Enseñar ciencias

Serie Didáctica de las ciencias experimentales

® María Pilar Jiménez Aleixandre, Aureli Caamaño, Ana Oñorbe, Emilio Pedrinaci,

Antonio de Pro

® de esta edición: Editorial GRAO, de IRIF, S.L

C/ Hurtado, 29. 08022 Barcelona

www.grao.com

1. a edición: enero 2003

3. a reimpresión: enero 2009

ISBN: 978-84-7827-285-3

D.L.: B-3275-2009

Diseño de cubierta: Xavier Aguiló

Impresión: Publidisa

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Indice

Introducción: aprender a pensar científicamente, María Pilar Jiménez Aleixandre | 7

Parte I

1. El aprendizaje de las ciencias: construir y usar herramientas, María Pilar Jiménez Aleixandre | 13

El conocimiento situado en su contexto: actividades y problemas auténticos ¡ 14

Comunidades de aprendizaje en la clase de ciencias | 18

Pensar con conceptos científicos, negociar significados | 22

El desarrollo de los procedimientos y el trabajo científico | 27

El desarrollo de actitudes y valores | 30

Bibliografía comentada | 32

2. La construcción del conocimiento científico y los contenidos de ciencias, Antonio de Pro Bueno |

33

El problema de contenidos en la enseñanza de las ciencias | 34 ¿Qué no son las ciencias? | 35

¿Creemos que la ciencia es empirista? | 36

¿Creemos que la ciencia es sólo racionalista? | 36

. ¿Creemos que la ciencia es positivista? | 37

¿Qué son las ciencias? | 38

¿Qué conocimientos aportan las ciencias y cuáles de ellos podemos usar en su enseñanza? ¡ 40

¿Cómo se han construido los conocimientos científicos? | 44

¿Qué consecuencias podemos extraer para la enseñanza de las ciencias? ¡ 51


3. Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias, María Pilar Jiménez Aleixandre | 55

La comunicación en las clases de ciencias: construcción de significados | 56

Explicaciones en las clases de ciencias | 60

Comunicación y transformación del discurso | 63

Léxico, vocabulario: mecanismos de reformulación | 63

Lenguaje figurado: metáforas y analogías | 65

El papel de las imágenes en el discurso científico | 66

Razonamiento y argumentación: justificar conclusiones con datos | 67

Comunidades de pensamiento: hablar ciencias y hacer ciencias | 70


4. Resolución de problemas, Ana Oñorbe | 73

¿Qué es un problema? Objetivos de la resolución de problemas en ciencias | 73

Condiciones de existencia de un problema | 76

Tipos de problemas | 77

Proceso de resolución | 78

La enseñanza tradicional de la resolución de problemas | 79

3 I

¿Qué propone la didáctica de las ciencias? | 81

Estudio de los procesos mentales | 82

Comparación entre expertos y no expertos | 82

Dificultades en la enseñanza y aprendizaje de la resolución de problemas | 83

Algunas propuestas metodológicas | 88


5. Los trabajos prácticos en ciencias, Aureli Caamaño | 95

¿Por qué realizar trabajos prácticos? | 96

Tipos de trabajos prácticos | 96

El aprendizaje de procedimientos y destrezas con relación a los trabajos prácticos | 99

Experiencias y experimentos ilustrativos | 100

Los ejercicios prácticos: aprendizaje de métodos y técnicas e ilustración de la teoría | 103

Las investigaciones: construir conocimiento, comprender los procesos de la ciencia y aprender

a investigar | 104

La implementación de las investigaciones en el aula | 106

. ¿A través de qué fases transcurre una investigación? | 108

. ¿Cómo debe ser el guión de una investigación? | 108

. ¿Cuántas sesiones son precisas? | 112

El grado de apertura de una investigación | 112

Factores que inciden en la dificultad de las investigaciones | 115

La investigación sobre los trabajos prácticos en la ultima década | 117


Parte II

6. La enseñanza y el aprendizaje de la biología, María Pilar Jiménez Aleixandre | 119

Las grandes preguntas de la biología | 121

¿Qué es la vida? Vitalismo contra materialismo | 122

. ¿Cuál es el origen de la vida? Creación y generación espontánea | 124

. ¿Cuál es el origen de las especies? Fijismo y evolucionismo | 125

. ¿Cómo se transmiten los caracteres de una generación a otra? Herencia continua o discontinua.

¿Cómo se desarrolla un individuo? Epigénesis o preformismo | 127

. ¿Qué relaciones tienen los seres vivos entre sí y con su ambiente? | 128

Métodos de investigación en biología: probabilísmo, narración histórica | 128

Narración histórica y fenómenos únicos | 129

Pluralismo causal | 129

Azar y probabilidad | 129

El papel de los conceptos | 130

El aprendizaje de la biología: desafíos en el aula de secundaria | 130

Los seres vivos | 132

Ecología y medio ambiente | 135

La biología en el bachillerato: la era de Dolly | 138

El cambio biológico | 138

La manipulación genética | 142

I 4

La enseñanza y el aprendizaje de la geología, Emilio Pedrinaci | 147

¿Qué geología debe enseñarse en la educación secundaria? | 149

. ¿Hacia dónde va la geología? | 149

. ¿Cuáles son las preguntas clave? | 151

. ¿Qué métodos de investigación utiliza para generar el conocimiento? | 153

. ¿Cuáles son las afirmaciones clave que formula en respuesta a las preguntas clave? | 154

¿Qué dificultades de aprendizaje presenta? | 156

, Una Tierra dinámica | 157

. Causalidad y cambios en la superficie terrestre | 158

. El origen de las rocas | 158

. Diversidad y amplitud de las escalas espaciales | 159

. El concepto de tiempo geológico | 159

. El concepto de interacción | 160

Secuencia de los contenidos geológicos | 160

Una secuencia para la ESO | 161

Una secuencia para el bachillerato | 163

La propuesta didáctica: algunos ejemplos | 164

ESO: el origen de las rocas sedimentarias | 165

El descubrimiento de la edad de la Tierra | 170

La enseñanza y el aprendizaje de la física, Antonio de Pro Bueno | 175

¿Qué física debemos enseñar en la educación secundaria? | 176

. ¿En qué ha trabajado la física en los últimos tiempos? | 177

. ¿Qué conocimientos de física necesitan los ciudadanos? | 180

¿Qué dificultades tienen los estudiantes en su aprendizaje de la física? | 181

¿Cómo debemos organizar los contenidos? | 187

¿Cómo podemos trabajar la física en el aula? | 193

. ¿Cómo podemos trabajar en el aula el tema de los circuitos eléctricos? | 194

La enseñanza y el aprendizaje de la química, Aureli Caamaño | 203

¿Qué química se ha enseñado en las últimas décadas y qué química convendría enseñar

en secundaria? | 204

¿Cuáles son las preguntas y los conceptos clave de la química? | 206

. ¿Cómo podemos clasificar la diversidad de sistemas y cambios

químicos

que se presentan en la naturaleza? | 206

. ¿Cómo está constituida la materia en su interior? | 207

. ¿Qué relación existe en las propiedades de los materiales y su estructura, es decir, entre

sus propiedades macroscópicas y las propiedades de las partículas que los constituyen? | 208

. ¿Cómo transcurren las reacciones químicas? | 208

. ¿Por qué ciertas sustancias muestran afinidad por otras? ¿Por qué ciertas reacciones

tienen lugar de forma completa y otras se detienen antes de llegar a completarse?

¿Qué criterios rigen la espontaneidad de los cambios químicos? | 209

¿Qué dificultades conceptuales presenta el aprendizaje de la química? | 212

• Concepciones alternativas y dificultades conceptuales | 212

■ Causas de las concepciones alternativas y de las dificultades de aprendizaje | 215

5 I

Dificultades intrínsecas de la química | 216

Dificultades relativas al pensamiento y la forma de razonamiento de los estudiantes | 218

Dificultades atribuibles al proceso de instrucción | 220

Implicaciones didácticas | 220

Criterios para secuenciar los contenidos de química | 221

Un ejemplo de secuencia didáctica a lo largo de la ESO y el bachillerato: el estudio de las reacciones

ácido-base | 223

Ácidos y bases en la ESO | 223

. Ácidos y bases en el primer curso de bachillerato | 224

. Ácidos y bases en el segundo curso de bachillerato |

226

Referencias bibliográficas | 229

Introducción: aprender a pensar científicamente

María Pilar Jiménez Aleixandre

Enseñar ciencias nunca ha sido una tarea fácil, pero parece que los retos se

multiplican en estos tiempos de cambios acelerados, tanto en lo referente a l os co-

nocimientos que hay que enseñar o en los mejores métodos para hacerlo como en lo

que respecta al alumnado a quien se dirige la enseñanza, e incluso en las demandas que

la sociedad plantea a la escuela.

Por un lado, el profesorado se preocupa por act ualizar sus conocimientos sobre

muy diversos temas, como producción de energía a partir de fuentes renovables, nue -

vos materiales o clonación. Por otro, llegan hasta los docentes resultados de la in -

vestigación educativa que muestran dificultades de apre ndizaje y proponen nuevas

formas de actuación en la clase de ciencias. El alumnado que cursa la enseñanza se -

cundaria presenta un grado de diversidad mayor que en otros momentos históricos y

esto, que es consecuencia de la implantación de la escolarizació n obligatoria en se-

cundaria y tendrá efectos muy positivos en el aumento del nivel cultural de toda la

sociedad, suscita retos y problemas de variado orden. Quienes desde la prensa, o a

veces incluso desde la administración, se lamentan de un supuesto «d escenso de

nivel» en la enseñanza, atribuyendo a la ligera su responsabilidad al profesorado, no

tienen en cuenta que a comienzos de los años setenta, al implantarse la Ley General

de Educación (LGE) -según datos del Ministerio de Educación -, la proporción del

alumnado de 16 años que estuvo escolarizado en primaria y llegaba a terminar se -

cundaria era del 10%, cifra correspondiente naturalmente a las capas sociales con

mayor nivel cultural y económico. No es lo mismo enseñar física o geología (o cual -

quier otra materia) a estudiantes que parten de unos conocimientos, un vocabulario

y unos recursos presentes en su medio familiar -en el que se ha acumulado lo que

Pierre Bourdieu llama capital cultural-, que a otros que carecen de ese punto de par -

tida y que en algunos casos tienen incluso dificultades con la lengua. La sociedad -y

sobre todo los creadores de opinión - debería reconocer ese doble esfuerzo exigido al

profesorado antes de realizar críticas que creemos superficiales e injustas.

Otro aspecto que hay que tener en cuenta es la consideración social de la cien -

cia. A pesar del prestigio de la actividad científica, en España la ciencia no se consi -

dera parte de la cultura general, o se considera en menor medida que en otros países

-por ejemplo en la tradición anglosajona, en la que las personas cultas suelen cono -

cer los nombres de los árboles más comunes-. Mientras que alguien que proclame no

haber leído a Cervantes o que no reconozca un poema de García Lorca o un cuadro

de Velázquez sería considerado (con razón) poco culto, se encuentra una proporción

apreciable de intelectuales que no son capaces de distinguir un sauce de una aca -

cia, que llaman mármol al granito o al gabro pulidos o creen que cuando el agua de

una cacerola está hirviendo, si aumen tan el fuego bajo el recipiente conseguirán

que siga aumentando la temperatura y que los alimentos se cuezan antes. En otras

palabras, las humanidades y las artes son contempladas como patrimonio cultural de

toda la población mientras que las ciencias lo son como dominio de los especialistas.

Creo que esta idea subyace en muchos articulos de prensa que se quejan de una su -

puesta preeminencia de la ciencia y la tecnología en los programas actuales, cuando

lo cierto es que un análisis estadístico demuestra que las ciencias han perdido peso:

recordemos que al implantarse la LGE contaban en los dos primeros años de BUP con

5 (en 1.°) y 4 (en 2.°) horas semanales, frente a las 4 + 3 (estas últimas optativas) en

el segundo ciclo de ESO actual. El cambio equivale a una considerable reducción que,

sin embargo, no se ha visto acompañada del correspondiente ajuste de los progra -

mas. No es éste el aspecto que se discute en las páginas siguientes, aunque sería con -

veniente favorecer en clase la idea de que los conocimientos científicos son también

parte de la cultura, de que toda la ciudadanía debería poseer la capacidad de pensar

científicamente, entendiendo por ello, entre otras cosas, usar las ideas científicas en

la interpretación del mundo.

Este libro pretende proporcionar una herramienta de trabajo al profesorado de

ciencias de secundaria (en formación o en ejercicio) que se enfrenta cada día a estos

retos: enseñar ciencias a toda la población, enseñar unas ciencias cambiantes, lograr

que mejore la imagen que el alumnado y la ciudadanía tienen de las ciencias, conse -

guir que los estudiantes aprendan a pensar científicamente. Esto no quiere decir que

en las páginas que siguen se dé respuesta a los numerosos interrogan tes y proble-

mas que surgen en clase, sino que se reformulan estos problemas y se sugieren algu -

nas vías de solución. El nivel educativo que se ha tomado como referencia es el de

secundaria, tanto obligatoria (es decir, ESO), como bachillerato, aunque po r supuesto

la primera parte del libro aborda aspectos generales de relevancia también para pri -

maria o para la formación del profesorado. Las fuentes a partir de las cuales se ha ela -

borado el libro pretenden combinar la investigación en didáctica de cie ncias a escala

internacional con una especial atención a los estudios y las propuestas realizados en

España, tanto en la universidad como por parte de profesores y profesoras en las

clases de ciencias.

Muchas de las cuestiones que se pueden plantear en las clases de ciencias son

problemas comunes a las distintas disciplinas. Por esa razón en la primera parte del

libro, que corresponde a los capítulos 1 al 5, se abordan algunas de las cuestiones que

podríamos llamar transversales, como el aprendizaje situado , la construcción del co-

nocimiento, la comunicación en las clases de ciencias, la resolución de problemas y

los trabajos prácticos. Naturalmente ésta es una selección, y somos conscientes de

que hay otras muchas cuestiones que se podrían abordar; por eje mplo, la generación

de modelos o la construcción de mapas conceptuales. Los criterios que han guiado la

selección han sido, por una parte, el deseo de ofrecer una síntesis accesible a la ma -

yoría del profesorado de líneas de trabajo recientes, como el tra bajo con problemas

auténticos en el marco de la cognición situada que discute María Pilar Jiménez en el

capítulo 1, la integración en la clase de ciencias de ideas y actividades que conectan

la enseñanza con la filosofía y la historia de la ciencia que pro pone Antonio de Pro

en el capítulo 2, o la atención a los aspectos de comunicación y lenguaje en la clase

de ciencias que trata María Pilar Jiménez en el capítulo 3. Por otra parte, hay aspec -

I 8

tos importantes del trabajo en el aula, como la resolución de problemas, tratada por

Ana Oñorbe en el capítulo 4, y los trabajos prácticos, abordados por Aureli Caamaño

en el capítulo 5 a los que la investigación educativa ha aportado nuevas perspecti -

vas en los últimos años y que, creemos, deben formar parte de un libro como éste.

Que estas cuestiones sean comunes no significa que deban ser tratadas de

forma general y teórica. Por eso en todos los capítulos se ha intentado presentar

ejemplos que ilustren las perspectivas abordadas y, en muchos casos, actividades que

pueden ser utilizadas en el aula. Los capítulos incluyen también una pequeña selec -

ción de bibliografía en castellano para ampliar algunos de los aspectos abordados

en cada uno.

Además de estas cuestiones comunes, cada una de las cuatro disciplinas tiene,

por una parte, problemas específicos, y, por otra, formas en las que se concretan

cuestiones generales, como pueden ser las dificultades de aprendizaje. Por esa razón

la segunda parte del libro está dedicada a tratar respecti vamente la enseñanza y el

aprendizaje de la biología (capítulo 6, María Pilar Jiménez), la geología (capítulo 7,

Emilio Pedrinaci), la física (capítulo 8, Antonio de Pro) y la química (capítulo 9, Au -

reli Caamaño). Los cuatro capítulos siguen un esquema común, abordando las pre-

guntas clave de la disciplina y los conocimientos construidos en respuesta a esas

preguntas, algunos problemas de aprendizaje detectados por la investigación en di -

dáctica de ciencias, y finalmente ofreciendo ejemplos de cómo llev ar a cabo estas

propuestas en las clases de secundaria obligatoria y bachillerato.

En conjunto, como indicábamos al principio, el libro pretende abrir interrogan -

tes y reformular problemas. Aunque no disponemos de soluciones para todos ellos,

creemos que, como ocurre en todos los campos de conocimiento, formular los pro -

blemas que se pretende solucionar es un primer paso importante. La didáctica de las

ciencias es un campo muy reciente en el que el consenso sobre los problemas que hay

que abordar y el marco para abordarlos alcanza aún a pocas cuestiones. Sería poco

realista afirmar que existen propuestas para resolverlos todos, entre otras cosas por -

que cada clase es un mundo distinto y no hay soluciones únicas aplicables a esa va -

riedad. Sí podemos deci r en cambio que las ideas y soluciones que proponemos se han

revelado útiles (para nosotros o para otros autores) pues muchas se han tomado de

los estudios publicados. La innovación educativa en las clases de ciencias muestra una

vitalidad en España que es contemplada con admiración por personas procedentes de

contextos educativos más rígidos. Esperamos que quienes participan en ella se vean

reflejados en estas páginas y que ayuden un poco a que más profesores y profesoras

se incorporen a esos movimientos innovadores, a que más estudiantes sean capaces

de pensar científicamente.

9 I

1

El aprendizaje de las ciencias:

construir y usar herramientas


Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales

Universidade de Santiago de Compostela

El aprendizaje de conocimientos científicos y su relación con la inmersión del alumnado en la cul-

tura científica es el objeto de este capítulo. La didáctica de las ciencias está prestando atención a

la construcción de significados en clase, y parece importante tener en cuenta esta dimensión

de la ciencia como cultura. Se discuten los aspectos siguientes:

. ¿Qué relación hay entre el conocimiento y el contexto en el que se aprende y se utiliza?

Se presentan algunas de las ideas más relevantes del aprendizaje situado propuesto por Brown,

Collins y Duguid, y algunos ejemplos para ilustrar lo que ellos llaman actividades auténticas,

que pueden vertebrar la enseñanza de las ciencias.

. ¿Cómo se pueden transformar las clases de ciencias en comunidades de aprendizaje1

Se discuten algunos rasgos de las comunidades de aprendizaje y otras cuestiones relacionadas

como el contrato didáctico.

Aunque el aprendizaje integra conocimientos de distinto carácter, a efectos de análisis resulta

conveniente discutirlos por separado, por eso los apartados siguientes se dedican a:

. ¿Cómo se aprenden y usan los modelos y los conceptos científicos?

Se trata la interpretación del mundo con los modelos científicos, la transposición didáctica, el

uso de conceptos y la negociación de significados.

. ¿Cómo se desarrollan las destrezas? ¿Cómo se aprenden procedimientos relacionados con las

ciencias?

Se aborda la relación entre la práctica del trabajo científico y los métodos de la ciencia.

. ¿Cómo puede integrarse el desarrollo de actitudes y valores en las clases de ciencias?

Trata el desarrollo de actitudes y valores.

13 |

El conocimiento situado en su contexto:

actividades y problemas auténticos

Para el lenguaje cotidiano, ciencia y cultura pertenecen a dos mundos muy dis -

tintos. Sin embargo, en este capítulo queremos llamar la atención sobre sus conexio -

nes, y concretamente en dos aspectos: primero, en que sería deseable que los

conocimientos científicos se considerasen parte de la cultura general y segundo, en

que tomando la cultura en la forma en que ha sid o definida por la antropología mo-

derna, la ciencia es, además de otras cosas, una forma de cultura.

En cuanto a la inclusión de la ciencia en la cultura general, ya se ha mencionado

en la introducción que las ciencias, al contrario de lo que ocurre con l as humanida-

des y las artes, no son contempladas como patrimonio cultural de toda la población

y que sería conveniente favorecer en clase la idea de que los conocimientos científi -

cos son también parte de la cultura.

Para la cuestión que aquí nos ocupa e s más relevante la segunda dimensión,

la idea, que debemos a Brown, ColIins y Duguid (1989), de que el aprendizaje de

un dominio debe insertarse en la cultura de ese dominio. En nuestro caso, el

aprendizaje de las ciencias está vinculado a la inmersión en la cultura científica.

Cuando estos autores utilizan el término cultura no se refieren a la literatura ni

al arte, sino a la definición del antropólogo Clifford Geertz (1987) según el cual la

cultura es el conjunto de símbolos significativos que la gente u sa para hacer in-

teligibles sus vidas. Geertz contempla el comportamiento humano como acciones

simbólicas que tienen un significado colectivo. La cultura es pública, colectiva

puesto que:

Los sistemas de significado son necesariamente la propiedad colectiva de un grupo.

Cuando decimos que no comprendemos las acciones de personas de otra cultura distin-

ta de la nuestra, estamos reconociendo que no estamos familiarizados con el universo

imaginativo en el que sus actos son signos. (Geertz, 1987)

Un ejemplo podrían ser los gestos que se emplean para denotar afirmación o nega -

ción (en nuestro caso mover la cabeza de arriba abajo o de un lado a otro, respecti -

vamente) y que en otros lugares son diferentes. En muchos países asiáticos entrar en

una casa y no descalzarse sería considerado una falta de educación, mientras que

en Europa ocurriría lo contrario.

La dimensión colectiva de la comprensión ha sido también puesta de manifies -

to por Stephen Toulmin (1977, p. 49): «Cada uno de nosotros piensa sus propios pe n-

samientos, pero los conceptos los compartimos con nuestros semejantes».

El trabajo de Brown, Collins y Duguid (1989) tiene relación con la atención

prestada desde las perspectivas constructivistas a la persona que aprende, proporcio -

nando un punto de vista original. Estos autores pretenden enfrentarse a las dificul -

tades de aprendizaje de las ciencias (y otras materias) en comparación con otros

aprendizajes, como la lengua materna o un oficio, que sí tienen éxito. Para ellos la

diferencia se encuentra en el contexto en que se aprende, y al hablar de cognición

situada quieren subrayar que el conocimiento conceptual no puede abstraerse de

I 14

las situaciones en las que se aprende y se utiliza. Así, las palabras nuevas y sus usos

se aprenden a la vez en un contexto de comunicación, de ahí el éxito del proceso. Del

mismo modo los aprendices de un oficio aprenden en la práctica (en un taller mecá -

nico, de carpintería, etc.) para qué sirven las herramientas viendo cómo se usan y

usándolas, inmersos en la cultura del oficio.

Sin embargo Brown, Collins y Duguid indican que una de las razones de las di -

ficultades experimentadas por los estudiantes para utilizar el conocimiento, para re -

solver un problema, es que se les pide que usen las herramientas de una disciplina sin

que hayan adoptado su cultura. Proponen considerar el conocimiento conceptual

como una caja o juego de herramientas (set of tools), pues tanto conocimiento como

herramientas no son comprendidos por completo hasta que son usados, y usarlos

conlleva cambios en la visión del mundo, adoptar la cultura en la que se usan. Pen -

semos en un ordenador o un teléfono móvil: no hay forma de explicarle a alguien

cómo funcionan sin hacerlo en la práctica.

Para estos autores la cultura de una comunidad, sea científica, profesión técni -

ca u oficio manual, son tanto los conocimientos teóricos, como los conocimientos

prácticos acerca de cómo usar las herramientas cognitivas, por ejemplo ajustar una

reacción, predecir el resultado de un cruce de híbridos, interpretar un corte geológico;

o materiales (manejo de aparatos, instrumental).

Las actividades escolares arquetípicas no suelen estar enmarcadas en la

cultura de la disciplina (aquí la científica) sino en lo que Brown, Collins y Du -

guid llaman la cultura escolar, y que nosotros preferimos denominar cultura es-

colar estereotipada, para subrayar que existe también una cultura científica

escolar. Por ello, en muchas ocasiones, el objetivo teórico de la instrucción no

llega a realizarse, estas actividades no producen un aprendizaje que pueda ser

utilizado en otros contextos. La alternativa a las actividades arquetípicas son las

actividades auténticas, que sí están enmarcadas en la cultura de los profesiona -

les. Por ello proponen planificar una formación en la cultura científica, una in -

mersión como la experimentada por los aprendices de un oficio que trabajan

junto a personas expertas hasta llegar a dominar su lenguaje, su comporta -

miento, inmersión que estos autores denominan enculturación. En el cuadro de la

página siguiente hemos representado algunas ideas de esta perspectiva de cog -

nición situada.

En resumen, se trata de diseñar la enseñanza de las ciencias de un modo seme -

jante a las que son efectivas, como las de un oficio, y para s ubrayar dicha semejanza

se habla de aprendizaje (apprenticeship) cognitivo. En castellano no hay dos palabras

diferentes para éste, el aprendizaje de los aprendices, y el de un estudiante que

aprende química (learning), como ocurre por ejemplo en portugués (aprendizado y

aprendizagem), aunque sí podemos utilizar esta idea, para la que proponemos el

término aprendizado.

A continuación se presenta una actividad, basada en datos reales, diseñada para

ser resuelta en equipo en ciencias de la Tierra y del medio ambiente en bachillerato

(Jiménez Aleixandre, 1994) que puede ilustrar estas ideas.

15 I

Cuadro 1. La perspectiva de cognición situada de Brown, Collins y Duguid

¿Quién mató a los peces de Xestosa?

Material: mapa físico y geológico de la zona.

En la piscifactoría de Xestosa (Ourol, Lugo) situada en el rio del mismo nombre, se ha

producido

en tres ocasiones una mortandad masiva de los peces (truchas y salmones) coincidiendo con epi-

sodios de fuertes lluvias. Estas muertes están causando grandes pérdidas económicas.

Sois responsables de la piscifactoría y queréis hallar las causas:

. Elaborad una lista de posibles hipótesis sobre las causas de la mortandad.

. ¿Qué datos (análisis, etc.) son necesarios para avanzar?

Entre las hipótesis más frecuentes que propone el alumnado se encuentran: la con -

taminación del agua del río por vertidos procedentes de industrias, granjas o por

abonos utilizados en la agricultura; la lluvia ácida procedente de la central térmica

de As Pontes de García Rodríguez, situada a escasa distancia; el envenenamiento de

los peces por alguna sustancia en los alimentos. En cuanto a los datos, piden análisis

del agua y autopsia de los peces, así como información sobre industrias, granjas, etc.

situadas en las proximidades y, en algún caso, sobre el tipo de rocas. En el trabajo ci -

tado más arriba se incluyen fichas con los resultados reales de los análisis. Un resu -

men de los datos más relevantes puede ser:

. Los análisis de agua en distintos tramos del río y en charcas fuera del cauce

muestran alteraciones en el pH y presencia de sulfuros en todos ellos, lo que

permite descartar vertidos puntuales. Las alteraciones son mayores cuando

llueve. En el agua del río predominan los procesos oxidativos, los sulfuros

tienden a ser eliminados por oxidación y en él no serían posibles procesos de

reducción.

. La autopsia de los peces apunta al envenenamiento por sulfuros como causa

de la muerte, pues las alteraciones del pH no resultarían letales.

. No hay industrias ni granjas en las cercanías que puedan verter al río.

. Las rocas son pizarras y gneis que contienen piritas, semejantes a las que se

encuentran intercaladas con el lignito en la mina de As Pontes.

En Jiménez Aleixandre (1994) se discute con más detalle el proceso de eliminación de

hipótesis que lleva a la mayoría del alumnado (como a los respon sables de la pisci-

factoría en el caso real) a decidirse por la lluvia ácida. Sin embargo, como mostraron

los expertos en el juicio, los óxidos de azufre emitidos por la central no podrían re -

ducirse a sulfuros en el ambiente oxidante del río. Lamentable mente, el incumpli-

miento de las recomendaciones del estudio de impacto en la realización de una

carretera expuso pizarras con piritas que, en contacto con la lluvia, liberaban sulfu -

ros. Dichos sulfuros se van eliminando por oxidación, pero en momentos de fuertes

lluvias su concentración puede ser elevada.

Además de mostrar que las rocas y las entidades geológicas no son materiales

inertes y que debemos prestarles atención como a otros elementos del medio, esta

actividad tiene algunas características que permiten considerarla un problema de los

llamados «auténticos», discutidas en Jiménez Aleixandre (1998):

. Contexto: en la vida real, en situaciones familiares (lo que no siempre sig -

nifica domésticas, pues el entorno del alumnado incluye noticias de otr os

países y contextos conocidas por televisión o la red), mejor que en un con -

texto abstracto; de esta forma el alumnado puede percibir su relevancia, su

utilidad para la vida. Las actividades auténticas no tienen por qué ser ver -

daderas, lo que en este caso también ocurre.

. Apertura: se trata de un problema mal estructurado, abierto, como son la ma -

yoría de los problemas en la vida real, cuyo proceso de resolución tiene tanta

importancia como la solución final. Genera una variedad de respuestas posible s

aun cuando tenga una, como sucede con muchos problemas de ciencias. La

apertura puede ser entendida de diversas formas, como variedad de soluciones

o productos finales, lo que genera debate entre los estudiantes, favoreciendo

la justificación de cada opción, o como diferentes procesos o caminos que pue -

den ser seguidos para su resolución, distintas formas de trabajo.

. Proceso de resolución: es necesario poner en relación los datos disponibles

con las posibles soluciones (en este caso hipótesis de causas); elegir unas o

17 I

descartar otras en función de los datos y las justificaciones aportados, como

ocurre en el trabajo científico.

En este caso, otra característica del problema es que requiere integrar co -

nocimientos de diferentes campos: geología, química, medio ambiente, lo

que ocurre asimismo con muchos problemas reales.

En resumen, en cuanto al diseño curricular, a las consecuencias de esta perspectiva para

las actividades a realizar en la clase de ciencias, éstos son alg unos de los principios o

características que guían el diseño de los problemas llamados «auténticos», representa -

dos en el esquema del cuadro 2. Puede tratarse de actividades para una o dos sesiones,

como el problema de la piscifactoría o el de «las huella s del ladrón», reproducido más

abajo, o de unidades didácticas vertebradas en torno a un problema de este tipo.

Algunos ejemplos más de problemas auténticos, tomados del proyecto RODA

(Razonamiento, Debate, Argumentación), llevado a cabo en la Universidad de Santia-

go de Compostela, se presentan de forma resumida en el cuadro 3.

Comunidades de aprendizaje

en la clase de ciencias

Transformar las clases de ciencias en lugares donde se resuelvan problemas au -

ténticos depende no sólo del diseño de las tareas o unidades didácticas, sino también

de las estrategias a seguir, de la forma de concebir las interacciones entre profeso -

rado y alumnado, de lo que se conoce como el clima del aula, relacionado con la

forma de organizar la clase. Ann Brown (1992), prematu ramente desaparecida en

1999, observó que una diferencia entre las estrategias de los estudiantes que no te -

nían dificultades de aprendizaje y los que sí las tenían se encontraba en que los pri -

meros, espontáneamente, hacen preguntas sobre lo que leen o se les explica, son

capaces de predecir, reflexionar sobre lo que entienden y lo que no. Brown diseñó

una forma de abordar la enseñanza, inicialmente experimentada en primaria, y que

Cuadro 2. Problemas auténticos

| 18

Cuadro 3. Algunos ejemplos de problemas auténticos del proyecto RODA

NOMBRE, TEMA, NIVEL RESUMEN DEL PROBLEMA REFERENCIA

El tubo de Budiño

. Gestión ambiental

(biología y geología).

. Unidad didáctica.

. Bachillerato.

La Consellería de Medio Ambiente de la

Xunta de Galicia solicita un informe

sobre la conveniencia de construir una

red de colectores, como parte del plan de

saneamiento de las riberas del Louro. Si

el informe es negativo, debe proponerse

una alternativa.

AZNAR, V.; PEREIRO, C.

(1999) «Una consultora

en 3o de BUP. ¿Construir

un colector?» Alambique,

n, 20, pp. 29-36.

Al rescate del U201 Wolf

. Flotación (física y quí-

mica).


. ESO.

El Ayuntamiento convoca un concurso

para sacar a flote el submarino U-201

Wolf de la Segunda Guerra Mundial hun-

dido en la ría de Vigo. Hay que construir

un modelo de submarino, hundirlo y sa-

carlo a flote.

BERNAL, M.; ÁLVAREZ, V.;

JIMENEZ, M.P. (1997): «Ao

rescate do U-201 Wolf:

unha experiencia no pro-

xecto RODA». Boletín das

Ciencias, n. 32, pp. 61-66.

Diez mil años

en un centímetro

. Suelo (biología y geolo-

gía).


. ESO.

La Xunta de Galicia pide un informe por-

que prepara un proyecto de ley sobre

usos del suelo que contempla la prohibi-

ción de construir en suelo cultivable. Se

pide una postura a favor o en contra, ar-

gumentada con razones y datos. Debe

elaborarse un mapa de uso del suelo en el

ayuntamiento.

BRANAS, M.; SONORA, F„ y

col. (1998): «Diez mil años

en un centímetro: unidad

curricular sobre el suelo».

En BANET, E.; PRO, A. DE

(ed.): Investigación e inno-

vación en la Enseñanza de

las Ciencias. Murcia. DM.

El explorador

y los resortes

. Ley de Hooke (física y

química).

. Actividad de laboratorio.

. ESO.

Un explorador va al campo y quiere medir

masas de pequeñas piedras sin tener que

llevar una balanza. Pregunta si puede ha-

cerlo con muelles y gomas. Hay que ele-

gir, entre los muelles y gomas disponibles,

los que sirvan y razonar por qué.

REIGOSA, C; JIMENEZ, M.P.

(2000): «La cultura científi-

ca en la resolución de pro-

blemas en el laboratorio».

Enseñanza de las Ciencias,

n. 18, pp. 275-284.

Las huellas del ladrón

. Microscopio (biología).

. Actividad de laborato-

rio.

. Bachillerato.

Han robado la cámara de vídeo en el la-

boratorio (extraterrestres, tal vez) y han

dejado huellas de las que se han hecho

preparaciones microscópicas. Estudián-

dolas hay que identificar al sospechoso

entre cuatro posibilidades, dos animales

y dos vegetales.

DIAZ, J.; JIMENEZ, M.P.

(1998): «La indagación en

las clases prácticas de

Biología: el uso del mi-

croscopio». En BANET, E.;

PRO, A. DE (ed.): Investi-

gación e innovación en la

Enseñanza de las Cien-

cias. Murcia. DM.

tenía como objetivo organizar la clase como una comunidad de aprendizaje, nombre

que recibe su proyecto. El aprendizaje deja de ser una cuestión individual y se con -

vierte en una tarea del grupo o equipo, en el que los a lumnos y alumnas se enseñan

unos a otros, se ayudan a aprender en un proceso que Brown denominó enseñanza

recíproca: los estudiantes resuelven o discuten problemas (por ejemplo: ¿por qué se

extinguieron los dinosaurios? o ¿por qué disminuyen las ranas en n uestro pueblo?),

buscan información en la biblioteca o Internet, se redistribuyen en grupos para com -

partir lo que han aprendido y elaboran informes sobre las cuestiones tratadas.

Cuadro 4. Redistribución de los pequeños grupos por «rompecabezas» de la fase 1 a la 2

Brown propone modificar no sólo la enseñanza o el curríeulo sino también la

evaluación, el papel del alumnado y el del profesorado y el ambiente o clima del aula,

puesto que todos ellos interaccionan en los complejos sistemas que son las clases.

Como resultado se crea una pequeña comunidad intelectual, con el objetivo de pre -

parar a los alumnos y las alumnas para aprender de forma activa, no sólo en ese mo -

mento, sino a lo largo de su vida. Una de las estrategias de redistribución de grupos

por «rompecabezas», tomada de Brown y usada para crear comunidades de aprendi -

zaje en bachillerato en «El tubo de Budiño» (Pereiro y Jiménez, 2001) se representa

en el cuadro 4 de la página anterior. En la fase 2 requiere de cada estudiante que

comparta con los demás lo aprendido en su grupo en la fase 1, lo que favorece la en -

señanza recíproca y la participación activa de todos, intentando evitar un desequili -

brio entre los portavoces o secretarios de los grupos y el resto del alumnado.

Según Brown existen muchas diferencias entre una comunidad de aprendizaje

y una clase tradicional (y algunas de ellas se resumen en el cuadro 5). Sin embargo,

como ella misma indica, es más adecuado pensar en estas posibilidades como parte

de un continuo que como dicotomías, ya que las clases son complejas y en muchas

ocasiones se dan situaciones intermedias. En una comunidad de ap rendizaje los alum-

nos y alumnas realizan actividades variadas, leen y escriben resúmenes para enseñar a

sus compañeros, diseñan experiencias, argumentan sus posturas. No sólo aprenden

ciencias, sino también aprenden cómo aprender. Podemos decir que están apren-

diendo mucho más que conceptos, procedimientos o actitudes: aprenden a pensar

científicamente, a pensar con los modelos de las ciencias.

Una dimensión de la clase a la que cabe prestar atención en una perspectiva

cooperativa es la que corresponde a las expectativas de alumnado y profesorado, los

objetivos, las reglas y los valores que perciben para las clases. Es lo que Brousseau ha

llamado en didáctica de matemáticas el contrato didáctico. El problema es que, en

Cuadro 5. Cambios en la filosofía de la clase, de Brown (1992) (modificado)

DIMENSION CLASE TRADICIONAL COMUNIDAD DE APRENDIZAJE

Alumnado Receptores pasivos de información

(de profesorado, libros, etc.). Aprendizaje reflexivo: actúan como

investigadores, maestros y controlan

su propio progreso.

Profesorado Lección tradicional. Indagación dirigida.

Contenido Amplitud, extensión,

fragmentado,

memorizar hechos.

Profundidad,

coherencia explicativa,

comprender.

Evaluación Exámenes tradicionales,

memorizar hechos.

Utilización del conocimiento, actua-

ción, proyectos, carpeta.

21 |

la mayor parte de los casos, estos objetivos y reglas son implícitos (Sanmartí, 1999) y

si el profesorado no hace explícitos otros o no promueve una negociación sobre ellos,

se dan por supuestos los tradicionales. Sanmartí propone, partiendo de las ideas de

Freinet, distintas formas de construir conjuntamente, por parte de profesorado y

alumnado, las «reglas de juego» de la clase: pactar contratos didácticos explícitos, or -

ganizar el aula en grupos cooperativos.

Para Sanmartí, un aspecto del contrato didáctico que reviste especial interés es la

evaluación (que también puede ser negociada), en cuanto a los aspectos que deberían

ser conocidos al final de una unidad didáctica, a los objetivos a alcanzar. Hacer explíci -

tos los objetivos de aprendizaje es uno de los elementos que puede contribuir a que los

estudiantes controlen su propio aprendizaje, a que puedan regularlo. Jorba y Sanmartí

(1993) proponen una evaluación cuya finalidad sea reguladora, dirigida a detectar los

puntos débiles del proceso, a comprender la forma en que los estudiantes se enfrentan

a las tareas, más que a los resultados. Para que los estudiantes puedan regular su apren -

dizaje, reflexionar sobre sus propias capacidades y su forma de aprender consideran im-

portantes tres elementos: la comunicación de objetivos, el dominio por parte de quien

aprende de las operaciones de planificación de las acciones y la apropiación por los es -

tudiantes de los criterios e instrumentos de evaluación del profesorado. La evalua -

ción es una cuestión compleja y puesto que no es posible discutirla en profundidad en un

breve espacio remitimos al interesante trabajo de Jorba y Sanmartí (1993).

En conjunto, estas ideas apuntan a la clase de ciencias como un lugar donde se

producen y se usan conocimientos (nuevas «herramientas»), donde circulan ideas,

donde se aplican de forma activa los conocimientos construidos, donde los alumnos

y alumnas no son receptores o «consumidores» de informa ción sino protagonistas de

su propio aprendizaje, donde piensan científicamente.

Pensar con conceptos científicos,

negociar significados

¿Cómo aprenden los alumnos y las alumnas de secundaria los principales mo -

delos y conceptos científicos? ¿Son capaces de interpretar los fenómenos físicos y

naturales aplicando las ideas de la ciencia? ¿Qué dificultades encuentran para ello?

Las respuestas que da la perspectiva constructivista a estas cuestiones cuentan

en la actualidad con cierto consenso, y parte de ell as se tratan de forma general en el

capítulo «La construcción del conocimiento científico y los contenidos de ciencias».

Desde la psicología cognitiva se ha propuesto que las ideas de las personas están or -

ganizadas en algún tipo de estructura cognitiva y que la incorporación de informa-

ción nueva depende de esa estructura. En otras palabras, el aprendizaje es un proceso

activo (Driver, 1988), en el que los estímulos y las informaciones interaccionan con

las ideas y las estructuras que ya existen en la mente de cada persona. Esta perspec-

tiva tiene relación, entre otros factores, con la línea de investigación sobre las ideas

de las y los estudiantes que ha generado numerosas publicaciones en los ochenta y

noventa. Mientras que en los años sesenta los prob lemas de aprendizaje se atribuían

I 22

en mayor grado a características generales (como los estadios de desarrollo cogniti -

vo) y menos al contenido, en los años ochenta y noventa la atención se ha dirigido a

las dificultades relacionadas con el contenido científico de las tareas. Sin ignorar las

dificultades debidas a la demanda cognitiva, hoy en día parece indudable la existen -

cia de problemas de aprendizaje específicos del contenido. Debemos a la línea de es -

tudio de las ideas del alumnado valiosas aportaciones sobre el aprendizaje de las

ciencias, y gracias a ello se puede avanzar un poco más: atender a la forma en que

se negocian los significados en clase; entender que no se trata de «erradicar» unas

¡deas (llamadas alternativas) y substituirlas por otras. En primer lugar se resumen al -

gunas de las cuestiones que hemos aprendido sobre las interpretaciones del alumna -

do, para discutir a continuación los aspectos nuevos.

No cabe duda de que un objetivo de la enseñanza de las ciencias es que los

alumnos y alumnas lleguen a interpretar los fenómenos físicos y naturales, pero al -

gunas dificultades a este respecto podrían resumirse indicando que, por una parte los

estudiantes no pueden ser considerados como páginas en blanco, en los que se inscri -

ben los conocimientos, sino que ya tienen ideas o explicaciones sobre cómo funciona

el mundo antes de la instrucción escolar; por otra parte, estas ideas, que no siempre

coinciden con las aceptadas por la comunidad científica, se mue stran resistentes al

cambio, persistiendo después de la instrucción. Un ejemplo puede ser las diferencias

entre las respuestas de alumnado de secundaria a las siguientes preguntas:

1. ¿Cómo se nutren las plantas?

2. ¿Qué haces si tienes en tu dormitorio un gato y una maceta?

Mientras que la respuesta a la primera, situada en el contexto escolar es, en una ele -

vada proporción, que las plantas se nutren por medio de la fotosíntesis, en cuanto a

la segunda, situada en el contexto cotidiano, hay muchos que sacarían de la habita-

ción la maceta y dejarían el gato, argumentando que las plantas respiran por la

noche y consumen el oxígeno u otros enunciados parecidos, que evidencian algu -

nas ideas alternativas muy arraigadas, por ejemplo:

. «Las plantas respiran de noche» frente a la idea científica de que las plantas

(como todos los seres vivos) respiran continuamente, tanto de día como de

noche.

. «De noche las plantas consumen más oxígeno que los animales» frente a la

idea de que el consumo de oxígeno de los animales suele ser mayor.

. «La respiración de las plantas es el fenómeno opuesto a la fotosíntesis, y de

día se contrarrestan», es decir, se percibe la fotosíntesis como un mero in -

tercambio gaseoso frente a la idea científica de que la fotosíntesis es la

forma de nutrición de las plantas, la elaboración o síntesis de madera, azú -

car, materia orgánica.

1. ¿Qué ocurre al elevar la temperatura de un gas?

2. Unos niños que juegan al balón observan que se ha deshinchado, lo ponen al sol y el balón

vuelve a hincharse. ¿Cómo lo explicas?

23 |

A la primera (contexto escolar), la mayoría dicen que aumenta de volumen, e inclu -

so parte de ellos explican que las partículas se separan al aumentar su energía ciné -

tica. Sin embargo en la segunda, una proporción significativa del alumnado del

primer ciclo de secundaria atribuye el aumento de volumen a la entrada de aire o de

«calor» (Domínguez Castiñeiras, 2000).

En los cuatro últimos capítulos de este libro se tratan diferentes ejemplos y pro -

puestas didácticas, por lo que aquí se discutirán sólo algunas cuestiones generales. Una de

ellas es el nombre, y resulta preferible el de ideas o concepciones a otros con connotacio-

nes negativas como errores conceptuales que parece referirse a algo que es preci so eli-

minar o erradicar y no a ideas que pueden tomarse como punto de partida de la

instrucción. La adopción por el alumnado de las ideas científicas ha recibido el nombre de

cambio conceptual (Hewson y Beeth, 1995), que hace referencia al paralelismo en tre estos

cambios y los experimentados en la comunidad científica a lo largo de la historia, algu -

nos de los cuales se tratan en el capítulo «La construcción del conocimiento científico y

los contenidos de ciencias». Dos libros que resumen los estudios re specto a sus caracte-

rísticas y su relación con la instrucción son los de Driver, Guesne y Tiberghien (1989) y Os -

borne y Freyberg (1991), que incluyen tanto actividades para explorarlas como estrategias

didácticas y orientaciones sobre cómo planificar la instrucción teniéndolas en cuenta.

El origen de estas ideas alternativas, según Pozo, en parte de los casos, está re -

lacionado con el uso, de modo implícito y simplificado, de reglas de inferencia cau -

sal, lo que lleva a asignar causas alternativas. Po zo y Gómez (1998) mencionan cinco

tipos de estas reglas asociativas que, con ejemplos de concepciones que pueden ori -

ginar, aparecen en el cuadro 6. No todos los autores están de acuerdo con esto ya

que, por ejemplo, el primero podría también interpretars e como la transferencia de

un razonamiento válido en el mundo macroscópico al microscópico, donde no es

válido. También hay que tener en cuenta el papel de los medios de comunicación

(que, por ejemplo, presentan la adaptación como un proceso activo), y a v eces tam-

bién de los propios libros de texto.

Un aspecto importante es, como señala Otero (1990), que en muchos casos los

estudiantes no son conscientes de que no comprenden algo o de que están utilizan -

do diferentes ideas para interpretar situaciones qu e -desde el punto de vista de la

ciencia- son similares. En otras palabras, no controlan su propia cognición, su propio

aprendizaje.

Eduardo Mortimer (2000) interpreta el aprendizaje de ideas nuevas como una evo -

lución del perfil conceptual más que como un cambio que suponga el abandono de las

concepciones previas. Mortimer construye esta idea a partir del perfil epistemológico de

Bachelard, que representa las proporciones entre diferentes visiones o interpretaciones

de una cuestión. El cuadro 7 de la página 26 reproduce el perfil de Bachelard para el

concepto de masa, que incluye componentes como realismo ingenuo (sentido común),

empirismo, racionalismo clásico, etc. Para Mortimer lo importante es que el alumnado

tome conciencia del contexto en que cada un a de estas interpretaciones es aplicable, y

señala que él mismo, a pesar de ser químico, puede utilizar en el lenguaje cotidiano ex -

presiones que se incluirían en el realismo ingenuo, puesto que atribuyen masa sólo a

cosas grandes y pesadas. Lo mismo podr íamos indicar para expresiones como «hay que

ahorrar energía» o «qué calor hace» (en vez de «qué temperatura más alta»),

I 24

Cuadro 6. Reglas asociativas o simplificadoras (Pozo y Gómez, 1998, modificado y al que

se han añadido ejemplos de biología y geología)

En otras palabras, las perspectivas actuales prestan atención a las ideas del

alumnado en el sentido de explorarlas y tomarlas como punto de partida para la ins -

trucción, de favorecer que los estudiantes se den cuenta de s u campo de aplicación,

de las diferencias entre los contextos cotidiano y científico en los que pueden ser

adecuadas o no. Podemos decir que se da menos importancia al resultado final, a la

substitución de la idea alternativa por la nueva, y en cambio se c oncede más impor-

tancia al proceso por el que se desarrolla en clase la comprensión o nueva visión, por

el que se crean nuevos significados. En la clase tiene lugar un proceso de negocia -

25 |

Cuadro 7. Perfil epistemológico de Bachelard, tomado de Mortimer, 1990

ción de significados a través de la comunicación (aspecto que se trata con más de -

talle en el capítulo «Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias»).

Es importante tener en cuenta que, aunque el objetivo de la enseñanza consiste

en que el alumnado utilice los conceptos y modelos científicos, la ciencia de la comu -

nidad científica y la ciencia enseñada en el aula no son idénticas. La ciencia enseñada

es producto de una reelaboración del conocimiento de los expertos que, como indica

Sanmartí (2000), no debe confundirse con una simplificación, sino que es la construc -

ción de un nuevo modelo que incluye dist intos conceptos, lenguajes, analogías e inclu -

so experimentos. Chevallard ha llamado a este proceso transposición didáctica, y lo ha

definido como la reformulación del conocimiento científico en el contexto escolar.

Esta reformulación puede adoptar muchas variantes y, aun cuando nadie conci -

ba enseñar ciencias como presentar los conocimientos en la misma forma en que cir -

culan en la comunidad científica, con frecuencia se considera que consiste en suprimir

lo más complejo y abstracto y en seleccionar experiencias y ejemplos que funcionen

bien. La relación con el contexto del alumnado no suele tenerse en cuenta ya que

se considera que las situaciones reales son demasiado complejas. El resultado son unas

ciencias fragmentadas, en las que es difícil percibir la utilidad, pues no se vinculan

los conocimientos con el mundo real, y en la que se promueve que los alumnos y alum -

nas vean las cosas de una manera determinada, más que tratar de entender lo que ven.

Es decir, unas ciencias que reúnen bastantes de los rasgos de la clase tradicional resu -

midos más arriba en el cuadro 5 de la página 21 y pocos o ninguno de la comunidad

de aprendizaje, poca relación con los problemas auténticos. La consecuencia de esta

reformulación inadecuada (Jiménez y Sanmartí, 1997) e s que, siendo compleja, la cien -

cia se enseña como si fuese sencilla; siendo una construcción humana sujeta a cambios

a veces radicales, se enseña como si hubiese tenido un desarrollo acumulativo. Te -

niendo por objeto explicar fenómenos naturales, se enseña como si éstos no pudiesen

tener más que una única explicación. La transposición didáctica se hace a veces des -

I 26

componiendo un campo en fragmentos: conceptos y procedimientos que se enseñan

por separado sin poner de manifiesto sus relaciones. Es lo que ocurre cuando se ense -

ñan la digestión, la circulación, la respiración, etc. sin poner de m anifiesto que todas

ellas tienen relación con la nutrición. O, para el modelo de disolución, se enseña lo que

es soluto, disolvente, concentración, etc. por un lado y átomo, molécula, ión... por otro

y se espera que el alumno reconstruya el modelo a partir de estos conceptos y que

pueda aplicar el modelo de disolución a una situación cotidiana como lavar la ropa.

Es necesaria una transposición más holística, integrada, en la que, partiendo de

las ideas del alumnado, se vayan introduciendo nuevos conceptos, experimentos o

analogías a medida que sean necesarios para estudiar determinados fenómenos y para

que los estudiantes construyan interpretaciones más próximas a la ciencia escolar. El

concepto de gen o alelo se define en función de su necesidad para interp retar las di-

ferencias entre caracteres hereditarios entre distintos alumnos y alumnas; la carga

eléctrica o el electrón en función del estudio de fenómenos eléctricos; la discontinui -

dad entre capas de la Tierra al analizar el comportamiento de las onda s sísmicas.

Y, en consecuencia, los criterios de evaluación de la ciencia escolar son también

diferentes de los de la ciencia de los expertos. El objetivo es que los alumnos y alum -

nas sean capaces de usar los conceptos y los modelos, de aplicarlos a dife rentes si-

tuaciones y contextos, es decir, que se produzca una transferencia, que se movilice el

conocimiento, que piensen con él y no sea una serie de definiciones y leyes recorda -

das sólo ante el estímulo de una pregunta.

Se han realizado experiencias en las que se han llevado estas perspectivas a la

práctica, y se ha reconocido que existe una contradicción entre la expectativa de que

los alumnos construyan su propio conocimiento y la necesidad de enseñar la ciencia es -

colar (Mortimer, 2000), es decir, que el conocimiento que hay que construir es uno de -

terminado, no cualquiera. Este autor propone resolver las contradicciones entre la

dirección real de un proceso de construcción en el aula y la deseada por medio de la ne -

gociación, e indica que ante un conflicto la expectativa del alumnado de que el pro -

fesor dé la solución lleva a un reforzamiento de su autoridad en mayor medida de lo

que algunos constructivistas querrían admitir. Para Mortimer, una solución puede ser

la inmersión en la cultura cient ífica así como reconocer que el conocimiento científico

puede ser tanto construido como transmitido y que ambas acciones se complementan.

Driver lo ha expresado de otra forma, al decir que muchas veces cuando leemos o es -

cuchamos una lección magistral estamos construyendo nuestro propio conocimiento.

En resumen, recordemos que hay muchas -y no una sola- formas adecuadas de ense-

ñar ciencias. En los cuatro capítulos de la segunda parte se discuten distintas propues -

tas para el aprendizaje de conceptos de biología, geología, física y química.

El desarrollo de los procedimientos

y el trabajo científico

Cuando se habla del aprendizaje de las ciencias en muchas ocasiones se en -

tiende que únicamente hace referencia a conceptos y modelos (el qué). Sin embargo,

27 |

aprender ciencias debe ser entendido más ampliamente, y debe incluir además la

práctica en alguna medida del trabajo científico (el cómo). Es decir, se trata de que

«hacer ciencias» sea parte de saber ciencias, aprender procedimi entos -y actitudes-

ai mismo tiempo que conceptos. Como ha señalado Gil (1986), los objetivos relacio -

nados con procedimientos han encontrado dificultades en la práctica, por un lado

debido a visiones empiristas que minimizan el papel de las hipótesis y t eorías, pres-

tando más atención a la observación. Por otro, se ha reducido a veces el desarrollo

de procedimientos al contexto de los trabajos prácticos en el laboratorio, cuando de -

bería hacerse en las diferentes situaciones que pueden darse en las clas es de ciencias.

¿Hay relación entre practicar el trabajo científico y lo que en otros momentos se

han llamado los métodos de trabajo de la ciencia? Ambas cosas están relacionadas, ya

que la mejor forma de familiarizarse con unos métodos de trabajo es practicarlos. Las

diferencias (Díaz y Jiménez, 1999) radican en que hoy la forma de abordar estas cues -

tiones en clase es más global y cuando se diseñan actividades que pretenden una in -

mersión en el trabajo científico el punto de partida es un problema auténtico que los

estudiantes deben resolver. Algunas propuestas de «aprender el método científico» han

sido criticadas, en primer lugar porque no hay un método, sino varios, y en segundo

lugar porque a veces se limitaban a incluirlos como ideas a explicar , no como destrezas

a practicar y además porque otras veces se presentaba «el método científico» como una

serie de pasos de carácter general para los distintos dominios disciplinares. No creemos

que haya una lista de actividades (emitir hipótesis, diseñar experimentos, etc.) que pue-

dan servir de criterio para saber si en una clase se practica el trabajo científico. Pero si

el propósito de la ciencia es extender el campo del saber resolviendo problemas, una

forma de practicar este trabajo en clase puede se r resolver problemas, siempre, eviden -

temente, que sean preguntas problemáticas, no de carácter retórico. En los capítulos

de la segunda parte se discuten brevemente algunos de los diferentes métodos de la

biología, la geología, la física y la química.

Para desarrollar las destrezas experimentales no basta con incluirlas entre los

objetivos, pues no se aprende a interpretar muestras con un microscopio, a utilizar

adecuadamente el termómetro (que no es igual al clínico), a identificar plantas con

claves o a interpretar un corte geológico sin dedicar tiempo a la práctica. Si una de -

finición de los procedimientos es una secuencia de acciones orientadas a la consecu -

ción de una meta, como dice Pro (1995), estas acciones no son innatas ni surgen por

casualidad, hay que aprenderlas.

Hay numerosas clasificaciones de procedimientos. Para Pozo y Gómez (1998) van

de menor a mayor complejidad desde las técnicas de medición o manejo de instrumen-

tos a las estrategias de investigación o comunicación; estos autores ind ican que, mien-

tras que las técnicas pueden automatizarse con prácticas repetidas, con simples

ejercicios, las estrategias implican planificación y toma de decisiones sobre los pasos a

seguir, por lo que su aprendizaje requiere tareas que sean verdaderos problemas. Pro

(1995) plantea la propuesta de tener en cuenta este distinto grado de dificultad al dise -

ñar y secuenciar las unidades didácticas. El cuadro 8 representa una gradación de pro -

cedimientos combinando la clasificación de Pozo y Gómez con la d e Pro que se resume

en el cuadro 4 del capítulo «La construcción del conocimiento científico y los conteni -

dos de ciencias», y se incluyen algunos ejemplos para ilustrar cada categoría. No vamos

| 28

Cuadro 8. Gradación de procedimientos a partir de Pozo y Gómez, 1998

a tratar cada una de ellas en este capítulo; las técnicas, las destrezas de adquisición de

información y las estrategias de investigación se abordan en el capítulo «Los trabajos

prácticos en ciencias», y las estrategias de razonamiento y comunicación en el capítulo

«Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias». También los cuatro capítulos de la

segunda parte incluyen propuestas sobre procedimientos en las distintas disciplinas.

Hay que tener en cuenta que el dominio de destrezas incluye el de técnicas, y

que las estrategias también se componen de técnicas y destrezas. Así, una destreza

relacionada con la adquisición de información (o recogida de datos), como es la ob -

servación con instrumentos, por ejemplo identifica r muestras con el microscopio, re -

quiere el manejo de los mismos. Las consecuencias didácticas son que se necesitan

actividades que constituyan problemas auténticos o indagaciones para desarrollar las

estrategias o procedimientos de más alto nivel.

El diseño de tareas, sean experimentales o no, que favorezcan la práctica del

trabajo científico, no significa necesariamente una elaboración a partir de cero. Tam -

bién puede consistir en la modificación de otras convencionales, como proponen Gil

29 |

(1986) y Caamaño (2002) convirtiéndolas en pequeñas investigaciones. Podemos

citar como ejemplo, la transformación de una práctica de microscopio, de la obser-

vación de muestras conocidas e idénticas para todo el alumnado a la identificación

de muestras desconocidas y diferentes para cada equipo (Díaz y Jiménez, 1998).

El desarrollo de actitudes y valores

Los objetivos de desarrollo de actitudes son de reciente aparición y, para mu -

chos docentes, quizá por su novedad, resulta difícil llevarlos a la práctica, es decir, no

limitarse a incluirlos en el listado de objetivos sino planificar actividades y experiencias

para desarrollarlos y evaluarlos. Sin embargo, el aprendizaje de las ciencias no puede

ser concebido sólo en términos cognitivos; hay que contar con el desarrollo afectivo,

es decir, debemos tener en cuenta no sólo lo que los alumnos y alumnas piensan, sino

también lo que sienten. La educación debe proponerse un desarrollo completo y ar -

mónico de las personas, que incluya por ejemplo un pensamiento crítico que capaci -

te para formarse opiniones propias, tomar opciones o adoptar decisiones en relación

con cuestiones científicas o técnicas. Para la teoría crítica esa dimensión es la más

relevante de la educación, encaminada a que las personas sean conscientes de las im -

plicaciones sociales de la ciencia y contribuyan a construir un mundo más justo.

Existe una gran var iedad de definiciones de actitudes. Para Harlen (1989), son

el estado de preparación o la predisposición ante ciertos objetos o situaciones, pre -

disposición que autores como Ausubel han considerado una de las condiciones para

que se produzca el aprendizaje. Como dice Harlen más que «ser enseñadas», las acti -

tudes se desarrollan gradualmente y se transfieren de modo sutil. Es decir, a este res -

pecto, el papel del profesor consiste en crear un ambiente de aprendizaje o clima de

aula que estimule el interés del alumnado, crear situaciones y diseñar tareas que

resulten motivadoras, o que promuevan la reflexión. Otros autores precisan que ac-

titud es la predisposición a pensar y actuar en consonancia con unos valores deter -

minados, distinguiendo entre los valores (la apreciación, interés o utilidad atribuida

a algo); las normas implícitas o explícitas de actuación (que se establecerían sobre la

base de los valores), y las actitudes (disposición a comportarse de acuerdo con ellos).

Hay quien va aún más allá y establece una relación entre las actitudes y un compor -

tamiento consistente con ellas, puesto que de poco vale, por ejemplo, que una perso -

na asegure tener una gran preocupación por el medio ambiente si no hace nada por

reciclar o ahorrar agua y energía en su conducta diaria.

El tratamiento de las actitudes, tanto en los diseños curriculares como en mu -

chos libros de texto, adolece, como se ha indicado en otro trabajo (Jiménez y San -

martí, 1997), de un tratamiento muy general, por ejemplo la valoración del medio

natural, el desarrollo de hábitos saludables, la curiosidad o el cuidado del material de

laboratorio. Si bien todo ello es importante, creemos que hay que esforzarse además

en diseñar actitudes y valores específicos para los diferentes contenidos . También hay

que tener en cuenta que las actitudes -igual que los procedimientos- pueden im-

pregnar las distintas disciplinas y que no puede establecerse una división estereoti -

pada entre el respeto por el ambiente para la biología (olvidando incluso qu e también

I 30

Cuadro 9. Algunos ejemplos de actitudes generales y específicas

Actitudes generales

. Interés por la ciencia. . Motivación hacia la ciencia.

■ Curiosidad.

. Actitud científica. . Respeto por las pruebas. . Disposición a revisar y modificar lo realizado.

. Actitud cooperativa. . Cooperación y ayuda entre compañeros.

Actitudes específicas

. Minerales y rocas. . Respeto por las entidades geológicas.

. Meteorología. . ¿A qué llamamos «buen» y «mal» tiempo?

, Materiales sintéticos. . Repercusiones en la economía de países en desarrollo.

. Electricidad. . Impacto ambiental de la producción de energía eléctrica.

, Nutrición. . ¿Qué se come en otras culturas? Hambre en el mundo.

: . Reconocimiento de la contaminación acústica.

. El suelo. . El suelo como recurso, necesidad de conservarlo.

hay que respetar las entidades geológicas), las repercusiones sociales para la física,

etc. Algunos ejemplos de actitudes generales y específicas, sin pretensión de exhaus-

tividad, se recogen en el cuadro 9, otros se tratan en la segunda parte.

Hay que tener en cuenta que, como ya se ha mencionado, el aprendizaje es un

proceso integrado en el que actitudes, procedimientos y conceptos se aprenden con -

juntamente. Además unos dependen de otros; los valores no se desarrollan en el

vacío, a través de consignas más o menos bienintencionadas o ni siquiera por la

imitación de modelos adecuados, sino que deben estar fundamentados en los cono -

cimientos relevantes (Pereiro y J iménez, 2001). Por ejemplo, el respeto hacia el medio

ambiente o hacia el paisaje adopta formas más sofisticadas y efectivas en alumnado

que posee más conocimientos de ecología. López (2001) muestra cómo estudiantes

con mayores conocimientos son capaces de elaborar propuestas para ahorrar agua o

para mejorar el medio ambiente de su ciudad más específicas que los que poseen

menos. La toma de decisiones y el pensamiento crítico no operan en contextos abs -

tractos, sino que deben fundamentarse en criterios razonados.

El planteamiento de cuestiones relacionadas con valores debe reconocer la

complejidad de los problemas reales, por lo que no pueden abordarse desde posicio -

nes simplistas o estereotipadas. Por ejemplo, en cuanto a la conservación de las es -

pecies, distintos estudios han puesto de manifiesto que los estudiantes de secunda -

ria están más sensibilizados hacia el uso de animales para ropa (3/4 en contra) o co -

mida, o en contra de los zoos, que sobre la conservación de tod as las especies

animales, quizá por ser más abstracto. Muchos de ellos no reconocen la necesidad de

criar animales para comer y la mitad no cree que la experimentación con animales

haya mejorado la vida de las personas. En el caso de la conservación de las entidades

geológicas el interés es aún menor (Brañas y Jiménez, 1996). Es importante plantear

el uso de animales por la especie humana -u otros temas semejantes- presentando

sus ventajas e inconvenientes, discutiendo explícitamente en clase los aspectos p osi-

tivos y negativos que presentan y proporcionando una información adecuada.

Esto lleva a otra cuestión: el reconocimiento del carácter conflictivo de muchas

cuestiones relacionadas con las actitudes, sean ambientales (por ejemplo, la contradic -

ción entre industrialización y conservación del medio; ahorrar energía puede suponer

sacrificios en cuanto al estilo de vida), de salud (una dieta saludable puede ser más la -

boriosa o menos apetecible que otra menos sana, o de otro tipo). Por una parte cree -

mos que las cuestiones más interesantes para trabajar en clase son precisamente las

conflictivas, las que no tienen una solución única, sino que cualquiera de las opciones

tiene ventajas e inconvenientes. Esta variedad promueve el razonamiento, la necesidad

de justificar una u otra opción. Por otra parte, y en el sentido de formar ciudadanos y

ciudadanas, de promover el pensamiento crítico, es importante el reconocimiento de

que todo tiene un coste, que conseguir mejorar el ambiente -o el mundo- puede su-

poner esfuerzos, que hay intereses en conflicto, que, por ejemplo, ciertos alimentos o

productos no serían tan baratos si quienes los producen cobrasen sueldos semejantes a

los europeos. Todo ello va en contra de la infantilización y a favor del trato del al um-

nado de secundaria como personas capaces de razonar, si se les da la oportunidad.

En conjunto, todo esto quizá sea parte del camino que pueda remediar la pro -

gresiva pérdida de interés de los estudiantes en ciencias (o en algunas ramas) a me -

dida que avanza la escolarización, llevando a las clases de ciencias los problemas de

tamaño real que ocurren fuera de clase, en la vida. Porque las ciencias, como toda la

enseñanza, deben ser parte de la preparación para la vida real, y nuestro objetivo en

clase es que el alumnado aprenda a usar los conocimientos científicos, en otras pa -

labras, que aprenda a pensar científicamente.

Bibliografía comentada _______

OSBORNE, R.; FREYBERG, P. (1991): El aprendizaje de las ciencias. Implicaciones de la

ciencia infantil. Madrid. Narcea.

Obra de uno de los primeros equipos que trabajaron sobre los problemas de

aprendizaje de conceptos e ideas previas. Escrito en lenguaje directo contiene

numerosas propuestas e ideas para el aula.

POZO, J.I.; GOMEZ CRESPO, M.A. (1998): Aprender y enseñar ciencias. Madrid. Morata.

Juan Ignacio Pozo es autor de rigurosos trabajos sobre el aprendizaje de las cien -

cias. En éste, en colaboración con Miguel A. Gómez Crespo, se abordan tanto

cuestiones de carácter general como sobre aprendizaje de fís ica y química.

I 32

2

La construcción del conocimiento

científico y los contenidos

de ciencias

Antonio de Pro Bueno


Universidad de Murcia

La elección de los contenidos en la enseñanza de las ciencias depende, entre otros aspectos, de

cómo se considere la construcción del conocimiento científico. Por ello, a lo largo de este capítu -

lo se intenta aportar algunas reflexiones respecto a estos interrogantes:

. ¿Qué no son las ciencias?

En relación con la naturaleza de las ciencias, se señalan algunas características de modelos que

han sido cuestionados (empirismo, positivismo, racionalismo...) y se plantean algunas influen -

cias de estas posiciones en el trabajo como profesor.

. ¿Qué parece que son las ciencias?

Se plantean ideas aceptadas por la nueva filosofía de las ciencias y se analizan algunas impli -

caciones que podemos incorporar a nuestra práctica educativa.

. ¿Qué conocimientos aportan las ciencias y cuáles de ellos podemos usar en la enseñanza?

Se identifican tres tipos de conocimientos (cuerpo teórico, metodología de la investigación, y

formas de hacer y pensar) y se infieren sus correspondientes contenidos de enseñanza (con-

ceptos, procedimientos y actitudes). Se analizan analogías y diferencias entre la ciencia de los

científicos y la ciencia escolar.

■ ¿Cómo se han construido los conocimientos científicos?

Se presentan ejemplos históricos sobre la evolución de algunos temas científicos. Se identifi -

can algunas características relevantes en cada caso, para aproximarnos a cómo se han cons-

truido los conocimientos en las ciencias.

■ ¿Qué consecuencias podemos extraer de cara a la enseñanza de las ciencias?

Se discuten analogías y diferencias entre la construcción del conocimiento por los científicos

y el proceso de aprendizaje del alumnado.

33 |

El problema de contenidos

en la enseñanza de las ciencias

Tradicionalmente las ciencias -ya sea con sus denominaciones disciplinares o

enlatadas pero conservando los ingredientes bajo el epígrafe de ciencias de la natu -

raleza- han ocupado un lugar importante en la educación obligatoria. Su inclusión

en el currículo, desde los primeros niveles del sistema educativo, puede justificarse

por diversos motivos:

. Las necesidades de una sociedad en la que cada vez existe mayor desarrollo

científico y tecnológico.

. La curiosidad del ser humano por conocer las características, las posibilida -

des y las limitaciones de su propio cuerpo.

. La importancia, en una sociedad democrática, de que los ciudadanos tengan

conocimientos suficientes para tomar decisiones reflexivas y fundamenta -

das sobre temas científico-técnicos de incuestionable trascendencia social.

. La creencia de que es imprescindible una participación act iva y consciente

en la conservación del medio y el desarrollo sostenible.

. El interés por crear hábitos saludables, personales y colectivos, que mejoren

nuestra calidad de vida.

. La conveniencia de transferir muchos de sus valores formativos a otros

contextos y situaciones cotidianas.

Podríamos añadir otras contribuciones de esta área de conocimientos a la forma -

ción básica de los estudiantes y posiblemente serían compartidas por gran parte del pro -

fesorado de ciencias. No obstante, también hay cues tiones en las que las respuestas no

son tan homogéneas: ¿creemos que todos los contenidos de nuestras asignaturas están

orientados al logro de esas intenciones educativas?; ¿qué preocupa más, la adquisición de

estos «valores formativos» o la explicación de la mayor parte del programa?; ¿es la cien -

cia que impartimos la única o la más importante fuente de formación «vital» de los ado -

lescentes que tenemos en el aula?; ¿deben compartir que nuestra asignatura es la más

importante?; ¿por qué al alumnado, en general, le gustan cada vez menos las ciencias?

Conviene recordar que no es posible (ni parece necesario) que un estudiante sea

capaz de acumular o reconstruir todo el conocimiento que hay actualmente sobre

una materia determinada, ni siquiera cuando acaba su formación universitaria. Por

lo tanto, siempre estaremos obligados a seleccionar un subconjunto de lo que sabe -

mos; es decir, algo, que nos resulta interesante o apasionante y que nos gustaría

comunicar a nuestros alumnos, tendrá que esperar a otra oca sión.

Pero, al hilo de esta reflexión sobre la obligada selección del contenido de en -

señanza, queremos plantear lo siguiente:

. Si los programas de las asignaturas vienen impuestos, directa o indirecta -

mente, por alguien o por algo, ¿estamos dispuestos a enseñar contenidos

que, por nuestra experiencia profesional, consideremos inadecuados?; ¿asu -

mimos la validez del conocimiento de los libros de texto o de otros mate -

riales de aprendizaje sin cuestionar su idoneidad científica?

I 34

Si la elección depende de nosotros.. ¿c¡ué conocimientos científicos debería -

mos enseñar?; ¿nos centraríamos en la ciencia actual (más compleja pero

más próxima a los problemas de la calle) o en «la de siempre» (menos com -

prometida pero en la que nos sentimos más seguros)? (Pro y Saura, 2001);

¿vamos a enseñar lo mismo con la pizarra que con las nuevas tecnologías de

la información y de la comunicación? (Sanmartí e Izquierdo, 2001); ¿qué es -

tamos modificando en los programas de nue stras materias ante fenómenos

sociales como, por ejemplo, la emigración? (Benarroch, 2001 o).

Los profesores tratamos a veces de impartir programas sobrecargados de con -

tenidos y nos quejamos de no disponer de tiempo suficiente para explicarlos. Si no

nos da tiempo a enseñarlos, ¿cómo le va a dar tiempo al estudiante a aprenderlos?...

Por otro lado, admitiendo que la propia docencia ha favorecido una evolución de

nuestros conocimientos, podemos preguntarnos: ¿qué concepciones teníamos a la

edad de nuestros alumnos?; ¿por qué han cambiado?; ¿cuánto tiempo hemos tarda -

do en comprender lo que ahora sabemos?

Son muchos los interrogantes que se plantean en relación con la práctica pro -

fesional. Paradójicamente cuanto más se avanza en las respuestas, más pregun tas

surgen. Quizás lo único claro sea que la enseñanza de las ciencias es compleja. Se

trata de un proceso en el que concurren conocimientos y experiencias profesionales,

creencias y teorías sobre educación, visiones sobre la ciencia y posiciones frente a sus

descubrimientos, factores ideológicos, etc. Sin duda, son demasiadas variables para

encontrar contestaciones universales.

En este capítulo queremos compartir con los lectores y lectoras algunas re -

flexiones, informaciones, experiencias y preocupacione s sobre los contenidos que

enseñamos. Para ello, creemos interesante empezar casi por el principio.

¿Qué no son las ciencias?

Creemos que la propia ciencia es un referente obligado en muchas de las deci -

siones que tomamos en nuestra práctica educativa (po r ejemplo, en relación con

ios contenidos que se debe enseñar). Esto justifica que necesitemos conocer cómo se

ha construido el conocimiento científico (Alambique, 1996). Sin embargo, como no

podía ser de otra manera, siempre ha habido y hay controversias en este tema. De

hecho, podemos apreciar que, a lo largo de la historia, no se ha dado una respuesta

única a este interrogante. Por eso, haremos ío que muchas veces recomendamos al

alumnado. Empezaremos al revés: ¿qué no son las ciencias?

Cuando la pregunta se formula en estos términos, parece existir mayor con -

senso a la hora de criticar algunas posiciones. De hecho, muchos especialistas (Chal -

mers, 1984; Mellado y Carracedo, 1993; Duschl, 1997; Echeverría, 1999; Izquierdo,

2000; etc.) han rechazado las llamadas concepciones clásicas, empiristas, positivistas,

neopositivistas o racionalistas, aunque no todos se hayan apoyado en las mismas

razones. Hemos resumido algunos de los planteamientos criticados en el cuadro 1

de la página siguiente.

35 |

Cuadro 1. Algunas concepciones no aceptadas sobre las ciencias

CONCEPCIONES CRITICADAS SOBRE LA NATURALEZA DE LAS CIENCIAS

. Las únicas fuentes del conocimiento son la observación (concepción clásica), la experimenta -

ción (empirismo) o la razón (racionalismo).

. La observación y la experimentación son objetivas. La ciencia es objetiva puesto que el inves-

tigador no interfiere en la realidad.

. La realidad es una, y está regida por leyes y mecanismos naturales que la ciencia debe descubrir.

. El conocimiento se descubre aplicando el método científico; este método, usado por los cien-

tíficos en sus descubrimientos, nos lleva a la verdad.

. La ciencia es una acumulación de hechos, fenómenos, leyes y teorías de carácter universal; los

conceptos son el fundamento del conocimiento científico.

. Los enunciados observacionales son los que tienen significado (fisicalismo).

Más que añadir nuevas críticas desde una perspectiva epistemológica o pro -

fundizar en los argumentos de los autores mencionados, lo que queremos destacar es

que estas concepciones respaldan unos modelos determinados de enseñanza; es decir,

unas formas de actuar en el aula.

¿Creemos que la ciencia es empirista?

Si alguien tiene una visión empirista de las ciencias, debería enseñar priorita -

riamente a sus estudiantes a observar y a experimentar porque, a través de la obser -

vación y de la experimentación, llegarían a descubrir por sí mismos las leyes de la

naturaleza.

Muchas investigaciones han llegado a la conclusión de que un número impor -

tante de profesores tienen creencias empiristas. En nuestro contexto educativo, da la

impresión de que esto no es así. Si este modelo estuviera tan asentado, seguramente

se utilizarían muchas actividades experimentales en las aulas. Dado que la experiencia

no lo indica, o bien el empirismo está menos extendido de lo que parece o bien ha -

bría que pensar que el modelo de ciencia que se defiende no influye en las decisiones

didácticas. Nosotros, en este momento, nos inclinamos por la primera opción.

La pretendida importancia concedida a la observación y a la experimentación,

a la objetividad, al poder de la inducción... o la defensa que se hace de ideas como

«lo que no se hace, se olvida», «si se enseña, se impide descubrirl o»... no muestran lo

que realmente pensamos y mucho menos lo que hacemos. Si el profesorado estuvie -

se tan seguro de la eficacia de las actividades experimentales, ¿no se invertiría la

relación entre el número de sesiones teóricas y prácticas?, ¿no tendrí an estas tareas

una influencia más determinante en la calificación académica?

¿Creemos que la ciencia es sólo racionalista?

Si se apuesta por un racionalismo excluyente, lo prioritario sería desarrollar la

lógica y el razonamiento del alumnado, mientras qu e la enseñanza de los contenidos

específicos sería secundaria.

I 36

Parece que estas posiciones son menos defendidas por los profesores. Hay que

tener presente el enorme «componente disciplinar» que arrastra la profesión en nues -

tro contexto educativo (algunos compañeros dicen sentirse químicos o biólogos

antes que educadores en ciencias); probablemente el modelo de formación inicial fa -

vorezca esta circunstancia. Por todo ello, «impartir lógica y razonamiento» y «dejar

de impartir la física, química, biología o geología de toda la vida» no suele salir es -

pontáneamente del profesorado de ciencias.

Creemos que hay una escasa presencia de este tipo de racionalistas. En cual -

quier caso, ¿sabemos qué contenidos de nuestra asignatura favorecen más la lógica

y el razonamiento de los estudiantes?

¿Creemos que la ciencia es positivista?

Si un profesor o profesora se considera positivista, debería trasmitir a sus estu -

diantes los conceptos inalterables de la materia, las verdades de su di sciplina y las ca-

racterísticas del método científico para que los alumnos, por sí solos o con la ayuda

de los libros, puedan acceder a nuevos «conocimientos verdaderos».

Si se comparten estas creencias, se debe transmitir una ciencia acumulativa;

presentarla como un cuerpo comprobado de conocimientos, en el que los conceptos

constituyen su razón de ser; poner énfasis en que el alumno reproduzca definiciones,

leyes, fórmulas, teorías... Todas estas características sí parecen más habituales en al -

gunas clases de ciencias.

Pero también es coherente con el positivismo pensar que el alumnado debe

adquirir sólo las teorías «suficientemente contrastadas» (¿podemos asegurar que

los contenidos que se imparten están actualizados científicamente?) y, por su -

puesto, es fundamental enseñarle el método científico (además de cuestionar que

exista un método único y universal en todos los descubrimientos científicos, ¿es

suficiente con el «tema cero» que aparece en algunos de los programas que im -

partimos?).

Antes de concluir este apartado sobre qué no son las ciencias, quisiéramos rea -

lizar dos apreciaciones:

. Si se asume alguna de estas tres posiciones, tendremos que admitir que no

todos nuestros conocimientos profesionales están actualizados. El positivis -

mo, por acudir al enfoque más moderno, es una concepción predominante

a finales del siglo xix y principios del xx. Sería deseable revisar el modelo que

tenemos sobre la construcción del conocimiento científico para adecuarlo a

concepciones más modernas.

,, Aunque estas concepciones tienen fundamentos muy distintos y se ubican

en momentos históricos diferentes, pueden tener algo en común: facilitan

una coartada si el alumnado no aprende. Siempre será por su culpa: porque

no ha observado o experimentado adecuadamente , porque no ha sabido

usar los conceptos y el método que les hemos trasmitido o porque no ha uti -

lizado la lógica de la que le hemos dotado. Por supuesto, no creemos que los

problemas que los estudiantes tienen en su aprendizaje se deban exclusiva -

mente a ellos.

37 |

Sin entrar en más consideraciones sobre estos planteamientos -ya que nos ale-

jaría de las intenciones de este trabajo - resulta obligada la pregunta siguiente.

¿Qué son las ciencias?

Frente a todas estas concepciones, poco aceptadas por la mayoría de los filóso -

fos, la llamada nueva filosofía de las ciencias hizo contribuciones interesantes que

pueden invitarnos a reflexionar. En el cuadro 2 hemos resumido algunas de dichas

aportaciones.

Posteriormente han surgido nuevos planteamientos (el anarquismo epistemoló -

gico de Feyerabend, el enfoque cognitivo de Giere...) que, sin duda, nos sitúan ante

un debate apasionado y apasionante para que reflexionemos sobre la adecuación del

Cuadro 2. Algunos planteamientos aportados desde la NFC

FALSACIONISMO

(POPPER) . La observación y la experimentación no son objetivas.

. Una teoría debe ser falsable y capaz de realizar predicciones.

. Una teoría científica se rechaza por experimentos cruciales que la contradicen.

. La ciencia crece por sucesivas conjeturas y refutaciones.

PROGRAMAS DE

INVESTIGACION

(LAKATOS)

. Los programas de investigación tienen un núcleo central resistente al cambio.

. Una teoría no es falsada por disponer de pruebas o experiencias en contra;

una teoría desplaza a otra por su mayor poder explicativo.

. El progreso científico se produce por competencia entre programas de in -

vestigación.

TRADICIONES DE

INVESTIGACION

(LAUDAN)

. La ciencia tiene como fin dar respuesta a problemas.

. Los cambios ontológico y metodológico en las tradiciones de investigación

se producen a la vez.

. El progreso no se produce por competencia de tradiciones sino por cambio

de problemas.

EVOLUCIONISMO

(TOULMIN) . Existe una analogía entre la construcción del conocimiento y la evolución bioló -

gica (ecología intelectual); las ideas científicas forman poblaciones conceptuales

que evolucionan.

. Ante problemas no resueltos, las teorías científicas evolucionan por presión

colectiva.

. Siempre coexisten conceptos de las viejas y de las nuevas teorías.

REVOLUCIONISMO

(KUHN) . Existe la ciencia normal (acumulativa) y la revolucionaria (nuevos paradigmas).

. El cambio de paradigma (creencias, valores y técnicas compartidos por una co -

munidad científica) se produce por una crisis del viejo paradigma.

. Los nuevos paradigmas deben tener mayor capacidad para resolver problemas.

I 38

modelo de ciencia que trasmitimos en nuestras clases. Remitimos a los interesados a

los trabajos de Estany (1993), Jiménez (1996a) o Echeverría (1999).

En este trabajo sólo queremos resaltar que, si admitimos que éstas son con -

cepciones más actualizadas (a pesar de sus diferencias o de la existencia de nuevos

modelos), estamos asumiendo implícitamente que:

. La ciencia se basa en la resolución de problemas, de los que surge la nece -

sidad de conceptos o leyes; los problemas no se plantean para «aplicar la

teoría» previamente elaborada.

. La ciencia no es sólo un conjunto de productos (conceptos, leyes y teorías)

elaborados y acumulados; tanto los productos como los procesos son ins -

trumentos inseparables del conocimiento científico.

. La observación y la experimentación son procedimientos importantes

aunque no necesariamente objetivos ya que se ven condicionadas por los

conocimientos de la persona que las hace (en consecuencia, no siempre pro -

ducen un «único resultado» y, mucho menos, una sola interpretación).

. La observación y la experimentación no son los únicos ni los más importan -

tes procesos usados por las ciencias en su evolución; la identificación de

problemas, la emisión y el contraste de hipótesis, el lenguaje y la comuni -

cación, la realización de explicaciones y predicciones, etc. han ocupado un

lugar preferente en el desarrollo científico.

. El pensamiento convergente, el razonamiento lógico -deductivo, el pensa-

miento divergente, la creatividad, la comunicación, etc. son factores inte -

lectuales que forman parte de la construcción y de la evolución del

conocimiento científico.

. Las comunidades de científicos han sido siempre bastante conservadoras; los

cambios profundos -los que se apartan de la ciencia oficial - no han sido

fácilmente aceptados.

. La mayor parte de los descubrimientos se han apoyado en el trabajo en

equipo; la discusión y el debate colectivo, y el contraste de ideas ha favore -

cido la evolución del conocimiento.

. La ciencia suele construir teorías que son útiles para comprender el mundo;

cambiar una teoría antigua por una nueva implica crear la necesidad de mo -

dificarla, presentar una alternativa inicialmente mejor, aplicarla y valorar la

mejora producida, y explorar su potencial explicativo.

. No ha existido un método único y universal para llegar a todos los conoci -

mientos.

. La actividad de los científicos (programas o tradicione s de investigación,

paradigmas, poblaciones conceptuales, etc.) se ha desarrollado con los mis -

mos presupuestos de cualquier actividad humana: «afiliación» a líneas de

trabajo o teorías, controversias en las explicaciones ante un mismo hecho,

debates enconados en la defensa de distintas posiciones...

. Las ciencias no son un conjunto de conocimientos neutros, estáticos y ale -

jados de los ciudadanos. A sus repercusiones en la calidad de vida o en el

desarrollo tecnológico hay que añadir su influencia en la forma de pensar,

en la organización social o en los cambios de hábitos de comportamiento.

39 |

Si usamos estas características de las ciencias como fundamento inspirador de

su enseñanza, estas consideraciones implican, quizás, cambio s importantes en algu-

nos aspectos de la tarea docente: en los objetivos de enseñanza, en la selección de

los diferentes tipos de contenido, en la importancia de los conocimientos iniciales

de los alumnos, en la necesidad de usarlos en el proceso de apren dizaje, en el papel de

los trabajos prácticos, en el enfoque de los problemas, en la dinámica de trabajo en

el aula, en la comunicación y en la argumentación, etc. Aunque a lo largo de este

libro volveremos sobre muchas de estas ideas, la finalidad de este capítulo nos lleva

a plantearnos las preguntas siguientes.

¿Qué conocimientos aportan las ciencias

y cuáles de ellos podemos usar en su enseñanza?

Plantearse qué conocimientos forman parte de las ciencias no es algo nuevo,

aunque la respuesta no sea la misma para todo el mundo. Cada profesor tiene -o por

lo menos trasmite- una visión de las mismas al enseñar (contenidos seleccionados,

tipo de actividades de enseñanza, forma de evaluar el aprendizaje, etc.) y, en conse -

cuencia, ésta llega al alumno como un contenido formativo más.

Con todas las limitaciones que lleva consigo cualquier simplificación, hemos

esquematizado nuestra perspectiva sobre la cuestión en el cuadro 3.

Como puede verse, nuestra percepción sobre los conocimientos científicos con -

templa no sólo un cuerpo teórico, más o menos estructurado y contrastado, sino los

procesos que han llevado a la construcción de esos productos intelectuales y los va -

lores culturales deseables en este ámbito del saber.

Desde nuestro punto de vista, esta visión de las ciencias debe tener repercusio -

nes en su enseñanza; en particular, en la selección de los contenidos que queremos

que aprendan nuestros alumnos. Con este marco de referencia hay que enseñar las

leyes de Newton, la ley de Lavoisier, las leyes de M endel o la teoría de la tectónica de

placas. Pero también debemos dedicar tiempo, por ejemplo, a enseñar a identificar las

variables de un problema, a emitir y contrastar una hipótesis, a analizar un hecho o

un fenómeno de la vida cotidiana, a predecir qué ocurriría si modificamos una condi -

ción determinada, a llegar a conclusiones coherentes con los resultados intermedios,

a buscar información acerca de un tema, a estudiar un fenómeno mediante una simu -

lación, a ser rigurosos y precisos en la recogida de unos datos, a valorar la significación

tecnológica y social de un hallazgo, o a adquirir hábitos de vida saludables.

En definitiva, si no damos por supuesto que el alumnado, por el hecho de dis -

poner de un libro o unos apuntes, aprende autónomamente las estructuras concep-

tuales, leyes y teorías de las ciencias, tampoco deberíamos suponer que va a aprender

por su cuenta (¿sin ni siquiera la ayuda de un libro de texto en este caso?) los conte -

nidos procedimentales y actitudinales que hemos mencionado. Po drían aportarse mu-

chas razones para apoyar esta posición, pero quizás baste con una. Si no los aprende

(o lo hace de forma inadecuada) puede hipotecar la adquisición de otros contenidos

que a veces parecen ser los únicos que nos preocupan: los conceptual es.

| 40

Cuadro 3. Características que definen a las ciencias

Ahora bien, el hecho de considerar la naturaleza de las ciencias como un fun-

damento de su enseñanza no debe confundirnos: no es lo mismo la ciencia de los

científicos que la ciencia escolar (Jiménez, 1992). Centrándonos en las características

de los «usuarios» podemos encontrar diferencias importantes:

. Se supone que los científicos eligen «libremente» el estudio de una parte de

las ciencias como eje de su actividad profesional. Los estudiantes -sobre

todo, en la educación obligatoria - son «obligados» a estudiar las ciencias.

Los científicos no son especialistas en todos los ámbitos del conocimiento

científico (aunque fueran contemporáneos, no tenemos noticia de que Ohm

41 |

supiera mucho de la penicilina, ni Fleming de los conductores lineales). Los

alumnos deben aprender «todas» las ciencias.

. Los científicos dedican todo el día a trabajar sobre tareas similares en un

campo muy limitado de la investigación. Los alumnos deben simultanear el

estudio de las ciencias con el de otras materias (lengua, idioma extranjero,

dibujo...) con las que tienen pocos puntos de encuentro.

. Los científicos defienden sus ideas con vehemencia, usando argumentos que

han sido fruto de numerosas reflexiones y experiencias. Los alumnos no sue -

len implicarse en la defensa de sus creencias científicas que, p or otro lado,

son más superficiales y están menos respaldadas por sus vivencias.

. Se supone que los científicos deben tener un gran desarrollo de sus capaci -

dades intelectuales. Los alumnos están desarrollándose intelectualmente

pero tienen aún importantes limitaciones cognitivas.

Por lo tanto, no podemos establecer un isomorfismo completo entre cómo se

usan los conocimientos en una comunidad de científicos e investigadores (probable -

mente tampoco entre el profesorado), y cómo se hace en el aula . Creemos que el ori -

gen de algunos problemas que se están dando en las clases de ciencias de educación

secundaria se encuentra en ignorar estas consideraciones y sus implicaciones en el

proceso de enseñanza y de aprendizaje.

Además, el problema de la selección de los contenidos no está sólo en los estu -

diantes (¿por qué siempre se piensa que sólo dificultan la enseñanza?). Si hay que

orientar las asignaturas de ciencias a atender las necesidades que tienen como per -

sonas y ciudadanos en este ámbito, es importante la proximidad de los contenidos a

los problemas cotidianos. Pensemos un momento en una situación hipotética. Su -

pongamos que mañana tenemos en clase a Aristóteles; sin duda, una persona con una

gran capacidad intelectual e interesada por los nu evos conocimientos. El reto que se

nos plantea como profesores sería el siguiente: ¿cómo le explicamos los problemas

existentes en relación con el uso de la energía nuclear?; ¿cómo abordamos si es po -

sible hacer otro Aristóteles clonándolo como a la oveja Dolly?; ¿qué le diríamos sobre

el riesgo que entrañan o no las antenas de telefonía?; ¿cómo le planteamos qué es el

Discovery o qué son los satélites de comunicaciones?; ¿y si nos pregunta qué es y

cómo podemos hacer una colonia, una crema hidratante o un lápiz de labios?... y, por

supuesto, ¿cómo le enseñaríamos a chatear en Internet, a enviar un mensaje con un

móvil y a comprimir toda la discografía de Pink Floyd en un CD con MP3?... No esta -

ría de más plantearse con una cierta periodicidad: ¿cómo contr ibuyen los contenidos

que impartimos a la formación que demandan todas estas cuestiones?

En cualquier caso, es evidente que los diferentes tipos de contenidos escolares

tienen como referentes a sus correspondientes conocimientos científicos. Por ello, en

el cuadro 4 hemos incluido unas clasificaciones de los conceptos, los procedimientos

y las actitudes que derivan del modelo descrito en el cuadro 3 de la página anterior

(Pro, 1995; 1998; 2000); hemos ejemplificado más los dos últimos.

Hemos de advertir que esta diferenciación es semántica ya que creemos en una

ciencia más integrada que sumativa, en la que los contenidos están relacionados. No ol -

vidamos que, como dice Ausubel, aprender es establecer relaciones. No obstante, algu -

I 42

Cuadro 4. Contenidos objeto de enseñanza y aprendizaje de las ciencias

nos mantienen la distinción organizativa en las clases de ciencias (teoría + problemas +

prácticas). Desde luego esta decisión no resulta muy coherente desde la visión actual de

la naturaleza de las ciencias; además, parece poco probable que el alumno, por sí solo,

sea capaz de integrar los conocimientos de las «tres asignaturas» que está estudiando.

A grandes rasgos puede decirse que este panorama nos plantea, como mínimo,

una ventaja y un inconveniente. La ventaja es que se amplían las posibilidades for -

mativas de las ciencias; si éstas eran ya grandes desde una perspectiva conceptual,

los otros contenidos multiplican la utilidad para el ciudadano de la calle (aunque no

sea ni vaya a ser científico). El inconveniente es que, al saber que hay otras alterna -

tivas a los conocimientos que enseñamos, somos responsables de la selección que

realicemos y no es una tarea fácil.

Ahora bien, sí que podremos crear situaciones de aprendizaje que tengan como

referente la forma de pensar y hacer de los científicos (como veremos en este y otros

capítulos de este l ibro) pero sin ignorar que los protagonistas son personas de dife -

rentes características y que el objetivo último de nuestra acción educativa es la for -

mación básica como ciudadanos.

Sabemos que las ciencias -sus productos, sus procesos, y sus formas de hacer y

pensar- no han sido fruto de un momento. Detrás de cualquier hallazgo o descubri -

miento hay pequeñas y grandes aportaciones, individuales y colectivas, anónimas y

reconocidas, aceptadas y controvertidas, demostradas o especulativas, etc. Parece ló -

gico pensar que tanta pluralidad nos pueda dar más pistas sobre el qué enseñar.

¿Cómo se han construido los conocimientos

científicos?

El volumen de los conocimientos científicos que se han construido a lo largo de

la historia es enorme y esto multiplica las consideraciones que podemos hacer al res -

pecto. Por ejemplo, una que resulta ya «clásica» sería la que aparece en el cuadro 5,

que recoge esquemáticamente la evolución histórica de las concepciones sobre el

movimiento (Piaget y García, 1982; Azcárate , 1984; Alfonseca, 1996; Peduzzi y Zyl -

bersztajn, 1997...).

El primer aspecto que cabe destacar es que la construcción de un concepto tan cer -

cano como la velocidad ha tardado más de veinte siglos en formalizarse, y posiblemente

no esté completo. Podemos aceptar que no es un concepto intuitivo o improvisado y,

sin embargo, todavía manifestamos cierta sorpresa cuando nuestros alumnos piensan

que cuando lanzamos una pelota, le dotamos de una fuerza que va perdiendo mientras

sube o no saben resolver el problema de los trenes que salen de distintas estaciones.

Otro aspecto destacable es que, durante muchos siglos, se plantea el problema

y se busca una solución desde la discusión metafísica, ¡con lo fácil que era lanzar las

bolitas o disparar una flecha!... Pero es que, del mismo modo que las estructuras con -

ceptuales, los métodos y procesos científicos se han ¡do modelando con la propia

evolución de la ciencia y, aunque algunos profesores parecen olvidarlo, este modela -

do tampoco ha sido trivial.

I 44

Cuadro 5. Evolución de las concepciones sobre el movimiento

45 |

En este mismo contexto, hoy en día puede parecer inconcebible que, durante

tanto tiempo, se intentara dar una interpretación religiosa o trascendente a unos

hechos físicos (¿y nos sorprende el auge de los adivinos y de la pseudociencia?). Cree -

mos que la visión de que la ciencia, impermeable al contexto social, avanza hacia una

hipotética verdad no se sostiene, aunque se enseñe como si así fuera.

También cabe llamar la atención sobre el hecho de que el concepto de veloci -

dad nunca se ha construido de forma independiente. Con indepe ndencia del marco

de referencia que se haya utilizado a lo largo de su historia, este conocimiento no es

un «ente aislado» que tiene un significado por sí mismo, sino que lo adquiere cuan -

do lo ponemos en relación con otras construcciones: reposo, movimie nto, tiempo,

desplazamiento, trayectoria, etc.

Aún se podrían seguir extrayendo ideas e implicaciones en torno a esta cues -

tión, pero hay hallazgos de otras disciplinas que también nos permiten identificar ca -

racterísticas de la construcción del conocimiento científico. En el cuadro 6 aparecen

algunas afirmaciones realizadas por dos reconocidos naturalistas (Leclerc, conde de

Buffon, y Lamarck) sobre el concepto de especie, lógicamente en diferentes momen-

tos de sus vidas (Barbera, 1994).

Cuadro 6. Ejemplo de cambios de ideas en los científicos (de Barberá, 1994)

¡ 46

Como puede verse, los cambios de concepciones y creencias no sólo se dan cuando

se trata de distintas épocas o diferentes personas. Sin embargo, a menudo presentamos

el conocimiento científico como algo seguro e incuestionable que no se corresponde con

la realidad. La mayoría de los investigadores -los que aparecen en el cuadro son sólo un

e jemplo- han tenido ideas confusas, contradictorias, complementarias e incompletas que

se han ido modificando con la propia evolución de sus conocimientos. Es más, a veces,

sus segundos hallazgos han supuesto un «retroceso» en sus avances (desde la perspectiva

de lo que actualmente parece vigente). Cuando hablamos del proceso de construcción,

no nos referimos a un producto comprobado y un camino sin vacilaciones, del que ya se

conoce el final de modo que sólo se trata de que nos acerquemos a él.

Pero, además, llama la atención la rotundidad con la que son defendidas pos -

turas tan antagónicas: ¿serían conscientes los autores de sus «cambios de chaqueta»?,

¿cómo los percibirían internamente, desde una perspectiva personal?, ¿se puede cam-

biar de opinión en las ciencias?, ¿los cambios de todos son aceptados por todos?... Y,

al hilo de estas preguntas, siempre nos planteamos la misma cuestión: ¿qué aporta -

ron sus «fracasos» a la construcción de sus conocimientos?

Incluso, nos atrevemos a ir un poco más lejos. Es posible que estas contribucio -

nes -las unas y las contrarias- fueran reconocidas y aplaudidas como grandes logros

de su época. Pero, ¿cómo serían vistas actualmente por los partidarios del concepto

biológico de especie?, ¿han dejado de tener valor porque ahora no estén vigentes?.

También la química tiene cosas que decirnos en este tema. En el cuadro 7, se

recogen algunos datos biográficos de Scheele y de Lavoisier que nos pueden ayudar a

Cuadro 7. Algunos datos biográficos de Scheele y Lavoisier

KARL SCHEELE (1744-1788)

. Farmacéutico sueco. Vive austeramente en

Koping. Consagra su vida a la química; de

hecho, muere a causa de una intoxicación en

su laboratorio.

. Se especializa en la obtención, el análisis y el

reconocimiento de nuevas sustancias. Aunque

piensa que la química tiene importantes pro-

blemas teóricos, se centra en buscar qué ele-

mentos forman las diferentes sustancias.

• Realizó innumerables descubrimientos; quizás

el más importante sea el oxígeno (anticipán-

dose a Priestley).

■ También descubrió la barita, el ácido sulfhídri-

co y el arsenhídríco, el arseniuro de cobre, la

glicerina y otros ácidos. Aisló el fósforo, a par-

tir de los huesos, y reconoció como nuevos ele-

mentos el manganeso, el molibdeno y el flúor.

ANTOINE LAVOISIER (1742-1794)

. Abogado francés. Participa en importantes

cargos en la administración; recaudador de

impuestos; asesor y director de proyectos del

gobierno.

. Es crítico frente a los métodos de investiga-

ción de la química de la época, dado que uti-

lizan la teoría del flogisto. Le atrae la

utilización de las matemáticas para dar senti-

do a los estudios experimentales.

. Descubre y demuestra la ley que lleva su

nombre: «la materia ni se crea ni se destruye,

sólo se trasforma».

. Con su teoría de la oxidación justificó mu-

chas experiencias (combustión, herrumbre,

respiración humana...). Afirmó que las tierras

metálicas son óxidos y que el agua está com-

puesta por oxígeno e hidrógeno.

Cuadro 8. Ejemplo de interpretaciones condicionadas por los marcos teóricos

KARL SCHEELE (1744-1788) ANTOINE LAVOISIER (1742-1794)

. En 1772 reconoce y aísla un nuevo gas llama-

do oxígeno. Realiza experimentos para relacio-

nar el aire y la combustión. En 1774 los recoge

en el libro Abhondlungen über den Luft und

der Feuer, por un olvido, aparece en 1777.

. Llega a dos conclusiones: el aire no es un ele-

mento porque sólo una parte de él es apta

para la combustión; tampoco lo es el fuego ya

que está formado por aíre de fuego y flogisto.

. En 1772 empieza a investigar sobre el aire y el

calor. Va por detrás de otros químicos con-

temporáneos (Priestley, Scheele...). Completa

su teoría sobre la composición del aire y la

combustión en 1777.

. Llega a la misma conclusión que Priestley y

Scheele en cuanto a que el oxígeno es la parte

del aíre que permite la combustión.

. Adapta la interpretación a la teoría del flogisto.

. Las cales son elementos y los metales com-

puestos de cal y flogisto; el aire y el fuego no

son elementos; el calor es una sustancia com-

puesta. Por ello:

cal de mercurio + calor (aire de fuego + flogis-

to) -> mercurio (cal + flogisto) + aire de fuego

. No usa la teoría del flogisto porque no lo ha

encontrado.

. Las cales son compuestos y los metales ele-

mentos; el calor es una sustancia simple. Por

ello:

cal de mercurio (metal + oxígeno) + calor ->

oxígeno gas (oxígeno + calor) + mercurio

Para ambos, los elementos se conservan en la reacción y esto debe detectarse con una balanza.

. Analiza lo que tiene antes y después de la re-

acción e infiere nuevas sustancias (composi-

ción, propiedades).

. Hace balance cuantitativo («debe y haber

contable») antes y después de la reacción.

comprender sus aportaciones y, en el cuadro 8, las interpretaciones que realizan, ante

una experiencia similar, calentar «cal de mercurio» (óxido de mercurio) desde sus di -

ferentes marcos teóricos (Izquierdo, 1996).

Lo primero que destaca es que, a partir de observaciones, experiencias y

métodos similares, no se llega a las mismas conclusiones (si no, Scheele y Lavoi -

sier hubieran llegado a la misma). La influencia de marcos teóricos diferentes

(uno con su teoría del flogisto y otro sin ella) lleva a «ver» cosas distintas. Tam -

bién entre los científicos, los conocimientos y las creencias condicionan sus in -

terpretaciones, lo que cuestiona profundamente uno de los «falsos pilares» de

las ciencias: las pruebas.

También se puede percibir que el punto de partida no es una observación ni ésta

es objetiva. Ambos se plantean un problema, emiten su hipótesis, diseñan experien -

cias, analizan los resultados y los interpretan, y la creatividad está presente en todo

el proceso. Ahora bien, como no es algo que se desarrolla de una única forma, la

divergencia final es lógica.

I 48

Por otro lado, parece que los valores y formas de vivir de los científicos, a pno-

r¡ alejados de su quehacer profesional, condicionan -para bien o para mal- sus ha-

llazgos y aportaciones en la ciencia (¿hubiera llegado Lavoisier a su ley de

conservación si no hubiera sido recaudador de impuestos?; nunca lo sabremos...).

Pero, desde luego, esto cuestiona ese aparente desdoblamiento de la personalidad

que muchas veces parece asignarse al personaje como científico y como ser humano.

La actividad científica pasa a ser, ni más ni menos, que una actividad humana, con

aspectos positivos y otros que no lo son tanto.

Una circunstancia que no queda suficientemente recogida en los cuadros an -

teriores es la crítica demoledora que hace Lavoisier de la obra de Scheele y que re -

coge Izquierdo (1996) en su trabajo. Si analizamos las investigaciones con un poco

de perspectiva, se puede decir que el planteamiento y los resultados no son tan di -

ferentes pero, sea por motivos exclusivamente científico s o por otros menos confe-

sabas, no son un ejemplo de la tolerancia ni de una utilización adecuada de la

crítica a las ideas de otros. Esa imagen, un tanto versallesca, de un debate pausado,

controlado y educado de las teorías científicas no parece que ha ya sido una seña de

identidad universal...

Por último, nos vamos a referir a un trabajo realizado por Banet (2001) en el

que describe la evolución histórica de las concepciones sobre los procesos implicados

en la nutrición. Hemos tratado de resumirlo en el cuadro 9 de la página siguiente;

además de señalar los autores más emblemáticos de cada periodo de tiempo y des -

cribir los conocimientos más relevantes, se alude al modelo o metodología de investi -

gación utilizado.

En primer lugar, quisiéramos destacar que los cambios de ideas o de marcos

teóricos no sólo afectan a las estructuras conceptuales; normalmente los cambios de

paradigmas se han desarrollado paralelamente a cambios de tipo metodológico (nue -

vos procesos, técnicas, diseños de investigación, etc .) e, incluso, han exigido una aco -

modación de las formas de pensar y hacer. Esto debería tener mayor significación de

cara al aprendizaje del alumnado.

Otro aspecto importante que se desprende de esta historia es que no siempre ha

existido un reconocimiento social de los avances científicos. Es más, en algunos casos,

se ha pagado con el menosprecio, la descalificación, la burla y hasta con la propia vida

(Bruno, Servet...). Muchas veces los enemigos de las ciencias (la religión, la superstición,

la tradición...) se sitúan fuera de ella, pero en otras la ciencia normal -la propia comu-

nidad científica del momento- ha sido una rémora insalvable para muchos investiga -

dores (se han «redescubierto» sus trabajos mucho después de los descubrimientos).

También l lama la atención el hecho de que, en algunos casos, los autores de los

«nuevos descubrimientos» inicialmente pretendían respaldar, completar o aumentar

la veracidad de una teoría o un modelo y han terminado rebatiéndolos. Ahora bien,

en estas circunstancias, han existido y se han reconocido unos denominadores co -

munes: una gran implicación y una enorme creatividad del investigador.

Por último, cabe destacar cómo, a pesar de los compartimentos disciplinares

que se dan entre las materias científicas, algunas aportaciones realizadas en la física

(escuela mecanicista) o en la química (descubrimiento del oxígeno o avances en la

bioquímica moderna) han incidido en temas que tradicionalmente se consideran de

Cuadro 9. Evolución de algunas concepciones sobre procesos implicados en la nutrición

I AUTOR CONCEPCIONES MARCO

TEORICO

s. si al xv)

Galeno

. El aire es una sustancia simple; uno de los cuatro elementos.

. La digestión consiste en la trituración y cocción del alimento; hay

problemas con la interpretación del tránsito de alimentos líquidos.

. Modelo de Galeno:

- Existen tres órganos básicos: hígado (donde están los espíritus na-

turales), corazón (espíritus vitales) y cerebro (espíritus animales).

- La sangre se elabora en el hígado, a partir de unas acciones di-

gestivas sobre los alimentos, y se transporta a los tejidos.

- La respiración tiene lugar en el corazón y sirve para refrigerar el

cuerpo.

- Las funciones del cerebro están relacionadas con el movimiento, las

sensaciones, el pensamiento...; se desarrollan por medio de los

nervios.

Influencia de

las creencias

religiosas.

Métodos ba-

sados en la

observación.

S. XVI

Servet

. No hay tres tipos de espíritus.

. Se establece la circulación pulmonar de la sangre; la sangre que proce-

de del corazón se airea en los pulmones y pierde las impurezas.

Influencia de

las creencias

religiosas.

S. XVII

Harvey

Malpighi

. El órgano responsable de la circulación es el corazón y no el hígado.

. Se establece el movimiento circular de la sangre.

. Posible existencia del sistema capilar; se identifican los alvéolos,

lugar del contacto del aire y la sangre.

Métodos ba-

sados en la

observación y

el empirismo.

S. XVIII

Priestley

. El aire es una sustancia compuesta, que contiene oxígeno.

. La respiración es un proceso pulmonar que incorpora oxígeno a la

sangre; se descartan la producción del calor interno, el mecanismo

de refrigeración... del corazón.

. Se justifican las funciones energéticas de los alimentos.

Fisiología

como ciencia

desligada de

creencias re-

ligiosas.

S. XIX

Bernard

Schwann

„ Se abandonan las teorías vitalistas por las materialistas.

. Se identifica la naturaleza de las secreciones digestivas; se localizan

las acciones químicas del intestino delgado.

. Se reconoce que la sangre transporta el oxígeno.

. Se sitúa la respiración en los tejidos; se abandona la idea de la res-

piración pulmonar.

. Se establece la teoría celular.

. Se desarrollan las primeras clasificaciones de los alimentos.

Fisiología

como disci-

plina cuanti-

tativa y

experimental.

S. XX . Se redefine la idea de dieta equilibrada; se descubren las vitaminas.

. Se identifican rutas metabólicas. . Se da significado bioquímico y molecular a las acciones digestivas.

. Se investigan los procesos de biosíntesis.

Metodología

basada en la

investigación.

I 50

biología. Este acercamiento interdisciplinar es cada vez más patente en muchos pro -

blemas actuales (el consumo energético, el desarrollo sostenible, la salud o la conta -

minación) y, quizás, lleve a revisar el énfasis disciplinar antes de lo que algunos

desean.

Como hemos visto, sin llegar a unas características cerradas de la construcción

del conocimiento científico, se pueden identificar algunas tendencias: procesos lar -

gos y nada triviales (tanto en las estructuras conceptuales como en los procesos uti -

lizados); avance zigzagueante; actividad científica como una actividad humana;

conocimientos y procesos estructurados y no aislados; punto de partida en los pro -

blemas y no en la observación; afirmaciones contradictorias y cambios de forma de

pensar; provisionalidad de grandes logros intelectuales; predominio de los marcos

teóricos en los razonamientos; condicionamientos personales, sociales y de la propia

comunidad científica; conservadurismo frente a las nuevas ideas; creatividad (no ca -

sualidad) y trabajo; trasvases interdisciplinares; etc.

Podríamos completar este panorama con otros ejemplos que pusieran de mani -

fiesto la importancia del trabajo cooperativo, las diferencias entre una ciencia má s

solidaria y otra ciencia para la desigualdad o el principio de autoridad. Pero no olvi -

damos que nuestra «inmersión» en estos hechos históricos sólo pretende buscar al -

gunas pautas para responder a la pregunta acerca de las consecuencias que podemos

extraer de todo esto para la enseñanza de las ciencias.

¿Qué consecuencias podemos extraer

para la enseñanza de las ciencias?

Indudablemente si los estudiantes fueran científicos, se podrían trasladar al

aula situaciones similares a las que viven los científ icos. Sin embargo, sabemos que

eso no es posible. Ya dijimos que existen diferencias en las características de los usua -

rios de los conocimientos que obligan a una adaptación pedagógica. Pero, además,

hay otras facetas que distancian aún más el espacio de trabajo científico y el de

aprendizaje de nuestros alumnos. Vamos a comentar brevemente algunas que pue -

den ilustrar las diferencias.

En el caso de la construcción del conocimiento científico, se puede pensar que

o priori no suele existir un guía que sabe a dónde se va a llegar (no hay que confun -

dirlo con que no posea hipótesis fundadas pero sin verificar) ni el camino definitivo

para hacerlo (aunque existan indicios de cuál es el más adecuado). Sin embargo, en

el aula de ciencias, alguien regula la información y facilita situaciones problemáti -

cas: el profesor, que debe conocer el producto y el proceso que se dispone a com -

partir con sus estudiantes.

Por otro lado, en el caso de la comunidad científica, el objetivo es construir un

«conocimiento desconocido», ampliando, modificando o cuestionando el existente.

En el aula, tratamos de reconstruir algo que ya fue construido por otros. No obstan -

te, queremos recordar que, desde la perspectiva del estudiante, se trata también de

la construcción de algo nuevo. En este sentido, deberían aprovecharse los elementos

51 |

afectivos y emocionales que concurren en un «verdadero» logro científico (por ejem -

plo, valoración y reconocimiento del hallazgo, alegría y complacencia, mejora de l a

autoestima).

También podemos señalar que la construcción de «cada conocimiento» en las

ciencias se alimenta de las aportaciones de innumerables investigadores, unos con -

temporáneos y otros no. En el caso del aprendizaje de cada estudiante, el conoci -

miento se nutre de las contribuciones y experiencias personales: el que aprende o no,

es «un» alumno, con independencia de la dimensión social del aprendizaje.

Otro aspecto que tampoco podemos olvidar es la diferencia en la forma en que

«circula el conocimiento» entre los investigadores y entre los alumnos. La informa -

ción, el lenguaje, la comunicación o la argumentación son factores fundamentales;

entre otros motivos porque son las herramientas que comparten una determinada

población, programa de investigac ión o paradigma para hacer posible la evolución y

el avance de sus ideas. No creemos que sea preciso señalar que, en demasiados casos,

existe una falta de preocupación en el profesorado por este tema.

Hay otras diferencias pero, en definitiva, pondrían de manifiesto que el cono-

cimiento científico es una condición necesaria pero no suficiente como marco de re -

ferencia de la enseñanza de las ciencias. Es necesario tener en cuenta qué dicen otras

disciplinas sobre cómo se produce el aprendizaje, qué potenci alidades podemos apro-

vechar de los estudiantes o qué condicionantes nos vamos a encontrar. Todo ello es

objeto de análisis en otros capítulos de este libro.

No obstante, podemos resaltar algunas implicaciones del estudio sobre la natu -

raleza de las ciencias que debieran incidir en el aula:

. Las ciencias tienen un gran potencial formativo para los alumnos de educa -

ción secundaria -tanto en la ESO como en el bachillerato - pero sólo tiene

sentido si se contemplan los tres tipos de contenidos: conceptos, procedi-

mientos y actitudes.

. Si se toma como referente la naturaleza de la ciencia, los conocimientos han

surgido para dar respuestas a los problemas y no al revés. Habría que estruc -

turar los contenidos en torno a la resolución de situaciones problemá ticas.

. Cualquier selección que se realice (o que se acepte) de contenidos en cien -

cias lleva implícita o explícitamente una carga ideológica y una forma de

verla como actividad humana.

. Muchos de los conocimientos científicos no son intuitivos ni evide ntes. De-

bemos plantear una serie de actividades específicas e intencionadas para

que los estudiantes los aprendan (no sólo los conceptos sino también los

procedimientos y las actitudes).

. Es difícil aprender algo a lo que no se le ve una utilidad. En es tos niveles

educativos, el contenido de ciencias que se desarrolle en el aula debe estar

conectado con los hechos y fenómenos próximos al estudiante, como diji -

mos en el capítulo «El aprendizaje de las ciencias: construir y usar herra -

mientas».

. Aprender ciencias no es sólo aprender conceptos. Es más, el aprendizaje

conceptual depende de la estructura de las concepciones, de la forma de ar -

gumentar, de las estrategias de resolución de problemas, de la coherencia de

I 52

los razonamientos, de la utilidad para las interpretaciones, del alcance de las

transferencias...

. Los estudiantes deben ser y sentirse los auténticos protagonistas de su

aprendizaje como ocurre con los científicos; para ello, tienen que explicitar

sus ¡deas, discutirlas, cuestionarlas (si es necesario), ampliarlas, modificarlas,

aplicarlas... y, sobre todo, percibir que se usan en el aula.

. No todos nuestros alumnos tienen las mismas características ni conoci -

mientos. Es necesaria una pluralidad metodológica para poder crear situa-

ciones de aprendizaje que sean válidas para el mayor número de ellos.

En definitiva, la evolución histórica de las ciencias pone de manifiesto que no

ha sido un proceso fácil, inmediato, sin altibajos o cómodo. Por ello, sería descabe-

llado pensar que la adquisición del aprendizaje científico no presenta dificultades.

Pero también se puede apreciar que, desde diversos ámbitos de la investigación de la

propia ciencia, es posible encontrar reflexiones interesantes para resolver a lgunas de

nuestras incertidumbres profesionales.

Bibliografía comentada ________ __

AA.W. (1996): Monografía «Naturaleza e Historia de la Ciencia». Alambique, n. 8, pp.

8-106.

Número monográfico en el que aparecen varios artículos sobre la naturaleza e

historia de las ciencias y sus relaciones con la educación científica. Se aprecia

el papel que puede jugar todo ello en la elección de los contenidos que deben

ser objeto de enseñanza y aprendizaje. Hay una revisión bibliográfica intere -

sante para profundizar en el tema.

AA.W. (2001): Monografía «Nuevos tiempos, nuevos contenidos». Alambique, n. 29,

pp. 5-102.

Número monográfico en el que se realizan aportaciones sobre qué ciencias se

deberían enseñar ante las características, los problemas y las necesidades del ciu -

dadano del siglo XXI. Temas como la interculturalidad, la crisis educativa, el papel

de las ciencias en la sociedad, las nuevas posibilidades que plantean las TIC, etc.

son abordados por los autores, que invitan a una reflexión, personal y colectiva,

ante un escenario diferente.

ALFONSECA, M. (1996): 1000 grandes científicos. Madrid. Espasa.

Diccionario sobre los grandes científicos que han sobresalido en todas las ramas

de la historia de las ciencias: biología, química, física, geología, etc. Recoge una

breve biografía de cada uno de ellos y resalta las aportaciones más importan -

tes que han realizado. Se recoge una síntesis histórica muy interesante y una

ordenación histórica de científicos por ámbitos de descubrimiento muy útil

para localizar la información.

ECHEVERRÍA, J. (1999): Introducción a la metodología de la ciencia. Madrid. Cátedra.

Presenta las principales propuestas realizadas por los filósofos de la ciencia a lo

largo del siglo xx, desde las aportaciones del Círculo de Viena hasta nuestros

días. Según el autor, se han producido cambios muy significativos en este pe -

riodo, de modo que se están reformulando por completo los planteamientos

para convertirlos en una filosofía de la actividad científica y no sólo una epis -

temología.

Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias




La imagen que suele tener el alumnado y el público en general acerca de las ciencias experimentales

está

asociada, precisamente, a los experimentos. Aunque es cierto que una parte importante del trabajo

científico consiste en planificar experimentos que puedan ayudar a resolver problemas, llevarlos a

cabo

y registrar los resultados, también hay que tener en cuenta el papel que juegan en él el lenguaje y la

comunicación. Las clases y los laboratorios de ciencias escolares son también espacios de comunica -

ción, donde se construyen significados (o discurso) por medio del lenguaje. En este capitulo se

aborda:

. ¿Qué procesos comunicativos se dan en las clases de ciencias y por qué se interrumpen?

Se tratan algunos aspectos de la comunicación en la enseñanza de las ciencias, qué procesos

comunicativos se dan y cómo a veces se cortan; algunas diferencias entre el lenguaje dentro

y fuera de clase.

. ¿Cómo se construyen significados a través de las explicaciones del profesorado?

Se aborda el modelo propuesto por Ogborn y otros para las explicaciones, y la creación de

diferencias como motor de la comunicación.

. ¿Cómo se transforma el discurso científico «experto» en discurso científico escolar?

Se discuten algunos mecanismos de reformulación del discurso científico, cambios en el esta -

tus, en el lenguaje, uso de metáforas y de imágenes.

. ¿Cómo promover el desarrollo de destrezas de comunicación y de razonamiento argumentativo?

Se abordan las destrezas de argumentación, la capacidad de elegir entre distintas explicaciones

teóricas y la relación entre datos y teorías.

. ¿Cómo favorecer la constitución de comunidades de pensamiento, que en clase se hable cien -

cias y se escriba ciencias?

Se aborda la construcción de significados compartidos y el diseño de ambientes de aprendizaje

donde tenga lugar verdadera comunicación.

La comunicación en las clases de ciencias:

construcción de significados

El lenguaje juega un papel importante en el trabajo científico. Los datos, los re -

sultados de los experimentos, deben ser interpretados, es decir, narrados de otra

forma, antes de pasar a ser tratados como hechos por la comunidad científica. Así,

por ejemplo, Mendel contó unas 8.000 semillas de guisante, y obtuvo un resultado de

6.022 semillas amarillas y 2.001 verdes, en cuanto al color, y 5.574 redondas y 1.850

rugosas en cuanto a la forma, lo que, exactamente, representa unos porcentajes

75,06/24,94 (color) y 75,08/24,92 (forma) respectivamente. Es necesaria una inter -

pretación de los datos, una lectura diferente, para llegar a la conclusión de que sig-

nifica 75/25 o, en otras palabras 3:1, tres amarillos por cada uno verde (véase el

cuadro 1). Esta interpretación estadística fue tan novedosa en 1866 que sus contem -

poráneos no la entendieron (Jiménez y Fernández, 1987), y los mecanismos de la he-

rencia tardaron cuarenta años en pasar a formar parte del conocimiento científico

compartido, de las leyes de Mendel.

Como pone de manifiesto este ejemplo, el lenguaje y la comunicación son

parte sustancial del trabajo científico. Por una parte, la int erpretación de los datos

se lleva a cabo a través del lenguaje, sea en forma de explicaciones verbales o es -

critas, sea mediante otros lenguajes. En este caso concreto, por un lado se lleva a cabo

el tratamiento estadístico que redondea los decimales, tra nsformando una cifra

aparentemente más «exacta», por ejemplo 24,92, en otra más significativa, 25%, que

no indica un resultado particular sino una pauta general. Por otro la notación (A, o)

ideada por Mendel para representar las distintas formas (o/e/os) d e lo que él llama

«factores» (hoy diríamos genes). En el caso de equipos de investigación, las discu -

siones, conversaciones e informes escritos -discurso-, son, como analizan Latour y

Woolgar (1995) procesos por los que los científicos y científicas trans forman datos,

dando significado a sus observaciones. Por otra parte, la comunicación es necesaria

tanto entre los miembros de un equipo como hacia otros equipos, pues sin esa di -

fusión las ideas nuevas no pueden generar otras investigaciones. La genética, que se

ha mostrado tan fructífera a lo largo del siglo xx, no pudo hacer uso de las ideas de

Mendel durante los cuarenta años en que permanecieron olvidadas, y nació como

tal a principios de ese siglo.

Cuadro 1. Datos de Mendel y su interpretación estadís tica

COLOR/FORMA DATOS: NUMERO PORCENTAJE PORCENTAJE PROPORCION

DE SEMILLAS EXACTO INTERPRETADO (PAUTA)

Amarillas 6.022 75,06 75 3

Verdes 2.001 24,94 25 1

Redondas 5.574 75,08 75 3

Rugosas 1.850 24,92 25 1

Ha sido la perspectiva soeiocultural en psicología la que ha llamado la atención

sobre la importancia del lenguaje en el aprendizaje. Esta perspectiva pretende expli -

car los procesos mentales reconociendo su relación con el contexto cultural, histórico

e institucional (Wertsch, 1993). En otras palabras, esta perspectiva analiza las fun -

ciones mentales o, como diríamos nosotros, los procesos de aprendizaje de las ciencias,

en conexión con el contexto social y no como si tuviesen lugar en el vacío o en con -

diciones ideales de laboratorio. Los niños y niñas aprenden en un ambiente en el que

se relacionan con otras personas (su familia, la maestra o maestro, los compañeros)

en un contexto cultural y social determinado.

Este enfoque debe muchos de sus supuestos básicos a l psicólogo soviético Lev

S. Vygotski (1896-1934) quien propuso que la interacción social juega un papel fun -

damental en el desarrollo cognitivo, que las funciones mentales superiores (pensa -

miento, atención, memoria) derivan de la vida social (Vygotski, 1979). No debe

entenderse esto de forma simplista como si la psicología individual replicase los pro -

cesos sociales, sino como un reconocimiento de la conexión entre los procesos men -

tales y los sociales. Gran parte de los procesos sociales relacionados con las funciones

mentales son procesos comunicativos, y para Wertsch comunicación y desarrollo

cognitivo están conectados, pues son las prácticas comunicativas humanas las que

hacen surgir las funciones mentales del individuo.

Tanto la instrucción, la enseñanza de las ciencias, como el aprendizaje tienen

lugar, en gran medida, a través del lenguaje, o mejor de los diferentes lenguajes:

hablado y escrito, lenguaje en términos cotidianos y lenguaje científico, distintos

sistemas de signos. Algunos ejemplos de los lenguajes específicos de las ciencias

son la notación genética, los símbolos de los elementos utilizados en la formulación

química, las curvas de nivel que representan el relieve en los mapas topográficos,

los vectores usados para representar fuerza s, la nomenclatura binomial empleada

en sistemática, los esquemas de circuitos eléctricos, las representaciones de redes

alimentarias, los esquemas utilizados para representar moléculas, orgánulos o es -

tructuras celulares, las representaciones convenciona les de anatomía vegetal o

animal, etc.

Utilizar un lenguaje u otro no es indiferente y la construcción de una nueva

teoría -o en la clase de ciencias el aprendizaje de nuevos modelos e interpretaciones -

guarda estrecha relación con el empleo de un nuevo le nguaje. Así, por ejemplo, el

modelo atómico propuesto por Bohr en 1913, que suponía los electrones situados en

órbitas fijas de las cuales las de mayor tamaño eran las externas, es substituido al -

rededor de 1920 por el modelo cuántico de Schrodinger y Hei senberg, que supone

los electrones distribuidos en orbitales, que corresponden a posibles niveles o esta -

dos energéticos. Hablar de órbitas o de orbitales equivale a situar la explicación en el

marco de uno u otro modelo. Otro ejemplo es la diferencia ent re la primitiva nota-

ción genética utilizada por Mendel para representar los descendientes de un cruce de

híbridos (a/aA/A) frente a la actual (aa/aA/AA) que pone de manifiesto no sólo los

fenotipos que exhiben los descendientes sino sus genotipos, así co mo la existencia

del material genético por duplicado.

Si contemplamos las situaciones de aprendizaje como procesos comunicativos,

se entiende que para que el aprendizaje se produzca tiene que haber comunicación,

pues si la comunicación se rompe, el aprendizaje se dificulta o no se produce. Ahora

bien, hay que tener en cuenta que el lenguaje que se utiliza en la clase de ciencias es

un lenguaje específico, diferente del empleado en situaciones cotidianas, al menos en

dos dimensiones.

Una de estas diferencias es, por supuesto, la existencia de términos nuevos, dis -

tintos, de palabras que no se emplean en las situaciones de la vida diaria, o, como

dicen Ogborn, Kress, Martins y McGillicuddy (1998) de nuevos protagonistas de las

historias: átomo, molécula, gen, alelo, antigeno, anticuerpo, metamorfismo, buza-

miento, isotropia, quark, electrólisis... A pesar de lo que pueda parecer a primera

vista, los problemas de incomunicación en la clase de ciencias no proceden tanto de

la introducción de este nuevo léxico, como del empleo de una misma palabra que

tiene significados diferentes en el lenguaje de las ciencias y en el cotidiano. Por su -

puesto que la introducción de palabras nuevas en clase o en un libro de texto debe

hacerse de forma controlada, explicando adecuadamente cada término y cuidando

de no acumular en exceso términos nuevos, sobre todo si no son indispensables para

la explicación o interpretación de fenómenos. El excesivo énfasis en el aprendizaje de

términos, en ocasiones descontextualizados, separados de los problemas en el marco

de cuya explicación han surgido, es característico de una enseñanza de las ciencias

memorística. Más de un docente ha tenido la experiencia de comprobar cómo una

parte del alumnado puede defin ir correctamente la fotosíntesis como el proceso de

nutrición de las plantas y a continuación explicar que el geranio de una maceta se ali -

menta de la tierra contenida en ella. Dominar el lenguaje de las ciencias no es tanto

recordar la definición de una palabra, como ser capaz de aplicar el concepto a la in -

terpretación de los fenómenos naturales, por ejemplo en este caso explicar el creci -

miento de un árbol, la formación de la madera nueva, por la síntesis de materia

orgánica que tiene lugar en la fotosíntesis.

Por otra parte hay un gran número de términos que pasan a formar parte del

lenguaje cotidiano, al menos de una parte considerable de la población, como vi-

taminas o agujero de ozono, y esto ocurre, por ejemplo, en los casos de aplicacio -

nes científicas de grandes repercusiones para la vida diaria (como las vacunas o los

antibióticos), o que reciben mucha atención de los medios de comunicación (como

sucede en la actualidad con el genoma, la ingeniería genética o la clonación).

La segunda dimensión de las diferencias entre el lenguaje cotidiano y el cientí -

fico se encuentra en el uso en la clase de ciencias de palabras que tienen un significa -

do conocido, familiar para el alumnado en la vida diaria y para las que es preciso

construir un significado nuevo en el marco de las explicaciones científicas. Así ocu -

rre, por ejemplo, con energía, que en casa o en la calle se refiere a veces al ánimo o

disposición de una persona, mientras que en física se refiere a la capacidad para rea -

lizar trabajo (ten iendo en cuenta que, a su vez, trabajo en este caso tiene un signifi -

cado distinto del cotidiano). Otro ejemplo puede ser el término vivo, que en casa

suele emplearse como antónimo de muerto, por ejemplo cuando decimos que hemos

comprado unos salmonetes que estaban casi vivos. Pero en biología vivo es antó-

nimo de inanimado y, para el docente o el libro de texto, no hay duda de que los

dinosaurios pertenecen a la categoría de seres vivos aunque el último de ellos haya

muerto hace millones de años (hay una interpretación de las relaciones de parentesco

entre los vertebrados según la cual las aves tienen tanta relación con los dinosaurios

que podríamos decir que pertenecen a ese grupo, y que por tanto los dinosaurios no

han desaparecido, pero esa es otra cuestión).

El problema quizás no es tanto que las palabras energía, vivo, u otras muchas

como fuerza, peso, masa o respiración, se empleen con significados diferentes, sino

que el profesor o profesora dé por supuesto que el alumnado tien e que ser consciente

de estas diferencias, que debe saber cuándo se utiliza vivo, energía con el signifi-

cado de casa o con el científico. Esto ocurre porque muchas veces el profesorado no

se da cuenta del problema de comunicación que se genera, lo cual e n la práctica del

aula equivale a dejar en la sombra una parte de la explicación, a callarnos algunas

cosas que deberíamos dejar claras desde el principio.

Hacer explícitas las diferencias entre el lenguaje cotidiano y el científico no

significa proponer que el segundo substituya al primero en cualquier contexto. En

términos cotidianos hablamos de ahorrar energía, enunciado que, tomado literal-

mente, es contradictorio con la primera ley de la termodinámica, según la cual la

energía no puede ser creada ni destruida, sino transformada de una forma a otra en

un proceso en el cual una parte puede disiparse como calor. Resultaría absurdo

trasladar la precisión científica a todas las conversaciones diarias, substituir ese

enunciado por utilizar transformaciones más eficientes u otro semejante (por

ejemplo, si se trata de una campaña que pretende reducir el despilfarro de com -

bustibles fósiles), ya que el término ahorrares inmediatamente comprendido por

el público y otros no lo son tanto.

Coincidimos con Mortimer (2000) en que, en una perspectiva revisada del cam -

bio conceptual, la construcción de conceptos nuevos no presupone necesariamente

el abandono de las concepciones previas, sino la toma de conciencia del contexto en

que cada concepto, el nuevo o el previo, es aplicable. La cuestión es poder utilizar un

mismo término o concepto con distintos significados, pero siendo conscientes de que

lo hacemos, lo que significa un mayor control de la propia cognición, del propio

aprendizaje. Está claro que hablar de lenguaje científico, en casos como éste, se re -

fiere no sólo a términos o etiquetas, sino también a conceptos e incluso a cuestiones

ontológicas, a lo que son o no son determinadas entidades. Se refiere, por ejemplo, a

dejar de considerar al calor como una sus tancia.

Admitir las diferencias de contexto no significa renunciar a la precisión. Una

simplificación excesiva es la que lleva, por ejemplo, a hablar en la prensa de los pro -

blemas causados por el efecto invernadero, y no, como sería adecuado, por el incre-

mento del efecto invernadero. Hacerlo así escamotea el hecho de que el efecto

invernadero existe de forma natural y es necesario para la vida en la Tierra en las

condiciones actuales, y de que es el incremento del mismo debido a la actividad

humana lo que puede llevar al cambio climático.

En resumen, aprender ciencias es, entre otras cosas, aprender a hablar del

mundo en otros términos. Como dijo, con hermosas palabras, Richard Feynman:

El mundo parece tan distinto después de aprender ciencias. Por ejemplo, los árboles

están hechos básicamente de aire. Cuando se queman, vuelven al aire, y en el calor lla-

meante se libera el calor llameante del Sol que fue aprisionado para convertir el aire

en árbol.

Explicaciones en las clases de ciencias

Es indudable que las explicaciones constituyen una parte fundamental de las

clases de ciencias. Sin embargo, como indican Ogborn y otros (1998) en un libro que

proporciona una nueva forma de analizar las explicaciones y al que nos referire mos en

este apartado, no han recibido tanta atención en los últimos tiempos como los pro -

blemas de aprendizaje del alumnado. En nuestra opinión, aunque enseñanza y apren -

dizaje guardan estrecha relación, no podemos pensar en ambas cosas como una

entidad indivisible (a lo que induce quizás el que a veces aparezcan escritas como en -

señanza-aprendizaje). La enseñanza, y en concreto las formas de explicar, ese aspec -

to específico de la comunicación en clase, merece ser analizada por separado,

aunque, por supuesto, sin perder de vista el aprendizaje.

Uno de los aspectos centrales del marco o lenguaje propuesto por Ogborn y sus

colaboradores para describir las explicaciones en las clases de ciencias es la construc-

ción de significados en ellas. Dicha construcción tiene cuatro partes o componentes:

. La creación de diferencias.

. La construcción de entidades.

. La transformación del conocimiento.

. La imposición de significado a lo material.

En el cuadro 2 hemos representado en un esquema propio estos componentes y

sus relaciones, los dos primeros de los cuales se discuten brevemente a continuación.

Decir que la existencia de diferencias en el conocimiento es el motor de la co-

municación equivale a subrayar que la comunicación y específicamente las exp lica-

ciones en clase suponen que una persona sabe algo y otra no, y que la primera explica

lo que sabe a la segunda con el objetivo de que la diferencia desaparezca. Ogborn y

otros llaman a esta diferencia tensión semiótica, utilizando una metáfora que la

compara con la tensión eléctrica. Crear esta tensión, estas diferencias, es, por ejem -

plo, confrontar a los estudiantes con sus propios conocimientos, bien poniendo de

manifiesto la necesidad de saber algo que no saben (diferencia entre lo que no se

sabe y lo que se sabe), bien produciendo un conflicto entre lo que creen saber (y en

consecuencia lo que esperan o predicen) y un conocimiento contradictorio con esas

creencias. Un ejemplo del primer tipo puede ser el siguiente problema:

¿Por qué razón los diabéticos tienen que ponerse la insulina por medio de una inyección? ¿No

sería más cómodo que la tomasen en comprimidos?

Este problema resulta difícil para el alumnado de bachillerato e incluso para al -

gunos estudiantes universitarios de biología, a pesa r de que teóricamente disponen

del conocimiento necesario para resolverlo:

1. La insulina es una proteína (en muchos libros de texto aparece como ejem -

plo de secuencia de aminoácidos).

2. Las proteínas son digeridas en el estómago, sean componentes de los ali -

mentos u otra cosa.

I 60

Cuadro 2. Nuestra versión de los componentes, según Ogborn y otros, de la construc -

ción de significados en las explicaciones

3. La acción de una hormona como ésta depende de la molécula completa con

su estructura secundaria y terciaria intacta (no de sus componentes).

El hecho de que, disponiendo de estos conocimientos, una parte del alumnado

no sea capaz de ponerlos en relación para resolver el problema es una muestra de

que, como señala Toulmin (1977) sólo llegamos a comprender el significado científi -

co de un conocimiento cuando aprendemos a aplicarlo. Un modelo de esta aplicación

(que, para llegar a dominar, tendrán que practicar ellos después) es la explicación del

docente.

Un ejemplo de experiencia que pretende provocar un conflicto del segundo tipo

puede ser la que consiste en calentar una lata y taparla herméticamente, con lo cual,

ai enfriarse, se aplaste debido a la diferencia de presión entre el exterior y el interior,

de modo que se pone de manifiesto que, en contra de la creencia de gran parte del

alumnado, el aire tiene peso. Esto no significa que con la experiencia se resuelvan los

problemas, pues una parte del alumnado de secundaria la interpretará como la crea -

ción de un «vacío» que «tira» hacia dentro de la lata. La creación de diferencias, de

tensión, es necesaria porque, como indican Ogborn y otros (1998), lo que resulta más

difícil de explicar son las cosas que parecen obvias, que aparentemente no requieren

explicación (por ejemplo, cómo crece un bebé o por qué está oscuro el cielo por la

noche). Para salvar la distancia creada por las diferencias es necesaria la explicación,

y una parte sustancial en ella es la construcción de entidades nuevas.

Explicar la presión atmosférica, la lata aplastada, requiere hablar en términos

de moléculas que se agitan, de espacios entre ellas que aumentan o disminuyen con

la temperatura, lleva a una nueva definición del calor. Interpretar la formación de

madera de un árbol en términos de fotosíntesis precisa hacer entrar en escena enti -

dades invisibles, como el dióxido de carbono, que reaccionan con otras vi sibles como

el agua, gracias a la energía de la luz solar.

Explicar es contar cómo unos personajes (moléculas, átomos y electrones,

genes y cromosomas, células, mitocondrias y cloroplastos) actúan representando un

suceso, un fenómeno natural; es, en cierta forma, narrar una historia. En primer

lugar es necesario presentar a los personajes, nombrarlos, definir o etiquetar estas

entidades creadas por la ciencia. Y es importante, en nuestra opinión, no perder de

vista el objetivo de que los estudiantes aprenda n a operar con ellas, de que, en una

distinción establecida por Deanna Kuhn, además de pensar sobre conceptos y teo-

rías, piensen con ellos.

Otra manera de expresarlo -relacionada con la noción de los conocimientos

como herramientas discutida en el capítu lo «El aprendizaje de las ciencias: construir

y usar herramientas»- consiste en decir que estos conceptos, ideas, términos y enti -

dades, son recursos, herramientas para pensar científicamente, y una explicación del

papel que juegan la proporciona el concepto de mediador de Vygotski. Como se ha

indicado más arriba, para este autor los procesos de pensamiento, atención o memo -

ria tienen su origen en actividades mediadas socialmente, y los mediadores son bien

otras personas, bien herramientas que pueden ser de dos tipos:

. Instrumentos materiales, es decir, herramientas técnicas. Por ejemplo, el mi-

croscopio ha jugado un importante papel en la construcción de la teoría ce -

lular, ya que posibilitó la observación y comparación de la estructura de

plantas y animales, abriendo camino a la idea de que todos ellos están for -

mados por células.

. Sistemas de signos (o símbolos), es decir, herramientas psicológicas.

Disponer de estas herramientas, de estos nuevos conceptos -gen, electrón, sub-

ducción- modifica la propia función mental.

Definir un término no conlleva inmediatamente poder aplicarlo. En un libro que

analiza un tipo particular de explicaciones, las de los textos, Halliday y Martin (1993)

ponen de manifiesto la enorme densidad del lenguaje científico, en el que un solo

término puede condensar un complejo proceso. Consideremos, por ejemplo, el pro -

blema de la sequía fisiológica: ¿por qué la mayoría de las plantas no pueden vivir en

un lugar de alta salinidad? o, en un caso más contextualizado ¿por qué la niña le dice

al Cid que, si le da cobijo, el rey «sembrará de sal el pobre campo que mi padre tra -

baja»? La respuesta es osmosis, pero este término contiene una serie de conocimien -

tos sobre disoluciones, posibilidad de flujo de moléculas en una direcció n y no en

otra, modelo de partículas, etc.

I 62

Uno de los objetivos que se propone la enseñanza de las ciencias es que el alum -

nado se apropie de sus formas específicas de usar el lenguaje, que aprenda a hablar

del mundo de otra manera, lo que constituye una parte de pensar científicamente.

Comunicación y transformación del discurso

¿Son idénticos el discurso científico «interno» de la propia comunidad y el dis -

curso científico escolar? Parece evidente que ni lo son ni pueden ser lo. En este apar-

tado se resumen algunas de las transformaciones que experimenta el discurso

científico empleado, por ejemplo, en una revista de investigación o en un libro para

especialistas, cuando su receptor es un público no experto en la materia. Muchas

de estas transformaciones son similares, sea el público receptor el alumnado de cien -

cias, sea la población en general. En otras palabras, son las transformaciones que se

emplean tanto al escribir un texto escolar (o explicar ciencias en clase) com o al es-

cribir un artículo de divulgación científica. Sutton (1997) se refiere al primer caso

y el segundo ha sido analizado en distintos trabajos por Daniel Jacobi (1999), análi -

sis que, en lo sustancial, consideramos válido para la comunicación escolar . Es im-

portante reflexionar sobre cómo tienen lugar estos cambios si queremos promover el

desarrollo de las competencias de comunicación en el alumnado. Trataremos tres as -

pectos de las transformaciones del discurso: la reformulación del vocabulario, el uso

de metáforas y la inclusión de imágenes e ilustraciones.

Léxico, vocabulario: mecanismos de reformulación

Los problemas de comunicación derivados del uso del léxico científico son qui -

zás los percibidos en primer lugar por una mayoría del profesorado que, al escoger

un libro de texto, se preocupa por el número de términos y sintagmas nuevos en los

diferentes temas y por la forma en que son introducidos. Consideremos el siguiente

párrafo traducido de la página web de la Universidad de California donde se presenta

la investigación de Stanley Prusiner, descubridor de los priones, agentes de enferme -

dades como la encefalopatía espongiforme bovina («enfermedad de las vacas locas»)

por lo que recibió el Nobel en 1997.

Un cambio conformacional posterior a la traducción tiene lugar en la conversión de

la PrP celular (PrPC) en PrPSc, durante el cual las alfa-hélices se transforman en lá-

minas beta.

Para comprenderlo es necesario conocer el significado específ ico que se da a

conformación, que el diccionario def ine como 'colocación, distribución de las partes

que forman un conjunto', pero que en biología se refiere a la disposición espacial de

una molécula (en este caso la proteína) a lo que se conoce como su estructura se -

cundaria y terciaria, la forma y plegam ientos que adopta, debido por ejemplo a en -

laces entre distintos puntos de la molécula. De esta conformación dependen las

interacciones de la molécula con otras y, en este caso, la nueva conformación beta -

laminar es responsable de que la proteína priónic a no sea inactivada por las proteasas

ni por las altas temperaturas que sí actuarían sobre la forma alfa -hélice.

63 |

Algo semejante podríamos decir de otros términos como traducción, o de abre-

viaturas como PrP(proteína priónica), cuyo desconocimiento puede bloquear la com -

prensión del mensaje. Desde 1982, cuando Prusiner postuló por vez primera la

existencia de priones (de partícula proteínica infecciosa) hemos asistido a lo que

Latour y Woolgar (1995) definen como la transformación de un enunciado hipotéti -

co en un «hecho» científico. La identificación del agente de la enfermedad con una

proteína (carente de ácidos nucleicos) fue recibida con escepticismo por la comuni -

dad científica, que dudaba de las posibilidades de multi plicación de una partícula que

no tiene ADN ni ARN. Veinte años después pocos dudan en incluir a los priones, junto

con bacterias y virus, entre los agentes de enfermedades. Prión ha pasado a ser un

término de circulación usual en la comunidad científica e incluso entre el público.

Es un proceso del enunciado al hecho y de éste al conocimiento implícito que

podemos representar, en la forma propuesta por Sutton (1997), por medio de cam -

bios tanto en el lenguaje como en el estatus del conocimiento:

1. Enunciado con estatus provisional, dudoso: «Prusiner propone que los agentes

que causan estos procesos degenerativos del sistema nervioso son proteínas».

2. Hecho aceptado: «Prusiner ha descubierto un nuevo tipo de agentes infec -

ciosos, los priones».

3. Conocimiento implícito: «Los priones están presentes en el tejido nervioso

de los animales afectados».

Anteriormente, para aclarar el significado de conformación, hemos recurrido a

una paráfrasis, a una explicación ampliada. Como indica Jacobi (1999), otro meca -

nismo habitual de reformulación es la substitución de un término que se considera

ininteligible o problemático por otro más frecuente. Por ejemplo, un libro de geolo -

gía puede, a continuación de la palabra anticlinal, indicar que es un pliegue o, al in -

troducir el proceso metamórfico de anatexia, aclarar que se trata de una fusión de

rocas y que este término en griego significa 'fusión'.

En ocasiones lo que es necesario aclarar no es un término, una sola palabra, sino

un sintagma, en el que el significado del conjunto no se deriva automáticamente del

significado habitual de sus elementos. Por ejemplo rocas competentes son aquellas

que, por ser rígidas, permiten la propagación unidireccional de los esfuerzos; ni com -

petente ni incompetente poseen aquí el mismo sign ificado que en otros contextos.

¿Y no sería posible -preguntan a veces los estudiantes- emplear sólo el término

más común, hablar de pliegue o de fusión, olvidar la complicada jerga científica? La res -

puesta es que no es posible porque, aunque a veces se util icen como sinónimos, los tér -

minos científicos son muy específicos y, si bien todos los anticlinales son pliegues, no

todos los pliegues son anticlinales. Esto nos lleva a la cuestión de las series supraorde -

nadas: conjuntos de términos jerarquizados en un gradiente de especificidad creciente.

Fenómeno tectónico -» deformación plástica -* pliegue -» anticlinal

Como indica Jacobi, aunque a veces se uti lizan términos menos específicos de

la misma serie como sinónimos de los más específicos, esto conlleva una pérdida

de precisión, sacrif icio sólo admisible en determinados contextos.

I 64

Lenguaje figurado: metáforas y analogías

Las transformaciones del discurso a las que nos hemos referido hasta ahora tie -

nen por objeto palabras (términos) o grupos de palabras (sintagmas). Pero en otras

ocasiones es necesario un recurso que pretende hacer más accesible el conocimiento

al alumnado, presentando nuevos conocimientos, modelos e interpretaciones cientí -

ficas por medio del lenguaje figurado, usando metáforas y analogías.

Para entender el papel de las metáforas en el lenguaje científico resulta útil la

distinción que establece Sutton (1997) entre dos funciones del lenguaje: sistema de

etiquetado y sistema de interpretación. Como indica este autor, ambas funciones son

necesarias y deben ser enseñadas y utilizadas en la clase de ciencias, pero el énfasis

en las etiquetas puede llevar a una visión parcial que dificulte el procesamiento de

ideas por parte de la persona que aprende. E l cuadro 3 recoge algunas de las dife -

rencias señaladas por Sutton para estas dos perspectivas.

Cada una de estas visiones lleva, respectivamente, a dedicar más tiempo en

clase a dar y recibir información, en un caso, o a discutir e interpretar, en el otr o.

Según Sutton, la visión del lenguaje como etiquetado concibe la comunicación como

transmisión, mientras que la que lo contempla como un sistema interpretativo se

relaciona con la comunicación como persuasión, es decir, con el intento de que otras

personas compartan un punto de vista. Si pretendemos que las ciencias sean vis -

tas como algo más que una acumulación de hechos, es importante prestar atención

a la interpretación, a la persuasión que puede permitir construir lo que Sutton llama

una comunidad de pensamiento.

Una de las herramientas que los profesores y profesoras de ciencias utilizan con

frecuencia en las explicaciones es el lenguaje figurado: las metáforas y las analogías.

Como señala Sutton (1992), muchos de los propios términos científicos t ie nen su ori-

gen en metáforas. Es el caso, por ejemplo, de campo magnético, debida a Faraday. Al

hablar hoy de las células imaginamos la estructura un tejido, pero Hooke lo acuñó en

1667 a partir de celia, 'celda o alvéolo de un panal’, porque al observar a l microsco-

pio una muestra de corcho le pareció «perforada y llena de poros como un panal».

Cuadro 3. Distintas visiones del lenguaje (de Sutton, 1992, modificado)

VISTO COMO SISTEMA DE ETIQUETADO VISTO COMO SISTEMA DE INTERPRETACION

. Correspondencia simple entre las palabras y

el mundo exterior.

• Con el lenguaje se describe, informa.

■ Se descubre un hecho y después las palabras

para describirlo.

. Las palabras guian el pensamiento, subrayan-

do rasgos a los que se atiende.

. Con el lenguaje se explora, imagina.

. Se escogen palabras que influyen en como se

percibe algo nuevo.

• En el aprendizaje se necesita una transmisión

eficiente de profesor a alumno (receptor).

. En el aprendizaje el proceso fundamental es la

interpretación activa y reexpresión de ideas

de quien aprende.

Sin embargo para Hooke célula no significaba, como para nosotros, la unidad de or -

ganización de los seres vivos, sino que se preguntó si eran secciones de vasos o

conductos sin llegar a resolverlo (Giordan, 1988); la teoría celular hubo de esperar casi

doscientos años a que Schwann la formulase. Tanto en la historia de la ciencia como

en clase el significado de los términos, de las entidades científicas cambia, su capa -

cidad explicativa aumenta.

Las metáforas y las analogías son recursos explicativos semejantes. Las analo -

gías establecen una comparación que, a veces, tiene un carácter muy concreto. Por

ejemplo, cuando un alumno de secundaria, al observar por el microscopio una

muestra de tejido vegetal en la que aparecen estomas, dice que «parecen "donuts"»

(Díaz de Bustamante, 1999), está recurriendo a una analogía. Lo mismo puede de -

cirse del docente que compara las ondas sísmicas con las que produce una piedra

arrojada al agua, o del que explica la necesidad de obtener energía mediante la nu -

trición recurriendo al automóvil que necesita gasolina (en mi opinión esta última

analogía tiene un problema: refuerza la tendencia del alumnado a olvidar la impor -

tancia de los nutrientes plásticos, nuestras «piezas de recambio»).

La metáfora traslada una idea de un contexto a otro. Si viajamos a Grecia, qui -

zás nos sorprenda ver esta palabra escrita en la cinta transportadora de maletas del

aeropuerto o sobre un gran camión de mudanzas. Lo que sucede es q ue metáfora

significa 'transporte' en griego, y consiste en una traslación del sentido de una cosa

a otra. En nuestro caso se trata del paso de un modelo científico a un fenómeno fa -

miliar para el alumnado. Así, por ejemplo, podemos citar la metáfora del sistema

solar para un modelo atómico, la construcción de palabras a partir de letras en el

código genético o la traducción de una lengua a otra para explicar la transcripción

de ADN a ARN y la traducción de ARN a proteínas. Otra metáfora es la utilizada po r

Luffiego y otros (1994) para explicar la dinámica de sistemas no deterministas: es

imposible predecir la trayectoria o la posición final de una bola arrojada sobre un

sombrero esférico (o una taza sin pie) situado boca abajo, mientras que sí podría

predecirse en el sombrero o la taza boca arriba (sistemas deterministas), puesto que

caería en la concavidad.

En resumen, al explicar ciencias utilizamos metáforas y analogías, algunas ex -

plícitas, otras de origen ya olvidado, con el objetivo de transformar el conocimiento,

de imponer nuevos significados al mundo material.

El papel de las imágenes en el discurso científico

Es difícil concebir un texto de ciencias, sea escolar o de divulgación, sin ilustra -

ciones: dibujos, esquemas, fotografías o micrografías, diagramas y gráficos. Aunque a

veces se da por supuesto que el papel de las imágenes es el de ilustrar las explicacio -

nes del texto, lo cierto es que constituyen un mensaje que puede ser paralelo o com -

plementario al del texto, e incluso contradictorio c on él. Por ejemplo, cuando en un

libro de ciencias de primaria se representa la fotosíntesis en un dibujo en el que sólo

aparecen el agua y el CO2 (entrando en la hoja) y el O2 (saliendo), sin ninguna men-

ción a la glucosa o al almidón, se está favoreciendo una percepción (frecuente entre

el alumnado) de la fotosíntesis como un intercambio gaseoso (a veces entendido como

«opuesto» a la respiración), sin tener en cuenta la síntesis de materia orgánica.

I 66

Las ilustraciones desempeñan un papel crucial en la visualización de entidades

no visibles, como, por ejemplo los vectores que representan las fuerzas que actúan

sobre un objeto, o de otras que el ojo humano no puede percibir, la disposición de

los átomos en una molécula, el interior de una célula o la representación de interac -

ciones mediante partículas virtuales. No siempre se trata de entidades demasiado pe -

queñas. Las ilustraciones también pueden representar otras muy grandes, como las

capas que constituyen el interior de la Tie rra, cuya existencia conocemos por datos

indirectos, como su comportamiento ante las ondas sísmícas. Un mapa geológico

nos ayuda a conocer los distintos tipos de rocas presentes en una región de una

forma más inmediata que la observación directa en el camp o, donde las rocas pue-

den ser difíciles tanto de observar directamente, debido a la cubierta de vegetación,

como de distinguir unas de otras para quienes no son expertos.

Las imágenes científicas tienen sus propios códigos que es preciso conocer para

poder interpretarlas. Sin embargo ocurre a veces que el profesorado da por supues -

to que el alumnado conoce estos códigos y no dedica suficiente tiempo a hacerlos

explícitos. Así, por ejemplo, los cortes de las células representados en los libros pue -

den favorecer la imagen de una célula plana, no tridimensional (Díaz y Jiménez,

1996) y, como se indica en este trabajo, parte de los estudiantes muestran otras di -

ficultades, como la atribución de rasgos macroscópicos a una muestra microscópica

(por ejemplo, d ibujar la epidermis de cebolla como aros concéntricos); los problemas

para reconocer una orientación diferente de la habitual (por ejemplo, células en mi -

tosis vistas desde un polo); o dificultades en pasar de una escala a otra. En las ilus -

traciones de células se presentan a veces mezcladas imágenes procedentes de

microscopía óptica y electrónica, sin aclarar las diferencias entre unas y otras, mos -

trando, por ejemplo, la estructura de las mitocondrias o los cloroplastos como si pu -

diera observarse al microscopio óptico. Otro ejemplo puede ser la coloración en rojo

y azul de la sangre arterial y venosa en un esquema de la circulación en el cuerpo

humano, que puede llevar a confusión.

En resumen, hay que tener en cuenta que la información visual empleada en los

textos y clases de ciencias tiene un lenguaje propio, y que es preciso dedicar algún

tiempo a trabajarlo con el alumnado para que pueda aprovechar todas sus posibili -

dades y util izarlo en la medida de lo posible. Es una forma más de comunicación, una

forma que en la actualidad cobra gran importancia y que merece nuestra atención.

Razonamiento y argumentación:

justificar conclusiones con datos

Por argumentación se entiende la capacidad de relacionar datos y conclusio -

nes, de evaluar enunciados teór icos a la luz de los datos empíricos o procedentes de

otras fuentes. La enseñanza de las ciencias debería dar la oportunidad de desarro -

llar, entre otras, la capacidad de razonar y argumentar, ya que uno de los fines de

las ciencias es la generación y jus tif icación de enunciados y acciones encaminados

a la comprensión de la naturaleza. Para poder construir modelos, explicaciones del

mundo natural y operar con ellos, las y los estudiantes, además de aprender signifi -

cativamente los conceptos implicados, necesitan ser capaces de escoger entre dis -

tintas opciones o explicaciones y de razonar los criterios que permiten evaluar la

opción más adecuada. En la comunidad científica, estas elecciones tienen lugar en

el marco de debates; en clase, el diálogo argumentativo se lleva a cabo presentan -

do posiciones opuestas y las pruebas o fuentes que las apoyan, estableciendo un tipo

específico de comunicación.

Un ejemplo pueden ser las distintas teorías orogénicas que, a lo largo de la his -

toria, han intentado explicar el origen de las montañas. Dejando aparte las explica -

ciones fijistas, durante la primera mitad del siglo xx, competían dos teorías: la

contracción terrestre y la deriva continental propuesta por Alfred Wegener. En la ac -

tualidad diferentes datos, como la expansión de los fondos oceánicos, el bandeado

magnético, la progresión de la separación entre Eurasia y América, convergen en la

tectónica de placas o tectónica global que incorpora, revisada, la hipótesis de Wege -

ner, y establece una relación entre la formación de las montañas y los movimientos

de las placas. La teoría de la contracción sostenía que el único agente capaz de pro -

ducir grandes transformaciones era el calor, y que la Tierra, al irse enfriando, se con -

traía, con lo cual su corteza se plegaba. Algunas objeciones de Holmes, partidario de

Wegener, para oponerse en 1942 a la contracción fueron las siguientes:

. Si la Tierra se contrajese como una manzana seca, los pliegues estarían dis -

tribuidos uniformemente, en vez de localizarse en algunas regiones.

. El enfriamiento hubiera debido hacerse progresivamente más lento y los

intervalos entre orogenias cada vez más largos. Pero no responden a este

patrón.

. Es improbable que en los últimos 200 millones de años la T ierra se haya

enfriado lo suficiente para proporcionar una contracción como la oroge -

nia alpina.

. En el cuadro 4 se representa el argumento de Holmes con las dos primeras

objeciones, en un formato propuesto por Stephen Toulmin.

Cuadro 4. Argumento de Holmes en formato de Toulmin

La elección entre teorías que compiten se basa en los datos disponibles, en la

forma en que concuerdan o no con la teoría. En un libro sobre el papel central de las

teorías en la enseñanza de las ciencias Duschl (1997) propone algunos ejemplos de

este tipo de elecciones.

La perspectiva que contempla el aprendizaje de las ciencias como arg umentación,

como debate entre ideas, y no sólo como exploración ha sido propuesta por Deanna

Kuhn (1993), para quien la capacidad de emitir juicios razonados debe ser conside -

rada parte de «pensar bien». Es importante aclarar la relación entre argumentación y

razonamiento, pues aunque algunos autores ven la argumentación sólo como una

forma del razonamiento lógico, nosotros (siguiendo a Hintikka) distinguimos entre

la lógica formal, y la lógica y argumentación en el discurso natural. La primera es

más útil para analizar el conocimiento establecido que para interpretar la comuni -

cación en las situaciones en que se está generando conocimiento nuevo (Jiménez y

Díaz, en prensa). Por ejemplo, al resolver un problema en clase o en el laboratorio,

pueden formularse enunciados no totalmente correctos, o incluso falacias desde la

perspectiva de la lógica formal, pero que al mismo tiempo constituyen pasos fruc -

tíferos en la construcción del conocimiento. En el siguiente fragmento alumnos de

3. ° de ESO (15 años) están intentando identificar una muestra desconocida en una

preparación microscópica, averiguar si es animal o vegetal y si t iene más de un tipo

de células:

114 FLAVIO: Esto no tiene estomas.

115 Fabri: Pero tenía el coso verde. ¡Ehl Lo que... yo creo es clorofila.

El argumento de Fabri puede cumplir su función en el diálogo: persuadir a los

demás de que la solución propuesta (es una muestra vegetal) es correcta, a pesar de

que una de las premisas sea falsa o al menos incierta, pues que una estructura celu -

lar se vea verde a través del microscopio no significa necesariamente que sea cloro -

fila, sino que puede deberse a una tinción. Esto invalidaría el argumento desde el

punto de vista de la lógica formal, pero en el proceso de argumentación de los estu -

diantes, que más adelante llegan a concluir que se trata de tejido conductor vegetal,

ha constituido un paso adelante. En otras palabras, la argumentación en el contexto

educativo, de aprendizaje de las ciencias, que tiene una dosis de ambigüedad, no se

rige exactamente por los mismos patrones que la argumentación en filosofía, que

sigue las reglas de la lógica, que demandan abstracción y precisión.

En el proyecto RODA de la Universidade de Santiago de Compostela se presta

atención al discurso del aula, a las conversacion es de alumnado y profesorado y de

los estudiantes entre sí, con el objetivo de analizar el sistema de comunicación en las

clases de ciencias, de identificar procesos de aprendizaje u obstáculos al mismo y de

analizar el razonamiento argumentativo del alumn ado, cómo llegan a conclusiones y

cómo las justifican. Aunque todos los argumentos están situados, es decir, influidos

por una cultura dada, por una época, por una ideología determinada, esto no implica

que sean totalmente relativos, ya que, en una gran pa rte de los casos, existen criterios

para comparar enunciados alternativos y escoger el más adecuado. Es importante

tener en cuenta que, cuando los estudiantes dialogan, cuando hablan de cuestiones

de ciencias, no siempre están transfi r iendo información, explicándole algo a otra per -

sona, sino que muchas veces están explicándoselo a sí mismos, tratando de com -

prenderlo mejor.

Comunidades de pensamiento:

hablar ciencias y hacer ciencias

La comunicación en el aula debería permitir a los participantes construir sig -

nificados compartidos (tanto en la dimensión cognitiva como en la social), pero

esto no siempre ocurre, ya que los estudiantes pueden compartir tareas o actividades

sin compartir conocimiento, y ésta es una de las razones por las que, en la práctica,

distintos estudiantes de un mismo grupo tienen diferente acceso al conocimiento.

Si las explicaciones y la transformación del discurso se refieren fundamental -

mente a la comunicación entre profesorado y alumnado, la argumentación y la ense-

ñanza recíproca en las comunidades de aprendizaje a las que nos hemos referido en el

capítulo «El aprendizaje de las ciencias: construir y usar herramientas» se refieren sobre

todo a la comunicación de los estudiantes entre ellos. Lemke (1997) h a acuñado la ex-

presión hablar ciencias para caracterizar las situaciones de clase donde se produce

verdadera comunicación entre el alumnado, donde discuten problemas entre ellos, re -

dactan informes o hacen preguntas sobre lo que les interesa, en oposici ón a lo que ha

llamado diálogo triádico, que está caracterizado por el esquema pregunta del docen -

te-respuesta del estudiante-evaluación del docente, es decir, situaciones en las que las

y los estudiantes sólo intervienen para responder a una pregunta del profesor.

Una destreza específ ica de comunicación, que puede considerarse parte de este

hablar ciencias, es la capacidad de escribir textos científ icos. Como señala Sanmartí

(1997), aprender ciencias requiere apropiarse de las formas lingüísticas de forma lizar la

cultura científ ica, transmitidas fundamentalmente a través de textos escritos. Para esta

autora muchas de las demandas que se hacen al alumnado en la clase de ciencias (ex -

plicar, razonar, o argumentar) pueden no ser entendidas en el sentido dese ado por el

docente, ya que el texto científico posee una serie de rasgos, como precisión o uso de

léxico que no tienen por qué poseer otros textos. Por ello Sanmartí propone enseñar a

escribir (además de a leer y a hablar de ciencias) textos científicos, d istinguiendo entre

textos descriptivos y justif icativos/argumentativos y proponiendo criterios para que

el alumnado pueda regular su propio aprendizaje en este terreno y valorar la calidad

de los textos (cuestiones que también se desarrollan en Izquierdo y Sanmartí, 2000).

Naturalmente, un factor que influirá en la calidad de los textos producidos por el

alumnado es la calidad de los libros y otros materiales curriculares utilizados en clase.

Lloréns (1997) ha elaborado una detallada propuesta de indicadore s para evaluar el

lenguaje empleado en ellos, tanto desde puntos de vista relacionados con la comuni -

cación, como en cuanto al modelo de aprendizaje que revelan.

En nuestra opinión, lograr que los alumnos hablen y escriban ciencias tiene que

ver con varias dimensiones, entre las cuales se encuentran: el cl ima del aula, de diá -

I 70

logo y respeto mutuo, la metodología del profesorado y el diseño de actividades de

instrucción, que constituyan problemas auténticos, es decir, relevantes para la vida

del alumnado y que al ser resueltos ponen en juego formas de trabajo propias de la

comunidad científica. De esta forma puede llegar a constituirse una verdadera co -

munidad de pensamiento y de aprendizaje en clase.

Una perspectiva complementar ia es la que contempla las clases de ciencias

como uno de los lugares donde se produce y se utiliza el conocimiento científico.

Parte de la idea de que los laboratorios de investigación no son el único lugar donde

se moviliza este conocimiento, sino que en la sociedad actual hay otras situaciones

(por ejemplo, el sistema judicial -pruebas de ADN-, las asociaciones de apoyo a en -

fermos del sida o de Cron, los movimientos ecologistas) en las que se util iza activa -

mente el conocimiento científico y se puede llegar, en algún caso, a modificar la

práctica. Las clases de ciencias pueden llegar a ser uno de estos lugares, una comu -

nidad de producción de conocimiento, de utilización activa, y no sólo un lugar donde

el alumnado sea receptor pasivo.

Podrían resumirse algunas de las ideas discutidas en este apartado con una

frase del filósofo de la ciencia Stephen Toulmin (1977) según el cual cada uno de no -

sotros piensa sus propios pensamientos, pero los conceptos los compartimos con

nuestros semejantes. En otras palabras, pensamos con conceptos colectivos, y, aun -

que es innegable que muchas grandes ideas han nacido en la mente de una persona,

de un individuo, también es cierto que su desarrollo se produce en la interacción

entre varias personas, en el seno de un g rupo, por medio de la comunicación. Es im -

portante, pues, devolver a la comunicación, a las palabras, al lenguaje, un papel cen -

tral en el aprendizaje y la enseñanza de las ciencias.

Bibliografía comentada ___

AA.W. (1997): Monografía «Lenguaje y comunicación». Alambique, n. 12, pp. 5-85.

Monográfico coordinado por A. Caamaño sobre estas cuestiones, que incluye

artículos como los de Sutton, Sanmartí y Lloréns a los que se ha hecho refe -

rencia y, en general, proporciona una panorámica sobre diferentes facetas del

lenguaje en la clase de ciencias.

OGBORN, 1; KRESS, G.; MARTINS, I.; McGILLICUDDY, K. (1998): Formas de explicar. La

enseñanza de las ciencias en secundaria. Madrid. Santillana.

Este interesante libro es uno de los pocos trabajos que centra su atención en el

profesorado más que en el alumnado y, específicamente, en las características

de las explicaciones en clase.

TOULMIN, S. (1977): La comprensión humana. 1 El uso colectivo y la evolución de los

conceptos. Madrid. Alianza Universidad.

Este libro del filósofo Stephen Toulmin sigue constituyendo, al cabo de casi

treinta años, una visión muy sugerente sobre la forma en que los seres huma -

nos utilizamos los conceptos. Muchas personas pueden sorprenderse al encon-

trar en él ideas de Toulmin que fueron tomadas por el modelo de cambio

conceptual.

7 1 I

4

Resolución de problemas

Ana Oñorbe

IES Dámaso Alonso. Madrid

Resolver problemas es una actividad básica de las clases de ciencias. En este capítulo trataremos

de analizar y reflexionar sobre las cuestiones siguientes:

. ¿Qué es un problema científico? ¿Qué es un problema en la enseñanza de las ciencias?

A partir de las diferentes acepciones de estos términos se plantean los objetivos que se pre-

tende conseguir con su aprendizaje.

. ¿Qué tipos de problemas pueden utilizarse?

Se resumen diversas posibilidades de clasificación de los problemas, centrados en los que se

resuelven sin necesidad de trabajo experimental y analizando especialmente la diferencia

entre problemas y ejercicios.

. ¿Cómo enseñar a resolver problemas?

Se exponen, en líneas generales, las técnicas más habituales o tradicionales de la enseñanza

de problemas y las propuestas de la investigación e innovación didáctica.

. ¿Qué dificultades aparecen en la enseñanza-aprendizaje de la resolución de problemas?

Se lleva a cabo una reflexión sobre los obstáculos que puede encontrar el estudiante al en-

frentarse a un problema, en relación con la comprensión del enunciado, los conceptos impli-

cados y el proceso de resolución.

. Finalmente se ejemplifican diferentes metodologías para la enseñanza de los problemas que

se ofrecen desde la didáctica de la ciencia.

¿Qué es un problema? Objetivos de la resolución

de problemas en ciencias

En el área de ciencias la resolución de problemas es reconocida universalmen -

como parte esencial de los procesos científicos. Se encuentra integrada en todos

73 |

los currículos académicos y se considera instrumento fundamental de evaluación

de los conocimientos adquiridos por los estudiantes.

Aunque los profesores de las áreas científicas le dedican un elevado porcentaje

de tiempo, los resultados obtenidos en las pruebas y la experiencia del profesorado

señalan que hay escasa correspondencia entre el esfuerzo realizado y el fruto reco -

gido. La sensación de fracaso de numerosos alumnos a la hora de intentar resolver

un problema es grande: «la teoría puede estudiarse, puede aprenderse, pero los pro -

blemas cambian cada vez y no sabes qué hacer». La realidad de esta afirmación desde

los primeros encuentros de los estudiantes con las ciencias, especialmente con la fí -

sica y la química, puede ser discutible pero está presente en las clases y debe de tener

alguna causa.

Desde los trabajos pioneros de Polya (1945), se han realizado gran número de

estudios sobre la enseñanza de la resolución de problemas. Tuvieron sus inicios con

la matemática y fueron extendiéndose hacia la física, la química, la biología y la

geología. En estas últimas discipl inas la investigación se ha desarrollado más tarde,

quizás porque sus problemas presentan menor utilización del cálculo y de fórmulas

específicas, mientras que la aplicación de conceptos estrechamente ligados entre sí es

fundamental. Al introducir en la enseñanza un concepto de problema y de su re -

solución más amplio que el de cuestión numérica, se extienden los estudios a dis -

ciplinas en las cuales las leyes y las teorías no siempre se expresan por medio de

ecuaciones.

Se trata aquí de analizar y sintetizar las líneas de investigación e innovación en

la resolución de problemas de ciencias, util izando como punto de partida la reflexión

sobre dos cuestiones básicas: ¿qué enseñar? y ¿cómo enseñar? Sus posibles respues -

tas sirven para enmarcar muchos de los trabajos actuales y para buscar similitudes y

diferencias entre ellos.

La respuesta a la pregunta ¿qué enseñar? muestra diversas concepciones de los

términos problema científico y problema en la enseñanza de las ciencias que, a su vez,

están unidas a las formas de considerar lo que debe ser el proceso de su resolución.

La elección sobre ¿cómo enseñar? viene determinada por la concepción ini -

cial de problema. La metodología más «eficaz» para el aprendizaje tiene su punto

de partida (aunque no el único) en la elección de los conocimientos que se pre -

tende enseñar.

Este capítulo se refiere específicamente a los problemas de «lápiz y papel» (que

se resuelven sin necesidad de experimentación) y no a los experimentales, que se tra -

tan en otro capítulo. Los planteamientos de ambos son comunes, con objetivos simi -

lares y metodologías que difieren en la obtención de datos mediante la observación

directa y las técnicas y destrezas de manipulación de instrumentos.

Bajo el término problema, en la enseñanza de las ciencias, se incluyen muchos

significados, según los distintos profesores y las formas de utilizarlos en clase.

En su definición académica (Diccionario ideológico de la lengua española de

Casares) un problema es «una cuestión dudosa que se trata de solucionar» mientras

que un problema científico (Diccionario Larousse de Ciencia y Técnica) es «una cues-

tión que se resuelve por procedimientos científicos especialmente mediante cálcu -

los», mención al cálculo que se mantiene en la mayoría de los diccionarios.

I 74

Según Bunge (1983):

Un problema es toda dificultad que no puede superarse automáticamente sino que

requiere la puesta en marcha de actividades orientadas hacia su resolución. El pro -

blema se considera científico cuando debe utilizar teorías o conceptos de la ciencia

y se estudia mediante métodos científicos, con el objetivo primario de incrementar

los conocimientos.

Desaparece la referencia al cálculo y se destacan las metodologías científicas que se

consideran inherentes a la resolución.

La elección del objetivo principal de aprendizaje determina los problemas utili -

zados en clase y, por tanto, la metodología de enseñanza en consonancia con el fin

que se desea conseguir. El problema, en la ed ucación científica, está determinado por

quien lo propone para su resolución, dado que, en el contexto de una asignatura y

salvo en casos excepcionales, sólo aparecen problemas elegidos por el profesor o co -

rrespondientes a los textos que utiliza.

El tipo de problema a resolver lleva implícitos unos objetivos de aprendizaje,

aceptados consciente o inconscientemente por el profesor, relativos a:

= Conceptos: dirigidos a profundizar y comprender mejor la aplicación de las

leyes y las teorías científicas y a la construcción personal de conceptos y

modelos.

. Procedimientos: dirigidos, por un lado, al aprendizaje de determinadas

técnicas, a famil iarizarse con las unidades de medida y los cálculos, al

reconocimiento y la organización de datos, a comprender y apl icar algo-

ritmos modelo de resolución; y por otro lado, a desarrollar la compren -

sión y la utilización de los métodos de investigación: identificación de

variables, emisión de hipótesis, procesos de control, elaboración de in -

formes, etc.

. Actitudes: dirigidos por ejemplo a fomentar la detección de cuestiones pro -

blemáticas (como la relación ciencia -sociedad), la creatividad personal, la

adopción de decisiones razonadas, la comprensión de la importancia de los

conocimientos científicos en el desarrollo actual, etc.

Ninguno de estos objetivos aparece aislado durante el desarrollo de un progra -

ma de ciencias pero sí es posible detectar la tendencia hacia uno u otro. Los objetivos,

más o menos explícitos, se han concretado habitualmente en proporcionar té cnicas y

destrezas de aplicación de conceptos ya conocidos, unir la teoría con la práctica.

En función de los objetivos aparecen problemas que pueden agruparse del

modo siguiente:

. Problemas dirigidos a la adquisición de conocimientos conceptuales cuya

principal función es el refuerzo y la aplicación de la teoría. Se enseñan me -

diante ejemplos de aplicación directa de fórmulas, leyes, unidades, etc.

- ¿En qué zona de la Tierra son más frecuentes los terremotos? ¿Por qué?

- Ordena de mayor a menor las siguientes velocidades...

75 |

Ejercicios para el aprendizaje de modelos concretos de resolución, de técnicas

de automatismos para algunas etapas básicas y las conexiones entre ellas. Su

enseñanza está centrada en problemas-tipo o etapas de éstos. La secuencia de

sus etapas corresponderá con un procedimiento de resolución estándar.

- Calcula la concentración, en °/o en volumen y masa y en molaridad, de una disolu -

ción que contiene...

- ¿Qué energía, cinética y potencial, tendrá un objeto de... kg que cae desde una al-

tura de metros cuando se encuentra a una distancia de 20 metros del suelo?

. Problemas para la adquisición de conocimientos procedimentales generales,

en relación con las metodologías de trabajo de la ciencia . Su enseñanza se

basa en la utilización de métodos coherentes con los de investigación, que

los alumnos han de aprender en la práctica.

- Realiza una valoración del consumo energético de tu casa y plantea alguna posibi -

lidad realista de reducción.

Condiciones de existencia de un problema

El concepto de problema se amplía si deja de considerarse como entidad en sí

mismo y se coloca en relación con la persona que ha de resolverlo. Para que exista

un problema «para alguien» deben cumplirse las siguientes condiciones:

. Que haya una cuestión por resolver.

. Que la persona a la que se presenta la cuestión esté motivada para buscar

la solución.

. Que no tenga una estrategia inmediata de resolución.

En un problema (encontrado por casualidad, por presentación o por búsqueda del

mismo) la dificultad puede variar e incluso desaparecer como tal según sean los co -

nocimientos, las aptitudes o los intereses de la persona que ha de resolverlo.

Una condición, necesaria aunque no suficiente para resolver un problema, es tener

interés en ello. No cabe duda de que una gran mayoría de los alumnos desea resolver el

problema que se les ha planteado en clase, especialmente si se encuentran ante un exa -

men. Pero, ¿despierta su interés el problema en sí, tal como suele presenta rse?

. ¿Qué cantidad de movimiento llevarán las dos esferas después de chocar...?

. ¿Cuántos gramos han de utilizarse en preparar una concentración 0,2 M de...?

. En un cruce entre moscas se obtuvieron los fenotipos...

Sería ingenuo creer que es la propia naturaleza de la gran mayoría de los pro -

blemas lo que mueve el interés en resolverlos. El verdadero problema del estudiante

suele ser aprobar y las estrategias que busca son las necesarias para conseguir una

nota suficiente. Esto implica superar una seri e de escollos, y para ello ha de aprender

I 76

determinadas técnicas que se le han ido ofreciendo en el transcurso de las clases. Aun

así, prescindiendo de si la motivación es más o menos pura, se puede admitir que el

alumno medio tiene interés en resolver los problemas.

Otra condición de existencia del problema es que no se conozca de forma in -

mediata, una estrategia de resolución. Cuando no es así, es decir, cuando quien ha

de resolverlo tiene claro el camino que debe seguir, e l problema se convierte en una

rutina. En este caso el sujeto que resuelve sólo necesita aplicar directamente una téc -

nica o una estrategia que ya conoce. El otro extremo del ejercicio, serían los verda-

deros problemas', pero si quien se enfrenta a ellos no dispone de los instrumentos,

los conocimientos y las estrategias para que las dificultades no sean insalvables,

abandonará la tarea.

Tipos de problemas

Los problemas se pueden clasif icar de acuerdo con criterios muy diversos, y tam -

bién será diferente la forma de abordarlos en las aulas. Algunos de estos criterios son:

. Atendiendo a su contenido, la materia y el tema del que tratan:

- Ricos semánticamente: matemáticas, física, química, biología, geología.

- Con carga semántica baja: crucigramas, pasatiemp os, etc. Son utilizados

en algunos estudios de psicología cognitiva por ser independientes de

contenidos conceptuales.

. En función de la existencia de una o varias soluciones (o aproximaciones a

la solución):

- Cerrados, de solución única, generalmente cuantitativos.

- Abiertos, con posibilidades diferentes de solución y de estrategias de re -

solución.

Los problemas de solución única se corresponderían con la mayoría de los

utilizados habitualmente en muchos libros de texto y pueden servir como

ejemplos los que aparecen en el apartado anterior.

Algunos ejemplos de problemas abiertos respecto a su solución o su resolu -

ción son:

- ¿Adonde van nuestros residuos domésticos?

- ¿Qué cantidad de dióxido de carbono producirá un coche de gasolina en movi -

miento?

- ¿Cómo puede aparecer la flora en una isla que surge tras una erupción volcánica?

- ¿Qué impacto ambiental producirá una presa que se construye en...?

- ¿Qué podría hacer un agricultor cuyas plantas de pimientos producen a la vez pi -

mientos dulces y picantes para obtener mayoría de pimientos dulces?

- ¿Puede frenar a tiempo un camión frente a un semáforo?

. Según la forma de trabajo en el aula:

- De lápiz y papel (a los que está dedicado el presente capítulo).

- Experimentales (en los que se hace necesaria la manipu lación, el uso de

instrumentos, la recogida de datos experimentales, etc. y que se tratan en

el capítulo «Los trabajos prácticos en ciencias»),

. En función del sujeto que ha de resolverlos:

- Problemas.

- Ejercicios.

Se trata de una forma generalizada de clasificar los problemas en los artículos

de didáctica, aunque aparezcan con nombres diferentes según los autores.

Garrett (1988) distingue entre problema y ejercicio (puzle) según los conoci-

mientos (de conceptos y procedimientos) de quien lo ha de resolver, y sitúa el «um-

bral de problematicidad» en dependencia del sujeto que se enfrenta a él. Si domina

todos los conceptos y procedimientos necesarios se encontrará frente a un ejercicio,

mientras que si los desconoce tendrá un prob lema.

En su análisis comparativo de tareas para resolución de problemas Dumas -Carré

y Larchen (1987) los clasifican en tres apartados:

. La situación problemática es idéntica a una ya conocida. Su resolución es la

más «económica» desde el punto de vista co gnitivo. Requiere únicamente

reconocimiento-repetición.

. El problema está en la misma categoría que un modelo ya estudiado. Re-

quiere identificar el problema-tipo y trasladar su razonamiento al nuevo

problema. Son de identificación-reproducción.

. El problema no puede ser reducido a otro tipo. Requiere el conocimiento

de los conceptos y procesos necesarios y la construcción de la estrategia de

resolución. Son problemas de construcción.

El primer grupo puede corresponder a los denominados ejercicios, mientras que

los verdaderos problemas serían los de construcción. El tercero es un paso interme-

dio entre ambos.

En resumen diríamos que no existen «objetivamente» problemas en abstracto

(excepto los llamados universales, sin solución), sino en función del suj eto que ha de

enfrentarse a ellos.

Siguiendo este razonamiento, la mayoría de las cuestiones que plantea el pro -

fesor en su clase son ejercicios para él, puesto que conoce la estrategia de resolución,

mientras que para el alumno son problemas hasta que consigue reconocerlos como

modelos o problemas-tipo.

La identificación de una roca, el cálculo de una fuerza resultante de varias, la

determinación de un tipo de herencia, la igualación de una reacción química o el es -

tudio geológico de un paisaje, al nivel de complejidad utilizado en la enseñanza se -

cundaria no suele plantear problemas sino ejercicios al profesor mientras que para

al alumnado constituyen en su gran mayoría auténticos problemas, algunas veces

muy alejados del umbral personal en el que puede n trabajar.

Proceso de resolución

El proceso de resolución de un problema, depende, pues, del concepto inicial de

problema y del objetivo perseguido en su enseñanza.

I 78

Esquemáticamente este proceso puede enfocarse del modo siguiente:

. Aprendizaje general en cualquier área: proceso de pensamiento frente a si -

tuaciones problemáticas. Así, se ha definido la resolución de problemas

como «sinónimo de pensar» o como «una forma de aprendizaje muy com -

pleja que debe ir precedida por una gran variedad de formas más sencillas».

. Destreza de aplicación de conocimientos teóricos o cuestiones concretas y

profundización en la comprensión de conceptos y leyes científicas.

. Componente fundamental de los conocimientos científicos: proce dimientos

correspondientes a la metodología de la ciencia cuando se enfrenta a una

investigación.

Los distintos enfoques se mezclan en mayor o menor proporción y se acepta

que, para adquirir determinados tipos de procedimientos complejos, es nece -

sario disponer de técnicas o destrezas elementales y saber desenvolverse en

tareas más sencillas (que en muchas ocasiones han de convertirse en rutinas

para que su «ruido» no interfiera en el proceso de resolución del problema).

El entrenamiento se considera necesario tanto para dominar las destrezas

previas como para encontrar la forma en que pueden combinarse entre sí.

Un ejemplo de resolución de un problema sencillo desde el punto de vista de los con -

ceptos científicos aplicados y del algoritmo de resolución es el siguiente:

Calcula la energía cinética de un cuerpo de 500 gramos de masa que se mueve a 100 km/h.

Implica el conocimiento de las unidades en el sistema internacional, el cambio

de unidades en una proporción y el cálculo matemático necesario para llegar a un

resultado. Si alguna parte de estos conocimientos resulta desconocida, el problema

no podrá terminarse con éxito.

Si el problema planteado es más abierto, con un enunciado menos tradicional:

Se quiere realizar la repoblación de una zona deforestada. ¿Qué factores deberían tenerse en cuenta?

Suelen ser necesarios el conocimiento de determinados procedimientos de bús -

queda de información, de planteamiento de una estrategia personal de resolución, de

ordenación y clasificación de datos, y se hace indispensable ir dotando al alumno de unas

destrezas y unos procedimientos que le posibiliten enfrentarse a dicho problema.

La enseñanza tradicional

de la resolución de problemas En la enseñanza primaria y secundaria se llaman habitualmente problemas a los

de «papel y lápiz». Son concebidos como una forma de profundizar y afianzar los co -

noeimientos mediante su aplicación (sobre la base de una situación descrita por un

enunciado) hasta llegar a una solución generalmente numérica. La s concepciones

de los profesores y el papel que atribuyen a la resolución de problemas, influyen de

forma sustancial en su enseñanza.

Por parte de los estudiantes, la idea de problema podría resumirse de la forma

siguiente: «calcular numéricamente algún da to, utilizando fórmulas explicadas en la

teoría». Otro tipo de problemas son designados como preguntas, cuestiones o aplica -

ciones de la teoría.

En general, los problemas utilizados en clase aportan una información sobre

datos unida a una descripción verbal que puede conectar la situación con un con -

texto determinado. Pretenden la justif icación y la aplicación de las teorías científ icas

que proporcionan la base de trabajo. Son problemas ilustrativos de la teoría, proble -

mas-tipo, donde se juzga principalmente el resultado final y no el proceso de bús -

queda. En esos casos el aprendizaje se centra en los algoritmos de resolución,

aplicados a modelos muy estructurados. Se ha llamado a este enfoque positivista:

este modelo asume algo similar a un algoritmo lógico de justif icación, para determi -

nar cuándo está resuelto el problema.

La metodología del profesor se dirige a intentar facilitar la conversión, razona -

da o memorizada, de los problemas en ejercicios. Este enfoque queda reflejado en la

comparación entre el comportamiento habitual de profesor y alumno que se esta -

blece en el cuadro 1.

Según Reif (1983), el profesor corrige normalmente los problemas en la pizarra,

algunos de ellos más lenta y cuidadosamente. Los presenta como modelo de resolu-

ción del problema-tipo. Los alumnos identifican los conceptos y resuelven el proble -

ma-ejercicio cuando han comprendido (o memorizado) su algoritmo de resolución.

Consideran un factor determinante del éxito el hecho de llegar a una solución final

correcta, generalmente numérica. Ésta parece ser la idea que se transmite a los alum -

nos, preocupados, especialmente durante un examen, en terminar las operaciones

Cuadro 1. Resolución de problemas por profesorado y alumnado

TECNICA DEL PROFESOR TECNICA DEL «BUEN ALUMNO»

Un ejercicio (para él) puesto que conoce el

proceso o algoritmo de resolución.

Un método, modelo para resolverlo.

Nuevos ejercicios (con algunas variaciones

sobre el inicial).

Encuentra un problema (no conoce la estrate-

gia de resolución).

Comprende (o memoriza) el algoritmo corres-

pondiente expuesto repetidamente por el

profesor (entresaca los datos, controla las

unidades, escribe las fórmulas, coloca los

datos...).

Reconoce los nuevos problemas-ejercicios y

se entrena en su resolución.

80

para poder escribir un número final (quizás los números concretos les ofrecen segu -

ridad, sobre todo si los da una calculadora que «no se equivoca»).

En la evaluación del resultado del aprendizaje, el profesor centra especialmente

la atención en la utilización correcta de los conceptos, fórmulas y unidades necesa -

rios y del algoritmo adecuado de resolución, es decir, en si el alumno ha reconocido

el modelo del problema y lo ha convertido en ejercicio.

Para algunos investigadores didácticos la metodología más extendida ac -

tualmente para los problemas de ciencias está basada en la aceptación implícita

del supuesto de que los alumnos aprenden:

. Mediante ejemplos: si se explican y resuelven ejemplos ilustrativos se asi-

milará el método.

. Con esfuerzo: si los estudiantes realizan muchos problemas comprenderán

las propuestas del profesor.

. Por presión: en tiempos limitados con especial interés (por ejemplo exámenes),

encontrarán las mejores técnicas.

En su análisis de exámenes, Coulter (1981) señala que los conceptos y procedimientos

que deben ser utilizados para tener éxito corresponden a un estadio formal piage -

tiano que no han alcanzado la mayoría de alumnos aunque consigan llegar a la so -

lución. Los que aplican casi automát icamente el algoritmo adecuado son evaluados

positivamente mientras que fracasan los que no reconocen el modelo y, por tanto, no

tienen un camino conocido para resolverlo.

Conseguir que los alumnos conviertan el problema en ejercicio puede ser real-

mente el objetivo implícito al plantearlos y resolverlo. Ahora bien, si es ésta la opción

elegida, no parece dar buenos resultados. El alto índice de fracaso, reconocido por

profesores y alumnos debería conducir, al menos, a un replanteamiento de las formas

de enseñanza. Los alumnos fracasan en lo que el profesor considera modelo de reso -

lución enseñado en clase. Si se mantiene el tipo de problemas -ejercicios más habitual,

se hace necesario un cambio en los métodos de trabajo. Si, como proponen algunos

autores, se varía el concepto de problema aún resulta más necesario este cambio.

¿Qué propone la didáctica de las ciencias?

Las investigaciones en este campo son abordadas desde perspectivas diversas:

psicología cognitiva, epistemología, procesamiento de la informa ción, lógica de cada

disciplina, filosofía de la ciencia, etc.

Los trabajos comienzan en la física (y son más numerosos en esta disciplina), se -

guida de la química. Ello se debe al hecho de que algunas disciplinas (las llamadas

coloquialmente «duras») contienen una gran cantidad de conocimiento procedimental

especialmente referido al cálculo.

En biología y geología se plantean problemas en los que el conocimiento con -

ceptual tiene un peso mayor que el de aplicación directa de fórmulas cuantitativas.

También los cursos generales de ciencias tienden a los enfoques menos matemáti -

cos. Todo ello hace que los nuevos planteamientos de problemas abiertos, indepen -

Cg/oí*' ^^ ^

81 |

fíí*

dientes de las fórmulas y del cálculo hayan tenido mayor repercusión en las ciencias

generales y en las disciplinas de biología y geología; y es en éstas, especialmente en

las ciencias de la Tierra y del medio ambiente donde las cuestiones y problemas que

se utilizan inciden más en los planteamientos de indagación personal, de elaboración

de hipótesis, análisis de datos, etc. En ellas aparece un mayor número de materiales

que toman como base metodológica la utilización de los problemas auténticos cen -

trados en el contexto del estudiante.

Una visión general de la investigación sobre el aprendizaje de la resolución de

problemas se encuentra en Perales (1993). Algunos aspectos son los siguientes.

Estudio de los procesos mentales

Las investigaciones sobre procesamiento de la información, cuyo lenguaje presen -

ta analogías con el utilizado para un sistema experto, abordan el estudio de los proce-

sos mentales y la búsqueda de la estructura del conocimiento al resolver un problema.

Podría decirse que este enfoque considera al sujeto que aprende como procesador acti-

vo de la información, que selecciona y elabora para su codificación y almacenamiento

en la memoria. El aprendizaje viene determinado por la calidad del pensamiento utiliza -

do que debe conducir a una organización interna de los conocimientos en estructuras

cada vez más ordenadas y complejas. Al enfrentarse a un problema, el sujeto debe re -

cuperar de su almacén de memoria los conocimientos y datos necesarios. La recupera -

ción a corto plazo tiene limitaciones estructurales (Kempa, 1986) y cada sujeto presenta

una capacidad determinada de utilización simultánea de información que no puede ser

excedida por el problema planteado ni p or los conocimientos que debe utilizar.

Comparación entre expertos y no expertos

Se compara el comportamiento frente a un problema de los denominados ex -

pertos y los no expertos o novatos.

Habitualmente, cuando un profesor analiza el proceso seguido por e l alumno lo

compara con un estándar, su propio proceso como experto. Partiendo de la hipótesis

de que quienes resuelven bien los problemas emplean estrategias que podrían ense -

ñarse a los que los resuelven mal, se considera necesario conocer las diferenci as de

comportamiento entre unos y otros. En otras palabras hay que averiguar cómo se ha

procesado la información en ambos casos.

Los procedimientos para revelar mecanismos individuales de resolución de pro -

blemas se basan en la observación detallada y controlada de pocos sujetos con in -

tención de profundizar en los procesos mentales. Los resultados de esta línea de

investigación pueden resumirse en pasos que se observan del modo que se expone a

continuación.

Etapas en el proceso de resolución realizado por un experto

. Construye descripción cualitativa detallada.

. Selecciona métodos y aspectos clave.

. Aplica principios fundamentales.

. Construye descripciones.

. Comprueba que no existen anomalías.

I 82

. Aplica principios subsidiarios.

. Comprueba que las cantidades no sean problemáticas.

. Construye descripción matemática.

. Aplica principios generales a la obtención de nuevas ecuaciones.

. Aplica principios subsidiarios para la eliminación de las magnitudes no

deseadas.

. Combina y resuelve ecuaciones.

. Comprueba que sus resultados son correctos o al menos posibles.

La organización de este proceso es jerárquica: una estructura ordenada de cono -

cimientos con conexiones adecuadas entre unidades y niveles. A partir de una d escrip-

ción cualitativa detallada va realizando un refinamiento progresivo, uti lizando métodos

coherentes que incluyen principios y leyes. Trabaja habitualmente desde los datos hacia

la incógnita, excepto en algunos casos en los que el problema es más com plejo.

Etapas en el proceso de resolución realizado por un no experto

. Construye descripción cuantitativa matemática.

. Identifica y aplica principios y leyes mediante fórmulas.

. Combina ecuaciones para eliminar cantidades no deseadas.

Su organización es lineal, sin jerarquías y no aparece una descripción general

del problema. Da gran importancia a la memorización de fórmulas matemáticas y a

la rápida aplicación de ecuaciones. Trata inmediatamente de llegar a la solución, sin

planificación previa, uniendo hechos y fórmulas, y no se preocupa de analizar si los

resultados son correctos o posibles. Su avance en la resolución va muchas veces

de la incógnita hacia los datos a pesar de que este proceso es más complicado.

Según Reif (1983) el conocimiento de los procesos mentales de novatos y ex-

pertos permite marcar los límites inicial (mecanismos cognitivos que utiliza el estu -

diante para resolver un problema antes de recibir la enseñanza adecuada) y final

(mecanismo que se espera que utilice después de la ens eñanza) para diseñar un pro -

cedimiento eficaz de enseñar. Para este diseño, es necesario optar por un modelo teó -

rico de lo que se considera una «buena resolución». Las críticas a esta l ínea de trabajo

se refieren especialmente a dos puntos:

. No es posible delimitar el experto del no experto. Hay un continuo entre

ambos extremos que depende de variables como el tema, el tipo de problema,

la mayor o menor práctica en resoluciones similares, etc.

. No se ha demostrado que transferir el proceso del experto a una metodolo-

gía de enseñanza para novatos, sea el mecanismo más eficaz para el apren -

dizaje puesto que la forma de enfrentarse a un problema cuando se tiene

práctica en ello es, precisamente, el resultado de esa práctica.

Dificultades en la enseñanza y aprendizaje

de la resolución de problemas

El conocimiento de las dificultades que se presentan durante todo el proceso:

tipo de problemas, lenguaje utilizado, estrategias de resolución, características per -

sonales del que aprende, conceptos necesarios, etc. es indispensable para el plantea -

miento de un trabajo docente eficaz, pues a partir de los obstáculos en el proceso de

aprendizaje pueden tomarse medidas que permitan superarlos.

Se centra su estudio en tres t ipos de dificultade s:

. Dificultades asociadas con el enunciado, el planteamiento inicial del pro-

blema.

. Dificultades asociadas con los conocimientos necesarios.

. Dificultades asociadas con el proceso de resolución.

En los tres casos existe una relación directa con las características del sujeto que

se enfrenta al problema, referencia obligada en cualquier análisis.

Dificultades asociadas con el enunciado

La comprensión del problema, la apropiación del mismo por quien ha de resol-

verlo, es el primer paso, indispensable para organizar el plan posterior. Seríasimplis-

ta suponer que dos problemas en los que hay que aplicar los mismos conocimientos

y que se resuelven mediante igual estrategia presentan dificultad equivalente. Es ne -

cesario dar previamente respuesta personal a las preguntas: ¿qué pide el problema?,

¿qué información ofrece? o ¿qué información es necesaria? Si no se consigue res -

ponderlas, resultará vano emprender un camino para el que no se ha encontrado

orientación.

Para Reif (1983), la forma en que se describe inicialmente un problema es de

vital importancia para determinar si su solución es fácil , difíci l o imposible:

Esta identificación del problema es considerada a menudo de poca importancia porque

es un paso preliminar que los expertos dan, en general, de un modo rápido y automá-

tico, sin ser conscientes de la dificultad que tiene para el que está aprendiendo.

Osborne y Freyberg (1991) hacen notar la gran diferencia que puede existir entre

el problema científico propuesto por el profesor y el que realmente entiende el alumno.

El profesor presenta un material que supone que los alumnos son capaces de entender,

pero cada sujeto ha de reconstruirlo en sus propios términos si quiere enfrentarse a él

con probabilidades de éxito.

Las investigaciones sobre la comprensión de un enunciado pueden centrarse

en el análisis global del mismo (Langlois y otros, 1995), en su estructura general o en

factores concretos, valorando la influencia de cada uno de ellos.

Los aspectos claves referidos a la mayor o menor claridad de una cuestión o un

guión de trabajo corresponden a:

. El lenguaje (vocabulario y estructura de las frases).

. La organización de la información.

. La dificultad conceptual de las ideas presentadas.

. La información no verbal (diagramas, gráficos).

. Los aspectos visuales.

Respecto a las variables que afectan a la dificultad del planteamiento del problema

se encuentran básicamente las siguientes:

La secuencia con que aparece la información.

. Los datos necesarios, explícitos o implícitos.

La existencia de información superflua o redundante.

. El t ipo de pregunta, directa o indirecta.

. La posición de la pregunta en el enunciado.

. El número y el orden de las preguntas realizadas.

Estas variables, que pueden alterar la planificación del proceso de resolución,

quedan resumidas en dos posibles tipos de incomprensión del enunciado (Kempa,

1986): de la información ofrecida o de la pregunta realizada.

En la información ofrecida por el enunciado se debe distinguir entre la cantidad

de datos y la calidad de los mismos. Cuando hay información que debe ser seleccio-

nada o que es redundante o superflua se pueden producir errores en la selección.

Éste es por ejemplo el caso de los problemas de una reacción química con reac-

tivo l imitante, donde con un solo dato podría llegarse al resultado pero es necesario

hacer una selección previa:

Al reaccionar hidrógeno y oxígeno ¿pueden obtenerse 100 gramos de agua si se dispone de 80

gramos de oxígeno y 40 gramos de hidrógeno?

¿Qué cantidad de agua puede obtenerse al reaccionar hidrógeno y oxígeno si se dispone de 80

gramos de oxígeno y 40 gramos de hidrógeno?

¿Cuántos gramos de agua se pueden obtener a partir de 80 gramos de oxígeno y todo el hi -

drógeno necesario?

El primer enunciado, al tener que seleccionarse previamente el reactivo limitante

entre los tres datos que aporta el problema, presenta mayor dificultad mientras que el

último, con un solo dato, resulta el más sencillo.

Por otra parte, el estudiante considera que el problema debe dar toda la infor-

mación necesaria y nada más que la necesaria o, lo que es lo mismo, que deben uti -

lizarse todos los datos porque nunca sobra ninguno y no hay que buscar otros porque

no faltan. Posiblemente el uso indiscriminado de datos sea un hábito adquirido du -

rante los años de aprendizaje puesto que en los modelos de problemas suele apare -

cer exclusivamente la información necesaria. Según Kempa, el fracaso aumenta más

rápidamente en los alumnos de rendimiento bajo o medio cuando crece la informa -

ción dada, sea relevante o irrelevante, porque no llegan a identificar la parte esencial

de la misma.

La dificultad de un enunciado aumenta cuando alguno de los datos necesarios

queda implícito en el texto y el alumno debe averiguar sus valores.

Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando se dice: una disolución saturada de...

(concentración = solubilidad) o... en reposo (velocidad inicial = O).

Respecto a la forma de la pregunta, puede ser explícita o dirigida: calcula, de-

termina, ¿cuánto...?] o realizada de forma que sea necesaria una interpretación de la

misma para referirla a magnitudes y/o cantidades no explícitas en la cuestión: ¿será

suficiente?, ¿es posible?...', lo que viene a dificultar la comprensión de lo que pide el

85

problema, de la incógnita que se debe buscar. Frente a una pregunta indirecta, el alum -

no debe redefinir el objetivo antes de plantear el proceso de resolución.

El número de preguntas, de incógnitas, que aparecen en el enunciado, así como

el orden en que se encuentran, son también factores de dificultad para la resolución

del problema. Se relacionan con el planteamiento del proceso que se debe seguir y

con las etapas. Varias preguntas ordenadas según la e strategia lógica (cada respues-

ta conduce a la siguiente cuestión) sugieren los pasos que han de darse, por lo que la

secuencia de trabajo viene planteada en el propio enunciado; en cambio, si se re -

quiere una solución para la que han de obtenerse una se rie de datos intermedios, no

hay una guía previa de los distintos subproblemas. Por esta razón, cuando las pregun -

tas no aparecen en la misma secuencia que se debe utilizar en el proceso de resolución,

la dificultad se hace mayor.

Por ejemplo:

. Se indica la secuencia de resolución:

Un objeto comienza a moverse con aceleración de 4 m/s ? durante 3 segundos y continúa

otros 3 segundos a velocidad constante. Luego frena totalmente, con aceleración cons -

tante en 6 segundos. Calcula: ¿qué velocidad alcanza a los tres primeros segundos?, ¿qué

espacio recorre en ese tiempo?, ¿qué espacio recorre en los siguientes tres segundos?,

¿qué aceleración de frenado llevará?

. Se indica sólo la pregunta final:

- Un objeto comienza a moverse con aceleración de 4m/s' durante 3 segundos y conti-

núa otros 3 segundos a velocidad constante. Luego frena totalmente, con aceleración

constante en 6 segundos. ¿Qué espacio total recorre?

Dificultades asociadas con los conocimientos

Los conocimientos, necesarios tanto para la comprensión del problema como

para el planteamiento y la realización del proceso de resolución, pueden ser concep-

tuales o proposlcionales (conocimiento declarativo) que incluirían hechos, conceptos,

proposiciones, leyes, principios y teorías; y procedlmentales, destrezas, el cómo hacer

tanto desde el punto de vista intelectual como psicomotor. No es posible separarlos,

puesto que las estructuras conceptuales influyen en las acciones.

La falta de conocimientos del contenido del problema es la causa de fracaso de

resolución más aceptada entre el profesorado. Según Reyes y Furió (1988) las causas

que alegan los profesores para explicar el alto porcentaje de fracaso en los proble -

mas de física y química es, generalmente, la falta de conocimientos teóricos y de

dominio de técnicas.

Ahora bien, la falta de conocimientos tiene muchos matices. En un análisis

de los fallos en problemas de química se encontró que alrededor del 40% de los

errores se debían a la no utilización de conceptos «teóricamente» conocidos, un

18% a su desconocimiento, un 22% a la incomprensión del enunciado y un 30%

a errores de cálculo. Kempa (1986) considera que la dificultad se debe a que es

I 86

necesario aplicar conceptos a un mayor nivel de abstracción que el asimilado por

el alumno.

También relacionadas con la falta de conocimientos, pero independientes del

contenido, son las dificultades procedimentales.

Para resolver numerosos problemas de ciencias se hace necesaria la utilización

de instrumentos de medida de longitud, masa, temperatura, la interpretación de

mapas y esquemas, el uso de escalas, la determinación de superficies o volúmenes, la

realización de gráficas, el cálculo matemático, la resolución de ecuaciones, etc.

Estos conocimientos, son aplicados por el experto (el profesor, en este caso)

de forma automática sin hacerlos explícitos durante su enseñanza puesto que, o

no los considera propios de su disciplina o los da por conocidos. Pero es posible

que el alumno los ignore o los aplique erróneamente, lo que imposibilit a la reso-

lución del problema.

Desde el punto de vista de la psicología cognitiva y el procesamiento de la

información, Sigüenza (2000), al analizar problemas de genética, indica que se con -

sideran básicas las estructuras en las que se agrupan los conceptos y sus relaciones

así como el modelo mental con el que se representa el problema. El tratamiento de

la información, tanto aportada por el problema como requerida para resolverlo, está

en relación directa con las estructuras cognitivas de quien res uelve. Cuando éstas no

son suficientes, o no es posible acceder a ellas, se producirá el fracaso. Los conoci -

mientos básicos deben estar organizados para que pueda seleccionarse fáci lmente la

información necesaria en contextos diversos y complejos (Reif, 1983).

Dificultades asociadas con el proceso de resolución

Las dificultades relativas a procedimientos, vías de resolución empleadas, algorit -

mos, estrategias o metodologías generales, dependiendo de la concepción de problema

de la que se parte, presentan muchas variaciones. Entre ellas destaca el estableci -

miento de reglas y modelos para problemas-tipo que los alumnos utilizan cuando creen

reconocerlo. A veces son incapaces de aplicar y extender el modelo a otros temas, y aún

menos de un área a otra. Podría decirse que se crean compartimentos estancos de

conocimientos (tanto conceptuales como de procedimiento) que no permiten el tras -

vase mental de unos temas a otros, lo que se denomina dependencia de campo.

Un ejemplo sería la dificultad de los estudian tes para relacionar cuestiones ma-

temáticas con otras físicas, químicas o geológicas (interpretación de escalas, gráficas,

cálculos, etc.), lo cual impide la aplicación de procedimientos matemáticos, utilizados

en esta disciplina, pero que deben trasladar a otras áreas.

En cuanto a las etapas, se distingue entre la dificultad que puede presentarse

cuando uno de los subproblemas o pasos es desconocido, irresoluble para el alumno,

y la que surge cuando cada paso es conocido, posible de resolver separadamente y es

la conexión entre las etapas la que da origen al fracaso.

Otro factor que es preciso tener en cuenta en el procedimiento de resolución

de un problema es si es se trata un problema de causa -efecto o de efecto-causa. El

primero es habitualmente más sencillo, con un progreso directo desde los datos,

mientras que en el segundo están implicados procesos más complejos que Ayuso y

otros (1996) ejemplifican para problemas de genética.

87

El comportamiento de los profesores está influido por lo que se denomina pen-

samiento espontáneo. El interés y los estudios acerca de este tipo de pensamiento

han aumentado en los últimos años tanto en relación con la resolución de problemas

como en otros aspectos didácticos.

Los profesores mantenemos unas ideas determinadas sobre enseñar y aprender,

que se originan en nuestra experiencia como alumnos y que, incluso reconociéndo -

las y admitiendo que algunas pueden ser erróneas, son difíciles de erradicar en la

práctica profesional. Las referidas a la resolución de problemas podrían resumirse en

las siguientes:

. La ciencia (especialmente la física) es una discipl ina difícil que no todos los

alumnos pueden llegar a comprender (y mucho menos a resolver probl emas).

. La ciencia es verdadera (o al menos se presenta como tal), pues supone la

explicación del mundo real. Las soluciones aportadas son únicas.

. En los problemas aparece un fracaso mucho mayor que en la teoría porque

no se dominan los conceptos fundamentales.

. Es necesario realizar un gran número de problemas similares para dominar

las técnicas de resolución.

Otros factores que influyen en las dificultades del aprendizaje de la resolución

de problemas están relacionados con características personales del sujeto que re-

suelve: capacidades, interés, actitud, etc. Existen, por ejemplo, investigaciones sobre

resultados obtenidos por alumnos intuitivos o analíticos, dependientes o indepen -

dientes de campo (López Rupérez, 1991), sobre la influencia de la c onfianza en sí

mismos al enfrentarse con un problema o de la falta de interés en su resolución, uni -

das ambas a las relaciones profesor -alumno.

Algunas propuestas metodológicas

Todos los profesores tienen sus métodos de enseñanza, que derivan de su for -

mación didáctica, de la experiencia acumulada en su vida profesional y de la ense -

ñanza recibida, pero el término propuesta metodológica se emplea aquí en referencia

a casos en los que la heurística ofrecida a los alumnos forma un sistema organizado

basado en los datos de la investigación educativa. Ningún modelo metodológico

puede ser considerado como generalmente válido y no es posible que «todos» resuel -

van mejor así «todos» los problemas en todas las condiciones. Diferentes estrategias

pueden ser efectivas frente a diferentes tareas.

En un resumen general de las propuestas para la enseñanza de la resolución de

problemas puede decirse que todas contienen, expresadas de una u otra forma, las

cuatro fases uti lizadas por Polya (1945): comprensión del probl ema, concepción de

un plan, ejecución del mismo y visión retrospectiva o revisión de resultados.

La comprensión del enunciado del problema, la apropiación del mismo por

quien ha de resolverlo, se considera indispensable bajo diversos nombres: interpretar,

definir, analizar, etc. Las variaciones aparecen en las herramientas propuestas para

conseguir que el alumno aprenda a identificar la cuestión.

La mayoría de los autores insisten en la importancia de usar esquemas repre -

sentativos del problema para describirlo y analizarlo cualitativamente a la manera de

los expertos. Gil y Martínez Torregrosa (1987) consideran que la eliminación de datos

numéricos en los enunciados, transformando el problema convencional en otro abier -

to, favorece que los alumnos analicen y modelicen las situaciones problemáticas sin

pasar directamente a un tratamiento operativo.

Para Johnstone y Kellet (1980) el profesor debe evitar, al principio, mientras se

están aprendiendo conceptos, enunciados de alta informaci ón que pueden exceder la

capacidad de organización de quien resuelve.

Anta y otros (1995) sugieren la utilización de textos que no tienen formato de

problemas y que pueden ser aportados por los propios estudiantes (en una segunda

fase serán también ellos quienes planteen las cuestiones a resolver). Para ello se pro -

pone la utilización de:

. Noticias de prensa: instalaciones de obtención de energía eléctrica, resulta -

dos en determinados deportes (gráficos vuelta ciclista, récords de atletismo,

carreras de motos y coches...), informaciones del tiempo, de contaminación,

de polen, artículos de divulgación científica...

. Etiquetas de alimentos (composición, tipos de grasa, de azúcares, de con -

servantes, porcentajes, calorías aportadas...) y productos de limpi eza.

. Instrucciones de aparatos del hogar o de electrodomésticos, recibos de energía

eléctrica, agua o gas.

. Prospectos de medicamentos.

. Anuncios de productos tecnológicos y anuncios pseudocientíficos.

Su propósito es, además de relacionar los contenidos académicos con el entor -

no social, conseguir que el alumno busque la información necesaria en un texto, que

ha de ser reinterpretado previamente y que puede tener exceso o falta de datos o

presentar errores científicos.

La concepción del plan es la fase en la que se encuentran las mayores diferencias entre

las metodologías de enseñanza. Es la que caracteriza las dos principales orientaciones:

. La búsqueda, asimilación y utilización de algoritmos aplicables a problemas-

tipo que faciliten las estrategias de resolución.

Enseñar al alumno a transformar el problema en una situación estándar o

ejercicio que se solucione con algoritmos de resolución conocidos o por

transformación de éstos. Las crít icas a este enfoque se refieren especial -

mente a que inciden sobre el adiestramiento en técnicas automáticas o ru -

tinarias que no favorecen el desarrollo cognitivo de modo que olvidan la

contribución que la resolución de los problemas debe hacer al desarrollo de

los procesos mentales propios del trabajo c ientífico.

. El tratamiento del problema con una metodología de investigación, en la

cual se enfoca la resolución como actividad creativa, que implica la búsque -

da de información, el planteamiento de hipótesis... y que supone un cambio

tanto conceptual como metodológico en las aulas. Se concibe el plan inicial

de forma general, cualitativo, y posteriormente se tiene que ir detallando a

la manera en que los científ icos se enfrentan a una situación problemática.

La ejecución del plan y la verificación o revisión de soluciones resultan simila -

res para las distintas propuestas. Insisten, especialmente, en la necesidad de que el

alumno comprenda que un problema no finaliza al llegar a un resultado y que es pre -

ciso evaluarlo para determinar si es correcto, o al menos verosímil, mediante diver -

sas pruebas (coherencia de unidades, orden de magnitud, aplicación a casos extremos

más sencillos, etc.). Esta revisión es la que obliga, en ocasiones, a replantear el pro -

blema y su resolución así como a verificar las operaciones realizadas trasladando un

modelo lineal de resolución a otro cícl ico.

A continuación se resumen algunas propuestas representativas que ejemplifi -

can lo discutido anteriormente.

Mettes y otros (1980) proponen el Programa de Acciones y Métodos (PAM) a

partir del cual se desarrollan técnicas de instrucción para resolver problemas. Su rasgo

más importante se refiere a la segunda fase (elaboración del plan de trabajo) que in -

tenta enseñar a los alumnos a transformar el problema en otro estándar o ejercicio o

a dividirlo en subproblemas conocidos de resolución rutinaria. Las dos primeras fases

de la resolución serían:

1. Análisis del problema: realizar una lectura cuidadosa del problema, identi -

ficar datos e incógnitas y elaborar un esquema general.

2. Planificación del proceso de resolución: considerar si es un problema ya

conocido y puede ser resuelto mediante operaciones de rutina. En caso con -

trario, escribir posibles relaciones entre datos e incógnitas, un mapa de re-

lación que podría usarse para reconvertir el problema en otro ya conocido

o en partes también conocidas.

Para Selvaratnam y Frazer (1982) las etapas que hay que seguir son las de iden -

tificación y presentación inicial del problema (información que contiene el enunc iado,

condiciones límite, simbolización de las variables y visión global) seguidas de la

elaboración del plan de resolución mediante la división en subproblemas, si fuera

necesario, y búsqueda de las ecuaciones que relacionen adecuadamente datos e

incógnitas de acuerdo con las condiciones límite.

En la línea de descomposición del problema en etapas o subproblemas se en -

cuentra la realización de esquemas que representen el procedimiento completo de la

resolución (Oñorbe y otros, 1994). Los problemas al prin cipio se presentan y se resuel -

ven en forma «tradicional».

En el cuadro 2 se analiza el proceso seguido mediante un esquema similar a un

diagrama de flujo que representa cada uno de los pasos o etapas necesarios para lle -

gar a la solución final.

El alumno ha de reflexionar sobre su proceso de pensamiento, resumirlo en un

esquema y comprender la similitud de procesos para problemas con enunciados muy

diferentes. Los esquemas son útiles para plantear la importancia de la comprensión

de procesos, independientemente de la respuesta final. También permiten analizar el

grado de dificultad del procedimiento de resolución de un problema, visualizando

el proceso o las etapas que conlleva.

Para Reif (1983), que ha investigado las diferencias entre expertos y novatos ,

un buen «solucionador» de problemas científicos debe disponer de:

I 90

Cuadro 2. Esquema de resolución

Una aspirina contiene 500 mg de ácido acetilsalicílico (C 9 H8 04). ¿Cuántas moléculas de este

compuesto se encuentran en una pastilla?

CONOCIMIENTOS

. Cambio de unidades.

, Concepto de mol.

DATOS

. Masas atómicas.

. Número de Avogadro.

. Una organización de los conocimientos para poder seleccionar fáci lmente la

información necesaria en contextos diversos más o menos complejos.

. Unas técnicas básicas de problemas resueltos más sencillos para construir

bloques que aplicar en los más complejos.

. Una estrategia eficaz para descomponer de forma útil una cuestión en otras

más elementales.

La metodología de enseñanza que propone se dirige a capacitar al alumno en

las tres direcciones. Su aportación fundamental se encuentra en la fase de elabora -

ción del plan de trabajo. Considera que existe un camino mucho más efectivo que

otros para resolver un problema: el método de refinamientos sucesivos o plantea-

miento jerárquico del plan de resolución.

Hay que enseñar a tomar en primer lugar las decisiones generales, en términos

cualitativos sin detenerse en detalles. Estas decisiones han de servir como guía para

ir retinando sucesivamente el proceso en un lenguaje cada vez más preciso y mate -

mático. La estrategia contrasta con la de un principiante, que parte de fórmula s

concretas para relacionar los datos y las incógnitas del enunciado.

También sobre la elaboración del plan de trabajo se centra la metodología pro -

puesta por Gil y Martínez Torregrosa (1987), que ha tenido una gran influenc ia en la

didáctica actual de la resolución de problemas. Según los autores, los problemas

tradicionales conducen a una visión muy simplificada de las formas de elaboración

de los conocimientos científ icos y se hace necesaria una revisión global del modelo de

problema que se acepta como evidente sin un examen crít ico. Este examen conduce

a un cambio conceptual, del propio problema, y metodológico, de su forma de reso -

lución. Parten de que los datos son los que orientan la búsqueda rápida de ecuacio -

nes e impiden la reflexión cualitativa y la emisión de hipótesis, que son dos

características básicas del tratamiento científico de un problema. El primer paso de

su propuesta consiste en la supresión de los datos iniciales, cuantitativos, con lo cual

el enunciado convencional, cerrado, se convierte en otro abierto capaz de generar un

trabajo más acorde con una metodología de investigación que utilice razonamientos

basados en hipótesis y no en evidencias.

La resolución del problema obligará a realizar un estudio p revio, cualitativo, de

la situación para acotar algunas condiciones y definir más el problema y a emitir hi -

pótesis sobre los factores de los que puede depender la magnitud buscada, supo -

niendo casos límite de fácil solución. Después debe irse refinando el plan, elaborando

posibles estrategias a partir del cuerpo teórico disponible y determinando los datos

necesarios. Los resultados finales serán analizados a la luz de las hipótesis de partida

de los casos límite.

Un problema de tipo tradicional, con dato s numéricos como el siguiente:

Un coche que circula a 70 km/h se encuentra un obstáculo situado a 100 metros de distancia.

¿Cuál debe ser su aceleración mínima de frenado para no llegar a chocar?

Quedaría transformado en:

» .......... ....................... _.......................... ...... ... ......... ¿Chocará un coche con un obstáculo situado en la carretera?

Con este enunciado, los alumnos, en grupos, deben:

. Analizar cualitativamente el problema y comenzar a precisar: el coche está

en movimiento, dirigiéndose en línea recta hacia el obstáculo... Plantearse

el problema concreto, por ejemplo: ¿Qué fuerza deberán hacer los frenos?

. Plantear alguna primera hipótesis: A mayor velocidad del coche mayor

fuerza de frenado, a mayor masa del coche mayor fuerza, a menor dis-

tancia del obstáculo será necesario frenar con mayor fuerza... que deben

intentar justificar.

. Indicar algunas estrategias de resolución a partir de sus hipótesis y resolver

el problema, sin necesidad de partir de datos cuantitativos.

. Discutir y reflexionar sobre los resultados. Nuevas posibilidades de enfo-

ques del problema: ¿Hay rozamiento con la carretera?, ¿Es horizontal la

trayectoria?...

I 92

Bibliografía comentada

AA.W. (1995): Monografía «La resolución de problemas». Alambique, n. 5. Diversos

autores, representando tendencias muy variadas, abordan diferentes dificulta -

des que aparecen en el aula durante el proceso de enseñanza -aprendizaje de la

resolución de problemas científicos y exponen algunas propuestas de innova -

ción contrastadas.

GIL PEREZ, D.; MARTINEZ TORREGROSA, J. (1987): La resolución de problemas en Fí-

sica. Una didáctica alternativa. Barcelona. Vicens Vives/MEC.

Se propone una alternativa a la resolución tradicional de problemas de papel y

lápiz, con numerosos ejemplos para presentación de los problemas sin datos nu-

méricos y la manera de abordarlos para propiciar un enfoque de investigación

con emisión previa de hipótesis, elaboración del plan general, etc.

ONORBE, A. y otros (1993): Resolución de problemas de Física y Química: una pro-

puesta metodológica de enseñanza-aprendizaje. Madrid. Akal.

Propuesta de elaboración por los alumnos de los esquemas o mapas direc -

cionales del proceso de resolución de un problema, en el que queden refle -

jadas las etapas que hay que cubrir. Se considera neces aria la reflexión sobre

el propio proceso de pensamiento y se evita la utilización rutinaria de un al -

goritmo de resolución memorizado.

PERALES, FJ. y otros (2000): Resolución de problemas. Madrid. Síntesis.

En los primeros capítulos presenta una panorámi ca de los diferentes conceptos

de problema, los objetivos de su utilización en el aula y las líneas de investiga -

ción e innovación en la didáctica de su resolución. En la parte final se ofrecen

ejemplos de problemas de diferentes disciplinas, física, quím ica, genética y

medio ambiente.

POZO, J.l. y otros (1994): La solución de problemas. Madrid. Santillana.

Presenta, dentro del campo de la psicología cognitiva, una visión general de la

enseñanza y el aprendizaje de la resolución de problemas aplicada a las áreas

de matemáticas, ciencias de la naturaleza y ciencias sociales. Analiza las dif i -

cultades que se presentan y parece apostar por la necesidad de un tratamiento

coordinado para algunos de los contenidos de procedimientos, similares en las

diferentes áreas especialmente en la educación básica.

Los trabajos prácticos en ciencias

Aureli Caamaño

IES Barcelona-Congrés

S.G. Formación Permanente. Departamento de Educación. Generalitat de Catalunya

Los trabajos prácticos constituyen una de las actividades más importantes en la enseñanza de las

ciencias por permitir una multiplicidad de objetivos: la familiarización, observación e interpreta-

ción de los fenómenos que son objeto de estudio en las clases de ciencias, el contraste de hipó-

tesis en los procesos de modelizacjón de la ciencia escolar, el aprendizaje del manejo de

instrumentos y técnicas de laboratorio y de campo, ja aplicación de estrategias de investigación

para la resolución de problemas teóricos y prácticos y, en definitiva, la comprensión procedimen -

tal de la ciencia. A lo largo de este capítulo abordaremos las siguientes cuestiones:

. ¿Cuáles son los diferentes tipos de trabajos prácticos?

Se presenta una clasificación de los trabajos prácticos en función de sus objetivos: experiencias,

experimentos ilustrativos, ejercicios prácticos e investigaciones.

• ¿Cómo se aprenden los procedimientos en la realización de los trabajos prácticos?

Se plantea una diferenciación entre destrezas intelectuales, prácticas o experimentales y de

comunicación, y se proponen dos aproximaciones posibles para su aprendizaje: la atomística y

la holística.

. ¿Cuáles son los objetivos de las experiencias y los experimentos ilustrativos?

Se presentan las razones por las que son útiles las experiencias y los experimentos ilustrativos y

la importancia del marco conceptual en la interpretación de las observaciones.

. ¿Cuáles son los objetivos y los tipos de ejercicios prácticos?

Se diferencia entre ejercicios prácticos para el aprendizaje de procedimientos y los ejercicios

prácticos para la determinación de propiedades y comprobación de leyes.

. ¿Qué son las investigaciones, cuál es la mejor forma de aplicarlas en el aulay cuáles son los

factores de los que depende su nivel de dificultad?

Se abordan las etapas a través de las que se puede realizar unainvestigación, lasfases atra-

vés de las cuales se puede aplicar en el aula, el tipo de guiones que sirven para ser presen -

tados a los estudiantes, los factores que condicionan su grado de apertura y las variables que

determinan su nivel de dificultad.

H

¿Por qué realizar trabajos prácticos?

Los trabajos prácticos experimentales son considerados una de las actividades

más importantes en la enseñanza de las ciencias por diferentes razones:

. Motivan al alumnado.

. Permiten un conocimiento vivencial de muchos fenómenos.

. Permiten ilustrar la relación entre variables significativas en la interpretación

de un fenómeno.

. Pueden ayudar a la comprensión de conceptos.

. Permiten realizar experimentos para contrastar hipótesis emitidas en la ela -

boración de un modelo.

. Proporcionan experiencia en el manejo de instrumentos de medida y en el

uso de técnicas de laboratorio y de campo.

. Permiten acercarse a la metodología y los procedimientos propios de la in-

dagación científica.

. Constituyen una oportunidad para el trabajo en equipo y el desarrollo de

actitudes y la aplicación de normas propias del trabajo experimental: plani -

ficación, orden, limpieza, seguridad, etc.

A pesar de su valor formativo, algunas son actividades costosas, porque es pre -

ciso disponer de materiales, instrumentos de medida y productos adecuados; exigen

tiempo para su preparación y requieren cierto conocimiento y experiencia por parte

del profesorado para su realización. Por todo ello, no siempre son utilizadas con la

frecuencia que sería deseable.

Por otro lado, la experiencia y los resultados de diversas investigaciones mues -

tran que no siempre son efectivas, es decir, que no siempre se consiguen los resulta -

dos esperados. Gran parte de sus insuficiencias se atribuyen al carácter cerrado con

que se plantean, es decir, a su presentación como un conjunto de instrucciones que

los estudiantes deben seguir, sin darles tiempo ni ocasión para que aprecien cuál es

el objetivo que persigue la tarea propuesta y cómo puede ser resuelta.

Frente a la manera cerrada de presentar los trabajos prácticos, en este capítulo

propondremos una forma abierta en la cual se invita al alumnado a pensar en cómo

resolver un determinado problema, es decir, a idear un procedimiento o método de re -

solución, y a hacerlo explícito oralmente y por escrito antes de iniciar su realización.

Tipos de trabajos prácticos

No todos los trabajos prácticos cubren los mismos objetivos. Es evidente si re -

visamos la lista de motivos por los que es importante realizarlos y la comparamos con

los objetivos que se pretende alcanzar en muchos de los trabajos realizados en el la -

boratorio o el campo. Lo primero que se deduce de este análisis es que en la realiza -

ción de un trabajo práctico están involucradas generalmente varias de las razones

citadas. Pero, si profundizamos en los objetivos perseguidos en primer lugar, podre -

mos identificar el trabajo como uno de los cuatro tipos siguientes:

I 96

Experiencias: destinadas a obtener una familiarización perceptiva con los

fenómenos. Por ejemplo, observar diferentes tipos de hojas, comprobar el

tacto de unas rocas, observar lombrices u hormigas en un terrario, sentir la

fuerza de una goma elástica al estirarla, ver el cambio de color en una reac -

ción química, oler un gas, observar las imágenes que forman diferentes tipos

de lentes, observar el golpeo del oleaje contra un acantilado, observar es -

tratos y pliegues en el campo, etc.

Experimentos ilustrativos: destinados a ilustrar un principio o una relación

entre variables. Suponen normalmente una aproximación cualitativa o se -

micuantitativa al fenómeno. Por ejemplo, observar la relación entre el au -

mento de la presión y la disminución del volumen de un gas (ley de Boyle),

comprobar cómo aumenta la capacidad erosiva de una corriente d e agua al

incrementarse la pendiente, observar la relación de proporcionalidad direc -

ta entre el voltaje y la intensidad de corriente en determinados materiales

(ley de Ohm), observar el efecto de la luz en el crecimiento de las plantas,

etc. Muchos de el los son utilizados por el profesorado como experiencias

demostrativas o ilustrativas.

Ejercicios prácticos: diseñados para aprender determinados procedimientos

o destrezas o para realizar experimentos que ilustren o corroboren la teoría.

Tienen un carácter especialmente orientado («ejercicio»). Según donde se

ponga el énfasis en estas actividades, se puede distinguir entre ejercicios i

prácticos:

. Para el aprendizaje de procedimientos o destrezas: énfasis en el apren-

dizaje de destrezas:

- Prácticas: realización de medidas, tratamiento de datos, técnicas de

laboratorio. Así, determinar el punto de fusión, realizar una prepara -

ción para ver al microscopio, medir direcciones y buzamientos con una

brújula, etc.

- Intelectuales: observación e interpretación, clas ificación, emisión de

hipótesis, diseño de experimentos, control de variables. Así como la

interpretación de mapas geológicos, la clasificación de conchas en

grupos, etc.

- De comunicación: planteamiento de un experimento por escrito, rea -

lización de un informe de una salida al campo.

. Para ilustrar la teoría: se pone énfasis en la determinación experimental

de propiedades y en la comprobación de leyes o relaciones entre varia -

bles, con objetivo ilustrativo o corroborativo de la teoría y con enfoque

dirigido. Por ejemplo, determinar experimentalmente la relación volu -

men-temperatura de un gas, establecer la zonación de organismos en la

zona intermareal.

Investigaciones: diseñadas para dar a los estudiantes la oportunidad de')

trabajar como lo hacen los científicos en la resolución de problemas, fami -

liarizarse con el trabajo científico y aprender en el curso de estas investi -

gaciones, las destrezas y procedimientos propios de la indagación. Según el

tipo de problemas que resolver, las investigacione s pueden ser:

. Para resolver problemas teóricos, es decir, de interés en el marco de una

teoría (así, ¿qué relación existe entre la presión y el volumen de un gas?,

¿cómo podemos determinar la carga eléctrica de un ión?, ¿los sedimen-

tos se depositan siempre en capas horizontales?, ¿se transmite ligado al

sexo un gen de la mosca Drosophila.^.

El problema puede proceder de una hipótesis o predicción realizada en el

desarrollo de un modelo teórico con el que se pretende interpretar un fe-

nómeno (por ejemplo, el modelo cinético -corpuscular de los gases, o el de

la transmisión hereditaria de caracteres).

. Para resolver problemas prácticos, generalmente en el contexto de la

vida cotidiana. El énfasis se pone en la comprensión procediment al de la

ciencia, es decir, en la planificación y realización de investigaciones, no

dirigidas especialmente a la obtención de conocimiento teórico. Ello no

significa que su percepción y planificación no conlleve una determinada

«carga» conceptual.

Por ejemplo, ¿qué material de un grupo compuesto por varios abriga

más?, ¿qué detergente de un grupo compuesto por varios es el más efi-

caz?, ¿cómo pueden detectarse adulteraciones en los alimentos? Este

tipo de investigaciones pueden conectarse más fáci l mente con aspectos

CTS (Ciencia, Tecnología y Sociedad) del currículo.

Esta clasif icación de trabajos prácticos (cuadro 1 se basa en las propuestas de

Woolnough y Allsop (1985), y Gott, Welford y Foulds (1988), modificadas en lo rela -

tivo a la diferenciac ión establecida entre los dos tipos de ejercicios prácticos y los dos

tipos de investigaciones (Albaladejo y Caamaño, 1992 y Caamaño, 1992).

Conviene notar que, en muchos casos, una actividad centrada en un mismo fe -

nómeno o proceso puede constituir una e xperiencia, un experimento ilustrativo, un

ejercicio práctico dirigido o una investigación, según cuál sea el objetivo principal

que se pretenda y el método seguido. Por ejemplo, la separación de la sal de una di -

solución de sal en agua puede constituir u n ejemplo de una experiencia, si lo que

interesa es percibir que los sistemas homogéneos pueden contener más de un com -

Cuadro 1. Diferentes tipos de trabajos prácticos

TIPOS DE TRABAJOS PRACTICOS

. Experiencias.

. Experimentos ilustrativos.

. Ejercicios prácticos:

- Para aprender destrezas.

- Para ilustrar la teoría.

. Investigaciones:

- Para resolver problemas teóricos.

- Para resolver problemas prácticos.

I 98

ponente; de un ejercicio práctico, si lo que interesa es aprender la técnica de sepa-

ración en sí; y de una investigación, si la separación constituye el método para re -

solver el problema: ¿es pura el agua del grifo?, para el que no se da ninguna pauta

procedimental.

El aprendizaje de procedimientos y destrezas

con relación a los trabajos prácticos

El aprendizaje de los procedimientos científicos y la comprensión procedimen -

tal de la ciencia son objetivos que ocupan un lugar muy destacado en las finalidades

de los trabajos prácticos en ciencias. Por ello puede ser de interés difer enciar entre

los procedimientos prácticos o experimentales, intelectuales y de comunicación,

como muestra el cuadro 2.

Los procedimientos prácticos o experimentales implican el manejo de instru -

mentos, la realización de medidas y el uso de técnicas de lab oratorio o de campo. Los

procedimientos intelectuales pueden ser procesos cognitivos o técnicas de investiga -

ción. Los procesos cognitivos son procesos generales implicados en la construcción

del conocimiento (observar, clasificar, interpretar, hacer hipó tesis, contrastar las hi -

pótesis, extraer conclusiones, etc.). Las técnicas o estrategias de investigación son

procedimientos que se aplican en el diseño y la realización de una investigación ex -

perimental (idear métodos de medida de las variables, decid ir la variación de la va-

riable independiente, controlar variables, repetir medidas, recoger y representar los

datos gráficamente, realizar cálculos, etc.). Los procedimientos de comunicación im-

plican destrezas de comunicación oral y escrita, tales como interpretar instrucciones,

planificar investigaciones por escrito, realizar informes, etc.

¿Son estos procedimientos susceptibles de ser enseñados y aprendidos de la

misma manera? Hay autores (Driver, Millar) que cuestionan que los procedimientos

de tipo cognitivo puedan ser susceptibles de aprendizaje escolar, y por tanto de pro -

greso, separados de los conceptos. Según ellos, es posible, por ejemplo, mejorar la

Cuadro 2. Clasificación de los procedimientos

capacidad de observación de un fenómeno determinado, en tanto que mejoramos

nuestra comprensión conceptual de él, pero no podemos hacerlo de forma genérica

aplicable a cualquier contexto. Por el contrario, procedimientos como las técnicas de

investigación son susceptibles de ser enseñadas y aprendidas y se puede, por tanto,

evaluar su progreso.

La adquisición de estos tres tipos de destrezas constituye el objetivo principal

de las actividades prácticas que hemos denominado ejercicios prácticos para el

aprendizaje de procedimientos. Por otro lado, el objetivo principal de las investiga-

ciones es ayudar a la comprensión procedimental de la ciencia, aprendiendo los pro-

cedimientos de la ciencia en el transcurso de la resolución de problemas abiertos

teóricos o prácticos. Así pues, tanto los ejercicios prácticos para el aprendizaje de

procedimientos como las investigaciones, especialmente las encaminadas a resol -

ver problemas prácticos, comparten el objetivo de comprensión procedimental de la

ciencia, si bien desde perspectivas diferentes.

La cuestión que se plantea al comparar estos dos t ipos de trabajos prácticos es

si es preciso el aprendizaje previo de los proced imientos más simples para poder

abordar con éxito la realización de investigaciones. La respuesta a esta pregunta

permite diferenciar dos concepciones de los trabajos prácticos en relación con el

aprendizaje de los procedimientos:

. La concepción atomística o analítica. Defiende la necesidad de realizar

trabajos prácticos (ejercicios orientados) diseñados para el aprendizaje de

los procedimientos básicos, antes de abordar el aprendizaje de los procedi -

mientos más complejos implicados en las investigaciones .

. La concepción holística o integrada. Considera que los alumnos deben

realizar desde el principio investigaciones, en el transcurso de las cuales

aprenderán los procedimientos y las técnicas de investigación.

La visión atomística supone que podemos crea r el todo por combinación de una

serie de componentes. En cambio, la visión holística ve el aprendizaje de los procedi -

mientos integrada en actividades globales de resolución de problemas. En nuestra

opinión en el aprendizaje de los procedimientos puede s er útil la perspectiva atomís-

tica o analítica en un primer estadio (aprendizaje de manejo de instrumentos y téc -

nicas), pero la comprensión procedimental de la ciencia se capta mejor desde una

perspectiva holística, por otro lado más motivadora. Como se ñala Woolnough (1991),

al desarrollar en el alumnado las destrezas que les permitan resolver problemas, hay

que recordar el principio según el cual el todo es más que la suma de las partes.

Experiencias y experimentos ilustrativos

Las experiencias son actividades prácticas destinadas a obtener una familiari -

zación perceptiva con los fenómenos. Sus objetivos son:

. La adquisición de experiencia de «primera mano» sobre fenómenos del

mundo físico, químico, biológico y geológico, imprescindible para plante ar

una comprensión teórica de ellos.

I 100

La adquisición de un potencial de conocimiento tácito que pueda ser utili -

zado para resolver problemas. El papel de este conocimiento tácito o im -

plícito, no articulado conscientemente en e l marco de teorías formalizadas,

sino adquirido directamente de la experiencia en la resolución de proble -

mas, ha sido resaltado por varios autores.

Son ejemplos de experiencias:

. Explorar los sentidos del gusto, el oído, la visión, etc.

. Observar organismos vivos en el laboratorio o en el campo.

. Hacer crecer plantas.

. Comparar la dureza de distintos minerales.

. Observar cambios perceptibles en las reacciones químicas (cambios de color,

desprendimiento de un gas, formación de un precipitado, etc .).

. Comparar la elasticidad de diferentes materiales.

. Observar las propiedades de las ondas en una cubeta de agua.

Las experiencias y los experimentos ilustrativos pueden ser utilizados desde una

perspectiva constructivista del aprendizaje para:

. Explorar las ideas de los alumnos, al pedirles que interpreten lo que observan.

. Crear conflictos conceptuales cuando la experiencia no responde a las ex-

pectativas de los alumnos.

. Consolidar nuevas ideas en contextos experimentales diferentes.

. Evaluar el proceso de cambio conceptual con relación a la interpretación de

determinados fenómenos.

La descripción de los fenómenos observados implica siempre una interpretación,

en mayor o menor grado. Al aplicar las experiencias como actividades práctica s con

fines de interpretación debemos tener presente que los hechos observados pueden

tener diferentes interpretaciones según el marco teórico desde el que se perciben. En

la visión actual sobre la naturaleza de la ciencia se acepta que la observación depe n-

de de la teoría, que ésta guía la observación y la experimentación, lo que es evidente

analizando las diferentes interpretaciones que históricamente se han dado a muchos

experimentos (Chalmers, 1999) o atendiendo a las diferentes interpretaciones que de

ellos dan los alumnos (Driver y otros, 1994). Así pues, debemos animar a los alumnos

a dar sus propias interpretaciones sobre las experiencias y todas deberían ser acepta -

das en un primer momento. García -Rodeja y Lucas (1990) han llamado la atención

sobre la interpretación simplista de muchos experimentos realizados en el ámbito es -

colar por la ausencia de consideración de interpretaciones alternativas. La elección

entre hipótesis alternativas debería realizarse mediante la planificación y la realiza -

ción de nuevas experiencias y mediante razonamientos que muestren la incompatibi -

lidad de algunas hipótesis con ideas y conceptos ya establecidos y aceptados.

Sin embargo, la utilización de las experiencias o experimentos ilustrativos como

«experimentos cruciales» que permiten decidir entre hipótesis o teorías alternativas

no debe ser sobrevalorada. La dependencia de la observación respecto de la teoría

significa que la observación depende de las teorías del observador; y toda teoría que

101 |

entre en conflicto con una experiencia puede mantenerse mediante la introducción

de una serie de hipótesis ad hoc. Estas consideraciones relativizan el papel de los ex -

perimentos en la contrastación de las teorías. Por tanto, la elección de una hipótesis

o teoría frente a otras no es una mera cuestión de contrastación experimental, sino

también de consenso entre alumnos y profesor después de una amplia discusión, lo

que es una manifestación de que la construcción de los conocim ientos científicos es

una actividad social.

Una experiencia realizada comúnmente en la ESO y descrita en muchos libros

de texto que permite ejemplificar estos aspectos es la interpretación de la com -

bustión de una vela, cuyo planteamiento e interpretación se discute en el ejemplo

siguiente.

Ejemplo de un experimento ilustrativo: La combustión de una vela

Se coloca una vela encendida en un recipiente con agua y se tapa con un vaso. Poco después de

haberla tapado, la vela se apaga y el nivel de agua sube. Se pide entonces que se interprete esta

experiencia:

. ¿Por qué se apaga la vela?

. ¿Por qué sube el agua?

. ¿Qué información sobre la composición del aire podemos deducir del ascenso relativo del nivel

de agua?

Una primera hipótesis, sabiendo que la Figura 1. Experiencia de la vela

combustión implica una reacción de los

vapores de la cera de la vela con el oxí-

geno del aire, supone que la vela se

apaga cuando se ha consumido todo el

oxígeno del aire que hay en el vaso, y

que el agua sube como consecuencia de

la disminución de la presión que ocasio-

na la desaparición del oxígeno. Esta hi-

pótesis no tiene en cuenta que la

reacción de oxidación produce dióxido

de carbono (gas) y vapor de agua. Aun-

que el vapor de agua se condense, el dió-

xido de carbono producido puede

compensar total o parcialmente la canti-

dad de oxígeno consumido.

A pesar de que esta hipótesis es incorrec-

ta, esta experiencia ha sido utilizada en

ocasiones en los libros de texto para deducir la proporción de oxígeno en el aire a partir del au-

mento relativo del nivel del agua en el vaso. Esta interpretación además de no tener en cuenta la

producción de dióxido de carbono, implica suponer que la vela se apaga cuando todo el oxígeno

se ha consumido. Otra hipótesis alternativa puede considerar que la vela se apaga cuando toda-

vía queda una cierta cantidad de oxígeno: podría ser que se apagara cuando la concentración de

oxígeno residual fuese insuficiente para mantener la combustión. Hay que tener en cuenta que la

I 102

velocidad de la reacción depende de la concentración y de la temperatura, y ésta a su vez de

la velocidad de la reacción, puesto que es exotérmica. Se han realizado experimentos que corro -

boran que la combustión de sustancias en presencia de aire en recipientes cerrados finaliza antes

de que se consuma todo el oxígeno.

Una observación más precisa del fenómeno, permite constatar que la subida del agua no es uni -

forme a lo largo del tiempo que dura la combustión, como sería de esperar si fuera debida al con -

sumo del oxígeno, sino que tiene lugar bruscamente en el momento en que la vela se apaga. Ello

es debido a que la razón principal de la subida del nivel del agua es la disminución de la presión

del aire como consecuencia de la disminución brusca de la temperatura cuando la vela se apaga.

Con esta explicación, nuestra mirada (e interpretación) sobre el fenómeno va ría radicalmente

desde una experiencia que podía ilustrar el papel del oxígeno en la combustión y permitir cono -

cer la proporción del oxígeno en el aire, a otra que simplemente muestra la disminución de la pre -

sión del aire al disminuir la temperatura. Con todo, la experiencia, sin necesidad de incluir la

cubeta con agua, puede plantearse como demostración de que es preciso la existencia de oxíge -

no (supuesto éste un componente del aire) para que tenga lugar una combustión y que ésta cesa

cuando la concentración del oxígeno es muy baja. La repetición de la experiencia con vasos de

mayor capacidad y la observación de que el tiempo que tarda en apagarse la vela es proporcio -

nalmente mayor cuanto mayor es la capacidad del vaso permite corroborar esta hipóte sis.

Los ejercicios prácticos: aprendizaje de métodos

y técnicas e ilustración de la teoría Los ejercidos prácticos para el aprendizaje de procedimientos son actividades

para desarrollar destrezas prácticas, intelectuales y de comunicación. Por ejemplo:

. Clasif icar plantas, animales, rocas o fósiles.

. Elaborar y usar claves dicotómicas para identificar seres vivos, minerales o

rocas.

. Realizar estimaciones de las dimensiones de objetos familiares y de la mag -

nitud de determinadas unidades.

. Usar con corrección diferentes instrumentos: balanza, instrumentos volu -

métricos, multímetro, microscopio, brújula, etc.

. Montar un circuito eléctrico a partir de un diagrama.

. Levantar perfiles topográficos.

. Realizar pruebas de ensayo para la identificación de gases, ácidos, almidón,

monosacáridos y disacáridos, proteínas, ciertos iones, etc.

. Aplicar diferentes métodos de separación de sustancias (f iltración, decanta -

ción, cristalización, evaporación, desti lación, cromatografía sobre papel, etc.).

Los ejercicios prácticos para la ilustración de la teoría son actividades centra-

das en la determinación de propiedades o relaciones entre variables, diseñadas para

comprobar aspectos teóricos presentados previamente, en cuya realización se apren -

den también destrezas prácticas, intelectuales y de comunicación. Por ejemplo:

103 |

. Clasificación de diferentes sólidos según su estructura a través de la deter -

minación de diferentes propiedades (temperatura de fusión, dureza, con -

ductividad eléctrica, solubilidad en agua, etc.).

. Observación y dibujo de tejidos animales y vegetales al microscopio y

constatación de su organización celular.

. Comprobación de la ley de Hooke en materiales elásticos.

. Comprobación de la acción de una enzima sobre un tejido.

. Comprobación de las diferencias en la capacidad de abrasión del hielo según

contenga o no grava y arena.

, Determinación de la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente en

los metales.

. Comprobación de la conservación de la masa en reacciones químicas.

. Comprobación de la capacidad selectiva del viento como agente de trans -

porte.

. Determinación del calor de combustión de un alcohol.

. Comprobación, en el campo, de la posición de los diferentes horizontes en

un suelo o de los pisos de vegetación en una montaña.

Esta categoría de trabajo práctico es quizás una de las más utilizadas en las cla -

ses de ciencias. Como veremos en el apartado siguiente los ejercicios prácticos son

fácilmente susceptibles de ser convertidos en investigaciones, modificando la mane-

ra en que son presentados y realizados, dando a los alumnos la oportunidad de plan -

tearse y planificar ellos mismos el procedimiento a seguir para resolver el problema

que se les propone (Reigosa y Jiménez, 2000; Caamaño , 2002).

Las investigaciones: construir conocimiento,

comprender los procesos de la ciencia

y aprender a investigar

Una investigación es una actividad encaminada a contestar una pregunta te -

órica o a resolver un problema práctico mediante el diseño y la r ealización de un

experimento y la evaluación del resultado.

Las investigaciones constituyen la actividad central de muchas visiones actua -

les sobre la enseñanza de las ciencias. Son defendidas por los partidarios de la visión

atomística como actividades que deben ser realizadas después de haber practicado

procedimientos y destrezas más simples. Y también por los partidarios de la perspec-

tiva holística, en la que constituyen la actividad principal. Por ejemplo, el proyecto

APWIS (Assessment of Practical Work in Science; Gott, Welford y Foulds, 1988) basa

el aprendizaje de la ciencia en el planteamiento de problemas en cuya resolución

intervienen la compresión conceptual de los fenómenos y la compresión procedi -

mental de las técnicas de investigación, que confluyen en los procesos cognitivos. El

cuadro 3 resume este modelo de ciencia escolar.

I 104

Cuadro 3. El modelo de ciencia del proyecto APWIS

Con respecto a la naturaleza del problema propuesto, se puede diferenciar

entre las investigaciones que tienen como objetivo principal profundizar en la

comprensión de las teorías y determinar propiedades o relaciones entre variables

en el marco de estas teorías (objetivo que comparten con los ejercicios prácticos

ilustrativos), y las que tienen como objetivo principal desarrollar destrezas para re -

solver problemas prácticos (objetivo que comparten con los ejercicios prácticos

para el aprendizaje de procedimientos), lo que no implica que no se requiera utili -

zar conocimientos teóricos para su resolución en mayor o menor grado. El cuadro

4 de la página siguiente muestra la relación entre estos cuatro tipos de trabajos

prácticos.

El uso de las investigaciones como medio para llegar a los conocimientos

teóricos estuvo en la base del modelo de descubrimiento dirigido y está presente

en el modelo de investigaciones orientadas, desde una perspectiva constructi -

vista, cuando se abordan problemas teóricos. Ha sido cuestionado por Hodson

(1994), que duda de que este tipo de investigaciones sean la forma más ade-

cuada de aprender aspectos teóricos. Por otro lado, Woolnough (1991) ha pro -

puesto que las investigaciones deberían plantearse no sólo con relación a los

contenidos conceptuales y procedimentales, sino con la finalidad básica de dar

la oportunidad a los alumnos de resolver problemas prácticos y adquirir con -

fianza en su propia capacidad para resolverlos, de forma semejante a la pro -

puesta de organizar la enseñanza de las ciencias en torno a la resolución de

problemas auténticos discutida en el capítulo «El aprendizaje de las ciencias:

construir y usar herramientas». En nuestra opinión, ambos tipos de investigacio -

nes tienen un papel importante que jugar en el diseño de actividades prácticas

de resolución de problemas.

105 |

Cuadro 4. Relación entre investigaciones y ejercicios prácticos

Cerrado

Abierto

La ¡mplementación de las investigaciones en el aula

Para llevar las investigaciones a la práctica en el aula es importante plantear

una serie de cuestiones que se abordan a continuación:

. ¿Pueden establecerse unas fases para llevarlas a cabo en el contexto esco -

lar?, ¿cuáles son?

. ¿Cómo pueden ser los guiones que sustituyan a las instrucciones típicas de

prácticas cerradas?

. ¿Cuántas sesiones son precisas para realizar una investigaci ón?

. ¿Cómo podemos regular el grado de apertura de las investigaciones que

planteamos?

. ¿De qué factores depende su grado de dificultad?

¿A través de qué fases transcurre una investigación?

Las etapas que caracterizan una investigación han sido descritas mediante di-

ferentes esquemas. Se reproduce en el cuadro 5 la propuesta por el proyecto APU

(Assessment of Performance Unit, 1984).

Cuadro 5. Etapas de una investigación según el proyecto APU

. Usando aparatos.

. Haciendo medidas.

, Haciendo observaciones.

La fase de planificación y realización de las investigaciones ha sido especial -

mente estudiada en el proyecto APWIS en relación con los procedimientos que se

considera que están en la base de la comprensión procedimental de la ciencia (véase

el cuadro 3 en la página 105).

De acuerdo con estos trabajos, se propone organizar las investigaciones en

torno a las fases siguientes:

. La fase de percepción e identificación del problema, en la cual los estu -

diantes deben darse cuenta de cuál es el problema que hay que resolver,

conceptualizarlo y reformularlo para emitir hipótesis y decidir cuáles son las

variables signif icativas que deberán ser investigadas.

. La fase de planificación, en la que los estudiantes deben decidir:

- ¿Cuál es la variable dependiente y cuál la variable independiente (la va -

riable que se ha de variar)?

107 |

- ¿Cómo puede medirse la variable dependiente?

- ¿Cómo puede variarse y medirse la variable independiente, y cuántas me -

didas deben realizarse, en el caso de que sea una variable continua?

- ¿Cuáles son las variables que se debe controlar, es decir, mantener cons -

tantes?

- ¿Con qué precisión deben realizarse las medidas?

En esta fase los estudiantes han de redactar un plan de trabajo, que debe

ser mostrado y discutido con el docente antes de iniciar la investigación.

. La fase de realización, que supone el montaje del dispositivo de contrasta-

don y de los instrumentos de medida necesarios, la realización de la expe -

riencia, la toma o la recogida de datos, y el tratamiento de los datos

obtenidos (cálculos, gráficos, etc.).

. La fase de interpretación y evaluación, que supone la interpretación de los

datos y la valoración del resultado o los resultados obtenidos, atendiendo a

su plausibilidad, comparando los resultados propios con los obtenidos por

otros grupos y recabando información adicional de otras fuentes.

. La fase de comunicación, que implica la redacción de un informe y, a veces,

la comunicación oral de la investigación realizada.

¿Cómo debe ser el guión de una investigación?

En los guiones de las investigaciones hay que presentar el problema que se debe

resolver y recordar las fases a través de las cuales debe procederse. En los casos de

problemas totalmente abiertos no se dan pautas, mientras que en los orientados

deben plantearse algunas preguntas para facilitar el proceso de resolución e incluso

sugerir el material que puede ser utilizado.

A continuación mostramos dos ejemplos de guiones de investigaciones para la

etapa de enseñanza secundaria obligatoria y otros dos para el bachillerato, tal como

pueden ser presentados a los estudiantes. En Martins (2002) s e pueden encontrar

propuestas de investigaciones para la educación primaria.

Ejemplo 1. ¿Qué detergente elimina mejor las manchas? (Adaptado por Caamaño, 1992, a partir de una actividad del proyecto APWIS)

Planteamiento del problema

Habréis visto anuncios en la televisión que afirman que determinados detergentes son más eficaces que

otros para eliminar las manchas de la ropa. El objetivo de esta investigación es comprobar si es cierto

que uno de los detergentes es más eficaz que otro. Dispondréis de dos mue stras de detergente, eti-

quetados /A y B, y de unos trozos de ropa que podéis manchar antes de llevar a cabo la investigación.

Planificación

. ¿Cómo se puede medir la eficacia limpiadora de cada detergente?

. Pensad qué variables necesitáis medir y qué instrumentos precisáis. Podéis usar cualquier tipo

de material e instrumentos de los que hay en el laboratorio.

. ¿Qué variables creéis que pueden afectar a la eficacia del detergente y, por tanto, deben ser

controladas o mantenidas constantes en las dos pruebas?

108

r

. Haced un informe en vuestra libreta de cómo llevaréis a cabo la investigación y mostradlo a

vuestro profesor o profesora.

Realización

. Realizad la investigación.

. Realizad las medidas con el máximo de exactitud y precisión que podáis.

, Tomad nota en vuestra libreta de todas las medidas realizadas.

. ¿Qué resultado habéis obtenido?

Evaluación y comunicación de resultados

. Comparad vuestro resultado con el obtenido por otros grupos.

. Escribid un informe sobre vuestra investigación.

Comentario para el profesorado

En esta investigación la variable dependiente es la eficacia del detergente, y la independiente es

el tipo de detergente. La primera es una variable continua que podemos medir a partir del mayor

o menor grado de eliminación de la mancha (en realidad, lo que se hace es ordenar los deter -

gentes por su eficacia). La segunda es una variable discreta (el detergente A o el B). Las variables

que hay que controlar son muchas: el tipo de suciedad, la intensidad de la mancha, el tipo de te-

jido, la concentración de la solución del detergente, la temperatura, el grado de agitación y el

tiempo de lavado.

Ejemplo 2. ¿Qué ambiente prefieren las cochinillas de humedad?

(Elaborado por Díaz y Jiménez a partir de una experiencia sugerida en materiales sobre activida-

des con seres vivos -entre otros, González y Ausin, 1982-.)


Las cochinillas de humedad son crustáceos que forman parte de la fauna del suelo. Probablemente

habrás observado que viven con preferencia en unos lugares y no en otros. ¿Qué tipo de lugares

prefieren? (Si no lo sabéis, consultad con el profesor o buscadlo en la biblioteca del laboratorio o

en Internet). ¿Qué características tienen en común esos lugares? Proponed alg unas hipótesis y di-

señad una investigación para comprobarlas. Recordad que debéis tratarlas bien y que al terminar

el estudio deben ser devueltas al lugar donde fueron recogidas.

Planificación

. ¿Dónde podemos capturar cochinillas? ¿Qué tipo de recipiente hay que tener preparado para

mantenerlas en buenas condiciones y poder devolverlas a su medio al terminar?

. ¿Qué factores del ambiente vamos a estudiar? ¿Cómo esperamos comprobar lo que prefieren

las cochinillas? ¿Qué aspectos pretendemos observar?

. ¿De qué tamaño será la muestra de cochinillas? ¿Qué material necesitáis?

• Diseñad en equipo la investigación, escribidlo en la libreta y mostrádsela al profesor o

profesora.

Realización

. Capturad las cochinillas y realizad la investigación.

. Anotad las observaciones y los datos en vuestra libreta.

Comunicación de resultados y evaluación

Escribid un informe sobre vuestra investigación, indicando claramente vuestras conclusiones y los

resultados en que os basáis. ¿Coinciden con los de los otros equipos de la clase? ¿Se os ocurre al -

guna explicación para estas preferencias?

Comentario para el profesorado

Las cochinillas se encuentran bajo piedras o en grietas, en lugares húmedos y oscuros, por lo

que los estudiantes suelen elegir la humedad y la luz como factores que hay que estudiar (va -

riables independientes), siendo la variable dependiente la preferencia por un ambiente u otro

estimada a través del número de ejemplares que permanecen en cada ambiente. Para variar la

humedad suelen utilizar cubetas de laboratorio de plástico con papel de filtro humedecido en

la mitad del fondo (puede hacerse con serrín o con arena), y para variar la luz, las mismas cu -

betas con la mitad tapada o tubos de ensayo cubiertos hasta la mitad y una lámpara portátil

(flexo). De este modo estas variables son consideradas dicotómicas. El número de ejemplares ha

de ser como mínimo de ocho.

La dificultad conceptual de las investigaciones para el bachillerato que p ropo-

nemos a continuación es mayor que la de los ejemplos de investigaciones para la ESO,

lo que hace necesaria una mayor interacción profesor -alumnos en la fase de planifi -

cación y realización de las investigaciones. Por razones de espacio tan sólo se i nclu-

ye el planteamiento del problema.

Ejemplo 3. ¿Cómo se puede determinar la masa molecular relativa de un líquido volátil?

(Caamaño, 2002)


La determinación de la fórmula molecular de una sustancia molecular, una vez conocida su fór-

mula empírica, requiere la determinación de su masa molecular relativa. Se trata de idear un mé -

todo para determinar la masa molecular de una sustancia volátil, como por ejemplo, el alcohol

etílico. Estas sustancias pueden ser vaporizadas fácilmente, con lo que el problema que se plan-

tea es en realidad la determinación de la masa molecular del vapor.

Ejemplo 4. Las huellas del ladrón: ¿De qué es la muestra que está en el microscopio?

(Díaz y Jiménez, 1998)


Han robado la cámara de vídeo del laboratorio del centro. Sin embargo, el ladrón se lastimó y dejó

unos restos de su cuerpo en la puerta del armario. Con este pedazo se han hecho preparaciones

que están en los microscopios. Debéis investigar a qué sospechoso pertenece, justificando vues-

I 110

tras conclusiones. Ésta es la lista de los sospechosos, que proceden de una colonia de seres extra -

terrestres que vivían en un rinconcito del laboratorio:

. Al. Clorofilio: Las células de este individuo son como las de los vegetales terrestres. Posee

clorofila (en los cloroplastos) y además puede presentar estomas.

A2. Tunelio: Las células de este individuo son como las de los vegetales terrestres. Carece de clo -

rofila, y los núcleos de sus células son bastante visibles. No presenta estomas.

. B1.GaUñoHo: Las células de este individuo son como las de los animales terrestres. Tiene

sangre roja (con hemoglobina) en la que son visibles más de un tipo de células.

B1. Arañilio'. Las células de este individuo son como las de los animales terrestres. Respira a

través de la piel y no tiene sangre, ¿us células, de forma irregular, se encuentran distribuidas

en capas y son todas del mismo tipo.

Otros trabajos prácticos abiertos que pueden realizarse en el bachillerato apa-

recen recogidos en el cuadro 6. La mayoría de ellos plantean la resolución de pro-

blemas teóricos.

Obviamente muchos de los métodos necesarios para resolver las cuestiones

que se plantean en las investigaciones propuestas presentan aspectos complejos que

deberán ser facilitados por el profesor, pero el interés del planteamiento abierto de

estos trabajos no está en su resolución total por parte del alumnado, sino en per -

mitirle pensar sobre una serie de cuestiones (métodos, dispositivos, sustancias,

Cuadro 6. Ejemplos de trabajos prácticos de investigación en el bachillerato

EJEMPLOS DE TRABAJOS PRACTICOS DE INVESTIGACION EN EL BACHILLERATO

. ¿Cómose puede estimar el volumen de las moléculas de un líquido que es inmiscible en

agua a

partir de la superficie de una cantidad pequeñísima de líquido extendida sobre el agua?

. ¿Cómo se puede estimar la constante de Avogadro mediante ladeterminación indirecta del grosor

de la capa de un líquido monomolecular inmiscible en agua?

. ¿Cómo podemos comparar fácilmente la viscosidad de varioslíquidos e investigar si existe alguna

relación con la intensidad de las fuerzas intermoleculares?

. ¿Cómo podemos comparar experimentalmente la entalpia de combustión de varios alcoholes?

. ¿Cómo podemos determinar el porcentaje de ácido acético que contiene un vinagre?

, ¿Cómopodemos determinar la masa de Fe2* que contiene una pastilla de ferogradumet (que

con-

tiene sulfato de hierro (II)?

. ¿Cómo comparar la acción catalítica de distintos materiales biológicos (por ejemplo, patata, híga -

do)? ¿A qué puede deberse la diferencia?

. ¿Cómo podemos saber si la introducción de una especie foránea ha afectado a otros organismos?

(simulación) . ¿Cómo podemos determinar los diferentes pigmentos que contienen distintas plantas verdes?

. ¿Cómo saber qué material geológico -de entre varios suministrados- será más adecuado para el

mesado de una cocina? 111 |

concentración de las disoluciones, número de medidas que hay que realizar, etc.)

que es preciso decidir para llevar a cabo la investigación.

¿Cuántas sesiones son precisas?

Las fases del trabajo práctico de tipo investigativo comportan la programación

de un mínimo de dos o tres sesiones de trabajo para su realización, según la com-

plejidad de la investigación propuesta.

. Una primera sesión (o media sesión, según la complejidad de la investiga -

ción) en el aula para presentar el objetivo y dejar que los alumnos en equipos,

decidan cuál es el procedimiento que van a seguir y qué material precisan, lo

escriban en su cuaderno y lo discutan con el profesor o la profesora. Es con -

veniente realizar una breve puesta en común con todo el grupo -clase antes

de iniciar la investigación.

. Una segunda sesión, en el laboratorio, en el campo o en la ciudad para la

realización de la experiencia, la toma de datos y el inicio de su tratamiento

(cálculos, gráficos, etc.).

. Una tercera sesión, de nuevo en el aula, para la finalización del tratamien -

to de los datos, la comparación de resultados entre grupos y la evaluación

de los resultados. También para la redacción de un informe escrito, con la

ayuda del docente y para la comunicación oral de la investigación realiza-

da por parte de alguno de los grupos.

La evaluación de la investigación realizada por cada grupo y estudiante puede

realizarse a través de la observación de su trabajo durante las fases de planificación

y realización, del informe escrito personal (en el cuaderno de trabajo) y de su co -

municación oral.

El grado de apertura de una investigación

La apertura de las investigaciones puede definirse con relación a:

1. La diversidad de las soluciones (una única solución, varias, desconocida).

2. La diversidad de estrategias posibles para su solución.

3. El nivel de dirección del profesor y el grado de participación del alumno y

los aspectos que se dejan bajo su control.

Respecto a este último punto existe una variedad de situaciones según quién

(el profesor, el alumno o ambos) decide el área de interés en la que investigar, p ro-

pone la cuestión que hay que resolver, realiza la planificación de la investigación,

decide las etapas a seguir, lleva a cabo la investigación o evalúa los resultados. Los

distintos grados de apertura de una investigación con relación al control ejerci do

por el profesor y el alumno en cada una de las etapas de la investigación se resu -

men en el cuadro 7.

La situación 1 caracteriza actividades prácticas del tipo de descubrimiento

orientado. La 2 difiere de la 1 en que los alumnos participan en la planif icación de

I 112

Cuadro 7. Grado de apertura de una investigación en función del control ejercido por

el profesor (P) o el alumno (A) sobre cada una de las etapas de la investigación, según Lock

(1990)

GRADO DE APERTURA DE UNA INVESTIGACION

ETAPAS 1 2 3 4 5 6

Área de interés P P P P P A

Establecimiento

del problema

P P P P A A

Planificación P A A A A A

Determinación

de la estrategia

P P A A A A

Realización A A A A A A

Interpretación

de los resultados

P/A P/A P/A A A A

la investigación; por ejemplo, proponiendo una posible estrategia a seguir después

de una discusión en pequeño grupo, si bien la estrategia final resulta de una pues -

ta en común moderada por el profesor. En la 3 los alumnos controlan la planifica -

ción, lo que permite que ésta pueda ser realizada en interacción con el material de

laboratorio, efectuando, si lo desean, experimentos de prueba. En la 4 se da a los

alumnos el control sobre la interpretación de los resultados, lo que implica que se

da más importancia al proceso seguido que al resultado final. Las situaciones 5 y 6

corresponden más bien a la realización de proyectos por parte de los alumnos o

a la realización de trabajos de investigación individuales en el bachillerato, aunque

la intervención del profesor acostumbra a ir más allá de lo que puede deducirse del

cuadro.

El grado de apertura de una investigación depende de:

. La forma en que se define el problema.

. La diversidad de métodos de resolución de problemas.

. El nivel de ayuda dada por el profesor o profesora en la elección del método.

. Las posibles soluciones.

Estas cuatro variables son presentadas como cuatro continuo de apertura en el

cuadro 8 de la página siguiente.

113 |

Cuadro 8. Continuo de apertura de las investigaciones, adaptado del proyecto OPENS

(Watson, 1994)

. Definición del problema

Más descriptivo, las variables son

especificadas y operacionalizadas.

Más exploratorio, no son

especificadas, pero el área de

investigación sí.

cerrado abierto

. Diversidad de métodos

Un solo método posible. Varios métodos posibles.

i

cerrado abierto

. Elección del método

El profesor dice a los estudiantes

lo que deben hacer, o proporciona

Líbre elección del método.

un número limitado de aparatos.

i

i <

cerrado abierto

. Obtención de la solución

Una solución posible. Varias soluciones aceptables.

i

♦ cerrado abierto

La apertura de la investigación es importante porque afecta a los conceptos, a

las variables y a las habilidades y procesos involucrados en la investigación. Analiza -

remos a continuación estos aspectos en una investigación sobre los factores que

afectan el crecimiento de plántulas de berros, propuesta en el proyecto OPENS (véase

el ejemplo 5).

Ejemplo 5. El crecimiento de las plántulas de berros (Watson, 1994)

El grado de apertura de esta investigación respecto de los conceptos necesarios para abordar la

investigación es diferente según la forma en que se presenta o se enuncia el problema que hay

que resolver. Por ejemplo, nótese el diferente grado de apertura de los siguientes enunciados:

. ¿Qué factores afectan al crecimiento de los berros?

. ¿Qué factores afectan al proceso de fotosíntesis?

. ¿La luz y la temperatura afectan al crecimiento de los berros?

En la primera formulación los estudiantes pueden implicarse en la investigación con su propio

nivel de conocimientos. La segunda formulación requiere un cierto conocimiento del proceso de

la fotosíntesis. La tercera fija las variables independientes y, por tanto, los conceptos involucra -

dos que van a ser investigados en el crecimiento de las plantas.

El enunciado, las explicaciones del profesor y el material presentado también permiten indicar de

forma más o menos explícita las variables que se deben medir. Así, en la primera formulación, los

estudiantes pueden investigar el efecto de la cantidad de agua, la luz, la temperatura, el fertili -

zante, etc. La forma en que aborden el tratamiento de estas variables (como d icotómicas o con-

tinuas) depende de la presentación de la tarea. Si se les pide que investiguen la cantidad de agua,

se

les está llevando hacia una aproximación cuantitativa. Si se les pide que investiguen si el agua

afecta a la velocidad de crecimiento, se favorece que puedan decidir tratar el agua como una va-

riable dicotómica, por ejemplo, agua y no agua.

La variable dependiente, el crecimiento de las plantas, puede ser medida o estimada de diferentes

formas. La mayoría de estudiantes escoge como medida del crecimiento la altura de las plántulas,

aunque la masa de las plántulas y el color de las hojas pueden ser elecciones alternativas. Sin em -

bargo un enunciado como el siguiente: «Investiga en qué medida afectan diferentes factores al

crecimiento de las plántulas de berro# habría requerido necesariamente una respuesta cuanti -

tativa (altura o masa). Las variables que son controladas dependen del conocimiento y de la

comprensión del crecimiento de las plantas que tengan los estudiantes.

Por último, la forma en que la investigación se enuncia condiciona las habilidades y los procedi -

mientos que los estudiantes utilizarán en las etapas de la investigación. Formular el problema de

una forma más cerrada, especificando las variables que deben medirse, hace q ue la planificación

de la investigación sea más fácil, pero también puede llevar a una planificación más cuantitativa,

aumentando la dificultad de la investigación con relación a las habilidades de medida, el uso de

aparatos y la interpretación posterior de los resultados.

Factores que inciden en la dificultad

de las investigaciones El grado de apertura de una investigación incide en la facil idad o dificultad

para llevar a cabo la investigación. Saber cuáles son los factores que hacen más

difíci l una investigación es una cuestión importante, ya que tener una respuesta

115 |

a esta cuestión significa poder graduar la dificultad de las investigaciones que

proponemos al alumnado y, por tanto, introducir una cierta progresión en estas

actividades.

El proyecto APU consideró que el nivel de dificultad de una investigación guar -

da relación con la complejidad de los conceptos, la complejidad procedimental (en

términos de la estructura de las variables: discretas o continuas) y el contexto en que

se sitúa la investigación. Posteriormente Gott y Foulds (1988) añadieron otros dos

factores: la apertura del problema planteado y la edad de los alumnos. Estos autores

estudiaron la complejidad procedimental de las investigaciones centrándose en el

efecto del tipo de variables involucradas, y de este modo caracterizaron tres tipos

de investigaciones de dificultad creciente:

. Investigaciones con una única variable independiente discreta o categórica

(por ejemplo, ¿qué detergente es el mejor?, ¿cuál es la mejor taza para man-

tener el café caliente?).

. Investigaciones con una única variable independiente continua (por ejem -

plo, ¿cómo varia la botabilidad de una pelota de squash con la temperatu-

ra?, o ¿cómo depende la velocidad de enfriamiento de u na taza de café de

la cantidad de café?).

. Investigaciones con más de una variable independiente categórica (por

ejemplo, ¿qué tiene más influencia en mantener el café caliente, el tipo de

material de que está hecha la taza o el hecho de taparla?).

Qualter y otros (1990) y Grau (1994) también han estudiado los elementos que

permiten establecer una progresión en la dificultad de las investigaciones. Sus resul -

tados se recogen en el cuadro 9.

En resumen podemos decir que la dificultad de una investigación depende

de:

. La manera en que se enuncia el problema que hay que resolver, que condi-

ciona el grado de apertura. Por ejemplo, según se hagan más o menos ex-

plícitas las variables que han de ser medidas, o según se indique o no el

material que se precisa.

. La carga conceptual necesaria para comprender y resolver el problema.

. El contexto en el que se plantea la investigación.

. La naturaleza de la variable dependiente.

. El número y tipo de variables independientes que intervienen, entendién-

dose que la dificultad es mayor en el caso de variables continuas que en el

de variables categóricas.

. El número de variables que hay que controlar.

. La complejidad de las medidas y de los instrumentos demedida.

La dificultad de cualquier investigación puede ser graduada mediante la

ayuda prestada en cada momento por el profesor o profesora, bien sea oralmente

o por medio de hojas de ayuda, dando pistas o sugerencias sobre el procedimiento

que conviene seguir.

| 116

La investigación sobre los trabajos prácticos

en la última década

A lo largo de esta última década en España y en otros países de nuestro entor -

no se han realizado esfuerzos para innovar en los trabajos prácticos de ciencias. Han

sido varios los trabajos y artículos que han apo rtado nuevas perspectivas, reflexiones

y propuestas sobre el trabajo práctico en ciencias (Miguéns y Garret, 1991; González,

1992; Albaladejo y Caamaño, 1992; Hodson, 1994; Perales, 1994).

En 1994 el número monográfico sobre trabajos prácticos (Caamaño, Ca rrasco-

sa y Oñorbe [coord.j, 1994) de la recién aparecida revista Alambique permitió ofre-

cer una amplia panorámica de las diferentes actividades experimentales, que incluyó

una serie de artículos dedicados a reflexionar sobre los trabajos prácticos en l a es-

cuela primaria y secundaria y a presentar ejemplos de trabajos prácticos abiertos

(Pujol, 1994; Corominasy Lozano, 1994; Nieda, 1994; Pedrinaci, Sequeiros, García de

la Torre, 1994; Lillo, 1994; Grau, 1994; Watson, 1994).

Posteriormente, otros autores han realizado nuevas aportaciones (Gil y Valdés,

1996; Carrascosa, 1995; Barberá y Sanjosé, 1996; Calvet, 1997; Pro, 1998; Izquierdo,

Cuadro 9. Elementos de progresión del nivel de dificultad de las investigaciones, adap -

tado de Qualter y otros (1990)

ELEMENTOS

DE PROGRESION

PROGRESIÓN EN EL NIVEL DE DIFICULTAD

Apertura

. Definición del problema

Cerrado -------------------------------------► Abierto

Carga conceptual Baja ---------------------------------------- *► Alta

Variable dependiente

. Naturaleza

Puede ser juzgada ----------------------- >- Medida cuantitativa

sin medidas Ej. longitud, temperatura

Ej. flota/se hunde

Variable independiente

• Número

. Tipo

Úna ------------------------------------------► Varias

Categórica ---------------------------------► Continua

Variables que hay

que controlar

Muchas ------- — ------------------------- ► Pocas

Aparatos Sencillos ----------- ----------------------- ► Complejos

Contexto Contexto familiar — ------------------------------------------------------- ► Contexto no familiar Ej. en la casa Ej. en laboratorio

Sanmartí y Espinet, 1999; García, 2000). En 1999 un nuevo monográfico de Alambi-

que (Jiménez [coord.], 1999) abordó el tema los trabajos prácticos investigativos

desde la perspectiva del trabajo científico en el aula (Díaz y Jiménez, 1999). Y en 2002

un monográfico de la revista Aula de Innovación Educativa ha permitido aportar

nuevos perspectivas sobre el trabajo práctico en nuestro país (Caamaño, 2002;

Martins, 2002; Sanmartí, Márquez y García, 2002; Pintó, 2002).

Es importante también resaltar la reciente creación de grupos de trabajos eu -

ropeos financiados por la Comisión Europea como el Labwork in Science Education

(Seré y otros, 2001). Por otro lado han sido muchas las comunicaciones present adas

sobre trabajos prácticos en congresos y encuentros de didáctica de las ciencias cele -

brados durante estos años.

Bibliografía comentada _______ ____

ALBALADEJO, C.; CAAMAÑO, A. (1992): «Los trabajos prácticos», en JIMENEZ, M.P.;

ALBALADEJO, C.; CAAMAÑO, A.: Didáctica de las Ciencias de la Naturaleza.

Curso de actualización científica y didáctica. Madrid. MEC.

Capítulo dedicado a los trabajos prácticos del libro de didáctica de las ciencias,

publicado por el MEC para cursos de formación, que aborda los diferen tes tipos

de trabajos prácticos: experiencias, ejercicios prácticos e investigaciones, apor -

tando diversos ejemplos del campo de la física y química y de la biología y geo -

logía.

AA.W. (1994): Monografía «Los trabajos prácticos». Alambique, n. 2, pp. 4-66

Número monográfico de la revista Alambique dedicado a los trabajos prácticos

experimentales que incluye artículos para la educación primaria y secundaria y

trata de las experiencias y las investigaciones.

AA.W. (2002): Monografía «Los trabajos prácticos investigativos». Aula de Innovación

Educativa, n. 113-114, pp. 7-38.

Monográfico de la revista Aula de Innovación Educativa que da una perspecti -

va actual de los trabajos prácticos en primaria y secundaria, abordando temas

como la integración del trabajo práctico en la enseñanza de las ciencias, las in -

vestigaciones y el papel de las nuevas tecnologías.

I 118

Parte II

■

'

6

La enseñanza y el aprendizaje de la biología




El aprendizaje y la enseñanza de las ciencias experimentales plantea cuestiones compartidas,

como las discutidas en los capítulos de la primera parte, y otras específicas en cuanto a la biolo -

gía que se abordan en este capítulo:

. ¿A qué preguntas intenta dar respuesta la biología?

Se recapitulan algunas de las cuestiones que han sido objeto de controversia a lolargode

la

historia de la disciplina y las respuestas que han recibido.

. ¿Qué métodos emplean las ciencias de la vida?

Partiendo del empleo de métodos comunes con otras ciencias, se abordan aspectos metodoló-

gicos específicos, como la narración histórica y el pluralismo causal.

. ¿Qué problemas de aprendizaje detecta la investigación didáctica en educación secundaria

obligatoria? ¿Cómo diseñar una propuesta que los tenga en cuenta?

Se resumen algunos problemas para este nivel educativo, discutiendo a continuación

pro-

puestas para los seres vivos y la ecología.

. ¿Qué problemas de aprendizaje ha detectado la investigación didáctica en bachillerato?

¿Cómo puede diseñarse una propuesta que los tenga en cuenta?

Se resumen algunos problemas para los últimos cursos de la educación secundaria, discutien -

do a continuación propuestas para la evolución y la manipulación genética.

Las grandes preguntas de la biología

Las ciencias han experimentado intensas transformaciones a lo largo del siglo xx,

y la biología lo ha hecho en tal medida que algunos hablan del siglo de la biología.

121 |

La dificultad de predecir el futuro de una ciencia queda en evidencia en la voz «Men -

del» de la Enciclopedia Espasa, editada en 1917:

Llevó a cabo amplísimos ensayos para establecer las leyes de formación de las plantas

híbridas y los resultados de éstos, aunque de interés puramente teórico, han sido la

base de una formación racional de nuevas especies y de cruces artificiales de aplica-

ción práctica.

Pocas personas negarían que el desarrollo de la genética, además de cambiar las

ciencias de la vida, y originar fructíferas líneas de investigación teóricas, ha afecta -

do y está afectando nuestra forma de vivir. Si comparamos la situación actual de la

biología con la de hace un siglo o medio, veremos que incluso tenía otro nombre,

pues se hablaba de ciencias naturales y de naturalistas, y hasta 1951 no se separa-

ron en España los estudios universitarios en biológicas y geológicas.

Algunos autores en filosofía o historia de la ciencia establecían jerarquías entre las

ciencias, clasificándolas de «duras» a «blandas» según criterios como su grado de mate -

matización o la posibilidad de realizar experimentos controlados. La biología se encon -

traba entre las «blandas», lo que equivalía a menos «científicas», ya que much as de sus

teorías no pueden expresarse como ecuaciones, y la realización de experimentos en do -

minios como la evolución es compleja. Cuando en los años sesenta y setenta se publicó

La estructura de las Revoluciones Científicas de Kuhn, los especialistas en biología bus-

caron en vano discusiones sobre su campo, pues, quizás debido a la formación en física,

o quizás a ser considerada de inferior estatus en la jerarquía, no aparecían ejemplos de

biología. Una experiencia semejante tuvimos quienes comenzamos a trabaja r en didáe-

tica de la biología en los ochenta, pues la mayor parte de los artículos sobre problemas

de aprendizaje o propuestas versaban sobre física. Hoy en día las perspectivas sobre lo

que son las ciencias y las metodologías que aplican son más pluralistas.

El desarrollo de la biología -y otros campos de estudio - conduce a una gran es-

pecíalización. Según que una persona se dedique a la fisiología vegetal, a la ecología

marina o a la biología celular, sus preguntas serán diferentes. Sin embargo podemos

recapitular algunas cuestiones que, a lo largo de la historia de la biología, han sido

objeto de controversia. Conocer las respuestas distintas -o incluso contradictorias-

que se han dado y los obstáculos que han debido superarse para construir determi -

nadas teorías o conceptos, puede resultar útil para entender las dificultades que tienen

los estudiantes. Algunas de estas preguntas son:

. ¿Qué es la vida? 0, con más precisión, ¿en qué se diferencia lo vivo de lo inanimado?

. ¿Cuál es el origen de la vida? Es decir, ¿cómo apareció el primer ser vivo?

. ¿Cuál es el origen de las especies? Es decir, ¿cómo se ha originado la diversidad biológica?

. ¿Qué confiere a cada organismo su identidad específica y su identidad individual? En otras pa -

labras, ¿por qué de los huevos de perdiz salen perdices, y por qué cada gato no es exacto a

ningún otro?

. ¿Cómo tiene lugar el desarrollo? Es decir, ¿qué mecanismos son responsables de transformar

en unas semanas un huevo en un pollito?

. ¿Qué relaciones tienen los seres vivos entre sí y con su medio? Por ejemplo, ¿qué relaciones

hay entre hormigas, pulgones y rosales?

Se trata de una lista incompleta a la que podrían añadirse otras preguntas sobre

«cómo», además de sobre «qué», por ejemplo sobre la organización celular, el meta -

bolismo o el código genético. Algo que puede decirse observándola es que, como ha

indicado Francis Crick (1979) muchas explicaciones en biología se preguntan dos

cosas: por un lado, lo que es un sistema o cómo actúa; por otro, su origen, cómo ha

llegado a ser lo que es. La cuestión del origen se refleja en las preguntas segunda y

tercera y, en alguna medida, en la cuarta y quinta. Otro aspecto que tienen en

común, sobre todo las tres primeras, es que se les dieron respuestas de carácter reli -

gioso, lo que influyó en el debate científico.

¿Qué es la vida? Vitalismo contra materialismo

En el capítulo dedicado a la comunicación y el lenguaje se citan los diferentes

significados que el término vivo tiene en ciencias (opuesto a inanimado) y en la

vida cotidiana (opuesto a muerto). No es extraño que durante mucho tiempo ambos

se confundieran. La explicación, influida por la religión, de las diferencias entre vivo

e inanimado era que los seres vivos poseían un alma o espíritu que dotaba de vida al

organismo; si se separaba del cuerpo, éste perdía la cualidad de vivo y moría. Más

adelante esta explicación intentó adoptar una terminología científica y se denominó

fuerza vital a la entidad responsable de la vida; de ahí el nombre de vitalismo para

designar a esta corriente.

Fueron los filósofos griegos Tales y Anaximandro los autores de las primeras ex -

plicaciones materialistas, al proponer que la vida era intrínseca a la materia, no una

entidad diferente. En el siglo xvn, con la revolución científica, este materialismo, la idea

de que la vida puede explicarse por las leyes de la física y la química, adoptó una pers-

pectiva mecanicista y Descartes llegó a afirmar que los organismos (exceptuando al

ser humano) funcionaban como máquinas. Como indica Mayr (1998), el mecanicismo

tuvo el mérito de refutar el pensamiento mágico o sobrenatural, pero la reducción d e

los procesos de la vida a leyes físicas y químicas no resultaba satisfactoria.

Durante los siglos xvm y xix vitalismo y mecanicismo compitieron por definir la

vida y, aún cuando los segundos refutaron la indetectable «fuerza vital», debían acu -

dir a factores como una indefinida «energía» o el movimiento de los átomos. Los v¡ -

talistas propusieron nuevas entidades como el «protoplasma» específico de los seres

vivos y los coloides. La síntesis en laboratorio de una molécula orgánica (la urea) a

partir de compuestos inorgánicos, lograda por Wóhler en 1828, probó que no existía

un abismo infranqueable entre materia orgánica e inorgánica, a pesar de que el pro -

pio Wohler, influido por el vitalismo, se negase a interpretar sus resultados de esta

forma, argumentando que en el carbono «no ha desaparecido el carácter orgánico»

(Jacob, 1999), lo que muestra una vez más que los experimentos se interpretan

siempre en el marco de una teoría.

Desde comienzos del siglo xx, abandonado el vitalismo, se aceptó que los pro -

cesos vitales a nivel molecular podían ser explicados recurriendo a la física y la

química, pero en cada nivel de organización de los seres vivos aparecen característi -

cas emergentes, nuevas, lo que se resume en la frase: «el todo es más que la suma de

las partes», forma de pensar que ha recibido el nombre de organicismo. Por otra

123 |

Cuadro 1. Características especificas de los organismos vivos (de Mayr, modificado)

COMPOSICION

QUIMICA . Los mismos componentes que la materia inanimada, pero organizados en

moléculas específicas: proteínas, ácidos nucleicos, hormonas, etc.

ORGANIZACION . Sistemas complejos, ordenados, con capacidad de regulación; la célula,

unidad de organización.

SISTEMAS ABIERTOS . Intercambian energía y materiales del medio.

CICLO VITAL . Los organismos pasan por secuencias precisas de etapas, por ejemplo:

cigoto, embrión o larva y adulto.

REGULACION . Mecanismos reguladores y de control que mantienen el sistema en equi-

librio dinámico.

PROGRAMA

GENETICO . Las macromoléculas se sintetizan de acuerdo con las instrucciones del

programa genético transmitido hereditariamente.

EVOLUCION . Los organismos cambian como resultado de la acción de la selección

natural sobre incontables generaciones.

parte, como dice Jacob (1999) hay que tener en cuenta que el funcionamiento de los

seres vivos sigue las leyes f isicoquímicas y además obedece a un segundo grupo de

causas: las instrucciones del programa genético. Esto significa que definir los seres

vivos implica tener en cuenta una serie de características específicas que siguiendo,

con algunas modificaciones, a Mayr (1998) se resumen e n el cuadro 1.

¿Cuál es el origen de la vida? Creación y generación espontánea

Este problema está ligado al anterior y, como ha señalado Oparin (1970) las dos po -

siciones sobre él pueden considerarse variantes de la generación espontánea, puesto que

la idea de que los seres vivos con su compleja estructura hubiesen surgido por creación

se diferencia de la generación espontánea apenas en la causa de la génesis. La noción de

que los seres vivos (gusanos, insectos, ranas o ratones) podían surgir directamente del

lodo, de los alimentos o de materia en descomposición aparece en el pensamiento coti -

diano de numerosas culturas. Epicuro, en el siglo iv antes de Cristo postuló que nada nace

de la nada, y su discípulo Lucrecio desarrolló esta idea en De rerum natura. Sin embar-

go, según Lucrecio los gusanos pueden surgir de la tierra y el estiércol con el calor, sin

intervención de ninguna fuerza vital o principio sobrenatural. La idea de la generación

espontánea continúa vigente en autores como Agustín de Hipona, p ara quien Dios puede

hacer que los seres vivos nazcan a partir de semillas o de la materia inerte. En la Edad

Media se admitía la existencia de crustáceos (lepas, semejante al percebe) que nacían en

árboles o de corderitos que salían de calabazas. Van Helm ont, en el siglo xvn, da una re -

ceta para obtener ratones a partir de un montón de granos de trigo.

I 124

La primera refutación experimental de la generación espontánea se debe a

Francesco Redi, quien en 1668 (mientras estudiaba otro problema: si los insectos tie -

nen reproducción sexual) muestra que las cresas o gusanillos blancos de la carne son

larvas de mosca y que si se tapa la carne con una muselina, impidiendo que los hue -

vos lleguen a ella, no aparecen gusanos. Sin embargo es te experimento no acabó con

la creencia en la generación espontánea, pues el propio Redi creía que los gusanos

intestinales o las larvas xilófagas surgían por sí mismos (Oparin, 1970). Aunque a lo

largo de los siglos xvm y xix numerosas observaciones lleva n a abandonar la creencia

de que vertebrados o insectos pudiesen surgir de la nada o de materia en descompo -

sición, seguía persistiendo esta noción para los microorganismos entre naturalistas

tan destacados como Buffon. En el siglo xvm Needham y Spallanza ni realizaron la

misma experiencia -calentar caldo y taparlo herméticamente - con resultados opues-

tos: en el de Needham aparecían microorganismos y en el de Spallanzani, no (lo que

el segundo atribuía al insuficiente calentamiento por parte de Needham y a que ta-

paba los frascos, mientras que él los soldaba). Por supuesto, el primero era partidario

de la generación espontánea y el segundo contrario a ella. La polémica continuó

hasta 1862 en que Pasteur, mediante un brillante experimento, demostró que el

caldo de un matraz se mantenía libre de microorganismos si, después de calentarlo,

se le doblaba el cuello en «s», impidiendo el paso de los gérmenes del aire.

Con esto quedó resuelta una parte del problema, la que se refiere a los seres

vivos actuales. Ahora bien, se mantenía otra incógnita: el origen del primer ser vivo.

Como en otros problemas biológicos, el actualismo geológico, las teorías evolucio -

nistas de Darwin, y en esta cuestión sobre todo de Lamarck, proporcionaron un marco

diferente para abordarlo, al establecer una continuidad entre los primeros seres vivos

y los actuales. En 1924 Oparin realizó una propuesta que pone como condición para

la «síntesis primaria», o aparición de la vida, precisamente la inexistencia de vida an -

terior pues, por un lado si ahora se formasen compuestos orgánicos serían ingeridos

por algún organismo, y en segundo lugar esta síntesis sería posible en una atmósfe -

ra reductora (que permitiría la formación de compuestos orgánicos del carbono), no

en la actual atmósfera oxidante. Los trabajos de Oparin, Haldane y Urey fueron la

base del experimento en el que Miller, siendo aún estudiante, logró en 1953 la sín -

tesis abiótica de aminoácidos.

¿Cuál es el origen de las especies? Fijismo y evolucionismo

La teoría de la evolución ocupa un lugar central en la biología. Podemos decir que

la biología como tal nace precisamente a mediados del siglo xix cuando la historia na -

tural, que había dedicado grandes esfuerzos a describir detalladamente plantas y ani -

males, se convierte en una biología que pretende explicar los procesos y los fenómenos

biológicos. Pero, además de constituir una revolución en la comunidad científica, el

modelo evolucionista fue quizás la primera idea científica que tuvo un impacto inme -

diato en la opinión pública: El origen de las especies de Darwin se agotó el día de su

aparición en 1859, y la polémica alcanzó un ámbito más amplio que los círculos cien -

tíficos. El impacto se debió, en gran medida, a la percepción de que esta teoría cambia

la posición del ser humano, haciendo de él un producto de la evolución emparentado

con los restantes animales, con lo cual deja de ser una entidad «diferente» y superior.

125 |

La cuestión del origen del ser humano -que Darwin evitó discutir en El origen

de las especies- ha ocupado y ocupa gran parte del imaginario colectivo sobre la

evolución, oscureciendo la pregunta a la que pretende dar respuesta esta teoría:

¿cómo se han originado tantos tipos diferentes de seres vivos? En la mayoría de los

libros de texto ni siquiera se alude a ella (Jiménez, 1990). A lo largo de la historia,

esta pregunta recibió dos tipos de respuestas: las fij istas suponían especies inmu -

tables, fijas, que habrían aparecido simultáneamente; más adelante algunos fijistas

como Cuvier admitieron cambios o diferentes creaciones. Una variedad del fijismo es

el creacionismo, apoyado en la autoridad de la Biblia, y en general en la ideología

religiosa, que se opuso frontalmente al evolucionismo mediante propaganda,

prohibiciones y condenas papales. Las conexiones entre la jerarquía religiosa y el

poder político causaron que la enseñanza de la evolución estuviese prohibida en

muchos países y aún hoy en día sea objeto de restricción en otros, entre ellos Es -

tados Unidos. En España, donde se difundió en pocos años, además de prohibirse,

hubo profesores apartados de la docencia por adherirse al darwinismo. Sober

(1996) aclara que el creacionismo no fue una pseudociencia en el pasado pero sus

hipótesis han sido refutadas científicamente, por lo cual hoy debe considerarse

fuera del ámbito científico.

Las explicaciones evolucionistas, que suponían transformaciones o cambios en

los organismos a lo largo del tiempo y parentesco entre ellos (es decir, que las espe -

cies actuales proceden de an tepasados diferentes a ellas), son anteriores a Darwin y

Lamarck. Lo que diferencia el modelo darwinista de otros anteriores es la propuesta

de un mecanismo de cambio: la selección natural, basada en la variedad intraespecí -

fica, la excesiva descendencia y la supervivencia diferencial, basada en Malthus. En El

origen de las especies Darwin acepta como posibles otros mecanismos propuestos por

Lamarck, como el uso y desuso o la herencia de los caracteres adquiridos. El descono -

cimiento de los mecanismos de la herencia (el trabajo de Mendel fue publicado en

1866 e ignorado por la comunidad científica hasta 1900) impidió a Darwin completar

algunos aspectos del modelo, que fue reformulado a partir de 1937 cuando Dobz -

hansky mostró la compatibilidad entre los hallazgos de la genética y el evolucionismo.

Esta reformulación, debida entre otros al propio Dobzhansky, y a Mayr y Simpson re -

cibió el nombre de teoría sintética o neodarwinismo. Desde entonces la evolución

por selección natural es la teoría aceptada por la comunidad de ciencias de la vida,

aunque persisten los debates sobre mecanismos concretos.

La teoría de la evolución no es un descubrimiento parcial o una hipótesis espe -

cíf ica, sino que supone una mirada diferente sobre los seres vivos, un cambio de pa-

radigma, en el sentido de Kuhn, que transformó radicalmente las preguntas y los

programas de investigación en biología. Como dice Sober (1996) pueden formularse

preguntas evolucionistas acerca de cualquier fenómeno biológico. La evolución hace

que tengamos que situar los seres y fenómenos biológicos en un proceso histórico.

Como se trata más adelante, ello hace que los métodos históricos tengan una rele -

vancia especial en biología. Es evidente la imposibilidad de realizar experimentos

sobre problemas referidos al pasado. En cuanto a la enseñanza, la propia compleji -

dad de los procesos evolutivos y del modelo de selección natural tiene relación con

las dificultades de aprendizaje de la evolución.

I 126

¿Cómo se transmiten los caracteres de una generación a otra?

Herencia continua o discontinua. ¿Cómo se desarrolla un individuo?

Epigénesis o preformismo

Abordaremos los demás problemas de forma más breve, comenzando por la

transmisión de caracteres de progenitores a descendencia. Hast a mediados del siglo

xix algunas explicaciones propuestas eran la predominancia de un sexo (para Leeu -

wenhoek, en el siglo xvm, los caracteres paternos predominan sobre los maternos); la

mezcla o fusión entre caracteres paternos y maternos que proponía Bu ffon y el ata-

vismo o reversión al tipo, que pretendía explicar la aparición en los descendientes de

un carácter que no poseían sus padres, sino antepasados anteriores (lo que en época

de Mendel se explicaba por la estabilidad de las especies que pugnaría contra su al-

teración por el cultivo y la hibridación). La capacidad explicativa de estas hipótesis se

discute en otro trabajo (Jiménez, 1996b).

Mendel, como otros hibridadores de mediados del siglo xix, pretendía expli -

car la variabilidad en la descendencia de los híbridos -es decir, en la F2- y, debido

a su formación matemática, formuló la pregunta en términos de las relaciones

numéricas entre las diferentes formas (fenotipos) resultantes del cruce de híbridos.

Como se menciona en el capítulo «Comunica ción y lenguaje en clase de ciencias»,

realizó un novedoso tratamiento estadístico de los resultados, explicándolos por

un modelo particulado (o discontinuo), es decir suponiendo que los «factores»

(que hoy se identifican con los genes) responsables de los caracteres no se mez-

clan en los descendientes y que se transmiten de forma independiente; de las

combinaciones entre los «factores» resultan las diferentes formas (fenotipos) po -

sibles en la descendencia. Este genial trabajo pasó desapercibido desde 18 66

hasta 1900, por varias razones (Jiménez y Fernández, 1987), entre las cuales se

encuentra la falta de formación matemática de sus contemporáneos, que les im -

pidió comprenderlo plenamente.

Otra cuestión difíci l de resolver, relacionada con el problema d e la herencia, era

la del desarrollo. En un principio ambas se planteaban conjuntamente, en términos

de quién es responsable del nacimiento de las crías. Las dos grandes tendencias fue -

ron por un lado la epigénesis, o colaboración de los dos sexos cada uno con su si -

miente, propuesta ya en la antigüedad por Demócrito e Hipócrates, aunque en la

mayoría de los casos se atribuía una importancia mayor a la aportación masculina

(Giordan, 1988); y por otro el preformismo, para el que un solo progenitor era res -

ponsable del principio esencial, y que contó con dos variantes: los ovistas para quie-

nes la cría está preformada en el óvulo, y el macho sólo participa como estimulante,

y los animaleulistas, para quienes la cría está en el espermatozoide («animálculo»), y

el papel de la hembra sería alojarlo o proporcionarle alimento -que estaría en el

óvulo-. La consecuencia lógica de estas teorías era que en la primera mujer (u hom -

bre) estarían presentes en miniatura todas las generaciones, unas dentro de otras

como muñecas rusas. Los preformistas llegaron a dibujar un homúnculo acurrucado

dentro de un espermatozoide que aseguraban haber «observado» al microscopio (fi -

gura 1 en la página siguiente). Aunque hoy en día estas teo rías pueden parecer des-

cabelladas, los preformistas alegaban que era imposible que los complejos tejidos y

órganos de los organismos se formasen a partir de principios elementales.

Figura 1. Homúnculo La teoría celular, es decir, la noción según la cual

todos los organismos están formados por células, pro -

puesta por Schwann en 1839, proporcionó un nuevo

marco en el que concebir como células tanto al esperma -

tozoide como al óvulo. En 1876 Hertwig mostró que la

fecundación implicaba la fusión de ambos núcleos en

uno nuevo que a partir de ese momento se dividía para

originar la cría. Los complejos mecanismos por los que

células con idéntica dotación genética dan lugar a teji -

dos y órganos muy diferentes tuvieron que esperar a l

último tercio del siglo xx para ser desentrañados.

¿Qué relaciones tienen los seres vivos

entre sí y con su ambiente?

La ecología es una ciencia de síntesis que procede

de varias raíces independientes, entre ellas la descrip -

ción del paisaje, la biogeografía o la demografía. Para

Giordan (1988) puede considerarse precursor a Linneo,

con su concepción providencialista de la armonía de la

naturaleza debida al designio divino, expresada en 1735

en su Systema Naturae. Un trabajo pionero es la Geo-

grafía de plantas de Humboldt, de 1805, que atribuye la

distribución de los vegetales a la temperatura, la altitud

y los factores físicos, mientras que otro gran impulso

procede de Darwin, quien refutó el providencialismo,

explicando la «armonía natural» en términos de compe-

tencia, predación o fecundidad, y estudió aspectos como

la dependencia entre plantas e insectos o el papel de las

lombrices en la formación del suelo. Una polémica que

ha dividido a los ecólogos es la que enfrenta a los que

ven a la comunidad vegetal como una unidad y los que rechazan la existencia de

estas comunidades así como de los ecosistemas, concibiendo la cubierta vegetal

como un continuum que cambia gradualmente. En todo caso la ecología es un campo

en expansión, que ha de ser tenido en cuenta en la resolución de los graves proble -

mas originados por el impacto humano sobre el ambiente.

Métodos de investigación en biología:

probabilismo, narración histórica

Aunque durante el siglo xx algunos autores han discutido el carácter científico

de la biología, al no prestarse a una formulación mediante ecuaciones, tomaremos

como punto de partida la noción de que la biología es una ciencia, un cuerpo or -

ganizado de conocimiento que pretende explicar el mundo de los seres vivos, y tra -

I 128

taremos brevemente, siguiendo a Mayr (1998), algunos de los aspectos metodológicos

que le son específicos: la narración histórica, el pluralismo causal, el probabilismo y

el papel de los conceptos.

Narración histórica y fenómenos únicos

Los seres vivos cambian continuamente, tanto a nivel individual como a lo largo

de generaciones. Muchas de las preguntas que se hace la bio logía se refieren -como !

ocurre en geología- a fenómenos únicos e irrepetibles, por ejemplo: ¿por qué se ex - j

tinguieron los dinosaurios? o ¿cómo se originaron los ojos de los cefalópodos?, cuyas

respuestas no pueden formularse como leyes universales. El método apropiado en

estos casos es el histórico y, aunque no sea posible «probar» que una explicación his -

tórica es «cierta», la aceptación de una de ellas (por ejemplo, el impacto de un aste -

roide en la extinción de los dinosaurios) se produce cuando l as pruebas disponibles!

la apoyan.

Pluralismo causal

Los seres vivos, las poblaciones, son sistemas muy complejos, y en las interac -

ciones que tienen lugar en ellos no siempre es fácil identificar una única causa. ¿Por

qué es muy alta determinada persona? Sin duda el genotipo, la combinación de

genes, es parte de la explicación, pero también hay que tener en cuenta la alimenta -

ción, que, si es insuficiente, impide que se llegue a alcanzar esa estatura. Cuando se

trata de interacciones entre dos o más indi viduos, que tienen varias opciones de ac-

tuación, resulta imposible predecir la cadena causal, aunque sí puede reconstruirse

a posteriori. Lewontin (2000) apunta la distinción entre causas y agentes, indican-

do que los organismos cambian, pero también modifican el ambiente; relaciones

genes/ambiente/organismo que denomina la ¡triple hélice. También hay que tener en

cuenta que los procesos o fenómenos biológicos tienen, como indica Mayr, dos tipos

de causas: funcionales y evolutivas. Por ejemplo, podemos explicar el dimorfismo

sexual, funcionalmente, como consecuencia de los cromosomas sexuales, de las hor -

monas, o evolutivamente.

Azar y probabilidad

En muchos casos las predicciones en biología sólo pueden expresarse como

probabilidades. Por ejemplo, en genética, en la descendencia de un cruce de híbridos

para un par de alelos dominante/recesivo, habrá una probabilidad del 75% para el fe -

notipo dominante y del 25% para el recesivo. Naturalmente esto significa que las

frecuencias reales sólo se aproximarán a las esperadas en muestras grandes, mien -

tras que en muestras pequeñas la distribución no tiene por qué cumplirse (aunque

resulte frustrante para los padres que un tercer hijo sea del mismo sexo que los dos

anteriores). Siendo la genética esencialmente probabilística, resulta difícil entender

por qué los textos escolares presentan los resultados de los cruces de forma deter -

minista. El probabilismo tiene relación con la multicausalidad a la que se hace refe -

rencia más arriba: de las distintas causas responsables de un fenómeno, algunas

pueden depender del azar, así por ejemplo las mutaciones aleatorias, que tan impor -

tante papel juegan en la evolución.

129 |

El papel de los conceptos

Los conceptos juegan, como indica Mayr (1998), un papel fundamental en la

formación de las teorías biológicas, mientras que en las ciencias físicas quizás este

papel corresponda a las leyes. En cada campo de la biología hay una serie de con -

ceptos específicos, por ejemplo población, especie, selección, adaptación, célula,

codón, mutación, antlgeno, clonación, y el desarrollo de algunos de ellos ha resultado

crucial en la construcción de las respectivas teorías.

En resumen, la biología comparte con otras ciencias el hecho de plantear pregun -

tas sobre el mundo natural y tratar de elegir la respuesta más adecuada entre varias

posibles, teniendo en cuenta los datos disponibles. Pero esta elección y búsqueda de

datos cuenta con aspectos metodológicos particulares que hay que tener en cuenta.

El aprendizaje de la biología:

desafíos en el aula de secundaria

Los problemas de aprendizaje de la biología no han generado una literatura tan

extensa como en física. En mi opinión, algunas razones de este hecho son que, al menos

a primera vista, los resultados del aprendizaje de la biología son aceptables en parte de

los temas y que sigue despertando el interés del alumnado a lo largo de la escolariza -

ción. En cuanto al aprendizaje de conceptos de biología, hay muchos, por ejemplo ser

vivo, anímalo célula, que no requieren el cambio conceptual profundo que Hewson de -

nomina intercambio y otros autores reestructuración, sino más bien una diferenciación,

extensión o ampliación de las ideas previas, lo que Hewson llama captura conceptual.

Esta distinción entre ambos tipos de cambio conceptual se discute en otro trabajo (Ji -

ménez, 1991). Esto no significa una ausencia de problemas, que existen por ejemplo en

el aprendizaje de la genética, la evolución o la fotosíntesis, tanto en cuanto a la com -

prensión y uso de conceptos y modelos como en cuanto al desarrollo de destrezas o de

actitudes. A continuación se presenta un análisis didáctico de algunos temas, en primer

lugar para secundaria obligatoria y a continuación para bachillerato aunque, por su -

puesto, algunos se tratan en ambos niveles educativos. En el cuadro 2 se resumen al -

gunos ejemplos de dificultades en una selección de temas relevantes en el currículo de

secundaria obligatoria, teniendo en cuenta que se pretende la mayor especificidad po -

sible, por lo que no se incluyen dificultades sobre procedimientos y actitudes comunes

a las ciencias experimentales, como cuidado del material de laboratorio, o rigor en el re -

gistro de datos, o generales para la biología, como respeto por los seres vivos.

Al ser imposible tratar todos los temas con detalle, se discuten a continuación

dos ejemplos: los seres vivos y la ecología, en cada uno de los cuales se analizan los

problemas en cuanto a conceptos, procedimientos y actitudes así como algunas su -

gerencias para abordarlos en el aula. La nutrición es objeto de un exhaustivo análi -

sis por Banet (2001). En cuanto a la fotosíntesis una propuesta original es la de Barker

y Carr (1989) en la unidad ¿De dónde viene la madera? En la actualidad hay dispo-

nibles numerosas guías que ayudan a la identificación de plantas o animales en una

localidad, o incluso en un parque.

I 130

Cuadro 2. Algunos ejemplos de dificultades de biología en secundaria obligatoria

TEMA DIFICULTADES DE APRENDIZAJE

Los seres vivos . Conceptos: confusión entre atributos de vivo y de animal; presencia no

universal de células; «vivo» restringido a «animal»; creencia en generación

espontánea (microorganismos).

. Procedimientos: clasificación siguiendo criterios de semejanza morfológica;

dificultades en la identificación con claves.

. Actitudes: insuficiente respaldo conceptual al mantenimiento de diversi-

dad; sesgo hacia problemas más publicitados (pieles); identificación de

microorganismo con «perjudicial».

Plantas

y fotosíntesis

. Conceptos: atribución de presencia de flores y frutos sólo a plantas que los

tienen conspicuos; confusión fruto/fruta; las plantas se «alimentan» del

agua, la tierra.

. Procedimientos: dificultades en la identificación de plantas del entorno.

. Actitudes: falta de interés por la conservación de plantas; no inclusión de

conocimientos sobre árboles en la «cultura general».

Animales . Conceptos: «animal» restringido a vertebrados/mamíferos; antropomorfismo.

. Procedimientos: dificultades en la identificación de animales comunes del

entorno.

. Actitudes: desinterés por la conservación de insectos.

Ecología . Conceptos: ecosistema restringido a seres vivos; percepción lineal de las

relaciones (cadenas, no redes); concepción estática.

. Procedimientos: dificultades en la interpretación de redes alimentarias; en

la escala de tiempo, en atribución causal.

. Actitudes: «problema ambiental» restringido a contaminación, escasa

atención a recursos, sobre todo abióticos; dificultades para aceptar la pro -

pia responsabilidad personal.

El ser humano

y la salud

. Conceptos: confusión entre nutrición y alimentación; papel de la nutrición

restringido a aporte de energía, ignorando nutrientes plásticos; confu-

sión excreción/defecar; creencias inadecuadas sobre dieta equilibrada;

insuficiente conocimiento sobre reproducción, embarazo, ETS; estereotipos

sobre contagio.

. Procedimientos: dificultades para la interpretación del etiquetado de ali-

mentos.

. Actitudes: falta de disposición a seguir una dieta equilibrada de forma

continuada; estereotipos sobre sexualidad y roles de género.

Los seres vivos

En cuanto al aprendizaje del concepto de ser vivo, las dificultades para explicar

las diferencias entre vivo e inanimado discutidas en el primer apartado pueden ilus-

trar algunos problemas que este concepto presenta para los adolescentes, como la

aplicación del mismo a objetos inanimados (Osborne y Freyberg, 1991). Algunas de

estas dificultades pueden deberse a la coexistencia de dos significados : vivo opuesto

a inanimado (en el contexto de ciencias), y vivo opuesto a muerto (en el contexto co-

tidiano). A partir de los 12 años esta confusión debería estar superada para la mayoría

del alumnado por un proceso de ampliación (captura conceptual); sin embargo con-

tinúan otros problemas, por ejemplo en cuanto a:

1. La identificación de los atributos de los seres vivos, es decir, los rasgos que

permiten diferenciar a los seres vivos de los inertes, por ejemplo los del

cuadro 1 de la pagina 124.

2. Establecer una identificación de «ser vivo» con «animal», negando atributos

de los seres vivos a plantas o a microorganismos.

Una actividad que tiene por objetivo movilizar las ideas del alumnado sobre

estas cuestiones es la siguiente (ACES, 1997, unidad ¡Viva la diferencia!):

¿Son seres vivos las habichuelas?

. Material: un puñado de habichuelas

. La pregunta que se plantea es: ¿son seres vivos?

Para responderla debéis argumentar vuestra opinión y anotar las razones que dais. Si no llegáis a

acuerdos en el equipo, anotad los argumentos a favor y en contra de las diferentes posturas.

Diseñad una experiencia o comprobación que permita saber si estáis en lo cierto (o quién del equi -

po tiene razón).

Díaz de Bustamante (1992) muestra que el grado de utilización de criterios o

atributos aceptables (nacen, se reproducen... o comen, respiran) es alto desde los 12

años, aunque hasta los 15 más del 60% utiliza al mismo tiempo criterios alternati -

vos. Pero sólo una pequeña proporción, entre el 18% (universidad) y el 1% ( 12 años)

mencionan que están formados por células. Entre los atributos alternativos citan

funciones y actividades animales (ver, oír...) o humanas (pensar, recordar...); cuando

dicen «se mueven» es difícil saber si se refieren al desplazamiento o a movimie ntos

como los tropismos. En otras palabras, decir que identifican «ser vivo» con «animal»,

no significa que ante la pregunta directa: ¿son seres vivos las plantas? respondan

negativamente, sino que no tienen en cuenta a las plantas. Caballer y Giménez (199 2)

muestran que el 86% del alumnado de 13 años responde que los animales sí están

formados por células, mientras que sólo el 59% afirma lo mismo respecto a los ve -

getales. Hay que insistir, pues, en la necesidad de incluir en la instrucción ejemplos y

experiencias sobre plantas.

La actividad pretende movilizar sus ideas sobre los seres vivos, provocar que las

apliquen; por ello se utiliza una cuestión problemática. Si el organismo fuese clara -

mente «vivo» o «no vivo» para todos, no habría discusión en el grupo. Otro objetivo

I 132

es que, al discutir las razones por las que consideran (o no) que las habichuelas son

seres vivos, elaboren un listado de rasgos que, según ellos, los caracterizan.

En cuanto al desarrollo de destrezas de clasificación y determinación, conviene

mencionar la confusión entre ambas. Clasificar significa agrupar a los organismos en

categorías taxonómicas (como hicieron Linneo o Lamarck, entre otros). Lo que suele

hacerse en las clases de ciencias es determin ar, es decir identificar a qué categorías

pertenece un organismo (sea árbol, insecto, etc.) clasif icado con anterioridad.

Ambas destrezas, clasificar y determinar, son objetivos de las ciencias, pero conviene

aclarar cuando trabajamos una u otra. Las destr ezas de determinación y el trabajo

con claves suelen figurar como objetivo en el currículo de ciencias y, aunque en la

reforma de la ESO de 2000 no se incluyen referencias explícitas a los procedimien -

tos, puede deducirse que los contenidos sobre clasificación y taxonomía (por ejemplo,

en primer curso y en la biología y geología de 1.° de bachillerato) implican el desa -

rrollo de las destrezas correspondientes. Sin embargo, parece que no siempre se

trabajan en el aula. Sahuquillo, Jiménez y Díaz (1993) han encontrado que en 2.° y

3.° de la licenciatura en biología sólo un 22% y un 8% de los estudiantes dicen haber

empleado claves en el bachillerato, dato confirmado por el bajo grado de acierto

en tareas con ellas.

El desarrollo de destrezas pasa por ejercit arse en el uso de las mismas; en este

caso por realizar actividades de clasificación, y por determinar organismos hacien -

do uso de claves sencillas. Un ejemplo de lo primero, tomado de la unidad ¡Viva la di-

ferencia I (ACES, 1997) es la siguiente:

Clasificando conchas

. Material: conchas de bivalvos de diferentes tipos (una bandeja con 20 o 30 ejemplares para

cada equipo).

1. Cada equipo debe clasificarles decir, hacer grupos) las conchas que tiene utilizando los crite-

rios que establezca, por ejemplo: forma, simetría, color, tamaño, textura etc. Hay que tener en

cuenta que deben ser criterios observables en los ejemplares (así, no es válido si es o no co-

mestible). Debe establecer al menos tres niveles de clasificación y asignarle un código a cada

grupo y subgrupo; por ejemplo si el primer criterio es la textura y el segundo el color, los gru -

pos podrían ser: A lisas y 6 estriadas o rugosas; A1 lisas blancas, A2 lisas estriadas, etc.

2. Distribuid los grupos en la mesa y escribid sólo los códigos (Al, B2, etc.) en una etiqueta junto

a cada uno. Escribid en un papel los criterios y lo que significa cada código y entregadlo al

profesor o profesora.

3. Los equipos se cambian de mesa, rotando, y cada equipo debe intentar averiguar los criterios

que ha utilizado el anterior en su clasificación. Al final lo comparan con lo escrito en el papel

y, si es necesario, piden aclaraciones.

En esta actividad hemos escogido a propósito un material más homogéneo que

en otras, en las que se usan organismos de distintos grupo s, para que los alumnos

tengan que proponer sus propios criterios de agrupamiento o clasif icación. En lugares

del interior puede realizarse con hojas, setas, gramíneas, etc. Para la identificación

es conveniente utilizar claves sencil las de plantas o anima les del entorno.

133 |

Es lógico que los alumnos, al identificar organismos, presten atención a aspec -

tos morfológicos: el primer criterio utilizado en la clasificación fue la semejanza ex -

terna. Aristóteles incluía en el mismo grupo a insectos y lombrices por tener cuerpo

segmentado, y usaba otro criterio de tipo jerárquico: la «escala natural», con un

orden creciente de «perfección». En su Historia efe los animales los clasif ica en dos

grupos: con sangre y sin sangre, con subdivisiones que persisten apenas modificadas

hasta Ray en el siglo xvn como se ve en el cuadro 3.

La clasificación de Aristóteles tiene aspectos más modernos que la de Ray, al incluir

en los cuadrúpedos vivíparos a cetáceos, focas y murciélagos. En el s iglo xvt se realizaron

clasificaciones de influencia platónica, que incluían en los peces toda clase de animales

acuáticos: crustáceos, moluscos, ranas, cetáceos, castores (por lo que la Iglesia autorizó a

comerlo durante la Cuaresma); entre los reptiles a los caracoles; entre las aves a moscas,

abejas y murciélagos. Parecen deber menos a la observación que la de Aristóteles.

La nomenclatura binomial y la clasificación taxonómica que utilizamos fueron

creadas por Linneo en 1758, aunque la clasificación ha s ufrido modificaciones y hoy se

emplean frecuentemente cinco reinos (Margulis y Schwartz, 1985).

Algunos ejemplos de actitudes específicas relacionadas con este tema pueden

ser la conciencia de la importancia de la conservación de las especies y la apreciac ión

de las ventajas y los inconvenientes que comporta el uso de animales por la especie hu -

mana. Parece importante plantear estas cuestiones huyendo de posiciones simplistas,

discutiendo en clase los aspectos positivos y negativos que presentan, y proporc ionan-

do una información adecuada. Un ejemplo de actividades pueden ser las siguientes:

Proponed tres argumentos para justificar por qué es necesario el mantenimiento de la diversi -

dad de los seres vivos.

Discutid las ventajas e inconvenientes de las medidas para favorecer el mantenimiento de la

biodiversidad.

La clase se divide en dos mitades. Una mitad representa a una asociación opuesta a la expe -

rimentación con animales y la otra a una asociación de enfermos que está a favor. Cada

grupo debe buscar (con ayuda de documentación) argumentos para defender su postura.

Cuadro 3. Clasificación de Ray (de Jahn y otros, 1990)

CON SANGRE . Cuadrúpedos.

. Aves.

. Reptiles (incluyen anfibios).

. Cetáceos (Aristóteles en cuadrúpedos).

. Peces.

SIN SANGRE . Moluscos (cefalópodos).

. Crustáceos.

. Bivalvos.

. Insectos (incluyen gusanos).

I 134

La conservación de las especies no parece ser uno de los problemas que más preo -

cupa a los adolescentes. En el estudio de Stanisstreet y otros (1993) mientras que el

75% son contrarios a la cría intensiva de animales para comida o uso de la piel, menos

del 50% piensan que todos los animales deben ser conservados, quizás porque es una

cuestión más abstracta. Sin embargo, como indica Delibes (2001) el uso de piel de co-

codrilo puede permitir el mantenimiento de marismas en Louisiana o de selvas en In -

donesia, mientras que su prohibición podría llevar a la sustitución de esos ecosistemas

naturales por cultivos. En un estudio de Millett y Lock (1992) sobre el uso de anima-

les se ponen de manifiesto algunas confusiones: más de la mitad no cree (o no está

seguro) que la experimentación con animales haya mejorado la vida de las personas.

Ecología y medio ambiente

A pesar de que la ecología recibe gran atención de los medios, muchos de sus

conceptos son utilizados de forma distorsionada y es frecuente encontrar en el alum -

nado, junto con una gran motivación hacia este tema, un cierto número de dificul -

tades. En primer lugar hay que tener en cuenta la complejidad de los conceptos

ecológicos; por ejemplo, comprender las redes alimentarias de un ecosistema impli -

ca: identificar los niveles alimentarios, las conexiones entre ellos, el reconocimiento

de que estas conexiones no son lineares (cadenas) s ino ramificadas (redes), y la com-

prensión de que las relaciones no se establecen entre individuos, sino entre pobla -

ciones. Diversos trabajos se han ocupado de estos problemas, como Fernández

Manzanal y Casal (1995).

Una actividad de exploración de ideas puede ser la siguiente:

¿Qué compone un ecosistema?

Tomad como ejemplo un ecosistema que conozcáis bien, por ejemplo un bosque, la zona inter -

mareal en una playa, una charca...

1. Haced una lista de componentes de ese ecosistema (al menos 10).

2. ¿Qué relaciones tienen estos componentes entre ellos? (por ejemplo quién se alimenta de

quién). Tratad de representarlo en un esquema.

Algunas dificultades que se ponen de manifiesto son, en cuanto a la primera pre -

gunta, que en muchas listas no aparecen componentes abióticos. Les cuesta tener en

cuenta que en la playa hay agua, arena, rocas, luz del sol o aire como parte del ecosis -

tema. En cuanto a la segunda, no tienen muy en cuenta las interacciones entre com -

ponentes abióticos y seres vivos, sino sólo en tre éstos; representan las relaciones como

cadenas y raramente como redes y tienden a ignorar a los descomponedores y su papel.

En cuanto a las destrezas vinculadas a estos conceptos, Fernández y Casal

(1995), analizan la interpretación de las redes alimen tarias. Determinar el efecto de

un cambio en la población predadora sobre la población presa resulta relativamente

sencillo (a la inversa menos), pero no ocurre lo mismo si la segunda población no está

en la misma cadena, en casos en que el efecto puede tr ansmitirse por más de una

ruta. Para poner de manifiesto la complejidad de las redes, proponemos la siguiente

actividad, a partir de la figura 2 de la página siguiente.

135 |

Figura 2. Red alimentaria en Doñana

Lince

Zorro

Meloncillo

Conejo

(Fuente: Delibes, 2001)

La figura representa parte de una red alimentaria en el parque de Doñana, en la que las flechas

indican quién come a quién, linces a zorros, meloncillos y conejos; zorros y meloncillos a conejos.

Teniendo en cuenta esto, ¿qué crees que les ocurrirá a las poblaciones de conejos en las áreas

donde no hay linces? ¿Aumentarán o disminuirán? Razónalo.

Puede que parte de los biólogos que no sean especialistas en el tema dijesen,

igual que los alumnos, que los conejos aumentarán. Sin embargo, como ha mostra -

do Palomares (citado en Delibes, 2001), el efecto de la disminución de los linces es

justamente el contrario, ya que su presencia reduce el número de los otros predado -

res, lo que se conoce como cascada trófica. Hay que tener en cuenta, no sólo el efec -

to directo (lince/conejo) sino otros transmitidos a través de la red.

El aprendizaje de la ecología, además de la resolución de problemas abiertos,

debe incluir salidas al campo y pequeños estudios (por ejemplo de un muro, un solar,

liqúenes) como indicadores del grado de contaminación en distintos puntos de una

ciudad o propuestas como las del proyecto CAMBIO (Fernández Rojero, 1993).

En la ecología se ponen de manifiesto aspectos metodológicos característicos

de la biología, como el pluralismo causal. La siguiente actividad puede ayudar a que

el alumnado comprenda que en muchos casos un efecto se debe a la interacción de

distintos factores.

¿Por qué desaparecen las ranas?

Desde 1989 los herpetólogos advierten de una disminución alarmante de las poblaciones de

anfibios (ranas, sapos, salamandras, tritones) en distintos lugares de Centroamérica, Australia,

o Europa.

Algunas causas propuestas fueron:

. La contaminación del agua por pesticidas o abonos (nitratos, nitritos).

. La acidificación, apoyada en que pequeños cambios de pH pueden impedir la reproducción de

algunas especies, o el desarrollo de los renacuajos.

. La disminución de la capa de ozono y el consiguiente aumento de la radiación ultravioleta,

apoyada en que esta radiación es dañina para los renacuajos.

. El cambio climático que conduce a elevación de las nubes y reducción de la humedad.

I 136

Algunos de estos factores son tolerados por separado, pero no combinados.

En 1998 un equipo dirigido por Rick Speare mostró que las muertes en Australia se debían a

una infección por el hongo qultridium (Bachachotrydium dendrobatidis), que desde entonces

se ha identificado como responsable del declive en distintos países. En España, Bosch y colabo-

radores han mostrado la relación entre el quitridium y la práctica desaparición del sapo parte -

ro en Peñalara. La cuestión es la siguiente: ¿afecta el quitridium a los anfibios en condiciones

naturales? ¿o bien sólo son vulnerables cuando hay una alteración del medio? Según Speare pa-

rece probable lo segundo.

. ¿Puede decirse que este declive se debe a la acción humana? Razona tu respuesta. ¿Qué me-

didas habría que tomar para recuperar estas poblaciones?

Se trata de un problema complejo ante el que acciones encaminadas hacia un

solo factor pueden ser poco efectivas. Otro problema en el que se muestra la dificul -

tad de la atribución causal única es la disminución en Australia del pequeño marsu -

pial ualabí o rata-canguro (Calver y otros, 1998), atribuida en principio a la predación

por los zorros introducidos por los europeos. Aunque puede ser uno de los factores

hay que tener en cuenta otros como la degradación del hábitat, las consecuencias del

pastoreo y la ganadería intensiva o la competen cia por el alimento por parte de her -

bívoros introducidos (ratones, conejos).

Otras cuestiones tienen que ver con la dificultad de razonar en términos de

poblaciones (Berzal y Barberá, 1993), lo que también interfiere en el aprendizaje de la

evolución. La interpretación que se da a las relaciones entre los organismos está

cargada de finalismo.

Por ejemplo a la pregunta: «En la Tierra hay muchos tipos distintos de anima -

les y vegetales, muchas especies. ¿Cómo explicas esta diversidad?», parte del alumna -

do responde «porque unos se necesitan a otros», «para nuestro bien y el de la

naturaleza», «para mantener el equilibrio ecológico» (Jiménez, 1990). Llamamos

«ecologicistas» a respuestas como éstas en las que un objetivo de finalidad se erige

en factor causal, l levando ideas de la ecología (o del ecologismo) más allá de su

campo de validez.

Esto nos lleva a la cuestión de las actitudes y valores, que en este tema cobra

especial relevancia, pues si la educación ambiental debe impregnar todas las áreas

transversalmente, parece inconcebible tratar de los ecosistemas sin hacer referencia

a su equilibrio y al impacto humano en ellos.

En nuestra opinión (Pereiro y Jiménez, 2001) para traducir los valores ambien -

tales en toma de decisiones y comportamientos coherentes deben fundamentarse en

conocimientos y no estar guiados por meras opiniones. Cristina Pereiro muestra en

su tesis doctoral cómo los estudiantes de bachillerato son capaces de evaluar un pro -

yecto (real) de saneamiento ambiental movilizando conc eptos de ecología.

Aunque una discusión detallada sobre la educación ambiental excede el propó -

sito de este capítulo, cabe señalar que la percepción de los problemas ambientales

por el alumnado (y probablemente por el público en general) es simplificadora y ses-

gada hacia los problemas de degradación (Jiménez, Federico y Lima, 2001), ignoran -

do o prestando mínima atención a recursos como el agua o el suelo. Otra cuestión

que merece atención es la dificultad para aceptar la prop ia responsabilidad en los

problemas del medio. A continuación se incluye una actividad utilizando datos de

Delibes (2001).

¿Gatos sí o gatos no?

En varias islas de Canarias (Tenerife, Hierro, Gomera) subsisten pequeñas poblaciones de lagartos

gigantes. Pero su existencia está amenazada por los gatos cimarrones, abundantes en todas ellas.

Algunas personas han propuesto eliminar a los gatos (especie introducida) de las islas, para ase -

gurar la supervivencia de la fauna autóctona.

Las sociedades protectoras de animales se han opuesto a esta propuesta en varios países (por

ejemplo, Australia) alegando los derechos animales.

Otras propuestas intermedias consistirían en registrar a los gatos y eliminar a los que no tuviesen

dueño, prohibirlos durante la noche o castrar a los machos. Todas ellas tendrían un coste elevado

(a pagar por los contribuyentes).

Por otra parte, como indica Delibes, la eliminación de los gatos puede llevar a un aumento ex-

plosivo de ratas y ratones (también introducidos), en la actualidad controlados por los felinos.

, Escribe dos (o más) razones a favor y otras tantas en contra de erradicar los gatos. ¿Se te ocu -

rre alguna propuesta alternativa para conservar los lagartos?

La biología en el bachillerato: la era de Dolly

Si la biología en la secundaria obligatoria presta más atención al nivel de los or -

ganismos, el que resulta más inmediato para el alumnado, los contenidos del bachi -

llerato se centran sin embargo en el nivel celular. La investigación educativa ha

detectado algunos problemas de aprendizaje sobre los temas tratados en este tramo

y algunos de ellos se resumen en el cuadro 4.

Estudios de diferentes países coinciden en señalar las mayores dificultades en

los temas de genética y evolución, muy relacionados entre sí. Las dificult ades de

aprendizaje de la genética, incluyendo la resolución de problemas, han sido estudia -

das por Ayuso y Banet (Ayuso, 2002; Ayuso, Banet y Abellán, 1996). Por razones de

espacio, abordaremos únicamente el aprendizaje de la selección natural y la biote c-

nología como ejemplo de cuestión biológica de fuerte impacto social.

El cambio biológico

La interpretación de los cambios que han experimentado las especies a lo largo

del tiempo como un proceso de selección natural constituye un modelo de gran

potencia que ha generado, como se discutía más arriba, transformaciones en las pro -

pias teorías e investigaciones en biología, así como en la forma de contemplar el

mundo y la posición de los seres humanos en él. Sin embargo, como han mostrado

diversos estudios, en castellano Jiménez (1990, 1991) o Manuel y Grau (1996), el

aprendizaje de la evolución tropieza con numerosos obstáculos.

Para discutir estas dificultades una actividad que resulta productiva en el aula

es el análisis de noticias de prensa, como las que se muestran en la página 140.

| 138

Cuadro 4. Algunos ejemplos de dificultades de biología en el bachillerato

DIFICULTADES DE APRENDIZAJE

La célula . Conceptos: célula tridimensional versus célula plana; membrana ce-

I lular como límite pasivo; períodos de «inactividad» entre mitosis;

confusión niveles de microscopía óptica y electrónica.

. Procedimientos: dificultades de interpretación de muestras con el

microscopio; atribución de rasgos macroscópicos.

Fisiología . Conceptos: falta de integración entre digestión, circulación y respira-

ción; vasos y órganos «impermeables»; fotosíntesis como intercambio

de gases; oposición anabolismo «bueno» con catabolismo «malo».

. Procedimientos: interpretación de diagramas e imágenes.

. Actitudes: hábitos alimentarios inadecuados; escasa capacidad de crí-

tica ante supuestas dietas milagrosas.

Genética . Conceptos: confusión gen/alelo; determinismo versus probabilismo;

atribución del origen del fenotipo sólo al genotipo; confusión células

somáticas/gametos; significado diploidía, cromosoma, meiosis.

. Procedimientos: resolución mecánica de problemas siguiendo un algo-

ritmo; dificultades con problemas abiertos.

. Actitudes: reconocimiento de las dimensiones sociales y éticas de la

manipulación genética.

Evolución . Conceptos: cambios individuales versus cambios de poblaciones;

adaptación «a medida» versus supervivencia de los más aptos; heren-

cia de caracteres adquiridos; atribución de homogeneidad genética a

las poblaciones.

. Procedimientos: aplicación del modelo de selección natural a situacio-

nes de cambio biológico.

. Actitudes: delimitar campo de creencias de modelos y teorías científicos.

Enfermedades

infecciosas,

inmunología

. Conceptos: confusión sobre el papel de los microorganismos; confu-

sión entre resistencia e inmunidad; falta de distinción funcional bac-

terias/virus.

. Procedimientos: dificultades en la interpretación de las instrucciones

en medicamentos.

. Actitudes: automedicación; uso inadecuado de antibióticos; prejuicios

sobre contagio.

Lee estas dos noticias sobre resistencias a los insecticidas y a los antibióticos.

1. Sobre el incremento de la resistencia a los insecticidas, una doctora, especialista en salud

pú-

blica, explica por qué desaconseja las colonias: «Dejas poca cantidad de insecticida en el

pelo,

de manera que el piojo, lejos de morir, aprende y se hace resistente». (El País, 11 -4-2000) 2. El microbio que provoca la tuberculosis contraataca cuando la mayoría de los países in-

dustrializados creían derrotada la enfermedad. El Mycobacterium tuberculosis, que fue

una plaga a principios de siglo, vuelve reforzado por el aprendizaje de décadas en con -

tacto con antibióticos. Este desembarco de cepas resistentes a un extenso arsenal de me-

dicinas preocupa a los investigadores. (El País, 5-10-1992)

. ¿Qué opinas de la explicación que se da en /? ¿Y en 2? ¿Serías capaz de explicar alguno de

estos dos problemas, o los dos, de otra forma?

A la mayoría del alumnado de bachillerato le resulta difíci l crit icarlas o dar una

explicación acorde con el modelo darwinista, porque las interpretaciones antropo -

mórficas y lamarckistas, como las que en ellas se expresan, son las más frecuentes.

Discutirlas puede ser útil además para poner de manifiesto que la selección natural

continúa actuando, que no es cosa del pasado y que puede tener grandes implicacio -

nes sociales. Para analizarlas, comparemos, en el cuadro 5, algunas de las ideas cen -

trales en el modelo darwinista con las del modelo lamarckista.

Cuadro 5. Ideas centrales de las interpretaciones darwinista y lamarckista

IDEAS

CENTRALES

MODELO DARWINISTA MODELO LAMARCKISTA

Variabilidad . Hay diferencias heredadas entre los

individuos de una misma especie,

no son idénticos.

. Todos los individuos de una especie

adquieren o pierden un rasgo a la

vez.

Excesiva . En la mayoría de las especies nacen

descendencia muchos más descendientes de los

que pueden sobrevivir.

. Los descendientes de los seres vivos

sobreviven todos o casi todos.

Supervivencia . Los individuos que presentan cierto

diferencial rasgo (mejor adaptados) aportan

más descendientes a la siguiente

generación (preadaptación).

. Todos los individuos están un poco

más adaptados en cada generación,

«acostumbrándose» al medio (posta-

daptación).

Cambios en la . Cambia la población, aumentando

población o disminuyendo la proporción de

individuos con uno u otro rasgo

(portadores de uno u otro alelo).

. Cambian los individuos adquiriendo

o perdiendo un rasgo dado.

| 140

Una explicación darwinista de la resistencia de piojos o bacterias haría referen -

cia al elevado número de descendientes de estos organismos y a la supervivencia di -

ferencial de portadores de un rasgo (antes de la exposición al insecticida o

antibiótico) lo que daría lugar a una nueva población formada por sus descendientes

en la que los no resistentes habrían muerto.

Sin embargo las dos noticias ofrecen interpretaciones de las denominadas la-

marckistas (aunque ello no haga justicia a Lamarck) que explican la supervivencia en

términos de herencia de caracteres adquiridos («aprende y se hace resistente»), ex -

presando una idea de la adaptación similar a la del alumnado cuando dice que es

«acostumbrarse» al insecticida. El cambio en la población se atribuye, no a cambios

de frecuencias entre resistentes y no resistentes, sino a cambios individuales en or -

ganismos que pasarían a ser resistentes en respuesta a la exposición al insecticida o

antibiótico («reforzado por e l aprendizaje de décadas en contacto con antibióticos»).

Cierto que esta exposición, sobre todo cuando se hace de forma inadecuada como

ocurre con los antibióticos (abuso, tomándolos para cualquier pequeña dolencia,

incluso vírica, dosis insuficientes, o período de medicación menor que el prescrito),

puede causar la muerte de los organismos sensibles y favorecer el aumento en las po -

blaciones de individuos resistentes que, aunque originariamente constituyesen una

pequeña proporción, son ahora los únicos qu e tienen oportunidad de reproducirse sin

competencia.

¿Por qué es tan difícil aplicar el modelo de selección natural a situaciones de

cambio biológico? Algunos obstáculos, como las mutaciones o la herencia de los ca -

racteres adquiridos tienen que ver con la genética, otros se resumen en el cuadro 5.

Muchas de estas ideas no se enuncian, sino que forman parte del razonamiento im -

plícito que respalda una determinada interpretación:

1. ¿Variabilidad o uniformidad?: se cree que los individuos se transforman

quizás por no comprender que algunos pueden poseer determinada carac -

terística (resistencia). Suele pensarse en la herencia como un mecanismo

que conserva las semejanzas y no las diferencias.

2. Excesiva descendencia: requisito para la supervivencia diferenc ial (si todos

sobreviven las proporciones no cambian). La experiencia (especie humana,

animales domésticos) puede llevar a creer que la supervivencia de todas las

crías es lo normal.

3. Supervivencia diferencial: idea clave para comprender la selección natura l,

pero es más intuitiva la creencia en cambios individuales y graduales, «cada

vez» «un poco más» (resistentes, oscuros, etc.)

4. Cambios en la población: probablemente resulte difícil conceptualizar pro -

cesos que, a escala de la vida humana, son impercepti bles.

¿Son todas las situaciones de cambio biológico igualmente difíciles de inter -

pretar? Puesto que la interpretación requiere integrar estas complejas ideas, no es

extraño que sea difícil aplicarlas a otros contextos. Las dificultades de transferencia

pueden tener que ver con aspectos como la percepción de vertebrados e invertebra -

dos. Así, el caso de los insectos es más difícil de interpretar que la cuestión de si unos

ratones nacerán sin cola tras cortársela durante varias generaciones. En la mayoría

de los ejemplos de los libros la población, después de cambiar, presenta un rasgo que

supone una ventaja: color más oscuro en un ambiente contaminado (polilla geóme -

tra) o patas más largas. En nuestra experiencia problemas que presentan el caso

opuesto, como el color amarillo de los pollitos criados en granja, resultan más difíci -

les para el alumnado.

¿Qué podemos hacer en clase ante estas dificultades?

Deben abordarse de forma explícita las interpretaciones lamarckistas. Más

que pedir al alumnado que resuelva un problema, para a continuación hacerles ver que

están «equivocados», se trata de poner de manifiesto que hay interpretaciones dis -

tintas, y que fueron aceptadas en otro tiempo. Sin embargo, muchos textos no atien -

den a estas cuestiones. Solicitar la interpretación de distintos ejemplos desde el

modelo darwinista y desde el lamarckista ayuda a que sean conscientes de qué pers -

pectiva usan, de su propio perfil conceptual (Mortimer, 2000), contribuir a que con -

trolen su aprendizaje. Es importante que los problemas a resolver y los casos a

interpretar estén situados en contextos variados: animales y plantas, vertebrados e in -

vertebrados, cuestiones anatómicas, cambios de tamaño, forma, color, y fisiológicas;

rasgos que constituyen una ventaja y otros que, en un ambiente dado, resultan indi -

ferentes. También es conveniente incluir actividades de simulación que faciliten la

aplicación del modelo y, como se ha indicado, la prensa y la actualidad científica pro -

porcionan nuevos casos que interpretar.

¿Por qué hemos perdido olfato?

La secuencia del genoma humano, hecha pública en 2001, ha deparado algunas sorpresas. Una de

ellas es que las diferencias en el número de genes entre el ser humano (alrededor de 30.000, muy

lejos de los 100.000 previstos) y organismos como la mosca o un gusano (20.000) no es tan gran-

de como se creía. Otra es una gran cantidad de ADN que no codifica proteínas, sino que, tras

copiarse una y otra vez y experimentar mutaciones, ha quedado inutilizado (el llamado «ADN

basura»). Un caso curioso es el olfato:

[Nuestros] antepasados usaban alrededor de 1.000 genes en relación con el olfato. Pero en los

últimos 10 millones de años, alrededor de 600 de esos genes de los receptores olfativos se han

perdido. El genoma humano indica que nuestro sentido del olfato ha disminuido. Normalmente

cuando un gen no se necesita es rápidamente destruido al copiar errores. (Mark Ridley, TLS, 19

octubre 2001)

. ¿Cómo explicas ese cambio en los genes del olfato?

Aunque la evolución no es fácil de aprender ni de enseñar, hay muchas posibilida -

des de trabajo en el aula para faci litar la transferencia en este tema que, por otra parte,

posee una gran ventaja: el interés y la fascinación que despierta en el alumnado.

La manipulación genética

La enseñanza de la biología se enfrenta en la actualidad a nuevos desafíos

en relación con investigaciones de gran impacto social, tanto en términos de

transformaciones (reales o potenciales) de las condiciones de vida humanas, como

I 142

en términos de percepción social. Esto ocurre con el proyecto Genoma, con las

aplicaciones de la biotecnología (incluyendo clonación e ingeniería genética) y

con otras líneas que estudian las enfermedades infecciosas emergentes (sida , en-

cefalopatía espongiforme bovina), así como con la conservación del ambiente.

Abordar estas cuestiones supone, además de aprendizajes conceptuales, aten -

der a las dimensiones de educación ambiental o educación para la salud; tener en

cuenta que la pobreza imposibili ta o dificulta un desarrollo armónico del ambien -

te; que no es posible enfrentarse al sida en África sin actuar sobre las condiciones

sociales. En este contexto se ponen de manifiesto conexiones inextricables entre

investigación científi ca e intereses empresariales, por ejemplo en las investigacio -

nes paralelas, pública y privada, sobre el genoma humano.

Son cuestiones complejas cuyo tratamiento detallado requeriría un espacio

muy superior al disponible, por lo que el objetivo de este ap artado es identificar al -

gunas de las controversias en torno a la manipulación genética y sus implicaciones

sociales y éticas, sugiriendo estrategias para abordarlas en el aula. Distinguimos estas

dos dimensiones, entendiendo por sociales repercusiones que afectan a las estructu-

ras (sean económicas, familiares o políticas) de la sociedad, y por éticas las que se si-

túan en un plano normativo.

¿Niños a la carta?

La determinación cromosómica del sexo, la relación entre el tipo de esperma -

tozoide y el sexo del bebé abre el camino hacia el sueño o la pesadilla, en palabras

de Amartya Sen, de poder elegir entre niños o niñas. Se trata de un ejemplo de lo

que los padres podrían solicitar y, cuando en 2001 se autorizó a las clínicas (priva -

das) de Estados Unidos a atender peticiones en este sentido, uno de los argumen -

tos a favor en los medios de comunicación españoles era que, igual que de forma

natural el azar se encarga de que nazcan niños y niñas en la misma proporción (en

la práctica el número de niños es ligeramente superior, 100 a 95 a escala mundial),

las preferencias de los padres, tomadas en conjunto, se equilibrarían. Sin embargo la

realidad muestra que, al menos en determinados contextos, no ocurre esto. Aún sin

selección en la concepción, las técn icas que permiten conocer el sexo del embrión

han llevado en la India a un elevado número de abortos selectivos de niñas duran -

te los pasados 20 años, lo que, en estimaciones de Sen (2001) ha causado, sólo en

India, un déficit de 37 millones de mujeres, con la caída de la relación niñas/niños

de 0 a 6 años de 94,5/100 en 1991 a 92,7/100 en 2001. Algunas repercusiones so -

ciales son secuestros y ventas de muchachas en las regiones de la India donde esta

desigualdad es más acusada.

Desde la perspectiva ética la selección de una característica sobre otra, sea sexo,

color de ojos o estatura, es una práctica de eugenesia, considerada por muchos au -

tores una forma de racismo. Incluso en enfermedades hereditarias debidas a alelos

recesivos, como la fibrosis quist ica, la selección mediante aborto selectivo conduce,

como indica Soutullo (1997), al aumento de la frecuencia del gen en la población, al

favorecer el nacimiento de individuos heterocigóticos (cabe señalar que los homoci -

gotos en la actualidad tienen una esperanza de vida de 30 años).

Proponemos la siguiente actividad:

143 |

El estudio de los cromosomas en seres humanos

Hasta 1956 (Tjio y Levan) se creía que el número de cromosomas de la especie humana era 48 (24

pares en vez de 23). Algunos de los trabajos anteriores más importantes sobre los cromosomas en

la especie humana son:

. Winiwarter, 1912: analizó muestras de testículos de 4 sujetos.

. Painter, 1923: realizó una revisión de 26 trabajos anteriores, entre ellos el de Winiwarter, de

los que las muestras eran en 8 casos de células somáticas (por ejemplo, córnea) o no especifi -

cadas y 18 de testículos. Él mismo analizó muestras de testículos de 3 hombres, dos de raza

negra y uno de raza blanca, internos de un manicomio que, por masturbarse o comportarse

violentamente, fueron castrados por prescripción médica.

. ¿Encontráis algún problema metodológico en estos trabajos? ¿Cuál?

. ¿Tendría esto alguna incidencia en las conclusiones? ¿De qué tipo?

. ¿Os parece que estos problemas tienen su origen en algún modelo teórico o creencia? ¿En

cuál?

Algunas cuestiones que suscita esta actividad son, por una parte, el sesgo an -

drocéntrico en las muestras -todas de varones-, lo que, en mi opinión, podría estar

relacionado con los problemas en la determinación del número, al aparecer en los va -

rones 24 cromosomas morfológicamente distintos. Por otra, las ideas eugenésicas

que conducirían a la castración de internos por los motivos apuntados, sin que Painter

cri tique esta cruel forma de obtener muestras.

Clonación: mito y realidad

La existencia de gemelos monovitelinos y observaciones, como la realizada por

Driesch en el siglo xix, de que la escisión temprana de un embrión de erizo de mar

originaba, no dos mitades, sino dos organismos completos, están en la base de la clo -

nación. Aunque la mayor parte de la investigación en este campo se dirige a los ani -

males de granja, e incluso puede decirse que muchos vegetales cultivados a gran

escala como el maíz son clones (obtenidos por selección clásica , no por ingeniería ge-

nética), en el imaginario colectivo la clonación suscita visiones de sociedades estra -

tificadas en castas de personas idénticas, como Un mundo feliz de Huxley o recientes

sagas de cine. Cuando en 1996 el instituto Roslin anunció la creación de Dolly, una

oveja clonada a partir de una adulta, la mayor polémica giró sobre la clonación de

seres humanos, pues era evidente que el camino quedaba abierto. Las cuestiones im -

plicadas en la clonación, además de los conocimientos genéticos es pecíf icos, van del

determinismo biológico al impacto que podría tener en los pequeños agricultores y

ganaderos la dependencia de organismos suministrados por una empresa, cuestión

que se discute más abajo al hablar de los transgénicos.

La clonación de seres humanos con el objetivo de producir adultos «idénticos»

(clonación reproductiva, que conlleva implantar el embrión en una mujer) parece

poco probable, mientras que la línea de investigación que se está siguiendo -en los

países en que no está prohibida - es la creación de embriones, que no se implantan,

con el objetivo de producir tejidos para trasplantes. Al hablar de clonar personas,

144

algunos entienden que se originarían individuos totalmente idénticos, lo que revela

una posición determinista. Dos personas pueden compartir el genotipo y, debido a la

interacción entre éste y el ambiente, presentar incluso diferencias físicas (peso, esta -

tura, etc.), y desde luego en aspectos como inteligencia o comportamiento, que de -

penden en gran medida de la educación. Si además son criadas en épocas distintas,

las diferencias serían aún mayores. Como dice Lewontin (2000) que ha dedicado va -

rios libros a refutar el determinismo, no todo lo que somos está en los genes. Desde

el punto de vista ético la clonación reproductiva de seres humanos es rechazable.

Organismos transgénicos y patentes de genes

Organismos transgénicos son en sentido estricto aquellos en los que se han in -

troducido genes ajenos, aunque a veces se incluye en este grupo cu alquiera que haya

sido manipulado genéticamente. Este segundo caso es el del tomate de reblandeci -

miento lento, que lleva un «gen antisentido» que codifica un ARN complementario del

ARN del enzima diana (responsable de que el tomate se ablande); ambos ARN hibridan

y la síntesis del enzima no tiene lugar. Este tomate no contiene ningún gen o proteína

de otra especie. El maíz resistente a los insectos lleva un gen de la bacteria del suelo

Bacillus thuringiensis (Bt) que codifica una proteína de acción insect icida, y la oveja

Tracy lleva un gen humano que le permite producir leche con alfa -antitripsina (AAT),

una proteína en la que son deficientes los enfermos de la variedad hereditaria de en -

fisema pulmonar (otros enfisemas se deben a fumar o a procesos de a sma).

¿Transgénicos sí o no?

La clase se divide por sorteo en tres grupos:

1. Partidarios de los transgénicos: asociación de enfermos, científicos de un centro de investiga -

ción genética, empresas de biotecnología, agricultores.

2. Opositores a los transgénicos: agricultores ecológicos, científicos de un departamento de

ecología, asociación ecologista, asociación de amigos de Latinoamérica.

3. Comisión de la Unión Europea que debe autorizarlos o no (número impar).

Los grupos 1 y 2 preparan intervenciones de cinco minutos contando con documentación (véanse

direcciones de Internet). Las opiniones deben justificarse. Después la comisión (3) tiene 10 minu -

tos para debatir su decisión, que debe ser justificada.

. Tarea individual: escribir un breve informe con las dos razones que te parecieron más convin-

centes a favor del uso de transgénicos y las dos más convincentes en contra. A continuación

expon tu propia opinión y las razones que te llevan a ella.

Algunas direcciones de Internet sobre biotecnología y transgénicos:

http://www.biotech-info.net/bt-transgenic.html (empresas)

http://milksci.unizar.es/transge.html (Universidad de Zaragoza)

http://ww2.grn.es/avalis (boletín informativo con artículos de críticos como Altieri)

Entre las razones a favor de utilizar organismos transgénicos se cuentan la po -

sibilidad de reducir el uso de pesticidas convencio nales en la agricultura, al producir

el insecticida la propia planta; o de usar herbicidas selectivamente (al ser la planta

145 I

http://www.biotech-info.net/bt-transgenic.html

http://milksci.unizar.es/transge.html

http://ww2.grn.es/avalis

resistente a ellos); lograr mayores rendimientos, organismos que se pudren o ablan -

dan más despacio o que resistan heladas o sequías; la obtención de productos, bien

alimentos como glucosa o fructosa (maíz), o medicinas (ATT, insulina).

Entre las razones a favor de un mayor control sobre ellos, hay argumentos

éticos, por ejemplo que el genoma de los organismos es patrimonio común y no

puede ser patentado por una empresa, especialmente en el caso de plantas nativas

de países menos desarrollados que son patentadas por otros (la llamada «biopiratería»).

Desde el punto de vista social que incrementa la dependencia de los agricultores res -

pecto a las grandes empresas, al obligarles a comprar cada año semillas (los procesos

terminator impiden que la planta las produzca), o al tener que usar conjuntamente

cultivo y herbicida; la producción de fructosa a partir del maíz ya ha causado la caída

de los precios del azúcar y la pérdida de puestos de trabajo (igual que ocurrió antes

con la vainilla), lo cual aumenta la crisis de la agricultura en los países menos desa -

rrollados. En cuanto a los argumentos ecológicos, el riesgo de transferencia de genes

de cultivos resistentes a herbicidas hacia variedades silvestres, lo que podría originar

malezas difíci les de eliminar; la selección de variedades de insectos resistentes (como

ocurrió con los insecticidas); el riesgo de acumulación de estos herbicidas en las ca -

denas alimentarias y su efecto sobre animales o humanos; la toxicidad de las plantas

resistentes para otras especies que no son plagas (como el maíz transgénico para la

mariposa monarca). Los críticos piden más control, sobre todo teniendo en cuenta

la dificultad de separar cuestiones científicas de intereses económicos.

Otras actividades didácticas sobre biotecnología y cómo evaluarlas han sido

tratadas por Simonneaux (2000).

En resumen, el contexto actual de relaciones entre ciencia, tecnología y socie -

dad nos plantea nuevos problemas sobre qué biología enseñar y cómo enseñarla,

sobre cómo interesar a los adolescentes en la biología y cómo promover la formación

de un pensamiento crít ico, puesto que nuestros objetivos no se reducen a enseñar

biología, sino que también incluyen formar ciudadanos y ciudadanas capaces de re -

solver problemas, de participar en la toma de decisiones.

146

7

La enseñanza y el aprendizaje

de la geología

Emilio Pedrinaci IES El Majuelo. Gines (Sevilla)

En este capítulo se ofrece una perspectiva de conjunto de la didáctica de la geología tratando las

siguientes cuestiones:

. ¿Hacia dónde va la geología?

Se presentan cuatro tendencias clave que han condicionado la situación actual de la geología

y que pueden predecir hacia dónde se dirige.

. ¿Qué geología convendría enseñar en la educación secundaria?

Se muestran los criterios que deben considerarse para responder a esta pregunta para a con-

tinuación concretar la propuesta.

. ¿Cuáles son las preguntas clave a las que responde esta disciplina?

Se seleccionan los problemas más importantes y fructíferos que se han planteado a lo largo de

la historia de la geología, destacando los que presentan mayor potencialidad didáctica.

. ¿Qué conocimientos clave permiten estructurar una geología básica?

Se formulan nueve ideas clave que sintetizan los conocimientos que debería incluir una geo -

logía' básica.

. ¿Qué dificultades de aprendizaje presentan estos conocimientos clave?

Se resumen algunos de los conocimientos que tanto desde la perspectiva histórica como desde

el análisis de las ideas del alumnado parecen ofrecer mayor dificultad de construcción.

. ¿Qué secuencias de los contenidos geológicos serían adecuadas para la ESO y el bachi-

llerato?

Teniendo en cuenta los criterios que deben considerarse para elaborar una secuencia ajustada

a estos niveles educativos, se sugieren propuestas concretas.

. ¿Cómo llevar a cabo una propuesta de enseñanza que permita franquear las dificultades?

Se desarrolla un ejemplo para la ESO: el aprendizaje del origen de las rocas en la ESO, y otro

para el bachillerato: el descubrimiento de la edad de la Tierra.

Apenas unos años después de que Kuhn publicase La estructura de las revolu-

ciones científicas (1962), la geología experimentó una transformación revoluciona -

ria: había nacido la teoría de la tectónica de placas. Como consecuencia de tan

innovadoras ideas, la Tierra comenzó a ser observada con unos ojos diferentes. Mu -

chos fueron los conceptos que debieron revisarse y no pocos quedaron arrinconados.

Se hizo necesario reescribir los manuales de geología. No han sido los únicos cambios

ocurridos en esta ciencia durante las últimas décadas aunque, sin duda, ningún otro

ha alcanzado su importancia.

Simultáneamente, la investigación en didáctica de las ciencias ha experimenta -

do un notable avance que ha ayudado a comprender mejor cómo aprenden los estu -

diantes o por qué sus aprendizajes se alejan con tanta frecuencia de lo que el

profesor les enseña. En cuanto a la enseñanza de la geología, estos estudios han per -

mitido detectar algunas de las dificultades de aprendizaje con las que suele tropezar

el alumnado y se han elaborado secuencias y modos de tratamiento diseñados para

franquearlas.

Cualquier propuesta fundada que se realice para la enseñanza de la geología en

la educación secundaria, necesita considerar tanto los profundos cambios ocurridos

en las ciencias de la Tierra en las últimas décadas, como las aportaciones realizadas

desde la didáctica en este periodo. Así, la alternativa que aquí se formula se apoya

en tres pilares básicos:

. El estado actual de la geología y las tendencias que muestra. Como toda

ciencia, la geología posee una lógica interna. Conocerla nos permite jerar -

quizar los conocimientos y relacionarlos, lo cual nos ayuda a realizar una se -

lección de los que ofrecen mayor capacidad explicativa y pueden servir de

ejes en torno a los cuales organizar el conocimiento geológico.

. Las aportaciones realizadas desde la didáctica de la geología. El análisis

de la historia de la geología y las investigaciones realizadas sobre las ideas de

los estudiantes muestran las dificultades que ofrece la c onstrucción de cier-

tas nociones geológicas básicas. Conocerlas nos ayudará a adoptar decisio -

nes acerca de los contenidos que se seleccionan, del orden en que conviene

tratarlos o del nivel de formulación que puede resultar más adecuado para

un determinado nivel educativo.

. Las características de los estudiantes a quienes va dirigida. Con indepen-

dencia del tipo de conocimiento geológico seleccionado para su enseñanza

y aprendizaje, deberán considerarse las características de los estudiantes de

estas edades y el modo en que construyen el conocimiento. Ello nos ayuda -

rá a establecer las estrategias de enseñanza más adecuadas a los objetivos

pretendidos.

Puede parecer una obviedad señalar que éstos son los elementos sobre los que se

sustenta la propuesta, sin embargo los libros de texto y, lo que resulta más grave,

los currículos oficiales no siempre los toman en consideración.

I 148

¿Qué geología debe enseñarse

en la educación secundaria?

Atendiendo al esquema que acaba de esbozarse y dado que en los primeros ca -

pítulos de este libro se trata el modo en que se construyen los conocimientos cientí -

ficos, responderemos a la pregunta que encabeza este apartado centrándonos, de

una parte, en el análisis del estado actual del co nocimiento geológico y, de otra, en

las dificultades de aprendizaje que ofrece.

¿Hacia dónde va la geología?

Desde su nacimiento como ciencia a finales del siglo xvm hasta el momento

actual, los cambios ocurridos en la geología se han estructurado en torno a cua-

tro tendencias generales (Pedrinaci, 2001). Conocerlas resulta más útil que dispo -

ner de una fotografía estática del momento actual, en la medida en que ofrecen

una perspectiva de su evolución marcando las tendencias que cabe prever para el

futuro inmediato:

. Del cómo es al cómo funciona la Tierra. Incluso en su periodo precientífico,

el objetivo más o menos explícito de la geología ha sido siempre entender

cómo funciona la Tierra. Sin embargo, la geología clásica ha centrado du -

rante demasiado t iempo sus estudios en los componentes más descriptivos.

La tectónica de placas puso de manifiesto la importancia de comprender las

claves del funcionamiento del planeta y cómo ese conocimiento deja tras -

nochadas ciertas descripciones, al tiempo que dirige la observación hacia

elementos que pueden aportar datos más relevantes.

El investigador canadiense Tuzo Wilson, en su clarividente artículo Revolu-

tion dans les Sciences de la Terre (1968), además de declarar que se había

producido una revolución en las ciencias de la Tierra se lamentaba de la

desproporción que existía entre el elevado número de investigaciones cen -

tradas en el «cómo es» en comparación con las que tienen puesta su mirada

en el «cómo funciona».

. Del uniformismo al neocatastrofismo. Charles Lyell, considerado el padre

de la geología, publicó entre 1830 y 1833 su obra cumbre, Principies of

Geology, en la que recogió el conocimiento geológico de la época y pre -

sentó el modelo de interpretación y análisis conocido como uniformismo,

caracterizado por la uniformidad (constancia) en el espacio y el tiempo de

las leyes físicas que operan en la naturaleza, la uniformidad de los pro -

cesos que ocurren y la uniformidad en el ritmo con que han actuado

(gradualismo).

La obsesión de Lyell era luchar contra las ideas catastrofistas dominantes,

que consideraban a los procesos geológicos actuales incapaces de producir

cambios como el plegamiento de unos estratos o la elevación de una cordi -

llera. Para los catastrofistas de la época estos cambios habían si do el resul-

tado de grandes eventos, relativamente frecuentes en el pasado pero que no

ocurrían hoy: las catástrofes.

149 |

Desde 1840 hasta 1970 la geología «oficial» ha sido uniformista. Sin embar -

go, en las últimas décadas se han publicado numerosos trabajos que mues-

tran cómo en el pasado no sólo han ocurrido los procesos lentos, graduales

y continuos defendidos por los uniformistas sino también otros esporádicos

pero muy intensos que, sin duda, podemos calificar de catastrófico s.

Explicar la historia de la Tierra exige dar entrada tanto a los procesos gra -

duales como a los catastróficos. Esta perspectiva ha sido denominada por

Hsü catastrofismo actualista, aunque es más conocida como neocatas-

trofismo.

Del antagonismo ciclicidad/linearidad a un modelo de irreversibilidad no li-

neal. James Hutton, considerado por muchos el fundador de la geología, en

su obra Theory of the Earth (1788) describe la historia de la Tierra como una

sucesión ininterrumpida de ciclos que tiene n su motor en «el calor del inte -

rior terrestre». Así, esta energía levantaría el relieve que sería destruido por

los agentes externos. Los materiales resultantes se depositarían en el mar; el

calor interno los consolidaría y de nuevo los levantaría, de m odo que se re-

petiría una y otra vez este ciclo geológico con sus fases de construcción del

relieve y destrucción.

Para otros, como Abraham Werner, la historia de la Tierra seguía un proce -

so lineal. Así, la Tierra primitiva debió de encontrarse completa mente su-

mergida bajo las aguas.

De una u otra forma, a lo largo de la historia del pensamiento geológico se

ha producido un intenso debate entre quienes defienden una perspectiva cí -

clica como modelo de funcionamiento del planeta (el llamado ciclo geoló-

gico continúa presente en muchos manuales de geología) y los que ven la

historia de la Tierra como una secuencia lineal y continua. Sin embargo, hoy

se considera mayorítariamente que la historia de nuestro planeta no se ajus -

ta a ninguno de los dos modelos. Los procesos geológicos se repiten, pero no

su secuencia ni las condiciones en las que lo hacen. La historia del planeta

es irreversible aunque no lineal.

Del reduccionismo al holismo. El dominio casi absoluto de los enfoques

reduccionistas en el desarrollo de la geología se quebró en la década de

1960, como consecuencia de la irrupción de la teoría de la tectónica de pla -

cas. Esta teoría t iene la virtud de permitir relacionar cambios a pequeña

escala con otros a escala regional y planetaria, integrán dolos en una di-

námica global.

Pero a pesar de ser importante este salto, no ha sido el único que se ha

producido hacia una perspectiva holística. Así, en su informe de 1997, la

American Geophysical Union afirma que «se está produciendo una revolu -

ción en las ciencias de la Tierra» como consecuencia de la consideración

de la Tierra como un sistema. La conveniencia de esta perspectiva ya había

sido atisbada por Wilson (1968): «debemos estudiar la Tierra como un

todo, como un sistema único». También Le Pich ón (2000) subraya esta ten-

dencia en un artículo titulado El renacimiento de las ciencias de la Tierra,

señalando que los datos aportados por la tecnología espacial y la océano -

grafía están acentuando la necesidad de una interdiscip línariedad y glo-

ba Iidad mayor que la proporcionada por la teoría movilista para abordar

nuevos problemas. En una línea similar, Anguita (2000) sostiene que «la

Teoría General de Sistemas ha cambiado nuestra forma de estudiar las

ciencias de la Tierra».

Hoy nadie cuestiona que tener un conocimiento básico de geología exige dis -

poner del modelo aportado por la teoría de la tectónica de placas. Lo que no sig -

nifica que exista consenso acerca del modo de introducir esta teoría, del momento

más adecuado para hacerlo o del nivel de formulación con que debería tratarse.

Menos acuerdo existe sobre la conveniencia de trasladar a la enseñanza secunda -

ria la perspectiva de la Tierra como sistema (Earth System Science), aunque cada

vez son más las voces que lo def ienden (por ejemplo, Mayer y Armstrong, 1990, o

Duschl, 2001).

La geología está constituida por un cuerpo organizado de conceptos, teorías y

principios, así como por los procedimientos utilizados para generar, organizar y va -

lorar esos conceptos, teorías y principios. No resulta fácil delimitar cuáles de esos

conocimientos son los que estructuran esta ciencia y, sin embargo, hacerlo es un paso

obligado para elaborar una propuesta de enseñanza fundada.

Gowin (citado por Novak, 1982) sugiere un conjunto de i nterrogantes que ayu-

dan a desentrañar los conocimientos clave de una disciplina. De ellos reseñamos los

que pueden resultar más útiles para el caso que nos ocupa:

. ¿Cuáles son las preguntas clave a las que responde el conocimiento de la

disciplina en cuestión?

. ¿Cuáles son los conceptos clave?

. ¿Qué métodos de investigación utiliza para generar el conocimiento?

. ¿Cuáles son las afirmaciones principales que formula en respuesta a las pre-

guntas clave?

Seguiremos el esquema propuesto por Gowin, dedic ando especial atención a la

selección de las preguntas clave a las que responde el conocimiento de la geología y

a las afirmaciones principales que se realizan en respuesta a esas preguntas.

¿Cuáles son las preguntas clave?

La historia de la geología nos proporciona los principales problemas que se han

planteado distintos pensadores a lo largo del desarrollo de esta ciencia. El trata -

miento de estos problemas ha propiciado la generación de hipótesis, procedimientos

de investigación y teorías explicativas que contribuyeron a la construcción del cono -

cimiento geológico. Su interés aumenta en la medida en que algunos de estos inte -

rrogantes unen a su relevancia para la geología una gran potencialidad didáctica, de

manera que pueden utilizarse como problemas en torno a los cuales se organicen y

estructuren actividades de aprendizaje.

Así, la extraordinaria lentitud con la que ocurre la mayor parte de los procesos

geológicos permite que el relieve terrestre aparezca como inmutable. No es extraño,

pues, que la perspectiva estática haya sido tan frecuente entre los pensadores de los

siglos xvi, xvn e incluso xvm. Durante este largo periodo, buena parte de los debates

fundamentales se establecían en torno a si nuestro planeta cambia ba y qué procesos

eran capaces de generar cambios relevantes en el relieve. No fue fácil abandonar la

idea de que, exceptuando los terremotos o los volcanes, sólo una gran catástrofe

(como el diluvio de Noé) podía modificar sustancialmente el relieve terre stre. Aun-

que con formulaciones diferentes, la perspectiva fijista también ha estado presente a

lo largo del siglo xix y dos terceras partes del xx. En efecto, una de las razones que mo -

tivó el rechazo de la teoría de la deriva continental elaborada por Wegener fue que

proponía la movilidad de los continentes.

Como representación de este tipo de problemas hemos seleccionado algunos

de los interrogantes que, con esta u otra formulación, han suscitado intereses y de -

bates a lo largo de la historia de la geología:

. ¿Nuestro planeta ha sido siempre como lo vemos hoy?

. ¿Por qué cambia el relieve de unos sitios a otros?

. ¿Qué procesos producen cambios en la Tierra?

. ¿Cuál es la energía que genera estos procesos?

En otras ocasiones la dificultad de interpretación del pasado terrestre no resi -

día tanto en que se adoptase una perspectiva estática cuanto que se estaba conven -

cido de que la Tierra no guardaba «archivos» que permitieran reconstruir su pasado.

Descubrir que las rocas eran esos archivos y que estaban cargados de información

susceptible de ser descifrada, ofreció la posibilidad de conocer no sólo la historia de

la Tierra sino también la de la vida que había quedado registrada en los fósiles. Pro -

bablemente jamás se haya producido un cambio más relevante en la forma de ver las

rocas. Describir su textura y composición pasó a ser un procedimiento para conocer

el origen de las rocas y la historia de la Tierra. Algunas de las preguntas representa -

tivas de estos problemas son:

. ¿Podemos conocer el pasado terrestre? ¿Existe algún registro de ese pasado?

. ¿Cómo podemos descifrarlo?

. ¿Han sido diferentes los procesos geológicos en el pasado y en la actualidad?

Otro grupo de problemas geológicos de primera magnitud está relacionado con

el origen de las montañas, en general, y con la tectónica de placas en particular. Al -

gunas preguntas representativas de dichos problemas son:

• ¿Por qué hay fósiles marinos en las cumbres de algunas montañas?

. ¿Cuál es el origen de las montañas?

. ¿Por qué los terremotos y los volcanes no se distribuyen de manera homogénea?

. ¿Los continentes y los océanos son estructuras permanentes?

■ ¿Hay evidencias de que los continentes se muevan?

. ¿Qué es lo que mueve los continentes?

I 152

Tras adoptar la tectónica de placas como marco Interpretativo que permitía

relacionar y dar sentido a todos los procesos geológicos internos, la búsqueda se

ha dirigido a la construcción de modelos interpretativos globales que permitieran

analizar las interacciones entre la Tierra sólida, las capas fluidas del planeta y los

seres vivos. Algunas de las preguntas representativas de este tipo de problemas

son las siguientes:

. ¿Existen interacciones entre la dinámica externa y la interna?

. En definitiva, ¿cómo funciona la Tierra?

. ¿Puede predecirse cómo será la Tierra en el futuro?

■ ¿La actividad humana está condicionando ese futuro?

Son problemas que no sólo han centrado el interés de los científicos en algún

momento de la historia sino que constituyen algunas de las principales preguntas a

las que debe responder el conocimiento de las ciencias de la Tierra en la educación

secundaria y se convierten en organizadores adecuados para un programa básico

para el aprendizaje de la geología.

¿Qué métodos de investigación utiliza

para generar el conocimiento?

La geología suele incluirse dentro de las ciencias experimentales. Sin embargo,

es una ubicación discutible. En efecto, la geología se ocupa del estudio de un siste -

ma, el terrestre, que se encuentra en permanente cam bio, por lo que las situaciones

que en él se suceden son, por definición, irrepetibles. Esto ha favorecido que algunos

epistemólogos la incluyan dentro de las ciencias históricas. No faltan razones para

que se le dé esta ubicación ya que, aunque algunos de los procesos de los que se

ocupa la geología son replicables en el laboratorio, quizás sea su componente histó -

rica la que ha permitido que la geología no haya quedado reducida a una física y una

química aplicada al estudio de la Tierra.

En cualquier caso, y con independencia del grupo de ciencias en el que se de -

cida incluir la, la geología tiene un indudable componente experimental así como

otro componente histórico no menos importante. En tanto que ciencia experimen -

tal, en sus investigaciones utiliza los métodos habituales en otras ciencias: obser -

vación, medición, análisis de datos, clasificación, elaboración de hipótesis,

contrastación, etc.

Nos centraremos en los métodos relacionados con su componente histórica, que

además de ser específicos han p roporcionado buena parte de los principios básicos y

procedimientos sobre los que se ha construido el conocimiento geológico.

. El actualismo, entendido como método de análisis que permite inferir lo

ocurrido en el pasado a partir del estudio de los procesos que operan en la

actualidad. Aunque el actualismo fue el método usual de los uniformistas,

no es necesariamente gradualista, de manera que es utilizado también desde

las perspectivas neocatastrofistas y, en consecuencia, continúa teniendo

plena vigencia.

153 I

. Principio de horizontalidad original de los estratos. Propuesto en 1669 por

Niels Stensen (más conocido por su nombre latinizado, Steno), según el

cual los sedimentos se depositan formando capas horizontales.

Atendiendo a este principio, si encontramos un conjunto de estratos no ho -

rizontales concluiremos que, después de su formación, han sufrido algún

proceso que ha modificado su disposición original. De esta forma, la au -

sencia de horizontalidad en los estratos se convierte en una huella de pro -

cesos que les han afectado.

. Principio de superposición de los estratos. También propuesto por Steno,

según el cual los sedimentos se depositan unos sobre otros, de tal manera

que, en una serie que se encuentre en su disposi ción original, el estrato si -

tuado más abajo tiene mayor antigüedad que el de arriba.

A pesar de las matizaciones y limitaciones que hoy se introducen tanto al

principio de horizontalidad como al de superposición, continúan siendo

básicos para el establecimiento de cronologías relativas y, en consecuencia,

para la reconstrucción de la historia geológica de cualquier zona. Inclu -

so, una elemental perspectiva dinámica del relieve demanda el uso de

estos principios para el establecimiento de secuencias causa les.

. Principio de relaciones cruzadas (o crosscutting relations). Según este prin-

cipio todo proceso geológico es posterior a los materiales y a las estructuras

a los que afecta.

Dado que se trata de un principio que permite establecer el orden en que

ocurren los acontecimientos, suele denominarse también principio de suce-

sión de acontecimientos.

Todos estos principios geológicos tienen una gran potencialidad didáctica y

afortunadamente no encierran grandes dificultades para su aprendizaje, de manera

que pueden y deben ser utilizados sin dificultad por estudiantes de 14 -16 años, por

ejemplo en la interpretación de cortes geológicos sencillos.

¿Cuáles son las afirmaciones clave que formula

en respuesta a las preguntas clave?

Bruner subraya la importancia de definir las ideas básicas que ayudan a ar -

ticular el currículo pudiendo actuar como elementos organizadores de los conte -

nidos objeto de la enseñanza.

No resulta fácil sintetizar los conocimientos básicos de las ciencias de la Tie -

rra que se pretende que adquieran los estudiantes de educación secundaria, quizás

por eso son tan escasos los estudios que lo abordan.

En otro trabajo (Pedrinaci, 1998) hemos concretado los conocimientos que

deberían estar incluidos en una geología básica. Son ideas que co nstituyen las

respuestas, no lineales, a las preguntas formuladas anteriormente y que se re -

cogen en el cuadro 1.

Cuadro 1. Preguntas, afirmaciones y métodos de investigación que resumen

los conocimientos geológicos clave

¿CUALES SON LAS

PREGUNTAS CLAVE?

¿CUALES SON LAS

AFIRMACIONES PRINCIPALES?'

¿QUE METODOS

DE INVESTIGACION

UTILIZA?

. ¿Nuestro planeta ha sido siempre

como lo vemos hoy?

1. La Tierra está sometida a cambios;

unos son graduales y continuos,

otros esporádicos e intensos.

Métodos habituales

en las ciencias expe-

. ¿Por qué cambia el relieve de

unos sitios a otros?

. ¿Qué procesos producen cambios

en la Tierra?

. ¿Cuál es la energía que genera

estos procesos?

2. Algunos de estos cambios son mo-

tivados por los agentes externos,

que tienen en el Sol y en la grave-

dad sus fuentes de energía.

rimentales:

. Observación.

. Medición.

. Análisis de datos.

. Clasificación.

3. Otros cambios son causados por

procesos internos, que son activa-

dos por la energía térmica del in-

terior terrestre y la gravedad.

. Elaboración de hi-

pótesis.

. Contrastación.

. Etc.

. ¿Por qué hay fósiles marinos en las

cumbres de algunas montañas?

. ¿Cuál es el origen de las monta-

ñas?

. ¿Por qué los terremotos y los

volcanes no se distribuyen de

manera homogénea?

. ¿Los continentes y los océanos

son estructuras permanentes?

. ¿Hay evidencias de que los con-

tinentes se muevan?

. ¿Qué es lo que mueve los conti-

nentes?

4. La tectónica de placas ofrece un

modelo de flujo de materia y

energía que explica de manera

global y coherente los procesos

geológicos internos y sus efectos

en la superficie terrestre.

Métodos propios de

una ciencia histórica;

. Principio de hori-

zontalidad origi-

nal de los estratos.

. Principio de su-

perposición de los

estratos.

• ¿Podemos conocer el pasado te-

rrestre?

5. Los cambios dejan huellas, bien

por los materiales que originan,

bien por las formas y estructuras

resultantes.

. Principio de rela-

ciones cruzadas.

. Actualismo.

. ¿Existe algún registro de ese

pasado?

. ¿Cómo podemos descifrarlo?

6. Las rocas pueden ser considera-

das «archivos» que contienen in-

formación sobre las condiciones

en que se formaron y los cam-

bios posteriores que han experi-

mentado.

¿CUALES SON LAS

PREGUNTAS CLAVE?

¿CUALES SON LAS

AFIRMACIONES PRINCIPALES?'

¿QUE METODOS

DE INVESTIGACION

UTILIZA?

. ¿Han sido diferentes los procesos

geológicos en el pasado y en la

actualidad?

7. Utilizando el actualísmo como

método de análisis podemos re-

construir los cambios ocurridos

en el pasado.

. ¿Existen interacciones entre la

dinámica externa y la interna?

En definitiva, ¿cómo funciona la

Tierra?

8. Entre los procesos internos y los

externos se producen interaccio-

nes.

El relieve terrestre es consecuen-

cia de esas interacciones.

. ¿Puede predecirse cómo será la

Tierra en el futuro?

. ¿La actividad humana está condi-

cionando ese futuro?

9. Las actividades humanas, sea de

manera consciente o involunta-

ria, están alterando gravemente

el planeta Tierra.

1 No hay relación lineal entre cada pregunta clave y cada afirmación. No obstante, se ha ordenado atendien -

do a su afinidad.

¿Qué dificultades de aprendizaje presenta?

No todos los conocimientos geológicos ofrecen las mismas dificultades. Valo -

rar este grado de dificultad permite seleccionar mejor los contenidos, elegir un nivel

de formulación adecuado, secuenciarlos de manera que se facil ite su aprendizaje o

proponer actividades específicas que ayuden a superar estas dificultades.

La información sobre estas cuestiones procede de tres fuentes:

. La historia de la geología. Muestra cuándo se han generado determinados

conceptos, teorías o procedimientos, su utilidad y las dificultades que han

debido franquear antes de ser aceptados por la comunidad científ ica.

. El análisis epistemológico. Ayuda a conocer la estructura interna de la geo -

logía y la complejidad de ciertos conocimientos, a constatar que las teorías

no se derivan linealmente de los hechos y que una descripción de un hecho

ha sido utilizada con frecuencia para avalar teorías contrapuestas.

. El análisis de las ideas de los estudiantes. Pone en guardia sobre el modo

en que interpretan determinadas informaciones y experiencias, o la dificul -

tad que parecen ofrecer ciertos conocimientos.

Aunque desde perspectivas diferentes, estas tres fuentes informan de los procesos

de construcción del conocimiento y, por tanto, de las dificultades con las que dicha cons -

trucción ha tropezado en el pasado o con las que parecen tropezar hoy los estudiantes.

I 156

Algunas de estas ¡deas de los estudiantes de secundaria sobre la geología que

han revelado diversos estudios se muestran en el cuadro 2.

No es posible incluir aquí un análisis pormenorizado de las aportaciones que se

han realizado desde cada una de ellas (puede encontrarse en Pedrinaci, 2001o). A

continuación, haremos una síntesis seleccionando aquellos conocimientos en cuya

dificultad de construcción coinciden las tres fuentes.

Una Tierra dinámica

Señala Toulmin (1965):

Reconocer la mutabilidad de ia Tierra, de los seres vivientes que han habitado en ella

y hasta de los cielos mismos, es algo que los hombres sólo hacen bajo la presión de ar-

gumentos abrumadores.

En efecto, si existe una constante a lo largo de la historia de la geología es la

resistencia a admitir la idea de una Tierra dinámica. No parece, en consecuencia,

que sea fruto del azar, sino de una resistencia que ha ofrecido diversos grados. Así,

durante los siglos xvi, xvn y buena parte del xvm fueron dominantes, incl uso para al-

gunos de los científicos más relevantes, las perspectivas estáticas (que defienden la

inmutabilidad de la Tierra).

Esta resistencia intuitiva a introducir elementos dinámicos no se limitó a los mo -

mentos del nacimiento de la geología como cie ncia, sino que ha sido una de las varia -

bles que más ha condicionado el desarrollo de la geología durante el siglo xx. Aunque la

movilidad de los continentes fue defendida y argumentada por Wegener a comienzos de

dicho siglo, no fue admitida por la comunidad científica hasta finales de los años se -

senta, y sólo «bajo la presión de argumentos abrumadores».

Cuadro 2. Algunas ideas de los estudiantes de ESO sobre la geología

Con frecuencia, los estudiantes de estas edades:

. No ven la formación de las rocas como un proceso actual sino que lo limitan a las primeras

fases de la génesis de la Tierra.

. Consideran las rocas anteriores a los fósiles que contienen.

. Ven el relieve terrestre, en general, y las montañas en particular, como estructuras muy esta -

bles que cambian poco o muy poco.

. Los procesos de cambio que describen son fundamentalmente destructivos (erosión) y de efec-

tos poco importantes.

. Para explicar los cambios importantes en el relieve suelen recurrir a enfoques que recuerdan

el catastrofismo precientífico (especialmente terremotos).

. Los procesos constructivos que más tienen en cuenta son los relacionados con el vulcanismo.

. La construcción que proponen es más por acumulación que por interacción.

. Consideran el tiempo como un elemento causal de los cambios geológicos.

. Suben y bajan el nivel del mar sin limite alguno, pero mantienen estables los continentes.

. Entienden que la formación de las montañas es más un proceso del pasado que actual o futuro.

. Recurren más a procesos atectónicos que a procesos tectónicos para explicar los cambios en

el relieve.

157 |

La perspectiva estática de la Tierra ha constituido a lo largo de la historia de la

geología el obstáculo más persistente para la construcción de un modelo explicativo

del funcionamiento de la Tierra, y probablemente sea también el más determinante

y el primero que deba considerarse para el aprendizaje de la geología en la educación

secundaria.

Causalidad y cambios en la superficie terrestre

Históricamente, la idea de una superficie terrestre inmutable ha estado rela -

cionada, de una parte, con una observación de la naturaleza en la que la unidad

de tiempo utilizada era la escala temporal humana (en general, demasiado breve

para apreciar cambios relevantes) y, de otra, con el convencimiento de que nin -

guno de los procesos actuales poseía capacidad para introducir cambios impor -

tantes en el relieve. No es de extrañar, en consecuencia, que la perspectiva

estática y el catastrofismo hayan estado muy rela cionados: si, por alguna razón,

debe admitirse la ocurrencia de un cambio importante, una catástrofe excepcional

permite mantener globalmente el esquema interpretativo estático para las situa -

ciones habituales.

También los estudiantes parecen mostrar cier ta propensión al catastrofismo

(Pedrinaci, 1992; Gohau, 1995). Debemos aclarar que se trata de un catastrofismo pre -

científieo. Es decir, una perspectiva que nada tiene que ver con las posiciones neoca -

tastrofistas actuales, ni con el catastrofismo soste nido por muchos científicos de

la primera mitad del xix, sino más bien con el de épocas anteriores al xvm. En esta

perspectiva únicamente se tienen en cuenta las situaciones inicial y final. No sólo se

desconocen los procesos ocurridos entre ambas sino que se renuncia a entenderlos,

recurriendo a una catástrofe que de manera tan instantánea como inexplicable pro -

vocaría el efecto buscado (por ejemplo, unos terremotos bastarían para elevar una

cordillera o dividir un continente).

Así pues, la importancia del catastrofismo precientífico como obstáculo para el

aprendizaje radicaría en su capacidad para inhibir el cuestionamiento sobre los pro -

cesos geológicos, sus causas, sus consecuencias y su funcionamiento.

El origen de las rocas

No ha resultado fácil construir la idea de que las rocas se han ido originando a

lo largo de toda la historia del planeta y continuarán haciéndolo en el futuro. Du -

rante mucho tiempo los naturalistas entendieron que las rocas que hoy vemos se ha -

bían formado al mismo tiempo que la Tierra. Estaban tan convencidos de ello que

hasta el siglo xvn no sólo se carece de teorías sobre el origen de las rocas sino que ni

se planteó formalmente el problema. No había nada que explicar y al carecer de in -

terrogantes no se buscaban respuestas.

No parece casual que tanto los naturalistas de otras épocas como muchos de

los estudiantes consideren la formación de las rocas cosa del pasado remoto (Pe -

drinaci, 1999), pues exceptuando algunas volcánicas, no observamos la formación

de ninguna roca nueva. El ritmo al que se producen estos procesos, unido a que

suelen ocurrir a cierta profundidad, hace que permanezcan ocultos a la mirada del

observador. La experiencia personal es que no se originan nuevas rocas. Todo esto

I 158

ha causado que las teorías sobre la génesis de las rocas hayan debido abrirse paso

contra todas las evidencias de sentido común que parecían sugerir lo contrario.

Diversidad y amplitud de las escalas espaciales

El estudio del funcionamiento de la Tierra exige la utilización de escalas espa -

ciales de miles de ki lómetros pero también otras escalas mucho menores (véase el

cuadro 3). Los procesos implicados demandan, con frecuencia, la transferencia de

datos de una escala a la otra y los estudiantes tienen d ificultad para saber de qué es-

cala estamos hablando y hacer los ajustes necesarios.

El concepto de tiempo geológico

¿Por qué los filósofos y científicos han considerado hasta hace apenas dos si -

glos que la edad de la Tierra era de unos 6.000 años? ¿Por qué se ha identificado his-

toria de la Tierra con historia de la humanidad? ¿Por qué ha resultado tan difícil

establecer una secuencia de acontecimientos que fuese más allá de la diferenciación

entre fases prediluviana y postdiluviana?

Las preguntas que se plantean no son de respuesta fácil, y quizás basten para

alertarnos sobre la dificultad que presenta la construcción del concepto de tiempo

geológico. Toulmin y Goodfield (1965) han realizado un excelente análisis del proceso

seguido por las teorías sobre la edad de la Tierra y el concepto de tiempo geológi -

co que subyace en ellas.

Entendemos que la complejidad del concepto de tiempo geológico es conse -

cuencia de estar construido por cuatro nociones, ninguna de ellas simple: cambio

geológico, facies, sucesión causal y cronología (un tratamiento más detallado puede

verse en Pedrinaci, 1993).

Cuadro 3. Escalas de observación usadas en geología

ESCALA DE OBSERVACION USO QUE SE LE DA UNIDAD DE MEDIDA

Planetaria Dinámica de placas litosféricas Miles de kilómetros

Regional Geología de un país, una región

o unas islas

Centenares de kilómetros

Afloramiento Geología local De metros a miles de metros

Muestra Análisis de rocas, sedimentos y

fósiles

De centímetros a milímetros

Microscopio Análisis de rocas, sedimentos y

fósiles

Mieras

Atómica o molecular Estudios isotópicos Nanómetros

El concepto de interacción

La dificultad de los estudiantes para interpretar los cambios en términos de in -

teracción y su tendencia a considerarlos como resultado de procesos de adición ha

sido mostrada por diversos autores (Pozo y otros, 1991 b; García, 2001). En el apren -

dizaje de la geología se manifiesta esta tendencia en la interpretación de una va -

riada gama de procesos, aunque puede que en ni nguno de forma tan clara como en

el origen de las cordilleras (véase el cuadro 2 en la página 157).

En la historia de la geología diversos científicos han explicado el origen de las

cordilleras como consecuencia de acumulación de materiales más que como una pro-

ceso de interacción. Entre ellos destacó Abraham G. Werner, fundador de las ideas

neptunistas.

Secuencia de los contenidos geológicos

Secuenciar y organizar los contenidos es una tarea a la que habitualmente se

concede poca importancia, y no sólo el profesorado sino que, a veces, también la

Administración educativa minusvalora la influencia que tiene en el aprendizaje de

la secuencia ofrecida. Así, la distribución, más que secuencia, de los conocimien -

tos geológicos a lo largo de la ESO que el Min isterio de Educación ha realizado en los

nuevos currículos españoles (enero de 2001) sólo puede explicarse bien por un des -

conocimiento de las dificultades de aprendizaje y las potencialidades interpretati -

vas de ciertos contenidos o bien por el convencimiento de que lo importante es

decidir qué contenidos se trabajan, no en qué curso ni en relación con qué otros

contenidos.

Si todos los conocimientos que pretendemos enseñar tuviesen la misma com -

plejidad y si fuesen independientes unos de otros, poca im portancia tendría su orden

de tratamiento o la organización que se les diese. Pero si se entiende que determi -

nados aprendizajes no se realizan si antes no se poseen algunas nociones de otros o

si, como señala Ausubel, valoramos la importancia de las rela ciones que se estable-

cen entre los conocimientos adquiridos, debería prestarse mayor atención al mo -

mento en que se trabajan los contenidos, el orden en que se hace y la estructura con

la que se presentan.

Del Carmen (1996) propone un conjunto de criter ios generales que deben con-

siderarse para la elaboración de secuencias de contenidos. Partiendo de ellos, daremos

prioridad a las variables y las fuentes de información siguientes:

. Las características evolutivas de los estudiantes y su madurez intelect ual

ayudan a valorar si un conocimiento es adecuado o no para una edad de -

terminada.

. La historia de la geología ofrece algunas pistas sobre un posible orden de

tratamiento de ciertos contenidos, sobre las dificultades que pueden en -

contrarse y los posibles modos de superarlas.

. El análisis epistemológico permite detectar los requisitos conceptuales y/o

metodológicos que presenta la construcción de un determinado conoci -

miento e informa de la existencia de dificultades para su aprendizaje.

| 160

Las ideas detectadas en los estudiantes ayudan a prever los conocimientos

con los que acceden a un nivel educativo, las dificultades que deberán fran -

quear y el modo en que interpretan ciertas informaciones.

. La perspectiva de un currículo en espiral permite ofrecer continuidad y

progresión en el tratamiento de los contenidos, evitando disyuntivas que

obligarían a elegir entre trabajar un conocimiento en toda su complejidad

o no trabajarlo en absoluto.

La relevancia de la madurez in telectual de los estudiantes y los conocimientos

que poseen impide que una secuencia pueda considerarse buena con independencia

de que vaya dirigida a alumnos de 12 o de 18 años. Diferenciar la estructura lógica del

conocimiento y la psicológica ayuda en l a elaboración de una secuencia de conteni -

dos para la educación secundaria. La primera de ellas corresponde a la disciplina tal

y como es entendida por un especialista, mientras que la psicológica se encuentra

más próxima al modo en que se acerca al conoc imiento un novato y guarda mayor

simili tud con el proceso seguido en su construcción histórica. La lógica de la discipli -

na formalizada es jerárquica y se caracteriza por las relaciones no arbitrarias que es -

tablece entre los conocimientos, ofreciendo una estructura que facilita su aplicación

a diferentes contextos.

No cabe duda de la superioridad explicativa y la mayor coherencia que posee la

lógica interna de la disciplina en relación con la psicológica. Pero esta lógica suele re -

sultar muy opaca para quienes desconocen la disciplina porque, como subraya Ausubel:

Sólo después de que un individuo desarrolla capacidades cognoscitivas maduras y ad -

quiere un conocimiento diestro y especializado de una materia, su estructura psicoló -

gica del conocimiento de esa disciplina corresponde (aunque de manera algo menos

sistematizada) a la estructura lógica del conocimiento de ella. (Ausubel, 1973, p. 47)

En consecuencia, puede afirmarse que la lógica disciplinar es un excelente

punto de llegada pero no parece el mejor punto de partida. De esta manera, la se -

cuencia que se propone sigue en los primeros niveles un enfoque más atento al orden

psicológico e histórico, para ir adoptando progresivamente una estructura más pró -

xima a la lógica disciplinar.

Una secuencia para la ESO

De acuerdo con estos criterios, una iniciación a la geología debería realizarse si -

guiendo el orden y la estructura más adecuados para el aprendizaje de quien no sabe.

El desarrollo histórico del conocimiento proporciona una referencia, en l a que se

pueden encontrar unas líneas generales como las siguientes:

El conocimiento de la diversidad de las rocas y minerales, de sus característi -

cas y utilidad ha precedido no sólo al nacimiento de la geología como ciencia

sino a la construcción de todo el conocimiento que hoy se llama geológico.

. Las perspectivas estáticas han dominado sobre las dinámicas.

Los procesos geológicos de los que se tienen las primeras referencias escri -

tas son los más espectaculares y de efectos casi instantáneos, como lo s te-

rremotos y las erupciones volcánicas.

. Los procesos erosivos han sido descritos desde la antigüedad clásica por casi

todos los fi lósofos interesados por la descripción y el análisis del relieve.

. Tras la erosión, es la sedimentación el proceso que menos dificultad ha mos -

trado para su introducción.

. Las rocas han sido consideradas durante mucho tiempo tan antiguas como

la Tierra.

. De las nociones básicas relacionadas con el origen de las rocas, la última en

introducirse es el metamorfismo.

. La presencia de fósiles marinos en las montañas ha sido el problema que más

ha motivado la formulación de teorías sobre la dinámica terrestre.

. Los procesos tectónicos han sido introducidos muy tardíamente para expli -

car el origen de las montañas.

. Se ha preferido recurrir a grandes cambios en el nivel de las aguas antes que

a movimientos continentales.

En la medida en que este orden histórico de introducción del conocimiento

geológico no parece casual, sino causado por la demanda conceptual de las ideas y

teorías implicadas o por el modo de acceder al conocimiento que utilizan los no ex -

pertos, quizás aporte algunas pistas sobre el orden de tratamiento más adecuado.

Especialmente si consideramos que algunas de ellas guarda n relación con ideas fre-

cuentes en los estudiantes de 12 -16 años. Atendiendo a ello, la secuencia para la

ESO debería tener dos objetivos inexcusables:

. Superar las ideas estáticas y fij istas, sustituyéndolas progresivamente por

otras más dinámicas y movil istas.

. Configurar, en última instancia, un modelo básico de cómo funciona la Tie -

rra, que ofrezca una perspectiva sistémica elemental.

Para ello conviene, en general:

. Ir de los cambios geológicos relativamente rápidos a los cambios lentos.

. Ir de los procesos que ocurren en la superficie a los que suceden en el interior.

. Ir de procesos observables a escala de muestra o local a los que requieren

una perspectiva regional o planetaria.

. Ir de procesos observables a escala de muestra o local a los d e escala mi-

croscópica.

. Ir, en síntesis, de los cambios geológicos más fácilmente perceptibles a los

menos perceptibles.

. Secuenciar a lo largo de esta etapa educativa modelos interpretativos que

progresivamente integren y pongan en relación más elementos dinámicos.

Estas pautas orientativas proporcionan criterios útiles y de fácil aplicación para

la adopción de decisiones. Sin duda, pueden formularse diversas secuencias pensa -

das para alcanzar los objetivos generales señalados antes y que atiend an a estas

pautas. A continuación esbozamos una de ellas.

En el primer curso de la ESO conviene hacer una aproximación básica al estudio

de la diversidad y utilidad de los minerales y las rocas, con la intención de consta-

| 162

tar la existencia en la naturaleza de esa diversidad. El punto de partida sería el uso

que de ellos se hace, ya que ayuda a entender, de una parte, que la diversidad de

usos viene condicionada por la diversidad de propiedades y, de otra, la necesidad

de valorar los riesgos que comporta una extracción descontrolada. No se abordaría

el origen de las rocas, sino que el enfoque sería descriptivo lo cual permitiría al es -

tudiante familiarizarse con las rocas y minerales más frecuentes, sus características

básicas y su utilidad.

En el segundo curso se haría una introducción a los procesos externos más ele-

mentales: erosión, transporte y sedimentación, centrándolos en un objeto de estudio

próximo, el torrente o el mar y en aquellas intervenciones más evidentes. El ob jetivo

será comenzar a dinamizar las ideas de los estudiantes, para ello conviene hacer es -

tudios de casos. Especialmente oportunos son los casos de catástrofes naturales como

riadas, inundaciones o tormentas que desmantelan una playa.

En el tercer curso se realizaría un análisis más sistemático de los procesos geoló-

gicos externos y, de los internos, los que resultan más perceptibles, volcanes y terre-

motos así como las rocas que se originan en ellos. Se estudiarían los agentes externos

fundamentales, los cambios que generan y las huellas que dejan. De este modo, las

rocas se estudian en relación con los procesos que las originan, entendiéndolas como

uno de los resultados, o huellas, más importantes que quedan de su intervención.

En cuarto curso se completa el tratamiento básico de la geologia general,

procurando ofrecer una perspectiva de conjunto. Se analizarían los procesos geo-

lógicos internos, se plantearía como problema el origen de las montañas, revisan -

do algunas de las respuestas que históricamente se han dado. El estudio de la

tectónica de placas tiene como objetivo final ayudar a entender cómo funciona la

Tierra y las interacciones que se producen en este sistema entre los procesos ex -

ternos y los internos.

Una secuencia para el bachillerato

Si en la ESO la secuencia propuesta sigue más un orden psicológico que la

estructura actual de la geología como ciencia formalizada, en bachillerato debe

aproximarse más al tratamiento propio de la lógica disciplinar, si bien con lo s ajus-

tes necesarios para adecuar los contenidos al alumnado. Para el bachillerato, consi -

deramos que un programa de geología que quiera ofrecer un modelo global del

funcionamiento de la Tierra tendrá en la teoría de la tectónica de placas uno de sus

pilares básicos, que permitirá disponer de un marco explicativo en el cual inscribir

los diferentes procesos geológicos y los productos resultantes.

Por ello, deberá abordarse la tectónica de placas tan pronto como resulte po -

sible. Pero conseguir que el tratamiento de esta teoría no se quede en los rudimen -

tos ofrecidos en la ESO exige analizar los requisitos conceptuales que demanda. En

efecto, para entenderla es necesario conocer la estructura del interior terrestre, y

dado que la naturaleza, estado y composición del interior de la Tierra vienen condi -

cionados por su origen, resulta imprescindible abordar previamente éste. Por tanto,

la secuencia podría esbozarse así:

. El origen de la Tierra se encuentra inevitablemente unido al del sistema

solar. Son cuestiones que suman a su importancia científ ica el interés que

163 |

suelen despertar en los estudiantes. No obstante, la complejidad que encie -

rran aconseja hacer un tratamiento sencillo que proporcione las bases para

comprender la estructura de la Tierra.

. La estructura de la Tierra adquiere sentido como consecuencia de la distri -

bución de sus componentes por densidades, ocurrida fundamentalmente en

las primeras fases de su existencia. El conocimiento de la disposición inter -

na de los materiales terrestres y las condiciones en que se hallan proporciona

algunas de las bases necesarias para entender la dinámica terrestre. A este

objetivo debería supeditarse el tratamiento que se realice.

. La tectónica de placas, entendida como un modelo de flujo de materia y

energía que explica de manera global los procesos geológicos internos y sus

efectos en la superficie terrestre, proporciona la teoría marco en torno a la

cual debe estructurarse la mayor parte de la dinámica planetaria.

. Las manifestaciones de la tectónica de placas permiten abordar de mane-

ra causal los procesos internos junto con sus productos: pliegues, fallas,

formación de cordilleras, metamorfismo y magmatismo. Un tratamiento

contextualizado de este tipo favorece la formación de una perspectiva

dinámica así como la utilización de los procedimientos que ayudan a in -

ferir lo ocurrido en el pasado a partir de las huellas observadas en el pre -

sente.

. La Tierra como sistema proporciona una perspectiva global del funciona-

miento del planeta. Conviene tratar de manera explícita las interacciones

que ocurren entre los procesos internos y los externos para, a partir de ahí,

proponer un modelo sistémico de la dinámica terrestre que muestre las prin -

cipales interacciones existentes entre las capas sólidas de la Tierra, las capas

fluidas y los seres vivos.

. La historia de la Tierra y de la vida ofrece una ocasión excelente para apli -

car los conocimientos adquiridos acerca del funcionamiento del planeta a la

interpretación de su historia y al papel que los organismos desempeñan en

ella. Al mismo tiempo, proporciona oportunidades de tratar problemas tan

interesantes como el de la edad de la Tierra así como utilizar los procedi -

mientos que nos permiten investigar y reconstruir la historia de la Tierra y

de los seres vivos que la han poblado.

La propuesta didáctica: algunos ejemplos

En la primera parte de este capítulo se ha reflexionado acerca de qué geología

debe enseñarse en la educación secundaria, las variables que conviene considerar

para seleccionar los contenidos y las dificultades de aprendizaje que ofrecen dichos

contenidos. En la segunda parte, la secuencia de contenidos ha centrado el análisis.

Finalizaremos esta visión de conjunto sobre la enseñanza y el aprendizaje de

la geología, eligiendo dos contenidos curriculares, uno correspondiente a la ESO (el ori -

gen de las rocas sedimentarias) y otro al bachillerato (la edad de la Tierra), con la

intención de mostrar algunos ejemplos de su tratamiento en el au la.

| 164

ESO: el origen de las rocas sedimentarias

Probablemente no exista ningún concepto geológico con mayor capacidad es -

tructurante ni cuya construcción suponga un cambio más revolucionario que éste:

Las rocas pueden ser consideradas archivos históricos que contienen información sobre

las condiciones en que se originaron y las alteraciones posteriores que han experimen -

tado. (Sequeiros y Pedrinoci, 1992)

Construir este concepto implica un cambio radical en la forma de ver las

rocas, que pasan de ser objetos inmutables, carentes de pasado e incluso intempo -

rales, a transformarse en materiales cargados de historia, en los cuales la Tierra ha

grabado su pasado. Al mismo tiempo, esta noción de roca ayuda a modificar la

idea que poseen sobre la geología, que pasa a ser un conjunto estructurado de teo -

rías y procedimientos que permiten descifrar el lenguaje con el que la Tierra y la

vida han grabado su historia en las rocas.

Dado que se han reseñado las principales dificultades del aprendizaje de una

geología básica, nos centraremos en el desarrollo de las ideas clave relacionadas con

el origen de las rocas sedimentarias y, especialmente, en los criterios de organiza -

ción y metodológicos, sugiriendo algunos ejemplos de actividades.

Ideas eje que se trabajan

. Todas las rocas situadas en la superficie terrestre se alteran como conse -

cuencia de la intervención del agua, el aire y los seres vivos. Es el proceso

denominado meteorización.

. Los materiales meteorizados y transportados se depositan, generalmente en

lugares más bajos, formando los sedimentos.

. Junto a esos materiales también se depositan restos de organismos.

. Los sedimentos pueden cohesionarse dando lugar a la formación de r ocas

sedimentarias. El proceso por el que un sedimento se transforma en roca se -

dimentaria se denomina diagénesis.

. Los restos de seres vivos que había en los sedimentos pueden preservarse

transformándose en fósiles.

. Los fósiles ayudan a conocer la vida del pasado así como el momento y las

características del lugar en que se originaron las rocas.

. Las rocas sedimentarias contienen información acerca del lugar, el momen -

to y las condiciones en que se formaron.

. Las rocas sedimentarias generalmente se presentan estratificadas. El princi -

pio de superposición ayuda a ordenar temporalmente los estratos.

. Existe una diversidad de rocas sedimentarias que podemos diferenciar por

su textura, composición y origen.

Criterios de organización y metodológicos: ejemplos de actividades

El tratamiento de las ideas eje que acaban de reseñarse debe tener dos objeti -

vos centrales: contribuir al desarrollo de una perspectiva dinámica de la Tierra y

construir la noción de roca como archivo. En este empeño conviene tene r en cuenta

los criterios que se exponen a continuación.

165 I

No deben abordarse simultáneamente los procesos de formación

de los diferentes tipos de rocas

Los procesos implicados en la formación de las rocas sedimentarias no en cie-

rran la misma dificultad de comprensión que los de las rocas ígneas y los de las rocas

metamórficas. Estos últimos ocurren, generalmente, a grandes profundidades y en

unas condiciones de presión y temperatura demasiado alejadas de las que caracteri -

zan la superficie terrestre. No parece, en consecuencia, justi ficado el tratamiento

conjunto que habitualmente se les da.

Una secuencia de tratamiento adaptada a unas dificultades de comprensión tan

diversas sería: sedimentarias detríticas, sedimentarias no detríticas, volcánicas, plutó-

nicas y metamórficas.

Conviene trabajar las rocas en relación con los procesos en virtud de los cuales

se generan

Si se pretende que los estudiantes vayan sustituyendo su habitual perspectiva

estática por otras progresivamente más dinámicas, el tratamiento debe estar centra -

do en los procesos geológicos (en este caso meteorización, erosión, transporte, sedi -

mentación y diagénesis), de manera que los sedimentos y las rocas sedimentarias sean

productos resultantes de su intervención y, por ende, huellas que nos permiten inferir

lo ocurrido. A modo de ejemplo, apuntamos una actividad para trabajar la meteoriza -

ción y otra para el transporte.

¿Por qué envejece la catedral?

Muchos de los sillares, o bloques de roca, con los que se construyeron los muros de los edificios

antiguos parecen deteriorados. Su superficie se ve ennegrecida y con oquedades; al pasar la mano

sobre ella, se quedan en nuestros dedos algunos granos de arena.

1. Dibuja un sillar nuevo y otro alterado.

2. ¿Qué aspecto tendrían los sillares de la catedral cuando empezó a construirse?

3. ¿De dónde procede la arena que se ha adherido a nuestros dedos?

4. ¿Qué ha causado la alteración de esas rocas?

5. Los muros del interior de este edificio están construidos con las mismas rocas. ¿Estarán igual

de alteradas?

¿Transporte largo o corto?

Los fragmentos que se forman al dividirse

una roca son siempre angulosos. A medida

que esos fragmentos, o cantos, son transpor-

tados por el agua del río van redondeándose

gracias al rozamiento con las paredes y con el

fondo del cauce.

1. Si los materiales de la figura 1 son del

mismo tipo, ¿cuáles de ellos habrán teni-

do un transporte más largo?

2. Si no son del mismo tipo, ¿podríamos res-

ponder a la pregunta anterior?

I 166

Figura 1. Dos cantos

Debe utilizarse habitualmente el actualismo como el método de análisis geológico

de mayor potencialidad

Partir del análisis de lo que ocurre en la actualidad para alcanzar algunas con -

clusiones acerca de lo ocurrido en el pasado facilita la comprensión de los procesos

geológicos y el establecimiento de relaciones causales con las huellas que generan.

Por ejemplo:

Rizaduras litorales (modificada de Science ofthe Earth, 11-14)

El oleaje origina en la arena de los fondos poco profundos unas ondulaciones o rizaduras. Algu -

nas de esas rizaduras quedan «fosilizadas» en las rocas.

Puedes reconstruir este proceso natural realizando la siguiente experiencia. En el fondo de un

acuario pequeño echa arena lavada hasta que tenga un espesor de tres dedos. Extiéndela bien y

cúbrela con agua hasta que ocupe la mitad del acuario. Sube y baja lentamente un lado del

acuario de manera que se origine en el agua un movimiento de vaivén. Después de realizar este

balanceo durante 1 o 2 minutos se habrán formado rizaduras en la arena del fondo.

1. ¿Qué pretende reproducirse con este movimiento de vaivén?

2. ¿Si encuentras rocas con rizaduras de este tipo podrías saber en qué ambiente se formó la

roca? ¿Qué principio geológico has utilizado para ello?

Debe hacerse un estudio contextualizado de los fósiles, relacionando

su presencia con el momento y el lugar en que se formó la roca

Una parte fundamental del trabajo de un geólogo consiste en descubrir e in -

terpretar «huellas» de muy diversos tipos. Procesos geológicos como erosión, sedi -

mentación, una erupción volcánica, etc. dejan señales que permiten descubrir lo que

ocurrió en el pasado. Los fósiles son también algunas de esas huellas.

Fósiles del futuro

Elige tres ambientes sedimentarios actuales: uno continental, otro de transición y otro mari -

no. Señala qué fósiles podrían encontrarse en cada uno de ellos pasados algunos millones de

años.

1. ¿Qué tipo de información sobre la época actual podría obtener un investigador del futuro que

descubriese estos fósiles?

¿Qué nos dicen las huellas de dinosaurios?

Mucho de lo que conocemos hoy sobre los dinosaurios se ha descubierto a partir del estudio de las

huellas que dejaron al desplazarse sobre sedimentos blandos, algunas de las cuales quedaron fosili -

zadas al transformarse el sedimento en roca.

Estas huellas se denominan icnitas.

Las icnitas permiten conocer:

. La forma y el tamaño de los pies. El número de dedos.

. Si caminaba sobre dos extremidades (bípedo) o sobre cuatro (cuadrúpedo).

. La longitud de su zancada.

. La dimensión aproximada del dinosaurio.

. Algunas de sus costumbres: si vivían aislados o en grupos, cómo cazaban, etc.

167 |

La figura 2 representa unas ieni-

tas que se han encontrado. Ana-

lízalas e indica:

1. ¿Son todas las huellas del

mismo pie?

2. ¿Cuál es la anchura y la longi-

tud de la huella?

3. ¿Cuál es la longitud del paso y

cuál la de la zancada?

Conviene trabajar los principios de horizontalidad original y superposición de los

estratos

Estos dos principios resultan de fácil construcción para el alumnado de 12 -16

años y tienen una extraordinaria utilidad geológica, de ahí la oportunidad de su tra-

tamiento.

¿Se cumple el principio de horizontalidad?

Echamos arena en una botella con agua, la agitamos y la dejamos reposar en posición normal. La

arena se depositará horizontalmente.

Volvemos a agitar la botella, pero ahora la dejamos reposar inclinada, de manera que el fondo

quede en forma de V.

1. De acuerdo con el principio propuesto por Steno, ¿cómo se depositarán los sedimentos?

2. ¿Qué ocurre en la práctica? ¿Su superficie queda horizontal o con forma de V?

3. Diseña una experiencia de laboratorio para someter a prueba este principio con un fondo y

unos materiales diferentes a los anteriores.

Deben manejarse muestras de las rocas más frecuentes

y analizarse sus características

Aprender a observar las rocas, analizar sus característic as e identificar las más

importantes es una actividad esencial.

¿Qué textura tiene esta roca?

Llamamos textura de una roca al conjunto de características relacionadas con el tamaño, la forma

y la disposición de los granos o cristales que la componen. La textura de una roca nos aporta in-

formación acerca de su origen. Algunas preguntas que deben responderse al estudiar la textura

de una roca son:

. ¿Los granos que forman la roca parecen cristales o fragmentos de otra roca?

. ¿Podemos apreciar los granos a simple vista, o son microscópicos?

. ¿Todos los granos tienen un tamaño similar?

. ¿Qué forma tienen los granos?

. ¿Los granos presentan alguna alineación preferente, o están distribuidos al azar?

Haz una ficha con cada una de las rocas que se te muestran en la que respondas a todas estas

preguntas.

I 168

Figura 2. Icnitas

........ .Pas°

Zancada

i i

Longitud

Anchura

de la huella ] m

Conviene utilizar modelos analógicos que permitan reproducir de manera simplificada

en el laboratorio algunos de los procesos que ocurren en la naturaleza

Reproducir en el laboratorio de manera simplificada procesos naturales permi -

te que los estudiantes dispongan de modelos con los que relacionar conceptos más

complejos. En cualquier caso, es preciso ref lexionar sobre las analogías y las diferen -

cias que existen entre el proceso natural y la analogía que se realiza.

Construye tu roca (modificada de Álvarez y García de la Torre, 1996)

El proceso por el que se pasa de un sedimento a una roca sedimentaria suele ser muy lento. En el

laboratorio podemos reproducirlo más rápidamente. Coge una jeringa gruesa de plástico y córta -

le la boquilla, de manera que el orificio de salida quede del mismo diámetro que el de entrada del

émbolo. Prepara una mezcla de arena y escayola en polvo e introdúcela en la jeringa, tapando

el otro extremo con el dedo pulgar. Añádele agua y comprímela con el émbolo, sin retirar el

dedo del otro extremo. Déjala secar unos minutos y sácala presionando con el émbolo.

1. ¿A qué proceso equivale la presión con el émbolo?, ¿y el realizado por el agua y la escayola?

2. ¿Qué nombre darías a la roca que has fabricado?

3. ¿En qué se parece y en qué se diferencia este proceso de la diagénesis natural?

Finalmente, conviene tener en cuenta que la salida al campo proporciona

oportunidades insustituibles para aplicar y construir nociones más complejas y

mejor ajustadas a las circunstancias naturales.

Evaluación

Casi todas las actividades de aprendizaje pueden utilizarse como actividades de

evaluación. Ofrecemos un ejemplo:

¿Quién se comió al dinosaurio? (modificada de Sequeiros, Pedrinaci y Berjillos, 1996)

En la superficie de unas rocas hemos encontrado unas marcas probablemente dejadas hace 100

millones de años por dinosaurios al desplazarse sobre unos sedimentos blandos, hoy transforma-

dos en estas rocas.

Figura 3. Icnitas

169 |

Las marcas parecidas a pisadas de aves se interpretan como huellas de dinosaurios carnívoros de

mar-

cha bípeda. Las marcas más redondeadas y grandes serían huellas de las patas posteriores de dino -

saurios herbívoros cuadrúpedos, y las más pequeñas serían producidas por las patas anteriores. Las

pisadas poco marcadas y próximas indicarán marcha pausada, mientras que huellas más

separadas y

marcadas significarán carrera.

1. Analiza las huellas que aparecen en el la figura 3 y señala con un trazo el itinerario seguido

por cada dinosaurio.

2. ¿Cuántos herbívoros y cuántos carnívoros han dejado sus huellas?

3. ¿Por qué corren unos y otros?

4. Reconstruye la secuencia de acontecimientos y determina ¿quién se comió al dinosaurio?

El descubrimiento de la edad de la Tierra

El concepto de tiempo geológico es, sin duda, uno de los más relevantes y de

los que presentan mayores dificultades de construcción. Como se ha indicado, se

trata de un concepto complejo (integrado por otros más simples: cambio geológico,

facies, sucesión causal y cronología), que no parece adquirirse de una sola vez ni si -

guiendo una secuencia lineal sino gracias a avances parciales que van relacionándo -

se e integrándose.

El largo proceso por el que se descubre la edad de la Tierra es un contenido

especialmente adecuado para su tratam iento en el bachillerato y proporciona oca -

siones inmejorables para contribuir a la construcción de este concepto.

Ideas eje que se trabajan

. Buena parte de la historia de la Tierra ha quedado registrada en las rocas. El

análisis de las rocas nos permite reconstruir esa historia.

. Los fósiles, además de evidenciar la existencia en el pasado de formas de

vida diferentes a las actuales, constituyen una fuente de información insus -

tituible para reconstruir el pasado de la Tierra.

. Los principios de horizontalidad original, superposición y continuidad late -

ral ayudan a ordenar una serie estratigráfica.

. La Tierra tiene un pasado extraordinariamente extenso.

. La existencia de procesos lentos, graduales y continuos permite disponer de

«relojes geológicos».

. Las rocas contienen información sobre su antigüedad, a partir de la cual

puede conocerse la extraordinaria edad de la Tierra.

Criterios de organización y metodológicos: algunos ejemplos

El tratamiento de estas ideas debe tener dos objetivos centrales:

. Favorecer la construcción del concepto de tiempo geológico.

. Mostrar que es posible reconstruir la historia de la Tierra a partir de las

informaciones registradas en las rocas.

En este empeño conviene tener en cuenta los criterios que se exponen a conti -

nuación.

I 170

Es necesario ejercitar a los estudiantes en la utilización

de los principios básicos de la cronología relativa

Se ha indicado que la geología introduce hoy diversas matizaciones y limitaciones a

estos principios. A pesar de ello, la enorme potencialidad que han mostrado históricamen -

te, junto con su funcionalidad para el tratamiento de situaciones problemáticas, aconse -

jan su uso de acuerdo con el enfoque y formulación que realiza la geología clásica.

Reconstruye la historia

En el talud de una carretera se observan

los materiales que muestra la figura 4.

En los materiales C puede observarse la

existencia de granoselección:

1. Ordena de más antiguo a más mo-

derno estos materiales.

2. Reconstruye la historia geológica de

la zona.

3. Señala los principios geológicos que

has utilizado para la reconstruc-

ción.

Deben ofrecerse referencias temporales que ayuden a valorar la duración

de los procesos y la importancia de sus efectos cuando se consideran

grandes periodos de tiempo

Si bien los primeros estudios de cambios geológicos deben tener un enfoque

cualitativo, conviene ir ofreciendo referencias temporales que ayuden a valorar la di -

mensión del fenómeno analizado y el ritmo al que ocurre.

La erosión se complica

Una montaña de 4.600 metros de altitud está siendo erosionada a un ritmo de 35 cm cada 1.000

años. Si todo continúa igual:

1. ¿Cuántos metros habrán sido erosionados dentro de 3 millones de años?

2. Si las 3/4 partes de la altura perdida por erosión es recuperada por reajustes isostáticos, ¿qué

altitud tendrá esta montaña dentro de 3 millones de años?

3. ¿Qué variables pueden hacer que se modifique la tasa de erosión indicada?

Antes de ofrecer respuestas cronológicas precisas sobre la edad de la Tierra

es conveniente formular el problema y reflexionar acerca de la posibilidad de disponer

de métodos que ofrezcan respuestas.

Muchos de los cálculos de la edad de la Tierra realizados a lo largo del siglo

xix poseen gran potencialidad didáctica. Uno de los más interesantes y polémicos

se debe a Darwin quien, frente a la mayoría de los naturalistas de la época, sostu -

vo que era posible investigar la edad mínima de la Tierra (véase Sequeiros, Pedri -

naci y Berji llos, 1996).

Figura 4. Corte geológico

Otro cálculo interesante desde la perspectiva didáctica fue el realizado por John

Phillips en 1860. Consideró que si se determinaba la tasa de sedimentación constan -

te, conocer la potencia total de los estratos formados debería ofrecer un método di -

recto para calcular la edad de la Tierra. De esta forma, partiendo de datos obtenidos

en la cuenca del Ganges, calculó que se habrían necesitado unos 96 millones de

años para la formación de todos estos materiales.

Edad de la Tierra y sedimentación

Algunos años después de que Darwin publicase su cálculo de 300 millones de años como edad mí -

nima de la Tierra, John Phillips pensó que si los agentes geológicos habían transportado sedimen-

tos al mar a un ritmo uniforme desde que se formó la Tierra, podría calcularse la edad del planeta.

Bastaría para ello con medir la tasa de sedimentación y calcular la potencia total de los estratos

formados. A partir de sus investigaciones determinó que cada 100 años se depositaría 2,4 cm de

sedimentos y que la potencia total de los materiales depositados a lo largo de la historia de la Tie -

rra era de 23.040 metros.

1. ¿Qué edad de la Tierra se concluye de estos cálculos?

2. ¿Cuál es su marco teórico? ¿Y su hipótesis de trabajo?

3. ¿Cuál es su diseño de la investigación?

4. ¿Crees que Phillips está midiendo la edad de la Tierra?

5. ¿Qué objeciones se le puede poner hoy al procedimiento utilizado por Phillips?

Debe realizarse la representación espacial de largos periodos de tiempo, dado que

esto ayuda a que los alumnos construyan una representación mental de ese tiempo

La barrera imaginativa para representarse mentalmente cifras de las dimensio -

nes de las manejadas en los procesos geológicos, aconseja dedicar cierta atención a

las cuestiones cronológicas. Existe un amplio consenso en destacar el interés que

tiene la realización de actividades en las que los estudiantes representan espacial -

mente escalas temporales.

La medida del millón

Darwin en El origen de las especies nos hace la siguiente propuesta:

«Pocos de nosotros, sin embargo, sabemos lo que realmente significa un millón. Mr. Croll pone el

siguiente ejemplo: tómese una estrecha tira de papel de 83 pies y cuatro pulgadas de largo, ex-

tiéndase a lo largo de la pared de una gran sala y señálese luego en un extremo una décima de

pulgada. Esta décima de pulgada representará un siglo y la tira entera un millón de años.»

1. ¿A cuánto equivalen 83 pies y cuatro pulgadas?, ¿y una décima de pulgada?

2. ¿Cómo podrías realizar la experiencia que propone Mr Croll?

Deben realizarse actividades sencillas que utilicen los procedimientos utilizados

en la actualidad para hacer dotaciones absolutas

Los cálculos de la edad de la Tierra son un excelente ejemplo de la dependencia

que las mediciones, y los procedimientos de investigación en general, tienen con res -

pecto a las teorías que los sustentan. Así, puede mostrarse desde la ausencia de cálcu -

I 172

los (para aquellos, como Hutton, que poseen una perspectiva cíclica) pasando por otros

basados en el estudio de la Biblia, hasta los cálculos actuales basados en la radiometría.

Edades radiactivas

El análisis de una roca nos indica que contiene el 75°/o del uranio-235 inicial (elemento padre) y

el 25°/o restante se ha transformado ya en plomo-207 (elemento hijo). Sabiendo que el periodo de

semídesintegración del uranio-235 es de 713 millones de años, ¿qué edad tiene la roca?

Cuando un año tenía 410 días

Algunos corales antiguos con forma de campana originaban una fina capa diaria de carbonato de

calcio. Una pequeña estrangulación marca la separación entre un año y otro, de manera que es

posible contar el número de láminas, serán los días del año. La atracción lunar está frenando el

giro terrestre a razón de 20 segundos cada millón de años. Por eso durante la historia de la

Tierra los días han sido cada vez más largos y, en consecuencia, se han reducido los días que tiene

un año, manteniéndose constante el total de horas anuales. En una roca encontramos el fósil

de un coral campaniforme que presenta 410 anillos de crecimiento por año.

1. Suponiendo que el ritmo de frenado se hubiese mantenido constante, ¿cuál es la edad abso-

luta de esa roca?

2. ¿En qué principios geológicos hemos basado este cálculo?

3. ¿En qué era geológica vivió?

Evaluación

A modo de ejemplo, ofrecemos a continuación dos actividades que pueden ser

utilizadas para la evaluación de los conocimientos que nos ocupan.

¿Cuánto durará el Himalaya?

Los procesos geológicos internos originan las cordilleras. Los externos retiran materiales de las

partes más altas para depositarlos en las más bajas, en consecuencia tienden a suavizar el relieve.

Unos y otros pueden actuar simultáneamente en una misma cordillera, tal y como se plantea en

el siguiente problema:

Una zona del Himalaya tiene 6.000 metros de altitud y queremos saber si es posible predecir la

altura que tendrá dentro de 4 millones de años. Para resolverlo debe tenerse en cuenta que:

. El Himalaya está todavía en proceso de formación. Esto significa que seguirá elevándose.

No sabemos durante cuánto tiempo, pero supondremos que el levantamiento de la cordi-

llera del Himalaya continuará sólo durante los próximos cien mil años.

. La tasa de denudación media es de 5 cm cada mil años. Sin embargo, en las altas cordilleras la

erosión alcanza los 100 cm cada mil años.

. Las 3/4 partes de la altura de la cordillera que se pierden por la erosión se recuperan por

reajustes isostátieos.

. Durante su proceso de formación, las cordilleras se elevan 800 cm cada mil años.

1. ¿Por qué es mucho mayor la tasa de erosión en las altas cordilleras que en otras zonas

continentales?

2. Si se mantuviese el mismo ritmo de erosión ¿cuánto tardaría esta zona del Himalaya en en-

contrarse al nivel del mar?

173 |

3. ¿Crees que siempre se erosionarán al ritmo de 100 cm cada mil años?

4. Teniendo en cuenta la respuesta dada a esta última pregunta, ¿el Himalaya tardará en estar al

nivel del mar más o menos tiempo del calculado anteriormente?

Un dulce mar

En 1899 John Joly calcula la edad de la Tierra a partir de la salinidad del mar. Su hipótesis era que

originariamente el agua del mar no sería salada. El agua de los ríos, aunque decimos que es dulce,

contiene una pequeña cantidad de sales. La sal aportada por ellos se acumularía en el mar al eva -

porarse el agua y no la sal.

1. ¿Qué diseño experimental podrías hacer para calcular la edad de la Tierra siguiendo la hipóte -

sis propuesta por Joly?

2. La edad de la Tierra calculada por Joly siguiendo este procedimiento fue entre 90 y 99 M.a.

Suponiendo que sus mediciones fuesen correctas, ¿cómo podríamos explicar que sus resultados

estuviesen tan alejados de los 4.550 M.a. de edad que hoy se le calculan a la Tierra?

La enseñanza y el aprendizaje

de la física

Antonio de Pro Bueno


Universidad de Murcia

Hay problemas importantes en la enseñanza y el aprendizaje de la física que exigen una revisión

profunda de lo que se está haciendo en las aulas.

A lo largo de este capítulo, se intenta aportar algunas reflexiones respecto a los siguientes inte -

rrogantes:

. ¿Qué física debemos enseñar en educación secundaria?

Se revisan los principales logros de la investigación científica en este ámbito a lo largo del

siglo xx: la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica, la astrofísica y la electrónica. Se

plantean los interrogantes centrales de la física escolar para la selección del contenido obje-

to de enseñanza.

. ¿Qué dificultades tienen los estudiantes en su aprendizaje de la física?

Se resumen las principales dificultades y obstáculos que tienen los alumnos y las alumnas en

el aprendizaje de los contenidos -conceptuales y procedimentales- enseñados en las clases de

física durante la educación secundaria obligatoria.

. ¿Cómo debemos organizar los contenidos?

Se identifican los interrogantes centrales del conocimiento escolar y, a partir de ellos, se plan -

tea una propuesta concreta de unidades didácticas para la física en secundaria. Su caracterís-

tica común es que los contenidos se introducen en el contexto de problemas próximos a la vida

de los estudiantes; las situaciones problemáticas actúan como cuestiones conductoras de la

enseñanza.

. ¿Cómo podríamos trabajar la física en el aula (por ejemplo, los circuitos eléctricos)?

Se realizan consideraciones generales sobre los planteamientos metodológicos que pueden

usarse en el aula de física.

Se ejemplifica el proceso de elaboración de un tema: el estudio de los circuitos eléctricos en

la educación secundaria obligatoria.

Desde hace algún tiempo percibíamos con preocupación que se aceptara como

normal que el aprendizaje de la física en secundaria se atragantara a muchos estu-

diantes. Pero cuando, además, aparecen artículos en la prensa que elevan el hecho a

la categoría de noticia periodística (Salomone, 2002), se organizan campañas de cap -

tación de alumnos y alumnas (por ejemplo, en el Reino Unido o Francia) o se realizan

reuniones internacionales para analizar la situación (Merino, 2002) se debería activar

la luz de alarma en algún sitio.

¿Es sólo una consecuencia de la dificultad intrínseca al aprendizaje de esta dis -

ciplina? Es cierto que esta asignatura nunca ha sido una «maría» pero lo novedoso es

que antes era un hecho que se constataba sin darle importancia, y ahora empieza a

considerarse un problema.

¿Es que se usan planteamientos metodológicos inadecuados en su enseñanza?

Resulta paradójico que se reconozca que la investigación y la innovación en la didác -

tica de la física han experimentado un gran desarrollo en los últimos años; que sus

aportaciones están al alcance de todos (mayor número de revistas y libros, de cursos y

congresos y la aparición de Internet); que se hayan validado nuevas estrategias y téc -

nicas didácticas para mejorar la enseñanza... y que, sin embargo, se diga que el único

problema que existe es que los alumnos y las alumnas no se esfuerzan lo suficiente.

¿Estamos ante una asignatura que ha perdido el referente de la utilidad próxi-

ma para el usuario como se achacó a las lenguas clásicas? Rotundamente, no. Guste

0 no, nos levantamos y nos acostamos con la física. Hoy en día, hay un sinfín de he -

chos, situaciones, fenómenos y hasta costumbres -insertadas en la vida cotidiana de

las personas- relacionados con esta materia. Los conocimientos tienen utilidad pero

hay que ponerla de manifiesto en las clases.

En este capítulo se reflexiona sobre cuestiones que siempre estarán pr esentes en

la didáctica de la física: qué conocimientos se deben enseñar, qué dificultades tienen los

alumnos para aprenderlos, cómo se pueden organizar y plantear los contenidos, cómo

los trabajamos en el aula... Nosotros, que tenemos muchas preguntas y p ocas res-

puestas, sólo pretendemos compartir con el lector algunas de nuestras inquietudes.

¿Qué física debemos enseñar

en la educación secundaria?

Una de las preocupaciones que más apremian a los profesores principiantes es

conocer qué tema les toca explicar, lo siguiente suele ser: repasar los apuntes de la

universidad, memorizar los contenidos y a veces recitarlos en voz alta. Sin valorar si

esto es una consecuencia de los modelos transmisivos predominantes o una proyec -

ción de la teoría según la cual el que sabe, sabe enseñar, queremos destacar que,

para empezar, se topan con una cuestión difíci l: qué conocimientos de física se debe

enseñar. Si planteamos la pregunta a docentes con experiencia, comprobaríamos

que no dan una respuesta única, cerrada y u niversal.

Si acude al libro de texto, lo primero que un profesor o profesora principiante

puede observar, al ver el libro que debe enseñar, es que los temas no son muy dife -

1 176

rentes a los que estudió en su día (lo que suele tranquilizarle). Si comparamos los ín -

dices de algunos textos usados habitualmente y los manuales de hace treinta años,

seguimos con la cinemática, la dinámica, el trabajo y la energía... Casi los mismos

contenidos y en el mismo orden.

Se pueden apreciar cambios en el formato; la presentación está más cuidada;

hay más ilustraciones e, Incluso, se han maquillado algunos contenidos (sobre todo,

los procedimientos). Se puede afirmar que, en general, se han creado materiales me -

jores y más variados. Sin embargo, parece que esto ha venido acompañado de un

aumento del interés por esta asignatura.

La similitud de contenidos sólo puede explicarse con creencias como «la física

no se puede enseñar de otra forma» o «hay que enseñar sólo la física clásica porque

es la única suficientemente probada». Este tipo de afirmaciones parecen dar a en -

tender que el tiempo, y con él la física, se hubiera detenido. ¿No ha evolucionado esta

disciplina en los últimos cien años? ¿No han cambiado las necesidades formativas de

los ciudadanos? Vamos a reflexionar brevemente sobre estos dos interrogantes.

¿En qué ha trabajado la física en los últimos tiempos?

En un trabajo anterior (Pro y Saura, 2001) discutíamos qué ámbitos de la in -

vestigación en física habían sido prioritarios a lo l argo del siglo xx. Masón (1990) ha

identificado cuatro grandes campos de actuación. Vamos a comentar algunos logros

realizados en cada uno de ellos siguiendo a Alfonseca (1996).

La teoría de la relatividad

Frente a las concepciones clásicas que partían de la existencia de un observa-

dor o de un sistema privilegiado del cosmos que determinaba el espacio, el tiempo y

la velocidad absolutas, y de las teorías del éter, Einstein propuso que la velocidad de la

luz es una constante y que no depende del movimiento del cuerpo que la emite o la de -

tecta. Con ello, cuestiona la tesis newtoniana de velocidades que pueden aumentar

indefinidamente o la existencia de un éter estacionario que permite la propagación

de las ondas electromagnéticas.

La teoría de la relatividad desmanteló la mecánica clásica: ningún cuerpo puede

superar la velocidad de la luz en el vacío, la masa no es un invariante, puede existir la

transformación masa-energía (la que algunos llaman la ecuación del siglo xx), apare -

ce el espacio de cuatro dimensiones, la contracción espacial y la dilatación espacial...

Con su enunciado de la teoría general de la relatividad, Einstein da respuesta a

tres hechos inexplicables hasta ese momento: la precesión de la órbita de Mercurio

(llegó a pensarse que existía otro planeta en el sistema solar), la no curvatura de la

propagación de la luz por efectos de la gravedad (sólo se produce la curvatura en

presencia de campos muy intensos) y el desplazamiento al rojo de la luz que sale de

un objeto de una gran masa por su transformación en energía (esto permite relacio -

nar los campos gravitatorios y electromagnéticos).

La teoría cuántica

Las aportaciones de Rayleigh (cuyos estudios sobre los gases atmosféricos le

llevaron a descubrir el argón o a justificar por qué el cielo es azul), Plank (que expli -

177

có la radiación del cuerpo negro e introdujo la idea de cuanto de acción) y del propio

Einstein (curiosamente uno de los mayores detractores de la mecánica cuántica) son

las que impulsan definitivamente esta teoría.

Con los precedentes de Helmholtz (que formuló el principio de conservación de

la energía y predijo la existencia del electrón) o JJ. Thomson (que investigó el compor -

tamiento de los gases con la electricidad, descubriendo el electrón y la relación entre

la carga y la masa del mismo), se avanza en la investigación sobre la estructura de la

materia. Estos descubrimientos aproximan los campos disciplinares de la física y de

la química (como anécdota recordamos que, al conocer la noticia de la concesión

del Nobel en química, Rutherford parece que exclamó: «¡Y yo que me creía físico!»),

aunque el distanciamiento de ambas asignaturas sea cada vez mayor en la enseñanza.

Se suceden contribuciones a un ritmo vertiginoso. Millikan realiza su exper ien-

cia de la gota de aceite que le permitió calcular la masa del electrón. Rutherford es -

tudia el fenómeno de la radioactividad y descubre los rayos a, (3 y y, superando, con

ello, el dogma de intransmutabilidad de los átomos del siglo xix. Bohr padre propone

su modelo atómico -un verdadero hito en la historia de las ciencias - con el que com-

bina el de Rutherford y la teoría de Plank. Sommerfield introduce mejoras en este

modelo de interpretación de la materia al aplicarle los principios relativistas y pro-

poner dos nuevos números cuánticos que añaden al principal ya establecido por

Bohr: el acimutal y el magnético. Pauli incorpora el cuarto número, el espín, y formu -

la su principio de exclusión. Heisenberg enuncia su principio de indeterminación que

ha pasado a ser utilizado más allá de su significado físico. De Broglie aporta el prin -

cipio de la dualidad onda-corpúsculo para los electrones. Schródinger introduce la

función de onda y la ecuación general que lleva su nombre...

Otros centran sus trabajos en el descubrimiento de nuevas partículas. Chadwick

descubre el neutrón. Los Curie (Marie fue la primera mujer que obtuvo el Nobel de

física y la primera persona que consiguió dos nobeles, al recibir otro en química) de -

nominan radioactividad a las radiaciones de Bequerel e inician una fructífera línea

de investigación. Dirac prevé el positrón (a partir de su teoría sobre la existencia de

antipartículas), que es confirmado posteriormente por Anderson (quien también des -

cubre el muón); Yukawa, el mesotrón o mesón (él le llamaba el electrón pesado)-, Po-

well, el pión; Feynman, los bosones... Las necesidades de este campo de investigación

han impulsado la creación de aceleradores de partículas, un ejemplo más de los nexos

entre ciencia y tecnología.

Por otro lado, se producen los hallazgos de Fermi, Hahn y Strassman y, con ellos,

se inicia la era atómica con las nefastas consecuencias por todos conocidas. El enorme

impulso dado a la industria militar (por ejemplo, el apoyo económico y los recursos

humanos puestos a disposición del proyecto Manhatan) ha llevado a la realización de

notables avances científ icos. Paradójicamente cabe reconocer que estos descubri -

mientos han mejorado la calidad de vida humana; el problema es que, en muchos

casos, desgraciadamente sólo ha repercutido en unos pocos.

La astrofísica

Durante el siglo xix y a principios del xx el progreso técnico permitió la cons -

trucción de telescopios más potentes. Leavitt no sólo descubre varias novas sino que

I 178

demuestra que la variación de la luminosidad de las estrel las variables -las cefeidas-

está relacionada con el brillo absoluto (por tanto, con la distancia a la Tierra). Sha -

pley y Oort estudian la posición y el movimiento del Sol en nuestra galaxia. Hubble

calcula las distancias de unas 40 galaxias a la nuestra y la velocidad de alejamiento

de las mismas (en el caso de Andrómeda, su velocidad de acercamiento). Hewish y

Bell descubren unos impulsos regulares que dan lugar a los pulsar y Ryle los quasa -

res. Eddington relaciona la masa y la luminosidad de las estrellas y estudia las pul -

santes y las enanas blancas; Fowler, las gigantes rojas y la secuencia vital de las

estrellas. Hawking investiga los agujeros negros...

Paralelamente a estos avances aparecen las teor ías sobre la formación del uni -

verso. Hubble y Eddington llegan a la idea del universo en expansión. Bondi, Gold y

Hoyle defienden un universo estacionario, admitido hasta el descubrimiento de la ra -

diación cósmica de fondo que dio lugar a la teoría del Big Bang de Penzias, Wilson y

Gamow. Hawking elabora su teoría sobre el principio del universo... Como podemos

apreciar, en este ámbito ha existido un cierto predominio de hipótesis y modelos teó -

ricos frente a datos constatados. Quizás, la física teórica es uno de los argumentos

más concluyentes para rebatir las concepciones empiristas e inductistas que muchas

veces se han usado como fundamento para la enseñanza de las ciencias.

Los descubrimientos de las gigantes rojas y las enanas blancas, el estudio de la

composición de las estrellas a partir de sus temperaturas y radiaciones, las transforma -

ciones masa-energía en las colisiones, la existencia de los agujeros negros... pudieron

ser constatados con el impulso de la carrera espacial que iniciaron los rus os y nortea-

mericanos en plena guerra fría. De esta forma, con el lanzamiento del primer Sputnik

en 1957, la llamada conquista del espacio dejó de ser una especulación literaria. Po -

demos decir que la llegada a la Luna o la construcción de plataformas co mo la Mir han

favorecido inversiones importantes y un gran desarrollo científico y tecnológico.

La electrónica

El nacimiento de la electrónica puede establecerse con la invención de las vál -

vulas de vacío o lámparas de incandescencia de Edison. Desde el i nvento del triodo por

Forest, se sucedieron grandes investigaciones: Richardson sobre el efecto termoióni -

co; Langmuir para aumentar la duración de los filamentos de tungsteno o sobre tubos

electrónicos de vacío o gas; Kamerlingh -Onnes, Muller, Bednorz... sobre los supercon-

ductores; Baird sobre la transmisión de la imagen a distancia; Zworykin sobre el ico -

noscopio, las primeras cámaras electrónicas y el kinescopio; Armstrong sobre la

comunicación por FM, receptores de radio y televisión... que impulsar on de forma

determinante el desarrollo de esta parte de la física.

Así aparecieron los diodos (Edison), los transistores (Bardeen, Brattain y Shoc -

kley) y, con ellos, los circuitos impresos e integrados, los sistemas digitales... Paralela -

mente se suceden los estudios sobre materiales con determinadas propiedades como

los cristales l íquidos, los semiconductores, los superconductores, las fibras ópticas...

Como en otros campos, las aplicaciones militares de la electrónica impulsaron

su desarrollo durante la segunda guerra mundial (radiofonía, radar, teledirección, te -

lemando de tiro...). Pero, además, la sofisticada tecnología y las cuantiosas inversio -

nes que requiere condiciona quién puede investigar en ella. De esta forma, un

179 |

número reducido de empresas multinacionales puede condicionar la calidad de vida

y acrecentar las desigualdades económicas y sociales. No obstante, estos avances han

permitido crear aparatos como la radio, la televisión, el vídeo, los equipos de músi -

ca... y, por supuesto, los ordenadores. El futuro en este campo está por escribir.

A la vista de esta síntesis apretada de la evolución de la física a lo largo del siglo

xx, se pueden extraer dos ¡deas importantes:

. Se constata que algo ha cambiado en esta disciplina en los últimos cien años,

tanto en los productos como en los procesos de investigación. El hecho de que

muchos de los científicos mencionados obtuvieran el premio Nobel, avala que

esta imagen -obligadamente incompleta- puede ser un destello de la ciencia

oficial, aceptada por la comunidad científica. Pero, ¿conoce realmente el pro -

fesorado lo que está pasando en la disciplina, aunque sea a nivel divulgativo?

¿Han influido los nuevos conocimientos, por ejemplo, en la selección de los con -

tenidos? ¿Se ha modificado algo de lo que se hacía antes de estos avances?

. No es posible pensar sólo en una física de conocimientos neutrales. Resulta di-

fícil realizar un relato histórico sobre la evolución de esta materia sin mencio -

nar la transitoriedad de los conocimientos, los métodos de investigación o las

repercusiones tecnológicas y sociales (Pro y Saura, 2001). ¿No forman parte de

la física la emisión y el contraste de hipótesis, el uso de modelos interpretati -

vos o el diseño de una estrategia para e l control de unas variables? ¿Y el rigor

en la recogida de información, la coherencia y la moderación en las conclusio -

nes o la identificación de cuestiones sin resolver en un trabajo? ¿Y el recono -

cimiento de las dificultades de los científicos en sus descubrimientos o la

aceptación de la provisionalidad de sus hallazgos? ¿Y el posicíonamiento fren -

te a las consecuencias que han tenido en la mejora de la calidad de vida o en

el cambio de la forma de vivir? ¿Y la euforia cuando resuelves un problema

después de trabajar en él varios días?... En definitiva, ¿dónde acaba la física?

¿Qué conocimientos de física necesitan los ciudadanos?

Aunque pensamos que la enseñanza de una materia siempre debe tener en cuen -

ta su estado actual y sus perspectivas de futuro, no quiere decir que deba trasladarse,

sin más, al aula de secundaria lo que acabe de ser noticia. No podemos olvidar los ob-

jetivos prioritarios que deben cumplir los contenidos de física que se enseñen en la

enseñanza secundaria. Destacamos tres: atender las necesidades actuales -personales

y colectivas- en este ámbito del conocimiento; facilitar herramientas básicas al alum -

nado para que pueda tomar decisiones reflexivas ante los problemas que tendrán,

como ciudadanos, en un futuro próximo; y provocar satisfacción por lo que haya

aprendido y deseo por seguir aprendiendo.

Si queremos determinar, de forma fundamentada, qué conocimientos de física

hay que incluir en la formación básica, lo deseable -que no es precisamente lo que

se ha hecho en los nuevos programas oficiales (MEC, 2001) - sería abrir un debate en

el que participaran científicos, profesores, especial istas y ciudadanos; o, por lo menos,

revisar qué contenidos se incluyen en otras propuestas curriculares que sí han reali -

zado este análisis.

I 180

Habría que identificar las necesidades, los retos y los problemas sociales más re -

levantes, reconocer los conocimientos científicos vigentes, discutir la potencialidad

que tienen para generar la mayor cantidad de aprendizaj es posibles, analizar qué po-

demos aprovechar de lo que tenemos y qué necesitamos cambiar inexorablemente,

etc. Así se estaría en mejor disposición para plantear una propuesta más rigurosa y

de trabajar en la formación del profesorado que ha de llevarla a las aulas.

Se han realizado aportaciones muy interesantes (Alambique, 2001; Investiga-

ción en la Escuela, 2001; Membiela, 2002...) y se están investigando materiales de

aprendizaje con resultados esperanzadores. Pero en España, en este momento, pode -

mos decir que esta reflexión colectiva es una asignatura pendiente. Mientras no se

apruebe, se hará aún más necesario el diseño, el intercambio y la discusión de pro -

puestas posibles, que tengan en cuenta las necesidades reales de sus destinatarios y

hacia dónde va la física actual.

En cualquier caso, se deben tener presentes los interrogantes que, desde la

perspectiva científica, dan sentido a las estructuras conceptuales y procedimenta -

les de cada uno de los ámbitos de esta materia. Muchas veces la maraña de con-

tenidos que trabajan los estudiantes les impide situarlos en un plano más elevado

que es precisamente el que le da sentido: ¿para qué crearon los físicos estos cono -

cimientos?, ¿en qué otros se apoyaron o cuáles completaron su significado?, ¿qué

problemas ayudaron a resolver y cuáles no resolvieron?... En el cuadro 1 (véase en

la página siguiente) hemos sintetizado algunas de las preguntas centrales que pue -

den considerarse más relevantes en los diferentes ámbitos de la física escolar (ex -

cluido el que desarrollamos en el último apartado).

Por último, quisiéramos señalar que la necesidad de acercar la física de los cien -

tíficos a la física que demanda la formación obligatoria de los ciudadanos -transpo-

sición didáctica- exige una traducción no literal de los conocimientos existentes.

Cada profesional tiene un modelo educativo, unas creencias, unas experiencias y

unos criterios que implícita o explícitamente utiliza cuando elige los contenidos a en -

señar. No se debe exigir un punto de vista único a todos los docentes, pero sí que es

preciso que compartan la mayor parte del conocimiento científico.

¿Qué dificultades tienen los estudiantes

en su aprendizaje de la física?

Una de las simplificaciones que roza el estereotipo es la que afirma que los

estudiantes de ahora son peores que los de antes. Ante una afirmación así, lo

razonable sería buscar las causas: ¿acaso tienen un menor desarrollo cognltivo?;

¿se han producido cambios fisiológicos (menor número de neuronas, tamaño del

cerebro o causas similares)?; ¿hay más restricciones para acceder a los nuevos co -

nocimientos?

Es difícil aceptar que personas que son capaces de navegar y chatear por In -

ternet (¡algo aprendido fuera de la escuela!), manejar un móvil o un DVD sin leer las

instrucciones, comprender y apreciar películas en las que aparecen complejos con -

181 |

Cuadro 1. Interrogantes centrales de la física escolar

Interacciones de tipo

mecánico

. ¿Qué interacciones me-

cánicas se producen

entre los sistemas

físicos?

. ¿Cómo se estudian estas

interacciones?

. ¿Podemos predecir la

evolución de un sistema?

Máquinas

. ¿Cómo funcionan algunas

máquinas?

. ¿Cuál es la ley y el rendi-

miento de una máquina?

. ¿Cómo podemos hacer

una máquina para...?

Astronomía

¿Qué hay en el espacio?

¿Cómo interaccionan

y se mueven los cuerpos

en el universo?

¿Cómo incide la conquista

del espacio en nuestra

vida diaria?

Sistema físico

. ¿Cómo caracterizamos algu-

nas propiedades de un siste-

ma físico?

. ¿Pueden cambiar las propie-

dades?

Movimiento

. ¿Cómo podemos saber dónde

está un objeto en un instante

determinado?

. ¿Cómo se mueven las partí-

culas en un sistema físico?

INTERROGANTES

CENTRALES DE LA FISICA

ESCOLAR

Energía

¿Qué energía asociamos

a los sistemas físicos en fun-

ción de sus características

y propiedades?

¿Cómo se puede

transformar

la energía? ¿Cumplen el

prin-

cipio de conservación y de-

gradación?

¿Cómo podemos mejorar

la producción y el ahorro

de energía, reduciendo los

impactos negativos?

interacciones

eléctricas y magnéticas

. ¿Qué interacciones eléc-

tricas y magnéticas se

producen entre los siste-

mas físicos?

. ¿Cómo se estudian estas

interacciones?

. ¿Podemos predecir la

evolución de un sistema?

Circuitos eléctricos

¿Cómo estudiamos los

circuitos eléctricos?

¿Cómo funciona un cir-

cuito eléctrico si conoce-

mos sus componentes?

¿Cómo hacemos un cir-

cuito para...?

Luz y sonido

¿Cómo se produce y se

propagan la luz y el soni-

do?

¿Cómo se interpretan los

fenómenos luminosos

y acústicos?

¿Cómo inciden las ondas

en la mejora de la calidad

de vida?

ceptos científicos, conocer todos los nombres (muchos en otro idioma) de las cancio -

nes de los CD, discutir hasta la extenuación sobre temas que les interesan, etc., no

tienen capacidad para aprender fís ica. Pero pensar que el proceso de aprendizaje es

automático, obligado, homogéneo en todos, estable, impermeable ante nuevos he -

chos y trasferible a todas las situaciones es desconocer conocimientos profesionales

relevantes.

Cualquier proceso de enseñanza de unos contenidos debe adecuarse a las ca -

racterísticas y peculiaridades de las personas que aprenden. Probablemente por ello,

en muchos centros, se acostumbra a pasar unas pruebas iniciales, aunque no siempre

se hayan rentabilizado. Sin embargo, más al lá del diagnóstico concreto de la situa -

ción, creemos que es importante conocer por qué los estudiantes tienen esas con -

cepciones o limitaciones. Algunos estudios (Driver y otros, 1989; Osborne y Freyberg,

1991; Pozo, 1996; Pozo y Gómez, 2000) y nuestra experiencia permiten señalar al -

gunas causas:

. Hay conocimientos de física que son complicados desde el punto de vista de

la propia ciencia. Por ejemplo: conceptos comunes como masa, caloro ener-

gía han sido y siguen siendo discutidos por la comunidad científica. Los

procesos que actualmente se usan en la investigación han debido superar

grandes limitaciones técnicas y mayores resistencias intelectuales. Si perso -

nas adultas y especialistas tienen estas dificultades, ¿cómo podemos pensar

que nuestros alumnos y alumnas no las van a tener?

. Hay muchas interferencias entre la terminología científica y el lenguaje co -

tidiano, como se trata en el capítulo «Comunicación y lenguaje en clase de

ciencias», y son especialmente significativas en la física. ¿Qué términos va a

utilizar el alumnado: los que le enseñamos en clase o los que le sirven para

entenderse con sus colegas?

. Muchos errores o lagunas de formación que encontramos en el alumnado

se deben a los libros de texto utilizados o a explicaciones recibidas en el ám -

bito escolar. ¿Cómo podríamos reducirlos o atajarlos?

. La construcción de cualquier conocimiento en física es fruto de mucho

tiempo y muchos científicos. ¿Podemos pretender que estudiante s -aún

adolescentes- deban aprender todo lo que se ha construido sobre un tema?

La investigación realizada en la didáctica de la física ha sido muy prolífica para

identificar las dificultades más habituales que tienen los alumnos y alumnas de estos

niveles (Hierrezuelo y Montero, 1989; Driver y otros, 1989; Pfundt y Duit, 1994; Vare -

la y otros, 1999...). Con los resultados aportados en estos trabajos y en algunos de los

nuestros (García y otros, 1988; Valcárcel y otros, 1990; Pro y Saura, 1996; Saura y Pro ,

2000; Pontes y Pro, 2001; Domínguez y otros, 2002...), podemos realizar un resumen

de los principales obstáculos conceptuales que deben superarse en el aprendizaje. Son

los que se recogen en el cuadro 2 de la página siguiente.

Además hay otras dificultades relacionadas con la adquisición de los conteni -

dos procedimentales, tan característicos de la física como los conceptuales aunque

estén más olvidados. En el cuadro 3 de la página 186 se resumen algunas, usando la

clasificación discutida en el capítulo «Construcción del conocimiento en ciencias».

183 I

Cuadro 2. Algunas dificultades conceptuales en el aprendizaje de la física

TEMA DIFICULTADES DE APRENDIZAJE

Propiedades

físicas de la

materia

. Confunden peso y masa; sobre todo, cuando usan las unidades.

. Identifican la masa y el volumen; masa «grande» implica volumen «grande».

. Problemas con la densidad; les resulta difícil razonar cuando el volumen es

«grande» y la masa no es «tan grande».

• Problemas cuando usan magnitudes in tensivas (temperatura).

Cinemática . Problemas para razonar con otro sistema de referencia.

. Confunden trayectoria, desplazamiento, posición, espacio recorrido...

. Asocian la velocidad con una variable (el espacio o el tiempo) pero no con

ambas.

. Problemas con el carácter vectorial de la velocidad y de la aceleración (no

perciben la importancia de la dirección y sentido).

. Confunden las representaciones espaciales y gráficas espacio-tiempo o ve-

locidad-tiempo.

. Consideran equivalentes la velocidad alta y aceleración (confunden veloci-

dad y cambio de velocidad).

. Dificultad para comprender la independencia de cada movimiento en la

composición de movimientos.

Fuerza . Asignan carácter antropomórfico a la fuerza (esfuerzo muscular); no tienen

en cuenta algunas interacciones (sobre todo, a distancia).

. Consideran la fuerza como una característica sustancial de los sistemas y

de los objetos.

. Distinguen entre fuerzas sobre los objetos y fuerzas asociadas a objetos que

se mueven.

. Usan las fuerzas en función de la configuración del sistema (diferentes

fuerzas al principio o al final de un plano inclinado, cuando una bola com-

prime o expande un muelle...).

. Asocian la dirección de la fuerza con la dirección del movimiento.

. Problemas de comprensión con la primera y tercera leyes de Newton; si un

cuerpo está en reposo, no hay fuerzas «actuando».

. No consideran que haya rozamiento en situaciones de reposo (sólo se

opone al movimiento); las fuerzas de rozamiento «estropean», «fastidian»,

«son malas»...

Energía . Asocian energía-fuerza.

. Piensan que la energía sólo es la capacidad para producir trabajo mecánico.

. Asocian la energía a los seres vivos y no a los inertes; a la velocidad o a la

actividad...

. Identifican la energía como una entidad material de los sistemas (se gana,

se pierde, se cambia, se gasta...).

I 184

. Problemas de comprensión conjunta de los principios de conservación y de-

gradación.

. Consideran que la transformación energética depende siempre del camino

seguido (no hay procesos conservativos).

Calor

y temperatura . Confusiones terminológicas derivadas del lenguaje cotidiano: calor con

«fuente calorífica», con «temperatura elevada», con efectos (fatiga, sudor...).

. Consideran el calor como un fluido que «se cede» o «se gana», «se mueve».

. Piensan que el calor es una forma de energía.

. Confunden temperatura e incremento de temperatura; creen que la tem-

peratura siempre aumenta con el calor; incluso, en el cambio de estado

progresivo.

. Problemas para establecer relaciones inversas (masa e AT) o de otro tipo

(masa y naturaleza sustancia, constancia de T en el cambio de estado).

. Dificultades al razonar sobre procesos de «enfriamiento» de los sistemas.

Electrostática

y magnetismo

. Hablan de carga eléctrica como si fuera una partícula con este nombre.

. Confunden los fenómenos electrostáticos y el magnetismo natural.

. No entienden que existan cargas eléctricas positivas y negativas indepen-

dientes, y no exista el monopolo.

Circuitos

eléctricos . Consideran que la corriente eléctrica es un fluido que sale del generador y

circula por el circuito (modelos unipolar, concurrente, reparto, atenuación).

. Confunden diferencia de potencial con intensidad de corriente.

. Problemas terminológicos derivados del lenguaje de la propia ciencia (re-

sistencia como elemento y como magnitud representativa de conductores

lineales; f.e.m. -fuerza electromotriz- como fuerza del generador).

. Piensan que la resistencia eléctrica es una fuerza que se opone a la co-

rriente eléctrica.

La luz

y el sonido

. Modelos de visión no adecuados; tienen problemas de predicción en la

propagación en habitación cerrada.

. Problemas con la formación de sombras (a mayor intensidad de la fuente,

mayor sombra).

. Usan razonamientos preferentemente corpusculares en la interpretación

de los fenómenos luminosos y sonoros.

. Problemas con la «existencia» de la normal y su trazado.

. No asocian el cambio de dirección en la refracción con el cambio de velo -

cidad al cambiar el medio.

. Consideran que el sonido se propaga en el vacio; incluso, mejor que en otro

medio porque no hay resistencia.

. No reconocen la refracción del sonido; confunden algunos fenómenos

(atenuación).

. No entienden que en la propagación del sonido no hay propagación de masa.

185 |

Cuadro 3. Dificultades en relación con los contenidos procedimentales

| PROCEDIMIENTO

PROBLEMAS DE APRENDIZAJE

Identificación

de un

problema

• Identifican los problemas con actividades cerradas o ejercicios numéricos

con solución única; los procesos de resolución también se perciben como

únicos.

. No reconocen las variables que pueden intervenir en una situación problemática.

. Dificultades para saber qué datos o información necesitan en una situación

abierta.

. Más condicionamientos en los procesos o situaciones estáticas.

Relación entre

variables

. No reconocen que una variable puede tomar diferentes valores ni lo usan ante

una situación problemática.

. Reconocen las relaciones directas -preferentemente causales- pero tienen di-

ficultades con las inversas y con las multivariables.

. Dificultades para realizar un control y exclusión de variables.

Emisión

de hipótesis

. Están poco habituados a hacer conjeturas o realizar predicciones.

. Sus conocimientos les dificultan emitir hipótesis; sus razonamientos están

condicionados por las percepciones, el sentido común...

. Dificultades para diseñar una estrategia o planificar una experiencia para

contrastar una hipótesis.

Observación . No todos son capaces de describir un hecho, objetos con unas características,

situaciones, fenómenos...

. La observación se complica si deben usar un instrumento o aparato.

Medición . Poco críticos con sus medidas, probablemente por no apreciar el significado de

las unidades.

. Dificultades con la lectura de algunos aparatos (sobre todo, si las divisiones no

guardan una relación 1:10).

. Problemas con el uso del termómetro.

. Dificultades con el uso del amperímetro y del voltímetro, tanto en su manipu-

lación como en el significado de las lecturas.

Técnicas

de investigación

. No conocen técnicas de experimentación elementales.

. Consideran la aplicación de la fórmula como la única estrategia de resolución

y los ejercicios de aplicación.

Transforma-

ción y análisis

de datos

. Sistematizan la tabulación de datos sin interiorizar las reglas (orden creciente

de la primera variable, mismas unidades, correspondencia...).

. Problemas en la realización de las representaciones gráficas; dificultades para

interpretar, extrapolar valores o trazar la gráfica.

. Dificultades matemáticas para resolver ecuaciones.

I 186

Establecimiento . Establecen más conclusiones de las que derivan de los resultados,

de conclusiones . Las conclusiones no van más allá de aspectos descriptivos o cercanos; son infe-

rencias muy inmediatas y generalmente a nivel cualitativo.

. Son capaces de seguir las instrucciones (si no son muy complejas) para realizar

Realización de un montaje o construir un aparato, pero no ocurre lo mismo si se usa un es-

montajes quema, un diagrama o una simplificación.

. Memorizan poco la secuencia de las tareas manuales realizadas; necesitan que

se les recuerde en montajes similares.

. Si la acción es muy larga, pierden atención.

. No reconocen las ideas fundamentales, contradictorias, semejantes... en un ma-

Destrezas terial escrito; el problema se incrementa cuando se usa la prensa diaria,

comunicativas . Cuando usan diversos materiales escritos, el problema del reconocimiento de

ideas se complica.

. Aunque muchos tienen una cierta pericia en el manejo técnico de Internet, no

usan loda la información ni sus posibilidades; sólo conocen las que han nece-

sitado alguna vez.

. Asumen la información escrita, visual o informática con escaso espíritu cri-

tico.

. Necesitan una secuencia dirigida de cuestiones para la elaboración de un

informe.

Es importante llamar la atención sobre los riesgos de una interpretación ses -

gada de estos condicionantes del aprendizaje. En efecto, al considerar tan tas difi-

cultades, se puede caer en una actitud infantilizadora de todos los niveles de la

enseñanza por creer que el alumnado está muy condicionado en cualquier campo.

Nada más lejos de la realidad. Por un lado, contamos con la gran potencialidad para

aprender que tienen todos los alumnos y todas las alumnas. Por otro, la investiga -

ción educativa, además de detectar estos y otros obstáculos, ha mostrado que hay

muchas formas de superarlos, precisamente usándolos en el proceso de construcción

de los conocimientos.

¿Cómo debemos organizar los contenidos?

La organización de los contenidos que hay que enseñar está en función de las

intenciones educativas del docente. Si en el cuadro 1 fijábamos las preguntas cen -

trales de la física escolar, parece coherente partir de las afirmaciones de conoci -

miento a las que se pretende llegar de cara a la selección y secuenciación de los

contenidos (Novak y Gowin, 1988); en el cuadro 4 de la página siguiente, se han re -

sumido las más relevantes en cada ámbito.

187 |

Cuadro 4. Principales afirmaciones de conocimiento de física (excepto las de circuitos

eléctricos)

INTERROGANTES CENTRALES AFIRMACIONES DE CONOCIMIENTO

¿Cómo podemos • Un SF es una organización de objetos o partículas que estudiamos conjuntamente,

caracterizar un . Los SF se pueden caracterizar en función de propiedades como longitud,

sistema físico masa, volumen, temperatura, carga eléctrica, etc.

(SF)? . Estas propiedades pueden ser intensivas y extensivas; invariantes o no.

¿Cómo

podemos saber

dónde

está un objeto?

¿Cómo se mue-

ven las partícu-

las dentro de un

sistema físico?

Describir y predecir el estado cinemático de un sistema supone conocer cómo

evoluciona su posición en el tiempo.

La velocidad y la aceleración son magnitudes vectoriales que ayudan a estu-

diar el estado cinemático de los sistemas.

La luz se propaga en línea recta (excepto en las proximidades de un campo

gravitatorio intenso); su velocidad es máxima en el vacio.

Los SF se mueven con estados cinemáticos variados que pueden considerarse

la combinación o composición de otros más simples.

En un SF se puede estudiar, con estas mismas magnitudes, cómo se mueven

los elementos o partículas que lo integran.

¿Qué interac- . Un SF puede interaccionar con otros o tener interacciones entre los objetos y

ciones mecáni- partículas que lo integran. Para estudiarlas usamos el concepto de fuerza,

cas se producen . Hay cuatro interacciones fundamentales (gravitatoria, electromagnética, nu-

en los sistemas clear débil y nuclear fuerte). El peso representa la interacción con el campo

físicos y entre gravitatorio.

ellos? . Las leyes de Newton son las «reglas de juego» en los estudios dinámicos.

. Hay interacciones (elásticas, no elásticas, dentro de los fluidos, sobre el

¿Qué valor suelo...) que se representan por las fuerzas correspondientes,

tienen estas . Las fuerzas tienen un carácter vectorial; podemos descomponerlas para faci -

interacciones? litar su estudio. La resultante de un sistema de fuerzas representa el resulta-

do de las interacciones.

¿Se puede . Para estudiar algunas situaciones necesitamos conocer la interacción en una

predecir cómo superficie; por ello, introducimos la presión.

evoluciona un . Las fuerzas de rozamiento se oponen al movimiento pero lo hacen posible,

sistema físico? . Se puede predecir la evolución de un sistema si conocemos las interacciones

internas de los elementos o partículas que lo integran.

¿Qué energía . La energía es un número que pase lo que pase en el universo no cambia. A

asociamos a los cada sistema físico se le puede asignar un número en función de sus propie-

sistemas físicos? dades o de su estado.

. Algunos procesos de cambio en los sistemas físicos se estudian contrastando

¿Cómo se los valores de la energía (transformación de energía),

transforma la . Las transformaciones de energía cumplen los principios de conservación y de-

energía?gradación. En procesos reales hay que considerar los efectos no conservativos

188

¿Se puede

mejorar la

producción, el

consumo y el

ahorro de

energía?

(trabajo de rozamiento, calor...) y las interacciones exteriores.

. Existen numerosas fuentes de energía (renovables o no) de distintos orígenes.

Para producir «energía útil» en nuestra vida son necesarias las centrales de

energía; la mayoría producen impactos ambientales.

. Existe crisis de energía porque no coinciden la producción y el consumo. Es ne-

cesario el ahorro energético y la conservación del medio.

¿Cómo fun-

cionan las

máquinas?

¿Cuál es la

ley y el rendi-

miento de

una máquina?

. Las máquinas son dispositivos que tratan de rentabilizar los efectos dinámicos

y aprovechar las transformaciones energéticas. Están formadas por operado-

res. Pueden ser simples y compuestas; también se clasifican por el tipo de

transformación.

. Desde un punto de vista dinámico, los elementos más característicos son la fuer -

za aplicada y la resistencia. La relación entre ambas define la ley de la máquina.

. Desde un punto de vista energético, las magnitudes más características son el

trabajo útil y la energía utilizada. Su relación define el rendimiento y la venta-

ja mecánica.

¿Cómo se

produce y se

propaga el

sonido?

¿Cómo incide

el sonido en

la vida?

. El sonido se produce por un emisor; es una onda material y, por lo tanto, no se

propaga en el vacío. Se caracteriza por unas magnitudes: cualidades del sonido.

. Al propagarse el sonido puede producir fenómenos de reflexión, refracción,

atenuación e interferencias, y cumplen las leyes de propagación.

. Los fenómenos acústicos pueden interpretarse con el modelo ondulatorio.

. El estudio del sonido permite conocer cómo se produce la audición, por qué

se produce la contaminación acústica y cómo se usa para mejorar la calidad

de vida.

¿Cómo se pro-

duce la luz?

¿Cómo se

propaga la

luz?

¿Cómo incide

la luz en

nuestra vida?

. La luz se produce en manantiales puntuales y fuentes luminosas; al ser perturba -

ciones electromagnéticas no necesitan un medio material para su propagación.

. La luz se propaga en línea recta; al propagarse pueden producirse fenómenos

como la sombra y la penumbra, la reflexión, la refracción, la difracción, el

color... Cumplen las leyes de la propagación.

. Los fenómenos luminosos se pueden interpretar con el modelo de partículas y

con el ondulatorio.

. Los elementos ópticos (espejos, dioptrios, lentes) tienen ecuaciones características.

. El estudio de la luz nos permite conocer cómo se produce la visión; muchos

aparatos usan la luz para mejorar la de calidad de vida.

La identificación de estas afirmaciones -que proceden sólo de la disciplina - no

lleva a una única propuesta de enseñanza. No se puede ignorar la presencia de otros

factores, tan importantes como el anterior: las características del alumnado, los ob -

jetivos educativos, las variables contextúales (necesidades, problemas, Intereses), etc.

La intervención de todos estos aspectos -psicológicos, pedagógicos, sociológicos- di-

versifican las posibilidades que se derivan de la mera respuesta a los interrogantes.

189 |

Sin embargo, quisiéramos hacer mención a una analogía que usa Dunbar (1999)

con la educación musical, planteando una dicotomía al seleccionar los contenidos:

¿debemos enseñar desde el principio solfeo (fórmulas, definiciones...) o debemos en -

señar primero a apreciar la música?

En el cuadro 5 se ha sintetizado una propuesta para la enseñanza de la física en

educación secundaria, excluyendo el tema desarrollado en el último apartado. En la

primera columna aparece el ámbito objeto de estudio (cuyas preguntas centrales ex-

pusimos en el cuadro 1); en la segunda, los problemas-eje, cotidianos en la vida de

los estudiantes, que podrían servir como cuestiones que dirigen el desarrollo de un

programa: en la tercera, los contenidos conceptuales que, en un temario clásico, es -

tarían implicados en las cuestiones anteriores.

Cuadro 5. Una posible propuesta de organización de contenidos

ÁMBITO □EMPLOS DE CUESTIONES PARA

SELECCIONAR LOS CONTENIDOS

REFERENTES CONCEPTUALES

CLASICOS

Sistemas

físicos

¿Cómo podemos entendernos entre «físicos»? Sistemas físicos. Propiedades fí-

sicas. Magnitudes intensivas y

extensivas. Invariantes

Estudio del

movimiento

¿Cómo nos movemos al andar? ¿Y un ciclista

que se deja caer con la bici por una rampa?

¿Cuándo hacemos ejercicio saludable?

Velocidad. Aceleración. Movi-

miento rectilíneo. Ecuaciones

representativas.

¿Cuánto duraría un viaje espacial a Marte, al

Sol y a alguna estrella?

Movimiento y velocidad de la

luz.

¿Cómo corrió el campeón de 100 metros lisos?

¿Por qué ganó al segundo clasificado?

Combinación de movimientos.

¿Cómo lanzamos una pelota de baloncesto para

encestarla limpiamente? ¿Y para que un peso

vaya lejos?

Composición de movimientos.

¿Quién fue Galileo? ¿Qué aportó a la ciencia y

a la sociedad?

Historia y repercusión social de

la física.

Interacciones

mecánicas ¿Qué fuerzas «nos acompañan» (de la película

Lo guerra de tas galaxias) cada día?

Interacciones. Fuerza. Peso.

Leyes Newton.

¿Cómo podemos lanzar más fuerte una bola

con un muelle?

Fuerzas elásticas. Ley de Hooke.

I 190

Interacciones ¿Cómo podemos hacer que un barco flote? ¿Por

mecánicas qué un globo se escapa?

Fluidos. Ley de Arquímedes.

Cómo debemos maniobrar el barco en función

de la dirección del viento?

Carácter vectorial. Composición

y resultante.

¿Por qué se hacen motos y bicicletas aerodiná-

micas? ¿Qué ocurriría si no hubiera rozamiento?

Fuerza de rozamiento.

¿Quiénes fueron Aristóteles y Newton? ¿Qué

aportaron a la ciencia y a la sociedad?


la física.

Energía ¿Qué es eso que llamamos energía? Energía. Tipos de energía.

¿Cómo conseguimos la energía que necesitamos

(comer, montar en moto, escuchar música...)?

Transformación de la energía.

Principios de conservación y de-

gradación.

¿Qué ocurre en la realidad cuando trastorna-

mos energía?

Trabajo mecánico. Potencia. Tra-

bajo fuerzas exteriores y no con-

servativas. Calor.

¿Cómo podemos aprovechar la naturaleza para

trasformar la energía que necesitamos?

Fuentes y centrales de energía.

Fuentes renovables y no reno-

vables.

¿Hay crisis de energía? ¿Cómo podríamos hacer

un plan de ahorro de energía?

Producción. Consumo. Ahorro

energético.

¿Quiénes fueron Watts, Joule, Helmholtz y Mayer?

¿Qué aportaron a la ciencia y a la sociedad?


la física.

Máquinas ¿Para qué usamos las máquinas en nuestra

vida? ¿De qué están formadas?

Máquinas. Operadores. Tipos de

máquinas.

¿Cómo funcionan algunas máquinas sin pilas ni

baterías?

Elementos. Ley de la máquina.

Rendimiento.

¿Podemos usar líquidos y gases para construir

una máquina?

Ley de Pascal. Ecuación de los

gases.

¿Cuáles han sido las máquinas más relevantes a

lo largo de la historia?

Máquinas y robótica.

ÁMBITO EJEMPLOS DE CUESTIONES PARA

SELECCIONAR LOS CONTENIDOS


CLASICOS

Máquinas

(cont.)

¿Podemos construir un artilugio para...? Combinación de operadores y

máquinas.

¿Quiénes fueron Arquímedes y Leonardo da Vinci?

¿Qué aportaron a la ciencia y a la sociedad?


la física.

Estudio

del sonido

¿Por qué escuchamos la radio y vemos la tele-

visión?

Ondas. Propagación de ondas.

Sonido.

¿Todas las guitarras suenan igual? Cualidades del sonido.

¿Qué fenómenos acústicos percibimos? Eco. Reflexión. Refracción. Ate-

nuación.

¿Cómo podemos oír? ¿Oyen mejor algunos ani-

males? ¿Se puede contaminar con el ruido?

Audición. Contaminación acús-

tica.

¿Cómo se puede aprovechar el sonido? Aparatos acústicos. Ecografía.

¿Quiénes fueron Bell, Marconi y Morse? ¿Qué

aportaron a la ciencia y a la sociedad?


la física.

Estudio

de la luz

¿Cómo se produce la luz de las estrellas? ¿Y de

una bombilla? ¿Qué son los agujeros negros?

Planetas. Estrellas. Producción

de luz.

¿Cómo se forman las sombras y la penumbra? ¿Y

los eclipses? ¿Y otros fenómenos del firmamento?

Sombras. Penumbras.

¿Por qué nos vemos en el espejo? ¿Por qué en

los espejos de un parque de atracciones nos

vemos raros?

Espejos. Reflexión de luz. Leyes.

¿Cómo podemos saber si nos podemos tirar de

cabeza a una piscina?

Dioptrios. Refracción de luz.

Leyes.

¿Cómo podemos ver lo que nos rodea? ¿Por qué

se usan las gafas?

Visión. Lentes. Formación imá-

genes.

¿Cómo podemos hacer algunos aparatos ópti-

cos y algún truco de magia?

Combinación de elementos óp-

ticos.

¿Quiénes fueron Fermat y Snell? ¿Qué aporta-

ron a la ciencia y a la sociedad?


la física.

I 192

Aunque se ha tratado de respetar la secuencia habitual, las unidades didácticas

son independientes; salvo en unos casos (por ejemplo, parece lógico empezar por los

sistemas físicos) o algunas combinaciones (por ejemplo, el estudio del movimiento y

las interacciones dinámicas están condicionadas entre sí), se puede modificar el

orden de las mismas.

El uso de este formato para plasmar la propuesta obedece a un propósito. Que -

remos subrayar que la física escolar se debe construir para dar respuestas a situacio -

nes problemáticas y no al revés. De hecho, creemos que una causa de la distancia entre

la física que enseñamos y los usuarios de dichos conocimientos es que primero damos

por supuesta la utilidad de unos contenidos (explicamos los de la tercera columna en

las clases teóricas) y después le planteamos unos ejercicios para que, por sí mismos,

descubran para qué servían.

Decíamos que la concepción sobre dónde acaba la materia mediatiza mucho el

proceso de enseñanza y, en otros trabajos (Pro, Hernández y Saura, 1997; Saur a y Pro,

2000; Pro y Saura, 2001), tratamos con más detalles los límites disciplinares. Propone-

mos una física que:

. Contemple, lo más fiel y actualizadamente posible, los conocimientos de

física, situándolos en el contexto de cuestiones, situaciones o problemas

cotidianos; sobre todo, si los vamos a trabajar en el periodo de formación

obligatoria de los ciudadanos

. Considere todas las posibilidades formativas que tienen sus métodos de tra -

bajo; no sólo para hacer ciencia sino, incluso, para la posible transferencia

de los contenidos procedimentales más allá de la propia disciplina.

. Incluya, como parte de la misma, los aspectos ideales que han caracteriza-

do a la llamada tópicamente cultura científica (rigor, precisión, tolerancia,

no dogmatismo, argumentación, curiosidad, creatividad, satisfacción ante el

conocimiento...).

. Integre las implicaciones tecnológicas, sociales e históricas de los conocimien -

tos para que permita -al que aprenda- reflexionar, tomar decisiones e impli -

carse en la resolución de los problemas que tiene fuera del ámbito escolar.

¿Cómo podemos trabajar la física en el aula?

Algunas de las ideas que hay que considerar de cara a la enseñanza de la física

así como las concepciones y creencias metodológicas en las que se sustentan se dis-

cuten en Saura y Pro (2000) y se han desarrollado también en la primera parte del

libro. Podíamos resumirlas así:

. El profesor no sólo transmite al alumnado unos conocimientos sino tam -

bién una imagen de la física, que depende de la forma de pre sentar los

contenidos.

. El profesor debe conocer los conocimientos conceptuales y procedimenta -

les, las actitudes, la forma de razonar y argumentar, las capacidades, las ex -

periencias, etc. del alumnado y ha de usarlos en la planificación de la

enseñanza y en el trabajo en el aula.

193 I

. El profesor debe plantear situaciones de aprendizaje para que el alumnado

vea la utilidad de lo que debe estudiar, reconozca sus ideas, perciba que se

usan en la construcción de sus conocimientos y se dé cuenta de que éstos

han cambiado con la propuesta de enseñanza.

. Los alumnos y las alumnas sólo aprenden lo que comprenden y procesan;

por evidente que sea un conocimiento para el profesor, es el estudiante el

que debe aprenderlo.

. Si la motivación fuese un problema del alumnado no habría que ocuparse

de ella; si «motivar para el aprendizaje» se incluye entre las competencias

profesionales del profesor, hay que implicarse en ello.

. Si nos gustaría que nuestros alumnos y alumnas se plantearan preg untas,

tuvieran curiosidad por conocer más, se divirtieran aprendiendo... es ne -

cesario que el profesor aproxime los procesos de aprendizaje escolar y ex -

traescolar.

. Las actividades prácticas o de resolución de problemas no deben realizarse

como algo complementario a la exposición del profesor sino para algo más

que para comprobar o aplicar la teoría, como dijimos en el capítulo «Reso -

lución de problemas».

. El trabajo en grupos, bien planteado, estimula el intercambio de ideas y ex -

periencias entre iguales, introduce las ventajas del trabajo colaborativo y

favorece el aprendizaje individual.

. El clima de clase forma parte de cualquier propuesta didáctica. El profesor

debe favorecer la participación del alumnado, reconociendo que equivocar -

se es un paso más en el proceso de construcción del conocimiento.

. El profesor debe interesarse por sus alumnos y alumnas no sólo académica -

mente, yendo más allá del ámbito de los contenidos científicos.

Sin embargo, el objetivo de este apartado no es únicamente señalar unas ideas-

eje o unos referentes generales, en relación con la metodología de enseñanza de la

física. Queremos compartir con los lectores los criterios y las pautas de análisis que

usamos al planificar las actividades. Por ello ejemplificamos nues tras reflexiones en

torno a un tema concreto: el estudio de los circuitos eléctricos.

¿Cómo podríamos trabajar en el aula el tema

de los circuitos eléctricos?

El estudio de los circuitos eléctricos constituye el núcleo central de la enseñan -

za de la electricidad y el magnetismo en la educación secundaria obligatoria (Grup

Recerca, 1980; Varela y otros, 1988; Valcárcel y otros, 1990; Pro y Saura, 1996; Pro -

yecto Aces, 1997; AA.W., 1999; Pontes y Pro, 2001...). Aunque a veces se ha aludido

a otras estructuras conceptuales (distribuciones continuas de carga, fuerza electros -

tática, ley de Coulomb, campo y potencial eléctrico, etc.), creemos que los condicio -

nantes matemáticos de estos contenidos, sus exigencias cognitivas, las ideas previas

de los estudiantes (resumidas en el cuadro 2) y las prioridades formativas de los ciu -

dadanos nos sugieren que nos centremos en este tema, más allá de las referencias a

algunos fenómenos electrostáticos o magnéticos.

I 194

En primer lugar debemos considerar las preguntas centrales que aporta la físi -

ca y las características de los alumnos. Teniendo en cuenta el análisis del contenido

científico implicado, las ideas-eje que debemos trabajar serían las siguientes:

. Los circuitos eléctricos están presentes en la vida cotidiana; están formados

por los elementos (generadores, bombillas, cables, resistencias, motores...)

que pueden conectarse de diversas formas (serie, paralelo, mixto).

. Cuando se cierra un circuito, se produce la corriente eléctrica: todas las par-

tículas cargadas negativamente se mueven a la vez. Los circuitos eléctricos

cumplen el principio de conservación de la carga.

. Para estudiar la corriente eléctrica se usan la intensidad de corriente y la di -

ferencia de potencial. Los valores de ambas magnitudes, en cada elemento

del circuito, cumplen la ley de Ohm (resistencia) y la ley de Joule (potencia).

. Los circuitos pueden estudiarse desde un punto de vista energético. Este

tipo de estudios permite incidir en el consumo y ahorro ener gético.

. Los elementos y los aparatos eléctricos tienen unas especificaciones: di -

ferencia de potencial máxima, potencia, resistencia, impedancia... Estos

valores deben tenerse en cuenta de cara a la seguridad y el correcto fun -

cionamiento.

. Existen aparatos eléctricos que producen efectos magnéticos y mecánicos.

En otros casos, se puede producir energía eléctrica a partir de fenóme -

nos magnéticos y mecánicos. La mayoría de las fuentes de energía pro -

ducen electricidad, un pilar básico en la calidad de vida.

Por otro lado, el alumnado de estas edades suele tener unas características -no

siempre limitantes- que se deben aprovechar para la adquisición de los nuevos co -

nocimientos. Así, por ejemplo, hemos detectado que:

. Los alumnos y las alumnas, en general, no tienen problemas para conectar

los elementos de un circuito, reconocer instalaciones, identificar las especi -

ficaciones de un aparato, discutir sobre la mayor o menor luminosidad de

una bombilla...

. En la asignatura del conocimiento del medio de educación primaria, se les ha

iniciado en el estudio de la electricidad y, probablemente por ello, les «sue -

nan» algunos términos e ideas. Una de las actividades que más impacto les

causa es la construcción de juegos que habitualmente realizan en esta ma-

teria (son montajes sencillos en los que intervienen cables, interruptores,

pilas y bombillas).

. Hay conocimientos que, en principio, les interesan porque están próximos a

sus preocupaciones (qué información debe considerar al conectar su equipo

de música, el vídeo, etc., cómo funciona el faro de su bicicleta, cómo están

hechos algunos juguetes y aparatos...).

También tendremos en cuenta los obstáculos que no han superado y que deben

superar (señalados en los cuadros 2 y 3), pero siempre desde la pers pectiva de que no

son insalvables. Logros y dificultades nos han servido para estructurar nuestra propues -

ta que se resume en el cuadro 6 de la página siguiente.

195 |

Cuadro 6. Interrogantes que pueden guiar el estudio de los circuitos eléctricos

INTERROGANTES

CENTRALES EJEMPLOS DE CUESTIONES-GUIA

DE LOS CONTENIDOS


CLASICOS

¿Qué interac-

ciones electro-

magnéticas se

producen entre

los sistemas

físicos?

¿Cómo está realizada la instalación

eléctrica en tu casa?

Circuito eléctrico. Elementos de un

circuito. Representación simbólica.

Conexión de elementos.

¿Cómo es una bombilla? ¿Y un interrup-

tor? ¿Y un portalámparas? ¿Y una pila?

Bombillas. Interruptores. Generado-

res. Conductores y aislantes.

¿Cómo pueden

estudiarse

¿Por qué si accionamos un interruptor

se enciende una bombilla?

Carga eléctrica. Corriente eléctrica.

Luminosidad. Principio de conserva-

ción.

los circuitos

eléctricos?

¿Cómo se mide la corriente eléctrica? Intensidad de corriente. Diferencia

de potencial. Ley de Ohm. Resisten-

cia eléctrica. Ley de Joule. Potencia.

¿Podemos

¿predecir cómo

funciona

¿Cómo se produce corriente eléctrica? Pila. Inducción eléctrica. Dinamo.

un circuito

eléctrico si

conocemos sus

componentes?

¿Qué efectos produce la corriente

eléctrica?

Magnetismo. Electroimán. Fenó-

menos eléctricos y magnéticos.

Motor. Fenómenos eléctricos y me-

cánicos.

¿Cómo son los aparatos eléctricos

que usamos (secador de pelo, plancha,

teléfono)?

Aparatos eléctricos.

¿Qué información necesitamos para

montar un aparato eléctrico? ¿Qué

normas de sequridad debemos cum-

plir?

Diferencia de potencial e intensidad

máxima. Resistencia. Potencia máxi-

ma. Impedancia entrada/salida.

¿Cuánto gastamos en electricidad? Energía eléctrica. Consumo. Bombi-

llas de bajo consumo.

¿Quiénes fueron Ampere, Volta, Ohm y

Edison? ¿Qué aportaron a la ciencia y a

la sociedad?

Historia y repercusión social de la

física.

Esta propuesta mantiene, de forma flexible, la secuencia genérica que sugieren

Sánchez y Valcárcel (1993). Comenzamos con la identificación de objetos, hechos y fe -

nómenos; después introducimos conceptos físicos (especialmente el de corriente eléc -

trica) que permiten el estudio y la interpretación de los circuitos desde una perspectiva

más científica; y, posteriormente completamos los conocimientos con cuestiones de

aplicación (¿cómo se produce la corriente?, ¿qué efectos produce?, ¿qué normas de se -

guridad debemos tener en cuenta?, ¿cuánto nos cuesta?...). Los contenidos están siem-

pre contextualizados en situaciones próximas a la vida cotidiana de los ciudadanos.

Vamos a comentar brevemente algunos aspectos específicos que deben tenerse

en cuenta en relación con las cuestiones-guía de los contenidos.

¿Cómo está realizada la instalación eléctrica en tu casa?

El alumnado tiene un conocimiento experiencial respecto a fenómenos y apa -

ratos eléctricos que hay que aprovechar, pero también es preciso clarificar el signifi -

cado de algunos términos que no siempre coincide con el deseable desde la física

escolar. Por ello, en primer lugar, habría que clarificar qué entendemos por circuito

eléctrico y revisar algunas ideas allegadas (circuito abierto, cerrado, cortocircuito...).

Otro aspecto importante tiene que ver con que al estudiar los circuitos se uti -

lizan esquemas y diagramas, y debemos acostumbrar a los alumnos a trabajar con

este sistema de comunicación. El hecho de que habitualmente observen cables pega-

dos y que, en clase, aparezcan unos independientes añade una dificultad a las de

cualquier representación simbólica. Cabe insistir en que hay que enseñar este proce -

dimiento porque no siempre se hace.

Tras identificar los elementos de las instalaciones domésticas y trabajar con sus

representaciones, se debe describir, analizar y predecir qué ocurre en una serie de cir -

cuitos eléctricos. Para ello, dado que estamos al comienzo del tema, se debe usar una

propiedad visible de sus elementos que no precise de un aparato de medida. Así, para

analizar las ventajas e inconvenientes de las asociaciones, para abrir o cerrar circui -

tos o para provocar cortocircuitos, se pueden utilizar bombillas -de las mismas ca-

racterísticas- que son dispositivos conocidos por el alumnado y nos permiten razonar

en términos de mayor o menor brillo.

¿Cómo es una bombilla? ¿Y un interruptor? ¿Y un portalámparas? ¿Y una pila?

Una necesidad de muchos estudiantes es conocer cómo son por dentro los ele-

mentos de un circuito, curiosidad que debemos aprovechar. Aunque hemos elegido

cuatro (bombilla, interruptor, portalámparas y pila), implícitamente hay más (cables,

conexiones...) e, incluso, se podrían incluir otros (diodos, diodos LED). La finalidad

sería conocer qué son, cómo están hechos, cómo pueden construirse, cómo se co -

nectan en un circuito, para qué sirven y cómo funcionan.

En cuanto a los elementos seleccionados se debe tener en cuenta que las expe-

riencias reales pueden llevar consigo algunas limitaciones (por ejemplo, el efecto

luminoso para estudiar una bombilla no se aprecia en cualquier hilo metálico; la in -

tensidad o duración de un generador hecho con limones, no enciende todas las bom -

billas) o aspectos singulares (por ejemplo, existe una gran variedad de puntos de

conexión en los portalámparas convencionales) que es preciso controlar previamente.

197 |

No se debe olvidar que este tipo de resultados no deseados -al comienzo del tema

y, por tanto, sin muchos apoyos conceptuales y procedimentales - suelen trasmitir

una cierta sensación de insegur idad en el alumnado.

Por último, se pueden clasificar los objetos según una propiedad: cerrar o no un

circuito y, en consecuencia, encender o no una bombilla. De esta forma podríamos

incidir en qué elementos son conductores y aislantes en algunos circuitos conocidos.

¿Por qué si accionamos un interruptor se enciende una bombilla?

Un momento clave en el desarrollo del tema es la clarificación del concepto de

corriente eléctrica. Una vez aclarado que la corriente supone un movimiento de par -

tículas cargadas eléctricamente, resulta prioritario cuestionar los modelos usados

por los estudiantes. Las concepciones unipolar, concurrente, de atenuación y de re -

parto o la confusión interruptor -fuente están muy asentadas y, para ponerlas en

conflicto, es preciso el uso de experiencias de cátedra que no sólo aporten una al -

ternativa teórica sino unos hechos reales en los que se apoyen las nuevas ideas.

Tras haber trabajado con aspectos perceptivos (la luminosidad), se puede seguir

con bombillas convencionales (de corr iente alterna), dado que la manipulación de los

montajes sólo la realiza el profesor o la profesora. Hay que advertir que, a pesar de

que implícitamente se haya establecido un isomorfismo (más brillo, más corriente),

esto no siempre es así (por ejemplo, si se conecta en serie una de 40 w y una de 60

w) y, por ello, se debe trabajar con bombillas de las mismas características.

La exclusión de la electrostática no resulta contradictoria con la inclusión del

concepto de carga eléctrica; lo que sugerimos es que, en lugar de contextualizarlo

en la clásica experiencia de los papelitosse introduzca directamente en los circuitos

(para justificar por qué se enciende una bombilla cuando accionamos un interrup -

tor). No obstante, el modelo de cuerpos cargados eléctrica mente requiere algunas

justificaciones: por qué se produce un movimiento de partículas, por qué se mueven

sólo los electrones... Esto no supone un obstáculo insalvable pero exige una acomo -

dación de las explicaciones habituales. Hay que señalar que el alu mnado de estas

edades no relaciona el concepto de carga de la experiencia de la bola de saúco con

la carga que justificaba el encendido y apagado de una lámpara.

Un aspecto que muchas veces no se explica ni se justifica es el principio de con -

servación de la carga. Creemos que este aspecto es una de las reglas de juego clave para

entender el modelo de corriente eléctrica y que es necesario introducirlo para evitar

confusiones posteriores (concepto de resistencia, de transformación de energía...).

¿Cómo se puede medir la corriente eléctrica?

La medida de la corriente eléctrica se ha apreciado en función de la mayor

0 menor iluminación de un testigo (bombilla). Para justificar la necesidad de mag -

nitudes como la intensidad de corriente o la diferencia de potencial (ddp), es pre-

ciso usar elementos que no produzcan efectos luminosos (por ejemplo, resistencias

lineales).

No obstante, para la medición cuantitativa de la corriente, se plantea una dico -

tomía: ¿empezamos por la intensidad de corriente o por la ddp? Si hemos trabajado

el modelo de corriente en la cuestión anterior lo más inmediato parece que es conti -

1 198

nuar con la intensidad. Es una concepción más intuitiva pero no debe olvidarse que,

para los estudiantes, el uso del amperímetro es más complicado que el del voltímetro.

Por otro lado, empezar por la ddp -y, por lo tanto, con el voltímetro - puede ser más

cómodo desde la perspectiva de la medición pero el concepto implicado es más com -

plejo. Sugerimos la primera opción por la mayor facilidad de los alumnos y alumnas

para aprender las destrezas técnicas frente a los procesos de conceptualización.

Otro problema que se presenta es el siguiente: ¿por qué usamos dos conceptos

(intensidad y ddp) y dos aparatos (amperímetro y voltímetro) para medir lo mismo (la

corriente eléctrica)? Sea cual sea el concepto por el que empecemos, es necesario

buscar situaciones en las que sea insuficiente el uso de un solo aparato. Si, por ejem -

plo, queremos medir la corriente eléctrica de un generador y ponemos un amperí -

metro entre sus bornes, no podemos medir la corriente (cortocircuitamos el circuito

y la aguja del amperímetro se sale de escala); análogamente si ponemos un voltíme -

tro entre dos puntos de un corto, veremos que marca cero y, sin embargo, puede

haber corriente (una bombilla, puesta a continuación, se enciende).

Realizada esta distinción, se procedería a estudiar la relación entre la intensi -

dad y la ddp en los elementos. En par ticular, mediante el estudio en resistencias

lineales, es conveniente deducir empíricamente la ley de Ohm y el valor de la resis -

tencia eléctrica (hay que aprovechar este proceso para diferenciar resistencia como

elemento y como magnitud). Se puede plante ar también si esta relación es inde -

pendiente no sólo de los valores de las dos magnitudes sino si depende de la ubica -

ción del elemento en un circuito o de cómo está asociado. De esta manera se puede

iniciar al alumnado en un contenido procedimental int eresante pero complicado

de enseñar: el control de variables.

A diferencia de la ley de Ohm, la ley de Joule no se puede deducir empírica -

mente. Como la mayor parte de los conceptos energéticos, es fácil de aplicar pero re -

sulta difícil de justificar. En este caso, podemos aprovechar la implantación de

algunos términos en nuestras vidas (de hecho, resulta familiar hablar de la potencia

de una bombilla, de un secador, de un lector de CD, de un horno eléctrico... y no de

su resistencia) pero, si no se entra en las especificaciones de los aparatos eléctricos o

en el consumo, como haremos más adelante, los valores que se obtienen de la po -

tencia o de la energía en los ejercicios o en los experimentos carecen de significación

para el alumnado.

¿Cómo se puede producir corriente eléctrica?

Se había estudiado un generador de corriente: una pila. Dado que se han tra -

bajado los aspectos descriptivos (identificación de las partes, observación de cómo

era por dentro y construcción de una), se debe incidir en los int erpretativos (uso del

modelo de corriente eléctrica para justificar su comportamiento y su origen quími -

co). Ahora ya se pueden apreciar los valores de la intensidad y ddp mediante el uso

del amperímetro y del voltímetro.

También debe mostrarse cómo se produce la corriente eléctrica a partir de

un fenómeno de inducción y apreciar el valor de la misma. Se podrían estudiar

algunas relaciones cualitativas entre variables (por ejemplo, la influencia de la ve -

locidad del movimiento del imán).

199 I

Análogamente se debe incidir en el proceso de generar corriente eléctrica a

partir de alguna acción de tipo mecánico. Un ejemplo clásico y muy cercano es el es -

tudio de la dinamo de las bicicletas; se puede jugar con la velocidad de la rueda y su

influencia en la luminosidad de la bombilla, o contrastar los efectos de dos dinamos

y buscar la causa de las diferencias.

También se pueden recordar algunos procesos de obtención de corriente eléc -

trica estudiados en la unidad didáctica de la energía (molino, noria, presa, etc.). En

particular, puede ser interesante realizar alguna experiencia que utilice la luz para

producirla (en el mercado hay coches de juguete que se mueven gracias a unos pe -

queños paneles o receptores de luz) ya que se ha usado el efecto contrario.

En todos los casos, es crucial que los estudiantes sepan qué están haciendo, qué

están buscando y por qué lo hacen de ese modo. En caso contrario se puede trans -

formar en una actividad sin utilidad forma tiva o en la cual el único motivo de las ac -

ciones es que los demás lo hacen así. La experiencia nos indica que es probable que

se planteen interrogantes no previstos por el profesorado y que, a pesar de las limi -

taciones de tiempo, deben ser atendidos.

¿Qué efectos produce la corriente eléctrica?

Se han visualizado y trabajado algunos efectos del paso de corriente (sobre

todo, los luminosos); se trata de contemplar otros que también son útiles en la vida

cotidiana. Aunque nos centremos en los magnéticos y mecánicos, se pueden incluir

más sin olvidar el objetivo de las actividades propuestas.

La intención de esta cuestión guía no es abrir un nuevo campo en el estudio de las

interacciones (en particular, el magnetismo). Sus diferencias con la gravitatoria y la eléc-

trica (el campo magnético no es conservativo) hacen complicado ir más allá de los as -

pectos fenomenológicos. Pero no resulta insalvable trabajar, a nivel cualitativo, sobre los

efectos magnéticos de la corriente eléctrica y, en particular, el es tudio de los electroima-

nes. Para facilitar una interpretación más completa de su comportamiento, se puede in -

cluir la experiencia de Oersted o comparar su funcionamiento con el de un imán natural.

Siguiendo con el objetivo de visualizar efectos de la corriente eléctrica y estu-

diarlos a nivel cualitativo, se iniciaría el estudio de los motores, como consecuencia

de tipo mecánico. Además de la estructura, la utilidad o el funcionamiento de cada

uno se puede pedir que realicen diferentes montajes y asoc iaciones con una finali -

dad preestablecida. También se podría incluir el estudio de los factores que influyen

en la optimización de los efectos mecánicos del motor.

¿Cómo son los aparatos eléctricos que usamos?

Creemos que no se debe terminar un tema como éste, incluido en la formación

básica como ciudadanos, sin hacer alusión a cómo están construidos algunos apara -

tos cotidianos (secador de pelo, plancha, calefactor, cafetera eléctrica, batidora, etc.)

o algunos juguetes eléctricos (juegos en los que cua ndo se acierta se enciende una

luz o suena un zumbido; móviles con pequeños motores, etc.) que tienen, en gene -

ral, estructuras bastante sencillas. Hemos mencionado algunos pero se pueden incluir

otros; los únicos requisitos son la simplicidad de los mont ajes y la presencia de los

elementos estudiados anteriormente.

Además de conocer cuál es el esquema básico que lo representa se trataría de

justificar el funcionamiento a partir de la representación. En la siguiente cuestión, al

usar las especificaciones y las magnitudes estudiadas para realizar cálculos, analizar

y discutir qué pasaría si cambiaran estas características, etc., completaremos lo que

en ésta se ha iniciado.

¿Qué necesitamos conocer para montar un aparato? ¿Qué normas de seguridad

debemos tener presentes?

La lectura de etiquetas es una actividad habitual en la educación para el con -

sumo o en la tecnología (para montar dispositivos con una finalidad). Sin embargo,

pocas veces se consideran en la selección de contenidos de los circuitos eléctricos.

Términos como ddp o intensidad máxima, resistencia eléctrica, potencia, im-

pedancia de entrada/salida... son importantes para caracterizar los elementos y, ade -

más, no son nuevos para los alumnos y las alumnas de estas edades. P or ello, se debe

intentar que expliciten los significados que les asignan en su vida cotidiana (ya que

no han sido trabajados en la escuela), contrastarlos con los de sus compañeros y acer -

carlos a unos más adecuados desde la perspectiva de la física esco lar.

Al hilo de las especificaciones de los aparatos eléctricos familiares (equipo de

música, televisor, ordenador, consola, vídeo, bombillas de su habitación...) se debe in -

cidir en el conocimiento y la justificación de las normas de seguridad en relació n con

el uso de la electricidad doméstica. Al respecto, hay que advertir que existe una gran

heterogeneidad de creencias; esta dispersión es consecuencia del aprendizaje extra -

escolar (experiencias personales, relatos audiovisuales o ficciones, comentario s reali-

zados en su entorno...). En este contexto, se puede incidir también en el papel de los

fusibles en los aparatos y de los diferenciales en las instalaciones domésticas.

¿Cuánto gastamos en electricidad?

Profundizando en el tema anterior, el siguien te paso podría ser el estudio del

consumo personal o familiar de energía eléctrica. Identificadas algunas acciones ha -

bituales, se puede calcular el coste que supone en la factura familiar (hay pequeños

programas en Internet que permiten calcularlo). Pued e ser interesante analizar el re -

cibo completo de la luz pero, en este caso, es preciso distinguir entre el gasto y los

impuestos. No estaría de más analizar y discutir los valores de tablas de datos -pu-

blicados o investigados por la clase - referidos a necesidades colectivas (municipios,

comunidades autónomas, países o continentes) con el fin de sensibilizarlos sobre el

alcance de esta problemática.

Esta cuestión puede tener muchos puntos de encuentro con la unidad didácti -

ca sobre la energía. Si se ha trabajado previamente, se pueden establecer interesan -

tes relaciones con las fuentes y centrales de energía cuya finalidad es la producción

de electricidad doméstica. Es importante -y muchas veces se olvida- relacionar los

contenidos de diferentes temas de forma intencionada. Pensar que el alumnado lo

hará por sí mismo y sin ayuda es una quimera.

También conviene hacer contrastes comparativos de consumo y repercusión

económica entre elementos (bombillas normales, tubos de neón, bombillas de bajo

consumo), o aparatos que realizan la misma función (distintos televisores de una

201 |

casa, valores de eficiencia de lavadoras de una tienda...). No se debe olvidar que, en

este tipo de contrastes, hay que tener en cuenta la duración, los efec tos para la salud

o la conservación del medio, etc.

Parece obligado finalizar esta cuestión con el diseño de un plan de ahorro. Las ac -

tividades que se puedan realizar en torno a este contenido deben proyectarse más allá

del aula (quizás una campaña en el centro). De esta forma contribuiremos a que los

estudiantes perciban una mayor utilidad de los contenidos que se trabajan en clase.

Sería interesante, al concluir el tema, comentar con el alumnado qué han apren -

dido, qué ideas han cambiado, qué les ha llamado más la atención o para qué creen que

les puede servir los conocimientos trabajados. Pensamos que resulta necesario que los

estudiantes sean conscientes de la utilidad de lo que aprenden y que el profesorado

comparta con sus alumnos y alumnas este p roceso de construcción cognoscitiva para

reflexionar y tomar decisiones sobre y en la práctica educativa.

¿Quiénes fueron Ampere, Volta, Ohm y Edison? ¿Qué han aportado a la ciencia y

a la sociedad?

Se trataría de acercar al alumnado al conocimiento biográ fico de estos u otros

personajes que hicieron contribuciones importantes en el estudio de los circuitos eléc -

tricos. En particular, se deberían resaltar sus datos biográficos más relevantes (mo -

mento histórico, diferencias en la procedencia social y tipo de estudios, aceptación por

la comunidad científica...), sus hallazgos y, si es posible, alguna simulación de los

procesos que les llevaron a sus descubrimientos.

Además del relato de hechos y logros de estos científicos, nos parece fundamen -

tal indagar en dos direcciones: por un lado, en la significación social de sus descubri -

mientos en su momento, en cómo afectaron a la calidad de vida de los seres humanos,

en cómo repercutieron en las relaciones laborales, etc.; por otro, cómo influyen en

nuestra vida cotidiana, cuáles son los retos actuales de la ciencia en este campo.

9

La enseñanza y el aprendizaje de la química

Aureli Caamaño

IES Barcelona-Congrés

S.G. Formación Permanente. Departamento de Educación. Generalitat de Catalunya

El curriculo de química, igual que el de otras disciplinas científicas, ha sufrido en las últimas dé -

cadas cambios profundos para adecuarse, por un lado, a los nuevos objetivos de la enseñanza se -

cundaria y, por otro, a los resultados de la investigación en didáctica de la química. Al abordar

este capítulo dedicado a la enseñanza y el aprendizaje de la química hemos querido resaltar los

cambios de orientación que se han venido produciendo en estos últimos años.

A lo largo de este capítulo abordaremos las cuestiones siguientes:

. ¿Qué química se ha enseñado en las últimas décadas y qué química convendría enseñar ac-

tualmente en secundaria?

Se presenta una breve panorámica de la enseñanza de la química en los últimos años y se pro -

ponen los cambios que sería necesario introducir en el curriculo de química actual.

. ¿Cuáles son las cuestiones y los contenidos clave de la química?

Se exponen las preguntas fundamentales y los contenidos clave de conceptos, procedimientos

y actitudes de la química que responden a estos interrogantes agrupados en varios bloques

conceptuales.

• ¿Qué dificultades presenta el aprendizaje de la química?

Se describen las dificultades de aprendizaje de la química tanto intrínsecas como relativas a

las formas de pensamiento de los estudiantes y debidas al proceso de instrucción.

. ¿Qué criterios son útiles para secuenciar los contenidos de química?

Se exponen algunos criterios generales y específicos adecuados para la secuenciación de los

contenidos de química a lo largo de la educación secundaria.

. ¿Cuál puede ser una buena secuencia para el aprendizaje del tema de los ácidos y las bases

en la ESO y en el bachillerato?

Se propone, a título de ejemplo, una secuencia didáctica para el estudio de los ácidos y las

bases, basada en la evolución histórica del conocimiento sobre ellos, desde las definiciones de

tipo experimental hasta las teorías de Arrhenius y Bronsted y Lowry.

203 |

¿Qué química se ha enseñado en las últimas

décadas y qué química convendría enseñar

en secundaria?

La enseñanza de la química en la educación secundaria ha atravesado, como otras

materias científicas, distintas etapas en lo referente a la formulación de sus finalidades,

contenidos y métodos didácticos. En los años sesen ta se centraba en el conocimiento

de los elementos, los compuestos químicos y sus reacciones químicas, desde un

punto de vista más descriptivo, y en la obtención y las aplicaciones de estas sustancias.

Los años setenta supusieron un cambio importante en el enfoque de esta ense-

ñanza, al potenciarse los aspectos conceptuales de la química, y poner el énfasis en los

principios químicos (estructura atómica y molecular, termoquímica, equilibrio químico,

etc.) más que en las propiedades y reacciones concretas y en los procesos que condu-

cen al conocimiento científico. Estos cambios pretendían mejorar la preparación cien -

tífica de los estudiantes de ciencias para futuros estudios superiores. Desde el punto de

vista didáctico implicaron una valoración de los pro cedimientos de la ciencia y del tra -

bajo experimental, en el marco de una concepción didáctica de descubrimiento orien -

tado, en el que se elaboraron proyectos anglosajones de gran importancia y difusión,

como los proyectos estadounidenses Chemical Bond Approach (CBA), traducido con el

título Sistemas Químicos (1966), y Chemistry -An experimental Science (CHEM), tradu -

cido como Química: una ciencia experimental (1972), y los proyectos ingleses de la fun -

dación Nuffield: Curso Modelo de Química (1969 -1973), para la secundaria obligatoria,

y Química Avanzada Nuffield (1974-76), para el bachillerato. La difusión de estos pro -

yectos tuvo gran influencia en los enfoques más innovadores para la enseñanza de la

química en la década de los ochenta, y se convirtió en fuente de inspiración de pro -

yectos autóctonos, como la Química Faraday (Grup Recerca -Faraday, 1988).

Con pequeños retoques, el sistema educativo español no varió su estructura desde

la Ley General de Educación de los setenta hasta finales de la décad a de los ochenta.

La enseñanza de la química mantuvo, en general, los mismos contenidos y orientación

en segundo y tercero de BUP, como parte de la asignatura de física y química, y en la

química del COU. Esta orientación estaba muy centrada en la preparac ión para la uni-

versidad, lo cual era evidente en la selección de contenidos del segundo de BUP.

El inicio de la reforma del sistema educativo abrió en la década de los noventa

un periodo de renovación de los objetivos y contenidos de las ciencias de la n aturale-

za, y de la química en particular, en la enseñanza secundaria obligatoria (ESO) y el ba -

chillerato. Una mayor atención a los aspectos procedimentales y una disminución de

los aspectos más formales de muchos de los contenidos caracterizaron este p eriodo,

juntamente con la elaboración de nuevos materiales y proyectos (Alambique 1994).

En los nuevos currículos de ciencias aparecieron bloques de contenidos dedicados

a la comprensión de la naturaleza y los procedimientos de la ciencia, y a la introduc -

ción de contenidos de ciencia-tecnología-sociedad. En la química de la ESO, los nuevos

programas y materiales curriculares incidieron más en los aspectos prácticos y funcio -

nales de la química en la vida cotidiana y propusieron un abanico más amplio de a cti-

I 204

vidades de aprendizaje. La introducción del estudio de los materiales (metales, cerámi -

ca, vidrio, polímeros, combustibles, etc.) es un ejemplo de este enfoque curricular que

en determinados contenidos se sitúa en la inter fase entre ciencia y tecnología.

En el bachillerato se adaptó y se experimentó uno de los proyectos anglosajo -

nes más novedosos para la enseñanza de la química desde una perspectiva CTS (cien -

cia, tecnología y sociedad), el Salters Advanced Chemistry (1994), cuya versión

experimental fue publicada como Química Salters (Grupo Salters, 1999, 2000). Este

proyecto estructura la química del bachillerato a través de una serie de relatos de

química aplicada, química del medio ambiente, y química y sociedad, c omo la ob-

tención de elementos químicos a partir de minerales, el desarrollo de combustibles,

la revolución de los polímeros, la química de la atmósfera, la química de la agricul -

tura, la química del acero y la química de los océanos.

La revisión de los currículos de la ESO y del bachillerato en 2001 ha supuesto

un retroceso en lo que respecta a la modernización de los contenidos curriculares

y a la consolidación de los enfoques CTS en la enseñanza de las ciencias (Pedrinaci y

otros, 2002) y de la química en particular (Gómez Crespo, Gutiérrez, Martín -Díaz,

2002). A pesar de ello, su adaptación en algunas comunidades autónomas ha permi -

tido mantener algunos de los avances conseguidos e incluso mejorar algunos aspec -

tos. Sin embargo, el escaso tiempo dedicado a las ciencias y la falta de apoyo para la

realización de clases prácticas y experimentales continúan lastrando la posibilidad de

cambios más profundos. Por otro lado, la mayor optatividad de la asignatura de quí -

mica en el bachillerato (sólo es obligatoria para el bachillerato de ciencias de la na -

turaleza y de la salud), la eliminación de materias optativas relacionadas con la

química, y la disminución del número de estudiantes que escogen las asignaturas de

física y de química (siguiendo una tendencia similar en toda Europa) están situando

estas asignaturas en una situación crítica.

Ante esto la necesidad de replantearse los objetivos, los contenidos y las estrate -

gias didácticas de la química en la ESO y especialmente en el bachillerato adquiere una

urgencia evidente (Caamaño, 2001). En nuestra opinión este replanteamiento debe ir

en la dirección opuesta a la emprendida en los decretos de 2001, es decir, ha de:

. Intentar consensuar los contenidos de conceptos y procedimientos más im -

portantes, para poder aligerar el peso de los contenidos excesivamente for -

males de los programas.

. Poner mayor énfasis en la comprensión de los conceptos, en la elaboración

de modelos, en la argumentación, en la experimentación y en la comunica -

ción de las ideas por escrito y oralmente.

. Introducir con coherencia los aspectos prácticos, sociales y medioambientales

de la química en la estructura de la asignatura.

. Potenciar los trabajos prácticos de carácter Investigativo así como la intro -

ducción de las nuevas tecnologías en las aulas de química.

Todo ello acompañado de un mayor conocimiento sobre las dificultades de

aprendizaje de los contenidos de la química y de un uso más eficaz de las estrategias

didácticas y de los recursos disponibles para ayudar a superar las, para conseguir de

este modo una mejor comprensión de los principios básicos de la química, de sus apli -

205 |

caciones, y de su relación con otras ciencias y con la sociedad. En definitiva de lo que

se trata es de contribuir desde la química a lograr una mejor cultura científica de los

futuros ciudadanos.

¿Cuáles son las preguntas y los conceptos clave

de la química?

La química es la rama de la ciencia que trata de la materia, de los cambios que

experimenta y de las teorías que explican estos cambios. Su objetivo teórico princi -

pal es modelizar la estructura de las sustancias y de las reacciones químicas para

poder así predecir el comportamiento de los sistemas químicos.

Pero la química también tiene una finalidad práctica, qu e es la obtención de

nuevas sustancias y materiales para cubrir nuestras necesidades. Actualmente, esta -

mos tan acostumbrados a vivir rodeados de tal cantidad de sustancias y materiales

sintéticos, que fácilmente olvidamos que estas sustancias y materiale s no existirían sin

el conocimiento químico que ha hecho posible su obtención. En cierto modo pode -

mos decir que la química trata del conocimiento de los elementos y compuestos

químicos, de los materiales naturales y de la obtención de productos y materia les que

no han existido antes. Estas nuevas sustancias y materiales, que van desde los plásti -

cos y los detergentes hasta los anticonceptivos y los medicamentos contra el cáncer,

tienen un gran impacto en nuestras vidas.

Una ciencia natural siempre busca clasificar el conocimiento sobre las cosas que

se observan en la naturaleza y en el universo. Cada rama de la ciencia organiza un sin -

número de hechos y de respuestas a las preguntas ¿cómo?y ¿por qué?¿Cuáles son las

preguntas clave a las que responde la química? A continuación comentaremos algu -

nas de las más importantes, y los contenidos conceptuales a los que han dado lugar.

¿Cómo podemos clasificar la diversidad de sistemas y cambios

químicos que se presentan en la naturaleza?

Ante la gran variedad de materiales presentes en la naturaleza, la química ha

intentado desde sus inicios buscar criterios que permitieran reducir esta gran diver -

sidad. La primera tarea fue diferenciar entre mezcla y sustancia. La conceptualiza-

ción de sustancia como un tipo de materia con unas propiedades características

determinadas fue posible gracias al perfeccionamiento de los métodos de separación,

que tuvieron un gran desarrollo en la época de la alquimia.

Una de las ideas más fructíferas en los inicios de la química fue suponer que la

gran diversidad de sustancias que se conocían estaban, de hecho, constituidas por

la combinación de unos pocos elementos. La idea de elemento químico ha sufrido

una evolución continuada a lo largo de la historia de la química desde las prime ras

definiciones de carácter experimental dadas por Boyle y Lavoisier, que la asociaron a

la idea de sustancia simple que no puede descomponerse en otras más simples,

hasta las ideas de Dalton y Mendeleiev, centradas en el sustrato atómico que per -

manecía en las reacciones químicas (Fernández, 1999).

I 206

Otra cuestión clave que apareció en el desarrollo de la química fue si los ele -

mentos químicos, cuando se combinan para formar un compuesto, lo podían hacer en

cualquier proporción o si, por el contrario, siempre lo hacían en la misma proporción.

Los químicos de finales del siglo xvm, Bertholet y Proust, mantuvieron violentas discu -

siones acerca de esta cuestión. Proust defendía la composición fija de los compuestos

y Bertholet, en cambio, afirmaba que un par de elementos se podían combinar en

cualquier proporción. Este último citaba las aleaciones metálicas y la formación de

los compuestos de plomo como evidencias de una variación continua en las propor -

ciones de los componentes. Proust refutó los resultados de Bertholet considerando las

aleaciones como disoluciones sólidas, y demostrando experimentalmente que la apa -

rente variabilidad en la composición del óxido de plomo se debía a que en realidad se

formaban dos óxidos, cada uno de ellos de proporciones constantes.

A medida que fueron descubriéndose nuevos elementos, los intentos de clasifi -

carlos a partir de sus propiedades dieron lugar al establecimiento de la tabla perió-

dica, uno de los grandes hitos en la historia de la química, como principio

organizador de la diversidad de elementos químicos y de sus propiedades. El conoci -

miento de la variedad de reacciones químicas que presentaban las sustancias llevó

también a intentar clasificarlas. La clasificación de las reacciones inorgánicas en re -

acciones de precipitación, ácido -base, redox y de formación de complejos es una de

las más provechosas.

¿Cómo está constituida la materia en su interior?

La cuestión sobre la naturaleza continua o discontinua de la materia es una de

las más antiguas de las planteadas en química. Demócrito y los epicúreos ya propu -

sieron en Grecia, alrededor del año 400 a. C., la ¡dea según la cual los cuerpos esta -

ban formados por Innumerables partículas indivisibles. A la escuela atomística se

opuso la escuela filosófica que sostenía que la materia era continua. El gran siste -

matizador del saber antiguo, Aristóteles, fue un claro representante de esta escuela,

cuya visión constituyó el único modelo acep tado por el pensamiento científico hasta

el Renacimiento. En los siglos xvi y xvn se observa una reconsideración de las ideas

atómicas y un deseo de explicar la naturaleza sobre bases mecánicas (Gassendi, Boyle,

Newton). El establecimiento de una relación entre los conceptos de elemento quími-

co y átomo está en la base de la teoría atómica enunciada por el químico inglés John

Dalton en su tratado Nuevo sistema de la filosofía química, publicado en dos partes,

en 1808 y 1810. El mérito de Dalton no fue proponer una idea original, sino formu-

lar claramente una serie de hipótesis concernientes a la naturaleza de los átomos que

señalaban la masa como una de sus propiedades más fundamentales, y probar tales

ideas mediante experimentos cuantitativos.

El proceso de modelización de la estructura interna de la materia se inicia en el

marco de las ideas atómico-moleculares citadas y prosigue con teorías como la teo -

ría cinético-molecular, la teoría iónica, los primeros modelos atómicos y la teoría

cuántica del átomo y del enlace químico. La evolución de la teoría atómico -molecu-

lar es un magnífico ejemplo de cómo la química se ha ido planteando cuestiones

clave sobre la estructura de la materia y les ha ido dando respuesta con la ayuda de

nuevos conceptos modelos y teorías.

207 I

En este punto es útil diferenciar dos niveles de conocimiento de la materia (cuadro

1): el nivel macroscópico (el de la materia observable y sus cambios) y el nivel microscó-

pico (el de las entidades materiales y sus interacciones). Un tercer nivel está constituido

por el sistema representacional, es decir, el lenguaje químico que usamos para describir

estos dos mundos, que incluye: términos conceptuales macroscópicos y microscópi cos,

símbolos y fórmulas químicas, ecuaciones químicas, diagramas, etc. Los sucesivos mode -

los sobre la estructura interior del átomo se sitúan en un subnivel atómico de conoci -

miento, que permite explicar la naturaleza del enlace químico en términos ele ctrónicos.

¿Qué relación existe en las propiedades de los materiales y su

estructura, es decir, entre sus propiedades macroscópicas

y las propiedades de las partículas que los constituyen?

La interpretación de las propiedades físicas de una sustancia requi ere emitir hi-

pótesis sobre su estructura en un nivel que podemos denominar multitatómico,

multimolecular o multiiónico. Así, por ejemplo, las propiedades de los gases son in -

terpretadas en el marco de la teoría cinético-molecular, que supone que están consti-

tuidos por un conjunto enorme de moléculas que se encuentran en constante

movimiento. Y las propiedades de los sólidos se interpretan en función de la estructura

y del tipo de interacción (enlace metálico, covalente o iónico, o fuerza intermolecu-

lar) que se establece entre sus partículas (átomos, moléculas o iones).

¿Cómo transcurren las reacciones químicas?

La comprensión del cambio químico se inicia con la diferenciación entre sus-

tancia simple y compuesto y el establecimiento de la ley de conservación de la masa

en las reacciones químicas por parte de Lavoisier. De acuerdo con esta visión una re -

acción química sería un proceso en el cual unas sustancias con determinadas propie -

dades se transforman en otras de naturaleza y propiedades diferente s. El establecimiento

Cuadro 1. Los niveles de la materia

NIVEL MACROSCOPICO NIVEL MICROSCOPICO

Gases, sólidos y líquidos. --------- ►

Nivel multíatómico Nivel atómico

mezclas, sustancias

Estructuras:

Multiatómicas.

Multimoleculares.

Multiíónieas.

Moléculas.

Iones. simples, compuestos

1 ____ i TEORIA

CINETICO-

CORPUSCULAR

TEORIA

ATOMICO-

MOLECULA

R

de la teoría atómica de Dalton permitiría dar una interpretación atómica de las reac -

ciones químicas acorde con la ley de conservación de la masa de Lavoisier y la ley de

las proporciones constantes de Proust. De acuerdo con esta teoría, en las reacciones

químicas los átomos ni se crean ni se destruyen, solamente cambia su distribución y

pasan a formar parte de nuevas moléculas. Estos cambios e structurales implican la ro-

tura de enlaces y la formación de nuevos enlaces. La intensidad de estos enlaces se re -

lacionó posteriormente con la energía de enlace. Además de la interpretación de los

aspectos materiales y energéticos de las reacciones químicas, podemos preguntarnos por

el «mecanismo» a través del cual transcurren las reacciones, es decir, la sucesión de

reacciones elementales a través de las cuales las moléculas de los reactivos se con -

vierten en las moléculas de los productos. La rama de la química que aporta datos para

responder a esta cuestión es la cinética química, que se centra en el estudio de la ve-

locidad de las reacciones químicas y de las teorías que intentan explicar esta veloci -

dad en términos atómicos: la teoría de colisiones y la teoría del estado de transición.

¿Por qué ciertas sustancias muestran afinidad por otras?

¿Por qué ciertas reacciones tienen lugar de forma completa

y otras se detienen antes de llegar a completarse?

¿Qué criterios rigen la espontaneidad de los cam bios químicos?

La cuestión sobre la afinidad química, es decir, qué es lo que hace que ciertas sus -

tancias tuvieran tendencia a reaccionar entre sí y otras no, fue tratada a lo largo de la

historia de la química con diferentes enfoques. En un intento de c uantificar esta ten-

dencia se procedió a medir las cantidades de reactivos que reaccionaban entre sí (lo

que llevó al concepto de equivalente químico y más tarde al de cantidad de sustan-

cia). El establecimiento de la ley de acción de masas en el context o de las reacciones

en equilibrio fue otro intento de dar respuesta a esta cuestión.

La teoría de Dalton explicaba de una forma simple la ley de las proporciones cons -

tantes de Proust y la ley de las proporciones múltiples. Quedaba por responder la pregun -

ta: ¿por qué los átomos se combinan según relaciones determinadas? Por ejemplo, ¿por

qué el cloro se combina con un solo átomo de hidrógeno y no forma, en cambio, molé -

culas tales como el H2CI o el H3CI? Para abordar esta cuestión se introdujo el concep to de

valencia o capacidad de combinación de los átomos, pero la pregunta no pudo respon -

derse hasta que se desarrolló una teoría de enlace químico. Sin embargo, el concepto de

valencia fue el primer paso hacia esta teoría y constituyó una propiedad decis iva, junto

con la masa atómica relativa, para establecer la clasificación periódica de los elementos.

El descubrimiento de la pila de Volta y las experiencias de descomposición elec -

trolítica de diferentes sustancias dieron un gran empuje al descubrimient o de nuevos

elementos químicos y al desarrollo de teorías eléctricas sobre el enlace químico, es

decir, sobre la naturaleza de las fuerzas que mantenían unidos a los átomos. Por otro

lado dio origen al establecimiento del concepto de ion para explicar la e lectrólisis (Fa-

raday). La formación de estos iones en disolución fue propuesta por el químico sueco

Arrhenius en su famosa teoría de la disociación iónica, y fue la base de la compren -

sión de las reacciones iónicas en disolución acuosa: precipitación, á cido-base y redox.

Con la aparición de la termodinámica como ciencia en el siglo xix se intentó un

enfoque energético para responder a la cuestión de la afinidad química y de la espon -

209 I

taneidad de las reacciones químicas, tomando la energía desprendida en las reacciones

químicas como una medida de la afinidad química de las sustancias y, por tanto, como

un criterio de predicción de las reacciones que tienen lugar. Aunque este criterio no sea

siempre válido, puede ser utilizado con una cierta seguridad en el caso de reacciones

muy exotérmicas. Con la consolidación de la termodinámica como ciencia y la elabo -

ración de los conceptos de entropía y entalpia libre, estas magnitudes pasaron a u tili-

zarse como criterio para decidir sobre la espontaneidad de las reacciones químicas.

Por último, el descubrimiento del electrón y los estudios sobre la interacción

entre la radiación electromagnética y la materia dieron lugar al establecimiento de

la teoría cuántica sobre el átomo y el enlace químico, y permitieron volver a la cues -

tión de la afinidad química desde un punto de vista atómico, es decir, a través de la

pregunta: ¿por qué se unen los átomos?

Las respuestas a las cuestiones clave planteada s y a algunas otras a lo largo de la

historia han dado lugar a un cuerpo de conocimientos de química, que ha ido variando

a lo largo de la historia, pero que se presenta en los currículos escolares como un con -

junto de contenidos conceptuales y de procedimientos definitivo. El cuadro 2 recoge los

conceptos clave de la química estudiados actualmente en secundaria.

Cuadro 2. Conceptos y teorías clave más importantes de la química en la enseñanza

secundaria

CONCEPTOS Y TEORIAS CLAVE MAS IMPORTANTES DE LA QUIMICA

La materia desde el punto de vísta macroscópico

. Propiedades características de las sustancias, estados de agregación, cambios de fase. Mezclas, di -

soluciones y sustancias puras. Reacción química. Elementos y compuestos. Tabla periódica de los

elementos.

La materia desde el punto de vista microscópico

. Teoría corpuscular de la materia. Átomos, moléculas e iones. Modelos atómicos. Enlace químico.

Geometría molecular. Fuerzas íntermoleculares. Interacción de la radiación electromagnética con

los átomos y las moléculas.

Relación entre los niveles macroscópico y microscópico de la materia

. Cantidad de sustancia. Concentración. Estructura de gases, líquidos, sólidos y disoluciones. Leyes

de los gases. Teoría cinétíco-molecular de los gases. Propiedades y estructura de sólidos metálicos,

iónicos, covalentes y moleculares.

Lenguaje químico

. Fórmulas. Nomenclatura. Ecuaciones químicas. Diagramas.

Reacción química

. Características del cambio químico. Cálculos de cantidades en las reacciones. Energía de reacción

y energía de enlace. Entropía, entalpia libre y espontaneidad de las reacciones químicas. Equilibrio

químico. Velocidad y mecanismo de reacción. Teorías sobre la velocidad. Catálisis.

Sustancias y tipos de reacciones químicas

. Reacciones ácido-base. Reacciones de precipitación. Reacciones redox. Pilas electroquímicas y elec-

trólisis. Reacciones de formación de complejos. Compuestos del carbono.

I 210

Además de los contenidos conceptuales, el curriculo de química incluye conte-

nidos de ciencia-tecnología-sociedad (CTS), procedimientos y actitudes. Los conteni-

dos CTS del curriculo de química responden a las siguientes cuestiones:

. ¿Cuál ha sido la evolución de los conceptos y las teorías más importantes

de la química a lo largo de la historia?

. ¿Cuáles son las aplicaciones de la química más importantes en laactualidad?

. ¿Qué relaciones existen entre la química y la sociedad?

. ¿Qué relaciones existen entre la química y otras ciencias?

El cuadro 3 muestra algunos de los contenidos CTS del curriculo de química de se-

cundaria en forma de preguntas. Entre los contenidos de procedimientos cabe destacar

los relativos al aprendizaje del uso de instrumentos de medida y técnicas de laboratorio,

a la interpretación de experiencias, gráficos y datos, a la recogida de información, a la

modelizaclón de sistemas químicos, al cálculo con cantidades químicas, al diseño y la re -

alización de investigaciones experimentales, y a la extracción y comunicación de con -

clusiones en la reso lución de problemas teóricos y prácticos. Entre las actitudes cabe

hacer mención a la incorporación de los valores y actitudes propios del trabajo científi -

co y a las valoraciones éticas de la química y sus aplicaciones en la sociedad.

Cuadro 3. Contenidos CTS clave en el curriculo de química

La naturaleza de la química

. ¿Cuál es la naturaleza de la química como ciencia?

. ¿Cuál es la génesis y evolución de los conceptos y teorías más importantes?

■ ¿Qué papel han desempeñado los experimentos y las técnicas instrumentalesenla evolución de la

química?

Química aplicada

. ¿Cuáles son las propiedades y las aplicaciones de los elementos y los compuestos de mayor

impor-

tancia en la vida cotidiana?

. ¿Cómo podemos obtener los elementos químicos a partir de los minerales y otras materias primas?

. ¿Cuál es la aplicación de la química de los compuestos del carbono: plásticos, fibras,

combustibles,

fármacos, etc.?

. ¿Cómo se obtienen y qué aplicaciones tienen los materiales cerámicos, los polímeros, los meta les

y

aleaciones, los tintes, las pinturas, etc.?

Química y sociedad

. ¿Qué beneficios ha aportado la química a la sociedad?

. ¿Qué repercusiones medioambientales tiene la obtención de materias primas y la contaminación

producida por la industria química?

. ¿Cuáles son los costes medioambientales del consumo energético de combustibles fósiles?

Química y otras ciencias

. ¿Qué procesos químicos han intervenido en la formación y la evolución de la atmósfera, los océa -

nos y la corteza terrestre?

. ¿Cuáles son los elementos y las moléculas que constituyen los seres vivos?

. ¿En qué consiste la ingeniería genética? 211 I

¿Qué dificultades conceptuales presenta

el aprendizaje de la química?

Las dificultades en el aprendizaje de los conceptos químicos se ponen de ma-

nifiesto en la existencia de un gran número de concepciones alternativas de los

estudianLes, que han sido ampliamente estudiadas. Los resultados de estas inves -

tigaciones se recogen en diferentes trabajos de recopilación: Driver, Guesne y Ti-

berghien, 1989; Llorens, 1991; Pozo y otros, 1991; Driver y otros, 1994; Garnett

y otros, 1995; Gómez Crespo, 1996; Pozo y Gómez Crespo, 1998; Fu rió. Azcona y

Guisasola, 2000.

Concepciones alternativas y dificultades conceptuales

En los cuadros 4, 5, 6 y 7 se resumen algunas de las concepciones alternativas

y dificultades conceptuales más importantes investigadas y algunos de los trabajos

publicados en nuestro país relativos a estas dificultades y a las estrategias didácticas

para superarlas.

Las concepciones descritas se han agrupado atendiendo a su relación con:

. La materia desde el punto de vista macroscópico y microscópico (cuadro 4).

. El lenguaje químico: fórmulas, ecuaciones químicas, etc. (cuadro 5).

. Características de las reacciones químicas: calor de reacción, equilibrio quí -

mico y velocidad de reacción (cuadro 6).

. Las reacciones químicas (ácido-base, redox) y los procesos electroquímicos

(pilas y células electrolíticas) (cuadro 7).

Cuadro 4. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas a

la materia desde el punto de vista macroscópico y microscópico.

CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: MATERIA

La materia desde el punto de vista macroscópico

Sustancias y mezclas

. Dificultad para diferenciar mezcla y compuesto.

. Dificultad para diferenciar elemento y sustancia pura.

. Garnett y otros, 1995

Estados y cambio de fase . Driver y otros, 1989

. Los gases no tienen masa.

. Cuando un líquido hierve, las burbujas son del aire que escapa.

. Pozo y otros, 1991

Reacción química . Borsese y Esteban, 1988

. Ausencia de distinción entre cambio físico y químico. . Oñorbe y Sánchez, 1992

. Falta de comprensión de la conservación de la masa.

I 212

La materia desde el punto de vista microscópico

Teoría corpuscular de la materia . Grup Recerca, 1981

. Concepción continua de la materia. . Llorens, 1991

. Una partícula es una pequeña porción visible de una sustancia. . Driver y otros, 1989

. Modelos atómicos alternativos. . Caamaño y otros, 1983

. Atribución de propiedades macroscópicas a las partículas. Caamaño, 1994

. Atribución de una estructura molecular a todos los compuestos. . Gómez Crespo, 1996

. Atribución de una estructura atómica a todos los elementos. . Valcárcel, Sánchez y Ruiz,

. Concepciones alternativas sobre la estructura de los electrólitos. 2000

. Benarroch, 2001

Enlace químico: covalente, iónico, metálico y fuerzas . Caamaño, 1994

moleculares . Posada, 1999

. Los átomos se unen para completar a ocho la última capa de . Posada y Conejo, 2000

electrones (visión finalista).

. Ausencia de distinción entre enlace covalente e iónico.

. Polaridad del enlace: las cargas parciales de los átomos son car-

gas iónicas.

Las partículas en los cambios de fases . Lloréns, 1991

. Las moléculas cambian de volumen en los cambios de fase. . Gómez Crespo, 1996

. Los enlaces entre los átomos de las moléculas se rompen. . Garnett y otros, 1995

Relación entre los niveles macroscópico y microscópico

Cantidad de sustancia . Grupo Alkali, 1990

. Dificultades para comprender y utilizar el concepto de cantidad , Furló, Azcona y Guisasola,

de sustancia. 1999, 2002

. Confusión entre cantidad de sustancia y masa molar (1 mol de . Garritz y otros, 2002

C- 12 g).

Estructura de los gases, sólidos y líquidos . Posada, 1993

. Los átomos o moléculas de un sólido no se mueven. . Caamaño, 1994

. Dificultad en aceptar el espacio vacío entre partículas. . Gómez Crespo, 1996

. Confusión entre las fuerzas intermoleculares y los enlaces in- . Pietro y Blanco, 2000

tramoleculares en un sólido. . Prieto, Blanco y González,

. Visión molecular de una estructura gigante iónica o covalente. 2000


. Benarroch, 2000 y 2001

. Sanmartí y Solsona, 2001

Cuadro 5. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas al

lenguaje químico

CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: LENGUAJE QUIMICO

Fórmulas químicas

. Los subíndices de las fórmulas moleculares de los elementos (O2)

no dan idea de una estructura molecular (O2 se confunde con 2

átomos de oxígeno, 20).

. Los subíndices de las fórmulas son confundidos con las valencias.

Ajuste e interpretación de ecuaciones químicas

. Los subíndices de las fórmulas son modificados con objeto de

igualar las ecuaciones químicas.

. Los coeficientes estequiométricos no son comprendidos como una

relación numérica entre las moléculas de las especies que reaccionan.


. Caamaño, 1994,1998




las características de las reacciones químicas

CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: REACCION QUIMICA

Interpretación molecular de una reacción química . Solsona e Izquierdo, 1998

. Falta de comprensión de la conservación de los elementos en las . Martín del Pozo, 1988

reacciones y de una reacción química a nivel molecular.

Calor de reacción

. Entalpia de enlace: la formación de los enlaces requiere energía,

y la rotura de enlaces supone desprendimiento de energía. . Caamaño, 1994

. Entalpia de reacción: falta de comprensión de la entalpia de una . Garnett y otros, 1995

reacción en función de la energía absorbida y desprendida en la

rotura y la formación de enlaces.

Equilibrio químíco

. El equilibrio químico no es un proceso dinámico. . Quílez, 1993 y 1998

. Confusión entre cantidad de sustancia y concentración en la ex- . Pozo y otros, 1991

presión de la constante.

. El principio de Le Chatelier es aplicado a equilibrios heterogéne-

os sin consideración de las fases de los reactivos y productos.

. Un catalizador puede afectar de manera diferente las velocidades

de reacción en los sentidos directo e inverso y, en consecuencia,

modificar el estado de equilibrio.

Velocidad de reacción

. La reacción en sentido inverso no comienza hasta que ha finali-

zado la reacción en sentido directo. . Garnett y otros, 1995

. Los «mecanismos» de reacción no implican rotura de enlaces.

I 214


las reacciones químicas y los procesos electroquímicos

CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES TIPOS DE REACCIONES

Ácidos y bases . Jiménez y otros, 2002

. Confusión entre los modelos de Arrhenius y de Brbnsted y Lowry . Jiménez, Manuel y Salinas,

de ácido y de base. 2002

. Las bases no contienen hidrógeno. . Barcenas, Calatayud y

. El ácido conjugado de una base débil es un ácido fuerte, y vi- Furió, 1997

ceversa.

. Cuando los ácidos y las bases reaccionan siempre dan lugar a una . Peña y Caamaño, 2002

disolución neutra.

Oxidación-reducción

. El estado de oxidación de un elemento es siempre igual a la carga

del ion monoatómico de dicho elemento. . Garnett y otros, 1995

. Los procesos de oxidación y reducción pueden ocurrir indepen-

dientemente.

Pilas

. El ánodo está cargado positivamente porque pierde electrones; el

cátodo es negativo porque gana electrones. . Garnett y otros, 1995

. En una pila el puente salino proporciona electrones para comple-

tar el circuito.

Células electrolíticas

. La polaridad de los terminales no tiene efecto en cuál es el ánodo

y el cátodo. En la superficie de los electrodos inertes no ocurre . Garnett y otros, 1995

ninguna reacción.

. No hay relación entre la fem de una pila y la magnitud del volta-

je necesario para producir la electrólisis.

Causas de las concepciones alternativas y de las dificultades

de aprendizaje

Las concepciones alternativas y las dificultades de aprendizaje pueden atri -

buirse a:

. Dificultades intrínsecas de la propia disciplina.

. El pensamiento y los procesos de razonamiento de los estudiantes.

. El proceso de instrucción recibido.

A continuación analizaremos brevemente cada una de ellas y aportaremos

ejemplos procedentes, en su mayor parte, de una investigación sobre las concepcio-

nes de los estudiantes en relación la estructura de la materia y el cambio químico y

la comprensión de sus formas de representación (Caamaño, 1994).

215 I

Dificultades intrínsecas de la química

El cuadro 8 resume algunas causas intrínsecas de las dificultades de aprendiza -

je de la química, en buena medida también presentes en las demás ciencias.

Existencia de tres niveles de descripción de la materia

Una de las dificultades conceptuales de la química es la existencia de tres nive-

les de descripción de la materia: macroscópico (observacional), microscópico (atómi -

co-molecular) y representacional (símbolos, fórmulas, ecuaciones). Aún es posible

distinguir un nivel intermedio multiatómico, multimolecular o mu ltiiónico, que es el

que relaciona el nivel atómico con el macroscópico (Caamaño y Casassas, 1993) y un

subnivel atómico, cuando abordamos la estructura interior del átomo. Los estudian -

tes deben moverse entre estos niveles mediante el uso de un lenguaje que no siem-

pre diferencia de forma explícita el nivel en que nos encontramos.

Carácter evolutivo de los modelos y teorías. Uso de diferentes modelos y teorías

en el aprendizaje escolar

Otra dificultad proviene de la necesidad de usar modelos con grados d e sofisti-

cación creciente y diferentes teorías para una misma área conceptual en el aprendi -

zaje de la química. Ello conduce a la necesidad de realizar sucesivos procesos de

integración y diferenciación conceptual a lo largo del aprendizaje escolar.

Algunas de las teorías o modelos que obligan a realizar estos procesos son: la

teoría corpuscular, la teoría atómico-molecular, el concepto de estructura gigante,

la teoría iónica, la teoría cinético -molecular de los gases, los modelos atómicos, los

modelos de enlace, las teorías de ácido y de base, las teorías de oxidación -reducción,

y las teorías sobre la velocidad de las reacciones químicas elementales.

Ambigüedad del lenguaje respecto de los niveles descriptivos

Existen términos, como el de elemento químico, que tienen un significado di-

ferente según se utilice en el nivel macroscópico o microscópico.

Cuadro 8. Dificultades de aprendizaje intrínsecas de la química

DIFICULTADES DE APRENDIZAJE INTRINSECAS DE LA QUIMICA

. Existencia de tres niveles de descripción de la materia.

. Carácter evolutivo de los modelos y teorías.

. Ambigüedad y limitaciones del lenguaje químico: términos, símbolos, fórmulas y representaciones

gráficas.

- Ambigüedad del lenguaje químico respecto de los niveles descriptivos.

- Ausencia de términos apropiados para un nivel estructural determinado.

- Términos y fórmulas químicas con significados múltiples o indeterminados.

- Términos cuyo significado varia según el contexto teórico en el que se enmarcan.

- Términos con significado diferente en la vida cotidiana y en química.

- Limitaciones de los códigos representativos de los diagramas y modelos estructurales.

Imaginemos, por ejemplo, qué significado puede atribuir un estudiante a la

frase siguiente: «El agua es un compuesto formado por el elemento hidrógeno y el

elemento oxígeno». La frase no es incorrecta, pero su interpretación correcta depen -

de del significado que atribuyamos al término elemento: si pensamos en él como si -

nónimo de 'substancia simple' (significado u tilizado en la mayoría de los libros de

texto al tratar de la clasificación de la materia), la frase no sería bien comprendida,

equivaldría a suponer que el agua es una mezcla de hidrógeno gas y de oxígeno gas.

Por el contrario, si pensamos en elemento como sinónimo de 'átomo', la frase puede

ser interpretada correctamente: el agua está formada por átomos de oxígeno y de hi -

drógeno. Lo que no dice, pero debe suponerse para una interpretación totalmente

correcta, es que estos átomos se encuentran unidos en la proporción 2:1, formando

moléculas de agua. Así pues la comprensión total del significado de la frase requiere

una serie de conocimientos previos que no siempre tienen los estudiantes.

Ausencia del término apropiado para un nivel estructural determinado

En otras ocasiones el problema proviene del hecho de que no disponemos de

un término adecuado para un nivel estructural determinado. Por ejemplo, habla -

mos de moléculas de agua, pero, ¿cómo podemos referirnos de forma sintética a la

entidad microscópica representada por la fórmula NaCI? Podemos decir que se

trata del par de iones Na +CL que forman parte de la estructura multiiónica del clo -

ruro de sodio, pero es evidente que es una denominación demasiada larga. El

mismo problema terminológico surge frente a la interpretación microscópica de la

fórmula SÍO2- Se ha sugerido el nombre de unidad-fórmula, aunque su uso no se

encuentra del todo extendido y, por otro lado, este término soslaya la interpreta -

ción estructural.

La mayoría de veces el profesorado ev ita este problema terminológico leyendo

literalmente la fórmula o bien refiriéndose a la sustancia en lugar de la entidad mi -

croscópica. Por ejemplo, al describir la reacción de formación del cloruro de sodio a

nivel atómico CI2 + Na -* NaCI se suele decir: «Una molécula de cloro reacciona con

un átomo de sodio para dar NaCI» o «Una molécula de cloro reacciona con un átomo

de sodio para dar cloruro de sodio». En el primer caso se elude el nombre de la enti -

dad NaCI; en el segundo, se realiza un cambio de nivel descriptivo, y se pasa del nivel

atómico al nivel macroscópico. Estos cambios de nivel descriptivo en la lectura de

ecuaciones químicas son muy habituales y son una de las causas de la tendencia a

atribuir carácter molecular a todas las fórmulas.

Términos y fórmulas químicas con significados múltiples o indeterminados

Ya hemos visto el significado ambivalente del término elemento. Las fórmulas

químicas presentan significados muy diferentes según se trate de fórmulas molecu -

lares de elementos, fórmulas moleculares de compuestos, fórmulas de estructuras gi -

gantes o fórmulas empíricas. Lo mismo ocurre, por ejemplo, con el concepto de

número de oxidación.

La fórmula de un elemento molecular -O2- o de un compuesto molecular, H2O,

nos está indicando el número de átomos de la molécula, mientras que la fórmula de

un compuesto con estructura gigante -NaCI, SIÜ2- sólo nos indica la proporción en

217 I

que se encuentran los átomos. Del mismo modo, la fórmula empírica de un com -

puesto molecular sólo indica la composición atómica del compuesto (por ejemplo,

CH, fórmula empírica del C6H6), aunque a veces pueda coincidir con la fórmula mo -

lecular (por ejemplo, H2O).

Términos cuyo significado varía según el contexto teórico en el qu e se enmarcan

Existe un conjunto de términos cuyo significado varía según el contexto teórico.

Por ejemplo, el diferente significado de los términos ácido y base, según se utilicen

con referencia a una definición empírica (propiedades), a la teoría de Arrh enius o a

la teoría de Bronsted y Lowry. Estos significados se desarrollan con detalle en el úl -

timo apartado de este capítulo.

Términos con significado diferente en la vida cotidiana y en química

El término sustancia, que en la vida cotidiana se utiliza a veces tanto para de-

signar una sustancia pura como una mezcla o una disolución, tiene en química un sig -

nificado más restrictivo. Por ejemplo, se dice que el aire o la leche son sustancias,

cuando en realidad se trata de una mezcla y de una dispersión, respectivamente,

desde el punto de vista químico.

El adjetivo puro también es utilizado con diferente significado en el contexto

cotidiano y en el científico. Por ejemplo, el término puro se usa en el lenguaje co-

rriente con el significado de 'producto de procedencia natural' (un zumo puro), mien -

tras que en química significa 'una única sustancia'.

Limitaciones de los códigos representativos de los diagramas

y modelos estructurales

Por último, debemos señalar los problemas de representación en los diagr amas

y los modelos estructurales, que conllevan dificultades de interpretación. La diversi -

dad de representaciones que se utilizan (círculos o bolas en contacto, círculos unidos

por rayas, modelos de bolas con palos, redes cristalinas con varillas de sopo rte, etc.)

también puede crear confusiones.

Dificultades relativas al pensamiento y la forma de razonamiento

de los estudiantes

Algunas de las causas de la formación de concepciones alternativas ligadas a las

formas de pensamiento y al razonamiento de los estudiantes se muestran en el cuadro 9.

La influencia de la percepción macroscópica en el análisis del mundo microscópico

Dicha influencia explicaría la resistencia a aceptar el carácter corpuscular de la

materia y la existencia de espacio vacío entre las partículas por parte de los estu -

diantes de primeros cursos de secundaria, lo cual entra en contradicción con su per -

cepción continua de la materia.

La tendencia a transferir las propiedades macroscópicas de las sustancias a las

propiedades microscópicas de las partículas

Por ejemplo, los estudiantes explican la dilatación térmica de los gases como

I 218

Cuadro 9. Dificultades de aprendizaje de la química relativas al pensamiento y forma de

razonamiento de los estudiantes

DIFICULTADES DE APRENDIZAJE DE QUIMICA RELATIVAS AL PENSAMIENTO

Y LA FORMA DE RAZONAMIENTO DE LOS ESTUDIANTES

. Influencia de la percepción macroscópica en el análisis del mundo microscópico.

. Tendencia a transferir las propiedades macroscópicas de las sustancias a las propiedades micros-

cópicas de las partículas,

. Tendencia a utilizar explicaciones metafísicas o teleológicas en lugar de explicaciones físicas.

. Uso del pensamiento analógico en forma superficial.

. Dificultad de transferir un concepto a un contexto distinto de aquél en el que se ha aprendido.

. Dificultad de comprensión de procesos que exigen ser pensados a través de una serie de etapas.

. Construcción de modelos híbridos alternativos.

consecuencia de la dilatación de las moléculas o bien por el ascenso de las molécu-

las como consecuencia del aumento de la temperatura. La no fluidez de los sólidos se

explica por la inmovilidad total de sus partículas. La dureza del diamante se atribuye

a la dureza de sus átomos.

La tendencia a utilizar explicaciones metafísicas de tipo teleológico

o finalista en lugar de explicaciones físicas

Por ejemplo, se observan explicaciones de carácter finalista como las siguien -

tes: «Las reacciones tienen lugar para que los productos sean más estables o tengan

menos energía». «Los átomos reaccionan para conseguir que su última capa tenga

ocho electrones».

El uso superficial del pensamiento analógico

El pensamiento analógico es una de las formas en que los estudiantes pueden

comprender los nuevos conceptos introducidos en las clases de química, sobre todo

en los conceptos de los que no se poseen concepciones previas. Sin embargo, tam -

bién es utilizado a veces por los estudiantes de forma superficial con el resultado de la

formación de concepciones alternativas.

Es el caso, por ejemplo, de la idea que el HCI(g) está formado por iones porque

la disolución lo está; la idea que la valencia de un elemento molecular (O 2, P4) viene

indicada por el subíndice como ocurre con los subíndices de los átomos adyacentes

en las fórmulas de algunos compuestos (CFU); o la idea que NaCI y SÍO 2 son molécu-

las porque tienen fórmulas similares al FICI i el H2O, que representan moléculas.

La dificultad de transferir un concepto a un contexto distinto

del contexto en el que se ha aprendido

Hay alumnos que utilizan el concepto de ion sólo en el estudio de los electró -

litos, pero no lo relacionan con el enlace iónico en los sólidos. Otros no utilizan es -

pontáneamente el modelo cinético -molecular de los gases para explicar cómo se

rompen los enlaces de las moléculas en una reacción entre gases.

219 |

La dificultad de comprensión de procesos que exigen ser pensados

mediante una serie de etapas

Ante estos procesos muchos estudiantes simplifican la situación dando más im-

portancia a una de las etapas. Por ejemplo, al imaginarse el «mecanismo» de una reac -

ción centran su atención exclusivamente en la formación de nuevos enlaces, sin tener

en cuenta la rotura de los enlaces de las moléculas que reaccionan. Lo mismo se ob-

serva cuando intentan predecir la energía de una reacción en función de la energía

de los enlaces formados y rotos.

La modificación de las características de los modelos frente a hechos

que no pueden explicar

Por ejemplo, la facilidad con que se disuelve el cloruro de sodio en agua es in -

terpretado por algunos estudiantes atribuyendo un carácter débil al enlace iónico, sin

tener en cuenta las fuerzas de atracción entre los iones y las moléculas de agua, es

decir, el proceso de solvatación de los iones que se disocian.

La construcción de modelos híbridos alternativos

A menudo los estudiantes modifican los modelos que se les presentan para

hacerlos compatibles con sus ideas previas o, simplemente, como consecuencia

del hecho de incorporar características de otros modelos, construyendo modelos

híbridos.

Así, por ejemplo, la visión de la estructura de un gas o de un líquido como un

medio continuo en el que se encuentran inmersas las moléculas (modelo híbrido con -

tinuo-molecular de la materia).

Otros presentan una visión «molecular» de representaciones multiatómicas de

NaCI o de SÍO2, como consecuencia de ver «parejas» de átomos dentro de la estruc -

tura ininterrumpida de átomos (modelo híbrido de estructura gigante -molecular).

Dificultades atribuibles al proceso de instrucción

El cuadro 10 muestra las dificultades de aprendizaje de la química atribuibles

al proceso de instrucción.

Implicaciones didácticas

Comprender la naturaleza y las causas de las concepciones alternativas de

los estudiantes de química es un requisito necesario, aunque no suficiente, para

conseguir una enseñanza de la química más efectiva y un mejor aprendizaje de

los estudiantes.

El otro aspecto importante tiene que ver con adoptar estrategias didácticas que

tengan presentes las dificultades de aprendizaje descritas e intenten facilitar la su -

peración de las mismas. Entre ellas pueden citarse:

. Una presentación evolutiva de conceptos, teorías y modelos.

. Una contextualización de los conceptos en relación con el campo exper i-

mental en que se construyen y se cuantifican.

. Una adecuada secuenciación de los conceptos (algunos de los criterios para

conseguirlo se exponen en el siguiente apartado).

Cuadro 10. Dificultades de aprendizaje de química atribuib les al proceso de instrucción

DIFICULTADES DE APRENDIZAJE DE QUIMICA ATRIBUIBLES AL PROCESO DE INSTRUCCION

. Presentación de forma acabada de los conceptos y teorías.

. Presentación de teorías híbridas en los libros de texto (por ejemplo, solapamiento de las teorías de

colisiones y del estado de transición).

. Presentación de los conceptos en un contexto reduccionista de su significado.

. No explicitación de los diferentes niveles de formulación de los conceptos.

. Atención insuficiente a los aspectos estructurales de la materia, en especial, del nivel multiatómico,

multimolecular o multiiónico. Por ejemplo, el enlace iónico es explicado únicamente a nivel atómico

(proceso de cesión y captación de un electrón, sin tener en cuenta la atracción entre iones).

. Uso inapropiado del lenguaje, sin explicitar sus limitaciones y ambigüedades.

. Utilización de ejemplos sesgados que pueden llevar a conclusiones erróneas cuando son genera -

lizados.

. Utilización de códigos de representación gráfica con significado ambiguo.

. Uso frecuente de actividades basadas en algoritmos que no buscan la comprensión de los con-

ceptos o procesos sino su aplicación mecánica.

. Uso de criterios de secuenciación inadecuados.

. Un uso apropiado del lenguaje, que haga explícito el si gnificado de los tér-

minos y sus limitaciones.

. Una interpretación correcta de los códigos de representación del lenguaje

simbólico y de los diagramas estructurales.

Para ampliar el conocimiento sobre las estrategias didácticas que se han pro -

puesto para superar las concepciones alternativas, pueden consultarse los trabajos de

diversos autores publicados en libros o revistas españolas, que se encuentran citados

en el inicio de este apartado y en los cuadros 4, 5, 6 y 7, así como diversos mono -

gráficos de la revista Alambique (1997, 1999, 2000).

Criterios para secuenciar los contenidos de química

Para secuenciar los contenidos hay que realizar previamente una selección ade -

cuada de los mismos, teniendo en cuenta su importancia en la estructura lógica de

la disciplina, su potencial explicativo, su nivel de complejidad y su relevancia funcio -

nal y social. La importancia de una acertada secuenciación de los contenidos en el

aprendizaje de las ciencias ha sido señalada por diversos autores (Pedrinaci y Ca rmen,

1997; Caamaño, 1997; Martín, Gómez y Gutiérrez, 2000), que han propuesto diver -

sos criterios de secuenciación. En la reforma de 1990 la secuenciación de los conte -

nidos en cada nivel o etapa de la educación secundaria se consideró responsabilidad

de los equipos de profesores, lo que originó una diversidad de secuenciaciones en los

libros de texto y en los proyectos curriculares. Los nuevos decretos de 2001 han vuel -

221 I

to a fijar los contenidos por curso, dejando un margen m uy estrecho para la experi -

mentación de secuencias alternativas.

Son criterios generales de secuenciación:

. La elección de un contenido organizador, que pueden ser los conceptos, los

procedimientos o los contenidos CTS.

. La definición de las preguntas clave e ideas-eje en torno a las cuales es-

tructurar la secuencia.

. El respeto a la estructura conceptual de la propia disciplina.

. La adecuación a la capacidad cognitiva de los alumnos.

. La consideración de los requisitos, es decir, los conceptos previos necesarios

para poder comprender un concepto más complejo.

. La atención a los conocimientos previos (conceptos, procedimientos y acti -

tudes) de los estudiantes.

. El desarrollo continuado y progresivo de las ideas desde lo cualitativo a lo

cuantitativo y de lo más simple a lo más complejo.

Además de estos criterios generales, existen otros criterios específicos ligados a

la lógica con que quieren ser expuestos los contenidos. Se observan dos opciones

antagónicas en el desarrollo del currículo: elaborar secuencias que presenten los con -

ceptos ya elaborados, sin relación con los problemas que los suscitaron, o bien de -

cantarse por secuencias que potencien la comprensión del proceso de aparición y

elaboración de los conceptos.

En el campo de la química, ambas opciones implican elegir entre iniciar la quí -

mica con el estudio del mundo microscópico (átomos, configuración electrónica de

los átomos, moléculas, enlace químico, etc.) y avanzar desde el nivel microscópico al

macroscópico o, por el contrario, dar prioridad al mundo macroscópico e introducir

progresivamente el mundo microscópico como consecuencia de las hipótesis y teorías

que se construyen para interpretarlo.

Si se escoge la segunda opción, el conocimiento de la evolución histórica de los

conceptos puede ser de gran ayuda para establecer el hilo conductor de la secuencia

(secuenciación histórico-conceptual). Esta fue la opción seguida en el proyecto Quí -

mica Faraday (Grup Recerca-Faraday, 1988). Así pues, una orientación que intenta

justificar la razón de ser de los conceptos nos lleva a una secuencia parcialmente

análoga a la evolución histórica de conceptos. Esta orientación no ha de suponer un

enfoque historicista rígido, puesto que se pretende aprender los conceptos desde una

perspectiva evolutiva, no la historia exacta de su evolución. Lo importante es situar

los conceptos con relación al problema que dio lugar a su aparición.

Otro criterio importante en la secuenciación es el denominado principio del cu-

rrículo en espiral. De acuerdo con este criterio es conveniente retomar los conceptos

básicos de una disciplina a lo largo de los diferentes cursos de cada etapa educativa,

de manera que puedan ser revisados por estudiantes con niveles de capacidad cogni -

tiva y de conocimientos cada vez mayores. Por una parte, permite graduar su apren -

dizaje comenzando con los aspectos más cualitativos y simples, para ir incorporando

progresivamente aspectos más formales y cuantitativos. Por otra, permite aumentar el

significado de los conceptos a l poder relacionarlos con otras ideas y conceptos apren -

didos en la misma u otras materias. Este criterio choca muchas veces en la práctica

con la falta de tiempo para desarrollar los programas, por lo que a menudo el profe -

sorado prefiere iniciar y finalizar bloques conceptuales en un único curso.

Por último, debemos destacar que, a pesar de que la secuenciación basada en

los conceptos es la más usual, también son posibles otros tipos de secuenciaciones

basadas, por ejemplo, en las aplicaciones de la química o en los contenidos CTS (cien -

cia-tecnología-sociedad) de química. La Química Salters (Grupo Salters, 1999) se -

cuencia los contenidos de química del bachillerato con relación a una serie de relatos

que abordan aspectos de química aplicada y de química y sociedad. En este caso el

orden con que son aprendidos los conceptos está subordinado a los temas que se

abordan en los relatos, aunque siempre tienen en cuenta los conocimientos concep -

tuales adquiridos por los estudiantes en las unidades anteriores.

Así pues, son posibles distintas formas de secuenciar los contenidos de quími -

ca: secuenciación de carácter conceptual, de carácter histórico -conceptual, de ca-

rácter mixto conceptual-CTS y a través de los contenidos CTS (Caamaño, 1997). Dado

el gran número de criterios que hay que tener en cuenta es evidente que la secuen -

ciación es más un arte que una ciencia. Por eso sorprende que las secuenciaciones de

los libros de texto no sean más variadas. El peso de la tradición escolar i mpide mu-

chas veces explorar las ventajas que podrían tener otro tipo de secuenciaciones en

los cursos de química.

Un ejemplo de secuencia didáctica

a lo largo de la ESO y el bachillerato:

el estudio de las reacciones ácido-base

Ácidos y bases en la ESO

El estudio de las sustancias ácidas y bases y de las reacciones de neutralización

se inicia en la etapa de la ESO desde un punto de vista básicamente fenomenológi -

co, es decir, como aprendizaje de las propiedades experimentales que caracterizan a

los ácidos y las bases, entre ellas la propiedad de conducir la corriente en disolución

acuosa (son electrólitos) y la capacidad de neutralizarse cuando reaccionan entre

ellos en cantidades adecuadas.

Entre las propiedades características de los ácidos se encuentr a el sabor

ácido, la reacción con algunos metales -desprendiendo hidrógeno-, la reacción

con los carbonates -desprendiendo dióxido de carbono-, y la coloración comuni-

cada a sustancias de origen vegetal que se denominan indicadores. Entre las pro-

piedades características de las bases se encuentra el sabor amargo, el tacto

resbaladizo, el poder de corrosión, y la capacidad de colorear los indicadores con

un color diferente al de los ácidos. Varios trabajos que han investigado sobre el

conocimiento de los estudiantes de estas edades sobre las propiedades de los áci -

dos y de las bases, destacan que las propiedades de los ácidos son más conocidas

que las de las bases.

223 |

El término álcali es más antiguo que el término base y significa 'base soluble'.

Así pues, no todas las bases son álcalis, pero todos los álcalis son bases. En la se -

cuenciación de estos conceptos parece lógico comenzar por el concepto de álcali (ya

que corresponde a las bases solubles, que son las que se pu eden caracterizar más fá-

cilmente con un indicador), para ampliarlo posteriormente al de base.

La reacción de los ácidos y de las bases conduce a la formación de sales, de

acuerdo con el siguiente esquema de reacción:

ácido + base -» sal + agua

ácido + base (carbonato) -> sal + agua + dióxido de carbono

Una sal se define entonces como una sustancia obtenida en la reacción de un

ácido con una base. El cloruro de sodio es una sal, pero también lo es el carbonato de

sodio o de calcio.

Observamos, en consecuencia, que estas definiciones de base y de sal no son del

todo excluyentes, puesto que los carbonatos son a la vez sales y bases.

Por otro lado, en la ESO también se acostumbra a introducir el concepto de pH

como una escala numérica, unida a una escala de colores del indicador universal, que

nos permite cuantificar el grado de acidez de una disolución.

La reacción entre un ácido y una base, aunque sea en proporciones este -

quiométricas, no conduce siempre a una disolución neutra, como ocurre, por

ejemplo, cuando reaccionan el ácido acético y el hidróxido de sodio. La disolución

de acetato de sodio que se obtiene es ligeramente básica. Es importante destacar

este hecho para evitar la confusión que puede crear la utilización generalizada del

término reacción de neutralización para describir cualquier tipo de reacción

ácido-base.

Otro objetivo que se debería alcanzar en la ESO es el conocimiento del carácter

ácido o básico de las sustancias o disoluciones de uso cotidiano más utilizadas, así como

sus aplicaciones. Por ejemplo, conocer el carácter ácido del vinagre, del salfumán y de

la aspirina; y el carácter básico de la sal de frutas, de los antiácidos y de los limpiado -

res de hornos. Estudios recientes (Bárcenas, Calatayud y Furió, 1999; Jiménez y otros,

2000; Peña y Caamaño, 2002) revelan que los estudiantes tienen un escaso conoci -

miento sobre el carácter ácido o básico de las sustancias cotidianas.

Por último, los estudiantes de la ESO deberían conocer el riesgo que supone la

utilización de disoluciones ácidas o básicas concentradas, especialmente de ácidos y

bases fuertes, y cómo deben manipularse y gestionarse sus residuos.

Ácidos y bases en el primer curso de bachillerato

En este curso se puede retomar el tema de los ácidos y de las bases con un

mayor conocimiento de la estructura conceptual de la química, a partir del conoci -

miento de la composición química de muchas sustancias (óxidos, hidróxidos, cloru -

ros, carbonatos, etc.) y de su estructura (molecular, iónica, etc.), y de la capacidad de

expresar la composición de las sustancias y las reacciones químicas mediante fórmu -

las y ecuaciones químicas, así como la habilidad de realizar cálculos estequiométri -

cos sencillos, después de haber sido introducido el concepto de mol.

224

La pregunta acerca de lo que es un ácido, y posteriormente de lo que es una

base, puede ahora abordarse de forma conceptual, es decir, emitiendo alguna hipó -

tesis sobre lo que caracteriza la composición o la estructura de las sustancias ácidas.

En este punto el conocimiento de la historia de la evolución de las teorías sobre los

ácidos y las bases puede ser de utilidad para el profesorado. Una de las primeras te -

orías sobre lo que son los ácidos fue propuesta por Antoine Lavoi sier, al percatarse

de que las disoluciones de óxidos de no metales presentaban propiedades básicas

(óxido de azufre, dióxido de carbono, óxido de fósforo, etc.). Lavoisier propuso en -

tonces la idea de que toda sustancia ácida lo era por el hecho de conte ner oxígeno

(de ahí que sugiriera el término oxígeno para el gas que había sido descubierto re -

cientemente por Priestley: el vocablo oxígeno significa 'generador de ácidos'). Sin

embargo, más adelante cuando se conoció la composición del ácido muriático ( el

ácido clorhídrico) se vio que no contenía oxígeno y, por tanto, tuvo que descartarse

esta teoría. A medida que los químicos tuvieron un mayor conocimiento de las fór -

mulas de los ácidos se dieron cuenta de que todos ellos contenían hidrógeno (HCI,

HNO3, H2SO4, etc.); aunque existían otros compuestos que también contenían hidró -

geno y, sin embargo, no eran ácidos (por ejemplo, el agua o el azúcar).

Así pues, para que la teoría del hidrógeno tuviera carácter predictivo era nece -

sario que estableciera alguna distinción entre el hidrógeno de los ácidos y el de otros

compuestos. Esta distinción fue apreciada por el químico alemán Liebig, que en 1838

sugirió que un ácido es una sustancia molecular que contiene hidrógenos que pue -

den ser reemplazados por metales. La reacción de un ácido con un metal como el cinc

sería un ejemplo de esta propiedad de los hidrógenos ácidos:

Zn(s) + 2HCI(aq) - > ZnCbíaq) + H2Íg)

Con todo, la teoría de Liebig no explicaba por qué unos átomos de hidrógeno

eran reemplazables y otros no, ni por qué las características ácidas sólo se mostra -

ban cuando el compuesto estaba en disolución.

Una de las propiedades comunes de los ácidos y de las bases es que presentan

conductividad eléctrica en disolución (son electrólitos). La explicació n de este hecho

hay que buscarla en la existencia de iones en disolución. Esta hipótesis fue lanzada

por primera vez en 1884 por el químico sueco Svante Arrhenius, que definió un

ácido como una sustancia que en disolución acuosa se disocia dando iones hidr ó-

geno; y definió una base, como una sustancia que en disolución acuosa se disocia

dando iones hidróxido. Así pues, Arrhenius asocia las propiedades de los ácidos a la

presencia de iones H+, y las propiedades de los álcalis a la presencia de iones OH.

Esta hipótesis fue establecida en el marco de una teoría más general, la teoría de la

disociación iónica, según la cual los electrólitos se disociaban parcialmente en iones

al disolverse en agua.

Observemos como una adecuada comprensión de la teoría de Arrhen ius requie-

re haber estudiado previamente la teoría de la disociación iónica, como hipótesis

explicativa de las propiedades de los electrólitos (es decir, el estudio de las disolucio -

nes iónicas). Lo cual a su vez nos lleva a plantearnos cuál es el orige n de estos iones:

¿siempre se producen como consecuencia de una disociación de los compuestos mo -

225 |

leculares, como creía Arrhenius, o bien existen también compuestos en estado sólido

formados por iones? (Grup Recerca, 1983).

Esta cuestión puede conducirnos a la introducción de los sólidos iónicos, cuya

existencia no fue comprobada hasta 1912 mediante estudios de difracción de rayos

X de las redes cristalinas del cloruro de sodio. La existencia de electrólitos molecula -

res (HCI) e iónicos (NaCI) justifica diferenciar entre los procesos de disolución de

ambos tipos de electrólitos: disociación (proceso de separación de iones que ya exis -

tían, como en el caso del NaCI) e ionización (formación de iones donde no existían,

como en el caso del HCI). Aunque el término disociación engloba a ambos concep-

tos, puesto que una ionización implica a la vez una disociación, no siempre se hace

explícita la diferencia de significado de ambos términos y, de hecho, se acostumbra

a hablar indistintamente de disociación.

Ácidos y bases en el segundo curso de bachillerato

En el segundo curso de bachillerato se aborda de nuevo el tema de los ácidos

y de las bases desde el punto de vista de la teoría de Brónsted y Lowry. Se adopta

un enfoque cuanti tativo, mediante el cálculo de la concentración de iones hidró -

geno en las disociaciones completas de los ácidos y bases fuertes, y en las disocia -

ciones parciales de los ácidos y bases débiles, lo que requiere haber estudiado

previamente el equilibrio químico. Como no podemos abordar todos estos aspec -

tos, nos centraremos en la presentación de la teoría de Brónsted y Lowry y en las

dificultades que el cambio de teoría, de la de Arrhenius a la de Brónsted -Lowry,

puede significar para los estudiantes.

El conocimiento de la estructura electrónica de los átomos y la conceptualiza -

ción del enlace químico covalente en las moléculas como una compartición de elec -

trones de valencia permitió visualizar los procesos de disociación de las moléculas de

los electrólitos desde el punto de vista electrónico y sugerir la existencia del ion

hidrógeno, H30\ como consecuencia del enlace de un ion hidrógeno y una molécu -

la de agua:

H+ + H20 H30+

Desde este punto de vista, en la disociación del HCI en agua, el agua deja de ser

vista únicamente como el disolvente y pasa a ser considerada un reactivo que acep -

ta el ion hidrógeno o protón que es cedido por la molécula de HCI:

HCI + H20 Cl + H30+

En 1923 el químico danés Johannes Brónsted y el químico inglés Martin Lowry

formulan una nueva teoría sobre los ácidos y las bases, según la cual un ácido es una

especie química capaz de ceder protones a otra; y una base es una especie química

capaz de aceptar protones de otra. Así, el ion OH" es una base de B -L porque puede

aceptar un protón:

OH' + H+ -» H20

I 226

La nueva teoría permite considerar como bases sustancias que no lo eran desde

el punto de vista de la teoría de Arrhenius porque no contenían iones OH - en su com-

posición, pero que en cambio presentaban propiedades características de las bases,

como el amoníaco (NH3), el óxido de bario (BaO) y el carbonato de sodio (Na 2C03). E

igualmente pueden considerarse reacciones ácido -base, reacciones que no pasan en

disolución acuosa, como por ejemplo:

NH3(s) + HCI(g) -* NH4CI(s)

Pero la nueva teoría no es tan sólo una mera ampliación de los conceptos de

ácido y de base de Arrhenius, sino que supone de hecho una nueva definición de lo

que consideramos ácidos y bases. Observemos que en la definición se habla de espe -

cies químicas y no de sustancias, de modo, que por ejemplo, desde el punto de vista

de la teoría de B-L, el NaOH es una sustancia básica porque contiene iones OH’, que

es realmente la especie química que es la auténtica base de B -L. Lo mismo pasa con

el óxido de bario (la base es el ion óxido, O 2) y los carbonates (la base es el ion car -

bonato, CO32). Dicho de otra forma, en la teoría de B -L los ácidos y las bases no son

las sustancias, sino las moléculas o los iones. La definición de ácido y de base de

Brónsted y Lowry se sitúa en el nivel microscópico, mientras que las definiciones

de la teoría de Arrhenius se sitúan en el nivel macroscópico.

Lo dicho hasta aquí es suficiente para prever las dificultades que se generan en

los estudiantes en el paso de una a otra teoría, máxime teniendo en cuenta que se

solapan con los mismos términos tres conceptos distintos: ácido y base desde el

punto de vista macroscópico de las propiedades, ácido y base desde el punto de vista

macroscópico de Arrhenius (restringido a los ácidos y bases que se disuelven en

agua), y ácido y base de B-L de carácter microscópico (sin restricción a los procesos

en disolución acuosa, aunque se aplique en el bachillerato únicamente en ese entor -

no, con excepción del ejemplo de la reacción de formación del NH4CI). Estudios re-

cientes (Peña y Caamaño, 2002) muestran que los estudiantes construyen modelos

híbridos de ácido y base, que tiende a mezclar indiscriminadamente términos y ex -

presiones (ceder, captar, tener, no tener, dar, etc.) de una y otra teoría, y que estas

definiciones híbridas se encuentran también en los libros de texto.

De hecho, la teoría de Arrhenius muchas veces se acaba presentando o utilizando

mediante una formulación de ácido y base ampliada, que permite considerar como bases

de Arrhenius al NH3, el CaO y el Na2CÜ3. El quid de la cuestión se encuentra en hacer de -

saparecer u ocultar en la definición la referencia al proceso de disociación. De este modo

un ácido es una sustancia que en disolución da iones H+, y una base es una sustancia que

en disolución acuosa da iones OH". Desde este punto de vista, el NH3 puede ser conside-

rada una base de Arrhenius porque, aunque no contenga iones 0H~ en su composición y,

por tanto, no se pueda disociar, reacciona con el agua y da lu gar a iones OH'.

La introducción de los conceptos de ácido y de base conjugada, la identifica-

ción de ácidos y bases fuertes, y de ácidos y bases débiles, y la predicción cualitativa

del carácter relativa de la fuerza de ácidos y bases conjugadas son algu nos de los as-

pectos de la teoría de B-L, que se consideran adecuados para ser tratados previa -

mente a la formalización de estas cuestiones a través de la introducción de las

1

constantes de acidez y de basicidad y del tratamiento cuantitativo del equilibrio quí -

mico ácido-base. La conveniencia de este tratamiento de las reacciones ácido -base

en dos fases, una más conceptual y cualitativa, y una segunda más formal y cuanti -

tativa, ha sido resaltada por varios autores. Desgraciadam ente no siempre se hace asi,

ni se dedica a las teorías ácido-base de Arrhenius y de Brónsted-Lowry el tiempo

necesario para comprender su carácter diferenciado y sus limitaciones.

La secuencia propuesta hasta aquí muestra dos aspectos citados anteriorment e:

. La importancia de una presentación evolutiva de los conceptos y teorías de

la química, para comprender el porqué de la construcción de dichos con -

ceptos y teorías, las limitaciones de estas teorías y los cambios de teorías

producidos con posterioridad.

. La influencia que esta presentación progresiva de los conceptos y teorías de -

bería tener sobre la secuenciación de los contenidos a lo largo de los cursos

y las etapas «educativas».

I 228

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