar
la comprensión–. Por ejemplo, si estamos interesados en la perspectiva de la
modelización, la clase de conceptos a ser enseñados, el tipo de actividades y el rol de los
alumnos y el docente serán diferentes de, por ejemplo, un abordaje centrado en la
argumentación. Si bien ambas perspectivas comparten algunos aspectos también poseen
diferencias que las hacen más adecuadas para algunos contenidos específicos, para
edades determinadas de los alumnos o para objetivos particulares que la institución
educativa pueda tener. Por otro lado, esta decisión debe ser compatible con el marco
epistemológico adoptado, más allá que las investigaciones realizadas en los últimos
años en el área de enseñanza de las ciencias son compatibles, en general, con posturas
post-positivistas (citas).
Una vez determinada la dimensión didáctica, debe realizarse el análisis
epistemológico con el objetivo de seleccionar y justificar los conceptos que serán
abordados en el proceso de enseñanza y aprendizaje. Esta selección está condicionada
por la perspectiva psico-cognitiva adoptada. En nuestro caso, como se describe más
adelante, hemos adoptado el marco teórico de Vergnaud y los hemos aplicado al caso de
Luego, es necesario determinar las representaciones de los alumnos. Si bien
existe gran cantidad de literatura relacionadas con concepciones alternativas, modelos
mentales y otros constructos que describen las formas en que los alumnos comprenden y
razonan los conceptos científicos que sin dudas debe ser tenida en cuenta, en general es
necesario diseñar los propios instrumentos, relacionados con las teorías y los conceptos
específicamente adoptados.
Cabe destacar que este modelo otorga al uso de la Historia de la Ciencia y la
Epistemología, en el diseño de propuestas concretas de aula, un rol tan importante como
el que tiene la adopción de un marco psicológico y uno didáctico. Por ello, se acepta que
el uso que se hace de la Historia de la Ciencia y la Epistemología posibilita, entre otros
aspectos, la determinación de obstáculos epistemológicos que sirven de guía para la
elección de los contenidos relevantes a ser enseñados así como la discusión sobre la
producción del conocimiento científico, el rol del contexto social y cultural del
momento histórico en que ese conocimiento se produce y las repercusiones del mismo,
dentro y fuera del ámbito científico, con el objetivo de intentar desterrar esteriotipos
acerca de la ciencia que alejan al alumno de la misma. Además, este enfoque
posibilitaría que los alumnos comprendiesen las dificultades y los obstáculos que se
debieron superar y los contextos culturales, filosóficos, tecnológicos, etc., distintos del
actual, en que se produjeron las teorías científicas; que la ciencia es una actividad
humana y está realizada por hombres que aportan contribuciones parciales respondiendo
preguntas que se plantean en cada época; que los científicos, en cada momento
histórico, no pensaban en los “términos actuales”, ya que utilizaban las herramientas
lógicas, metodológicas, epistemológicas y las tradiciones predominantes de su medio y
su época (Hodson, 1986; Kragh, 1989). Destacamos que este abordaje contextualizado
incluye un fuerte énfasis conceptual de los temas abordados, indispensable para que las
discusiones histórico-epistemológicas adquieran sentido para los estudiantes.
2.1 Caracterización de las dimensiones epistemológica, psico-cognitiva y didáctica
En el eje epistemológico, se adoptan elementos de la epistemología de Bachelard
(1991), que permitieron desarrollar un análisis epistemológico del contenido de la TER
(Arriassecq y Greca, 2002). Este análisis delimitó los conceptos centrales que los
tiempo y las nociones asociadas de sistema de referencia, observador, simultaneidad y
medición, indispensables para la comprensión relativista del espacio-tiempo. El eje
psicológico fue elaborado a partir de una síntesis de diversas perspectivas sobre la
formación de conceptos (específicamente algunos aspectos de las teorías de Vergnaud
(1990), Ausubel et al. (1991) y Vygotsky (1987), tomados como marcos teóricos
complementarios) que posibilitan interpretar cómo los alumnos logran conceptualizar
un contenido concreto en situación de aula y cuál es el rol del docente en dicha
situación. Con la teoría de Vergnaud, en particular, fueron analizadas, en un estudio
previo, (Arriassecq y Greca, 2006) las representaciones de los alumnos –en término de
invariantes operatorios– en relación con los conceptos antes referidos –espacio, tiempo,
sistema de referencia, observador, simultaneidad, medición–, información que permitió
determinar las dificultades de los alumnos con los mismos.
Finalmente, en el eje didáctico se toma como referente fundamental la
concepción de objetivo-obstáculo de Martinand (1986), quien propone la existencia de
una relación dialéctica entre los objetivos de la enseñanza y los obstáculos que se
interponen en la concreción de los mismos (de donde emerge el concepto de
objetivo-obstáculo). Así, los objetivos de la educación, y en particular de la educación en
ciencias, no pueden definirse a priori y con independencia de las representaciones de los
alumnos como ocurre habitualmente, sino que pueden plantearse en término de las
transformaciones intelectuales que se producen al superar un determinado obstáculo,
para lo cual, en primer lugar, es necesario identificar las representaciones de los
alumnos (según nuestro referencial psicológico, las representaciones respecto del campo
conceptual –invariantes operatorios y teoremas en acto–) respecto de los conceptos que
se pretenden abordar. Así, a partir de invariantes operatorios inferidos, que no se
corresponden con los científicamente consensuados, son seleccionados aquellos que se
considera pueden ser transformados en objetivos para la propuesta didáctica. Un
aprendizaje significativo del tema, en este caso la TER, supone la superación por parte
del alumno de estos obstáculos.
En relación con el contenido específico sobre el que se trabajó, la TER, cabe
mencionar que las reformas realizadas por varios países en los currículos de ciencias
para el nivel medio en la última década han impuesto una actualización de los mismos
Física Moderna y Física Contemporánea. Esto refleja la necesidad de ofrecer a los
estudiantes la oportunidad de aprender sobre los desarrollos científicos recientes que
influyen en el mundo en que viven y ha sido avalado y enfatizado, desde diversas
perspectivas, por numerosos investigadores en el área de la enseñanza de las ciencias
(Gil et al., 1998; Aubrecht, 1989; Stannard, 1990; Kalmus, 1992; Wilson, 1992;
Swinbank, 1992; Terrazzan, 1992; Ostermann y Moreira, 2000; Holcomb, 1997; Villani
y Arruda, 1998; de la Torre, 1998 y Moreira, 2000).
En este sentido, la incorporación de la TER se justifica por diversas razones.
Desde el punto de vista de la enseñanza de las ciencias, la TER es un tema
particularmente rico dado que los primeros contactos de los alumnos con el mismo
deberían implicar un verdadero punto de inflexión en el conocimiento de la Física, pues
lo que puede haber de continuidad entre la Física Clásica y la relativista es menos
relevante que aquello que las diferencia. Esto plantea un interesante desafío para los
docentes que intenten abordar la TER en el nivel polimodal, dado que ya no es posible
recurrir a la intuición, que suele desarrollarse a partir de las experiencias que los
individuos tienen con sistemas físicos clásicos, para comprender conceptos relativistas.
Por otra parte, la influencia de la TER ha excedido el ámbito de la Física y su
conocimiento es necesario para comprender diferentes aspectos de las producciones
culturales del siglo XX.
En trabajos de investigación anteriores (Arriassecq y Greca, 2002, 2003, 2004,
2006, 2007, 2008; Arriassecq, 2008) se indagaron las principales dificultades que
surgen en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la TER, en el nivel medio/polimodal
de enseñanza de la República Argentina y, a partir de los resultados obtenidos, se
elaboró, implementó y evaluó una propuesta didáctica –con un abordaje contextualizado
histórica y epistemológicamente y fundamentado conceptual, psicológica y
didácticamente– y se diseñó material escrito (destinado a docentes y a alumnos) para la
enseñanza de dicha teoría en ese nivel educativo con la intención de propiciar un
aprendizaje significativo de la misma (Ver anexo 2).
A partir de lo esbozado hasta aquí, la TLS puede diseñarse y ser implementada
en situación real de clase, donde los docentes no necesariamente deben estar
involucrados en el proyecto de construcción de la misma. Vinculada a esta cuestión,
participación activa del docente dejándole libertad de decisión y para enriquecer la
propuesta a partir de su creatividad, debe ser los suficientemente explícita y detallada
para que se constituya en un instrumento válido para la enseñanza.
Un aspecto importante para la validación de la TLS, como ya se analizó en los
diversos enfoques teóricos discutidos en la introducción, es una cuidadosa validación de
las inferencias realizadas en cuanto a las formas de razonar de los alumnos, las
dificultades superadas y los logros alcanzados, así como del desempeño del docente
durante la implementación y cómo se sintió con la implementación de la propuesta –
cómo averiguar lo que comprenden los alumnos a través de la evaluación y valoración
de la implementación de la propuesta–.
Los resultados que se obtengan pueden servir como retroalimentación para
mejorar la TLS, modificándola parcial o substancialmente. En el Anexo 3 se presenta un
esquema del modelo y en el Anexo 4 las metas de aprendizaje y los desempeños
esperados.
2.2 TLS para la TER
A partir del marco teórico desarrollado, que integra una postura de enseñanza
contextualizada histórica y epistemológicamente, la convergencia de algunos aspectos
centrales de las teorías psicológicas de Ausubel, Vygotsky y Vergnaud, de un marco
teórico didáctico acorde y de los resultados de las investigaciones realizadas con los
alumnos, se elabora una propuesta didáctica específica para la enseñanza de la TER en
el nivel polimodal.
La elaboración y posterior implementación de la secuencia didáctica estuvo
precedida por una primera etapa que se focalizó en:
- El análisis epistemológico de cuestiones relevantes dentro de la TER
(Arriassecq & Greca, 2007).
- La indagación de las dificultades de los docentes para afrontar la tarea de
abordar la TER en el nivel de enseñanza medio/polimodal, en situación concreta de aula
(Arriassecq y Greca, 2003 y 2004).
- El análisis de los libros de texto que tanto los docentes como los alumnos
- El análisis de las dificultades de los estudiantes para conceptualizar los
aspectos más relevantes de la TER (Arriassecq, y Greca, 2004 y 2006; Arriassecq,
2008).
La propuesta parte del análisis epistemológico del contenido a abordar y la
determinación, a partir del mismo, de los conceptos centrales que sería deseable que los
alumnos del nivel secundario adquiriesen. Como ya se detalló en el capítulo tres, se
estudiaron las representaciones de los alumnos respecto de las nociones de espacio,
tiempo, sistema de referencia, observador y simultaneidad –obstáculos epistemológicos
del análisis del contenido a abordar– y se expresaron las principales manifestaciones
externas de dichas representaciones en término de los invariantes operacionales de
Vergnaud –conceptos y en-acción– .Tomando como referencia los
teoremas-en-acto que no se corresponden con las proposiciones aceptadas como correctas para la
TER por la comunidad científica, se definen los objetivos-obstáculos que deberían ser
superados por el alumno, en el contexto de aula.
En la Anexo 1 se presenta una síntesis de los conceptos analizados para la
enseñanza de la TER, posibles invariantes operacionales inferidos y objetivos
elaborados para una propuesta didáctica a partir del análisis de los obstáculos
identificados. Se pretende mostrar en el cuadro la convergencia de los tres ejes que se
han trabajado hasta el momento: el disciplinar y epistemológico mediante la selección
de los conceptos relevantes para el aprendizaje de la TER; el eje psicológico con la
identificación de posibles conceptos y teoremas-en-acción y el eje didáctico con la
elaboración de objetivos-obstáculos.
La propuesta didáctica (Arriassecq, 2008) consta de cinco etapas. En la primera,
se analizan cuestiones de índole histórico-epistemológica referidas a la noción de
ciencia, características del trabajo científico, evolución de las ideas en ciencia,
influencias del contexto social, histórico y cultural en el surgimiento de las teorías
científicas y validación de las mismas. En la segunda etapa se realiza una profunda
revisión de los conceptos de Mecánica Clásica que son necesarios para interpretar la
TER, así como aquellos que se modifican sustancialmente a partir de la misma. En la
tercera, se abordan los conceptos de Electromagnetismo que entran en conflicto con la
Mecánica Clásica y son retomados por Einstein en la TER. Posteriormente, en la cuarta
de 1905. Esta discusión es abordada desde diversas perspectivas, de manera tal que el
alumno tenga la posibilidad de construir nuevos esquemas mentales para enfrentarse
con situaciones que requieran la reformulación de conceptos clásicos. Por último, en la
quinta parte de la propuesta se pretende que los alumnos conozcan algunos aspectos de
la vida de Albert Einstein como hombre, trascendiendo al “mito”.
El material escrito elaborado tiene la estructura de un libro de texto de cinco
capítulos, según la secuencia descripta. Cada tópico fue redactado a partir de la
selección de contenidos realizada desde el marco teórico adoptado en correspondencia
con los objetivos que se pretendían alcanzar con la propuesta didáctica. El mismo rol
tuvo el marco teórico para diseñar, secuenciar y evaluar cada una de las actividades, y
para seleccionar las lecturas que realizarían los alumnos —algunas de ellas textos
originales que pueden ser trabajados en clase con la ayuda del docente y otras textos
elaborados por especialistas en Historia de la Física, donde se abordan cuestiones
conceptuales y debates en torno a las repercusiones de la TER fuera del ámbito de la
Física–. Así, los conceptos centrales de la TER son reintroducidos en diferentes etapas
de la propuesta, usando una variedad de representaciones, algebraicas y gráficas, y las
diversas actividades parten de situaciones-problemas en donde los obstáculos son
presentados. Las actividades requieren el uso de diferentes herramientas por parte de los
alumnos: expresión oral y escrita, mapas conceptuales, representaciones gráficas,
cálculos, diseño de historietas.
Se destaca que en el desarrollo y la redacción de cada uno de los tópicos se tuvo
en cuenta la edad de los alumnos a la cual se dirige, sin por ello dejar de lado la calidad
científica del material.
2. 3. Implementación y evaluación de la TLS
La propuesta didáctica se implementó en un tercer año del ciclo polimodal con
orientación en Ciencias Naturales con una carga de horaria de dos horas semanales de
un colegio de la ciudad de Tandil, Provincia de Bs. As. La docente a cargo de las clases
había cursado una materia en su formación de grado que contemplaba, como una unidad
de la misma, la TER. No había realizado cursos de capacitación específicos en esa
La primera autora del trabajo asistió como observadora no participante a todas
las clases dedicadas al tema, previa autorización de las autoridades del establecimiento
y con el consenso tanto de la docente como de las alumnas, quienes permitieron tener
acceso a las diversas producciones realizadas en clase y fuera de ellas como así también
grabar las clases para contar con información complementaria.
La docente y las alumnas utilizaron como único material el texto de apoyo que
elaboramos.
2. 3. 1. Metodología para la evaluación de la implementación de la TLS
Las diversas etapas del trabajo de investigación se realizaron desde el paradigma
de la metodología cualitativa siendo una de las características fundamentales de esta
perspectiva la profundización en lo particular, lo idiosincrásico y lo concreto (Stake,
1994).
El propio investigador fue el instrumento principal de medida, dado que quien
realiza la investigación, con su criterio, registra y a la vez filtra los datos que obtiene.
Esto requirió realizar un esfuerzo consciente, una reflexión continua y un análisis
recursivo para minimizar los resultados subjetivos. También en ocasiones se recurrió a
la triangulación como una posibilidad más de evitar la obtención de resultados
demasiado sesgados (Goetz y LeCompte, 1988; Schwartz y Jacobs, 1984; Taylor y
Bogdan, 1986).
El estudio de la situación normal de aula se realiza en su ambiente natural
pretendiendo una exploración intensa y profunda del evento estudiado. No es relevante
la cantidad de sujetos que intervienen en la investigación. Tampoco se pretende
comprobar hipótesis; por el contrario, la intención es generarlas.
Es una investigación de tipo holística, ya que se intenta abarcar el fenómeno en
forma global, como un todo; no es tan importante dividirlo, en principio, en variables
antes de comenzar el estudio.
El diseño de investigación se va reelaborando a medida que se desarrolla la
investigación. El problema inicial se va reformulando permanentemente para confirmar
que los datos recogidos contribuyen a la interpretación del fenómeno, pudiendo
La característica de recursividad planteada anteriormente, permite la
incorporación de hallazgos que no se habían previsto en el diseño preliminar.
Como toda investigación que se enmarca en el paradigma cualitativo, conlleva
un importante trabajo de campo. En general, este tipo de abordaje demanda la
participación intensiva y por largos períodos del investigador en el escenario estudiado,
el registro cuidadoso de lo que acontece mediante notas de campo y evidencia
documental. En el caso de la TER se trabajó con documentos personales –actividades y
evaluaciones realizadas por los alumnos y docentes–, grabaciones del trabajo grupal en
diversas clases, notas de campo, análisis del contenido, etc.
Posteriormente se realizó una reflexión analítica a partir de los registros
realizados y documentos obtenidos y una descripción detallada, utilizando
procedimientos narrativos. En lo referido a las técnicas de análisis de datos de tipo
cualitativo, que se realiza en forma paralela a la obtención de los mismos, existe una
interacción permanente entre observación e interpretación y datos recogidos y análisis.
La distinción en fases diferentes se realiza sólo con fines explicativos.
2. 3. 2. Selección de actividades para evaluar la propuesta didáctica
Los primeros datos que se analizaron antes de implementar la propuesta
didáctica fueron los obtenidos en un test inicial diseñado con el objetivo de establecer el
perfil inicial de las alumnas y los invariantes operatorios que pudieran actuar como
obstáculos epistemológicos para un aprendizaje significativo de tópicos de la TER en
ese grupo en particular y, en función de lo hallado, tomar las decisiones que fueran
necesarias en cuanto a la reformulación – o no – de los objetivos-obstáculo presentados
en la Tabla 1.
Otra fuente rica de datos fueron los mapas conceptuales elaborados por las
alumnas, en forma individual, para la evaluación de revisión de conceptos de Mecánica
Clásica. Los resultados obtenidos con el análisis de los conceptos seleccionados para los
mapas conceptuales así como del establecimiento de relaciones significativas fue
comparado con los resultados del test inicial, con la intención de identificar posibles
En los temas específicos de la TER se analizaron también los mapas
conceptuales solicitados en una de las actividades diseñadas y, de esa misma actividad,
un cuento o una historieta, ambas actividades elaboradas en forma grupal.
Otra fuente importante de datos fue la evaluación individual realizada por las
alumnas al finalizar el tema, en la que la docente intentó integrar los diversos aspectos
abordados de la TER, fundamentalmente a través de la lectura y análisis de los
materiales escritos y de las discusiones dentro de cada grupo y entre los grupos.
Por último, se analizó una actividad grupal que elaboraron las alumnas vinculada
con aspectos personales de la vida de Einstein.
La evaluación de la implementación de la propuesta didáctica utilizando el
material escrito desarrollado permite afirmar que, a pesar de diversas dificultades e
imprevistos que surgieron durante el proceso de enseñanza, los resultados logrados por
el grupo de alumnas con el que se trabajó, en términos de aprendizajes de conceptos
centrales de la TER, parecen ser bastante mejores que los obtenidos cuando la TER es
abordada de una forma que podría denominarse “tradicional”, donde el principal recurso
didáctico usado por los docentes es el libro de texto (Arriassecq, 2008).
El texto elaborado profundiza en un tópico que, a pesar de su importancia, no ha
sido suficientemente investigado en el área de la Enseñanza de la Física en Argentina y,
además, se ha realizado desde un marco teórico innovador que integra elementos
epistemológicos, psicológicos y didácticos en la elaboración del material escrito.
3. Comentarios finales
Esta propuesta pretende avanzar en relación a las propuestas existentes para la
elaboración de las TLS proponiendo un modelo general, que no dependa de las
elecciones de teorías o enfoques didácticos, sino simplemente de su compatibilidad, que
explicita la forma de articulación de los aspectos epistemológicos, psicológicos y
didácticos dentro de un enfoque dado para el diseño, implementación y evaluación de
las unidades didácticas, llevando en consideración el papel del profesor, para que estas
unidades puedan ser implementadas en otros contextos educativos con éxito en términos
de aprendizajes significativos de los alumnos.
A partir de los logros obtenidos con la propuesta didáctica diseñada para la TER
es posible introducir en el nivel de enseñanza secundaria conceptos para los cuales los
docentes tienen escasa –o ninguna– formación durante su carrera de grado y a pesar
incluso del escaso tiempo disponible en los diseños curriculares.
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Anexo 1
CONCEPTOS INVARIANTES OPERATORIOS OBSTÁCULOS OBJETIVOS
- El concepto de tiempo es difícil de definir. - El tiempo es una unidad.
- Se representa al tiempo con un reloj.
- El tiempo se puede representar como la variable independiente en un sistema de ejes coordenados. - El tiempo no se puede representar.
- No es posible, actualmente, viajar en el tiempo por cuestiones tecnológicas.
Tiempo
- No es posible viajar en el tiempo físicamente.
- Los alumnos asumen que el concepto de tiempo que se utiliza en el ámbito científico no difiere del utilizado en el lenguaje cotidiano.
- Cuando los alumnos se refieren al concepto de tiempo, supuestamente desde el contexto de la ciencia, incurren en errores tales como confundir magnitudes con unidades y no establecen claramente las relaciones entre estos conceptos y el significado del proceso de medición de la magnitud tiempo.
- Analizar el concepto de tiempo desde diversos enfoques: filosófico, científico y psicológico.
- Reconocer las diversas posibilidades de representación gráfica de la magnitud tiempo.
- Identificar los conceptos involucrados en el proceso de medición del tiempo.
- Interpretar el concepto de tiempo en el campo conceptual de la TER estableciendo las diferencias con la mecánica clásica.
- El espacio no se puede representar.
Espacio
- El espacio es el lugar que ocupan los cuerpos y los huecos que quedan entre ellos.
- Las representaciones de los alumnos respecto del espacio coinciden con el modelo platónico.
- Reelaborar el modelo construido de espacio, adecuándolo al requerido en la mecánica clásica. - Interpretar el concepto de espacio en el campo conceptual de la TER estableciendo las diferencias con la mecánica clásica.
Observador
- El observador puede ser un individuo o un instrumento que registra datos detalladamente.
- Los alumnos vinculan la idea de observador con la de una persona que "observa", otorgándole el sentido de "ver" o "mirar".
- Redefinir la noción de observador adecuándola a la TER.
Simultaneidad
- Dos sucesos son simultáneos cuando ocurren al mismo tiempo y en el mismo lugar.
- Los alumnos consideran que la simultaneidad de eventos sólo puede ocurrir cuando éstos acontecen en un mismo lugar.
- Analizar las diversas posibilidades de eventos simultáneos en mecánica clásica.
- Analizar las diversas posibilidades de eventos simultáneos en la TER.
Medición
- Lo más importante en el proceso de medición es el instrumento.
- Para el alumno no es relevante el rol del observador en el proceso de medición.
- Distinguir, desde el punto de vista físico, que en el contexto de la TER "ver" no es lo mismo que "medir. - Analizar la relación entre proceso de medición, observador e instrumentos.
Sistema de Referencia
- Para resolver problemas de Física no es necesario tener en cuenta el sistema de referencia.
- Ante situaciones problemáticas concretas que requieren del concepto de sistema de referencia para su resolución, los alumnos no lo utilizan.
Anexo 2
PRIMERA ETAPA 1. Introducción
2. El conocimiento científico: Sus orígenes y algunos rasgos característicos 2. 1 La cosmología aristotélica
2. 2 Principales rasgos que diferencian al conocimiento científico de otras clases de conocimiento
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
SEGUNDA ETAPA
3. Revisión de los principales conceptos de la mecánica newtoniana necesarios para interpretar la TER
3. 1 El concepto de movimiento en Física 3. 2 El concepto de velocidad
3. 3 Cambio de sistema de referencia
3. 3. 1 Ecuación correspondiente a la transformación identidad
3. 3. 2 Ecuación de transformación para sistemas de referencia en reposo
separados una distancia constante
3. 3. 3 Ecuaciones de transformación de Galileo 3.4 Los conceptos de espacio y tiempo
3.4.1 Aplicación de las transformaciones de Galileo al cálculo de la distancia entre dos puntos
3.4.2 Aplicación de las transformaciones de Galileo al cálculo de la velocidad de un cuerpo en movimiento
3.4.3 Aplicación de las transformaciones de Galileo al cálculo de la aceleración de un cuerpo en movimiento
3. 5 El principio de relatividad de Galileo
(Tiempo estimado: dos clases de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
TERCERA ETAPA
4. Aspectos del electromagnetismo relacionados con la TER 4. 1 Breve historia del concepto de éter
4. 2 La teoría de Maxwell y su incompatibilidad con las ecuaciones de transformación de Galileo
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
CUARTA ETAPA
5. Teoría Especial de la Relatividad
5. 1 Comencemos por el principio: los “principios” de la TER 5. 2 ¿Cómo definir y medir el tiempo?
5. 2. 1 El rol de la simultaneidad en la medición del tiempo
5. 2. 2 Definición operacional para establecer en qué momento ocurre un evento 5. 2. 3 Sincronización de relojes
5. 2. 4 Relatividad de la simultaneidad
5. 2. 5 Determinación de la hora de un evento por un observador que se mueve respecto del mismo
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
5. 3 Determinación de la longitud de un objeto por un observador que se mueve respecto del mismo
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
5. 6 Nueva relación entre los conceptos de espacio y tiempo en la TER: el espacio-tiempo 5. 6. 1 Los diagramas de Minkowski
5. 6. 2 Aplicaciones de los diagramas de Minkowski
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
5. 7 Comprobaciones experimentales, aplicaciones y repercusiones de la TER 5. 7. 1 El origen de la TER
5. 7. 2 Comprobaciones experimentales 5. 7. 3 Aplicaciones tecnológicas de la TER
5. 7. 4 Repercusiones de la TER en diversos ámbitos
(Tiempo estimado: una clase de 2 horas más el tiempo dedicado por el alumno para lectura y desarrollo de actividades fuera de la escuela)
QUINTA ETAPA
6. Albert Einstein, un hombre
Anexo 3
Principios: Para mejorar la enseñanza de las ciencias, no se pretender que los docentes sin ningún tipos apoyo implementen
delineamientos generales para contenidos específicos. Es necesario diseñar y evaluar TLS, sustentadas en los resultados de investigación, ya disponibles en el área, sobre alumnos, profesores, contenidos y estrategias didácticas.
Axioma: Los objetivos de la enseñanza en general, y en particular los de la enseñanza de las ciencias, no pueden ser determinados a
priori de identificar el perfil inicial de los alumnos (Martinand, 1986).
Elaboración de los objetivos-obstáculos que deberán ser superados por los estudiantes en el contexto específico.
Objetivos
dependen
Contenido
Representaciones
de los alumnos
Estrategia
didáctica
Es necesario realizar un
análisis epistemológico
del contenido científico para determinar las ideas más relevantes a ser
enseñadas, usando
estudios existentes o
estudios específicos
DIMENSIÓN EPISTEMOLÓGICA
Deben conocerse las representaciones previas de los estudiantes sobre las ideas a ser abordadas, usando estudios existentes o estudios específicos
DIMENSIÓN PSICO-COGNITIVA
La estrategia didáctica
escogida, influenciada por
múltiples factores como los objetivos escolares generales, la realidad de los alumnos, etc., guía el proceso de estructuración del contenido, así como determina los roles del profesor y de los alumnos durante la aplicación de la secuencia didáctica.
DIMENSIÓN DIDÁCTICA
Implementación
Evaluación
del proceso de enseñanza-aprendizaje en sala de aula en detalle: objetivos alcanzados por los alumnos, dificultades del profesor, clima del aula, etc.
Anexo 4
Metas de Aprendizaje Desempeños de Aprendizaje
Discriminar entre los conceptos de distancia recorrida y posición. Decidir qué conceptos consideran necesarios para describir el movimiento de un objeto. Encontrar una expresión válida para todos los movimientos que tengan características
similares.
Proponer ejemplos que contengan los conceptos seleccionados. Reconocer la necesidad de establecer respecto de qué sistema de referencia se
afirma que algo se mueve cuando se analiza un movimiento.
Interpretar un dibujo que representa un movimiento desde la perspectiva de dos observadores distintos.
Reconocer la necesidad de utilizar las ecuaciones de transformación cuando se debe resolver un problema que requiere información de diferentes sistemas de referencia.
Analizar la invariancia de conceptos como "espacio" y "tiempo" en diferentes sistemas de referencia, en reposo relativo.
Establecer relaciones significativas entre los conceptos de observador, sistema de referencia, proceso de medición e instrumentos.
Realizar una síntesis personal de conceptos fundamentales para la comprensión y la resolución de problemas en Mecánica Clásica como son: la invariancia y la independencia del espacio y del tiempo, la imposibilidad de definir un sistema de referencia absoluto y la noción de simultaneidad y expresarla mediante un mapa conceptual.
Analizar las nociones respecto de los conceptos espacio y tiempo que los alumnos han construido y compararlas con los grandes planteamientos que se han dado a lo largo de la Historia de la Ciencia respecto de esos conceptos.
Elaborar un mapa conceptual con la interpretación de los fenómenos vinculados con el electromagnetismo para los cuales existía una teoría que los explicara y aquellos que presentaban problemas para las teorías de la época.
Identificar conceptos relevantes para efectuar mediciones, fundamentalmente de espacio y tiempo, desde distintos sistemas de referencia.
Realizar una lectura crítica del artículo publicado por Einstein en 1905 en la prestigiosa revista alemana Annalen der Physik con el título: “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”.
Discutir nociones como "sincronización" y "simultaneidad" y vincularlas con la necesidad de que los observadores tengan los medios adecuados para comunicarse.
Explicitar de diversas maneras cómo interpretan, a partir de las lecturas y discusiones con los pares y la docente, los dos postulados de la TER y compararlos con otros conceptos analizados en Mecánica newtoniana, como el de sistema de referencia y con cuestiones aun no resueltas como el “problema del éter”.
Asumir que la comunicación demanda otro tiempo, además del propio del evento en cuestión que se intente medir.
Resolver diferentes situaciones problemáticas que requieran ser analizadas desde diferentes sistemas de referencia.
Analizar la comprensión de conceptos fundamentales para la resolución de problemas en Mecánica Clásica como son: la invariancia y la independencia del espacio y del tiempo, la imposibilidad de definir un sistema de referencia absoluto y la noción de simultaneidad.
Resolver ejercicios, donde deben realizar cálculos numéricos con la intención de analizar órdenes de magnitud y campo de validez de la TER.
Teoría Electromagnética de Maxwell. observadores situados en diferentes sistemas de referencia inerciales no se pongan de acuerdo en establecer cuándo y dónde suceden determinados eventos, pero nunca pueden estar en desacuerdo respecto de si existe o no una relación causal entre los mismos.
Discutir el rol de la experiencia de Michelson en el surgimiento de la TER. Expresar los significados que han construido de los tópicos de la TER mediante un recuso alternativo como es la elaboración de un cuento o historieta.
Analizar los postulados de la TER y sus consecuencias para los conceptos clásicos “evento”, “observador”, “sistema de referencia”, “medición”, “simultaneidad, “tiempo” y “espacio”.
Utilizar los diagramas de Minkowski para representar para interpretar el concepto de espacio–tiempo.
Debatir, a partir de lecturas realizadas, sobre diferentes aspectos de la vida personal de A. Einstein.
Reflexionar, más allá de los aspectos conceptuales, acerca de cuestiones que contextualizan histórica y epistemológicamente a la TER. Entre ellas:
- Reflexionar acerca de la génesis de la teoría.
- Conocer las contrastaciones empíricas a las que fue sometida.
- Analizar las aplicaciones de la TER – incluso en la vida cotidiana –, el rol de la comunidad científica en el desarrollo de una teoría y las influencias de la producción científica en la sociedad.