ensenar ciencias - van laere, fanny

Enseñar cienciasM.P. Jiménez Aleixandre (coord.), A. Caamaño, A. Oñorbe, E. Pedrinaci, A. de Pro

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GE176(2ªED):LLIBRE-176 NEW 4/1/07 13:55 Página 1

Serie Didáctica de las ciencias experimentales© María Pilar Jiménez Aleixandre, Aureli Caamaño, Ana Oñorbe, Emilio Pedrinaci,

Antonio de Pro © de esta edición: Editorial GRAÓ, de IRIF, S.L.

C/ Francesc Tàrrega, 32-34. 08027 Barcelonawww.grao.com

1.ª edición: enero 20032.ª edición: enero 2007

ISBN 13: 978-84-7827-285-3DL: Diseño de cubierta: Xavier AguilóImpresión: PublidisaImpreso en España

Quedan rigurosamente prohibidas, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccióno almacenamiento total o parcial de la presente publicación, incluyendo el diseño de la por-tada, así como la transmisión de la misma por cualquiera de sus medios tanto si es eléctrico,como químico, mecánico, óptico, de grabación o bien de fotocopia, sin la autorización escritade los titulares del copyright.


Índice

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 | 13El conocimiento situado en su contexto: actividades y problemas auténticos | 14Comunidades de aprendizaje en la clase de ciencias | 18Pensar con conceptos científicos, negociar significados | 22El desarrollo de los procedimientos y el trabajo científico | 27El desarrollo de actitudes y valores | 30Bibliografía comentada | 32

2. La construcción del conocimiento científico y los contenidos de ciencias, Antonio de Pro Bueno | 33El 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? | 51Bibliografía comentada | 53

3. Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias, María Pilar Jiménez Aleixandre | 55La comunicación en las clases de ciencias: construcción de significados | 56Explicaciones en las clases de ciencias | 60Comunicación 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 | 66Razonamiento y argumentación: justificar conclusiones con datos | 67Comunidades de pensamiento: hablar ciencias y hacer ciencias | 70Bibliografía comentada | 71

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 | 76Tipos de problemas | 77. Proceso de resolución | 78La enseñanza tradicional de la resolución de problemas | 79

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¿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 | 83Algunas propuestas metodológicas | 88Bibliografía comentada | 93

5. Los trabajos prácticos en ciencias, Aureli Caamaño | 95¿Por qué realizar trabajos prácticos? | 96Tipos de trabajos prácticos | 96. El aprendizaje de procedimientos y destrezas con relación a los trabajos prácticos | 99Experiencias y experimentos ilustrativos | 100Los ejercicios prácticos: aprendizaje de métodos y técnicas e ilustración de la teoría | 103Las investigaciones: construir conocimiento, comprender los procesos de la ciencia y aprender a investigar | 104La 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? | 112El grado de apertura de una investigación | 112Factores que inciden en la dificultad de las investigaciones | 115La investigación sobre los trabajos prácticos en la última década | 117Bibliografía comentada | 118

Parte II

6. La enseñanza y el aprendizaje de la biología, María Pilar Jiménez Aleixandre | 119Las 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? | 128Métodos de investigación en biología: probabilismo, narración histórica | 128. Narración histórica y fenómenos únicos | 129. Pluralismo causal | 129. Azar y probabilidad | 129. El papel de los conceptos | 130El aprendizaje de la biología: desafíos en el aula de secundaria | 130. Los seres vivos | 132. Ecología y medio ambiente | 135La biología en el bachillerato: la era de Dolly | 138. El cambio biológico | 138. La manipulación genética | 142

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7. 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 | 160Secuencia de los contenidos geológicos | 160. Una secuencia para la ESO | 161. Una secuencia para el bachillerato | 163La propuesta didáctica: algunos ejemplos | 164. ESO: el origen de las rocas sedimentarias | 165. El descubrimiento de la edad de la Tierra | 170

8. 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

9. 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

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. 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 | 220Criterios para secuenciar los contenidos de química | 221Un ejemplo de secuencia didáctica a lo largo de la ESO y el bachillerato: el estudio de las reaccionesácido-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

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Introducción: aprender a pensar científicamente

María Pilar Jiménez Aleixandre

Enseñar ciencias nunca ha sido una tarea fácil, pero parece que los retos semultiplican en estos tiempos de cambios acelerados, tanto en lo referente a los co-nocimientos que hay que enseñar o en los mejores métodos para hacerlo como en loque respecta al alumnado a quien se dirige la enseñanza, e incluso en las demandas quela sociedad plantea a la escuela.

Por un lado, el profesorado se preocupa por actualizar sus conocimientos sobremuy 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 aprendizaje y proponen nuevasformas 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 yesto, que es consecuencia de la implantación de la escolarización obligatoria en se-cundaria y tendrá efectos muy positivos en el aumento del nivel cultural de toda lasociedad, suscita retos y problemas de variado orden. Quienes desde la prensa, o aveces incluso desde la administración, se lamentan de un supuesto «descenso denivel» en la enseñanza, atribuyendo a la ligera su responsabilidad al profesorado, notienen en cuenta que a comienzos de los años setenta, al implantarse la Ley Generalde Educación (LGE) –según datos del Ministerio de Educación–, la proporción delalumnado de 16 años que estuvo escolarizado en primaria y llegaba a terminar se-cundaria era del 10%, cifra correspondiente naturalmente a las capas sociales conmayor 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 vocabularioy unos recursos presentes en su medio familiar –en el que se ha acumulado lo quePierre 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 –ysobre todo los creadores de opinión– debería reconocer ese doble esfuerzo exigido alprofesorado 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 nohaber leído a Cervantes o que no reconozca un poema de García Lorca o un cuadrode Velázquez sería considerado (con razón) poco culto, se encuentra una proporciónapreciable 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 deuna cacerola está hirviendo, si aumentan el fuego bajo el recipiente conseguirán

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que siga aumentando la temperatura y que los alimentos se cuezan antes. En otraspalabras, las humanidades y las artes son contempladas como patrimonio cultural detoda la población mientras que las ciencias lo son como dominio de los especialistas.Creo que esta idea subyace en muchos artículos de prensa que se quejan de una su-puesta preeminencia de la ciencia y la tecnología en los programas actuales, cuandolo 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 con5 (en 1.º) y 4 (en 2.º) horas semanales, frente a las 4 + 3 (estas últimas optativas) enel 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 tambiénparte de la cultura, de que toda la ciudadanía debería poseer la capacidad de pensarcientíficamente, entendiendo por ello, entre otras cosas, usar las ideas científicas enla interpretación del mundo.

Este libro pretende proporcionar una herramienta de trabajo al profesorado deciencias de secundaria (en formación o en ejercicio) que se enfrenta cada día a estosretos: enseñar ciencias a toda la población, enseñar unas ciencias cambiantes, lograrque 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 queen las páginas que siguen se dé respuesta a los numerosos interrogantes 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 desecundaria, tanto obligatoria (es decir, ESO), como bachillerato, aunque por supuestola 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 ciencias a escalainternacional con una especial atención a los estudios y las propuestas realizados enEspaña, tanto en la universidad como por parte de profesores y profesoras en lasclases de ciencias.

Muchas de las cuestiones que se pueden plantear en las clases de ciencias sonproblemas comunes a las distintas disciplinas. Por esa razón en la primera parte dellibro, que corresponde a los capítulos 1 al 5, se abordan algunas de las cuestiones quepodríamos llamar transversales, como el aprendizaje situado, la construcción del co-nocimiento, la comunicación en las clases de ciencias, la resolución de problemas ylos trabajos prácticos. Naturalmente ésta es una selección, y somos conscientes deque hay otras muchas cuestiones que se podrían abordar; por ejemplo, la generaciónde modelos o la construcción de mapas conceptuales. Los criterios que han guiado laselección 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 trabajo con problemasauténticos en el marco de la cognición situada que discute María Pilar Jiménez en elcapítulo 1, la integración en la clase de ciencias de ideas y actividades que conectanla enseñanza con la filosofía y la historia de la ciencia que propone Antonio de Proen el capítulo 2, o la atención a los aspectos de comunicación y lenguaje en la clasede ciencias que trata María Pilar Jiménez en el capítulo 3. Por otra parte, hay aspec-

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tos importantes del trabajo en el aula, como la resolución de problemas, tratada porAna Oñorbe en el capítulo 4, y los trabajos prácticos, abordados por Aureli Caamañoen 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 deforma general y teórica. Por eso en todos los capítulos se ha intentado presentarejemplos que ilustren las perspectivas abordadas y, en muchos casos, actividades quepueden ser utilizadas en el aula. Los capítulos incluyen también una pequeña selec-ción de bibliografía en castellano para ampliar algunos de los aspectos abordadosen 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 concretancuestiones generales, como pueden ser las dificultades de aprendizaje. Por esa razónla segunda parte del libro está dedicada a tratar respectivamente la enseñanza y elaprendizaje 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 esaspreguntas, algunos problemas de aprendizaje detectados por la investigación en di-dáctica de ciencias, y finalmente ofreciendo ejemplos de cómo llevar a cabo estaspropuestas 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 lasciencias es un campo muy reciente en el que el consenso sobre los problemas que hayque abordar y el marco para abordarlos alcanza aún a pocas cuestiones. Sería pocorealista 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 decir en cambio que las ideas y soluciones que proponemos se hanrevelado útiles (para nosotros o para otros autores) pues muchas se han tomado delos estudios publicados. La innovación educativa en las clases de ciencias muestra unavitalidad en España que es contemplada con admiración por personas procedentes decontextos educativos más rígidos. Esperamos que quienes participan en ella se veanreflejados en estas páginas y que ayuden un poco a que más profesores y profesorasse incorporen a esos movimientos innovadores, a que más estudiantes sean capacesde pensar científicamente.

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Parte I


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El aprendizaje de las ciencias: construir y usar herramientas

María Pilar Jiménez AleixandreDepartamento 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 ala construcción de significados en clase, y parece importante tener en cuenta esta dimensiónde 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 aprendizaje?Se discuten algunos rasgos de las comunidades de aprendizaje y otras cuestiones relacionadascomo el contrato didáctico.

Aunque el aprendizaje integra conocimientos de distinto carácter, a efectos de análisis resultaconveniente 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, eluso de conceptos y la negociación de significados.

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


El conocimiento situado en su contexto: actividades y problemas auténticosPara 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 losconocimientos científicos se considerasen parte de la cultura general y segundo, enque tomando la cultura en la forma en que ha sido 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 mencionadoen la introducción que las ciencias, al contrario de lo que ocurre con las humanida-des y las artes, no son contempladas como patrimonio cultural de toda la poblacióny 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 es más relevante la segunda dimensión,la idea, que debemos a Brown, Collins y Duguid (1989), de que el aprendizaje deun dominio debe insertarse en la cultura de ese dominio. En nuestro caso, elaprendizaje 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 nial arte, sino a la definición del antropólogo Clifford Geertz (1987) según el cual lacultura es el conjunto de símbolos significativos que la gente usa para hacer in-teligibles sus vidas. Geertz contempla el comportamiento humano como accionessimbólicas que tienen un significado colectivo. La cultura es pública, colectivapuesto 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 universoimaginativo 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 enuna casa y no descalzarse sería considerado una falta de educación, mientras queen 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 pen-samientos, pero los conceptos los compartimos con nuestros semejantes».

El trabajo de Brown, Collins y Duguid (1989) tiene relación con la atenciónprestada 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 otrosaprendizajes, como la lengua materna o un oficio, que sí tienen éxito. Para ellos ladiferencia se encuentra en el contexto en que se aprende, y al hablar de cogniciónsituada quieren subrayar que el conocimiento conceptual no puede abstraerse de

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las situaciones en las que se aprende y se utiliza. Así, las palabras nuevas y sus usosse aprenden a la vez en un contexto de comunicación, de ahí el éxito del proceso. Delmismo 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 yusándolas, 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 sinque hayan adoptado su cultura. Proponen considerar el conocimiento conceptualcomo una caja o juego de herramientas (set of tools), pues tanto conocimiento comoherramientas no son comprendidos por completo hasta que son usados, y usarlosconlleva 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 alguiencómo 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 conocimientosprácticos acerca de cómo usar las herramientas cognitivas, por ejemplo ajustar unareacción, 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 lacultura 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 científicaescolar. Por ello, en muchas ocasiones, el objetivo teórico de la instrucción nollega a realizarse, estas actividades no producen un aprendizaje que pueda serutilizado en otros contextos. La alternativa a las actividades arquetípicas son lasactividades 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 trabajanjunto a personas expertas hasta llegar a dominar su lenguaje, su comporta-miento, inmersión que estos autores denominan enculturación. En el cuadro de lapágina 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 subrayar dicha semejanzase habla de aprendizaje (apprenticeship) cognitivo. En castellano no hay dos palabrasdiferentes para éste, el aprendizaje de los aprendices, y el de un estudiante queaprende química (learning), como ocurre por ejemplo en portugués (aprendizado yaprendizagem), aunque sí podemos utilizar esta idea, para la que proponemos eltérmino aprendizado.

A continuación se presenta una actividad, basada en datos reales, diseñada paraser resuelta en equipo en ciencias de la Tierra y del medio ambiente en bachillerato(Jiménez Aleixandre, 1994) que puede ilustrar estas ideas.

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¿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 río del mismo nombre, se ha producidoen 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 porabonos utilizados en la agricultura; la lluvia ácida procedente de la central térmicade As Pontes de García Rodríguez, situada a escasa distancia; el envenenamiento delos peces por alguna sustancia en los alimentos. En cuanto a los datos, piden análisis

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Relación con En un oficio

Analogía con

Se aprenden a usar en la práctica

Cultura de un campo

No se pueden usar las herramientas sinadoptar la cultura

Actividades auténticasenmarcadas en la cultura

de un campo

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

Sólo son comprendidos mediante el uso

“Aprendizado” cognitivo y enculturación

Conocimiento conceptual

COGNICION SITUADAEl conocimiento

conceptual depende del contexto en que

se aprende y usa

Caja de herramientas


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 caucemuestran alteraciones en el pH y presencia de sulfuros en todos ellos, lo quepermite descartar vertidos puntuales. Las alteraciones son mayores cuandollueve. En el agua del río predominan los procesos oxidativos, los sulfurostienden a ser eliminados por oxidación y en él no serían posibles procesos dereducción.

. La autopsia de los peces apunta al envenenamiento por sulfuros como causade 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 seencuentran intercaladas con el lignito en la mina de As Pontes.

En Jiménez Aleixandre (1994) se discute con más detalle el proceso de eliminación dehipótesis que lleva a la mayoría del alumnado (como a los responsables de la pisci-factoría en el caso real) a decidirse por la lluvia ácida. Sin embargo, como mostraronlos expertos en el juicio, los óxidos de azufre emitidos por la central no podrían re-ducirse a sulfuros en el ambiente oxidante del río. Lamentablemente, el incumpli-miento de las recomendaciones del estudio de impacto en la realización de unacarretera expuso pizarras con piritas que, en contacto con la lluvia, liberaban sulfu-ros. Dichos sulfuros se van eliminando por oxidación, pero en momentos de fuerteslluvias su concentración puede ser elevada.

Además de mostrar que las rocas y las entidades geológicas no son materialesinertes y que debemos prestarles atención como a otros elementos del medio, estaactividad tiene algunas características que permiten considerarla un problema de losllamados «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 otrospaíses y contextos conocidas por televisión o la red), mejor que en un con-texto abstracto; de esta forma el alumnado puede percibir su relevancia, suutilidad 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 tantaimportancia como la solución final. Genera una variedad de respuestas posiblesaun cuando tenga una, como sucede con muchos problemas de ciencias. Laapertura puede ser entendida de diversas formas, como variedad de solucioneso productos finales, lo que genera debate entre los estudiantes, favoreciendola 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 disponiblescon las posibles soluciones (en este caso hipótesis de causas); elegir unas o

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descartar otras en función de los datos y las justificaciones aportados, comoocurre en el trabajo científico.En este caso, otra característica del problema es que requiere integrar co-nocimientos de diferentes campos: geología, química, medio ambiente, loque ocurre asimismo con muchos problemas reales.

En resumen, en cuanto al diseño curricular, a las consecuencias de esta perspectiva paralas actividades a realizar en la clase de ciencias, éstos son algunos de los principios ocaracterísticas 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 huellas del ladrón», reproducido másabajo, 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 cienciasTransformar las clases de ciencias en lugares donde se resuelvan problemas au-

ténticos depende no sólo del diseño de las tareas o unidades didácticas, sino tambiénde 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 laforma de organizar la clase. Ann Brown (1992), prematuramente desaparecida en1999, 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, soncapaces de predecir, reflexionar sobre lo que entienden y lo que no. Brown diseñóuna forma de abordar la enseñanza, inicialmente experimentada en primaria, y que

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Cuadro 2. Problemas auténticos

PROBLEMA AUTENTICO

Contexto real

Proceso de resoluciónApertura


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NOMBRE, TEMA, NIVEL RESUMEN DEL PROBLEMA REFERENCIA

Cuadro 3. Algunos ejemplos de problemas auténticos del proyecto RODA

El tubo de Budiño. Gestión ambiental

(biología y geología).. Unidad didáctica.. Bachillerato.

Al rescate del U201 Wolf. Flotación (física y quí-

mica).. Unidad didáctica.. ESO.

Diez mil años en un centímetro. Suelo (biología y geolo-

gía).. Unidad didáctica.. ESO.

El explorador y los resortes. Ley de Hooke (física y

química).. Actividad de laboratorio.. ESO.

Las huellas del ladrón. Microscopio (biología).. Actividad de laborato-

rio.. Bachillerato.

La Consellería de Medio Ambiente de laXunta de Galicia solicita un informesobre la conveniencia de construir unared de colectores, como parte del plan desaneamiento de las riberas del Louro. Siel informe es negativo, debe proponerseuna alternativa.

El Ayuntamiento convoca un concursopara sacar a flote el submarino U-201Wolf de la Segunda Guerra Mundial hun-dido en la ría de Vigo. Hay que construirun modelo de submarino, hundirlo y sa-carlo a flote.

La Xunta de Galicia pide un informe por-que prepara un proyecto de ley sobreusos del suelo que contempla la prohibi-ción de construir en suelo cultivable. Sepide una postura a favor o en contra, ar-gumentada con razones y datos. Debeelaborarse un mapa de uso del suelo en elayuntamiento.

Un explorador va al campo y quiere medirmasas de pequeñas piedras sin tener quellevar 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.

Han robado la cámara de vídeo en el la-boratorio (extraterrestres, tal vez) y handejado huellas de las que se han hechopreparaciones microscópicas. Estudián-dolas hay que identificar al sospechosoentre cuatro posibilidades, dos animalesy dos vegetales.

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tenía como objetivo organizar la clase como una comunidad de aprendizaje, nombreque 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 alumnos y alumnas se enseñanunos a otros, se ayudan a aprender en un proceso que Brown denominó enseñanzarecíproca: los estudiantes resuelven o discuten problemas (por ejemplo: ¿por qué seextinguieron los dinosaurios? o ¿por qué disminuyen las ranas en nuestro 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.

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Geología Vegetación

Proyecto colector

FASE 1

Fauna

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

Grupo 1 Grupo 2

Grupo 4

FASE 2

Grupo 3


Brown propone modificar no sólo la enseñanza o el currículo sino también laevaluación, 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 grupospor «rompecabezas», tomada de Brown y usada para crear comunidades de aprendi-zaje en bachillerato en «El tubo de Budiño» (Pereiro y Jiménez, 2001) se representaen el cuadro 4 de la página anterior. En la fase 2 requiere de cada estudiante quecomparta 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 aprendizajey 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 partede un continuo que como dicotomías, ya que las clases son complejas y en muchasocasiones se dan situaciones intermedias. En una comunidad de aprendizaje los alum-nos y alumnas realizan actividades variadas, leen y escriben resúmenes para enseñar asus compañeros, diseñan experiencias, argumentan sus posturas. No sólo aprendenciencias, sino también aprenden cómo aprender. Podemos decir que están apren-diendo mucho más que conceptos, procedimientos o actitudes: aprenden a pensarcientíficamente, a pensar con los modelos de las ciencias.

Una dimensión de la clase a la que cabe prestar atención en una perspectivacooperativa es la que corresponde a las expectativas de alumnado y profesorado, losobjetivos, las reglas y los valores que perciben para las clases. Es lo que Brousseau hallamado en didáctica de matemáticas el contrato didáctico. El problema es que, en

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DIMENSION CLASE TRADICIONAL COMUNIDAD DE APRENDIZAJE

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

Alumnado

Profesorado

Contenido

Evaluación

Receptores pasivos de información(de profesorado, libros, etc.).

Lección tradicional.

Amplitud, extensión,fragmentado,memorizar hechos.

Exámenes tradicionales,memorizar hechos.

Aprendizaje reflexivo: actúan comoinvestigadores, maestros y controlansu propio progreso.

Indagación dirigida.

Profundidad,coherencia explicativa,comprender.

Utilización del conocimiento, actua-ción, proyectos, carpeta.


la mayor parte de los casos, estos objetivos y reglas son implícitos (Sanmartí, 1999) ysi 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 deFreinet, distintas formas de construir conjuntamente, por parte de profesorado yalumnado, 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 laevaluación (que también puede ser negociada), en cuanto a los aspectos que deberíanser 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 losestudiantes controlen su propio aprendizaje, a que puedan regularlo. Jorba y Sanmartí(1993) proponen una evaluación cuya finalidad sea reguladora, dirigida a detectar lospuntos débiles del proceso, a comprender la forma en que los estudiantes se enfrentana 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 quienaprende 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 unbreve espacio remitimos al interesante trabajo de Jorba y Sanmartí (1993).

En conjunto, estas ideas apuntan a la clase de ciencias como un lugar donde seproducen y se usan conocimientos (nuevas «herramientas»), donde circulan ideas,donde se aplican de forma activa los conocimientos construidos, donde los alumnosy alumnas no son receptores o «consumidores» de información sino protagonistas desu 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 ynaturales aplicando las ideas de la ciencia? ¿Qué dificultades encuentran para ello?

Las respuestas que da la perspectiva constructivista a estas cuestiones cuentanen la actualidad con cierto consenso, y parte de ellas se tratan de forma general en elcapítulo «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 procesoactivo (Driver, 1988), en el que los estímulos y las informaciones interaccionan conlas 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 ideasde las y los estudiantes que ha generado numerosas publicaciones en los ochenta ynoventa. Mientras que en los años sesenta los problemas de aprendizaje se atribuían

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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 alas dificultades relacionadas con el contenido científico de las tareas. Sin ignorar lasdificultades 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 lasciencias, y gracias a ello se puede avanzar un poco más: atender a la forma en quese negocian los significados en clase; entender que no se trata de «erradicar» unasideas (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 losalumnos y alumnas lleguen a interpretar los fenómenos físicos y naturales, pero al-gunas dificultades a este respecto podrían resumirse indicando que, por una parte losestudiantes 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 funcionael mundo antes de la instrucción escolar; por otra parte, estas ideas, que no siemprecoinciden con las aceptadas por la comunidad científica, se muestran resistentes alcambio, persistiendo después de la instrucción. Un ejemplo puede ser las diferenciasentre 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 ala 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 lanoche 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 denoche.

. «De noche las plantas consumen más oxígeno que los animales» frente a laidea 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 dedía se contrarrestan», es decir, se percibe la fotosíntesis como un mero in-tercambio gaseoso frente a la idea científica de que la fotosíntesis es laforma 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?

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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 delprimer 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 deellas 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 preciso eli-minar o erradicar y no a ideas que pueden tomarse como punto de partida de lainstrucción. La adopción por el alumnado de las ideas científicas ha recibido el nombre decambio conceptual (Hewson y Beeth, 1995), que hace referencia al paralelismo entre estoscambios 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 ylos contenidos de ciencias». Dos libros que resumen los estudios respecto 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 estrategiasdidácticas 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. Pozo y Gómez (1998) mencionan cincotipos 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 yaque, por ejemplo, el primero podría también interpretarse como la transferencia deun razonamiento válido en el mundo macroscópico al microscópico, donde no esválido. 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 veces tam-bién de los propios libros de texto.

Un aspecto importante es, como señala Otero (1990), que en muchos casos losestudiantes no son conscientes de que no comprenden algo o de que están utilizan-do diferentes ideas para interpretar situaciones que –desde el punto de vista de laciencia– son similares. En otras palabras, no controlan su propia cognición, su propioaprendizaje.

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 lasconcepciones previas. Mortimer construye esta idea a partir del perfil epistemológico deBachelard, que representa las proporciones entre diferentes visiones o interpretacionesde una cuestión. El cuadro 7 de la página 26 reproduce el perfil de Bachelard para elconcepto de masa, que incluye componentes como realismo ingenuo (sentido común),empirismo, racionalismo clásico, etc. Para Mortimer lo importante es que el alumnadotome conciencia del contexto en que cada una de estas interpretaciones es aplicable, yseñala 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 acosas grandes y pesadas. Lo mismo podríamos indicar para expresiones como «hay queahorrar energía» o «qué calor hace» (en vez de «qué temperatura más alta»).

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Semejanza entrecausa y efecto oentre conjunto ycomponentes

Contigüidad espacial

Contigüidad temporal

Covariacióncualitativa entrecausa y efecto

Covariacióncuantitativa

En otras palabras, las perspectivas actuales prestan atención a las ideas delalumnado en el sentido de explorarlas y tomarlas como punto de partida para la ins-trucción, de favorecer que los estudiantes se den cuenta de su campo de aplicación,de las diferencias entre los contextos cotidiano y científico en los que pueden seradecuadas o no. Podemos decir que se da menos importancia al resultado final, a lasubstitución de la idea alternativa por la nueva, y en cambio se concede más impor-tancia al proceso por el que se desarrolla en clase la comprensión o nueva visión, porel que se crean nuevos significados. En la clase tiene lugar un proceso de negocia-

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REGLA EJEMPLOS

Cuadro 6. Reglas asociativas o simplificadoras (Pozo y Gómez, 1998, modificado y al quese han añadido ejemplos de biología y geología)

. Si el agua es húmeda las partículas de agua también lo serán.

. Los átomos de cobre tendrán color rojizo igual que el metal.

. Si un sólido está quieto, las partículas que lo componen también estaráninmóviles.

. Si un organismo es de mayor tamaño que otro, sus células serán tambiénmayores.

. Un mineral no puede tener estructura interna ordenada si su forma exter-na no es geométrica.

. En un circuito en serie, las bombillas más cercanas a la pila lucirán con másintensidad que las alejadas.

. El agua condensada en las paredes de un vaso se filtra a través de las pa-redes.

. Un cambio en un elemento de una red alimentaria afecta sólo a organis-mos situados en la misma cadena.

. Las rocas son anteriores a los fósiles que contienen.

. El relieve se debe sólo a la erosión, no a movimientos tectónicos.

. La calefacción eléctrica es menos contaminante, más limpia, independien-temente de su origen.

. Si un cuerpo se mueve es porque sobre él actúa una fuerza.

. Los pollos de las granjas son amarillos (y no moteados como los silvestres)porque comen maíz o pienso amarillo.

. Si el agua está hirviendo en una cazuela, al aumentar la intensidad delfuego, aumenta la temperatura del agua.

. La velocidad de caída de los objetos aumenta con el peso.

. Aumentando la dosis de abono recomendada, las plantas crecerán más ymás rápidamente.


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 consisteen 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 enseñadaes producto de una reelaboración del conocimiento de los expertos que, como indicaSanmartí (2000), no debe confundirse con una simplificación, sino que es la construc-ción de un nuevo modelo que incluye distintos conceptos, lenguajes, analogías e inclu-so experimentos. Chevallard ha llamado a este proceso transposición didáctica, y lo hadefinido 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 suprimirlo más complejo y abstracto y en seleccionar experiencias y ejemplos que funcionenbien. La relación con el contexto del alumnado no suele tenerse en cuenta ya quese considera que las situaciones reales son demasiado complejas. El resultado son unasciencias fragmentadas, en las que es difícil percibir la utilidad, pues no se vinculanlos 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 comunidadde aprendizaje, poca relación con los problemas auténticos. La consecuencia de estareformulación inadecuada (Jiménez y Sanmartí, 1997) es que, siendo compleja, la cien-cia se enseña como si fuese sencilla; siendo una construcción humana sujeta a cambiosa veces radicales, se enseña como si hubiese tenido un desarrollo acumulativo. Te-niendo por objeto explicar fenómenos naturales, se enseña como si éstos no pudiesentener más que una única explicación. La transposición didáctica se hace a veces des-

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Realismo ingenuo

Empirismo positivista

Racionalismo clásico de la mecánica

Racionalismo completo, relatividad

Racionalismo discursivo

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


componiendo un campo en fragmentos: conceptos y procedimientos que se enseñanpor 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 manifiesto que todasellas tienen relación con la nutrición. O, para el modelo de disolución, se enseña lo quees soluto, disolvente, concentración, etc. por un lado y átomo, molécula, ión… por otroy se espera que el alumno reconstruya el modelo a partir de estos conceptos y quepueda aplicar el modelo de disolución a una situación cotidiana como lavar la ropa.

Es necesaria una transposición más holística, integrada, en la que, partiendo delas ideas del alumnado, se vayan introduciendo nuevos conceptos, experimentos oanalogías a medida que sean necesarios para estudiar determinados fenómenos y paraque los estudiantes construyan interpretaciones más próximas a la ciencia escolar. Elconcepto de gen o alelo se define en función de su necesidad para interpretar las di-ferencias entre caracteres hereditarios entre distintos alumnos y alumnas; la cargaeléctrica o el electrón en función del estudio de fenómenos eléctricos; la discontinui-dad entre capas de la Tierra al analizar el comportamiento de las ondas sísmicas.

Y, en consecuencia, los criterios de evaluación de la ciencia escolar son tambiéndiferentes 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 diferentes si-tuaciones y contextos, es decir, que se produzca una transferencia, que se movilice elconocimiento, 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 lapráctica, y se ha reconocido que existe una contradicción entre la expectativa de quelos 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 ladirección 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 loque algunos constructivistas querrían admitir. Para Mortimer, una solución puede serla inmersión en la cultura científica así como reconocer que el conocimiento científicopuede 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 científicoCuando 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,

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aprender ciencias debe ser entendido más ampliamente, y debe incluir además lapráctica en alguna medida del trabajo científico (el cómo). Es decir, se trata de que«hacer ciencias» sea parte de saber ciencias, aprender procedimientos –y actitudes–al mismo tiempo que conceptos. Como ha señalado Gil (1986), los objetivos relacio-nados con procedimientos han encontrado dificultades en la práctica, por un ladodebido a visiones empiristas que minimizan el papel de las hipótesis y teorías, pres-tando más atención a la observación. Por otro, se ha reducido a veces el desarrollode procedimientos al contexto de los trabajos prácticos en el laboratorio, cuando de-bería hacerse en las diferentes situaciones que pueden darse en las clases de ciencias.

¿Hay relación entre practicar el trabajo científico y lo que en otros momentos sehan llamado los métodos de trabajo de la ciencia? Ambas cosas están relacionadas, yaque la mejor forma de familiarizarse con unos métodos de trabajo es practicarlos. Lasdiferencias (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 losestudiantes deben resolver. Algunas propuestas de «aprender el método científico» hansido criticadas, en primer lugar porque no hay un método, sino varios, y en segundolugar porque a veces se limitaban a incluirlos como ideas a explicar, no como destrezasa practicar y además porque otras veces se presentaba «el método científico» como unaserie de pasos de carácter general para los distintos dominios disciplinares. No creemosque 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 siel propósito de la ciencia es extender el campo del saber resolviendo problemas, unaforma de practicar este trabajo en clase puede ser resolver problemas, siempre, eviden-temente, que sean preguntas problemáticas, no de carácter retórico. En los capítulosde la segunda parte se discuten brevemente algunos de los diferentes métodos de labiología, la geología, la física y la química.

Para desarrollar las destrezas experimentales no basta con incluirlas entre losobjetivos, pues no se aprende a interpretar muestras con un microscopio, a utilizaradecuadamente el termómetro (que no es igual al clínico), a identificar plantas conclaves 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 porcasualidad, hay que aprenderlas.

Hay numerosas clasificaciones de procedimientos. Para Pozo y Gómez (1998) vande menor a mayor complejidad desde las técnicas de medición o manejo de instrumen-tos a las estrategias de investigación o comunicación; estos autores indican que, mien-tras que las técnicas pueden automatizarse con prácticas repetidas, con simplesejercicios, las estrategias implican planificación y toma de decisiones sobre los pasos aseguir, 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 de Pro que se resumeen 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

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a tratar cada una de ellas en este capítulo; las técnicas, las destrezas de adquisición deinformación y las estrategias de investigación se abordan en el capítulo «Los trabajosprácticos 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 lasegunda parte incluyen propuestas sobre procedimientos en las distintas disciplinas.

Hay que tener en cuenta que el dominio de destrezas incluye el de técnicas, yque las estrategias también se componen de técnicas y destrezas. Así, una destrezarelacionada con la adquisición de información (o recogida de datos), como es la ob-servación con instrumentos, por ejemplo identificar muestras con el microscopio, re-quiere el manejo de los mismos. Las consecuencias didácticas son que se necesitanactividades que constituyan problemas auténticos o indagaciones para desarrollar lasestrategias o procedimientos de más alto nivel.

El diseño de tareas, sean experimentales o no, que favorezcan la práctica deltrabajo científico, no significa necesariamente una elaboración a partir de cero. Tam-bién puede consistir en la modificación de otras convencionales, como proponen Gil

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TECNICAS ESTRATEGIAS

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

Adquirir información

Interpretarinformación

por ejemplo por ejemplo

+ complejas

Investigar RazonarOrganizarconceptos

Comunicar

DESTREZAS

. Medir coninstrumen-tos.

. Manejarinstrumen-tal.

. Realizarmontajes.

. Observar.

. Seleccionarinformación.

. Registrardatos.

. Clasificar.

. Seriar.

. Transformardatos.

. Identificarproblemas.

. Emitir hipó-tesis.

. Control devariables.

. Compararteorías.

. Comprenderdiscurso.

. Organizarconceptos.

. Expresar.

. Representarcon símbolos.

. Interpretargráficos,mapas.


(1986) y Caamaño (2002) convirtiéndolas en pequeñas investigaciones. Podemoscitar como ejemplo, la transformación de una práctica de microscopio, de la obser-vación de muestras conocidas e idénticas para todo el alumnado a la identificaciónde muestras desconocidas y diferentes para cada equipo (Díaz y Jiménez, 1998).

El desarrollo de actitudes y valoresLos 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, nolimitarse a incluirlos en el listado de objetivos sino planificar actividades y experienciaspara desarrollarlos y evaluarlos. Sin embargo, el aprendizaje de las ciencias no puedeser 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, sinotambién 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 relacióncon cuestiones científicas o técnicas. Para la teoría crítica esa dimensión es la másrelevante 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 variedad de definiciones de actitudes. Para Harlen (1989), sonel estado de preparación o la predisposición ante ciertos objetos o situaciones, pre-disposición que autores como Ausubel han considerado una de las condiciones paraque 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 deaula que estimule el interés del alumnado, crear situaciones y diseñar tareas queresulten 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 atribuidaa algo); las normas implícitas o explícitas de actuación (que se establecerían sobre labase 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 porreciclar 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 medionatural, el desarrollo de hábitos saludables, la curiosidad o el cuidado del material delaboratorio. Si bien todo ello es importante, creemos que hay que esforzarse ademásen diseñar actitudes y valores específicos para los diferentes contenidos. También hayque 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 que también

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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 unproceso integrado en el que actitudes, procedimientos y conceptos se aprenden con-juntamente. Además unos dependen de otros; los valores no se desarrollan en elvacío, a través de consignas más o menos bienintencionadas o ni siquiera por laimitación de modelos adecuados, sino que deben estar fundamentados en los cono-cimientos relevantes (Pereiro y Jiménez, 2001). Por ejemplo, el respeto hacia el medioambiente o hacia el paisaje adopta formas más sofisticadas y efectivas en alumnadoque posee más conocimientos de ecología. López (2001) muestra cómo estudiantescon mayores conocimientos son capaces de elaborar propuestas para ahorrar agua opara mejorar el medio ambiente de su ciudad más específicas que los que poseenmenos. 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 lacomplejidad 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-

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Cuadro 9. Algunos ejemplos de actitudes generales y específicas

Actitudes generales

. Interés por la ciencia.

. Actitud científica.

. Actitud cooperativa.

Actitudes específicas

. Minerales y rocas.

. Meteorología.

. Materiales sintéticos.

. Electricidad.

. Nutrición.

. Luz y sonido.

. El suelo.

. Motivación hacia la ciencia.

. Curiosidad.

. Respeto por las pruebas.

. Disposición a revisar y modificar lo realizado.

. Cooperación y ayuda entre compañeros.

. Respeto por las entidades geológicas.

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

. Repercusiones en la economía de países en desarrollo.

. Impacto ambiental de la producción de energía eléctrica.

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

. Reconocimiento de la contaminación acústica.

. El suelo como recurso, necesidad de conservarlo.


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 todas las especiesanimales, quizá por ser más abstracto. Muchos de ellos no reconocen la necesidad decriar animales para comer y la mitad no cree que la experimentación con animaleshaya mejorado la vida de las personas. En el caso de la conservación de las entidadesgeológicas el interés es aún menor (Brañas y Jiménez, 1996). Es importante plantearel uso de animales por la especie humana –u otros temas semejantes– presentandosus ventajas e inconvenientes, discutiendo explícitamente en clase los aspectos posi-tivos y negativos que presentan y proporcionando una información adecuada.

Esto lleva a otra cuestión: el reconocimiento del carácter conflictivo de muchascuestiones relacionadas con las actitudes, sean ambientales (por ejemplo, la contradic-ción entre industrialización y conservación del medio; ahorrar energía puede suponersacrificios 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 lasconflictivas, las que no tienen una solución única, sino que cualquiera de las opcionestiene ventajas e inconvenientes. Esta variedad promueve el razonamiento, la necesidadde justificar una u otra opción. Por otra parte, y en el sentido de formar ciudadanos yciudadanas, de promover el pensamiento crítico, es importante el reconocimiento deque 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 oproductos no serían tan baratos si quienes los producen cobrasen sueldos semejantes alos europeos. Todo ello va en contra de la infantilización y a favor del trato del alum-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 detamaño real que ocurren fuera de clase, en la vida. Porque las ciencias, como toda laenseñanza, deben ser parte de la preparación para la vida real, y nuestro objetivo enclase es que el alumnado aprenda a usar los conocimientos científicos, en otras pa-labras, que aprenda a pensar científicamente.

Bibliografía comentadaOSBORNE, 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 deaprendizaje de conceptos e ideas previas. Escrito en lenguaje directo contienenumerosas 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 tantocuestiones de carácter general como sobre aprendizaje de física y química.

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2

La construcción del conocimientocientífico y los contenidos de ciencias

Antonio de Pro BuenoDepartamento de Didáctica de las Ciencias ExperimentalesUniversidad de Murcia

La elección de los contenidos en la enseñanza de las ciencias depende, entre otros aspectos, decómo 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 quehan 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, yformas 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 loscientíficos 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 científicosy el proceso de aprendizaje del alumnado.

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El problema de contenidos en la enseñanza de las cienciasTradicionalmente 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 inclusiónen el currículo, desde los primeros niveles del sistema educativo, puede justificarsepor diversos motivos:

. Las necesidades de una sociedad en la que cada vez existe mayor desarrollocientífico 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 tenganconocimientos suficientes para tomar decisiones reflexivas y fundamenta-das sobre temas científico-técnicos de incuestionable trascendencia social.

. La creencia de que es imprescindible una participación activa y conscienteen la conservación del medio y el desarrollo sostenible.

. El interés por crear hábitos saludables, personales y colectivos, que mejorennuestra calidad de vida.

. La conveniencia de transferir muchos de sus valores formativos a otroscontextos 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 cuestiones en las que las respuestas noson tan homogéneas: ¿creemos que todos los contenidos de nuestras asignaturas estánorientados al logro de esas intenciones educativas?; ¿qué preocupa más, la adquisición deestos «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 másimportante?; ¿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 seacapaz de acumular o reconstruir todo el conocimiento que hay actualmente sobreuna materia determinada, ni siquiera cuando acaba su formación universitaria. Porlo 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 gustaríacomunicar a nuestros alumnos, tendrá que esperar a otra ocasión.

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 contenidosque, 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?

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. Si la elección depende de nosotros, ¿qué conocimientos científicos debería-mos enseñar?; ¿nos centraríamos en la ciencia actual (más compleja peromás 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 dela información y de la comunicación? (Sanmartí e Izquierdo, 2001); ¿qué es-tamos modificando en los programas de nuestras materias ante fenómenossociales como, por ejemplo, la emigración? (Benarroch, 2001a).

Los profesores tratamos a veces de impartir programas sobrecargados de con-tenidos y nos quejamos de no disponer de tiempo suficiente para explicarlos. Si nonos 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 denuestros conocimientos, podemos preguntarnos: ¿qué concepciones teníamos a laedad 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 preguntassurgen. Quizás lo único claro sea que la enseñanza de las ciencias es compleja. Setrata de un proceso en el que concurren conocimientos y experiencias profesionales,creencias y teorías sobre educación, visiones sobre la ciencia y posiciones frente a susdescubrimientos, factores ideológicos, etc. Sin duda, son demasiadas variables paraencontrar contestaciones universales.

En este capítulo queremos compartir con los lectores y lectoras algunas re-flexiones, informaciones, experiencias y preocupaciones sobre los contenidos queenseñamos. 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 (por ejemplo, en relación conlos contenidos que se debe enseñar). Esto justifica que necesitemos conocer cómo seha construido el conocimiento científico (Alambique, 1996). Sin embargo, como nopodía ser de otra manera, siempre ha habido y hay controversias en este tema. Dehecho, podemos apreciar que, a lo largo de la historia, no se ha dado una respuestaúnica a este interrogante. Por eso, haremos lo que muchas veces recomendamos alalumnado. 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 mismasrazones. Hemos resumido algunos de los planteamientos criticados en el cuadro 1de la página siguiente.

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Más que añadir nuevas críticas desde una perspectiva epistemológica o pro-fundizar en los argumentos de los autores mencionados, lo que queremos destacar esque 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 lanaturaleza.

Muchas investigaciones han llegado a la conclusión de que un número impor-tante de profesores tienen creencias empiristas. En nuestro contexto educativo, da laimpresión de que esto no es así. Si este modelo estuviera tan asentado, seguramentese utilizarían muchas actividades experimentales en las aulas. Dado que la experienciano 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 decisionesdidácticas. 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 descubrirlo»... no muestran loque 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 larelación entre el número de sesiones teóricas y prácticas?, ¿no tendrían estas tareasuna 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 que la enseñanza de los contenidosespecíficos sería secundaria.

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. 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; losconceptos son el fundamento del conocimiento científico.

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

CONCEPCIONES CRITICADAS SOBRE LA NATURALEZA DE LAS CIENCIAS

Cuadro 1. Algunas concepciones no aceptadas sobre las ciencias


Parece que estas posiciones son menos defendidas por los profesores. Hay quetener presente el enorme «componente disciplinar» que arrastra la profesión en nues-tro contexto educativo (algunos compañeros dicen sentirse químicos o biólogosantes que educadores en ciencias); probablemente el modelo de formación inicial fa-vorezca esta circunstancia. Por todo ello, «impartir lógica y razonamiento» y «dejarde 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 lógicay 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 disciplina y las ca-racterísticas del método científico para que los alumnos, por sí solos o con la ayudade 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 conceptosconstituyen 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 debeadquirir sólo las teorías «suficientemente contrastadas» (¿podemos asegurar quelos contenidos que se imparten están actualizados científicamente?) y, por su-puesto, es fundamental enseñarle el método científico (además de cuestionar queexista un método único y universal en todos los descubrimientos científicos, ¿essuficiente 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 notodos nuestros conocimientos profesionales están actualizados. El positivis-mo, por acudir al enfoque más moderno, es una concepción predominantea finales del siglo XIX y principios del XX. Sería deseable revisar el modelo quetenemos sobre la construcción del conocimiento científico para adecuarlo aconcepciones más modernas.

. Aunque estas concepciones tienen fundamentos muy distintos y se ubicanen momentos históricos diferentes, pueden tener algo en común: facilitanuna coartada si el alumnado no aprende. Siempre será por su culpa: porqueno ha observado o experimentado adecuadamente, porque no ha sabidousar 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 losproblemas que los estudiantes tienen en su aprendizaje se deban exclusiva-mente a ellos.

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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 quepueden invitarnos a reflexionar. En el cuadro 2 hemos resumido algunas de dichasaportaciones.

Posteriormente han surgido nuevos planteamientos (el anarquismo epistemoló-gico de Feyerabend, el enfoque cognitivo de Giere...) que, sin duda, nos sitúan anteun debate apasionado y apasionante para que reflexionemos sobre la adecuación del

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FALSACIONISMO (POPPER)

PROGRAMAS DEINVESTIGACION(LAKATOS)

TRADICIONES DEINVESTIGACION(LAUDAN)

EVOLUCIONISMO(TOULMIN)

REVOLUCIONISMO(KUHN)

Cuadro 2. Algunos planteamientos aportados desde la NFC

. 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.

. 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.

. La ciencia tiene como fin dar respuesta a problemas.

. Los cambios ontológico y metodológico en las tradiciones de investigaciónse producen a la vez.

. El progreso no se produce por competencia de tradiciones sino por cambiode problemas.

. Existe una analogía entre la construcción del conocimiento y la evolución bioló-gica (ecología intelectual): las ideas científicas forman poblaciones conceptualesque evolucionan.

. Ante problemas no resueltos, las teorías científicas evolucionan por presióncolectiva.

. Siempre coexisten conceptos de las viejas y de las nuevas teorías.

. 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.


modelo de ciencia que trasmitimos en nuestras clases. Remitimos a los interesados alos 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 nuevosmodelos), 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 lateoría» 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 importantesaunque no necesariamente objetivos ya que se ven condicionadas por losconocimientos 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 deproblemas, la emisión y el contraste de hipótesis, el lenguaje y la comuni-cación, la realización de explicaciones y predicciones, etc. han ocupado unlugar 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 delconocimiento científico.

. Las comunidades de científicos han sido siempre bastante conservadoras; loscambios profundos –los que se apartan de la ciencia oficial– no han sidofácilmente aceptados.

. La mayor parte de los descubrimientos se han apoyado en el trabajo enequipo; 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 lamejora 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 tradiciones de investigación,paradigmas, poblaciones conceptuales, etc.) se ha desarrollado con los mis-mos presupuestos de cualquier actividad humana: «afiliación» a líneas detrabajo 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 eldesarrollo tecnológico hay que añadir su influencia en la forma de pensar,en la organización social o en los cambios de hábitos de comportamiento.

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Si usamos estas características de las ciencias como fundamento inspirador desu enseñanza, estas consideraciones implican, quizás, cambios importantes en algu-nos aspectos de la tarea docente: en los objetivos de enseñanza, en la selección delos diferentes tipos de contenido, en la importancia de los conocimientos inicialesde los alumnos, en la necesidad de usarlos en el proceso de aprendizaje, en el papel delos trabajos prácticos, en el enfoque de los problemas, en la dinámica de trabajo enel aula, en la comunicación y en la argumentación, etc. Aunque a lo largo de estelibro volveremos sobre muchas de estas ideas, la finalidad de este capítulo nos llevaa 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 porlo 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, hemosesquematizado 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 losprocesos 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 queremosque aprendan nuestros alumnos. Con este marco de referencia hay que enseñar lasleyes de Newton, la ley de Lavoisier, las leyes de Mendel o la teoría de la tectónica deplacas. Pero también debemos dedicar tiempo, por ejemplo, a enseñar a identificar lasvariables de un problema, a emitir y contrastar una hipótesis, a analizar un hecho oun 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 significacióntecnológica 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 aprenderpor su cuenta (¿sin ni siquiera la ayuda de un libro de texto en este caso?) los conte-nidos procedimentales y actitudinales que hemos mencionado. Podrían 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 contenidosque a veces parecen ser los únicos que nos preocupan: los conceptuales.

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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 loscientíficos que la ciencia escolar (Jiménez, 1992). Centrándonos en las característicasde los «usuarios» podemos encontrar diferencias importantes:

. Se supone que los científicos eligen «libremente» el estudio de una parte delas ciencias como eje de su actividad profesional. Los estudiantes –sobretodo, en la educación obligatoria– son «obligados» a estudiar las ciencias.

. Los científicos no son especialistas en todos los ámbitos del conocimientocientífico (aunque fueran contemporáneos, no tenemos noticia de que Ohm

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Cuadro 3. Características que definen a las ciencias

se caracteriza por

CIENCIAS DE LA NATURALEZA

CUERPO DE CONOCIMIENTOS

METODOLOGIA DE INVESTIGACION

Hechos y fenómenos

Estructuras conceptuales

Leyesfenomenológicas

Leyes hipotético-deductivas

Principios y teorías

formado por formado por

Procesos básicos deexploración

Destrezas técnicas

Destrezas de investigación

Destrezas de comunicación

FORMAS DE PENSAR Y ACTUAR

que se pone de manifiesto como

que determinan

CONDUCTA/ACTUACION

INTENCION DE CONDUCTA

respecto a

Ciencia y susdescubrimientos

Actividad científica

Conservación delmedio y desarrollo

sostenible

Hábitos saludables

que debe traducirse en


supiera mucho de la penicilina, ni Fleming de los conductores lineales). Losalumnos deben aprender «todas» las ciencias.

. Los científicos dedican todo el día a trabajar sobre tareas similares en uncampo muy limitado de la investigación. Los alumnos deben simultanear elestudio 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 quehan sido fruto de numerosas reflexiones y experiencias. Los alumnos no sue-len implicarse en la defensa de sus creencias científicas que, por 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 intelectualmentepero tienen aún importantes limitaciones cognitivas.

Por lo tanto, no podemos establecer un isomorfismo completo entre cómo seusan 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 educaciónsecundaria se encuentra en ignorar estas consideraciones y sus implicaciones en elproceso 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 queorientar 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 alos problemas cotidianos. Pensemos un momento en una situación hipotética. Su-pongamos que mañana tenemos en clase a Aristóteles; sin duda, una persona con unagran capacidad intelectual e interesada por los nuevos conocimientos. El reto que senos plantea como profesores sería el siguiente: ¿cómo le explicamos los problemasexistentes 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 sobreel riesgo que entrañan o no las antenas de telefonía?; ¿cómo le planteamos qué es elDiscovery o qué son los satélites de comunicaciones?; ¿y si nos pregunta qué es ycómo podemos hacer una colonia, una crema hidratante o un lápiz de labios?... y, porsupuesto, ¿cómo le enseñaríamos a chatear en Internet, a enviar un mensaje con unmóvil 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 contribuyen los contenidosque impartimos a la formación que demandan todas estas cuestiones?

En cualquier caso, es evidente que los diferentes tipos de contenidos escolarestienen como referentes a sus correspondientes conocimientos científicos. Por ello, enel cuadro 4 hemos incluido unas clasificaciones de los conceptos, los procedimientosy 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 unaciencia 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-

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CONCEPTUAL

Hechos/ acontecimientos Conceptos Estructuras conceptuales ConstructosLeyes fenomenológicas Leyes hipotético-deductivas Principios Teorías

PROCEDIMENTAL

ACTITUDINAL

Destrezas técnicas

. Realización demontajes.

. Construcciónde aparatos.

. Construcciónde maquetas.

. Utilización detécnicas infor-máticas.

Destrezasbásicas

. Observación.

. Clasificación.

. Seriación.

. Medición.

. Tabulación orep re senta-ción de datos.

Destrezas decomunicación

. Representaciónsimbólica.

. Identificación deideas en materialescrito o audio-visual.

. Utilización de di-versas fuentes.

. Elaboración deinformes o mate-riales.

Destrezas de investigación

. Identificación de problemas.

. Emisión de hipótesis y realiza-ción de predicciones.

. Relación entre variables: con-trol y exclusión.

. Diseño experimental.

. Análisis e interpretación dedatos y situaciones.

. Uso de modelos interpretativos.

. Establecimiento de conclusiones.

Actitud hacia las ciencias

Actitud en la actividad científica

Respeto por el medio

Hábitos saludables

. Interés por lasciencias.

. Valoración del tra-bajo científico:importancia y difi-cultades.

. Apreciación de laslimitaciones y laprovisionalidad delos conocimientos.

. Valoración de laincidencia tecnoló-gica y social delconocimiento.

. Rigor y precisiónen la recogida deinformación.

. Honestidad inte-lectual.

. Coherencia entredatos, análisis, in-ferencias o conclu-siones de éstos.

. Tolerancia y respe-to a los demás.

. Curiosidad.

. Creatividad en laemisión de hipóte-sis, diseño de es-trategias, etc.

. Valoración de lasaportaciones de laciencia en la mejo-ra del medio.

. Adopción de pos-turas críticas frenteal deterioro delambiente.

. Preocupación porel desarrollo soste-nible.

. Conocimiento y usode servicios de lacomunidad en rela-ción con la conser-vación del medio.

. Adopción de hábi-tos de comporta-miento saludables.

. Adopción de pos-turas críticas fren-te a conductas nosaludables.

. Adopción de hábi-tos de higiene cor-poral y mental.

. Conocimiento y usode servicios de lacomunidad rela-cionados con lasalud y el consumo.

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 dela 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 nosea 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 querealicemos y no es una tarea fácil.

Ahora bien, sí que podremos crear situaciones de aprendizaje que tengan comoreferente la forma de pensar y hacer de los científicos (como veremos en este y otroscapítulos de este libro) 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 ypensar– no han sido fruto de un momento. Detrás de cualquier hallazgo o descubri-miento hay pequeñas y grandes aportaciones, individuales y colectivas, anónimas yreconocidas, 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 elmovimiento (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 posiblementeno esté completo. Podemos aceptar que no es un concepto intuitivo o improvisado y,sin embargo, todavía manifestamos cierta sorpresa cuando nuestros alumnos piensanque cuando lanzamos una pelota, le dotamos de una fuerza que va perdiendo mientrassube 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 problemay se busca una solución desde la discusión metafísica, ¡con lo fácil que era lanzar lasbolitas o disparar una flecha!... Pero es que, del mismo modo que las estructuras con-ceptuales, los métodos y procesos científicos se han ido modelando con la propiaevolución de la ciencia y, aunque algunos profesores parecen olvidarlo, este modela-do tampoco ha sido trivial.

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. La explicación de los fenómenos es metafísica.

. Hay un movimiento natural (debido a un motorinterno) y otro forzado o violento (motor externo).

. La materia está compuesta por cuatro elementos.No existe el vacío pero existe la quinta esencia.

. La Tierra es el centro del universo.

. Influencia religiosa; se aceptan algunas ideas aris-totélicas (escolástica).

. Movimiento disforme y disformemente disforme.

. Aparece la teoría heliocéntrica (Copérnico).

. Utiliza métodos matemáticos y experimentales.

. Define el movimiento rectilíneo y uniforme: dis-tancias iguales en tiempos iguales.

. Define el movimiento rectilíneo uniformementeacelerado: aumentos de velocidad iguales entiempos iguales (ley de números impares).

. El tiempo, la masa y el espacio son invariantes.

. Aporta la ley de la gravitación universal.

. La relación entre las posiciones y la velocidad enun sistema de referencia que se mueve con unavelocidad y cumple las ecuaciones de Galileo.

. Los cuerpos no pueden tener una velocidad su-perior a la de la luz; ésta es constante en elvacío.

. Las leyes físicas son invariantes en los sistemasinerciales.

. El carácter relativo de espacio y tiempo da lugar ala dilatación del tiempo y contracción del espacio.

. Enuncia el principio de conservación masa-energía.

. La antiperístasis como causa delmovimiento violento.

. La velocidad de caída de los obje-tos depende directamente de lafuerza motriz interna e inversa-mente de la resistencia del medio;si cambia la velocidad, cambianlas fuerzas:

Si F > R => v ∝ F/R

. El impetus como causa del movi-miento.

. La velocidad de caída depende dela gravedad (constante) y del im-petus; aumenta con el tiempoporque adquiere más impetus.

. La fuerza impresa como causa delmovimiento.

. La velocidad de un cuerpo encaída libre es la misma, con inde-pendencia del peso: v ∝ (F - R).

. Evoluciona desde: v ∝ s → s ∝ t 2.

. Mantiene la idea de fuerza im-presa pero proporciona una ex-plicación dinámica como causadel movimiento.

. Introduce el concepto de inercia.

. Relaciona F y la aceleración (no lavelocidad).

. Las relaciones entre las posicionesy la velocidad cumplen las trans-formaciones de Lorentz.

MARCOS DE REFERENCIACONCEPCIONES SOBRE

EL MOVIMIENTO

Cuadro 5. Evolución de las concepciones sobre el movimientoAr

istót

eles

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22 a

. C.)

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(187

9-19

55)


En este mismo contexto, hoy en día puede parecer inconcebible que, durantetanto tiempo, se intentara dar una interpretación religiosa o trascendente a unoshechos 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 unahipotética 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 independencia del marcode referencia que se haya utilizado a lo largo de su historia, este conocimiento no esun «ente aislado» que tiene un significado por sí mismo, sino que lo adquiere cuan-do lo ponemos en relación con otras construcciones: reposo, movimiento, 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 aparecenalgunas afirmaciones realizadas por dos reconocidos naturalistas (Leclerc, conde deBuffon, y Lamarck) sobre el concepto de especie, lógicamente en diferentes momen-tos de sus vidas (Barberá, 1994).

46

Antes dijo...

Después dijo...

LECLERC, CONDE DE BUFFON (1707-1788)

LAMARCK (1744-1829)

Cuadro 6. Ejemplo de cambios de ideas en los científicos (de Barberá, 1994)

Existencia de individuos, no de especies:«Muchos individuos representa un nú-mero finito, y la especie es el númeroinfinito; por los mismos medios que sepuede demostrar que la infinitud geo-métrica no existe, se puede asegurarque la progresión o desarrollo hasta elinfinito no existe. Es una idea que sóloprocede de la abstracción.»

Inmutabilidad de las especies: «Las especies de animales y plantas son,por consiguiente, inagotables. Mientrassigan existiendo seres individuales, con-tinuará renovándose la especie de losmismos». De hecho, cada especie de hoyes igual que hace tres mil años.

Especie basada en la descendencia: «Tanto en botánica como en zoología,la especie está constituida por el grupocompleto de individuos semejantes queperpetúan su clase mediante la repro-ducción... Algunos individuos presen-tan diferencias accidentales que son labase de las variedades...»

Especies mudables: «Sólo aquellos naturalistas que se hanocupado mucho en la determinación delas especies y que han consultado lasmás ricas colecciones, pueden saberhasta qué punto las especies, entre loscuerpos vivientes, se funden las unas enlas otras, y son los únicos que han podi-do convencerse de que en las partesdonde vemos especies aisladas es por-que nos faltan otras que se aproximan aellas y que aún no han sido recogidas.»


Como puede verse, los cambios de concepciones y creencias no sólo se dan cuandose trata de distintas épocas o diferentes personas. Sin embargo, a menudo presentamosel conocimiento científico como algo seguro e incuestionable que no se corresponde conla realidad. La mayoría de los investigadores –los que aparecen en el cuadro son sólo unejemplo– han tenido ideas confusas, contradictorias, complementarias e incompletas quese 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 perspectivade 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 seconoce 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 logrosde su época. Pero, ¿cómo serían vistas actualmente por los partidarios del conceptobiológico 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, serecogen algunos datos biográficos de Scheele y de Lavoisier que nos pueden ayudar a

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KARL SCHEELE (1744-1788) ANTOINE LAVOISIER (1742-1794)

Cuadro 7. Algunos datos biográficos de Scheele y Lavoisier

. Farmacéutico sueco. Vive austeramente enKöping. Consagra su vida a la química; dehecho, muere a causa de una intoxicación ensu laboratorio.

. Se especializa en la obtención, el análisis y elreconocimiento de nuevas sustancias. Aunquepiensa que la química tiene importantes pro-blemas teóricos, se centra en buscar qué ele-mentos forman las diferentes sustancias.

. Realizó innumerables descubrimientos; quizásel más importante sea el oxígeno (anticipán-dose a Priestley).

. También descubrió la barita, el ácido sulfhídri-co y el arsenhídrico, el arseniuro de cobre, laglicerina 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.

. Abogado francés. Participa en importantescargos en la administración; recaudador deimpuestos; asesor y director de proyectos delgobierno.

. 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 lautilización de las matemáticas para dar senti-do a los estudios experimentales.

. Descubre y demuestra la ley que lleva sunombre: «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 tierrasmetálicas son óxidos y que el agua está com-puesta por oxígeno e hidrógeno.


comprender sus aportaciones y, en el cuadro 8, las interpretaciones que realizan, anteuna 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 ymétodos 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» delas ciencias: las pruebas.

También se puede percibir que el punto de partida no es una observación ni éstaes objetiva. Ambos se plantean un problema, emiten su hipótesis, diseñan experien-cias, analizan los resultados y los interpretan, y la creatividad está presente en todoel proceso. Ahora bien, como no es algo que se desarrolla de una única forma, ladivergencia final es lógica.

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KARL SCHEELE (1744-1788) ANTOINE LAVOISIER (1742-1794)

Cuadro 8. Ejemplo de interpretaciones condicionadas por los marcos teóricos

. En 1772 reconoce y aísla un nuevo gas llama-do oxígeno. Realiza experimentos para relacio-nar el aire y la combustión. En 1774 los recogeen el libro Abhandlungen über den Luft undder 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 aptapara la combustión; tampoco lo es el fuego yaque está formado por aire de fuego y flogisto.

. 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 noson 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

. En 1772 empieza a investigar sobre el aire y elcalor. Va por detrás de otros químicos con-temporáneos (Priestley, Scheele...). Completasu teoría sobre la composición del aire y lacombustión en 1777.

. Llega a la misma conclusión que Priestley yScheele en cuanto a que el oxígeno es la partedel aire que permite la combustión.

. No usa la teoría del flogisto porque no lo haencontrado.

. Las cales son compuestos y los metales ele-mentos; el calor es una sustancia simple. Porello:

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 habercontable») antes y después de la reacción.


Por otro lado, parece que los valores y formas de vivir de los científicos, a prio-ri 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 deconservación si no hubiera sido recaudador de impuestos?; nunca lo sabremos...).Pero, desde luego, esto cuestiona ese aparente desdoblamiento de la personalidadque 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, conaspectos 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 pocode perspectiva, se puede decir que el planteamiento y los resultados no son tan di-ferentes pero, sea por motivos exclusivamente científicos o por otros menos confe-sables, no son un ejemplo de la tolerancia ni de una utilización adecuada de lacrítica a las ideas de otros. Esa imagen, un tanto versallesca, de un debate pausado,controlado y educado de las teorías científicas no parece que haya sido una seña deidentidad universal...

Por último, nos vamos a referir a un trabajo realizado por Banet (2001) en elque describe la evolución histórica de las concepciones sobre los procesos implicadosen 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 marcosteóricos no sólo afectan a las estructuras conceptuales; normalmente los cambios deparadigmas 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 decara al aprendizaje del alumnado.

Otro aspecto importante que se desprende de esta historia es que no siempre haexistido 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 llama la atención el hecho de que, en algunos casos, los autores de los«nuevos descubrimientos» inicialmente pretendían respaldar, completar o aumentarla 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 disciplinaresque se dan entre las materias científicas, algunas aportaciones realizadas en la física(escuela mecanicista) o en la química (descubrimiento del oxígeno o avances en labioquímica moderna) han incidido en temas que tradicionalmente se consideran de

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s. II al XVI

Galeno

s. XVI

Servet

s. XVII

HarveyMalpighi

s. XVIII

Priestley

s. XIX

Bernard Schwann

s. XX

CONCEPCIONESAUTORMARCO TEORICO

Cuadro 9. Evolución de algunas concepciones sobre procesos implicados en la nutrición

. El aire es una sustancia simple; uno de los cuatro elementos.

. La digestión consiste en la trituración y cocción del alimento; hayproblemas 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.

. 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.

. 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.

. El aire es una sustancia compuesta, que contiene oxígeno.

. La respiración es un proceso pulmonar que incorpora oxígeno a lasangre; se descartan la producción del calor interno, el mecanismode refrigeración... del corazón.

. Se justifican las funciones energéticas de los alimentos.

. Se abandonan las teorías vitalistas por las materialistas.

. Se identifica la naturaleza de las secreciones digestivas; se localizanlas 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.

. 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.

Influencia delas creenciasreligiosas.

Métodos ba-sados en laobservación.

Influencia delas creenciasreligiosas.

Métodos ba-sados en laobservación yel empirismo.

Fisiologíacomo cienciadesligada decreencias re-ligiosas.

Fisiologíacomo disci-plina cuanti-tativa yexperimental.

Metodologíabasada en lainvestigación.


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 algunosdesean.

Como hemos visto, sin llegar a unas características cerradas de la construccióndel 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 depensar; provisionalidad de grandes logros intelectuales; predominio de los marcosteóricos en los razonamientos; condicionamientos personales, sociales y de la propiacomunidad 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 mássolidaria 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 podemosextraer 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 científicos. Sin embargo, sabemos queeso 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 deaprendizaje 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 quea 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 definitivopara hacerlo (aunque existan indicios de cuál es el más adecuado). Sin embargo, enel 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 dela construcción de algo nuevo. En este sentido, deberían aprovecharse los elementos

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afectivos y emocionales que concurren en un «verdadero» logro científico (por ejem-plo, valoración y reconocimiento del hallazgo, alegría y complacencia, mejora de laautoestima).

También podemos señalar que la construcción de «cada conocimiento» en lasciencias 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 determinadapoblación, programa de investigación o paradigma para hacer posible la evolución yel 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 otrasdisciplinas sobre cómo se produce el aprendizaje, qué potencialidades podemos apro-vechar de los estudiantes o qué condicionantes nos vamos a encontrar. Todo ello esobjeto 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 tienesentido 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 hansurgido para dar respuestas a los problemas y no al revés. Habría que estruc-turar los contenidos en torno a la resolución de situaciones problemáticas.

. Cualquier selección que se realice (o que se acepte) de contenidos en cien-cias lleva implícita o explícitamente una carga ideológica y una forma deverla como actividad humana.

. Muchos de los conocimientos científicos no son intuitivos ni evidentes. De-bemos plantear una serie de actividades específicas e intencionadas paraque los estudiantes los aprendan (no sólo los conceptos sino también losprocedimientos y las actitudes).

. Es difícil aprender algo a lo que no se le ve una utilidad. En estos niveleseducativos, el contenido de ciencias que se desarrolle en el aula debe estarconectado 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 aprendizajeconceptual depende de la estructura de las concepciones, de la forma de ar-gumentar, de las estrategias de resolución de problemas, de la coherencia de

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los razonamientos, de la utilidad para las interpretaciones, del alcance de lastransferencias...

. Los estudiantes deben ser y sentirse los auténticos protagonistas de suaprendizaje como ocurre con los científicos; para ello, tienen que explicitarsus ideas, 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 noha 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 lapropia ciencia, es posible encontrar reflexiones interesantes para resolver algunas denuestras incertidumbres profesionales.

Bibliografía comentadaAA.VV. (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 ehistoria de las ciencias y sus relaciones con la educación científica. Se apreciael papel que puede jugar todo ello en la elección de los contenidos que debenser objeto de enseñanza y aprendizaje. Hay una revisión bibliográfica intere-sante para profundizar en el tema.

AA.VV. (2001): Monografía «Nuevos tiempos, nuevos contenidos». Alambique, n. 29,pp. 5-102.Número monográfico en el que se realizan aportaciones sobre qué ciencias sedeberían enseñar ante las características, los problemas y las necesidades del ciu-dadano del siglo XXI. Temas como la interculturalidad, la crisis educativa, el papelde 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 ramasde la historia de las ciencias: biología, química, física, geología, etc. Recoge unabreve biografía de cada uno de ellos y resalta las aportaciones más importan-tes que han realizado. Se recoge una síntesis histórica muy interesante y unaordenación histórica de científicos por ámbitos de descubrimiento muy útilpara 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 lolargo del siglo XX, desde las aportaciones del Círculo de Viena hasta nuestros

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días. Según el autor, se han producido cambios muy significativos en este pe-riodo, de modo que se están reformulando por completo los planteamientospara convertirlos en una filosofía de la actividad científica y no sólo una epis-temología.

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3

Comunicación y lenguaje en la clase de ciencias

María Pilar Jiménez AleixandreDepartamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales Universidade de Santiago de Compostela

La imagen que suele tener el alumnado y el público en general acerca de las ciencias experimentales estáasociada, precisamente, a los experimentos. Aunque es cierto que una parte importante del trabajocientífico consiste en planificar experimentos que puedan ayudar a resolver problemas, llevarlos a caboy registrar los resultados, también hay que tener en cuenta el papel que juegan en él el lenguaje y lacomunicación. 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 capítulo 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 procesoscomunicativos se dan y cómo a veces se cortan; algunas diferencias entre el lenguaje dentroy 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 dediferencias 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 explicacionesteóricas 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 aprendizajedonde tenga lugar verdadera comunicación.

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La comunicación en las clases de ciencias: construcción de significadosEl lenguaje juega un papel importante en el trabajo científico. Los datos, los re-

sultados de los experimentos, deben ser interpretados, es decir, narrados de otraforma, 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 de6.022 semillas amarillas y 2.001 verdes, en cuanto al color, y 5.574 redondas y 1.850rugosas en cuanto a la forma, lo que, exactamente, representa unos porcentajes75,06/24,94 (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 elcuadro 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 científicocompartido, de las leyes de Mendel.

Como pone de manifiesto este ejemplo, el lenguaje y la comunicación sonparte sustancial del trabajo científico. Por una parte, la interpretación de los datosse 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 caboel tratamiento estadístico que redondea los decimales, transformando una cifraaparentemente más «exacta», por ejemplo 24,92, en otra más significativa, 25%, queno indica un resultado particular sino una pauta general. Por otro la notación (A, a)ideada por Mendel para representar las distintas formas (alelos) de 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 yWoolgar (1995) procesos por los que los científicos y científicas transforman datos,dando significado a sus observaciones. Por otra parte, la comunicación es necesariatanto 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 seha mostrado tan fructífera a lo largo del siglo XX, no pudo hacer uso de las ideas deMendel durante los cuarenta años en que permanecieron olvidadas, y nació comotal a principios de ese siglo.

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COLOR/FORMA DATOS: NUMERODE SEMILLAS

PORCENTAJEEXACTO

PORCENTAJE INTERPRETADO

PROPORCION(PAUTA)

AmarillasVerdes

RedondasRugosas

6.0222.001

5.5741.850

75,0624,94

75,0824,92

7525

7525

31

31

Cuadro 1. Datos de Mendel y su interpretación estadística


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Ha sido la perspectiva sociocultural en psicología la que ha llamado la atenciónsobre la importancia del lenguaje en el aprendizaje. Esta perspectiva pretende expli-car los procesos mentales reconociendo su relación con el contexto cultural, históricoe 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 quese 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 al psicólogo soviético LevS. 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 debeentenderse 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 funcionesmentales son procesos comunicativos, y para Wertsch comunicación y desarrollocognitivo están conectados, pues son las prácticas comunicativas humanas las quehacen surgir las funciones mentales del individuo.

Tanto la instrucción, la enseñanza de las ciencias, como el aprendizaje tienenlugar, en gran medida, a través del lenguaje, o mejor de los diferentes lenguajes:hablado y escrito, lenguaje en términos cotidianos y lenguaje científico, distintossistemas de signos. Algunos ejemplos de los lenguajes específicos de las cienciasson la notación genética, los símbolos de los elementos utilizados en la formulaciónquímica, las curvas de nivel que representan el relieve en los mapas topográficos,los vectores usados para representar fuerzas, la nomenclatura binomial empleadaen sistemática, los esquemas de circuitos eléctricos, las representaciones de redesalimentarias, los esquemas utilizados para representar moléculas, orgánulos o es-tructuras celulares, las representaciones convencionales de anatomía vegetal oanimal, etc.

Utilizar un lenguaje u otro no es indiferente y la construcción de una nuevateoría –o en la clase de ciencias el aprendizaje de nuevos modelos e interpretaciones–guarda estrecha relación con el empleo de un nuevo lenguaje. Así, por ejemplo, elmodelo atómico propuesto por Bohr en 1913, que suponía los electrones situados enórbitas fijas de las cuales las de mayor tamaño eran las externas, es substituido al-rededor de 1920 por el modelo cuántico de Schrödinger y Heisenberg, que suponelos 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 elmarco de uno u otro modelo. Otro ejemplo es la diferencia entre la primitiva nota-ción genética utilizada por Mendel para representar los descendientes de un cruce dehíbridos (a/aA/A) frente a la actual (aa/aA/AA) que pone de manifiesto no sólo losfenotipos que exhiben los descendientes sino sus genotipos, así como la existenciadel 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. Ahorabien, hay que tener en cuenta que el lenguaje que se utiliza en la clase de ciencias esun lenguaje específico, diferente del empleado en situaciones cotidianas, al menos endos 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, comodicen Ogborn, Kress, Martins y McGillicuddy (1998) de nuevos protagonistas de lashistorias: átomo, molécula, gen, alelo, antígeno, anticuerpo, metamorfismo, buza-miento, isotropía, quark, electrolisis... A pesar de lo que pueda parecer a primeravista, los problemas de incomunicación en la clase de ciencias no proceden tanto dela introducción de este nuevo léxico, como del empleo de una misma palabra quetiene 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 debehacerse de forma controlada, explicando adecuadamente cada término y cuidandode no acumular en exceso términos nuevos, sobre todo si no son indispensables parala explicación o interpretación de fenómenos. El excesivo énfasis en el aprendizaje detérminos, en ocasiones descontextualizados, separados de los problemas en el marcode cuya explicación han surgido, es característico de una enseñanza de las cienciasmemorística. Más de un docente ha tenido la experiencia de comprobar cómo unaparte del alumnado puede definir correctamente la fotosíntesis como el proceso denutrición 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 tantorecordar 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 materiaorgánica que tiene lugar en la fotosíntesis.

Por otra parte hay un gran número de términos que pasan a formar parte dellenguaje 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 losantibióticos), o que reciben mucha atención de los medios de comunicación (comosucede 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 precisoconstruir 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 odisposición de una persona, mientras que en física se refiere a la capacidad para rea-lizar trabajo (teniendo 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 casasuele emplearse como antónimo de muerto, por ejemplo cuando decimos que hemoscomprado 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 losdinosaurios pertenecen a la categoría de seres vivos aunque el último de ellos hayamuerto hace millones de años (hay una interpretación de las relaciones de parentesco

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entre los vertebrados según la cual las aves tienen tanta relación con los dinosauriosque podríamos decir que pertenecen a ese grupo, y que por tanto los dinosaurios nohan desaparecido, pero esa es otra cuestión).

El problema quizás no es tanto que las palabras energía, vivo, u otras muchascomo fuerza, peso, masa o respiración, se empleen con significados diferentes, sinoque el profesor o profesora dé por supuesto que el alumnado tiene que ser conscientede 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 nose da cuenta del problema de comunicación que se genera, lo cual en la práctica delaula equivale a dejar en la sombra una parte de la explicación, a callarnos algunascosas que deberíamos dejar claras desde el principio.

Hacer explícitas las diferencias entre el lenguaje cotidiano y el científico nosignifica proponer que el segundo substituya al primero en cualquier contexto. Entérminos cotidianos hablamos de ahorrar energía, enunciado que, tomado literal-mente, es contradictorio con la primera ley de la termodinámica, según la cual laenergía no puede ser creada ni destruida, sino transformada de una forma a otra enun proceso en el cual una parte puede disiparse como calor. Resultaría absurdotrasladar la precisión científica a todas las conversaciones diarias, substituir eseenunciado por utilizar transformaciones más eficientes u otro semejante (porejemplo, si se trata de una campaña que pretende reducir el despilfarro de com-bustibles fósiles), ya que el término ahorrar es inmediatamente comprendido porel 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 necesariamenteel abandono de las concepciones previas, sino la toma de conciencia del contexto enque cada concepto, el nuevo o el previo, es aplicable. La cuestión es poder utilizar unmismo término o concepto con distintos significados, pero siendo conscientes de quelo hacemos, lo que significa un mayor control de la propia cognición, del propioaprendizaje. 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 cuestionesontológicas, a lo que son o no son determinadas entidades. Se refiere, por ejemplo, adejar de considerar al calor como una sustancia.

Admitir las diferencias de contexto no significa renunciar a la precisión. Unasimplificación 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 efectoinvernadero existe de forma natural y es necesario para la vida en la Tierra en lascondiciones actuales, y de que es el incremento del mismo debido a la actividadhumana lo que puede llevar al cambio climático.

En resumen, aprender ciencias es, entre otras cosas, aprender a hablar delmundo en otros términos. Como dijo, con hermosas palabras, Richard Feynman:

El mundo parece tan distinto después de aprender ciencias. Por ejemplo, los árbolesestán 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 aireen árbol.

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Explicaciones en las clases de cienciasEs indudable que las explicaciones constituyen una parte fundamental de las

clases de ciencias. Sin embargo, como indican Ogborn y otros (1998) en un libro queproporciona una nueva forma de analizar las explicaciones y al que nos referiremos eneste 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 unaentidad 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 suscolaboradores 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 ysus 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 explica-ciones en clase suponen que una persona sabe algo y otra no, y que la primera explicalo que sabe a la segunda con el objetivo de que la diferencia desaparezca. Ogborn yotros llaman a esta diferencia tensión semiótica, utilizando una metáfora que lacompara con la tensión eléctrica. Crear esta tensión, estas diferencias, es, por ejem-plo, confrontar a los estudiantes con sus propios conocimientos, bien poniendo demanifiesto la necesidad de saber algo que no saben (diferencia entre lo que no sesabe y lo que se sabe), bien produciendo un conflicto entre lo que creen saber (y enconsecuencia lo que esperan o predicen) y un conocimiento contradictorio con esascreencias. 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? ¿Nosería 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 pesar de que teóricamente disponendel 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.

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3. La acción de una hormona como ésta depende de la molécula completa consu estructura secundaria y terciaria intacta (no de sus componentes).

El hecho de que, disponiendo de estos conocimientos, una parte del alumnadono sea capaz de ponerlos en relación para resolver el problema es una muestra deque, 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 deldocente.

Un ejemplo de experiencia que pretende provocar un conflicto del segundo tipopuede ser la que consiste en calentar una lata y taparla herméticamente, con lo cual,al 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 delalumnado, el aire tiene peso. Esto no significa que con la experiencia se resuelvan losproblemas, 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, detensión, es necesaria porque, como indican Ogborn y otros (1998), lo que resulta más

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Cuadro 2. Nuestra versión de los componentes, según Ogborn y otros, de la construc-ción de significados en las explicaciones

motor comunicación

hacer visibles las teoríasmetáforas

necesidad deexplicación

como debe serversus comoparece

Condensar fenómeno

en «nombre»

Nuevos personajes

Representansuceso

Analogía explicación-relato

Demostración

Transformar conocimiento

CONSTRUCCION DE SIGNIFICADOS

Tensión semiótica

Crear diferencias (saber o no saber)

Construir entidadesImponer significados

a lo material


difícil de explicar son las cosas que parecen obvias, que aparentemente no requierenexplicación (por ejemplo, cómo crece un bebé o por qué está oscuro el cielo por lanoche). 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 términosde moléculas que se agitan, de espacios entre ellas que aumentan o disminuyen conla temperatura, lleva a una nueva definición del calor. Interpretar la formación demadera de un árbol en términos de fotosíntesis precisa hacer entrar en escena enti-dades invisibles, como el dióxido de carbono, que reaccionan con otras visibles comoel 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 unsuceso, un fenómeno natural; es, en cierta forma, narrar una historia. En primerlugar es necesario presentar a los personajes, nombrarlos, definir o etiquetar estasentidades creadas por la ciencia. Y es importante, en nuestra opinión, no perder devista el objetivo de que los estudiantes aprendan a operar con ellas, de que, en unadistinción 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 conocimientoscomo herramientas discutida en el capítulo «El aprendizaje de las ciencias: construiry usar herramientas»– consiste en decir que estos conceptos, ideas, términos y enti-dades, son recursos, herramientas para pensar científicamente, y una explicación delpapel que juegan la proporciona el concepto de mediador de Vygotski. Como se haindicado más arriba, para este autor los procesos de pensamiento, atención o memo-ria tienen su origen en actividades mediadas socialmente, y los mediadores son bienotras 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 deplantas 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 queanaliza 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 solotérmino 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 enun lugar de alta salinidad? o, en un caso más contextualizado ¿por qué la niña le diceal Cid que, si le da cobijo, el rey «sembrará de sal el pobre campo que mi padre tra-baja»? La respuesta es ósmosis, pero este término contiene una serie de conocimien-tos sobre disoluciones, posibilidad de flujo de moléculas en una dirección y no enotra, modelo de partículas, etc.

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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 hablardel 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 serlo. En este apar-tado se resumen algunas de las transformaciones que experimenta el discursocientífico empleado, por ejemplo, en una revista de investigación o en un libro paraespecialistas, cuando su receptor es un público no experto en la materia. Muchasde 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 seemplean tanto al escribir un texto escolar (o explicar ciencias en clase) como al es-cribir un artículo de divulgación científica. Sutton (1997) se refiere al primer casoy 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 eldesarrollo de las competencias de comunicación en el alumnado. Trataremos tres as-pectos de las transformaciones del discurso: la reformulación del vocabulario, el usode metáforas y la inclusión de imágenes e ilustraciones.

Léxico, vocabulario: mecanismos de reformulaciónLos problemas de comunicación derivados del uso del léxico científico son qui-

zás los percibidos en primer lugar por una mayoría del profesorado que, al escogerun libro de texto, se preocupa por el número de términos y sintagmas nuevos en losdiferentes temas y por la forma en que son introducidos. Consideremos el siguientepárrafo traducido de la página web de la Universidad de California donde se presentala 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 dela PrP celular (PrPC) en PrPSc, durante el cual las alfa-hélices se transforman en lá-minas beta.

Para comprenderlo es necesario conocer el significado específico que se da aconformación, que el diccionario define como ‘colocación, distribución de las partesque forman un conjunto’, pero que en biología se refiere a la disposición espacial deuna molécula (en este caso la proteína) a lo que se conoce como su estructura se-cundaria y terciaria, la forma y plegamientos que adopta, debido por ejemplo a en-laces entre distintos puntos de la molécula. De esta conformación dependen lasinteracciones de la molécula con otras y, en este caso, la nueva conformación beta-laminar es responsable de que la proteína priónica no sea inactivada por las proteasasni por las altas temperaturas que sí actuarían sobre la forma alfa-hélice.

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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 laexistencia de priones (de partícula proteínica infecciosa) hemos asistido a lo queLatour y Woolgar (1995) definen como la transformación de un enunciado hipotéti-co en un «hecho» científico. La identificación del agente de la enfermedad con unaproteína (carente de ácidos nucleicos) fue recibida con escepticismo por la comuni-dad científica, que dudaba de las posibilidades de multiplicación de una partícula queno tiene ADN ni ARN. Veinte años después pocos dudan en incluir a los priones, juntocon bacterias y virus, entre los agentes de enfermedades. Prión ha pasado a ser untérmino 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 quepodemos 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 agentesque 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 nerviosode los animales afectados».

Anteriormente, para aclarar el significado de conformación, hemos recurrido auna paráfrasis, a una explicación ampliada. Como indica Jacobi (1999), otro meca-nismo habitual de reformulación es la substitución de un término que se consideraininteligible 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 derocas y que este término en griego significa ‘fusión’.

En ocasiones lo que es necesario aclarar no es un término, una sola palabra, sinoun sintagma, en el que el significado del conjunto no se deriva automáticamente delsignificado habitual de sus elementos. Por ejemplo rocas competentes son aquellasque, por ser rígidas, permiten la propagación unidireccional de los esfuerzos; ni com-petente ni incompetente poseen aquí el mismo significado que en otros contextos.

¿Y no sería posible –preguntan a veces los estudiantes– emplear sólo el términomás 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 utilicen como sinónimos, los tér-minos científicos son muy específicos y, si bien todos los anticlinales son pliegues, notodos 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 utilizan términos menos específicos dela misma serie como sinónimos de los más específicos, esto conlleva una pérdidade precisión, sacrificio sólo admisible en determinados contextos.

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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 otrasocasiones es necesario un recurso que pretende hacer más accesible el conocimientoal 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 ladistinción que establece Sutton (1997) entre dos funciones del lenguaje: sistema deetiquetado y sistema de interpretación. Como indica este autor, ambas funciones sonnecesarias y deben ser enseñadas y utilizadas en la clase de ciencias, pero el énfasisen las etiquetas puede llevar a una visión parcial que dificulte el procesamiento deideas por parte de la persona que aprende. El 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 enclase a dar y recibir información, en un caso, o a discutir e interpretar, en el otro.Según Sutton, la visión del lenguaje como etiquetado concibe la comunicación comotransmisión, mientras que la que lo contempla como un sistema interpretativo serelaciona con la comunicación como persuasión, es decir, con el intento de que otraspersonas compartan un punto de vista. Si pretendemos que las ciencias sean vis-tas como algo más que una acumulación de hechos, es importante prestar atencióna la interpretación, a la persuasión que puede permitir construir lo que Sutton llamauna comunidad de pensamiento.

Una de las herramientas que los profesores y profesoras de ciencias utilizan confrecuencia en las explicaciones es el lenguaje figurado: las metáforas y las analogías.Como señala Sutton (1992), muchos de los propios términos científicos tienen su ori-gen en metáforas. Es el caso, por ejemplo, de campo magnético, debida a Faraday. Alhablar hoy de las células imaginamos la estructura un tejido, pero Hooke lo acuñó en1667 a partir de cella, ‘celda o alvéolo de un panal’, porque al observar al microsco-pio una muestra de corcho le pareció «perforada y llena de poros como un panal».

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VISTO COMO SISTEMA DE ETIQUETADO VISTO COMO SISTEMA DE INTERPRETACION

Cuadro 3. Distintas visiones del lenguaje (de Sutton, 1992, modificado)

. Correspondencia simple entre las palabras yel mundo exterior.

. Con el lenguaje se describe, informa.

. Se descubre un hecho y después las palabraspara describirlo.

. En el aprendizaje se necesita una transmisióneficiente de profesor a alumno (receptor).

. Las palabras guían el pensamiento, subrayan-do rasgos a los que se atiende.

. Con el lenguaje se explora, imagina.

. Se escogen palabras que influyen en como sepercibe algo nuevo.

. En el aprendizaje el proceso fundamental es lainterpretación activa y reexpresión de ideasde 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 oconductos sin llegar a resolverlo (Giordan, 1988); la teoría celular hubo de esperar casidoscientos años a que Schwann la formulase. Tanto en la historia de la ciencia comoen 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. Porejemplo, cuando un alumno de secundaria, al observar por el microscopio unamuestra 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 piedraarrojada 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 últimaanalogía 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 delaeropuerto o sobre un gran camión de mudanzas. Lo que sucede es que metáforasignifica ‘transporte’ en griego, y consiste en una traslación del sentido de una cosaa 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 sistemasolar para un modelo atómico, la construcción de palabras a partir de letras en elcódigo genético o la traducción de una lengua a otra para explicar la transcripciónde ADN a ARN y la traducción de ARN a proteínas. Otra metáfora es la utilizada porLuffiego y otros (1994) para explicar la dinámica de sistemas no deterministas: esimposible predecir la trayectoria o la posición final de una bola arrojada sobre unsombrero esférico (o una taza sin pie) situado boca abajo, mientras que sí podríapredecirse en el sombrero o la taza boca arriba (sistemas deterministas), puesto quecaería 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 científicoEs difícil concebir un texto de ciencias, sea escolar o de divulgación, sin ilustra-

ciones: dibujos, esquemas, fotografías o micrografías, diagramas y gráficos. Aunque aveces 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 con él. Por ejemplo, cuando en unlibro de ciencias de primaria se representa la fotosíntesis en un dibujo en el que sóloaparecen 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 entreel 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.

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Las ilustraciones desempeñan un papel crucial en la visualización de entidadesno visibles, como, por ejemplo los vectores que representan las fuerzas que actúansobre un objeto, o de otras que el ojo humano no puede percibir, la disposición delos 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 lascapas que constituyen el interior de la Tierra, cuya existencia conocemos por datosindirectos, como su comportamiento ante las ondas sísmicas. Un mapa geológiconos ayuda a conocer los distintos tipos de rocas presentes en una región de unaforma más inmediata que la observación directa en el campo, 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 parapoder 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 hacerlosexplícitos. 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, dibujar la epidermis de cebolla como aros concéntricos); los problemaspara 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 demicroscopía 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 rojoy azul de la sangre arterial y venosa en un esquema de la circulación en el cuerpohumano, que puede llevar a confusión.

En resumen, hay que tener en cuenta que la información visual empleada en lostextos y clases de ciencias tiene un lenguaje propio, y que es preciso dedicar algúntiempo a trabajarlo con el alumnado para que pueda aprovechar todas sus posibili-dades y utilizarlo en la medida de lo posible. Es una forma más de comunicación, unaforma que en la actualidad cobra gran importancia y que merece nuestra atención.

Razonamiento y argumentación: justificar conclusiones con datosPor argumentación se entiende la capacidad de relacionar datos y conclusio-

nes, de evaluar enunciados teóricos a la luz de los datos empíricos o procedentes deotras 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 delas ciencias es la generación y justificación de enunciados y acciones encaminadosa la comprensión de la naturaleza. Para poder construir modelos, explicaciones del

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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 laopción más adecuada. En la comunidad científica, estas elecciones tienen lugar enel 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 tipoespecífico 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: lacontracción terrestre y la deriva continental propuesta por Alfred Wegener. En la ac-tualidad diferentes datos, como la expansión de los fondos oceánicos, el bandeadomagnético, la progresión de la separación entre Eurasia y América, convergen en latectónica 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 movimientosde 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 deWegener, 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 losintervalos entre orogenias cada vez más largos. Pero no responden a estepatrón.

. Es improbable que en los últimos 200 millones de años la Tierra se hayaenfriado lo suficiente para proporcionar una contracción como la oroge-nia alpina.

. En el cuadro 4 se representa el argumento de Holmes con las dos primerasobjeciones, en un formato propuesto por Stephen Toulmin.

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DATOS CONCLUSION

Justificación 2Justificación 1

por tanto

Los intervalosentre orogeniasno son mayores

cada vez.

Las montañas no presentan distribución uniforme.

Cuadro 4. Argumento de Holmes en formato de Toulmin

. Relieve terrestre.

. Datación orogenias.

El origen de las montañas no

se debe a la contracción.porque porque


La elección entre teorías que compiten se basa en los datos disponibles, en laforma en que concuerdan o no con la teoría. En un libro sobre el papel central de lasteorías en la enseñanza de las ciencias Duschl (1997) propone algunos ejemplos deeste tipo de elecciones.

La perspectiva que contempla el aprendizaje de las ciencias como argumentación,como debate entre ideas, y no sólo como exploración ha sido propuesta por DeannaKuhn (1993), para quien la capacidad de emitir juicios razonados debe ser conside-rada parte de «pensar bien». Es importante aclarar la relación entre argumentación yrazonamiento, pues aunque algunos autores ven la argumentación sólo como unaforma del razonamiento lógico, nosotros (siguiendo a Hintikka) distinguimos entrela lógica formal, y la lógica y argumentación en el discurso natural. La primera esmás útil para analizar el conocimiento establecido que para interpretar la comuni-cación en las situaciones en que se está generando conocimiento nuevo (Jiménez yDíaz, en prensa). Por ejemplo, al resolver un problema en clase o en el laboratorio,pueden formularse enunciados no totalmente correctos, o incluso falacias desde laperspectiva de la lógica formal, pero que al mismo tiempo constituyen pasos fruc-tíferos en la construcción del conocimiento. En el siguiente fragmento alumnos de3.º de ESO (15 años) están intentando identificar una muestra desconocida en unapreparación microscópica, averiguar si es animal o vegetal y si tiene más de un tipode células:

114 FLAVIO: Esto no tiene estomas.115 FABRI: Pero tenía el coso verde. ¡Eh! Lo que... yo creo es clorofila.

El argumento de Fabri puede cumplir su función en el diálogo: persuadir a losdemás de que la solución propuesta (es una muestra vegetal) es correcta, a pesar deque 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 elpunto 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 contextoeducativo, de aprendizaje de las ciencias, que tiene una dosis de ambigüedad, no serige exactamente por los mismos patrones que la argumentación en filosofía, quesigue las reglas de la lógica, que demandan abstracción y precisión.

En el proyecto RODA de la Universidade de Santiago de Compostela se prestaatención al discurso del aula, a las conversaciones de alumnado y profesorado y delos estudiantes entre sí, con el objetivo de analizar el sistema de comunicación en lasclases de ciencias, de identificar procesos de aprendizaje u obstáculos al mismo y deanalizar el razonamiento argumentativo del alumnado, cómo llegan a conclusiones ycómo las justifican. Aunque todos los argumentos están situados, es decir, influidospor una cultura dada, por una época, por una ideología determinada, esto no implicaque sean totalmente relativos, ya que, en una gran parte de los casos, existen criteriospara comparar enunciados alternativos y escoger el más adecuado. Es importante

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tener en cuenta que, cuando los estudiantes dialogan, cuando hablan de cuestionesde ciencias, no siempre están transfiriendo 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 cienciasLa comunicación en el aula debería permitir a los participantes construir sig-

nificados compartidos (tanto en la dimensión cognitiva como en la social), peroesto no siempre ocurre, ya que los estudiantes pueden compartir tareas o actividadessin 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 elcapítulo «El aprendizaje de las ciencias: construir y usar herramientas» se refieren sobretodo a la comunicación de los estudiantes entre ellos. Lemke (1997) ha acuñado la ex-presión hablar ciencias para caracterizar las situaciones de clase donde se produceverdadera comunicación entre el alumnado, donde discuten problemas entre ellos, re-dactan informes o hacen preguntas sobre lo que les interesa, en oposición a lo que hallamado diálogo triádico, que está caracterizado por el esquema pregunta del docen-te-respuesta del estudiante-evaluación del docente, es decir, situaciones en las que lasy los estudiantes sólo intervienen para responder a una pregunta del profesor.

Una destreza específica de comunicación, que puede considerarse parte de estehablar ciencias, es la capacidad de escribir textos científicos. Como señala Sanmartí(1997), aprender ciencias requiere apropiarse de las formas lingüísticas de formalizar lacultura científica, transmitidas fundamentalmente a través de textos escritos. Para estaautora 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 deseado por eldocente, ya que el texto científico posee una serie de rasgos, como precisión o uso deléxico que no tienen por qué poseer otros textos. Por ello Sanmartí propone enseñar aescribir (además de a leer y a hablar de ciencias) textos científicos, distinguiendo entretextos descriptivos y justificativos/argumentativos y proponiendo criterios para queel alumnado pueda regular su propio aprendizaje en este terreno y valorar la calidadde 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 elalumnado es la calidad de los libros y otros materiales curriculares utilizados en clase.Lloréns (1997) ha elaborado una detallada propuesta de indicadores para evaluar ellenguaje 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 quever con varias dimensiones, entre las cuales se encuentran: el clima del aula, de diá-

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logo y respeto mutuo, la metodología del profesorado y el diseño de actividades deinstrucción, que constituyan problemas auténticos, es decir, relevantes para la vidadel alumnado y que al ser resueltos ponen en juego formas de trabajo propias de lacomunidad científica. De esta forma puede llegar a constituirse una verdadera co-munidad de pensamiento y de aprendizaje en clase.

Una perspectiva complementaria es la que contempla las clases de cienciascomo 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 dondese 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 utiliza activa-mente el conocimiento científico y se puede llegar, en algún caso, a modificar lapráctica. 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 dondeel alumnado sea receptor pasivo.

Podrían resumirse algunas de las ideas discutidas en este apartado con unafrase 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 connuestros 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 interacciónentre varias personas, en el seno de un grupo, 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 comentadaAA.VV. (1997): Monografía «Lenguaje y comunicación». Alambique, n. 12, pp. 5-85.

Monográfico coordinado por A. Caamaño sobre estas cuestiones, que incluyeartículos como los de Sutton, Sanmartí y Lloréns a los que se ha hecho refe-rencia y, en general, proporciona una panorámica sobre diferentes facetas dellenguaje en la clase de ciencias.

OGBORN, J.; KRESS, G.; MARTINS, I.; McGILLICUDDY, K. (1998): Formas de explicar. Laenseñanza de las ciencias en secundaria. Madrid. Santillana. Este interesante libro es uno de los pocos trabajos que centra su atención en elprofesorado más que en el alumnado y, específicamente, en las característicasde las explicaciones en clase.

TOULMIN, S. (1977): La comprensión humana. 1 El uso colectivo y la evolución de losconceptos. Madrid. Alianza Universidad.Este libro del filósofo Stephen Toulmin sigue constituyendo, al cabo de casitreinta 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 cambioconceptual.

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Resolución de problemas

Ana OñorbeIES Dámaso Alonso. Madrid

Resolver problemas es una actividad básica de las clases de ciencias. En este capítulo trataremosde 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 seresuelven sin necesidad de trabajo experimental y analizando especialmente la diferenciaentre problemas y ejercicios.

. ¿Cómo enseñar a resolver problemas? Se exponen, en líneas generales, las técnicas más habituales o tradicionales de la enseñanzade 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 quese ofrecen desde la didáctica de la ciencia.

¿Qué es un problema? Objetivos de la resoluciónde problemas en cienciasEn el área de ciencias la resolución de problemas es reconocida universalmen-

te como parte esencial de los procesos científicos. Se encuentra integrada en todos

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los currículos académicos y se considera instrumento fundamental de evaluaciónde los conocimientos adquiridos por los estudiantes.

Aunque los profesores de las áreas científicas le dedican un elevado porcentajede tiempo, los resultados obtenidos en las pruebas y la experiencia del profesoradoseñalan 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 resolverun 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 desdelos 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 teneralguna causa.

Desde los trabajos pioneros de Polya (1945), se han realizado gran número deestudios sobre la enseñanza de la resolución de problemas. Tuvieron sus inicios conla matemática y fueron extendiéndose hacia la física, la química, la biología y lageología. En estas últimas disciplinas la investigación se ha desarrollado más tarde,quizás porque sus problemas presentan menor utilización del cálculo y de fórmulasespecíficas, mientras que la aplicación de conceptos estrechamente ligados entre sí esfundamental. 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 deecuaciones.

Se trata aquí de analizar y sintetizar las líneas de investigación e innovación enla resolución de problemas de ciencias, utilizando como punto de partida la reflexiónsobre dos cuestiones básicas: ¿qué enseñar? y ¿cómo enseñar? Sus posibles respues-tas sirven para enmarcar muchos de los trabajos actuales y para buscar similitudes ydiferencias entre ellos.

La respuesta a la pregunta ¿qué enseñar? muestra diversas concepciones de lostérminos 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 puntode 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» (quese 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 observacióndirecta y las técnicas y destrezas de manipulación de instrumentos.

Bajo el término problema, en la enseñanza de las ciencias, se incluyen muchossignificados, según los distintos profesores y las formas de utilizarlos en clase.

En su definición académica (Diccionario ideológico de la lengua española deCasares) un problema es «una cuestión dudosa que se trata de solucionar» mientrasque 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.

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Según Bunge (1983): Un problema es toda dificultad que no puede superarse automáticamente sino querequiere la puesta en marcha de actividades orientadas hacia su resolución. El pro-blema se considera científico cuando debe utilizar teorías o conceptos de la cienciay se estudia mediante métodos científicos, con el objetivo primario de incrementarlos conocimientos.

Desaparece la referencia al cálculo y se destacan las metodologías científicas que seconsideran 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 finque se desea conseguir. El problema, en la educación científica, está determinado porquien lo propone para su resolución, dado que, en el contexto de una asignatura ysalvo 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 lasleyes y las teorías científicas y a la construcción personal de conceptos ymodelos.

. Procedimientos: dirigidos, por un lado, al aprendizaje de determinadastécnicas, a familiarizarse con las unidades de medida y los cálculos, alreconocimiento y la organización de datos, a comprender y aplicar algo-ritmos modelo de resolución; y por otro lado, a desarrollar la compren-sión y la utilización de los métodos de investigación: identificación devariables, 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, laadopción de decisiones razonadas, la comprensión de la importancia de losconocimientos 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 técnicas ydestrezas de aplicación de conceptos ya conocidos, unir la teoría con la práctica.

En función de los objetivos aparecen problemas que pueden agruparse delmodo siguiente:

. Problemas dirigidos a la adquisición de conocimientos conceptuales cuyaprincipal 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...

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. Ejercicios para el aprendizaje de modelos concretos de resolución, de técnicasde automatismos para algunas etapas básicas y las conexiones entre ellas. Suenseñanza está centrada en problemas-tipo o etapas de éstos. La secuencia desus etapas corresponderá con un procedimiento de resolución estándar.

- Calcula la concentración, en % 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 sebasa en la utilización de métodos coherentes con los de investigación, quelos 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 problemaEl 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 existaun 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 buscarla solución.

. Que no tenga una estrategia inmediata de resolución.

En un problema (encontrado por casualidad, por presentación o por búsqueda delmismo) 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 tenerinterés en ello. No cabe duda de que una gran mayoría de los alumnos desea resolver elproblema 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 presentarse?

. ¿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 estudiantesuele ser aprobar y las estrategias que busca son las necesarias para conseguir unanota suficiente. Esto implica superar una serie de escollos, y para ello ha de aprender

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determinadas técnicas que se le han ido ofreciendo en el transcurso de las clases. Aunasí, prescindiendo de si la motivación es más o menos pura, se puede admitir que elalumno 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 hade resolverlo tiene claro el camino que debe seguir, el problema se convierte en unarutina. 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 problemasLos problemas se pueden clasificar 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, pasatiempos, etc. Son utilizados

en algunos estudios de psicología cognitiva por ser independientes decontenidos conceptuales.

. En función de la existencia de una o varias soluciones (o aproximaciones ala 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 losutilizados habitualmente en muchos libros de texto y pueden servir comoejemplos los que aparecen en el apartado anterior. Algunos ejemplos de problemas abiertos respecto a su solución o su resolu-ción son:

- ¿Adónde 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 manipulación, el uso de

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instrumentos, la recogida de datos experimentales, etc. y que se tratan enel 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 artículosde 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 dominatodos los conceptos y procedimientos necesarios se encontrará frente a un ejercicio,mientras que si los desconoce tendrá un problema.

En su análisis comparativo de tareas para resolución de problemas Dumas-Carréy Larchen (1987) los clasifican en tres apartados:

. La situación problemática es idéntica a una ya conocida. Su resolución es lamás «económica» desde el punto de vista cognitivo. Requiere únicamentereconocimiento-repetición.

. El problema está en la misma categoría que un modelo ya estudiado. Re-quiere identificar el problema-tipo y trasladar su razonamiento al nuevoproblema. Son de identificación-reproducción.

. El problema no puede ser reducido a otro tipo. Requiere el conocimientode los conceptos y procesos necesarios y la construcción de la estrategia deresolución. Son problemas de construcción.

El primer grupo puede corresponder a los denominados ejercicios, mientras quelos 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 sujeto que ha deenfrentarse 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 comomodelos o problemas-tipo.

La identificación de una roca, el cálculo de una fuerza resultante de varias, ladeterminación 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 paraal alumnado constituyen en su gran mayoría auténticos problemas, algunas vecesmuy alejados del umbral personal en el que pueden trabajar.

Proceso de resoluciónEl proceso de resolución de un problema, depende, pues, del concepto inicial de

problema y del objetivo perseguido en su enseñanza.

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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 problemascomo «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 yprofundización en la comprensión de conceptos y leyes científicas.

. Componente fundamental de los conocimientos científicos: procedimientoscorrespondientes a la metodología de la ciencia cuando se enfrenta a unainvestigación. Los distintos enfoques se mezclan en mayor o menor proporción y se aceptaque, para adquirir determinados tipos de procedimientos complejos, es nece-sario disponer de técnicas o destrezas elementales y saber desenvolverse entareas más sencillas (que en muchas ocasiones han de convertirse en rutinaspara que su «ruido» no interfiera en el proceso de resolución del problema).El entrenamiento se considera necesario tanto para dominar las destrezasprevias 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 cambiode unidades en una proporción y el cálculo matemático necesario para llegar a unresultado. Si alguna parte de estos conocimientos resulta desconocida, el problemano 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, deordenación y clasificación de datos, y se hace indispensable ir dotando al alumno de unasdestrezas y unos procedimientos que le posibiliten enfrentarse a dicho problema.

La enseñanza tradicional de la resolución de problemasEn 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-

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nocimientos mediante su aplicación (sobre la base de una situación descrita por unenunciado) hasta llegar a una solución generalmente numérica. Las concepcionesde los profesores y el papel que atribuyen a la resolución de problemas, influyen deforma sustancial en su enseñanza.

Por parte de los estudiantes, la idea de problema podría resumirse de la formasiguiente: «calcular numéricamente algún dato, utilizando fórmulas explicadas en lateoría». 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 sobredatos unida a una descripción verbal que puede conectar la situación con un con-texto determinado. Pretenden la justificación y la aplicación de las teorías científicasque 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 justificación, 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 lacomparación 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 finalcorrecta, generalmente numérica. Ésta parece ser la idea que se transmite a los alum-nos, preocupados, especialmente durante un examen, en terminar las operaciones

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Cuadro 1. Resolución de problemas por profesorado y alumnado

TECNICA DEL PROFESOR TECNICA DEL «BUEN ALUMNO»

. Un ejercicio (para él) puesto que conoce elproceso o algoritmo de resolución.

. Un método, modelo para resolverlo.

. Nuevos ejercicios (con algunas variacionessobre el inicial).

. Encuentra un problema (no conoce la estrate-gia de resolución).

. Comprende (o memoriza) el algoritmo corres-pondiente expuesto repetidamente por elprofesor (entresaca los datos, controla lasunidades, escribe las fórmulas, coloca losdatos...).

. Reconoce los nuevos problemas-ejercicios yse entrena en su resolución.


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 especialmentela 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 reconocidoel 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 implícitadel 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 comprenderánlas 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 procedimientosque 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 automáticamente el algoritmo adecuado son evaluadospositivamente mientras que fracasan los que no reconocen el modelo y, por tanto, notienen 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 opciónelegida, no parece dar buenos resultados. El alto índice de fracaso, reconocido porprofesores y alumnos debería conducir, al menos, a un replanteamiento de las formasde 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 algunosautores, 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 información, lógica de cadadisciplina, 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 llamadascoloquialmente «duras») contienen una gran cantidad de conocimiento procedimentalespecialmente 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-

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dientes de las fórmulas y del cálculo hayan tenido mayor repercusión en las cienciasgenerales y en las disciplinas de biología y geología; y es en éstas, especialmente enlas ciencias de la Tierra y del medio ambiente donde las cuestiones y problemas quese utilizan inciden más en los planteamientos de indagación personal, de elaboraciónde hipótesis, análisis de datos, etc. En ellas aparece un mayor número de materialesque 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 deproblemas se encuentra en Perales (1993). Algunos aspectos son los siguientes.

Estudio de los procesos mentalesLas 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 almacenamientoen la memoria. El aprendizaje viene determinado por la calidad del pensamiento utiliza-do que debe conducir a una organización interna de los conocimientos en estructurascada 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 presentauna capacidad determinada de utilización simultánea de información que no puede serexcedida por el problema planteado ni por los conocimientos que debe utilizar.

Comparación entre expertos y no expertosSe 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 el alumno lo

compara con un estándar, su propio proceso como experto. Partiendo de la hipótesisde que quienes resuelven bien los problemas emplean estrategias que podrían ense-ñarse a los que los resuelven mal, se considera necesario conocer las diferencias decomportamiento entre unos y otros. En otras palabras hay que averiguar cómo se haprocesado 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 deinvestigación pueden resumirse en pasos que se observan del modo que se expone acontinuación.

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.

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. 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 nodeseadas.

. 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 descrip-ción cualitativa detallada va realizando un refinamiento progresivo, utilizando métodoscoherentes que incluyen principios y leyes. Trabaja habitualmente desde los datos haciala incógnita, excepto en algunos casos en los que el problema es más complejo.

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 generaldel problema. Da gran importancia a la memorización de fórmulas matemáticas y ala rápida aplicación de ecuaciones. Trata inmediatamente de llegar a la solución, sinplanificación previa, uniendo hechos y fórmulas, y no se preocupa de analizar si losresultados son correctos o posibles. Su avance en la resolución va muchas vecesde 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 enseñanza) 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 línea de trabajose refieren especialmente a dos puntos:

. No es posible delimitar el experto del no experto. Hay un continuo entreambos 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 tienepráctica en ello es, precisamente, el resultado de esa práctica.

Dificultades en la enseñanza y aprendizaje de la resolución de problemasEl conocimiento de las dificultades que se presentan durante todo el proceso:

tipo de problemas, lenguaje utilizado, estrategias de resolución, características per-

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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 deaprendizaje pueden tomarse medidas que permitan superarlos.

Se centra su estudio en tres tipos de dificultades: . 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 quese enfrenta al problema, referencia obligada en cualquier análisis.

Dificultades asociadas con el enunciadoLa comprensión del problema, la apropiación del mismo por quien ha de resol-

verlo, es el primer paso, indispensable para organizar el plan posterior. Sería simplis-ta suponer que dos problemas en los que hay que aplicar los mismos conocimientosy 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 encontradoorientación.

Para Reif (1983), la forma en que se describe inicialmente un problema es devital importancia para determinar si su solución es fácil, difícil o imposible:

Esta identificación del problema es considerada a menudo de poca importancia porquees 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 entreel 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 élcon probabilidades de éxito.

Las investigaciones sobre la comprensión de un enunciado pueden centrarseen el análisis global del mismo (Langlois y otros, 1995), en su estructura general o enfactores concretos, valorando la influencia de cada uno de ellos.

Los aspectos claves referidos a la mayor o menor claridad de una cuestión o unguión 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 problemase encuentran básicamente las siguientes:

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. La secuencia con que aparece la información.

. Los datos necesarios, explícitos o implícitos.

. La existencia de información superflua o redundante.

. El tipo 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 cantidadde 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 limitante, donde con un solo dato podría llegarse al resultado pero es necesariohacer una selección previa:

. Al reaccionar hidrógeno y oxígeno ¿pueden obtenerse 100 gramos de agua si se dispone de 80gramos de oxígeno y 40 gramos de hidrógeno?

. ¿Qué cantidad de agua puede obtenerse al reaccionar hidrógeno y oxígeno si se dispone de 80gramos 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 limitanteentre los tres datos que aporta el problema, presenta mayor dificultad mientras que elúltimo, 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 porqueno 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 másrápidamente 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 esencialde la misma.

La dificultad de un enunciado aumenta cuando alguno de los datos necesariosqueda 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 = 0).

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 lamisma para referirla a magnitudes y/o cantidades no explícitas en la cuestión: ¿serásuficiente?, ¿es posible?...; lo que viene a dificultar la comprensión de lo que pide el

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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 comoel orden en que se encuentran, son también factores de dificultad para la resolucióndel problema. Se relacionan con el planteamiento del proceso que se debe seguir ycon las etapas. Varias preguntas ordenadas según la estrategia lógica (cada respues-ta conduce a la siguiente cuestión) sugieren los pasos que han de darse, por lo que lasecuencia de trabajo viene planteada en el propio enunciado; en cambio, si se re-quiere una solución para la que han de obtenerse una serie de datos intermedios, nohay 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/s2 durante 3 segundos y continúaotros 3 segundos a velocidad constante. Luego frena totalmente, con aceleración cons-tante en 6 segundos. Calcula: ¿qué velocidad alcanza a los tres primeros segundos?, ¿quéespacio 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/s2 durante 3 segundos y conti-núa otros 3 segundos a velocidad constante. Luego frena totalmente, con aceleraciónconstante en 6 segundos. ¿Qué espacio total recorre?

Dificultades asociadas con los conocimientosLos conocimientos, necesarios tanto para la comprensión del problema como

para el planteamiento y la realización del proceso de resolución, pueden ser concep-tuales o proposicionales (conocimiento declarativo) que incluirían hechos, conceptos,proposiciones, leyes, principios y teorías; y procedimentales, destrezas, el cómo hacertanto 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 deresolución más aceptada entre el profesorado. Según Reyes y Furió (1988) las causasque 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 dedominio de técnicas.

Ahora bien, la falta de conocimientos tiene muchos matices. En un análisisde los fallos en problemas de química se encontró que alrededor del 40% de loserrores se debían a la no utilización de conceptos «teóricamente» conocidos, un18% 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

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necesario aplicar conceptos a un mayor nivel de abstracción que el asimilado porel alumno.

También relacionadas con la falta de conocimientos, pero independientes delcontenido, son las dificultades procedimentales.

Para resolver numerosos problemas de ciencias se hace necesaria la utilizaciónde instrumentos de medida de longitud, masa, temperatura, la interpretación demapas y esquemas, el uso de escalas, la determinación de superficies o volúmenes, larealización 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, ono los considera propios de su disciplina o los da por conocidos. Pero es posibleque el alumno los ignore o los aplique erróneamente, lo que imposibilita la reso-lución del problema.

Desde el punto de vista de la psicología cognitiva y el procesamiento de lainformación, Sigüenza (2000), al analizar problemas de genética, indica que se con-sideran básicas las estructuras en las que se agrupan los conceptos y sus relacionesasí como el modelo mental con el que se representa el problema. El tratamiento dela información, tanto aportada por el problema como requerida para resolverlo, estáen relación directa con las estructuras cognitivas de quien resuelve. Cuando éstas noson suficientes, o no es posible acceder a ellas, se producirá el fracaso. Los conoci-mientos básicos deben estar organizados para que pueda seleccionarse fácilmente lainformación necesaria en contextos diversos y complejos (Reif, 1983).

Dificultades asociadas con el proceso de resoluciónLas dificultades relativas a procedimientos, vías de resolución empleadas, algorit-

mos, estrategias o metodologías generales, dependiendo de la concepción de problemade 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 creenreconocerlo. A veces son incapaces de aplicar y extender el modelo a otros temas, y aúnmenos de un área a otra. Podría decirse que se crean compartimentos estancos deconocimientos (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 estudiantes 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, utilizadosen esta disciplina, pero que deben trasladar a otras áreas.

En cuanto a las etapas, se distingue entre la dificultad que puede presentarsecuando 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 esla conexión entre las etapas la que da origen al fracaso.

Otro factor que es preciso tener en cuenta en el procedimiento de resoluciónde un problema es si es se trata un problema de causa-efecto o de efecto-causa. Elprimero es habitualmente más sencillo, con un progreso directo desde los datos,mientras que en el segundo están implicados procesos más complejos que Ayuso yotros (1996) ejemplifican para problemas de genética.

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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 pensamientohan aumentado en los últimos años tanto en relación con la resolución de problemascomo 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 lapráctica profesional. Las referidas a la resolución de problemas podrían resumirse enlas siguientes:

. La ciencia (especialmente la física) es una disciplina difícil que no todos losalumnos pueden llegar a comprender (y mucho menos a resolver problemas).

. La ciencia es verdadera (o al menos se presenta como tal), pues supone laexplicación del mundo real. Las soluciones aportadas son únicas.

. En los problemas aparece un fracaso mucho mayor que en la teoría porqueno se dominan los conceptos fundamentales.

. Es necesario realizar un gran número de problemas similares para dominarlas técnicas de resolución.

Otros factores que influyen en las dificultades del aprendizaje de la resoluciónde problemas están relacionados con características personales del sujeto que re-suelve: capacidades, interés, actitud, etc. Existen, por ejemplo, investigaciones sobreresultados obtenidos por alumnos intuitivos o analíticos, dependientes o indepen-dientes de campo (López Rupérez, 1991), sobre la influencia de la confianza en símismos al enfrentarse con un problema o de la falta de interés en su resolución, uni-das ambas a las relaciones profesor-alumno.

Algunas propuestas metodológicasTodos 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 referenciaa casos en los que la heurística ofrecida a los alumnos forma un sistema organizadobasado en los datos de la investigación educativa. Ningún modelo metodológicopuede ser considerado como generalmente válido y no es posible que «todos» resuel-van mejor así «todos» los problemas en todas las condiciones. Diferentes estrategiaspueden ser efectivas frente a diferentes tareas.

En un resumen general de las propuestas para la enseñanza de la resolución deproblemas puede decirse que todas contienen, expresadas de una u otra forma, lascuatro fases utilizadas por Polya (1945): comprensión del problema, concepción deun plan, ejecución del mismo y visión retrospectiva o revisión de resultados.

La comprensión del enunciado del problema, la apropiación del mismo porquien ha de resolverlo, se considera indispensable bajo diversos nombres: interpretar,definir, analizar, etc. Las variaciones aparecen en las herramientas propuestas paraconseguir que el alumno aprenda a identificar la cuestión.

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La mayoría de los autores insisten en la importancia de usar esquemas repre-sentativos del problema para describirlo y analizarlo cualitativamente a la manera delos expertos. Gil y Martínez Torregrosa (1987) consideran que la eliminación de datosnuméricos en los enunciados, transformando el problema convencional en otro abier-to, favorece que los alumnos analicen y modelicen las situaciones problemáticas sinpasar directamente a un tratamiento operativo.

Para Johnstone y Kellet (1980) el profesor debe evitar, al principio, mientras seestán aprendiendo conceptos, enunciados de alta información que pueden exceder lacapacidad de organización de quien resuelve.

Anta y otros (1995) sugieren la utilización de textos que no tienen formato deproblemas y que pueden ser aportados por los propios estudiantes (en una segundafase 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 limpieza.

. Instrucciones de aparatos del hogar o de electrodomésticos, recibos de energíaeléctrica, 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, queha de ser reinterpretado previamente y que puede tener exceso o falta de datos opresentar errores científicos.

La concepción del plan es la fase en la que se encuentran las mayores diferencias entrelas 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 oejercicio que se solucione con algoritmos de resolución conocidos o portransformación de éstos. Las críticas 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 lacontribución que la resolución de los problemas debe hacer al desarrollo delos procesos mentales propios del trabajo científico.

. El tratamiento del problema con una metodología de investigación, en lacual se enfoca la resolución como actividad creativa, que implica la búsque-da de información, el planteamiento de hipótesis... y que supone un cambiotanto conceptual como metodológico en las aulas. Se concibe el plan inicialde forma general, cualitativo, y posteriormente se tiene que ir detallando ala manera en que los científicos se enfrentan a una situación problemática.

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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 elalumno 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 extremosmás 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 unmodelo lineal de resolución a otro cíclico.

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) apartir del cual se desarrollan técnicas de instrucción para resolver problemas. Su rasgomás 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 oa dividirlo en subproblemas conocidos de resolución rutinaria. Las dos primeras fasesde 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 yaconocido 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 conocidoo 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 enunciado,condiciones límite, simbolización de las variables y visión global) seguidas de laelaboración del plan de resolución mediante la división en subproblemas, si fueranecesario, y búsqueda de las ecuaciones que relacionen adecuadamente datos eincógnitas 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 laresolución (Oñorbe y otros, 1994). Los problemas al principio se presentan y se resuel-ven en forma «tradicional».

En el cuadro 2 se analiza el proceso seguido mediante un esquema similar a undiagrama 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 unesquema y comprender la similitud de procesos para problemas con enunciados muydiferentes. Los esquemas son útiles para plantear la importancia de la comprensiónde procesos, independientemente de la respuesta final. También permiten analizar elgrado de dificultad del procedimiento de resolución de un problema, visualizandoel 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:

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. Una organización de los conocimientos para poder seleccionar fácilmente lainformación necesaria en contextos diversos más o menos complejos.

. Unas técnicas básicas de problemas resueltos más sencillos para construirbloques que aplicar en los más complejos.

. Una estrategia eficaz para descomponer de forma útil una cuestión en otrasmás elementales.

La metodología de enseñanza que propone se dirige a capacitar al alumno enlas 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 queotros 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 términoscualitativos sin detenerse en detalles. Estas decisiones han de servir como guía parair refinando sucesivamente el proceso en un lenguaje cada vez más preciso y mate-mático. La estrategia contrasta con la de un principiante, que parte de fórmulasconcretas para relacionar los datos y las incógnitas del enunciado.

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CONOCIMIENTOS. Cambio de unidades.. Concepto de mol.

DATOS. Masas atómicas.. Número de Avogadro.

Cuadro 2. Esquema de resolución

Una aspirina contiene 500 mg de ácido acetilsalicílico (C9 H8 O4). ¿Cuántas moléculas de estecompuesto se encuentran en una pastilla?

Masas atómicas (u) Masa

molecular (cc)

16,86 · 10 20

moléculas

Fórmula

Núm. moles

Masa molar

(g/mol)

m (g)

Núm. Avogadro

m (mg)


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 influencia en ladidáctica actual de la resolución de problemas. Según los autores, los problemastradicionales conducen a una visión muy simplificada de las formas de elaboraciónde los conocimientos científicos y se hace necesaria una revisión global del modelo deproblema que se acepta como evidente sin un examen crítico. Este examen conducea 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 doscaracterísticas básicas del tratamiento científico de un problema. El primer paso desu propuesta consiste en la supresión de los datos iniciales, cuantitativos, con lo cualel enunciado convencional, cerrado, se convierte en otro abierto capaz de generar untrabajo más acorde con una metodología de investigación que utilice razonamientosbasados en hipótesis y no en evidencias.

La resolución del problema obligará a realizar un estudio previo, cualitativo, dela 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, elaborandoposibles estrategias a partir del cuerpo teórico disponible y determinando los datosnecesarios. Los resultados finales serán analizados a la luz de las hipótesis de partidade los casos límite.

Un problema de tipo tradicional, con datos 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... Plantearseel problema concreto, por ejemplo: ¿Qué fuerza deberán hacer los frenos?

. Plantear alguna primera hipótesis: A mayor velocidad del coche mayorfuerza de frenado, a mayor masa del coche mayor fuerza, a menor dis-tancia del obstáculo será necesario frenar con mayor fuerza... que debenintentar justificar.

. Indicar algunas estrategias de resolución a partir de sus hipótesis y resolverel 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 latrayectoria?...

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Bibliografía comentadaAA.VV. (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 laresolución 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 ylápiz, con numerosos ejemplos para presentación de los problemas sin datos nu-méricos y la manera de abordarlos para propiciar un enfoque de investigacióncon 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 necesaria la reflexión sobreel propio proceso de pensamiento y se evita la utilización rutinaria de un al-goritmo de resolución memorizado.

PERALES, F.J. y otros (2000): Resolución de problemas. Madrid. Síntesis. En los primeros capítulos presenta una panorámica de los diferentes conceptosde 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 ofrecenejemplos de problemas de diferentes disciplinas, física, química, genética ymedio ambiente.

POZO, J.I. y otros (1994): La solución de problemas. Madrid. Santillana.Presenta, dentro del campo de la psicología cognitiva, una visión general de laenseñanza y el aprendizaje de la resolución de problemas aplicada a las áreasde matemáticas, ciencias de la naturaleza y ciencias sociales. Analiza las difi-cultades que se presentan y parece apostar por la necesidad de un tratamientocoordinado para algunos de los contenidos de procedimientos, similares en lasdiferentes áreas especialmente en la educación básica.

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Los trabajos prácticos en ciencias

Aureli CaamañoIES Barcelona-CongrésS.G. Formación Permanente. Departamento de Educación. Generalitat de Catalunya

Los trabajos prácticos constituyen una de las actividades más importantes en la enseñanza de lasciencias 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 modelización de la ciencia escolar, el aprendizaje del manejo deinstrumentos y técnicas de laboratorio y de campo, la aplicación de estrategias de investigaciónpara 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 decomunicación, y se proponen dos aproximaciones posibles para su aprendizaje: la atomística yla 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 yla 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 ejerciciosprácticos para la determinación de propiedades y comprobación de leyes.

. ¿Qué son las investigaciones, cuál es la mejor forma de aplicarlas en el aula y cuáles son losfactores de los que depende su nivel de dificultad? Se abordan las etapas a través de las que se puede realizar una investigación, las fases a tra-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 quedeterminan su nivel de dificultad.

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¿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; exigentiempo para su preparación y requieren cierto conocimiento y experiencia por partedel profesorado para su realización. Por todo ello, no siempre son utilizadas con lafrecuencia 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 conque se plantean, es decir, a su presentación como un conjunto de instrucciones quelos estudiantes deben seguir, sin darles tiempo ni ocasión para que aprecien cuál esel objetivo que persigue la tarea propuesta y cómo puede ser resuelta.

Frente a la manera cerrada de presentar los trabajos prácticos, en este capítulopropondremos una forma abierta en la cual se invita al alumnado a pensar en cómoresolver 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 conlos 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 razonescitadas. Pero, si profundizamos en los objetivos perseguidos en primer lugar, podre-mos identificar el trabajo como uno de los cuatro tipos siguientes:

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1. Experiencias: destinadas a obtener una familiarización perceptiva con losfenómenos. Por ejemplo, observar diferentes tipos de hojas, comprobar eltacto de unas rocas, observar lombrices u hormigas en un terrario, sentir lafuerza 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 tiposde lentes, observar el golpeo del oleaje contra un acantilado, observar es-tratos y pliegues en el campo, etc.

2. Experimentos ilustrativos: destinados a ilustrar un principio o una relaciónentre 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 de agua alincrementarse 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 ellos son utilizados por el profesorado como experienciasdemostrativas o ilustrativas.

3. Ejercicios prácticos: diseñados para aprender determinados procedimientoso destrezas o para realizar experimentos que ilustren o corroboren la teoría.Tienen un carácter especialmente orientado («ejercicio»). Según donde seponga el énfasis en estas actividades, se puede distinguir entre ejerciciosprácticos: . 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 unabrújula, etc.

– Intelectuales: observación e interpretación, clasificación, emisión dehipótesis, diseño de experimentos, control de variables. Así como lainterpretación de mapas geológicos, la clasificación de conchas engrupos, 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 experimentalde propiedades y en la comprobación de leyes o relaciones entre varia-bles, con objetivo ilustrativo o corroborativo de la teoría y con enfoquedirigido. Por ejemplo, determinar experimentalmente la relación volu-men-temperatura de un gas, establecer la zonación de organismos en lazona intermareal.

4. Investigaciones: diseñadas para dar a los estudiantes la oportunidad detrabajar 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 eltipo de problemas que resolver, las investigaciones pueden ser:

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. Para resolver problemas teóricos, es decir, de interés en el marco de unateoría (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 alsexo un gen de la mosca Drosophila?). El problema puede proceder de una hipótesis o predicción realizada en eldesarrollo de un modelo teórico con el que se pretende interpretar un fe-nómeno (por ejemplo, el modelo cinético-corpuscular de los gases, o el dela transmisión hereditaria de caracteres).

. Para resolver problemas prácticos, generalmente en el contexto de lavida cotidiana. El énfasis se pone en la comprensión procedimental de laciencia, es decir, en la planificación y realización de investigaciones, nodirigidas especialmente a la obtención de conocimiento teórico. Ello nosignifica que su percepción y planificación no conlleve una determinada«carga» conceptual. Por ejemplo, ¿qué material de un grupo compuesto por varios abrigamás?, ¿qué detergente de un grupo compuesto por varios es el más efi-caz?, ¿cómo pueden detectarse adulteraciones en los alimentos? Estetipo de investigaciones pueden conectarse más fácilmente con aspectosCTS (Ciencia, Tecnología y Sociedad) del currículo.

Esta clasificación de trabajos prácticos (cuadro 1 se basa en las propuestas deWoolnough y Allsop (1985), y Gott, Welford y Foulds (1988), modificadas en lo rela-tivo a la diferenciación establecida entre los dos tipos de ejercicios prácticos y los dostipos 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 experiencia, un experimento ilustrativo, unejercicio práctico dirigido o una investigación, según cuál sea el objetivo principalque se pretenda y el método seguido. Por ejemplo, la separación de la sal de una di-solución de sal en agua puede constituir un ejemplo de una experiencia, si lo queinteresa es percibir que los sistemas homogéneos pueden contener más de un com-

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. Experiencias.

. Experimentos ilustrativos.

. Ejercicios prácticos:– Para aprender destrezas.– Para ilustrar la teoría.

. Investigaciones:– Para resolver problemas teóricos.– Para resolver problemas prácticos.

TIPOS DE TRABAJOS PRACTICOS

Cuadro 1. Diferentes tipos de trabajos prácticos


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 pautaprocedimental.

El aprendizaje de procedimientos y destrezas con relación a los trabajos prácticosEl aprendizaje de los procedimientos científicos y la comprensión procedimen-

tal de la ciencia son objetivos que ocupan un lugar muy destacado en las finalidadesde los trabajos prácticos en ciencias. Por ello puede ser de interés diferenciar entrelos 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 laboratorio o de campo. Losprocedimientos intelectuales pueden ser procesos cognitivos o técnicas de investiga-ción. Los procesos cognitivos son procesos generales implicados en la construccióndel conocimiento (observar, clasificar, interpretar, hacer hipótesis, contrastar las hi-pótesis, extraer conclusiones, etc.). Las técnicas o estrategias de investigación sonprocedimientos que se aplican en el diseño y la realización de una investigación ex-perimental (idear métodos de medida de las variables, decidir la variación de la va-riable independiente, controlar variables, repetir medidas, recoger y representar losdatos 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 lamisma manera? Hay autores (Driver, Millar) que cuestionan que los procedimientosde 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

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Procesos cognitivos

Técnicas de investigación

Prácticos (experimentales)

De comunicación

Cuadro 2. Clasificación de los procedimientos

Intelectuales

PROCEDIMIENTOS


capacidad de observación de un fenómeno determinado, en tanto que mejoramosnuestra comprensión conceptual de él, pero no podemos hacerlo de forma genéricaaplicable a cualquier contexto. Por el contrario, procedimientos como las técnicas deinvestigación 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 principalde las actividades prácticas que hemos denominado ejercicios prácticos para elaprendizaje 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 abiertosteóricos o prácticos. Así pues, tanto los ejercicios prácticos para el aprendizaje deprocedimientos como las investigaciones, especialmente las encaminadas a resol-ver problemas prácticos, comparten el objetivo de comprensión procedimental de laciencia, si bien desde perspectivas diferentes.

La cuestión que se plantea al comparar estos dos tipos de trabajos prácticos essi es preciso el aprendizaje previo de los procedimientos más simples para poderabordar con éxito la realización de investigaciones. La respuesta a esta preguntapermite diferenciar dos concepciones de los trabajos prácticos en relación con elaprendizaje de los procedimientos:

. La concepción atomística o analítica. Defiende la necesidad de realizartrabajos prácticos (ejercicios orientados) diseñados para el aprendizaje delos 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 debenrealizar desde el principio investigaciones, en el transcurso de las cualesaprenderán los procedimientos y las técnicas de investigación.

La visión atomística supone que podemos crear el todo por combinación de unaserie de componentes. En cambio, la visión holística ve el aprendizaje de los procedi-mientos integrada en actividades globales de resolución de problemas. En nuestraopinión en el aprendizaje de los procedimientos puede ser 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 unaperspectiva holística, por otro lado más motivadora. Como señala Woolnough (1991),al desarrollar en el alumnado las destrezas que les permitan resolver problemas, hayque 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 plantearuna comprensión teórica de ellos.

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. 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 el 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 unaperspectiva 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 dedeterminados fenómenos.

La descripción de los fenómenos observados implica siempre una interpretación,en mayor o menor grado. Al aplicar las experiencias como actividades prácticas confines de interpretación debemos tener presente que los hechos observados puedentener diferentes interpretaciones según el marco teórico desde el que se perciben. Enla visión actual sobre la naturaleza de la ciencia se acepta que la observación depen-de de la teoría, que ésta guía la observación y la experimentación, lo que es evidenteanalizando las diferentes interpretaciones que históricamente se han dado a muchosexperimentos (Chalmers, 1999) o atendiendo a las diferentes interpretaciones que deellos dan los alumnos (Driver y otros, 1994). Así pues, debemos animar a los alumnosa 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 atenciónsobre la interpretación simplista de muchos experimentos realizados en el ámbito es-colar por la ausencia de consideración de interpretaciones alternativas. La elecciónentre 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 alternativasno debe ser sobrevalorada. La dependencia de la observación respecto de la teoríasignifica que la observación depende de las teorías del observador; y toda teoría que

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entre en conflicto con una experiencia puede mantenerse mediante la introducciónde 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 hipótesiso teoría frente a otras no es una mera cuestión de contrastación experimental, sinotambién de consenso entre alumnos y profesor después de una amplia discusión, loque es una manifestación de que la construcción de los conocimientos científicos esuna actividad social.

Una experiencia realizada comúnmente en la ESO y descrita en muchos librosde texto que permite ejemplificar estos aspectos es la interpretación de la com-bustión de una vela, cuyo planteamiento e interpretación se discute en el ejemplosiguiente.

Ejemplo de un experimento ilustrativo: La combustión de una velaSe coloca una vela encendida en un recipiente con agua y se tapa con un vaso. Poco después dehaberla tapado, la vela se apaga y el nivel de agua sube. Se pide entonces que se interprete estaexperiencia: . ¿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 lacombustión implica una reacción de losvapores de la cera de la vela con el oxí-geno del aire, supone que la vela seapaga cuando se ha consumido todo eloxígeno del aire que hay en el vaso, yque el agua sube como consecuencia dela disminución de la presión que ocasio-na la desaparición del oxígeno. Esta hi-pótesis no tiene en cuenta que lareacción de oxidación produce dióxidode carbono (gas) y vapor de agua. Aun-que el vapor de agua se condense, el dió-xido de carbono producido puedecompensar total o parcialmente la canti-dad de oxígeno consumido.A pesar de que esta hipótesis es incorrec-ta, esta experiencia ha sido utilizada enocasiones 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 laproducción de dióxido de carbono, implica suponer que la vela se apaga cuando todo el oxígenose 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 deoxígeno residual fuese insuficiente para mantener la combustión. Hay que tener en cuenta que la

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Figura 1. Experiencia de la vela


velocidad de la reacción depende de la concentración y de la temperatura, y ésta a su vez dela 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 antesde 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. Elloes debido a que la razón principal de la subida del nivel del agua es la disminución de la presióndel 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 varía radicalmentedesde 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 lacubeta 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 cesacuando la concentración del oxígeno es muy baja. La repetición de la experiencia con vasos demayor 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 hipótesis.

Los ejercicios prácticos: aprendizaje de métodos y técnicas e ilustración de la teoríaLos ejercicios prácticos para el aprendizaje de procedimientos son actividades

para desarrollar destrezas prácticas, intelectuales y de comunicación. Por ejemplo: . Clasificar 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 (filtración, decanta-

ción, cristalización, evaporación, destilación, 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 paracomprobar aspectos teóricos presentados previamente, en cuya realización se apren-den también destrezas prácticas, intelectuales y de comunicación. Por ejemplo:

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. 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 yconstatación 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 segúncontenga o no grava y arena.

. Determinación de la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente enlos 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 enun 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 sonfácilmente 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 problemaque 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 realización de unexperimento 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 visiónatomística como actividades que deben ser realizadas después de haber practicadoprocedimientos y destrezas más simples. Y también por los partidarios de la perspec-tiva holística, en la que constituyen la actividad principal. Por ejemplo, el proyectoAPWIS (Assessment of Practical Work in Science; Gott, Welford y Foulds, 1988) basael aprendizaje de la ciencia en el planteamiento de problemas en cuya resoluciónintervienen la compresión conceptual de los fenómenos y la compresión procedi-mental de las técnicas de investigación, que confluyen en los procesos cognitivos. Elcuadro 3 resume este modelo de ciencia escolar.

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Con respecto a la naturaleza del problema propuesto, se puede diferenciarentre las investigaciones que tienen como objetivo principal profundizar en lacomprensión de las teorías y determinar propiedades o relaciones entre variablesen el marco de estas teorías (objetivo que comparten con los ejercicios prácticosilustrativos), y las que tienen como objetivo principal desarrollar destrezas para re-solver problemas prácticos (objetivo que comparten con los ejercicios prácticospara 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 cuadro4 de la página siguiente muestra la relación entre estos cuatro tipos de trabajosprácticos.

El uso de las investigaciones como medio para llegar a los conocimientosteóricos estuvo en la base del modelo de descubrimiento dirigido y está presenteen 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 loscontenidos conceptuales y procedimentales, sino con la finalidad básica de darla 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 deproblemas 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 prácticasde resolución de problemas.

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PROCESOS COGNITIVOS

RESOLUCION DE PROBLEMAS

Cuadro 3. El modelo de ciencia del proyecto APWIS


Comprensión procedimental

Hechos

Comprensión conceptual


La implementación 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 investigación? . ¿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).

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Cuadro 4. Relación entre investigaciones y ejercicios prácticos

Cerrado

Ejercicios prácticos para ilustrar la teoría.

Ejercicios prácticos procedimentales.

INVESTIGACIONES

Abierto

Investigaciones para resolver problemas

teóricos.

Investigaciones para resolver problemas

prácticos.

EJERCICIOS PRACTICOS

ProcedimientosConceptos


La fase de planificación y realización de las investigaciones ha sido especial-mente estudiada en el proyecto APWIS en relación con los procedimientos que seconsidera que están en la base de la comprensión procedimental de la ciencia (véaseel cuadro 3 en la página 105).

De acuerdo con estos trabajos, se propone organizar las investigaciones entorno 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 lasvariables significativas 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)?

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. Resultados.

. Método.

EVALUACION

. Tablas.

. Gráficos.

REGISTRO DE DATOS

SOLUCION

INTERPRETACION DE LOSDATOS Y CONCLUSIONES

PLANTEO DEL EXPERIMENTO

Cuadro 5. Etapas de una investigación según el proyecto APU

. En una forma abierta de investigación.

. Decidiendo qué medir.

REFORMULACION

. Generación.

. Percepción.

PROBLEMA

. Usando aparatos.

. Haciendo medidas.

. Haciendo observaciones.

REALIZACION DEL EXPERIMENTO

Reformulación posterior.

. Estableciendo las condiciones.

Cambio en el diseño.

Cambio en la técnica.


– ¿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 debeser mostrado y discutido con el docente antes de iniciar la investigación.

. La fase de realización, que supone el montaje del dispositivo de contrasta-ción 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 datosobtenidos (cálculos, gráficos, etc.).

. La fase de interpretación y evaluación, que supone la interpretación de losdatos y la valoración del resultado o los resultados obtenidos, atendiendo asu plausibilidad, comparando los resultados propios con los obtenidos porotros 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 deproblemas totalmente abiertos no se dan pautas, mientras que en los orientadosdeben plantearse algunas preguntas para facilitar el proceso de resolución e inclusosugerir el material que puede ser utilizado.

A continuación mostramos dos ejemplos de guiones de investigaciones para laetapa de enseñanza secundaria obligatoria y otros dos para el bachillerato, tal comopueden ser presentados a los estudiantes. En Martins (2002) se pueden encontrarpropuestas 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 problemaHabréis visto anuncios en la televisión que afirman que determinados detergentes son más eficaces queotros para eliminar las manchas de la ropa. El objetivo de esta investigación es comprobar si es ciertoque uno de los detergentes es más eficaz que otro. Dispondréis de dos muestras 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?

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. Haced un informe en vuestra libreta de cómo llevaréis a cabo la investigación y mostradlo avuestro 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 esel tipo de detergente. La primera es una variable continua que podemos medir a partir del mayoro 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 variablesque 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 eltiempo 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–.)

Planteamiento del problemaLas cochinillas de humedad son crustáceos que forman parte de la fauna del suelo. Probablementehabrás observado que viven con preferencia en unos lugares y no en otros. ¿Qué tipo de lugaresprefieren? (Si no lo sabéis, consultad con el profesor o buscadlo en la biblioteca del laboratorio oen Internet). ¿Qué características tienen en común esos lugares? Proponed algunas hipótesis y di-señad una investigación para comprobarlas. Recordad que debéis tratarlas bien y que al terminarel 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.

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Realización. Capturad las cochinillas y realizad la investigación.. Anotad las observaciones y los datos en vuestra libreta.

Comunicación de resultados y evaluaciónEscribid un informe sobre vuestra investigación, indicando claramente vuestras conclusiones y losresultados 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 profesoradoLas cochinillas se encuentran bajo piedras o en grietas, en lugares húmedos y oscuros, por loque 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 otroestimada a través del número de ejemplares que permanecen en cada ambiente. Para variar lahumedad suelen utilizar cubetas de laboratorio de plástico con papel de filtro humedecido enla 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 hade ser como mínimo de ocho.

La dificultad conceptual de las investigaciones para el bachillerato que propo-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 inclu-ye el planteamiento del problema.

Ejemplo 3. ¿Cómo se puede determinar la masa molecular relativa de un líquido volátil? (Caamaño, 2002)

Planteamiento del problema 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 alcoholetílico. 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)

Planteamiento del problema Han robado la cámara de vídeo del laboratorio del centro. Sin embargo, el ladrón se lastimó y dejóunos restos de su cuerpo en la puerta del armario. Con este pedazo se han hecho preparacionesque están en los microscopios. Debéis investigar a qué sospechoso pertenece, justificando vues-

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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:. A1. 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. Galiñolio: 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. Sus células, de forma irregular, se encuentran distribuidasen 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 cuestionesque se plantean en las investigaciones propuestas presentan aspectos complejos quedeberán ser facilitados por el profesor, pero el interés del planteamiento abierto deestos trabajos no está en su resolución total por parte del alumnado, sino en per-mitirle pensar sobre una serie de cuestiones (métodos, dispositivos, sustancias,

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. ¿Cómo se puede estimar el volumen de las moléculas de un líquido que es inmiscible en agua apartir de la superficie de una cantidad pequeñísima de líquido extendida sobre el agua?

. ¿Cómo se puede estimar la constante de Avogadro mediante la determinación indirecta del grosorde la capa de un líquido monomolecular inmiscible en agua?

. ¿Cómo podemos comparar fácilmente la viscosidad de varios líquidos e investigar si existe algunarelación con la intensidad de las fuerzas intermoleculares?

. ¿Cómo podemos comparar experimentalmente la entalpía de combustión de varios alcoholes?

. ¿Cómo podemos determinar el porcentaje de ácido acético que contiene un vinagre?

. ¿Cómo podemos 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 elmesado de una cocina?

EJEMPLOS DE TRABAJOS PRACTICOS DE INVESTIGACION EN EL BACHILLERATO

Cuadro 6. Ejemplos de trabajos prácticos de investigación en el bachillerato


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, loescriban 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 antesde iniciar la investigación.

. Una segunda sesión, en el laboratorio, en el campo o en la ciudad para larealización 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 evaluaciónde los resultados. También para la redacción de un informe escrito, con laayuda 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 puederealizarse a través de la observación de su trabajo durante las fases de planificacióny realización, del informe escrito personal (en el cuaderno de trabajo) y de su co-municación oral.

El grado de apertura de una investigaciónLa 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, pro-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. Losdistintos grados de apertura de una investigación con relación al control ejercidopor 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 descubrimientoorientado. La 2 difiere de la 1 en que los alumnos participan en la planificación de

112


la investigación; por ejemplo, proponiendo una posible estrategia a seguir despuésde 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 delaboratorio, efectuando, si lo desean, experimentos de prueba. En la 4 se da a losalumnos el control sobre la interpretación de los resultados, lo que implica que seda más importancia al proceso seguido que al resultado final. Las situaciones 5 y 6corresponden más bien a la realización de proyectos por parte de los alumnos oa la realización de trabajos de investigación individuales en el bachillerato, aunquela intervención del profesor acostumbra a ir más allá de lo que puede deducirse delcuadro.

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 elcuadro 8 de la página siguiente.

113

Área de interés

Establecimientodel problema

Planificación

Determinaciónde la estrategia

Realización

Interpretaciónde los resultados

P

P

P

P

A

P/A

P

P

A

P

A

P/A

P

P

A

A

A

P/A

P

P

A

A

A

A

P

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

1 2 3 4 5 6

GRADO DE APERTURA DE UNA INVESTIGACIONETAPASETAPAS

Cuadro 7. Grado de apertura de una investigación en función del control ejercido porel profesor (P) o el alumno (A) sobre cada una de las etapas de la investigación, según Lock(1990)


La apertura de la investigación es importante porque afecta a los conceptos, alas variables y a las habilidades y procesos involucrados en la investigación. Analiza-remos a continuación estos aspectos en una investigación sobre los factores queafectan el crecimiento de plántulas de berros, propuesta en el proyecto OPENS (véaseel ejemplo 5).

114

. Definición del problema

cerrado abierto

Cuadro 8. Continuo de apertura de las investigaciones, adaptado del proyecto OPENS(Watson, 1994)

. Obtención de la solución

cerrado abierto

cerrado abierto

Más descriptivo, las variables sonespecificadas y operacionalizadas.

El profesor dice a los estudianteslo que deben hacer, o proporcionaun número limitado de aparatos.

Libre elección del método.

. Elección del método

cerrado abierto

Un solo método posible. Varios métodos posibles.

. Diversidad de métodos

Más exploratorio, no son especificadas, pero el área de

investigación sí.

Una solución posible. Varias soluciones aceptables.


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 lainvestigación es diferente según la forma en que se presenta o se enuncia el problema que hayque 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 propionivel de conocimientos. La segunda formulación requiere un cierto conocimiento del proceso dela 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 deforma más o menos explícita las variables que se deben medir. Así, en la primera formulación, losestudiantes 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 dicotómicas o con-tinuas) depende de la presentación de la tarea. Si se les pide que investiguen la cantidad de agua, seles está llevando hacia una aproximación cuantitativa. Si se les pide que investiguen si el aguaafecta 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 diferentesformas. 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 alcrecimiento 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 lacomprensión 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 deuna forma más cerrada, especificando las variables que deben medirse, hace que la planificaciónde 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 deaparatos 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 facilidad o dificultad

para llevar a cabo la investigación. Saber cuáles son los factores que hacen másdifícil una investigación es una cuestión importante, ya que tener una respuesta

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a esta cuestión significa poder graduar la dificultad de las investigaciones queproponemos al alumnado y, por tanto, introducir una cierta progresión en estasactividades.

El proyecto APU consideró que el nivel de dificultad de una investigación guar-da relación con la complejidad de los conceptos, la complejidad procedimental (entérminos de la estructura de las variables: discretas o continuas) y el contexto en quese sitúa la investigación. Posteriormente Gott y Foulds (1988) añadieron otros dosfactores: la apertura del problema planteado y la edad de los alumnos. Estos autoresestudiaron la complejidad procedimental de las investigaciones centrándose en elefecto del tipo de variables involucradas, y de este modo caracterizaron tres tiposde 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 una taza de café dela cantidad de café?).

. Investigaciones con más de una variable independiente categórica (porejemplo, ¿qué tiene más influencia en mantener el café caliente, el tipo dematerial de que está hecha la taza o el hecho de taparla?).

Qualter y otros (1990) y Grau (1994) también han estudiado los elementos quepermiten 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 dependede:

. 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 elmaterial 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 elde variables categóricas.

. El número de variables que hay que controlar.

. La complejidad de las medidas y de los instrumentos de medida.

La dificultad de cualquier investigación puede ser graduada mediante laayuda prestada en cada momento por el profesor o profesora, bien sea oralmenteo por medio de hojas de ayuda, dando pistas o sugerencias sobre el procedimientoque conviene seguir.

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La investigación sobre los trabajos prácticosen 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. Hansido varios los trabajos y artículos que han aportado nuevas perspectivas, reflexionesy 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, Carrasco-sa y Oñorbe [coord.], 1994) de la recién aparecida revista Alambique permitió ofre-cer una amplia panorámica de las diferentes actividades experimentales, que incluyóuna serie de artículos dedicados a reflexionar sobre los trabajos prácticos en la es-cuela primaria y secundaria y a presentar ejemplos de trabajos prácticos abiertos(Pujol, 1994; Corominas y Lozano, 1994; Nieda, 1994; Pedrinaci, Sequeiros, García dela 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,

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Apertura. Definición del problema

Carga conceptual

Variable dependiente. Naturaleza

Variable independiente . Número. Tipo

Variables que hay que controlar

Aparatos

Contexto

Cerrado Abierto

Baja Alta

Puede ser juzgada Medida cuantitativasin medidas Ej. longitud, temperaturaEj. flota/se hunde

Úna Varias Categórica Contínua

Muchas Pocas

Sencillos Complejos

Contexto familiar Contexto no familiarEj. en la casa Ej. en el laboratorio

ELEMENTOS DE PROGRESION

PROGRESIÓN EN EL NIVEL DE DIFICULTAD

Cuadro 9. Elementos de progresión del nivel de dificultad de las investigaciones, adap-tado de Qualter y otros (1990)


Sanmartí y Espinet, 1999; García, 2000). En 1999 un nuevo monográfico de Alambi-que (Jiménez [coord.], 1999) abordó el tema los trabajos prácticos investigativosdesde la perspectiva del trabajo científico en el aula (Díaz y Jiménez, 1999). Y en 2002un monográfico de la revista Aula de Innovación Educativa ha permitido aportarnuevos 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 presentadassobre trabajos prácticos en congresos y encuentros de didáctica de las ciencias cele-brados durante estos años.

Bibliografía comentadaALBALADEJO, C.; CAAMANO, A. (1992): «Los trabajos prácticos», en JIMENEZ, M.P.;

ALBALADEJO, C.; CAAMANO, 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 diferentes tiposde 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.VV. (1994): Monografía «Los trabajos prácticos». Alambique, n. 2, pp. 4-66Número monográfico de la revista Alambique dedicado a los trabajos prácticosexperimentales que incluye artículos para la educación primaria y secundaria ytrata de las experiencias y las investigaciones.

AA.VV. (2002): Monografía «Los trabajos prácticos investigativos». Aula de InnovaciónEducativa, 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 temascomo la integración del trabajo práctico en la enseñanza de las ciencias, las in-vestigaciones y el papel de las nuevas tecnologías.

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Parte II


6

La enseñanza y el aprendizaje de la biología

María Pilar Jiménez AleixandreDepartamento de Didáctica de las Ciencias ExperimentalesUniversidade de Santiago de Compostela

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 lo largo de lahistoria 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 secundariaobligatoria? ¿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 biologíaLas 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.

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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 plantashíbridas y los resultados de éstos, aunque de interés puramente teórico, han sido labase 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 lasciencias 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 labiología 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 lasciencias, 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 muchas de susteorías 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 publicóLa 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 debiología. Una experiencia semejante tuvimos quienes comenzamos a trabajar en didác-tica de la biología en los ochenta, pues la mayor parte de los artículos sobre problemasde aprendizaje o propuestas versaban sobre física. Hoy en día las perspectivas sobre loque 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-pecialización. Según que una persona se dedique a la fisiología vegetal, a la ecologíamarina o a la biología celular, sus preguntas serán diferentes. Sin embargo podemosrecapitular algunas cuestiones que, a lo largo de la historia de la biología, han sidoobjeto 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 tienenlos estudiantes. Algunas de estas preguntas son:

. ¿Qué es la vida? O, 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 aningún otro?

. ¿Cómo tiene lugar el desarrollo? Es decir, ¿qué mecanismos son responsables de transformaren unas semanas un huevo en un pollito?

. ¿Qué relaciones tienen los seres vivos entre sí y con su medio? Por ejemplo, ¿qué relacioneshay entre hormigas, pulgones y rosales?

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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 haindicado Francis Crick (1979) muchas explicaciones en biología se preguntan doscosas: por un lado, lo que es un sistema o cómo actúa; por otro, su origen, cómo hallegado a ser lo que es. La cuestión del origen se refleja en las preguntas segunda ytercera y, en alguna medida, en la cuarta y quinta. Otro aspecto que tienen encomún, 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 materialismoEn 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 lavida cotidiana (opuesto a muerto). No es extraño que durante mucho tiempo ambosse confundieran. La explicación, influida por la religión, de las diferencias entre vivoe inanimado era que los seres vivos poseían un alma o espíritu que dotaba de vida alorganismo; si se separaba del cuerpo, éste perdía la cualidad de vivo y moría. Másadelante esta explicación intentó adoptar una terminología científica y se denominófuerza vital a la entidad responsable de la vida; de ahí el nombre de vitalismo paradesignar 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 unaentidad diferente. En el siglo XVII, con la revolución científica, este materialismo, la ideade 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 alser humano) funcionaban como máquinas. Como indica Mayr (1998), el mecanicismotuvo el mérito de refutar el pensamiento mágico o sobrenatural, pero la reducción delos procesos de la vida a leyes físicas y químicas no resultaba satisfactoria.

Durante los siglos XVIII y XIX vitalismo y mecanicismo compitieron por definir lavida 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 vi-talistas propusieron nuevas entidades como el «protoplasma» específico de los seresvivos y los coloides. La síntesis en laboratorio de una molécula orgánica (la urea) apartir de compuestos inorgánicos, lograda por Wöhler en 1828, probó que no existíaun abismo infranqueable entre materia orgánica e inorgánica, a pesar de que el pro-pio Wöhler, influido por el vitalismo, se negase a interpretar sus resultados de estaforma, argumentando que en el carbono «no ha desaparecido el carácter orgánico»(Jacob, 1999), lo que muestra una vez más que los experimentos se interpretansiempre 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 laquímica, 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 delas partes», forma de pensar que ha recibido el nombre de organicismo. Por otra

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parte, como dice Jacob (1999) hay que tener en cuenta que el funcionamiento de losseres vivos sigue las leyes fisicoquímicas y además obedece a un segundo grupo decausas: las instrucciones del programa genético. Esto significa que definir los seresvivos implica tener en cuenta una serie de características específicas que siguiendo,con algunas modificaciones, a Mayr (1998) se resumen en el cuadro 1.

¿Cuál es el origen de la vida? Creación y generación espontáneaEste 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 quela idea de que los seres vivos con su compleja estructura hubiesen surgido por creaciónse diferencia de la generación espontánea apenas en la causa de la génesis. La noción deque los seres vivos (gusanos, insectos, ranas o ratones) podían surgir directamente dellodo, 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 nacede 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, sinintervención de ninguna fuerza vital o principio sobrenatural. La idea de la generaciónespontánea continúa vigente en autores como Agustín de Hipona, para quien Dios puedehacer que los seres vivos nazcan a partir de semillas o de la materia inerte. En la EdadMedia se admitía la existencia de crustáceos (lepas, semejante al percebe) que nacían enárboles o de corderitos que salían de calabazas. Van Helmont, en el siglo XVII, da una re-ceta para obtener ratones a partir de un montón de granos de trigo.

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COMPOSICION QUIMICA

ORGANIZACION

SISTEMAS ABIERTOS

CICLO VITAL

REGULACION

PROGRAMA GENETICO

EVOLUCION

Cuadro 1. Características específicas de los organismos vivos (de Mayr, modificado)

. Los mismos componentes que la materia inanimada, pero organizados enmoléculas específicas: proteínas, ácidos nucleicos, hormonas, etc.

. Sistemas complejos, ordenados, con capacidad de regulación; la célula,unidad de organización.

. Intercambian energía y materiales del medio.

. Los organismos pasan por secuencias precisas de etapas, por ejemplo:cigoto, embrión o larva y adulto.

. Mecanismos reguladores y de control que mantienen el sistema en equi-librio dinámico.

. Las macromoléculas se sintetizan de acuerdo con las instrucciones delprograma genético transmitido hereditariamente.

. Los organismos cambian como resultado de la acción de la selecciónnatural sobre incontables generaciones.


La primera refutación experimental de la generación espontánea se debe aFrancesco 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 sonlarvas 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 este experimento no acabó conla creencia en la generación espontánea, pues el propio Redi creía que los gusanosintestinales o las larvas xilófagas surgían por sí mismos (Oparin, 1970). Aunque a lolargo de los siglos XVIII y XIX numerosas observaciones llevan a abandonar la creenciade que vertebrados o insectos pudiesen surgir de la nada o de materia en descompo-sición, seguía persistiendo esta noción para los microorganismos entre naturalistastan destacados como Buffon. En el siglo XVIII Needham y Spallanzani realizaron lamisma experiencia –calentar caldo y taparlo herméticamente– con resultados opues-tos: en el de Needham aparecían microorganismos y en el de Spallanzani, no (lo queel 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 partidariode la generación espontánea y el segundo contrario a ella. La polémica continuóhasta 1862 en que Pasteur, mediante un brillante experimento, demostró que elcaldo 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 seresvivos 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 marcodiferente para abordarlo, al establecer una continuidad entre los primeros seres vivosy los actuales. En 1924 Oparin realizó una propuesta que pone como condición parala «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 ingeridospor algún organismo, y en segundo lugar esta síntesis sería posible en una atmósfe-ra reductora (que permitiría la formación de compuestos orgánicos del carbono), noen la actual atmósfera oxidante. Los trabajos de Oparin, Haldane y Urey fueron labase 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 evolucionismoLa 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 fenómenosbiológicos. Pero, además de constituir una revolución en la comunidad científica, elmodelo 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 suaparición 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 cambiala posición del ser humano, haciendo de él un producto de la evolución emparentadocon 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 origende las especies– ha ocupado y ocupa gran parte del imaginario colectivo sobre laevolución, 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 loslibros de texto ni siquiera se alude a ella (Jiménez, 1990). A lo largo de la historia,esta pregunta recibió dos tipos de respuestas: las fijistas suponían especies inmu-tables, fijas, que habrían aparecido simultáneamente; más adelante algunos fijistascomo Cuvier admitieron cambios o diferentes creaciones. Una variedad del fijismo esel creacionismo, apoyado en la autoridad de la Biblia, y en general en la ideologíareligiosa, que se opuso frontalmente al evolucionismo mediante propaganda,prohibiciones y condenas papales. Las conexiones entre la jerarquía religiosa y elpoder político causaron que la enseñanza de la evolución estuviese prohibida enmuchos 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 sushipótesis han sido refutadas científicamente, por lo cual hoy debe considerarsefuera del ámbito científico.

Las explicaciones evolucionistas, que suponían transformaciones o cambios enlos organismos a lo largo del tiempo y parentesco entre ellos (es decir, que las espe-cies actuales proceden de antepasados diferentes a ellas), son anteriores a Darwin yLamarck. Lo que diferencia el modelo darwinista de otros anteriores es la propuestade un mecanismo de cambio: la selección natural, basada en la variedad intraespecí-fica, la excesiva descendencia y la supervivencia diferencial, basada en Malthus. En Elorigen de las especies Darwin acepta como posibles otros mecanismos propuestos porLamarck, 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 en1866 e ignorado por la comunidad científica hasta 1900) impidió a Darwin completaralgunos 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 evoluciónpor 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-cífica, 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 losprogramas de investigación en biología. Como dice Sober (1996) pueden formularsepreguntas evolucionistas acerca de cualquier fenómeno biológico. La evolución haceque 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 experimentossobre 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 conlas dificultades de aprendizaje de la evolución.

126


¿Cómo se transmiten los caracteres de una generación a otra?Herencia continua o discontinua. ¿Cómo se desarrolla un individuo?Epigénesis o preformismoAbordaremos los demás problemas de forma más breve, comenzando por la

transmisión de caracteres de progenitores a descendencia. Hasta mediados del sigloXIX algunas explicaciones propuestas eran la predominancia de un sexo (para Leeu-wenhoek, en el siglo XVIII, los caracteres paternos predominan sobre los maternos); lamezcla o fusión entre caracteres paternos y maternos que proponía Buffon y el ata-vismo o reversión al tipo, que pretendía explicar la aparición en los descendientes deun carácter que no poseían sus padres, sino antepasados anteriores (lo que en épocade 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 sediscute 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, debidoa su formación matemática, formuló la pregunta en términos de las relacionesnuméricas entre las diferentes formas (fenotipos) resultantes del cruce de híbridos.Como se menciona en el capítulo «Comunicación y lenguaje en clase de ciencias»,realizó un novedoso tratamiento estadístico de los resultados, explicándolos porun 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 lascombinaciones entre los «factores» resultan las diferentes formas (fenotipos) po-sibles en la descendencia. Este genial trabajo pasó desapercibido desde 1866hasta 1900, por varias razones (Jiménez y Fernández, 1987), entre las cuales seencuentra la falta de formación matemática de sus contemporáneos, que les im-pidió comprenderlo plenamente.

Otra cuestión difícil de resolver, relacionada con el problema de la herencia, erala del desarrollo. En un principio ambas se planteaban conjuntamente, en términosde 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 lamayoría 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 animalculistas, para quienes la cría está en el espermatozoide («animálculo»), yel papel de la hembra sería alojarlo o proporcionarle alimento –que estaría en elóvulo–. 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 otrascomo muñecas rusas. Los preformistas llegaron a dibujar un homúnculo acurrucadodentro de un espermatozoide que aseguraban haber «observado» al microscopio (fi-gura 1 en la página siguiente). Aunque hoy en día estas teorías pueden parecer des-cabelladas, los preformistas alegaban que era imposible que los complejos tejidos yórganos de los organismos se formasen a partir de principios elementales.

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La teoría celular, es decir, la noción según la cualtodos los organismos están formados por células, pro-puesta por Schwann en 1839, proporcionó un nuevomarco en el que concebir como células tanto al esperma-tozoide como al óvulo. En 1876 Hertwig mostró que lafecundación implicaba la fusión de ambos núcleos enuno nuevo que a partir de ese momento se dividía paraoriginar la cría. Los complejos mecanismos por los quecélulas con idéntica dotación genética dan lugar a teji-dos y órganos muy diferentes tuvieron que esperar alúltimo tercio del siglo XX para ser desentrañados.

¿Qué relaciones tienen los seres vivosentre 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. ParaGiordan (1988) puede considerarse precursor a Linneo,con su concepción providencialista de la armonía de lanaturaleza debida al designio divino, expresada en 1735en su Systema Naturae. Un trabajo pionero es la Geo-grafía de plantas de Humboldt, de 1805, que atribuye ladistribución de los vegetales a la temperatura, la altitudy los factores físicos, mientras que otro gran impulsoprocede de Darwin, quien refutó el providencialismo,explicando la «armonía natural» en términos de compe-tencia, predación o fecundidad, y estudió aspectos comola dependencia entre plantas e insectos o el papel de laslombrices en la formación del suelo. Una polémica queha 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 deestas comunidades así como de los ecosistemas, concibiendo la cubierta vegetalcomo un continuum que cambia gradualmente. En todo caso la ecología es un campoen 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 históricaAunque durante el siglo XX algunos autores han discutido el carácter científico

de la biología, al no prestarse a una formulación mediante ecuaciones, tomaremoscomo 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-

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Figura 1. Homúnculo


taremos brevemente, siguiendo a Mayr (1998), algunos de los aspectos metodológicosque le son específicos: la narración histórica, el pluralismo causal, el probabilismo yel papel de los conceptos.

Narración histórica y fenómenos únicosLos seres vivos cambian continuamente, tanto a nivel individual como a lo largo

de generaciones. Muchas de las preguntas que se hace la biología se refieren –comoocurre en geología– a fenómenos únicos e irrepetibles, por ejemplo: ¿por qué se ex-tinguieron los dinosaurios? o ¿cómo se originaron los ojos de los cefalópodos?, cuyasrespuestas no pueden formularse como leyes universales. El método apropiado enestos 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 las pruebas disponiblesla apoyan.

Pluralismo causalLos 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. ¿Porqué es muy alta determinada persona? Sin duda el genotipo, la combinación degenes, 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 setrata de interacciones entre dos o más individuos, que tienen varias opciones de ac-tuación, resulta imposible predecir la cadena causal, aunque sí puede reconstruirsea posteriori. Lewontin (2000) apunta la distinción entre causas y agentes, indican-do que los organismos cambian, pero también modifican el ambiente; relacionesgenes/ambiente/organismo que denomina la triple hélice. También hay que tener encuenta que los procesos o fenómenos biológicos tienen, como indica Mayr, dos tiposde causas: funcionales y evolutivas. Por ejemplo, podemos explicar el dimorfismosexual, funcionalmente, como consecuencia de los cromosomas sexuales, de las hor-monas, o evolutivamente.

Azar y probabilidadEn muchos casos las predicciones en biología sólo pueden expresarse como

probabilidades. Por ejemplo, en genética, en la descendencia de un cruce de híbridospara 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 lasfrecuencias reales sólo se aproximarán a las esperadas en muestras grandes, mien-tras que en muestras pequeñas la distribución no tiene por qué cumplirse (aunqueresulte frustrante para los padres que un tercer hijo sea del mismo sexo que los dosanteriores). Siendo la genética esencialmente probabilística, resulta difícil entenderpor 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, algunaspueden depender del azar, así por ejemplo las mutaciones aleatorias, que tan impor-tante papel juegan en la evolución.

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El papel de los conceptosLos conceptos juegan, como indica Mayr (1998), un papel fundamental en la

formación de las teorías biológicas, mientras que en las ciencias físicas quizás estepapel 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, antígeno, clonación, y el desarrollo de algunos de ellos ha resultadocrucial 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 variasposibles, teniendo en cuenta los datos disponibles. Pero esta elección y búsqueda dedatos cuenta con aspectos metodológicos particulares que hay que tener en cuenta.

El aprendizaje de la biología: desafíos en el aula de secundariaLos 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 menosa primera vista, los resultados del aprendizaje de la biología son aceptables en parte delos 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 servivo, animal o 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 enel 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 deactitudes. A continuación se presenta un análisis didáctico de algunos temas, en primerlugar 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 desecundaria obligatoria, teniendo en cuenta que se pretende la mayor especificidad po-sible, por lo que no se incluyen dificultades sobre procedimientos y actitudes comunesa 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 continuacióndos ejemplos: los seres vivos y la ecología, en cada uno de los cuales se analizan losproblemas 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 Barkery 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 unalocalidad, o incluso en un parque.

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Los seres vivos

Plantas y fotosíntesis

Animales

Ecología

El ser humano y la salud

TEMA DIFICULTADES DE APRENDIZAJE

Cuadro 2. Algunos ejemplos de dificultades de biología en secundaria obligatoria

. Conceptos: confusión entre atributos de vivo y de animal; presencia nouniversal de células; «vivo» restringido a «animal»; creencia en generaciónespontánea (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 demicroorganismo con «perjudicial».

. Conceptos: atribución de presencia de flores y frutos sólo a plantas que lostienen conspicuos; confusión fruto/fruta; las plantas se «alimentan» delagua, la tierra.

. Procedimientos: dificultades en la identificación de plantas del entorno.

. Actitudes: falta de interés por la conservación de plantas; no inclusión deconocimientos sobre árboles en la «cultura general».

. Conceptos: «animal» restringido a vertebrados/mamíferos; antropomorfismo.

. Procedimientos: dificultades en la identificación de animales comunes delentorno.

. Actitudes: desinterés por la conservación de insectos.

. Conceptos: ecosistema restringido a seres vivos; percepción lineal de lasrelaciones (cadenas, no redes); concepción estática.

. Procedimientos: dificultades en la interpretación de redes alimentarias; enla escala de tiempo, en atribución causal.

. Actitudes: «problema ambiental» restringido a contaminación, escasaatención a recursos, sobre todo abióticos; dificultades para aceptar la pro-pia responsabilidad personal.

. Conceptos: confusión entre nutrición y alimentación; papel de la nutriciónrestringido a aporte de energía, ignorando nutrientes plásticos; confu-sión excreción/defecar; creencias inadecuadas sobre dieta equilibrada;insuficiente conocimiento sobre reproducción, embarazo, ETS; estereotipossobre contagio.

. Procedimientos: dificultades para la interpretación del etiquetado de ali-mentos.

. Actitudes: falta de disposición a seguir una dieta equilibrada de formacontinuada; estereotipos sobre sexualidad y roles de género.


Los seres vivosEn 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 laaplicación del mismo a objetos inanimados (Osborne y Freyberg, 1991). Algunas deestas dificultades pueden deberse a la coexistencia de dos significados: vivo opuestoa 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 mayoríadel 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 quepermiten diferenciar a los seres vivos de los inertes, por ejemplo los delcuadro 1 de la pagina 124.

2. Establecer una identificación de «ser vivo» con «animal», negando atributosde los seres vivos a plantas o a microorganismos.

Una actividad que tiene por objetivo movilizar las ideas del alumnado sobreestas 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 aacuerdos 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 oatributos aceptables (nacen, se reproducen... o comen, respiran) es alto desde los 12años, 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 citanfunciones y actividades animales (ver, oír...) o humanas (pensar, recordar...); cuandodicen «se mueven» es difícil saber si se refieren al desplazamiento o a movimientoscomo los tropismos. En otras palabras, decir que identifican «ser vivo» con «animal»,no significa que ante la pregunta directa: ¿son seres vivos las plantas? respondannegativamente, sino que no tienen en cuenta a las plantas. Caballer y Giménez (1992)muestran que el 86% del alumnado de 13 años responde que los animales sí estánformados 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 yexperiencias sobre plantas.

La actividad pretende movilizar sus ideas sobre los seres vivos, provocar que lasapliquen; 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

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es que, al discutir las razones por las que consideran (o no) que las habichuelas sonseres vivos, elaboren un listado de rasgos que, según ellos, los caracterizan.

En cuanto al desarrollo de destrezas de clasificación y determinación, convienemencionar la confusión entre ambas. Clasificar significa agrupar a los organismos encategorías taxonómicas (como hicieron Linneo o Lamarck, entre otros). Lo que suelehacerse en las clases de ciencias es determinar, es decir identificar a qué categoríaspertenece un organismo (sea árbol, insecto, etc.) clasificado con anterioridad.Ambas destrezas, clasificar y determinar, son objetivos de las ciencias, pero convieneaclarar cuando trabajamos una u otra. Las destrezas de determinación y el trabajocon claves suelen figurar como objetivo en el currículo de ciencias y, aunque en lareforma 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.º de bachillerato) implican el desa-rrollo de las destrezas correspondientes. Sin embargo, parece que no siempre setrabajan en el aula. Sahuquillo, Jiménez y Díaz (1993) han encontrado que en 2.º y3.º de la licenciatura en biología sólo un 22% y un 8% de los estudiantes dicen haberempleado claves en el bachillerato, dato confirmado por el bajo grado de aciertoen tareas con ellas.

El desarrollo de destrezas pasa por ejercitarse en el uso de las mismas; en estecaso 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! (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 clasificar (es decir, hacer grupos) las conchas que tiene utilizando los crite-

rios que establezca, por ejemplo: forma, simetría, color, tamaño, textura etc. Hay que tener encuenta 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 cadagrupo y subgrupo; por ejemplo si el primer criterio es la textura y el segundo el color, los gru-pos podrían ser: A lisas y B estriadas o rugosas; A1 lisas blancas, A2 lisas estriadas, etc.

2. Distribuid los grupos en la mesa y escribid sólo los códigos (A1, B2, etc.) en una etiqueta juntoa cada uno. Escribid en un papel los criterios y lo que significa cada código y entregadlo alprofesor o profesora.

3. Los equipos se cambian de mesa, rotando, y cada equipo debe intentar averiguar los criteriosque ha utilizado el anterior en su clasificación. Al final lo comparan con lo escrito en el papely, si es necesario, piden aclaraciones.

En esta actividad hemos escogido a propósito un material más homogéneo queen otras, en las que se usan organismos de distintos grupos, para que los alumnostengan que proponer sus propios criterios de agrupamiento o clasificación. En lugaresdel interior puede realizarse con hojas, setas, gramíneas, etc. Para la identificaciónes conveniente utilizar claves sencillas de plantas o animales del entorno.

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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 cuerposegmentado, y usaba otro criterio de tipo jerárquico: la «escala natural», con unorden creciente de «perfección». En su Historia de los animales los clasifica en dosgrupos: con sangre y sin sangre, con subdivisiones que persisten apenas modificadashasta Ray en el siglo XVII como se ve en el cuadro 3.

La clasificación de Aristóteles tiene aspectos más modernos que la de Ray, al incluiren los cuadrúpedos vivíparos a cetáceos, focas y murciélagos. En el siglo XVI se realizaronclasificaciones de influencia platónica, que incluían en los peces toda clase de animalesacuáticos: crustáceos, moluscos, ranas, cetáceos, castores (por lo que la Iglesia autorizó acomerlo 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 fueroncreadas por Linneo en 1758, aunque la clasificación ha sufrido modificaciones y hoy seemplean frecuentemente cinco reinos (Margulis y Schwartz, 1985).

Algunos ejemplos de actitudes específicas relacionadas con este tema puedenser la conciencia de la importancia de la conservación de las especies y la apreciaciónde 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 proporcionan-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 labiodiversidad.

. 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. Cadagrupo debe buscar (con ayuda de documentación) argumentos para defender su postura.

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. Cuadrúpedos.

. Aves.

. Reptiles (incluyen anfibios).

. Cetáceos (Aristóteles en cuadrúpedos).

. Peces.

. Moluscos (cefalópodos).

. Crustáceos.

. Bivalvos.

. Insectos (incluyen gusanos).

CON SANGRE

SIN SANGRE

Cuadro 3. Clasificación de Ray (de Jahn y otros, 1990)


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 el75% son contrarios a la cría intensiva de animales para comida o uso de la piel, menosdel 50% piensan que todos los animales deben ser conservados, quizás porque es unacuestión 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 ecosistemasnaturales 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 estáseguro) que la experimentación con animales haya mejorado la vida de las personas.

Ecología y medio ambienteA 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 conceptosecológicos; por ejemplo, comprender las redes alimentarias de un ecosistema impli-ca: identificar los niveles alimentarios, las conexiones entre ellos, el reconocimientode que estas conexiones no son lineares (cadenas) sino 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 FernándezManzanal 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 encuenta 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 entre éstos; representan las relaciones comocadenas 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 alimentarias. Determinar el efecto deun cambio en la población predadora sobre la población presa resulta relativamentesencillo (a la inversa menos), pero no ocurre lo mismo si la segunda población no estáen la misma cadena, en casos en que el efecto puede transmitirse por más de unaruta. Para poner de manifiesto la complejidad de las redes, proponemos la siguienteactividad, a partir de la figura 2 de la página siguiente.

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La figura representa parte de una red alimentaria en el parque de Doñana, en la que las flechasindican 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 áreasdonde 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 esjustamente 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,líquenes) como indicadores del grado de contaminación en distintos puntos de unaciudad o propuestas como las del proyecto CAMBIO (Fernández Rojero, 1993).

En la ecología se ponen de manifiesto aspectos metodológicos característicosde la biología, como el pluralismo causal. La siguiente actividad puede ayudar a queel alumnado comprenda que en muchos casos un efecto se debe a la interacción dedistintos factores.

¿Por qué desaparecen las ranas?Desde 1989 los herpetólogos advierten de una disminución alarmante de las poblaciones deanfibios (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.

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Figura 2. Red alimentaria en Doñana

Conejo

MeloncilloZorro

(Fuente: Delibes, 2001)

Lince


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 auna infección por el hongo quitridium (Bachachotrydium dendrobatidis), que desde entoncesse 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 condicionesnaturales? ¿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 unsolo 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 predaciónpor los zorros introducidos por los europeos. Aunque puede ser uno de los factoreshay que tener en cuenta otros como la degradación del hábitat, las consecuencias delpastoreo y la ganadería intensiva o la competencia por el alimento por parte de her-bívoros introducidos (ratones, conejos).

Otras cuestiones tienen que ver con la dificultad de razonar en términos depoblaciones (Berzal y Barberá, 1993), lo que también interfiere en el aprendizaje de laevolución. La interpretación que se da a las relaciones entre los organismos estácargada 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 lanaturaleza», «para mantener el equilibrio ecológico» (Jiménez, 1990). Llamamos«ecologicistas» a respuestas como éstas en las que un objetivo de finalidad se erigeen factor causal, llevando ideas de la ecología (o del ecologismo) más allá de sucampo de validez.

Esto nos lleva a la cuestión de las actitudes y valores, que en este tema cobraespecial relevancia, pues si la educación ambiental debe impregnar todas las áreastransversalmente, parece inconcebible tratar de los ecosistemas sin hacer referenciaa 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 enconocimientos y no estar guiados por meras opiniones. Cristina Pereiro muestra ensu tesis doctoral cómo los estudiantes de bachillerato son capaces de evaluar un pro-yecto (real) de saneamiento ambiental movilizando conceptos 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 ambientalespor 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

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que merece atención es la dificultad para aceptar la propia responsabilidad en losproblemas del medio. A continuación se incluye una actividad utilizando datos deDelibes (2001).

¿Gatos sí o gatos no?En varias islas de Canarias (Tenerife, Hierro, Gomera) subsisten pequeñas poblaciones de lagartosgigantes. 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 (porejemplo, Australia) alegando los derechos animales.Otras propuestas intermedias consistirían en registrar a los gatos y eliminar a los que no tuviesendueño, 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 DollySi 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 hadetectado algunos problemas de aprendizaje sobre los temas tratados en este tramoy algunos de ellos se resumen en el cuadro 4.

Estudios de diferentes países coinciden en señalar las mayores dificultades enlos temas de genética y evolución, muy relacionados entre sí. Las dificultades deaprendizaje 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 deespacio, abordaremos únicamente el aprendizaje de la selección natural y la biotec-nología como ejemplo de cuestión biológica de fuerte impacto social.

El cambio biológicoLa interpretación de los cambios que han experimentado las especies a lo largo

del tiempo como un proceso de selección natural constituye un modelo de granpotencia 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 elmundo y la posición de los seres humanos en él. Sin embargo, como han mostradodiversos estudios, en castellano Jiménez (1990, 1991) o Manuel y Grau (1996), elaprendizaje de la evolución tropieza con numerosos obstáculos.

Para discutir estas dificultades una actividad que resulta productiva en el aulaes el análisis de noticias de prensa, como las que se muestran en la página 140.

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La célula

Fisiología

Genética

Evolución

Enfermedades infecciosas, inmunología


Cuadro 4. Algunos ejemplos de dificultades de biología en el bachillerato

. Conceptos: célula tridimensional versus célula plana; membrana ce-lular como límite pasivo; períodos de «inactividad» entre mitosis;confusión niveles de microscopía óptica y electrónica.

. Procedimientos: dificultades de interpretación de muestras con elmicroscopio; atribución de rasgos macroscópicos.

. Conceptos: falta de integración entre digestión, circulación y respira-ción; vasos y órganos «impermeables»; fotosíntesis como intercambiode 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.

. Conceptos: confusión gen/alelo; determinismo versus probabilismo;atribución del origen del fenotipo sólo al genotipo; confusión célulassomáticas/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 lamanipulación genética.

. 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 alas poblaciones.

. Procedimientos: aplicación del modelo de selección natural a situacio-nes de cambio biológico.

. Actitudes: delimitar campo de creencias de modelos y teorías científicos.

. 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 instruccionesen medicamentos.

. Actitudes: automedicación; uso inadecuado de antibióticos; prejuiciossobre 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 fueuna 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 1? ¿Y en 2? ¿Serías capaz de explicar alguno deestos dos problemas, o los dos, de otra forma?

A la mayoría del alumnado de bachillerato le resulta difícil criticarlas o dar unaexplicación 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 naturalcontinúa 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.

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Variabilidad

Excesiva descendencia

Supervivenciadiferencial

Cambios en lapoblación

MODELO DARWINISTA MODELO LAMARCKISTA

Cuadro 5. Ideas centrales de las interpretaciones darwinista y lamarckista

. Hay diferencias heredadas entre losindividuos de una misma especie,no son idénticos.

. En la mayoría de las especies nacenmuchos más descendientes de losque pueden sobrevivir.

. Los individuos que presentan ciertorasgo (mejor adaptados) aportanmás descendientes a la siguientegeneración (preadaptación).

. Cambia la población, aumentandoo disminuyendo la proporción deindividuos con uno u otro rasgo(portadores de uno u otro alelo).

. Todos los individuos de una especieadquieren o pierden un rasgo a lavez.

. Los descendientes de los seres vivossobreviven todos o casi todos.

. Todos los individuos están un pocomás adaptados en cada generación,«acostumbrándose» al medio (posta-daptación).

. Cambian los individuos adquiriendoo perdiendo un rasgo dado.

IDEAS CENTRALES


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 oantibiótico) lo que daría lugar a una nueva población formada por sus descendientesen 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 entérminos 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 cambiosde 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 oantibiótico («reforzado por el aprendizaje de décadas en contacto con antibióticos»).Cierto que esta exposición, sobre todo cuando se hace de forma inadecuada comoocurre 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 unapequeña proporción, son ahora los únicos que tienen oportunidad de reproducirse sincompetencia.

¿Por qué es tan difícil aplicar el modelo de selección natural a situaciones decambio 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 transformanquizás por no comprender que algunos pueden poseer determinada carac-terística (resistencia). Suele pensarse en la herencia como un mecanismoque conserva las semejanzas y no las diferencias.

2. Excesiva descendencia: requisito para la supervivencia diferencial (si todossobreviven las proporciones no cambian). La experiencia (especie humana,animales domésticos) puede llevar a creer que la supervivencia de todas lascrías es lo normal.

3. Supervivencia diferencial: idea clave para comprender la selección natural,pero es más intuitiva la creencia en cambios individuales y graduales, «cadavez» «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 imperceptibles.

¿Son todas las situaciones de cambio biológico igualmente difíciles de inter-pretar? Puesto que la interpretación requiere integrar estas complejas ideas, no esextraño que sea difícil aplicarlas a otros contextos. Las dificultades de transferenciapueden 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 unosratones nacerán sin cola tras cortársela durante varias generaciones. En la mayoría

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de los ejemplos de los libros la población, después de cambiar, presenta un rasgo quesupone una ventaja: color más oscuro en un ambiente contaminado (polilla geóme-tra) o patas más largas. En nuestra experiencia problemas que presentan el casoopuesto, 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 queestán «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 elmodelo 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 ainterpretar 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 laaplicación 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 deellas es que las diferencias en el número de genes entre el ser humano (alrededor de 30.000, muylejos 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, trascopiarse una y otra vez y experimentar mutaciones, ha quedado inutilizado (el llamado «ADNbasura»). Un caso curioso es el olfato:[Nuestros] antepasados usaban alrededor de 1.000 genes en relación con el olfato. Pero en losúltimos 10 millones de años, alrededor de 600 de esos genes de los receptores olfativos se hanperdido. El genoma humano indica que nuestro sentido del olfato ha disminuido. Normalmentecuando un gen no se necesita es rápidamente destruido al copiar errores. (Mark Ridley, TLS, 19octubre 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 facilitar 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 genéticaLa enseñanza de la biología se enfrenta en la actualidad a nuevos desafíos

en relación con investigaciones de gran impacto social, tanto en términos detransformaciones (reales o potenciales) de las condiciones de vida humanas, como

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en términos de percepción social. Esto ocurre con el proyecto Genoma, con lasaplicaciones de la biotecnología (incluyendo clonación e ingeniería genética) ycon 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 encuenta que la pobreza imposibilita o dificulta un desarrollo armónico del ambien-te; que no es posible enfrentarse al sida en África sin actuar sobre las condicionessociales. En este contexto se ponen de manifiesto conexiones inextricables entreinvestigación científica 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 espaciomuy superior al disponible, por lo que el objetivo de este apartado es identificar al-gunas de las controversias en torno a la manipulación genética y sus implicacionessociales y éticas, sugiriendo estrategias para abordarlas en el aula. Distinguimos estasdos 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 palabrasde Amartya Sen, de poder elegir entre niños o niñas. Se trata de un ejemplo de loque 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 formanatural el azar se encarga de que nazcan niños y niñas en la misma proporción (enla 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 larealidad muestra que, al menos en determinados contextos, no ocurre esto. Aún sinselección en la concepción, las técnicas que permiten conocer el sexo del embriónhan 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 enIndia, un déficit de 37 millones de mujeres, con la caída de la relación niñas/niñosde 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 estadesigualdad 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 alelosrecesivos, como la fibrosis quística, la selección mediante aborto selectivo conduce,como indica Soutullo (1997), al aumento de la frecuencia del gen en la población, alfavorecer 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:

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El estudio de los cromosomas en seres humanosHasta 1956 (Tjio y Levan) se creía que el número de cromosomas de la especie humana era 48 (24pares en vez de 23). Algunos de los trabajos anteriores más importantes sobre los cromosomas enla 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 razanegra y uno de raza blanca, internos de un manicomio que, por masturbarse o comportarseviolentamente, 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? ¿Encuál?

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 estarrelacionado con los problemas en la determinación del número, al aparecer en los va-rones 24 cromosomas morfológicamente distintos. Por otra, las ideas eugenésicasque conducirían a la castración de internos por los motivos apuntados, sin que Paintercritique esta cruel forma de obtener muestras.

Clonación: mito y realidadLa 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 maroriginaba, 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 granescala 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 recientessagas de cine. Cuando en 1996 el instituto Roslin anunció la creación de Dolly, unaoveja clonada a partir de una adulta, la mayor polémica giró sobre la clonación deseres humanos, pues era evidente que el camino quedaba abierto. Las cuestiones im-plicadas en la clonación, además de los conocimientos genéticos específicos, van deldeterminismo biológico al impacto que podría tener en los pequeños agricultores yganaderos la dependencia de organismos suministrados por una empresa, cuestiónque 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) parecepoco probable, mientras que la línea de investigación que se está siguiendo –en lospaíses 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,

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algunos entienden que se originarían individuos totalmente idénticos, lo que revelauna posición determinista. Dos personas pueden compartir el genotipo y, debido a lainteracción 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. Desdeel punto de vista ético la clonación reproductiva de seres humanos es rechazable.

Organismos transgénicos y patentes de genesOrganismos transgénicos son en sentido estricto aquellos en los que se han in-

troducido genes ajenos, aunque a veces se incluye en este grupo cualquiera que hayasido manipulado genéticamente. Este segundo caso es el del tomate de reblandeci-miento lento, que lleva un «gen antisentido» que codifica un ARN complementario delARN del enzima diana (responsable de que el tomate se ablande); ambos ARN hibridany la síntesis del enzima no tiene lugar. Este tomate no contiene ningún gen o proteínade otra especie. El maíz resistente a los insectos lleva un gen de la bacteria del sueloBacillus thuringiensis (Bt) que codifica una proteína de acción insecticida, y la ovejaTracy 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 asma).

¿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 (véansedirecciones 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 continuaciónexpón 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/avalls (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 convencionales en la agricultura, al producirel insecticida la propia planta; o de usar herbicidas selectivamente (al ser la planta

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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, bienalimentos como glucosa o fructosa (maíz), o medicinas (ATT, insulina).

Entre las razones a favor de un mayor control sobre ellos, hay argumentoséticos, por ejemplo que el genoma de los organismos es patrimonio común y nopuede ser patentado por una empresa, especialmente en el caso de plantas nativasde 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 procesosterminator impiden que la planta las produzca), o al tener que usar conjuntamentecultivo y herbicida; la producción de fructosa a partir del maíz ya ha causado la caídade los precios del azúcar y la pérdida de puestos de trabajo (igual que ocurrió antescon 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 genesde cultivos resistentes a herbicidas hacia variedades silvestres, lo que podría originarmalezas difíciles de eliminar; la selección de variedades de insectos resistentes (comoocurrió 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 plantasresistentes para otras especies que no son plagas (como el maíz transgénico para lamariposa monarca). Los críticos piden más control, sobre todo teniendo en cuentala dificultad de separar cuestiones científicas de intereses económicos.

Otras actividades didácticas sobre biotecnología y cómo evaluarlas han sidotratadas 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 formaciónde un pensamiento crítico, puesto que nuestros objetivos no se reducen a enseñarbiología, sino que también incluyen formar ciudadanos y ciudadanas capaces de re-solver problemas, de participar en la toma de decisiones.

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La enseñanza y el aprendizaje de la geología

Emilio PedrinaciIES El Majuelo. Gines (Sevilla)

En este capítulo se ofrece una perspectiva de conjunto de la didáctica de la geología tratando lassiguientes cuestiones:. ¿Hacia dónde va la geología?

Se presentan cuatro tendencias clave que han condicionado la situación actual de la geologíay 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 dela 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 desdeel 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 ajustadaa 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 otropara el bachillerato: el descubrimiento de la edad de la Tierra.

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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 taninnovadoras 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 cambiosocurridos en esta ciencia durante las últimas décadas aunque, sin duda, ningún otroha 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 elprofesor 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 tropezarel alumnado y se han elaborado secuencias y modos de tratamiento diseñados parafranquearlas.

Cualquier propuesta fundada que se realice para la enseñanza de la geología enla educación secundaria, necesita considerar tanto los profundos cambios ocurridosen las ciencias de la Tierra en las últimas décadas, como las aportaciones realizadasdesde la didáctica en este periodo. Así, la alternativa que aquí se formula se apoyaen tres pilares básicos:

. El estado actual de la geología y las tendencias que muestra. Como todaciencia, 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 deejes en torno a los cuales organizar el conocimiento geológico.

. Las aportaciones realizadas desde la didáctica de la geología. El análisisde la historia de la geología y las investigaciones realizadas sobre las ideas delos estudiantes muestran las dificultades que ofrece la construcción de cier-tas nociones geológicas básicas. Conocerlas nos ayudará a adoptar decisio-nes acerca de los contenidos que se seleccionan, del orden en que convienetratarlos o del nivel de formulación que puede resultar más adecuado paraun determinado nivel educativo.

. Las características de los estudiantes a quienes va dirigida. Con indepen-dencia del tipo de conocimiento geológico seleccionado para su enseñanzay aprendizaje, deberán considerarse las características de los estudiantes deestas edades y el modo en que construyen el conocimiento. Ello nos ayuda-rá a establecer las estrategias de enseñanza más adecuadas a los objetivospretendidos.

Puede parecer una obviedad señalar que éstos son los elementos sobre los que sesustenta la propuesta, sin embargo los libros de texto y, lo que resulta más grave,los currículos oficiales no siempre los toman en consideración.

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¿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, deuna parte, en el análisis del estado actual del conocimiento geológico y, de otra, enlas dificultades de aprendizaje que ofrece.

¿Hacia dónde va la geología?Desde su nacimiento como ciencia a finales del siglo XVIII 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 ofrecenuna perspectiva de su evolución marcando las tendencias que cabe prever para elfuturo 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 entendercómo funciona la Tierra. Sin embargo, la geología clásica ha centrado du-rante demasiado tiempo sus estudios en los componentes más descriptivos.La tectónica de placas puso de manifiesto la importancia de comprender lasclaves del funcionamiento del planeta y cómo ese conocimiento deja tras-nochadas ciertas descripciones, al tiempo que dirige la observación haciaelementos 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 habíaproducido una revolución en las ciencias de la Tierra se lamentaba de ladesproporción que existía entre el elevado número de investigaciones cen-tradas en el «cómo es» en comparación con las que tienen puesta su miradaen el «cómo funciona».

. Del uniformismo al neocatastrofismo. Charles Lyell, considerado el padrede la geología, publicó entre 1830 y 1833 su obra cumbre, Principles ofGeology, 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 delas 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 producircambios como el plegamiento de unos estratos o la elevación de una cordi-llera. Para los catastrofistas de la época estos cambios habían sido el resul-tado de grandes eventos, relativamente frecuentes en el pasado pero que noocurrían hoy: las catástrofes.

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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, gradualesy continuos defendidos por los uniformistas sino también otros esporádicospero muy intensos que, sin duda, podemos calificar de catastróficos. Explicar la historia de la Tierra exige dar entrada tanto a los procesos gra-duales como a los catastróficos. Esta perspectiva ha sido denominada porHsü 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, ensu obra Theory of the Earth (1788) describe la historia de la Tierra como unasucesión ininterrumpida de ciclos que tienen su motor en «el calor del inte-rior terrestre». Así, esta energía levantaría el relieve que sería destruido porlos agentes externos. Los materiales resultantes se depositarían en el mar; elcalor interno los consolidaría y de nuevo los levantaría, de modo que se re-petiría una y otra vez este ciclo geológico con sus fases de construcción delrelieve y destrucción. Para otros, como Abraham Werner, la historia de la Tierra seguía un proce-so lineal. Así, la Tierra primitiva debió de encontrarse completamente su-mergida bajo las aguas. De una u otra forma, a lo largo de la historia del pensamiento geológico seha 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 lahistoria de la Tierra como una secuencia lineal y continua. Sin embargo, hoyse considera mayoritariamente que la historia de nuestro planeta no se ajus-ta a ninguno de los dos modelos. Los procesos geológicos se repiten, pero nosu secuencia ni las condiciones en las que lo hacen. La historia del planetaes irreversible aunque no lineal.

. Del reduccionismo al holismo. El dominio casi absoluto de los enfoquesreduccionistas en el desarrollo de la geología se quebró en la década de1960, como consecuencia de la irrupción de la teoría de la tectónica de pla-cas. Esta teoría tiene la virtud de permitir relacionar cambios a pequeñaescala con otros a escala regional y planetaria, integrándolos en una di-námica global. Pero a pesar de ser importante este salto, no ha sido el único que se haproducido hacia una perspectiva holística. Así, en su informe de 1997, laAmerican Geophysical Union afirma que «se está produciendo una revolu-ción en las ciencias de la Tierra» como consecuencia de la consideraciónde la Tierra como un sistema. La conveniencia de esta perspectiva ya habíasido atisbada por Wilson (1968): «debemos estudiar la Tierra como untodo, como un sistema único». También Le Pichon (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 oceano-

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grafía están acentuando la necesidad de una interdisciplinariedad y glo-balidad mayor que la proporcionada por la teoría movilista para abordarnuevos problemas. En una línea similar, Anguita (2000) sostiene que «laTeoría General de Sistemas ha cambiado nuestra forma de estudiar lasciencias 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 momentomás 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 cadavez son más las voces que lo defienden (por ejemplo, Mayer y Armstrong, 1990, oDuschl, 2001).

La geología está constituida por un cuerpo organizado de conceptos, teorías yprincipios, así como por los procedimientos utilizados para generar, organizar y va-lorar esos conceptos, teorías y principios. No resulta fácil delimitar cuáles de esosconocimientos son los que estructuran esta ciencia y, sin embargo, hacerlo es un pasoobligado para elaborar una propuesta de enseñanza fundada.

Gowin (citado por Novak, 1982) sugiere un conjunto de interrogantes que ayu-dan a desentrañar los conocimientos clave de una disciplina. De ellos reseñamos losque pueden resultar más útiles para el caso que nos ocupa:

. ¿Cuáles son las preguntas clave a las que responde el conocimiento de ladisciplina 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, dedicando especial atención a laselección de las preguntas clave a las que responde el conocimiento de la geología ya 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, procedimientosde 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, demanera que pueden utilizarse como problemas en torno a los cuales se organicen yestructuren actividades de aprendizaje.

Así, la extraordinaria lentitud con la que ocurre la mayor parte de los procesosgeológicos 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

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siglos XVI, XVII e incluso XVIII. Durante este largo periodo, buena parte de los debatesfundamentales se establecían en torno a si nuestro planeta cambiaba y qué procesoseran capaces de generar cambios relevantes en el relieve. No fue fácil abandonar laidea de que, exceptuando los terremotos o los volcanes, sólo una gran catástrofe(como el diluvio de Noé) podía modificar sustancialmente el relieve terrestre. Aun-que con formulaciones diferentes, la perspectiva fijista también ha estado presente alo 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 queproponía la movilidad de los continentes.

Como representación de este tipo de problemas hemos seleccionado algunosde 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 informaciónsusceptible de ser descifrada, ofreció la posibilidad de conocer no sólo la historia dela 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 lasrocas. Describir su textura y composición pasó a ser un procedimiento para conocerel 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 conel 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?

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Tras adoptar la tectónica de placas como marco interpretativo que permitíarelacionar y dar sentido a todos los procesos geológicos internos, la búsqueda seha dirigido a la construcción de modelos interpretativos globales que permitierananalizar las interacciones entre la Tierra sólida, las capas fluidas del planeta y losseres vivos. Algunas de las preguntas representativas de este tipo de problemasson 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 algúnmomento de la historia sino que constituyen algunas de las principales preguntas alas que debe responder el conocimiento de las ciencias de la Tierra en la educaciónsecundaria y se convierten en organizadores adecuados para un programa básicopara 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 cambio, por lo que las situacionesque en él se suceden son, por definición, irrepetibles. Esto ha favorecido que algunosepistemólogos la incluyan dentro de las ciencias históricas. No faltan razones paraque se le dé esta ubicación ya que, aunque algunos de los procesos de los que seocupa 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 unaquímica aplicada al estudio de la Tierra.

En cualquier caso, y con independencia del grupo de ciencias en el que se de-cida incluirla, la geología tiene un indudable componente experimental así comootro 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, queademás de ser específicos han proporcionado buena parte de los principios básicos yprocedimientos sobre los que se ha construido el conocimiento geológico.

. El actualismo, entendido como método de análisis que permite inferir loocurrido en el pasado a partir del estudio de los procesos que operan en laactualidad. Aunque el actualismo fue el método usual de los uniformistas,no es necesariamente gradualista, de manera que es utilizado también desdelas perspectivas neocatastrofistas y, en consecuencia, continúa teniendoplena vigencia.

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. Principio de horizontalidad original de los estratos. Propuesto en 1669 porNiels Stensen (más conocido por su nombre latinizado, Steno), según elcual 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 algúnproceso 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 maneraque, en una serie que se encuentre en su disposición 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 alprincipio de horizontalidad como al de superposición, continúan siendobásicos 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 deestos principios para el establecimiento de secuencias causales.

. Principio de relaciones cruzadas (o crosscutting relations). Según este prin-cipio todo proceso geológico es posterior a los materiales y a las estructurasa los que afecta. Dado que se trata de un principio que permite establecer el orden en queocurren los acontecimientos, suele denominarse también principio de suce-sión de acontecimientos.

Todos estos principios geológicos tienen una gran potencialidad didáctica yafortunadamente no encierran grandes dificultades para su aprendizaje, de maneraque pueden y deben ser utilizados sin dificultad por estudiantes de 14-16 años, porejemplo 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, quizáspor eso son tan escasos los estudios que lo abordan.

En otro trabajo (Pedrinaci, 1998) hemos concretado los conocimientos quedeberían estar incluidos en una geología básica. Son ideas que constituyen lasrespuestas, no lineales, a las preguntas formuladas anteriormente y que se re-cogen en el cuadro 1.

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¿CUALES SON LAS PREGUNTAS CLAVE?

Cuadro 1. Preguntas, afirmaciones y métodos de investigación que resumenlos conocimientos geológicos clave

. ¿Nuestro planeta ha sido siemprecomo lo vemos hoy?

. ¿Por qué cambia el relieve deunos sitios a otros?

. ¿Qué procesos producen cambiosen la Tierra?

. ¿Cuál es la energía que generaestos procesos?

. ¿Por qué hay fósiles marinos en lascumbres de algunas montañas?

. ¿Cuál es el origen de las monta-ñas?

. ¿Por qué los terremotos y losvolcanes no se distribuyen demanera homogénea?

. ¿Los continentes y los océanosson estructuras permanentes?

. ¿Hay evidencias de que los con-tinentes se muevan?

. ¿Qué es lo que mueve los conti-nentes?

. ¿Podemos conocer el pasado te-rrestre?

. ¿Existe algún registro de esepasado?

. ¿Cómo podemos descifrarlo?

¿CUALES SON LAS AFIRMACIONES PRINCIPALES?1

1. La Tierra está sometida a cambios;unos son graduales y continuos,otros esporádicos e intensos.

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.

3. Otros cambios son causados porprocesos internos, que son activa-dos por la energía térmica del in-terior terrestre y la gravedad.

4. La tectónica de placas ofrece unmodelo de flujo de materia yenergía que explica de maneraglobal y coherente los procesosgeológicos internos y sus efectosen la superficie terrestre.

5. Los cambios dejan huellas, bienpor los materiales que originan,bien por las formas y estructurasresultantes.

6. Las rocas pueden ser considera-das «archivos» que contienen in-formación sobre las condicionesen que se formaron y los cam-bios posteriores que han experi-mentado.

¿QUE METODOS DE INVESTIGACION

UTILIZA?

Métodos habitualesen las ciencias expe-rimentales:. Observación.. Medición.. Análisis de datos.. Clasificación.. Elaboración de hi-

pótesis.. Contrastación.. Etc.

Métodos propios deuna ciencia histórica:. Principio de hori-

zontalidad origi-nal de los estratos.

. Principio de su-perposición de losestratos.

. Principio de rela-ciones cruzadas.

. Actualismo.


¿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 nivelde formulación adecuado, secuenciarlos de manera que se facilite su aprendizaje oproponer 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 handebido franquear antes de ser aceptados por la comunidad científica.

. El análisis epistemológico. Ayuda a conocer la estructura interna de la geo-logía y la complejidad de ciertos conocimientos, a constatar que las teoríasno se derivan linealmente de los hechos y que una descripción de un hechoha sido utilizada con frecuencia para avalar teorías contrapuestas.

. El análisis de las ideas de los estudiantes. Pone en guardia sobre el modoen 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 procesosde 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.

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¿CUALES SON LAS PREGUNTAS CLAVE?

. ¿Han sido diferentes los procesosgeológicos en el pasado y en laactualidad?

. ¿Existen interacciones entre ladinámica externa y la interna?En definitiva, ¿cómo funciona laTierra?

. ¿Puede predecirse cómo será laTierra en el futuro?

. ¿La actividad humana está condi-cionando ese futuro?

¿CUALES SON LAS AFIRMACIONES PRINCIPALES?1

7. Utilizando el actualismo comométodo de análisis podemos re-construir los cambios ocurridosen el pasado.

8. Entre los procesos internos y losexternos se producen interaccio-nes. El relieve terrestre es consecuen-cia de esas interacciones.

9. Las actividades humanas, sea demanera consciente o involunta-ria, están alterando gravementeel planeta Tierra.

¿QUE METODOS DE INVESTIGACION

UTILIZA?

1 No hay relación lineal entre cada pregunta clave y cada afirmación. No obstante, se ha ordenado atendien-do a su afinidad.


Algunas de estas ideas de los estudiantes de secundaria sobre la geología quehan revelado diversos estudios se muestran en el cuadro 2.

No es posible incluir aquí un análisis pormenorizado de las aportaciones que sehan realizado desde cada una de ellas (puede encontrarse en Pedrinaci, 2001a). Acontinuación, haremos una síntesis seleccionando aquellos conocimientos en cuyadificultad de construcción coinciden las tres fuentes.

Una Tierra dinámicaSeñala Toulmin (1965): Reconocer la mutabilidad de la Tierra, de los seres vivientes que han habitado en ellay 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 laresistencia 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, XVII y buena parte del XVIII fueron dominantes, incluso para al-gunos de los científicos más relevantes, las perspectivas estáticas (que defienden lainmutabilidad de la Tierra).

Esta resistencia intuitiva a introducir elementos dinámicos no se limitó a los mo-mentos del nacimiento de la geología como ciencia, sino que ha sido una de las varia-bles que más ha condicionado el desarrollo de la geología durante el siglo XX. Aunque lamovilidad de los continentes fue defendida y argumentada por Wegener a comienzos dedicho siglo, no fue admitida por la comunidad científica hasta finales de los años se-senta, y sólo «bajo la presión de argumentos abrumadores».

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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 límite 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.


La perspectiva estática de la Tierra ha constituido a lo largo de la historia de lageología el obstáculo más persistente para la construcción de un modelo explicativodel funcionamiento de la Tierra, y probablemente sea también el más determinantey el primero que deba considerarse para el aprendizaje de la geología en la educaciónsecundaria.

Causalidad y cambios en la superficie terrestreHistóricamente, la idea de una superficie terrestre inmutable ha estado rela-

cionada, de una parte, con una observación de la naturaleza en la que la unidadde tiempo utilizada era la escala temporal humana (en general, demasiado brevepara 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 perspectivaestática y el catastrofismo hayan estado muy relacionados: si, por alguna razón,debe admitirse la ocurrencia de un cambio importante, una catástrofe excepcionalpermite mantener globalmente el esquema interpretativo estático para las situa-ciones habituales.

También los estudiantes parecen mostrar cierta propensión al catastrofismo(Pedrinaci, 1992; Gohau, 1995). Debemos aclarar que se trata de un catastrofismo pre-científico. Es decir, una perspectiva que nada tiene que ver con las posiciones neoca-tastrofistas actuales, ni con el catastrofismo sostenido por muchos científicos dela primera mitad del XIX, sino más bien con el de épocas anteriores al XVIII. En estaperspectiva únicamente se tienen en cuenta las situaciones inicial y final. No sólo sedesconocen 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 unacordillera o dividir un continente).

Así pues, la importancia del catastrofismo precientífico como obstáculo para elaprendizaje radicaría en su capacidad para inhibir el cuestionamiento sobre los pro-cesos geológicos, sus causas, sus consecuencias y su funcionamiento.

El origen de las rocasNo 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 quehasta el siglo XVII no sólo se carece de teorías sobre el origen de las rocas sino que nise 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 delos estudiantes consideren la formación de las rocas cosa del pasado remoto (Pe-drinaci, 1999), pues exceptuando algunas volcánicas, no observamos la formaciónde ninguna roca nueva. El ritmo al que se producen estos procesos, unido a quesuelen ocurrir a cierta profundidad, hace que permanezcan ocultos a la mirada delobservador. La experiencia personal es que no se originan nuevas rocas. Todo esto

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ha causado que las teorías sobre la génesis de las rocas hayan debido abrirse pasocontra todas las evidencias de sentido común que parecían sugerir lo contrario.

Diversidad y amplitud de las escalas espacialesEl estudio del funcionamiento de la Tierra exige la utilización de escalas espa-

ciales de miles de kilómetros pero también otras escalas mucho menores (véase elcuadro 3). Los procesos implicados demandan, con frecuencia, la transferencia dedatos de una escala a la otra y los estudiantes tienen dificultad 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 difícilestablecer una secuencia de acontecimientos que fuese más allá de la diferenciaciónentre fases prediluviana y postdiluviana?

Las preguntas que se plantean no son de respuesta fácil, y quizás basten paraalertarnos sobre la dificultad que presenta la construcción del concepto de tiempogeológico. Toulmin y Goodfield (1965) han realizado un excelente análisis del procesoseguido 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: cambiogeológico, facies, sucesión causal y cronología (un tratamiento más detallado puedeverse en Pedrinaci, 1993).

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ESCALA DE OBSERVACION USO QUE SE LE DA UNIDAD DE MEDIDA

Cuadro 3. Escalas de observación usadas en geología

Planetaria

Regional

Afloramiento

Muestra

Microscopio

Atómica o molecular

Dinámica de placas litosféricas

Geología de un país, una regióno unas islas

Geología local

Análisis de rocas, sedimentos yfósiles

Análisis de rocas, sedimentos yfósiles

Estudios isotópicos

Miles de kilómetros

Centenares de kilómetros

De metros a miles de metros

De centímetros a milímetros

Micras

Nanómetros


El concepto de interacciónLa dificultad de los estudiantes para interpretar los cambios en términos de in-

teracción y su tendencia a considerarlos como resultado de procesos de adición hasido mostrada por diversos autores (Pozo y otros, 1991b; 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 ninguno de forma tan clara como enel 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 lascordilleras como consecuencia de acumulación de materiales más que como una pro-ceso de interacción. Entre ellos destacó Abraham G. Werner, fundador de las ideasneptunistas.

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 laAdministración educativa minusvalora la influencia que tiene en el aprendizaje dela secuencia ofrecida. Así, la distribución, más que secuencia, de los conocimien-tos geológicos a lo largo de la ESO que el Ministerio de Educación ha realizado en losnuevos 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 esdecidir qué contenidos se trabajan, no en qué curso ni en relación con qué otroscontenidos.

Si todos los conocimientos que pretendemos enseñar tuviesen la misma com-plejidad y si fuesen independientes unos de otros, poca importancia tendría su ordende 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 osi, como señala Ausubel, valoramos la importancia de las relaciones 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 conla que se presentan.

Del Carmen (1996) propone un conjunto de criterios generales que deben con-siderarse para la elaboración de secuencias de contenidos. Partiendo de ellos, daremosprioridad a las variables y las fuentes de información siguientes:

. Las características evolutivas de los estudiantes y su madurez intelectualayudan 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 detratamiento 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/ometodológicos que presenta la construcción de un determinado conoci-miento e informa de la existencia de dificultades para su aprendizaje.

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. Las ideas detectadas en los estudiantes ayudan a prever los conocimientoscon 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 yprogresión en el tratamiento de los contenidos, evitando disyuntivas queobligarían a elegir entre trabajar un conocimiento en toda su complejidado no trabajarlo en absoluto.

La relevancia de la madurez intelectual de los estudiantes y los conocimientosque poseen impide que una secuencia pueda considerarse buena con independenciade que vaya dirigida a alumnos de 12 o de 18 años. Diferenciar la estructura lógica delconocimiento y la psicológica ayuda en la elaboración de una secuencia de conteni-dos para la educación secundaria. La primera de ellas corresponde a la disciplina taly como es entendida por un especialista, mientras que la psicológica se encuentramás próxima al modo en que se acerca al conocimiento un novato y guarda mayorsimilitud 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 aplicacióna diferentes contextos.

No cabe duda de la superioridad explicativa y la mayor coherencia que posee lalógica 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 menossistematizada) a la estructura lógica del conocimiento de ella. (Ausubel, 1973, p. 47)

En consecuencia, puede afirmarse que la lógica disciplinar es un excelentepunto 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 ordenpsicológico e histórico, para ir adoptando progresivamente una estructura más pró-xima a la lógica disciplinar.

Una secuencia para la ESODe 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 la que sepueden 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 cienciasino 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 los te-rremotos y las erupciones volcánicas.

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. Los procesos erosivos han sido descritos desde la antigüedad clásica por casitodos los filósofos 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 comola Tierra.

. De las nociones básicas relacionadas con el origen de las rocas, la última enintroducirse es el metamorfismo.

. La presencia de fósiles marinos en las montañas ha sido el problema que másha 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 quea movimientos continentales.

En la medida en que este orden histórico de introducción del conocimientogeológico no parece casual, sino causado por la demanda conceptual de las ideas yteorías 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 guardan relación con ideas fre-cuentes en los estudiantes de 12-16 años. Atendiendo a ello, la secuencia para laESO debería tener dos objetivos inexcusables:

. Superar las ideas estáticas y fijistas, sustituyéndolas progresivamente porotras más dinámicas y movilistas.

. 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 de 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 parala adopción de decisiones. Sin duda, pueden formularse diversas secuencias pensa-das para alcanzar los objetivos generales señalados antes y que atiendan a estaspautas. A continuación esbozamos una de ellas.

En el primer curso de la ESO conviene hacer una aproximación básica al estudiode la diversidad y utilidad de los minerales y las rocas, con la intención de consta-

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tar la existencia en la naturaleza de esa diversidad. El punto de partida sería el usoque de ellos se hace, ya que ayuda a entender, de una parte, que la diversidad deusos viene condicionada por la diversidad de propiedades y, de otra, la necesidadde valorar los riesgos que comporta una extracción descontrolada. No se abordaríael 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 característicasbásicas 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 estudiopróximo, el torrente o el mar y en aquellas intervenciones más evidentes. El objetivoserá comenzar a dinamizar las ideas de los estudiantes, para ello conviene hacer es-tudios de casos. Especialmente oportunos son los casos de catástrofes naturales comoriadas, 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 externosfundamentales, los cambios que generan y las huellas que dejan. De este modo, lasrocas se estudian en relación con los procesos que las originan, entendiéndolas comouno de los resultados, o huellas, más importantes que quedan de su intervención.

En cuarto curso se completa el tratamiento básico de la geología 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 latectónica de placas tiene como objetivo final ayudar a entender cómo funciona laTierra y las interacciones que se producen en este sistema entre los procesos ex-ternos y los internos.

Una secuencia para el bachilleratoSi en la ESO la secuencia propuesta sigue más un orden psicológico que la

estructura actual de la geología como ciencia formalizada, en bachillerato debeaproximarse más al tratamiento propio de la lógica disciplinar, si bien con los 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 delfuncionamiento de la Tierra tendrá en la teoría de la tectónica de placas uno de suspilares básicos, que permitirá disponer de un marco explicativo en el cual inscribirlos 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. Enefecto, para entenderla es necesario conocer la estructura del interior terrestre, ydado 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 sistemasolar. Son cuestiones que suman a su importancia científica el interés que

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suelen despertar en los estudiantes. No obstante, la complejidad que encie-rran aconseja hacer un tratamiento sencillo que proporcione las bases paracomprender 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 enlas primeras fases de su existencia. El conocimiento de la disposición inter-na de los materiales terrestres y las condiciones en que se hallan proporcionaalgunas de las bases necesarias para entender la dinámica terrestre. A esteobjetivo debería supeditarse el tratamiento que se realice.

. La tectónica de placas, entendida como un modelo de flujo de materia yenergía que explica de manera global los procesos geológicos internos y susefectos en la superficie terrestre, proporciona la teoría marco en torno a lacual 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 tratamientocontextualizado de este tipo favorece la formación de una perspectivadinámica 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 interaccionesque 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 capasfluidas 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 lainterpretación de su historia y al papel que los organismos desempeñan enella. Al mismo tiempo, proporciona oportunidades de tratar problemas taninteresantes 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 yde los seres vivos que la han poblado.

La propuesta didáctica: algunos ejemplosEn la primera parte de este capítulo se ha reflexionado acerca de qué geología

debe enseñarse en la educación secundaria, las variables que conviene considerarpara seleccionar los contenidos y las dificultades de aprendizaje que ofrecen dichoscontenidos. En la segunda parte, la secuencia de contenidos ha centrado el análisis.

Finalizaremos esta visión de conjunto sobre la enseñanza y el aprendizaje dela 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 laintención de mostrar algunos ejemplos de su tratamiento en el aula.

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ESO: el origen de las rocas sedimentariasProbablemente 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 sobrelas condiciones en que se originaron y las alteraciones posteriores que han experimen-tado. (Sequeiros y Pedrinaci, 1992)

Construir este concepto implica un cambio radical en la forma de ver lasrocas, 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 hagrabado su pasado. Al mismo tiempo, esta noción de roca ayuda a modificar laidea 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 lavida han grabado su historia en las rocas.

Dado que se han reseñado las principales dificultades del aprendizaje de unageología básica, nos centraremos en el desarrollo de las ideas clave relacionadas conel 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 procesodenominado meteorización.

. Los materiales meteorizados y transportados se depositan, generalmente enlugares 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 rocassedimentarias. 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 preservarsetransformándose en fósiles.

. Los fósiles ayudan a conocer la vida del pasado así como el momento y lascaracterísticas 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 porsu textura, composición y origen.

Criterios de organización y metodológicos: ejemplos de actividadesEl 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 yconstruir la noción de roca como archivo. En este empeño conviene tener en cuentalos criterios que se exponen a continuación.

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No deben abordarse simultáneamente los procesos de formación de los diferentes tipos de rocasLos procesos implicados en la formación de las rocas sedimentarias no encie-

rran la misma dificultad de comprensión que los de las rocas ígneas y los de las rocasmetamórficas. Estos últimos ocurren, generalmente, a grandes profundidades y enunas condiciones de presión y temperatura demasiado alejadas de las que caracteri-zan la superficie terrestre. No parece, en consecuencia, justificado el tratamientoconjunto que habitualmente se les da.

Una secuencia de tratamiento adaptada a unas dificultades de comprensión tandiversas 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 generanSi 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 seanproductos resultantes de su intervención y, por ende, huellas que nos permiten inferirlo 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 edificiosantiguos parecen deteriorados. Su superficie se ve ennegrecida y con oquedades; al pasar la manosobre 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 dividirseuna roca son siempre angulosos. A medidaque esos fragmentos, o cantos, son transpor-tados por el agua del río van redondeándosegracias al rozamiento con las paredes y con elfondo 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?

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Figura 1. Dos cantos


Debe utilizarse habitualmente el actualismo como el método de análisis geológicode mayor potencialidadPartir 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 procesosgeológicos y el establecimiento de relaciones causales con las huellas que generan.Por ejemplo:

Rizaduras litorales (modificada de Science of the 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 unacuario pequeño echa arena lavada hasta que tenga un espesor de tres dedos. Extiéndela bien ycúbrela con agua hasta que ocupe la mitad del acuario. Sube y baja lentamente un lado delacuario de manera que se origine en el agua un movimiento de vaivén. Después de realizar estebalanceo 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 rocaUna 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 queocurrió en el pasado. Los fósiles son también algunas de esas huellas.

Fósiles del futuroElige 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 deaños. 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 lashuellas 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.

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La figura 2 representa unas icni-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 estratosEstos 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. Laarena se depositará horizontalmente. Volvemos a agitar la botella, pero ahora la dejamos reposar inclinada, de manera que el fondoquede 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 característicasAprender a observar las rocas, analizar sus características 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 formay 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 texturade 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 estaspreguntas.

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Figura 2. Icnitas

Zancada

1 mAnchura

de la huella

Paso

Longitud


Conviene utilizar modelos analógicos que permitan reproducir de manera simplificadaen el laboratorio algunos de los procesos que ocurren en la naturalezaReproducir en el laboratorio de manera simplificada procesos naturales permi-

te que los estudiantes dispongan de modelos con los que relacionar conceptos máscomplejos. En cualquier caso, es preciso reflexionar 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 ellaboratorio 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 delémbolo. Prepara una mezcla de arena y escayola en polvo e introdúcela en la jeringa, tapandoel otro extremo con el dedo pulgar. Añádele agua y comprímela con el émbolo, sin retirar eldedo 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 proporcionaoportunidades insustituibles para aplicar y construir nociones más complejas ymejor ajustadas a las circunstancias naturales.

EvaluaciónCasi 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 100millones de años por dinosaurios al desplazarse sobre unos sedimentos blandos, hoy transforma-dos en estas rocas.

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Figura 3. Icnitas


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. Laspisadas poco marcadas y próximas indicarán marcha pausada, mientras que huellas más separadas ymarcadas 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 TierraEl 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, setrata 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 contenidoespecialmente adecuado para su tratamiento 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 cualpuede conocerse la extraordinaria edad de la Tierra.

Criterios de organización y metodológicos: algunos ejemplosEl 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.

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Es necesario ejercitar a los estudiantes en la utilización de los principios básicos de la cronología relativaSe 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 historiaEn el talud de una carretera se observanlos materiales que muestra la figura 4.En los materiales C puede observarse laexistencia 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 tiempoSi 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 complicaUna montaña de 4.600 metros de altitud está siendo erosionada a un ritmo de 35 cm cada 1.000años. 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 disponerde 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 polémicosse 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 Berjillos, 1996).

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Figura 4. Corte geológico

GF

B

E

CD

A


Otro cálculo interesante desde la perspectiva didáctica fue el realizado por JohnPhillips 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 obtenidosen la cuenca del Ganges, calculó que se habrían necesitado unos 96 millones deaños para la formación de todos estos materiales.

Edad de la Tierra y sedimentaciónAlgunos 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 estratosformados. A partir de sus investigaciones determinó que cada 100 años se depositaría 2,4 cm desedimentos 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 queesto ayuda a que los alumnos construyan una representación mental de ese tiempoLa barrera imaginativa para representarse mentalmente cifras de las dimensio-

nes de las manejadas en los procesos geológicos, aconseja dedicar cierta atención alas cuestiones cronológicas. Existe un amplio consenso en destacar el interés quetiene la realización de actividades en las que los estudiantes representan espacial-mente escalas temporales.

La medida del millónDarwin 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 elsiguiente 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 depulgada. 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 dataciones 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-

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los (para aquellos, como Hutton, que poseen una perspectiva cíclica) pasando por otrosbasados en el estudio de la Biblia, hasta los cálculos actuales basados en la radiometría.

Edades radiactivasEl análisis de una roca nos indica que contiene el 75% del uranio-235 inicial (elemento padre) yel 25% restante se ha transformado ya en plomo-207 (elemento hijo). Sabiendo que el periodo desemidesintegración del uranio-235 es de 713 millones de años, ¿qué edad tiene la roca?

Cuando un año tenía 410 díasAlgunos corales antiguos con forma de campana originaban una fina capa diaria de carbonato decalcio. Una pequeña estrangulación marca la separación entre un año y otro, de manera que esposible contar el número de láminas, serán los días del año. La atracción lunar está frenando elgiro terrestre a razón de 20 segundos cada millón de años. Por eso durante la historia de laTierra los días han sido cada vez más largos y, en consecuencia, se han reducido los días que tieneun año, manteniéndose constante el total de horas anuales. En una roca encontramos el fósilde 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?

EvaluaciónA 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 laspartes 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 enel siguiente problema:Una zona del Himalaya tiene 6.000 metros de altitud y queremos saber si es posible predecir laaltura 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 laerosión 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 porreajustes isostáticos.

. 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?

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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 marEn 1899 John Joly calcula la edad de la Tierra a partir de la salinidad del mar. Su hipótesis era queoriginariamente 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 resultadosestuviesen tan alejados de los 4.550 M.a. de edad que hoy se le calculan a la Tierra?

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La enseñanza y el aprendizajede la física

Antonio de Pro BuenoDepartamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales Universidad de Murcia

Hay problemas importantes en la enseñanza y el aprendizaje de la física que exigen una revisiónprofunda 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 delsiglo XX: la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica, la astrofísica y la electrónica. Seplantean 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 enel aprendizaje de los contenidos –conceptuales y procedimentales– enseñados en las clases defísica 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 vidade los estudiantes; las situaciones problemáticas actúan como cuestiones conductoras de laenseñanza.

. ¿Cómo podríamos trabajar la física en el aula (por ejemplo, los circuitos eléctricos)?Se realizan consideraciones generales sobre los planteamientos metodológicos que puedenusarse en el aula de física. Se ejemplifica el proceso de elaboración de un tema: el estudio de los circuitos eléctricos enla educación secundaria obligatoria.

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Desde hace algún tiempo percibíamos con preocupación que se aceptara comonormal 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 ala 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 realizanreuniones internacionales para analizar la situación (Merino, 2002) se debería activarla 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 esque antes era un hecho que se constataba sin darle importancia, y ahora empieza aconsiderarse 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 susaportaciones están al alcance de todos (mayor número de revistas y libros, de cursos ycongresos 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 únicoproblema 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. Gusteo 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 delas personas– relacionados con esta materia. Los conocimientos tienen utilidad perohay que ponerla de manifiesto en las clases.

En este capítulo se reflexiona sobre cuestiones que siempre estarán presentes enla didáctica de la física: qué conocimientos se deben enseñar, qué dificultades tienen losalumnos para aprenderlos, cómo se pueden organizar y plantear los contenidos, cómolos trabajamos en el aula... Nosotros, que tenemos muchas preguntas y pocas 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 launiversidad, memorizar los contenidos y a veces recitarlos en voz alta. Sin valorar siesto 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 difícil: qué conocimientos de física se debeenseñar. Si planteamos la pregunta a docentes con experiencia, comprobaríamosque no dan una respuesta única, cerrada y universal.

Si acude al libro de texto, lo primero que un profesor o profesora principiantepuede observar, al ver el libro que debe enseñar, es que los temas no son muy dife-

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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 mismoscontenidos 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 unaumento del interés por esta asignatura.

La similitud de contenidos sólo puede explicarse con creencias como «la físicano se puede enseñar de otra forma» o «hay que enseñar sólo la física clásica porquees 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 estadisciplina en los últimos cien años? ¿No han cambiado las necesidades formativas delos 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 largo del siglo XX. Mason (1990) haidentificado cuatro grandes campos de actuación. Vamos a comentar algunos logrosrealizados en cada uno de ellos siguiendo a Alfonseca (1996).

La teoría de la relatividadFrente 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 yla velocidad absolutas, y de las teorías del éter, Einstein propuso que la velocidad de laluz 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 aumentarindefinidamente o la existencia de un éter estacionario que permite la propagaciónde las ondas electromagnéticas.

La teoría de la relatividad desmanteló la mecánica clásica: ningún cuerpo puedesuperar la velocidad de la luz en el vacío, la masa no es un invariante, puede existir latransformación 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 atres 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 lapropagación de la luz por efectos de la gravedad (sólo se produce la curvatura enpresencia de campos muy intensos) y el desplazamiento al rojo de la luz que sale deun objeto de una gran masa por su transformación en energía (esto permite relacio-nar los campos gravitatorios y electromagnéticos).

La teoría cuánticaLas 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-

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có la radiación del cuerpo negro e introdujo la idea de cuanto de acción) y del propioEinstein (curiosamente uno de los mayores detractores de la mecánica cuántica) sonlas que impulsan definitivamente esta teoría.

Con los precedentes de Helmholtz (que formuló el principio de conservación dela energía y predijo la existencia del electrón) o J.J. Thomson (que investigó el compor-tamiento de los gases con la electricidad, descubriendo el electrón y la relación entrela carga y la masa del mismo), se avanza en la investigación sobre la estructura de lamateria. Estos descubrimientos aproximan los campos disciplinares de la física y dela química (como anécdota recordamos que, al conocer la noticia de la concesióndel 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 experien-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 α, β y γ, superando, conello, el dogma de intransmutabilidad de los átomos del siglo XIX. Bohr padre proponesu 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 estemodelo de interpretación de la materia al aplicarle los principios relativistas y pro-poner dos nuevos números cuánticos que añaden al principal ya establecido porBohr: 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 queha pasado a ser utilizado más allá de su significado físico. De Broglie aporta el prin-cipio de la dualidad onda-corpúsculo para los electrones. Schrödinger introduce lafunción de onda y la ecuación general que lleva su nombre...

Otros centran sus trabajos en el descubrimiento de nuevas partículas. Chadwickdescubre el neutrón. Los Curie (Marie fue la primera mujer que obtuvo el Nobel defísica 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 líneade investigación. Dirac prevé el positrón (a partir de su teoría sobre la existencia deantipartículas), 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 investigaciónhan impulsado la creación de aceleradores de partículas, un ejemplo más de los nexosentre 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 enormeimpulso dado a la industria militar (por ejemplo, el apoyo económico y los recursoshumanos puestos a disposición del proyecto Manhatan) ha llevado a la realización denotables avances científicos. Paradójicamente cabe reconocer que estos descubri-mientos han mejorado la calidad de vida humana; el problema es que, en muchoscasos, desgraciadamente sólo ha repercutido en unos pocos.

La astrofísicaDurante 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

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demuestra que la variación de la luminosidad de las estrellas 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. Hubblecalcula las distancias de unas 40 galaxias a la nuestra y la velocidad de alejamientode las mismas (en el caso de Andrómeda, su velocidad de acercamiento). Hewish yBell descubren unos impulsos regulares que dan lugar a los púlsar 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 lasestrellas. Hawking investiga los agujeros negros...

Paralelamente a estos avances aparecen las teorías sobre la formación del uni-verso. Hubble y Eddington llegan a la idea del universo en expansión. Bondi, Gold yHoyle 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 yGamow. Hawking elabora su teoría sobre el principio del universo... Como podemosapreciar, 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 argumentosmás concluyentes para rebatir las concepciones empiristas e inductistas que muchasveces se han usado como fundamento para la enseñanza de las ciencias.

Los descubrimientos de las gigantes rojas y las enanas blancas, el estudio de lacomposición de las estrellas a partir de sus temperaturas y radiaciones, las transforma-ciones masa-energía en las colisiones, la existencia de los agujeros negros... pudieronser constatados con el impulso de la carrera espacial que iniciaron los rusos y nortea-mericanos en plena guerra fría. De esta forma, con el lanzamiento del primer Sputniken 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 como la Mir hanfavorecido inversiones importantes y un gran desarrollo científico y tecnológico.

La electrónicaEl nacimiento de la electrónica puede establecerse con la invención de las vál-

vulas de vacío o lámparas de incandescencia de Edison. Desde el invento del triodo porForest, se sucedieron grandes investigaciones: Richardson sobre el efecto termoióni-co; Langmuir para aumentar la duración de los filamentos de tungsteno o sobre tuboselectrónicos 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 lacomunicación por FM, receptores de radio y televisión... que impulsaron de formadeterminante 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 comolos cristales líquidos, los semiconductores, los superconductores, las fibras ópticas...

Como en otros campos, las aplicaciones militares de la electrónica impulsaronsu 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

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número reducido de empresas multinacionales puede condicionar la calidad de viday acrecentar las desigualdades económicas y sociales. No obstante, estos avances hanpermitido 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 sigloXX, se pueden extraer dos ideas 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 quemuchos de los científicos mencionados obtuvieran el premio Nobel, avala queesta imagen –obligadamente incompleta– puede ser un destello de la cienciaoficial, 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 lasrepercusiones tecnológicas y sociales (Pro y Saura, 2001). ¿No forman parte dela física la emisión y el contraste de hipótesis, el uso de modelos interpretati-vos o el diseño de una estrategia para el control de unas variables? ¿Y el rigoren 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 laaceptación de la provisionalidad de sus hallazgos? ¿Y el posicionamiento fren-te a las consecuencias que han tenido en la mejora de la calidad de vida o enel cambio de la forma de vivir? ¿Y la euforia cuando resuelves un problemadespués 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 laenseñanza secundaria. Destacamos tres: atender las necesidades actuales –personalesy 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 hayaaprendido y deseo por seguir aprendiendo.

Si queremos determinar, de forma fundamentada, qué conocimientos de físicahay que incluir en la formación básica, lo deseable –que no es precisamente lo quese ha hecho en los nuevos programas oficiales (MEC, 2001)– sería abrir un debate enel que participaran científicos, profesores, especialistas y ciudadanos; o, por lo menos,revisar qué contenidos se incluyen en otras propuestas curriculares que sí han reali-zado este análisis.

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Habría que identificar las necesidades, los retos y los problemas sociales más re-levantes, reconocer los conocimientos científicos vigentes, discutir la potencialidadque tienen para generar la mayor cantidad de aprendizajes 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 yde 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 deaprendizaje con resultados esperanzadores. Pero en España, en este momento, pode-mos decir que esta reflexión colectiva es una asignatura pendiente. Mientras no seapruebe, 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 yhacia dónde va la física actual.

En cualquier caso, se deben tener presentes los interrogantes que, desde laperspectiva 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 elevadoque 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?, ¿quéproblemas ayudaron a resolver y cuáles no resolvieron?... En el cuadro 1 (véase enla 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 yunos 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 espreciso 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, lorazonable sería buscar las causas: ¿acaso tienen un menor desarrollo cognitivo?;¿se han producido cambios fisiológicos (menor número de neuronas, tamaño delcerebro 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 lasinstrucciones, comprender y apreciar películas en las que aparecen complejos con-


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Máquinas

. ¿Cómo funcionan algunasmáquinas?

. ¿Cuál es la ley y el rendi-miento de una máquina?

. ¿Cómo podemos haceruna 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 nuestravida diaria?

Energía

. ¿Qué energía asociamos a los sistemas físicos en fun-ción de sus características y propiedades?

. ¿Cómo se puede transformarla energía? ¿Cumplen el prin-cipio de conservación y de-gradación?

. ¿Cómo podemos mejorar la producción y el ahorro de energía, reduciendo los

impactos negativos?

Movimiento

. ¿Cómo podemos saber dóndeestá un objeto en un instantedeterminado?

. ¿Cómo se mueven las partí-culas en un sistema físico?

Circuitos eléctricos

. ¿Cómo estudiamos los circuitos eléctricos?

. ¿Cómo funciona un cir-cuito eléctrico si conoce-mos sus componentes?

. ¿Cómo hacemos un cir-cuito para...?

INTERROGANTESCENTRALES DE LA FISICA

ESCOLAR

Cuadro 1. Interrogantes centrales de la física escolar

Sistema físico

. ¿Cómo caracterizamos algu-nas propiedades de un siste-ma físico?

. ¿Pueden cambiar las propie-dades?

Interacciones eléctricas y magnéticas

. ¿Qué interacciones eléc-tricas y magnéticas seproducen entre los siste-mas físicos?

. ¿Cómo se estudian estas interacciones?

. ¿Podemos predecir la evolución de un sistema?

Interacciones de tipo mecánico

. ¿Qué interacciones me-cánicas se producenentre los sistemas físicos?

. ¿Cómo se estudian estas interacciones?

. ¿Podemos predecir laevolución de un sistema?

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 calidadde 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., notienen capacidad para aprender física. Pero pensar que el proceso de aprendizaje esautomático, obligado, homogéneo en todos, estable, impermeable ante nuevos he-chos y trasferible a todas las situaciones es desconocer conocimientos profesionalesrelevantes.

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 siemprese hayan rentabilizado. Sin embargo, más allá 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 dela propia ciencia. Por ejemplo: conceptos comunes como masa, calor o ener-gía han sido y siguen siendo discutidos por la comunidad científica. Losprocesos que actualmente se usan en la investigación han debido superargrandes limitaciones técnicas y mayores resistencias intelectuales. Si perso-nas adultas y especialistas tienen estas dificultades, ¿cómo podemos pensarque 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 deciencias», y son especialmente significativas en la física. ¿Qué términos va autilizar el alumnado: los que le enseñamos en clase o los que le sirven paraentenderse con sus colegas?

. Muchos errores o lagunas de formación que encontramos en el alumnadose 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 muchotiempo y muchos científicos. ¿Podemos pretender que estudiantes –aúnadolescentes– deban aprender todo lo que se ha construido sobre un tema?

La investigación realizada en la didáctica de la física ha sido muy prolífica paraidentificar las dificultades más habituales que tienen los alumnos y alumnas de estosniveles (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 losnuestros (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 resumende los principales obstáculos conceptuales que deben superarse en el aprendizaje. Sonlos que se recogen en el cuadro 2 de la pàgina siguiente.

Además hay otras dificultades relacionadas con la adquisición de los conteni-dos procedimentales, tan característicos de la física como los conceptuales aunqueestén más olvidados. En el cuadro 3 de la pàgina 186 se resumen algunas, usando laclasificación discutida en el capítulo «Construcción del conocimiento en ciencias».

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Propiedadesfísicas de lamateria

Cinemática

Fuerza

Energía


Cuadro 2. Algunas dificultades conceptuales en el aprendizaje de la física

. 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 intensivas (temperatura).

. 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 conambas.

. Problemas con el carácter vectorial de la velocidad y de la aceleración (noperciben 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 lacomposición de movimientos.

. Asignan carácter antropomórfico a la fuerza (esfuerzo muscular); no tienenen cuenta algunas interacciones (sobre todo, a distancia).

. Consideran la fuerza como una característica sustancial de los sistemas yde los objetos.

. Distinguen entre fuerzas sobre los objetos y fuerzas asociadas a objetos quese mueven.

. Usan las fuerzas en función de la configuración del sistema (diferentesfuerzas 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 uncuerpo está en reposo, no hay fuerzas «actuando».

. No consideran que haya rozamiento en situaciones de reposo (sólo seopone al movimiento); las fuerzas de rozamiento «estropean», «fastidian»,«son malas»...

. 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 laactividad...

. Identifican la energía como una entidad material de los sistemas (se gana,se pierde, se cambia, se gasta...).


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Calor y temperatura

Electrostáticay magnetismo

Circuitos eléctricos

La luzy el sonido

. Problemas de comprensión conjunta de los principios de conservación y de-gradación.

. Consideran que la transformación energética depende siempre del caminoseguido (no hay procesos conservativos).

. 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 estadoprogresivo.

. Problemas para establecer relaciones inversas (masa e ΔT) 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.

. 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.

. Consideran que la corriente eléctrica es un fluido que sale del generador ycircula 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 conductoreslineales; 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.

. Modelos de visión no adecuados; tienen problemas de predicción en lapropagación en habitación cerrada.

. Problemas con la formación de sombras (a mayor intensidad de la fuente,mayor sombra).

. Usan razonamientos preferentemente corpusculares en la interpretaciónde 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 vacío; incluso, mejor que en otromedio 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.


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Identificaciónde un problema

Relación entrevariables

Emisión de hipótesis

Observación

Medición


Transforma-ción y análisisde datos

PROCEDIMIENTO PROBLEMAS DE APRENDIZAJE

Cuadro 3. Dificultades en relación con los contenidos procedimentales

. Identifican los problemas con actividades cerradas o ejercicios numéricoscon solución única; los procesos de resolución también se perciben comoúnicos.

. No reconocen las variables que pueden intervenir en una situación problemática.

. Dificultades para saber qué datos o información necesitan en una situaciónabierta.

. Más condicionamientos en los procesos o situaciones estáticas.

. No reconocen que una variable puede tomar diferentes valores ni lo usan anteuna 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.

. Están poco habituados a hacer conjeturas o realizar predicciones.

. Sus conocimientos les dificultan emitir hipótesis; sus razonamientos estáncondicionados por las percepciones, el sentido común...

. Dificultades para diseñar una estrategia o planificar una experiencia paracontrastar una hipótesis.

. 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.

. Poco críticos con sus medidas, probablemente por no apreciar el significado delas unidades.

. Dificultades con la lectura de algunos aparatos (sobre todo, si las divisiones noguardan 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.

. No conocen técnicas de experimentación elementales.

. Consideran la aplicación de la fórmula como la única estrategia de resolucióny los ejercicios de aplicación.

. Sistematizan la tabulación de datos sin interiorizar las reglas (orden crecientede la primera variable, mismas unidades, correspondencia...).

. Problemas en la realización de las representaciones gráficas; dificultades parainterpretar, extrapolar valores o trazar la gráfica.

. Dificultades matemáticas para resolver ecuaciones.


Es importante llamar la atención sobre los riesgos de una interpretación ses-gada de estos condicionantes del aprendizaje. En efecto, al considerar tantas difi-cultades, se puede caer en una actitud infantilizadora de todos los niveles de laenseñanza 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 paraaprender 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 haymuchas formas de superarlos, precisamente usándolos en el proceso de construcciónde 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 loscontenidos (Novak y Gowin, 1988); en el cuadro 4 de la página siguiente, se han re-sumido las más relevantes en cada ámbito.

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Establecimiento de conclusiones

Realización demontajes

Destrezas comunicativas

. Establecen más conclusiones de las que derivan de los resultados.

. 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 realizarun montaje o construir un aparato, pero no ocurre lo mismo si se usa un es-quema, un diagrama o una simplificación.

. Memorizan poco la secuencia de las tareas manuales realizadas; necesitan quese les recuerde en montajes similares.

. Si la acción es muy larga, pierden atención.

. No reconocen las ideas fundamentales, contradictorias, semejantes... en un ma-terial escrito; el problema se incrementa cuando se usa la prensa diaria.

. Cuando usan diversos materiales escritos, el problema del reconocimiento deideas se complica.

. Aunque muchos tienen una cierta pericia en el manejo técnico de Internet, nousan toda la información ni sus posibilidades; sólo conocen las que han nece-sitado alguna vez.

. Asumen la información escrita, visual o informática con escaso espíritu crí-tico.

. Necesitan una secuencia dirigida de cuestiones para la elaboración de uninforme.


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¿Cómo podemoscaracterizar unsistema físico(SF)?

¿Cómo podemos saberdónde está un objeto?

¿Cómo se mue-ven las partícu-las dentro de unsistema físico?

¿Qué interac-ciones mecáni-cas se producenen los sistemasfísicos y entreellos?

¿Qué valor tienen estasinteracciones?

¿Se puede predecir cómoevoluciona unsistema físico?

¿Qué energíaasociamos a lossistemas físicos?

¿Cómo setransforma laenergía?

INTERROGANTESCENTRALES

AFIRMACIONES DE CONOCIMIENTO

Cuadro 4. Principales afirmaciones de conocimiento de física (excepto las de circuitoseléctricos)

. Un SF es una organización de objetos o partículas que estudiamos conjuntamente.

. Los SF se pueden caracterizar en función de propiedades como longitud,masa, volumen, temperatura, carga eléctrica, etc.

. Estas propiedades pueden ser intensivas y extensivas; invariantes o no.

. Describir y predecir el estado cinemático de un sistema supone conocer cómoevoluciona 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 campogravitatorio intenso); su velocidad es máxima en el vacío.

. Los SF se mueven con estados cinemáticos variados que pueden considerarsela combinación o composición de otros más simples.

. En un SF se puede estudiar, con estas mismas magnitudes, cómo se muevenlos elementos o partículas que lo integran.

. Un SF puede interaccionar con otros o tener interacciones entre los objetos ypartículas que lo integran. Para estudiarlas usamos el concepto de fuerza.

. Hay cuatro interacciones fundamentales (gravitatoria, electromagnética, nu-clear débil y nuclear fuerte). El peso representa la interacción con el campogravitatorio.

. Las leyes de Newton son las «reglas de juego» en los estudios dinámicos.

. Hay interacciones (elásticas, no elásticas, dentro de los fluidos, sobre elsuelo...) que se representan por las fuerzas correspondientes.

. Las fuerzas tienen un carácter vectorial; podemos descomponerlas para faci-litar su estudio. La resultante de un sistema de fuerzas representa el resulta-do de las interacciones.

. Para estudiar algunas situaciones necesitamos conocer la interacción en unasuperficie; por ello, introducimos la presión.

. Las fuerzas de rozamiento se oponen al movimiento pero lo hacen posible.

. Se puede predecir la evolución de un sistema si conocemos las interaccionesinternas de los elementos o partículas que lo integran.

. La energía es un número que pase lo que pase en el universo no cambia. Acada sistema físico se le puede asignar un número en función de sus propie-dades o de su estado.

. Algunos procesos de cambio en los sistemas físicos se estudian contrastandolos valores de la energía (transformación de energía).

. Las transformaciones de energía cumplen los principios de conservación y de-gradación. En procesos reales hay que considerar los efectos no conservativos


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¿Se puedemejorar laproducción, elconsumo y elahorro deenergía?

¿Cómo fun-cionan lasmáquinas?

¿Cuál es laley y el rendi-miento deuna máquina?

¿Cómo seproduce y sepropaga elsonido?

¿Cómo incideel sonido enla vida?

¿Cómo se pro-duce la luz?

¿Cómo sepropaga laluz?

¿Cómo incidela luz ennuestra vida?

(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 deenergía; 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.

. Las máquinas son dispositivos que tratan de rentabilizar los efectos dinámicosy aprovechar las transformaciones energéticas. Están formadas por operado-res. Pueden ser simples y compuestas; también se clasifican por el tipo detransformación.

. 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 eltrabajo útil y la energía utilizada. Su relación define el rendimiento y la venta-ja mecánica.

. El sonido se produce por un emisor; es una onda material y, por lo tanto, no sepropaga 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 quése produce la contaminación acústica y cómo se usa para mejorar la calidadde 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 fenómenoscomo la sombra y la penumbra, la reflexión, la refracción, la difracción, elcolor... Cumplen las leyes de la propagación.

. Los fenómenos luminosos se pueden interpretar con el modelo de partículas ycon el ondulatorio.

. Los elementos ópticos (espejos, dioptrios, lentes) tienen ecuaciones características.

. El estudio de la luz nos permite conocer cómo se produce la visión; muchosaparatos usan la luz para mejorar la de calidad de vida.

La identificación de estas afirmaciones –que proceden sólo de la disciplina– nolleva a una única propuesta de enseñanza. No se puede ignorar la presencia de otrosfactores, tan importantes como el anterior: las características del alumnado, los ob-jetivos educativos, las variables contextuales (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.


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 eneducación secundaria, excluyendo el tema desarrollado en el último apartado. En laprimera 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 delos estudiantes, que podrían servir como cuestiones que dirigen el desarrollo de unprograma; en la tercera, los contenidos conceptuales que, en un temario clásico, es-tarían implicados en las cuestiones anteriores.

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Sistemas físicos

Estudio delmovimiento

Interaccionesmecánicas

ÁMBITOEJEMPLOS DE CUESTIONES PARASELECCIONAR LOS CONTENIDOS

REFERENTES CONCEPTUALESCLASICOS

Cuadro 5. Una posible propuesta de organización de contenidos

¿Cómo podemos entendernos entre «físicos»?

¿Cómo nos movemos al andar? ¿Y un ciclistaque se deja caer con la bici por una rampa?¿Cuándo hacemos ejercicio saludable?

¿Cuánto duraría un viaje espacial a Marte, alSol y a alguna estrella?

¿Cómo corrió el campeón de 100 metros lisos?¿Por qué ganó al segundo clasificado?

¿Cómo lanzamos una pelota de baloncesto paraencestarla limpiamente? ¿Y para que un pesovaya lejos?

¿Quién fue Galileo? ¿Qué aportó a la ciencia ya la sociedad?

¿Qué fuerzas «nos acompañan» (de la películaLa guerra de las galaxias) cada día?

¿Cómo podemos lanzar más fuerte una bolacon un muelle?

Sistemas físicos. Propiedades fí-sicas. Magnitudes intensivas yextensivas. Invariantes

Velocidad. Aceleración. Movi-miento rectilíneo. Ecuacionesrepresentativas.

Movimiento y velocidad de laluz.

Combinación de movimientos.

Composición de movimientos.

Historia y repercusión social dela física.

Interacciones. Fuerza. Peso.Leyes Newton.

Fuerzas elásticas. Ley de Hooke.


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Interaccionesmecánicas(cont.)

Energía

Máquinas

¿Cómo podemos hacer que un barco flote? ¿Porqué un globo se escapa?

Cómo debemos maniobrar el barco en funciónde la dirección del viento?

¿Por qué se hacen motos y bicicletas aerodiná-micas? ¿Qué ocurriría si no hubiera rozamiento?

¿Quiénes fueron Aristóteles y Newton? ¿Quéaportaron a la ciencia y a la sociedad?

¿Qué es eso que llamamos energía?

¿Cómo conseguimos la energía que necesitamos(comer, montar en moto, escuchar música...)?

¿Qué ocurre en la realidad cuando trasforma-mos energía?

¿Cómo podemos aprovechar la naturaleza paratrasformar la energía que necesitamos?

¿Hay crisis de energía? ¿Cómo podríamos hacerun plan de ahorro de energía?

¿Quiénes fueron Watts, Joule, Helmholtz y Mayer?¿Qué aportaron a la ciencia y a la sociedad?

¿Para qué usamos las máquinas en nuestravida? ¿De qué están formadas?

¿Cómo funcionan algunas máquinas sin pilas nibaterías?

¿Podemos usar líquidos y gases para construiruna máquina?

¿Cuáles han sido las máquinas más relevantes alo largo de la historia?

Fluidos. Ley de Arquímedes.

Carácter vectorial. Composicióny resultante.

Fuerza de rozamiento.


Energía. Tipos de energía.

Transformación de la energía.Principios de conservación y de-gradación.

Trabajo mecánico. Potencia. Tra-bajo fuerzas exteriores y no con-servativas. Calor.

Fuentes y centrales de energía.Fuentes renovables y no reno-vables.

Producción. Consumo. Ahorroenergético.


Máquinas. Operadores. Tipos demáquinas.

Elementos. Ley de la máquina. Rendimiento.

Ley de Pascal. Ecuación de losgases.

Máquinas y robótica.


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Máquinas (cont.)

Estudio del sonido

Estudio de la luz

¿Podemos construir un artilugio para...?

¿Quiénes fueron Arquímedes y Leonardo da Vinci?¿Qué aportaron a la ciencia y a la sociedad?

¿Por qué escuchamos la radio y vemos la tele-visión?

¿Todas las guitarras suenan igual?

¿Qué fenómenos acústicos percibimos?

¿Cómo podemos oír? ¿Oyen mejor algunos ani-males? ¿Se puede contaminar con el ruido?

¿Cómo se puede aprovechar el sonido?

¿Quiénes fueron Bell, Marconi y Morse? ¿Quéaportaron a la ciencia y a la sociedad?

¿Cómo se produce la luz de las estrellas? ¿Y deuna bombilla? ¿Qué son los agujeros negros?

¿Cómo se forman las sombras y la penumbra? ¿Ylos eclipses? ¿Y otros fenómenos del firmamento?

¿Por qué nos vemos en el espejo? ¿Por qué enlos espejos de un parque de atracciones nosvemos raros?

¿Cómo podemos saber si nos podemos tirar decabeza a una piscina?

¿Cómo podemos ver lo que nos rodea? ¿Por quése usan las gafas?

¿Cómo podemos hacer algunos aparatos ópti-cos y algún truco de magia?

¿Quiénes fueron Fermat y Snell? ¿Qué aporta-ron a la ciencia y a la sociedad?

Combinación de operadores ymáquinas.


Ondas. Propagación de ondas.Sonido.

Cualidades del sonido.

Eco. Reflexión. Refracción. Ate-nuación.

Audición. Contaminación acús-tica.

Aparatos acústicos. Ecografía.


Planetas. Estrellas. Producciónde luz.

Sombras. Penumbras.

Espejos. Reflexión de luz. Leyes.

Dioptrios. Refracción de luz.Leyes.

Visión. Lentes. Formación imá-genes.

Combinación de elementos óp-ticos.


ÁMBITOEJEMPLOS DE CUESTIONES PARASELECCIONAR LOS CONTENIDOS

REFERENTES CONCEPTUALESCLASICOS


Aunque se ha tratado de respetar la secuencia habitual, las unidades didácticasson independientes; salvo en unos casos (por ejemplo, parece lógico empezar por lossistemas físicos) o algunas combinaciones (por ejemplo, el estudio del movimiento ylas interacciones dinámicas están condicionadas entre sí), se puede modificar elorden 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 entrela física que enseñamos y los usuarios de dichos conocimientos es que primero damospor supuesta la utilidad de unos contenidos (explicamos los de la tercera columna enlas 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 elproceso de enseñanza y, en otros trabajos (Pro, Hernández y Saura, 1997; Saura 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 defísica, situándolos en el contexto de cuestiones, situaciones o problemascotidianos; sobre todo, si los vamos a trabajar en el periodo de formaciónobligatoria 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 transferenciade 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 elconocimiento...).

. 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 dellibro. 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 presentar loscontenidos.

. 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 laenseñanza y en el trabajo en el aula.

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. El profesor debe plantear situaciones de aprendizaje para que el alumnadovea la utilidad de lo que debe estudiar, reconozca sus ideas, perciba que seusan en la construcción de sus conocimientos y se dé cuenta de que éstoshan 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 elque debe aprenderlo.

. Si la motivación fuese un problema del alumnado no habría que ocuparsede ella; si «motivar para el aprendizaje» se incluye entre las competenciasprofesionales del profesor, hay que implicarse en ello.

. Si nos gustaría que nuestros alumnos y alumnas se plantearan preguntas,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 realizarsecomo algo complementario a la exposición del profesor sino para algo másque 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 yfavorece el aprendizaje individual.

. El clima de clase forma parte de cualquier propuesta didáctica. El profesordebe 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 lafísica. Queremos compartir con los lectores los criterios y las pautas de análisis queusamos al planificar las actividades. Por ello ejemplificamos nuestras reflexiones entorno 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 (GrupRecerca, 1980; Varela y otros, 1988; Valcárcel y otros, 1990; Pro y Saura, 1996; Pro-yecto Aces, 1997; AA.VV., 1999; Pontes y Pro, 2001...). Aunque a veces se ha aludidoa 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 previasde 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 aalgunos fenómenos electrostáticos o magnéticos.

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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 contenidocientífico implicado, las ideas-eje que debemos trabajar serían las siguientes:

. Los circuitos eléctricos están presentes en la vida cotidiana; están formadospor 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 eléctricoscumplen 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 elementodel circuito, cumplen la ley de Ohm (resistencia) y la ley de Joule (potencia).

. Los circuitos pueden estudiarse desde un punto de vista energético. Estetipo de estudios permite incidir en el consumo y ahorro energético.

. Los elementos y los aparatos eléctricos tienen unas especificaciones: di-ferencia de potencial máxima, potencia, resistencia, impedancia... Estosvalores 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 –nosiempre 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 conectarlos elementos de un circuito, reconocer instalaciones, identificar las especi-ficaciones de un aparato, discutir sobre la mayor o menor luminosidad deuna bombilla...

. En la asignatura del conocimiento del medio de educación primaria, se les hainiciado en el estudio de la electricidad y, probablemente por ello, les «sue-nan» algunos términos e ideas. Una de las actividades que más impacto lescausa 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 asus preocupaciones (qué información debe considerar al conectar su equipode música, el vídeo, etc., cómo funciona el faro de su bicicleta, cómo estánhechos algunos juguetes y aparatos...).

También tendremos en cuenta los obstáculos que no han superado y que debensuperar (señalados en los cuadros 2 y 3), pero siempre desde la perspectiva de que noson insalvables. Logros y dificultades nos han servido para estructurar nuestra propues-ta que se resume en el cuadro 6 de la página siguiente.

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¿Qué interac-ciones electro-magnéticas seproducen entrelos sistemas físicos?

¿Cómo puedenestudiarselos circuitoseléctricos?

¿Podemos ¿predecir cómofunciona un circuito eléctrico si conocemos suscomponentes?

INTERROGANTESCENTRALES

EJEMPLOS DE CUESTIONES–GUIA DE LOS CONTENIDOS

REFERENTES CONCEPTUALES CLASICOS

Cuadro 6. Interrogantes que pueden guiar el estudio de los circuitos eléctricos

¿Cómo está realizada la instalacióneléctrica en tu casa?

¿Cómo es una bombilla? ¿Y un interrup-tor? ¿Y un portalámparas? ¿Y una pila?

¿Por qué si accionamos un interruptorse enciende una bombilla?

¿Cómo se mide la corriente eléctrica?

¿Cómo se produce corriente eléctrica?

¿Qué efectos produce la corrienteeléctrica?

¿Cómo son los aparatos eléctricosque usamos (secador de pelo, plancha,teléfono)?

¿Qué información necesitamos paramontar un aparato eléctrico? ¿Quénormas de seguridad debemos cum-plir?

¿Cuánto gastamos en electricidad?

¿Quiénes fueron Ampere, Volta, Ohm yEdison? ¿Qué aportaron a la ciencia y ala sociedad?

Circuito eléctrico. Elementos de uncircuito. Representación simbólica.Conexión de elementos.

Bombillas. Interruptores. Generado-res. Conductores y aislantes.

Carga eléctrica. Corriente eléctrica.Luminosidad. Principio de conserva-ción.

Intensidad de corriente. Diferenciade potencial. Ley de Ohm. Resisten-cia eléctrica. Ley de Joule. Potencia.

Pila. Inducción eléctrica. Dinamo.

Magnetismo. Electroimán. Fenó-menos eléctricos y magnéticos.Motor. Fenómenos eléctricos y me-cánicos.

Aparatos eléctricos.

Diferencia de potencial e intensidadmáxima. Resistencia. Potencia máxi-ma. Impedancia entrada/salida.

Energía eléctrica. Consumo. Bombi-llas de bajo consumo.

Historia y repercusión social de lafísica.


Esta propuesta mantiene, de forma flexible, la secuencia genérica que sugierenSánchez 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 perspectivamás científica; y, posteriormente completamos los conocimientos con cuestiones deaplicación (¿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 tenerseen 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 físicaescolar. Por ello, en primer lugar, habría que clarificar qué entendemos por circuitoeléctrico 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 coneste sistema de comunicación. El hecho de que habitualmente observen cables pega-dos y que, en clase, aparezcan unos independientes añade una dificultad a las decualquier 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 susrepresentaciones, 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 unapropiedad visible de sus elementos que no precise de un aparato de medida. Así, paraanalizar 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 razonaren 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 elegidocuatro (bombilla, interruptor, portalámparas y pila), implícitamente hay más (cables,conexiones...) e, incluso, se podrían incluir otros (diodos, diodos LED). La finalidadsería 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 efectoluminoso 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 deconexión en los portalámparas convencionales) que es preciso controlar previamente.

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No se debe olvidar que este tipo de resultados no deseados –al comienzo del temay, por tanto, sin muchos apoyos conceptuales y procedimentales– suelen trasmitiruna cierta sensación de inseguridad en el alumnado.

Por último, se pueden clasificar los objetos según una propiedad: cerrar o no uncircuito y, en consecuencia, encender o no una bombilla. De esta forma podríamosincidir 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 usadospor los estudiantes. Las concepciones unipolar, concurrente, de atenuación y de re-parto o la confusión interruptor-fuente están muy asentadas y, para ponerlas enconflicto, 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 seguircon bombillas convencionales (de corriente alterna), dado que la manipulación de losmontajes sólo la realiza el profesor o la profesora. Hay que advertir que, a pesar deque 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 60w) y, por ello, se debe trabajar con bombillas de las mismas características.

La exclusión de la electrostática no resulta contradictoria con la inclusión delconcepto de carga eléctrica; lo que sugerimos es que, en lugar de contextualizarloen la clásica experiencia de los papelitos se 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 eléctricamente requiere algunasjustificaciones: por qué se produce un movimiento de partículas, por qué se muevensólo los electrones... Esto no supone un obstáculo insalvable pero exige una acomo-dación de las explicaciones habituales. Hay que señalar que el alumnado de estasedades no relaciona el concepto de carga de la experiencia de la bola de sauco conla 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 paraentender el modelo de corriente eléctrica y que es necesario introducirlo para evitarconfusiones 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

o 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, resistenciaslineales).

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 trabajadoel modelo de corriente en la cuestión anterior lo más inmediato parece que es conti-

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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 máscómodo 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 alumnaspara 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 (lacorriente eléctrica)? Sea cual sea el concepto por el que empecemos, es necesariobuscar 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 circuitoy 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, puedehaber 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 particular, mediante el estudio en resistenciaslineales, es conveniente deducir empíricamente la ley de Ohm y el valor de la resis-tencia eléctrica (hay que aprovechar este proceso para diferenciar resistencia comoelemento y como magnitud). Se puede plantear 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 puedeiniciar al alumnado en un contenido procedimental interesante pero complicadode 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 dealgunos términos en nuestras vidas (de hecho, resulta familiar hablar de la potenciade una bombilla, de un secador, de un lector de CD, de un horno eléctrico... y no desu resistencia) pero, si no se entra en las especificaciones de los aparatos eléctricos oen 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 significaciónpara 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 cómoera por dentro y construcción de una), se debe incidir en los interpretativos (uso delmodelo 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 usodel amperímetro y del voltímetro.

También debe mostrarse cómo se produce la corriente eléctrica a partir deun fenómeno de inducción y apreciar el valor de la misma. Se podrían estudiaralgunas relaciones cualitativas entre variables (por ejemplo, la influencia de la ve-locidad del movimiento del imán).

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Análogamente se debe incidir en el proceso de generar corriente eléctrica apartir 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 suinfluencia en la luminosidad de la bombilla, o contrastar los efectos de dos dinamosy 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.). Enparticular, puede ser interesante realizar alguna experiencia que utilice la luz paraproducirla (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, quéestán buscando y por qué lo hacen de ese modo. En caso contrario se puede trans-formar en una actividad sin utilidad formativa 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 quese 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 vidacotidiana. Aunque nos centremos en los magnéticos y mecánicos, se pueden incluirmás sin olvidar el objetivo de las actividades propuestas.

La intención de esta cuestión guía no es abrir un nuevo campo en el estudio de lasinteracciones (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 losefectos magnéticos de la corriente eléctrica y, en particular, el estudio 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 consecuenciade tipo mecánico. Además de la estructura, la utilidad o el funcionamiento de cadauno se puede pedir que realicen diferentes montajes y asociaciones con una finali-dad preestablecida. También se podría incluir el estudio de los factores que influyenen 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 cuando se acierta se enciende unaluz o suena un zumbido; móviles con pequeños motores, etc.) que tienen, en gene-ral, estructuras bastante sencillas. Hemos mencionado algunos pero se pueden incluirotros; los únicos requisitos son la simplicidad de los montajes y la presencia de loselementos estudiados anteriormente.

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Además de conocer cuál es el esquema básico que lo representa se trataría dejustificar el funcionamiento a partir de la representación. En la siguiente cuestión, alusar las especificaciones y las magnitudes estudiadas para realizar cálculos, analizary discutir qué pasaría si cambiaran estas características, etc., completaremos lo queen ésta se ha iniciado.

¿Qué necesitamos conocer para montar un aparato? ¿Qué normas de seguridaddebemos 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. Por ello, se debeintentar que expliciten los significados que les asignan en su vida cotidiana (ya queno 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 escolar.

Al hilo de las especificaciones de los aparatos eléctricos familiares (equipo demúsica, televisor, ordenador, consola, vídeo, bombillas de su habitación...) se debe in-cidir en el conocimiento y la justificación de las normas de seguridad en relación conel uso de la electricidad doméstica. Al respecto, hay que advertir que existe una granheterogeneidad de creencias; esta dispersión es consecuencia del aprendizaje extra-escolar (experiencias personales, relatos audiovisuales o ficciones, comentarios reali-zados en su entorno...). En este contexto, se puede incidir también en el papel de losfusibles en los aparatos y de los diferenciales en las instalaciones domésticas.

¿Cuánto gastamos en electricidad?Profundizando en el tema anterior, el siguiente 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 pequeñosprogramas en Internet que permiten calcularlo). Puede ser interesante analizar el re-cibo completo de la luz pero, en este caso, es preciso distinguir entre el gasto y losimpuestos. 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 elalcance 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 producciónde electricidad doméstica. Es importante –y muchas veces se olvida– relacionar loscontenidos de diferentes temas de forma intencionada. Pensar que el alumnado lohará por sí mismo y sin ayuda es una quimera.

También conviene hacer contrastes comparativos de consumo y repercusióneconómica entre elementos (bombillas normales, tubos de neón, bombillas de bajoconsumo), o aparatos que realizan la misma función (distintos televisores de una

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casa, valores de eficiencia de lavadoras de una tienda...). No se debe olvidar que, eneste tipo de contrastes, hay que tener en cuenta la duración, los efectos para la saludo 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 alládel aula (quizás una campaña en el centro). De esta forma contribuiremos a que losestudiantes 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 queles puede servir los conocimientos trabajados. Pensamos que resulta necesario que losestudiantes sean conscientes de la utilidad de lo que aprenden y que el profesoradocomparta con sus alumnos y alumnas este proceso de construcción cognoscitiva parareflexionar y tomar decisiones sobre y en la práctica educativa.

¿Quiénes fueron Ampere, Volta, Ohm y Edison? ¿Qué han aportado a la ciencia ya la sociedad?Se trataría de acercar al alumnado al conocimiento biográfico 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 porla comunidad científica...), sus hallazgos y, si es posible, alguna simulación de losprocesos 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 ennuestra vida cotidiana, cuáles son los retos actuales de la ciencia en este campo.

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La enseñanza y el aprendizaje de la química

Aureli CaamañoIES Barcelona-CongrésS.G. Formación Permanente. Departamento de Educación. Generalitat de Catalunya

El currículo 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 abordareste capítulo dedicado a la enseñanza y el aprendizaje de la química hemos querido resaltar loscambios 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 currículo 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, procedimientosy actitudes de la química que responden a estos interrogantes agrupados en varios bloquesconceptuales.

. ¿Qué dificultades presenta el aprendizaje de la química? Se describen las dificultades de aprendizaje de la química tanto intrínsecas como relativas alas 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 loscontenidos 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 basesen la ESO y en el bachillerato? Se propone, a título de ejemplo, una secuencia didáctica para el estudio de los ácidos y lasbases, basada en la evolución histórica del conocimiento sobre ellos, desde las definiciones detipo experimental hasta las teorías de Arrhenius y Brönsted y Lowry.

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¿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 otrasmaterias científicas, distintas etapas en lo referente a la formulación de sus finalidades,contenidos y métodos didácticos. En los años sesenta se centraba en el conocimientode los elementos, los compuestos químicos y sus reacciones químicas, desde unpunto 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 losprincipios 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 devista didáctico implicaron una valoración de los procedimientos 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 eltítulo 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 laquímica 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 desdela Ley General de Educación de los setenta hasta finales de la década de los ochenta.La enseñanza de la química mantuvo, en general, los mismos contenidos y orientaciónen segundo y tercero de BUP, como parte de la asignatura de física y química, y en laquímica del COU. Esta orientación estaba muy centrada en la preparación 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 noventaun periodo de renovación de los objetivos y contenidos de las ciencias de la naturale-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 delos aspectos más formales de muchos de los contenidos caracterizaron este periodo,juntamente con la elaboración de nuevos materiales y proyectos (Alambique 1994).

En los nuevos currículos de ciencias aparecieron bloques de contenidos dedicadosa 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 nuevosprogramas 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 acti-

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vidades de aprendizaje. La introducción del estudio de los materiales (metales, cerámi-ca, vidrio, polímeros, combustibles, etc.) es un ejemplo de este enfoque curricular queen determinados contenidos se sitúa en la interfase 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 versiónexperimental fue publicada como Química Salters (Grupo Salters, 1999, 2000). Esteproyecto estructura la química del bachillerato a través de una serie de relatos dequímica aplicada, química del medio ambiente, y química y sociedad, como 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 supuestoun retroceso en lo que respecta a la modernización de los contenidos curricularesy a la consolidación de los enfoques CTS en la enseñanza de las ciencias (Pedrinaci yotros, 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 larealización de clases prácticas y experimentales continúan lastrando la posibilidad decambios 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 laquímica, y la disminución del número de estudiantes que escogen las asignaturas defísica y de química (siguiendo una tendencia similar en toda Europa) están situandoestas 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 unaurgencia evidente (Caamaño, 2001). En nuestra opinión este replanteamiento debe iren 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 elaboraciónde 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 medioambientalesde 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 deaprendizaje de los contenidos de la química y de un uso más eficaz de las estrategiasdidácticas y de los recursos disponibles para ayudar a superarlas, para conseguir deeste modo una mejor comprensión de los principios básicos de la química, de sus apli-

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caciones, y de su relación con otras ciencias y con la sociedad. En definitiva de lo quese trata es de contribuir desde la química a lograr una mejor cultura científica de losfuturos 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 parapoder así predecir el comportamiento de los sistemas químicos.

Pero la química también tiene una finalidad práctica, que es la obtención denuevas sustancias y materiales para cubrir nuestras necesidades. Actualmente, esta-mos tan acostumbrados a vivir rodeados de tal cantidad de sustancias y materialessintéticos, que fácilmente olvidamos que estas sustancias y materiales no existirían sinel conocimiento químico que ha hecho posible su obtención. En cierto modo pode-mos decir que la química trata del conocimiento de los elementos y compuestosquímicos, de los materiales naturales y de la obtención de productos y materiales queno 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 quese 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 laspreguntas 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 cambiosquímicos 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 característicasdeterminadas 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 lagran diversidad de sustancias que se conocían estaban, de hecho, constituidas porla combinación de unos pocos elementos. La idea de elemento químico ha sufridouna evolución continuada a lo largo de la historia de la química desde las primerasdefiniciones de carácter experimental dadas por Boyle y Lavoisier, que la asociaron ala 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).

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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 encualquier proporción o si, por el contrario, siempre lo hacían en la misma proporción.Los químicos de finales del siglo XVIII, Bertholet y Proust, mantuvieron violentas discu-siones acerca de esta cuestión. Proust defendía la composición fija de los compuestosy Bertholet, en cambio, afirmaba que un par de elementos se podían combinar encualquier proporción. Este último citaba las aleaciones metálicas y la formación delos compuestos de plomo como evidencias de una variación continua en las propor-ciones de los componentes. Proust refutó los resultados de Bertholet considerando lasaleaciones como disoluciones sólidas, y demostrando experimentalmente que la apa-rente variabilidad en la composición del óxido de plomo se debía a que en realidad seformaban 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 principioorganizador de la diversidad de elementos químicos y de sus propiedades. El conoci-miento de la variedad de reacciones químicas que presentaban las sustancias llevótambién a intentar clasificarlas. La clasificación de las reacciones inorgánicas en re-acciones de precipitación, ácido-base, redox y de formación de complejos es una delas 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 idea según la cual los cuerpos esta-ban formados por innumerables partículas indivisibles. A la escuela atomística seopuso 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 aceptado por el pensamiento científico hastael Renacimiento. En los siglos XVI y XVII se observa una reconsideración de las ideasatómicas 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 JohnDalton 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 queseñalaban la masa como una de sus propiedades más fundamentales, y probar talesideas mediante experimentos cuantitativos.

El proceso de modelización de la estructura interna de la materia se inicia en elmarco 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 teoríacuántica 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 cuestionesclave sobre la estructura de la materia y les ha ido dando respuesta con la ayuda denuevos conceptos modelos y teorías.

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En este punto es útil diferenciar dos niveles de conocimiento de la materia (cuadro1): 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 constituidopor el sistema representacional, es decir, el lenguaje químico que usamos para describirestos dos mundos, que incluye: términos conceptuales macroscópicos y microscópicos,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 electrónicos.

¿Qué relación existe en las propiedades de los materiales y suestructura, es decir, entre sus propiedades macroscópicas y las propiedades de las partículas que los constituyen? La interpretación de las propiedades físicas de una sustancia requiere 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 constantemovimiento. Y las propiedades de los sólidos se interpretan en función de la estructuray 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 masaen 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 diferentes. El establecimiento

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Nivel multiatómico Nivel atómico

Estructuras:Multiatómicas.Multimoleculares.Multiiónicas.

Moléculas.Iones.

NIVEL MICROSCOPICO

Cuadro 1. Los niveles de la materia

TEORIA CINETICO-

CORPUSCULAR

TEORIA ATOMICO-

MOLECULAR

Gases, sólidos y líquidos,mezclas, sustancias simples, compuestos

NIVEL MACROSCOPICO


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 delas proporciones constantes de Proust. De acuerdo con esta teoría, en las reaccionesquímicas los átomos ni se crean ni se destruyen, solamente cambia su distribución ypasan a formar parte de nuevas moléculas. Estos cambios estructurales 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 losaspectos materiales y energéticos de las reacciones químicas, podemos preguntarnos porel «mecanismo» a través del cual transcurren las reacciones, es decir, la sucesión dereacciones 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 pararesponder 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 cambios 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 lahistoria de la química con diferentes enfoques. En un intento de cuantificar esta ten-dencia se procedió a medir las cantidades de reactivos que reaccionaban entre sí (loque 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 contexto de las reaccionesen 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, ¿porqué el cloro se combina con un solo átomo de hidrógeno y no forma, en cambio, molé-culas tales como el H2Cl o el H3Cl? Para abordar esta cuestión se introdujo el concepto devalencia 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 devalencia fue el primer paso hacia esta teoría y constituyó una propiedad decisiva, juntocon 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 descubrimiento de nuevoselementos químicos y al desarrollo de teorías eléctricas sobre el enlace químico, esdecir, sobre la naturaleza de las fuerzas que mantenían unidos a los átomos. Por otrolado dio origen al establecimiento del concepto de ion para explicar la electrólisis (Fa-raday). La formación de estos iones en disolución fue propuesta por el químico suecoArrhenius en su famosa teoría de la disociación iónica, y fue la base de la compren-sión de las reacciones iónicas en disolución acuosa: precipitación, ácido-base y redox.

Con la aparición de la termodinámica como ciencia en el siglo XIX se intentó unenfoque energético para responder a la cuestión de la afinidad química y de la espon-

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taneidad de las reacciones químicas, tomando la energía desprendida en las reaccionesquímicas como una medida de la afinidad química de las sustancias y, por tanto, comoun criterio de predicción de las reacciones que tienen lugar. Aunque este criterio no seasiempre válido, puede ser utilizado con una cierta seguridad en el caso de reaccionesmuy exotérmicas. Con la consolidación de la termodinámica como ciencia y la elabo-ración de los conceptos de entropía y entalpía libre, estas magnitudes pasaron a utili-zarse como criterio para decidir sobre la espontaneidad de las reacciones químicas.

Por último, el descubrimiento del electrón y los estudios sobre la interacciónentre la radiación electromagnética y la materia dieron lugar al establecimiento dela 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 lapregunta: ¿por qué se unen los átomos?

Las respuestas a las cuestiones clave planteadas y a algunas otras a lo largo de lahistoria han dado lugar a un cuerpo de conocimientos de química, que ha ido variandoa 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 losconceptos clave de la química estudiados actualmente en secundaria.

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La materia desde el punto de vista 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 loselementos.

La materia desde el punto de vista microscópico. Teoría corpuscular de la materia. Átomos, moléculas e iones. Modelos atómicos. Enlace químico.

Geometría molecular. Fuerzas intermoleculares. Interacción de la radiación electromagnética conlos 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 cinético-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, entalpía libre y espontaneidad de las reacciones químicas. Equilibrioquímico. 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.

CONCEPTOS Y TEORIAS CLAVE MAS IMPORTANTES DE LA QUIMICA

Cuadro 2. Conceptos y teorías clave más importantes de la química en la enseñanzasecundaria


Además de los contenidos conceptuales, el currículo de química incluye conte-nidos de ciencia-tecnología-sociedad (CTS), procedimientos y actitudes. Los conteni-dos CTS del currículo de química responden a las siguientes cuestiones:

. ¿Cuál ha sido la evolución de los conceptos y las teorías más importantesde la química a lo largo de la historia?

. ¿Cuáles son las aplicaciones de la química más importantes en la actualidad?

. ¿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 currículo de química de se-cundaria en forma de preguntas. Entre los contenidos de procedimientos cabe destacarlos 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 lamodelización 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 resolución de problemas teóricos y prácticos. Entre las actitudes cabehacer 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.

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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 instrumentales en la 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 metales 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?

Cuadro 3. Contenidos CTS clave en el currículo de química


¿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 losestudiantes, 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; Garnetty otros, 1995; Gómez Crespo, 1996; Pozo y Gómez Crespo, 1998; Furió, Azcona yGuisasola, 2000.

Concepciones alternativas y dificultades conceptualesEn los cuadros 4, 5, 6 y 7 se resumen algunas de las concepciones alternativas

y dificultades conceptuales más importantes investigadas y algunos de los trabajospublicados en nuestro país relativos a estas dificultades y a las estrategias didácticaspara 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).

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CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: MATERIA

Cuadro 4. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas ala materia desde el punto de vista macroscópico y microscópico.

La materia desde el punto de vista macroscópico

Sustancias y mezclas . Dificultad para diferenciar mezcla y compuesto. . Dificultad para diferenciar elemento y sustancia pura.

Estados y cambio de fase. Los gases no tienen masa.. Cuando un líquido hierve, las burbujas son del aire que escapa.

Reacción química. Ausencia de distinción entre cambio físico y químico.. Falta de comprensión de la conservación de la masa.

. Garnett y otros, 1995

. Driver y otros, 1989

. Pozo y otros, 1991

. Borsese y Esteban, 1988

. Oñorbe y Sánchez, 1992


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. Grup Recerca, 1981

. Llorens, 1991

. Driver y otros, 1989

. Caamaño y otros, 1983 Caamaño, 1994

. Gómez Crespo, 1996

. Valcárcel, Sánchez y Ruiz,2000

. Benarroch, 2001

. Caamaño, 1994

. Posada, 1999

. Posada y Conejo, 2000

. Lloréns, 1991



. Grupo Alkali, 1990

. Furió, Azcona y Guisasola,1999, 2002

. Garritz y otros, 2002

. Posada, 1993

. Caamaño, 1994


. Pietro y Blanco, 2000

. Prieto, Blanco y González,2000


. Benarroch, 2000 y 2001

. Sanmartí y Solsona, 2001

La materia desde el punto de vista microscópico

Teoría corpuscular de la materia . Concepción continua de la materia.. Una partícula es una pequeña porción visible de una sustancia.. Modelos atómicos alternativos.. Atribución de propiedades macroscópicas a las partículas.. Atribución de una estructura molecular a todos los compuestos.. Atribución de una estructura atómica a todos los elementos. . Concepciones alternativas sobre la estructura de los electrólitos.

Enlace químico: covalente, iónico, metálico y fuerzas moleculares . Los átomos se unen para completar a ocho la última capa de

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 . Las moléculas cambian de volumen en los cambios de fase.. Los enlaces entre los átomos de las moléculas se rompen.

Relación entre los niveles macroscópico y microscópico

Cantidad de sustancia. Dificultades para comprender y utilizar el concepto de cantidad

de sustancia. . Confusión entre cantidad de sustancia y masa molar (1 mol de

C= 12 g).

Estructura de los gases, sólidos y líquidos. Los átomos o moléculas de un sólido no se mueven.. Dificultad en aceptar el espacio vacío entre partículas.. Confusión entre las fuerzas intermoleculares y los enlaces in-

tramoleculares en un sólido.. Visión molecular de una estructura gigante iónica o covalente.


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CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: LENGUAJE QUIMICO

Cuadro 5. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas allenguaje químico

Fórmulas químicas. Los subíndices de las fórmulas moleculares de los elementos (O2)

no dan idea de una estructura molecular (O2 se confunde con 2átomos de oxígeno, 2O).

. 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



CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES: REACCION QUIMICA

Cuadro 6. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas alas características de las reacciones químicas

Interpretación molecular de una reacción química . Falta de comprensión de la conservación de los elementos en las

reacciones y de una reacción química a nivel molecular.Calor de reacción . Entalpía de enlace: la formación de los enlaces requiere energía,

y la rotura de enlaces supone desprendimiento de energía. . Entalpía de reacción: falta de comprensión de la entalpía de una

reacción en función de la energía absorbida y desprendida en larotura y la formación de enlaces.

Equilibrio químico . El equilibrio químico no es un proceso dinámico. . Confusión entre cantidad de sustancia y concentración en la ex-

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. . Los «mecanismos» de reacción no implican rotura de enlaces.

. Solsona e Izquierdo, 1998

. Martín del Pozo, 1988

. Caamaño, 1994


. Quílez, 1993 y 1998




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CONCEPCIONES ALTERNATIVAS Y DIFICULTADES CONCEPTUALES TIPOS DE REACCIONES

Cuadro 7. Algunas de las dificultades y concepciones alternativas en química relativas alas reacciones químicas y los procesos electroquímicos

Ácidos y bases . Confusión entre los modelos de Arrhenius y de Brönsted y Lowry

de ácido y de base. . Las bases no contienen hidrógeno. . El ácido conjugado de una base débil es un ácido fuerte, y vi-

ceversa. . Cuando los ácidos y las bases reaccionan siempre dan lugar a una

disolución neutra. Oxidación-reducción . El estado de oxidación de un elemento es siempre igual a la carga

del ion monoatómico de dicho elemento.. 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.. 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 ocurreninguna reacción.

. No hay relación entre la fem de una pila y la magnitud del volta-je necesario para producir la electrólisis.

. Jiménez y otros, 2002

. Jiménez, Manuel y Salinas,2002

. Barcenas, Calatayud yFurió, 1997

. Peña y Caamaño, 2002




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 aportaremosejemplos 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 yla comprensión de sus formas de representación (Caamaño, 1994).


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 materiaUna 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 posibledistinguir un nivel intermedio multiatómico, multimolecular o multiiónico, que es elque relaciona el nivel atómico con el macroscópico (Caamaño y Casassas, 1993) y unsubnivel 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 teoríasen el aprendizaje escolarOtra dificultad proviene de la necesidad de usar modelos con grados de 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 deintegración y diferenciación conceptual a lo largo del aprendizaje escolar.

Algunas de las teorías o modelos que obligan a realizar estos procesos son: lateoría corpuscular, la teoría atómico-molecular, el concepto de estructura gigante,la teoría iónica, la teoría cinético-molecular de los gases, los modelos atómicos, losmodelos 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 descriptivosExisten términos, como el de elemento químico, que tienen un significado di-

ferente según se utilice en el nivel macroscópico o microscópico.

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DIFICULTADES DE APRENDIZAJE INTRINSECAS DE LA QUIMICA

Cuadro 8. Dificultades de aprendizaje intrínsecas de la química

. 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 representacionesgráficas.– 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 varía 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 lafrase siguiente: «El agua es un compuesto formado por el elemento hidrógeno y elelemento 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 utilizado en la mayoría de los libros detexto 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 puedeser interpretada correctamente: el agua está formada por átomos de oxígeno y de hi-drógeno. Lo que no dice, pero debe suponerse para una interpretación totalmentecorrecta, es que estos átomos se encuentran unidos en la proporción 2:1, formandomoléculas de agua. Así pues la comprensión total del significado de la frase requiereuna serie de conocimientos previos que no siempre tienen los estudiantes.

Ausencia del término apropiado para un nivel estructural determinadoEn 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 laentidad microscópica representada por la fórmula NaCl? Podemos decir que setrata 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. Elmismo problema terminológico surge frente a la interpretación microscópica de lafórmula SiO2. Se ha sugerido el nombre de unidad-fórmula, aunque su uso no seencuentra del todo extendido y, por otro lado, este término soslaya la interpreta-ción estructural.

La mayoría de veces el profesorado evita este problema terminológico leyendoliteralmente 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 anivel atómico Cl2 + Na → NaCl se suele decir: «Una molécula de cloro reacciona conun átomo de sodio para dar NaCl» o «Una molécula de cloro reacciona con un átomode sodio para dar cloruro de sodio». En el primer caso se elude el nombre de la enti-dad NaCl; en el segundo, se realiza un cambio de nivel descriptivo, y se pasa del nivelatómico al nivel macroscópico. Estos cambios de nivel descriptivo en la lectura deecuaciones químicas son muy habituales y son una de las causas de la tendencia aatribuir carácter molecular a todas las fórmulas.

Términos y fórmulas químicas con significados múltiples o indeterminadosYa 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 denúmero 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 deun compuesto con estructura gigante –NaCl, SiO2– sólo nos indica la proporción en

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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 que se enmarcanExiste un conjunto de términos cuyo significado varía según el contexto teórico.

Por ejemplo, el diferente significado de los términos ácido y base, según se utilicencon referencia a una definición empírica (propiedades), a la teoría de Arrhenius o ala teoría de Brönsted 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 químicaEl 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 contextocotidiano 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 diagramas

y los modelos estructurales, que conllevan dificultades de interpretación. La diversi-dad de representaciones que se utilizan (círculos o bolas en contacto, círculos unidospor rayas, modelos de bolas con palos, redes cristalinas con varillas de soporte, etc.)también puede crear confusiones.

Dificultades relativas al pensamiento y la forma de razonamientode los estudiantesAlgunas 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 laspropiedades microscópicas de las partículas Por ejemplo, los estudiantes explican la dilatación térmica de los gases como

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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 seexplica por la inmovilidad total de sus partículas. La dureza del diamante se atribuyea la dureza de sus átomos.

La tendencia a utilizar explicaciones metafísicas de tipo teleológico o finalista en lugar de explicaciones físicasPor ejemplo, se observan explicaciones de carácter finalista como las siguien-

tes: «Las reacciones tienen lugar para que los productos sean más estables o tenganmenos energía». «Los átomos reaccionan para conseguir que su última capa tengaocho 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 todoen 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 laformación de concepciones alternativas.

Es el caso, por ejemplo, de la idea que el HCl(g) está formado por iones porquela disolución lo está; la idea que la valencia de un elemento molecular (O2, P4) vieneindicada por el subíndice como ocurre con los subíndices de los átomos adyacentesen las fórmulas de algunos compuestos (CH4); o la idea que NaCl y SiO2 son molécu-las porque tienen fórmulas similares al HCl 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 serompen los enlaces de las moléculas en una reacción entre gases.

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DIFICULTADES DE APRENDIZAJE DE QUIMICA RELATIVAS AL PENSAMIENTO Y LA FORMA DE RAZONAMIENTO DE LOS ESTUDIANTES

Cuadro 9. Dificultades de aprendizaje de la química relativas al pensamiento y forma derazonamiento 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.


La dificultad de comprensión de procesos que exigen ser pensados mediante una serie de etapasAnte 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 teneren 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 energíade los enlaces formados y rotos.

La modificación de las características de los modelos frente a hechos que no pueden explicarPor 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, sintener en cuenta las fuerzas de atracción entre los iones y las moléculas de agua, esdecir, el proceso de solvatación de los iones que se disocian.

La construcción de modelos híbridos alternativosA menudo los estudiantes modifican los modelos que se les presentan para

hacerlos compatibles con sus ideas previas o, simplemente, como consecuenciadel hecho de incorporar características de otros modelos, construyendo modeloshíbridos.

Así, por ejemplo, la visión de la estructura de un gas o de un líquido como unmedio 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 deNaCl o de SiO2, 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, paraconseguir una enseñanza de la química más efectiva y un mejor aprendizaje delos estudiantes.

El otro aspecto importante tiene que ver con adoptar estrategias didácticas quetengan 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 experi-mental en que se construyen y se cuantifican.

. Una adecuada secuenciación de los conceptos (algunos de los criterios paraconseguirlo se exponen en el siguiente apartado).

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. Un uso apropiado del lenguaje, que haga explícito el significado de los tér-minos y sus limitaciones.

. Una interpretación correcta de los códigos de representación del lenguajesimbólico 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 dediversos autores publicados en libros o revistas españolas, que se encuentran citadosen 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 dela 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 elaprendizaje de las ciencias ha sido señalada por diversos autores (Pedrinaci y Carmen,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 responsabilidadde los equipos de profesores, lo que originó una diversidad de secuenciaciones en loslibros de texto y en los proyectos curriculares. Los nuevos decretos de 2001 han vuel-

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DIFICULTADES DE APRENDIZAJE DE QUIMICA ATRIBUIBLES AL PROCESO DE INSTRUCCION

Cuadro 10. Dificultades de aprendizaje de química atribuibles al proceso de instrucción

. Presentación de forma acabada de los conceptos y teorías.

. Presentación de teorías híbridas en los libros de texto (por ejemplo, solapamiento de las teorías decolisiones 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.


to a fijar los contenidos por curso, dejando un margen muy 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 ala lógica con que quieren ser expuestos los contenidos. Se observan dos opcionesantagónicas 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 yelaboración 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 delos átomos, moléculas, enlace químico, etc.) y avanzar desde el nivel microscópico almacroscópico o, por el contrario, dar prioridad al mundo macroscópico e introducirprogresivamente el mundo microscópico como consecuencia de las hipótesis y teoríasque se construyen para interpretarlo.

Si se escoge la segunda opción, el conocimiento de la evolución histórica de losconceptos puede ser de gran ayuda para establecer el hilo conductor de la secuencia(secuenciación histórico-conceptual). Ésta fue la opción seguida en el proyecto Quí-mica Faraday (Grup Recerca-Faraday, 1988). Así pues, una orientación que intentajustificar la razón de ser de los conceptos nos lleva a una secuencia parcialmenteanáloga a la evolución histórica de conceptos. Esta orientación no ha de suponer unenfoque historicista rígido, puesto que se pretende aprender los conceptos desde unaperspectiva evolutiva, no la historia exacta de su evolución. Lo importante es situarlos 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 conceptosbásicos 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 incorporandoprogresivamente aspectos más formales y cuantitativos. Por otra, permite aumentar elsignificado de los conceptos al poder relacionarlos con otras ideas y conceptos apren-

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didos en la misma u otras materias. Este criterio choca muchas veces en la prácticacon 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 enlos conceptos es la más usual, también son posibles otros tipos de secuenciacionesbasadas, 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 relatosque abordan aspectos de química aplicada y de química y sociedad. En este caso elorden con que son aprendidos los conceptos está subordinado a los temas que seabordan 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). Dadoel 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 delos libros de texto no sean más variadas. El peso de la tradición escolar impide mu-chas veces explorar las ventajas que podrían tener otro tipo de secuenciaciones enlos 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 alos ácidos y las bases, entre ellas la propiedad de conducir la corriente en disoluciónacuosa (son electrólitos) y la capacidad de neutralizarse cuando reaccionan entreellos en cantidades adecuadas.

Entre las propiedades características de los ácidos se encuentra el saborácido, la reacción con algunos metales –desprendiendo hidrógeno–, la reaccióncon los carbonatos –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 tactoresbaladizo, el poder de corrosión, y la capacidad de colorear los indicadores conun color diferente al de los ácidos. Varios trabajos que han investigado sobre elconocimiento 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 conocidasque las de las bases.

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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 (yaque corresponde a las bases solubles, que son las que se pueden 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, deacuerdo 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 unácido con una base. El cloruro de sodio es una sal, pero también lo es el carbonato desodio o de calcio.

Observamos, en consecuencia, que estas definiciones de base y de sal no son deltodo 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 pHcomo una escala numérica, unida a una escala de colores del indicador universal, quenos 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, porejemplo, cuando reaccionan el ácido acético y el hidróxido de sodio. La disoluciónde acetato de sodio que se obtiene es ligeramente básica. Es importante destacareste hecho para evitar la confusión que puede crear la utilización generalizada deltérmino reacción de neutralización para describir cualquier tipo de reacciónácido-base.

Otro objetivo que se debería alcanzar en la ESO es el conocimiento del carácterácido o básico de las sustancias o disoluciones de uso cotidiano más utilizadas, así comosus aplicaciones. Por ejemplo, conocer el carácter ácido del vinagre, del salfumán y dela 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 lautilización de disoluciones ácidas o básicas concentradas, especialmente de ácidos ybases fuertes, y cómo deben manipularse y gestionarse sus residuos.

Ácidos y bases en el primer curso de bachilleratoEn 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 deexpresar 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.

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La pregunta acerca de lo que es un ácido, y posteriormente de lo que es unabase, 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 losácidos 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 Lavoisier, al percatarsede 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 contener 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’). Sinembargo, más adelante cuando se conoció la composición del ácido muriático (elácido clorhídrico) se vio que no contenía oxígeno y, por tanto, tuvo que descartarseesta 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 (HCl,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 otroscompuestos. Esta distinción fue apreciada por el químico alemán Liebig, que en 1838sugirió 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 cincsería un ejemplo de esta propiedad de los hidrógenos ácidos:

Zn(s) + 2HCl(aq) – > ZnCl2(aq) + H2(g)

Con todo, la teoría de Liebig no explicaba por qué unos átomos de hidrógenoeran 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 presentanconductividad eléctrica en disolución (son electrólitos). La explicación de este hechohay que buscarla en la existencia de iones en disolución. Esta hipótesis fue lanzadapor primera vez en 1884 por el químico sueco Svante Arrhenius, que definió unácido como una sustancia que en disolución acuosa se disocia dando iones hidró-geno; y definió una base, como una sustancia que en disolución acuosa se disociadando iones hidróxido. Así pues, Arrhenius asocia las propiedades de los ácidos a lapresencia 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 ladisociación iónica, según la cual los electrólitos se disociaban parcialmente en ionesal disolverse en agua.

Observemos como una adecuada comprensión de la teoría de Arrhenius requie-re haber estudiado previamente la teoría de la disociación iónica, como hipótesisexplicativa 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 origen de estos iones:¿siempre se producen como consecuencia de una disociación de los compuestos mo-

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leculares, como creía Arrhenius, o bien existen también compuestos en estado sólidoformados por iones? (Grup Recerca, 1983).

Esta cuestión puede conducirnos a la introducción de los sólidos iónicos, cuyaexistencia no fue comprobada hasta 1912 mediante estudios de difracción de rayosX de las redes cristalinas del cloruro de sodio. La existencia de electrólitos molecula-res (HCl) e iónicos (NaCl) justifica diferenciar entre los procesos de disolución deambos tipos de electrólitos: disociación (proceso de separación de iones que ya exis-tían, como en el caso del NaCl) e ionización (formación de iones donde no existían,como en el caso del HCl). Aunque el término disociación engloba a ambos concep-tos, puesto que una ionización implica a la vez una disociación, no siempre se haceexplícita la diferencia de significado de ambos términos y, de hecho, se acostumbraa 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 Brönsted y Lowry. Se adoptaun enfoque cuantitativo, 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 estudiadopreviamente el equilibrio químico. Como no podemos abordar todos estos aspec-tos, nos centraremos en la presentación de la teoría de Brönsted y Lowry y en lasdificultades que el cambio de teoría, de la de Arrhenius a la de Brönsted-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 delos electrólitos desde el punto de vista electrónico y sugerir la existencia del ionhidrógeno, H3O+, como consecuencia del enlace de un ion hidrógeno y una molécu-la de agua:

H+ + H2O → H3O+

Desde este punto de vista, en la disociación del HCl en agua, el agua deja de servista 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 HCl:

HCl + H2O → Cl– + H3O+

En 1923 el químico danés Johannes Brönsted y el químico inglés Martin Lowryformulan una nueva teoría sobre los ácidos y las bases, según la cual un ácido es unaespecie química capaz de ceder protones a otra; y una base es una especie químicacapaz de aceptar protones de otra. Así, el ion OH– es una base de B-L porque puedeaceptar un protón:

OH– + H+ → H2O

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La nueva teoría permite considerar como bases sustancias que no lo eran desdeel 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 (Na2CO3). Eigualmente pueden considerarse reacciones ácido-base, reacciones que no pasan endisolución acuosa, como por ejemplo:

NH3(s) + HCl(g) → NH4Cl(s)

Pero la nueva teoría no es tan sólo una mera ampliación de los conceptos deácido y de base de Arrhenius, sino que supone de hecho una nueva definición de loque 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 vistade la teoría de B-L, el NaOH es una sustancia básica porque contiene iones OH–, quees realmente la especie química que es la auténtica base de B-L. Lo mismo pasa conel óxido de bario (la base es el ion óxido, O2–) y los carbonatos (la base es el ion car-bonato, CO3

2–). Dicho de otra forma, en la teoría de B-L los ácidos y las bases no sonlas sustancias, sino las moléculas o los iones. La definición de ácido y de base deBrönsted y Lowry se sitúa en el nivel microscópico, mientras que las definicionesde la teoría de Arrhenius se sitúan en el nivel macroscópico.

Lo dicho hasta aquí es suficiente para prever las dificultades que se generan enlos estudiantes en el paso de una a otra teoría, máxime teniendo en cuenta que sesolapan con los mismos términos tres conceptos distintos: ácido y base desde elpunto de vista macroscópico de las propiedades, ácido y base desde el punto de vistamacroscópico de Arrhenius (restringido a los ácidos y bases que se disuelven enagua), y ácido y base de B-L de carácter microscópico (sin restricción a los procesosen disolución acuosa, aunque se aplique en el bachillerato únicamente en ese entor-no, con excepción del ejemplo de la reacción de formación del NH4Cl). Estudios re-cientes (Peña y Caamaño, 2002) muestran que los estudiantes construyen modeloshíbridos 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 estasdefiniciones híbridas se encuentran también en los libros de texto.

De hecho, la teoría de Arrhenius muchas veces se acaba presentando o utilizandomediante una formulación de ácido y base ampliada, que permite considerar como basesde Arrhenius al NH3, el CaO y el Na2CO3. El quid de la cuestión se encuentra en hacer de-saparecer u ocultar en la definición la referencia al proceso de disociación. De este modoun ácido es una sustancia que en disolución da iones H+, y una base es una sustancia queen 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 OH— en su composición y,por tanto, no se pueda disociar, reacciona con el agua y da lugar 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 cualitativadel carácter relativa de la fuerza de ácidos y bases conjugadas son algunos 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

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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-baseen dos fases, una más conceptual y cualitativa, y una segunda más formal y cuanti-tativa, ha sido resaltada por varios autores. Desgraciadamente no siempre se hace así,ni se dedica a las teorías ácido-base de Arrhenius y de Brönsted-Lowry el tiemponecesario para comprender su carácter diferenciado y sus limitaciones.

La secuencia propuesta hasta aquí muestra dos aspectos citados anteriormente: . 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 teoríasproducidos 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 cursosy las etapas «educativas».


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ensenar ciencias - van laere, fanny

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