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Universidad Virtual Escuela de Graduados en Educación Diagnóstico del estado de conocimiento de alumnos de secundaria en el tema de fracciones Tesis que para obtener el grado de: Maestría en Educación con Enfoque en Enseñanza de las Ciencias Presenta: Alejandra Sánchez Pérez Asesor tutor: Mtra. Adriana del Carmen Cantú Quintanilla Asesor titular: Dra. Ángeles Domínguez Cuenca San Luis Potosí, San Luis Potosí, México. Abril, 2011 Dedicada con profundo amor a: Mi Dios, que siempre está presente. Mi madre, por su amor inconmensurable. Mi padre, pilar de mi esfuerzo. Mis hijas, Kary y Mimí...aliento y luz de mi existencia. II Mi profundo agradecimiento a: La Dra. Ángeles Domínguez por creer en mí. La Mtra. Adriana Cantú por su paciencia y apoyo. La Mtra. Adriana Dávila por acompañarme y apoyarme en esta aventura. Rocío Fuentes y Karina Salgado: amigas, hermanas...guerreras de vida. La Mtra. Eustorgia Puebla por su asesoría técnica. III Diagnóstico del estado de conocimiento de alumnos de secundaria en el tema de fracciones Pensar en fracciones es pensar en conflicto en el aprendizaje de este polifacético objeto matemático. Actualmente los programas oficiales contemplan su enseñanza desde el tercer grado de primaria concluyendo en el segundo grado de secundaria, sin embargo es ya una tradición el hecho de que los alumnos incluso a nivel licenciatura tienen serios problemas para su uso en forma eficiente. El presente estudio pretende demostrar la incongruencia de la distribución curricular vigente para el aprendizaje de tan importante y complicado objeto matemático a través del análisis de los conocimientos en fracciones de alumnos de nivel secundaria en una escuela del sistema educativo oficial. Se trata de un estudio cuantitativo de tipo descriptivo que se realizó a través de un instrumento estandarizado. Se consideraron cinco variables para el constructo que a su vez integran otras facetas y usos de las fracciones. Las variables consideradas son reparto, equivalencia, orden, operador y razonamiento proporcional. La evidencia que arrojó el estudio indica que existe un serio déficit en el conocimiento de las fracciones puesto que el porcentaje más alto obtenido fue para la variable reparto con un 51.99%. La relevancia del estudio radica en considerar el replantear la distribución curricular para lograr en el futuro mejores resultados en el aprendizaje de las fracciones. IV Índice Introducción 1 1. Planteamiento del problema 4 1.1 Marco contextual 4 1.2 Antecedentes del problema 8 1.3 Planteamiento del problema 10 1.4 Objetivo 12 1.5 Hipótesis 12 1.6 Justificación 12 1.7 Limitaciones y delimitaciones 13 1.8 Definición de términos 14 2. Marco Teórico 15 2.1 Antecedentes 15 2.2. Enfoque teórico 17 2.3 Factores internos de la cognición 18 2.4 Obstáculos 20 2.5 Construcción del conocimiento 24 2.6 Significados y comprensión 27 2.7 Didáctica 34 2.8 Secuencia de contenidos 38 3. Metodología 45 3.1 Método de investigación 45 V 3.2 Población y muestra 46 3.3 Fracciones 48 3.4 Fuentes de información 50 3.5 Técnicas de recolección de datos 50 3.6 Prueba piloto 51 3.7 Aplicación de prueba piloto 53 4. Análisis de Resultados 54 Instrumento de Evaluación 54 Análisis de datos cuantitativos 57 Frecuencias 57 Correlaciones 63 Estadísticas Descriptivas 69 5. Conclusiones 72 Apéndices 80 Referencias 92 Curriculum Vitae de la autora 99 VI Índice de Tablas Tabla 1 8 Tabla 2 31 Tabla 3 48 Tabla 4 52 Tabla 5 55 Tabla 6 55 Tabla 7 56 Tabla 8 64 Tabla 9 71 Tabla 10 72 Tabla 11 74 Tabla 12 75 Tabla 13 76 Tabla 14 78 VII Índice de figuras Figura 1 57 Figura 2 58 Figura 3 59 Figura 4 60 Figura 5 61 Figura 6 62 Figura 7 63 Figura 8 65 Figura 9 65 Figura 10 66 Figura 11 67 Figura 12 67 Figura 13 68 Figura 14 69 Figura 15 70 VIII Introducción El aprendizaje de las matemáticas siempre ha resultado un tanto complejo, dentro de este ámbito de dificultad existe un objeto matemático de especial constitución por su multiplicidad de significados, se trata de las fracciones. Enseñarlas representa un reto a la creatividad, la inteligencia y la preparación teórica del docente quien requiere tener muy claro con que personaje matemático está tratando. Infortunadamente los sistemas educativos encargados de promulgar el curriculum prescrito en las políticas educativas (Sacristán, 2007) del país no siempre se encuentran al tanto de lo que ocurre en la realidad escolar, situación que se ve reflejada en el diseño curricular. Comúnmente el docente se topa con un exceso de contenidos a tratar, muchas veces desarticulados y el resultado obtenido al cabo de la implementación de pruebas estandarizadas de diseño nacional e internacional arroja resultados poco halagadores para los alumnos y para los docentes que se esfuerzan diariamente. Esta investigación tiene como objetivo presentar la realidad en torno al conocimiento que alumnos de secundaria de una escuela oficial tienen sobre el multifacético constructo que son las fracciones, esto es, presentar el estado del conocimiento que tienen estos discentes sobre las fracciones. El aporte de este estudio es aclarar la realidad existente en torno a un objeto matemático contemplado para su enseñanza-aprendizaje principalmente en los tres últimos grados del nivel primaria y que concluye en el segundo grado de secundaria en espera de que sea complementado a mayor escala y considerado para la reforma curricular que desemboque en un mejor proceso de enseñanza-aprendizaje y en la obtención de mejores logros académicos. 1 En los siguientes capítulos se abordarán punto por punto los aspectos que integran la investigación. En primera instancia, en el capítulo uno se presentara el planteamiento del problema que propicia la inquietud de entrar al mundo de la investigación. En este capítulo además se encontrará el marco contextual donde se desarrolla la misma, los antecedentes históricos del constructo, el objetivo y la hipótesis de la autora. Se encontrará además en este capítulo las limitaciones y delimitaciones del estudio y un breve glosario con la definición de algunos términos. En el segundo capítulo se presenta el marco teórico en el que se basa la investigación y que se encuentra dividido en siete apartados que contempla los antecedentes que tienen que ver con los subconstructos de las fracciones. En este capítulo se considera el enfoque teórico, los factores internos de la cognición, obstáculos, construcción del conocimiento, significados y comprensión, didáctica y secuencia y organización de contenidos. En el tercer capítulo se encuentra la metodología que se usó para la investigación. Se presenta la descripción del enfoque así como su justificación. Se comentan los tipos de fuentes de información usadas, se habla sobre la recolección de datos y sobre la prueba piloto. En el capítulo 4 se presentan el análisis de los resultados de la aplicación del instrumento evaluador del constructo, el proceso de su aplicación y cómo fue integrado ese instrumento. También se realizará un análisis de los datos cuantitativos mediante gráficas de dispersión para el análisis de la correlación entre variables y el análisis de la estadística descriptiva de las variables que integran el constructo. 2 En el capítulo cinco se presentan las conclusiones de la investigación y se presentan propuestas de mejora. A l final del documento se encuentran los apéndices, la lista de referencias y el currículum vitae de la autora. 3 1. Planteamiento del problema El objetivo del actual capítulo es presentar el planteamiento del problema de la investigación que se va a realizar en el constructo de fracciones. Se inicia con la presentación del marco contextual en donde se desarrolló lainvestigación haciendo una descripción del entorno físico y socioeconómico que rodea a la institución en donde se llevó a cabo la investigación, así como una panorámica de los estudios realizados con respecto al tema de fracciones. Posteriormente, se expondrán los antecedentes del problema, en donde se presentarán los resultados de una prueba estandarizada aplicada a todos los alumnos de la escuela, así como una reseña histórica que da cuenta de la complejidad del constructo. En el apartado de planteamiento del problema, se dará una descripción de las razones que generan la inquietud por realizar esta investigación, presentando la pregunta que servirá como guía del objeto de estudio. Además en este capítulo se expresa el objetivo de la investigación. Se presenta la hipótesis de la autora, así como la justificación de la investigación en la que se exponen las razones que dan relevancia al estudio así como las acciones que podría generar. Por último se presentan las limitaciones y delimitaciones. Marco contextual La investigación se llevará a cabo en una Secundaria Oficial creada en 2005 y que pertenece al Sistema Educativo Estatal Regular. La escuela forma parte de un proyecto de vinculación entre Gobierno del Estado de San Luis Potosí, una importante empresa de la iniciativa Privada y docentes miembros del SNTE, Sección 52 en la ciudad de San Luis 4 Potosí, S.L.P, México. La secundaria además, forma parte de un centro escolar en donde se incluyen los niveles de preescolar, primaria, y se proyecta bachillerato en un futuro cercano ya que pertenece a un programa estatal de escuelas de Alto Desempeño Académico (CEAD) cuya misión es formar personas íntegras y competitivas que se distingan por su alto desempeño académico, portadores de una cultura de valores y de cambio que favorezca la integración social e incida en la transformación de su entorno a través de la formación permanente del personal y su compromiso al trabajo en equipo, la mejora continua y el desarrollo de una gestión escolar eficiente y comprometida. La visión de los CEAD: serán para el año 2017 instituciones consolidadas y comprometidas con la formación de personas íntegras y competitivas a través de un modelo educativo que les permita desenvolverse en un ambiente de alta exigencia. Lamentablemente, el centro escolar en sus diferentes niveles se encuentra trabajando hasta la fecha y desde su creación en locales comerciales y casas del entorno, en donde se ubica a lps alumnos en las pequeñas salas de estar a manera de salones ya que la estructura de la institución se encuentra en construcción. Actualmente la escuela cuenta con nueve grupos, tres de cada grado: 96 alumnos en primero, 79 alumnos en segundo y 61 de tercero. No existe un promedio del número de alumnos por grupo, ya que eso está en función de los espacios que se consiguen para tal fin, cabe señalar que la escuela comenzó hace cinco años con tan solo 37 alumnos para los tres grados. La escuela se encuentra ubicada en los suburbios de la capital de San Luis Potosí, inserta en las inmediaciones de la zona industrial de la capital del Estado. Es una zona donde habitan principalmente familias de obreros, trabajadores del transporte urbano y 5 foráneo y trabajadores de la construcción. Se trata de una zona habitacional de un nivel socio-económico y cultural bajo. Por lo anterior los participantes de la investigación, serán alumnos extraídos del entorno socioeconómico descrito, aunque cabe mencionar que se inscriben cada vez, un número mayor de alumnos provenientes incluso de escuelas secundarias estatales de alto prestigio en la entidad. Aprender el constructo de fracción es, como dice Lamon (2007) uno de los más prolongados en términos de comprensión debido a su complejidad. Históricamente la figura de un número fraccionario comienza con los babilonios entre 2000 y 200 a.C. en donde 1/2, 1/3,2/3 y 5/6 poseían signos individuales que eran usados en el sistema monetario, en pesos y en medidas, encontrándose evidencias de multiplicaciones de fracciones. Por su parte, los egipcios del periodo 2000 a 500 a.C. poseían signos para 1/2, 1/3, 2/3, 1/4 y 3/4, consideradas fracciones básicas, en tanto las demás fracciones eran representadas como sumas de fracciones unitarias conservadas en tablillas (Hofmann, 2002). Estos hallazgos fueron encontrados en el papiro Rhind o papiro de Amhes en donde en una tabla se encuentran todas las fracciones de la forma siendo 2n-l 2 2 1 < n < 49 esto es, todas las fracciones con denominador impar desde - hasta —. En este mismo documento, se pueden encontrar la forma en que se llevaba a cabo la aritmética de las fracciones usando fracciones unitarias (Pulpón, s.f). Los griegos, tenían signos individuales para 1/2 y 2/3 (800-400 a.C.) y hacia el año 400 a.C. Arquitas de Tarento, trabajó con la media aritmética, geométrica y armónica. Por su parte, hacia el año 370 a. C , Eudoxio de Cnido definió indirectamente la igualdad entre dos razones, usada más tarde en el cálculo de proporcionalidad del área del círculo con respecto del cuadrado de su diámetro. Hacía el año 300 a.C. Euclides de 6 Alejandría incluyó el estudio de las proporciones en el libro quinto de su obra Los Elementos y en el libro sexto la aplicación de la teoría de Semejanza (Hofmann, 2002). Arquímedes de Siracusa, el más grande matemático de la antigüedad en 237 a. C. hace uso del axioma que hoy lleva su nombre en donde utiliza la teoría de las proporciones, una de las herramientas que da rasgo principal a sus demostraciones (Parra, 2008). Como se puede observar el uso de las fracciones y su correspondiente implicación operativa data de hace aproximadamente cuarenta siglos en donde la figura de la fracción toma diferentes usos, que van desde la adición de diversas partes de un todo que podían a su vez estar representando medidas, la forma de la fracción como operador multiplicativo y también la forma de la fracción en su papel de razón. El presente documento abordará el fenómeno de la enseñanza-aprendizaje del concepto de la fracción en sus diferentes enfoques en el nivel secundaria, la complejidad que envuelve la comprensión de los procesos subyacentes a esta en base a la conceptualización de la propia fracción en su diversidad de facetas (Kieren, 1980). El estudio tendrá una perspectiva diferente, ya que estará encaminado a describir en primera instancia el estado del conocimiento en el que se encuentran los alumnos de secundaria dado que la mayor parte de los temas relacionados con el concepto de fracción está diseñado para abordarse en el nivel primaria, específicamente en el quinto grado, habría de suponer que en el nivel posterior, o sea en la secundaria, la semilla del conocimiento está plantada en este tema y que los alumnos deberían de tener claros los conceptos básicos de las mismas. Lamentablemente se ha observado a nivel nacional e incluso internacional mediante el uso de pruebas estandarizadas, que los estudiantes de todos los niveles, carecen de una formación sólida en este tema. 7 Antecedentes del problema Por ser una escuela con misión de alto rendimiento académico, los resultados de las pruebas estandarizadas aplicadas a nivel nacional, como la prueba Enlace, resultan de vital importancia para mejorar el desempeño académico de la misma. En este sentido, los resultados obtenidos en la mencionada prueba en los últimos años han arrojado porcentajes nulos en el nivel de excelencia en la asignatura de matemáticas, lo cual no coincide con el enfoque que tiene la institución. En contraste, el porcentaje obtenido en el nivel insuficiente ha sido muy alto, solo en el año 2010, 58.5% para primer grado, 64.8% para segundo grado y 40.8% para tercer grado. En los niveles elemental se tienen los siguientes resultados: 35.4% en primero, 27.8% en segundo y 59.2% en tercer grado. Elnivel más alto que se logró en la institución es el considerado como bueno, y que en el caso que nos ocupa queda representado de la siguiente manera: 6.2% en primero, 7.4% en segundo y 0.0% en tercer grado. Estos resultados se resumen en la tabla número uno presentada a continuación en la que se contrastan los resultados obtenidos por los alumnos de la escuela con los resultados nacionales (SEP, 2010). Tabla 1 Resultados de prueba enlace 2010 en la asignatura de matemáticas (Datos recabados por el autor) INSUFICIENTE ELEMENTAL BUENO EXCELENTE Grado Escuela País Escuela País Escuela País Escuela País 1° 58.5% 57.5% 35.4% 32.5% 6.2% 9.0% 0.0% 1.1% 2 o 64.8% 55.6% 27.8% 34.3% 7.4% 8.8% 0.0% 1.3% 3 o 40.8% 52.3% 59.2% 38.6% 0.0% 7.7% 0.0% 1.4% 8 Como puede observarse, el mejor nivel de rendimiento obtenido por los alumnos de la institución es el bueno, pero estableciendo la comparación con los resultados nacionales se puede notar que se encuentra muy por debajo del logro nacional. Existen antecedentes de estudios relacionados con el constructo de fracciones realizadas por reconocidos investigadores en México, España y Estados Unidos principalmente, pero en lo general, dichos estudios se encuentran focalizados a la investigación en el nivel primaria, pocos en el nivel medio superior y algunos más en docentes en formación. Puede mencionarse por ejemplo, en el caso de México, algunas de las investigaciones realizadas por la Dra. Marta Elena Valdemoros (Valdemoros, 2004, 2006, 2008; Ruiz y Valdemoros, 2006; Perera y Valdemoros, 2008) quien ha trabajado con este tema en el nivel primaria, desde el cuarto al sexto grados y también ha presentado algunos estudios de caso con adultos. De León y Fuenlabrada (1996) quienes trabajaron con niños de primero a cuarto grado de primaria, Ruiz y Lupiañez (2009) trabajaron con niños de primaria, Cubillo y Ortega (2003) realizaron su estudio enfocado a bachillerato, Ruiz (2007) trabajó el proyecto de gestión mental de Leganderie con profesores en formación. En España, también se han registrado importantes investigaciones en el caso que nos ocupa (Maza, 1991, 1999); en Estados Unidos destacan Post, Harel, Behr, y Lesh (1991) hicieron estudios con maestros en formación. Lamon (1996, 2007) es uno de los casos diferentes, pues se enfocó al constructo de los números racionales y por consiguiente en las fracciones en el nivel secundaria. Sin embargo, a pesar de la calidad en las investigaciones realizadas por los autores y autoras anteriormente mencionados y 9 por otros no tan reconocidos, pocas investigaciones se han enfocado al estudio del nivel medio. Planteamiento del problema Una de las problemáticas que se presenta incluso en el nivel de enseñanza superior en México, es el hecho de que los alumnos no saben trabajar con el constructo de fracciones en la resolución de problemas, incluso se ha observado que ente sentido, los alumnos privilegian el uso de las representaciones decimales para efectos operativos, así como el uso del norming (Lamon, 2007) duplicando sus estrategias de conteo, ya que no reconocen a la fracción como un solo número. Pero, cuál es la razón, o más bien, ¿cuál es la raíz de este problema que provoca conflictos en la resolución de problemas en todos los niveles de formación? ¿Realmente está siendo efectiva la enseñanza de fracciones? Si se considera el perfil de egreso del nivel primaria en los temas que tienen que ver con fracciones, los alumnos que ingresan al nivel de secundaria, deberían manejar saberes que forman parte del curriculum de 3 o a 6 o (SEP, Tercero, Cuarto, Quinto y Sexto grado, 2009,) como: 1. Ubicación de fracciones en la recta numérica 2. Identificar y generar fracciones equivalentes y usarlas para comparar fracciones con distinto denominador 3. La resolución de problemas que impliquen suma o resta de fracciones con denominadores diferentes 4. Resolver problemas que impliquen multiplicar números fraccionarios por números naturales 10 5. Usar fracciones para expresar cocientes 6. Dividir un número fraccionario entre un número natural Ahora bien, siguiendo con la continuidad del curriculum, en el nivel de secundaria los alumnos, al terminar el primer grado donde se encuentra la mayor parte del material a abordar en el constructo de fracciones, deberían conocer y manejar los siguientes conceptos, de acuerdo con el programa de estudio de matemáticas (SEP, 2006): 1. Interpretación del significado de fracción. 2. Representaciones equivalentes. 3. Representación en la recta numérica a partir de distintas informaciones. 4. Comparación y orden. 5. Significados de la adición sustracción de números decimales y fraccionarios. 6. Algoritmo de la adición y sustracción de números con signo. 7. Significados de la multiplicación y división de números decimales y fraccionarios. 8. Algoritmos de la multiplicación y división de números fraccionarios y decimales. 9. Aplicación sucesiva de factores constantes de proporcionalidad. 10. Reparto proporcional. Como puede observarse, la temática presentada es sumamente amplia y debería ser parte de los saberes de un niño que ingresa al segundo grado de secundaria pues es un material que se supone se ha desarrollado a lo largo de cinco años consecutivos, comenzando en el tercer grado de primaria hasta abarcar el primer grado de secundaria pero, ¿realmente los niños poseen estos conocimientos? 11 Lo anterior lleva a plantear la siguiente pregunta: ¿Cuál es el estado del conocimiento de un estudiante de secundaria en el constructo de fracciones? Objetivo Este estudio de investigación tiene como objetivo evaluar el estado de conocimiento en el constructo de fracciones en estudiantes de secundaria comprobando si los conceptos contemplados en el perfil de egreso de primaria en dicho constructo realmente forman parte del bagaje de un estudiante de secundaria. Hipótesis La hipótesis que plantea la investigadora es que el estudiante de secundaria no posee los conocimientos correspondientes al perfil de egreso de un estudiante de primaria en el constructo de fracciones de acuerdo a lo que plantea el plan de estudios vigente en México. Justificación La importancia de la presente investigación radica en que al determinar el real estado de conocimiento de un estudiante de secundaria en el tema de fracciones y se puedan generar propuestas que ayuden a solucionar el problema que implica el déficit de este conocimiento en el nivel básico y en los niveles superiores a secundaria. Primordialmente se considera que el evaluar el conocimiento en este tema permitirá considerar una nueva visión de curriculum en el nivel básico dados los 12 resultados que arroje la investigación, además de dar pauta a propuestas de solución para una mejor comprensión del tema de fracciones. De acuerdo a la revisión de la literatura realizada, se ha encontrado poco material que describe algunos fenómenos relacionados con el constructo de fracciones en el nivel medio. Uno de esos fenómenos es la confusión que presentan los estudiantes al tratar de entender los diferentes enfoques del concepto. Sin embargo no se han encontrado datos que comenten el estado de conocimiento de los alumnos del nivel medio básico. Limitaciones y delimitaciones Las limitaciones del estudio están dadas por la muestra de la población que se analizará, pues ésta corresponde a características específicas de nivel socioeconómico y cultural que podría influir significativamente en los resultados, por lo que al limitarse el estudio solo a esta población, quedan de lado otras características que podrían incidir en los resultados. En cuanto a las delimitaciones que pueden presentarse se menciona en primera instancia el factor de infraestructura con el que actualmente se dispone en la institución seleccionada para el estudio, hecho que podríainterferir en el momento de la aplicación de instrumentos con respecto de la estandarización de la misma. Otro factor a considerar es el tiempo destinado a la investigación, puesto que se considera que una conclusión más amplia estaría en función de un periodo de tiempo más prolongado que permitiera profundizar en la problemática planteada. 13 Definición de términos Estado del conocimiento: hablar de un estado de conocimiento en el constructo de fracciones se entiende el estado en el que un sujeto adopta el uso de este constructo dada una representación de objetos mediante el acervo conceptual adquirido del mismo. Comprensión: Desde el enfoque ontosemiótico, se entiende la comprensión como competencia. Esto es, "se considera que un sujeto comprende un determinado objeto matemático cuando lo usa de manera competente en diferentes prácticas" (Godino, Batanero y Font, 2007, p. 10) Conocimiento: Desde el enfoque ontosemiótico, conocimiento equivale a contenido de una o varias funciones semióticas. Funciones semióticas: Relación entre dos entes semióticas: un antecedente (expresión, significante) y un consecuente (contenido, significado) establecida por un sujeto (persona o institución) de acuerdo con cierto criterio de correspondencia. Norming: Término utilizado para referirse a la duplicación de estrategias de conteo Razonamiento cualitativo: Razonamiento que resulta evidente y obvio a la persona que lo posee (Resnick, 1986). Unitizing: Proceso de agrupación de cantidades partidas a un tamaño convenientemente manejable. 14 2. Marco Teórico El objetivo del este capítulo es presentar un análisis de la literatura, a fin de contextualizar un marco teórico de referencia a la investigación que se realizará en el constructo de fracciones. Se inicia en antecedentes con una breve presentación de las investigaciones realizadas por diferentes autores. Posteriormente se aborda de lleno el marco teórico que se subdivide en siete subtítulos: enfoque teórico, factores internos de la cognición, obstáculos, construcción del conocimiento, significados y comprensión, didáctica, secuencia y organización de contenidos. Antecedentes Los procesos cognitivos que implican el estudio de las fracciones han sido estudiados desde un enfoque semiótico como objetos de adquisición conceptual a través del uso de signos (D' Amore, 2006) dado que la construcción del concepto de fracción es multifactorial. Por otra parte se requiere de procesos de enseñanza que consideren hoy día aspectos como las emociones que impactan el conocimiento, como recientemente han descubierto las neurociencias a través de diferentes investigaciones como las auspiciadas por OCDE y de las cuales Padilla (2005) reseña sus principales aportaciones al área de la educación. Así mismo, el proceso de almacenamiento y recuperación de la información involucrada con el constructo a estudiar, requiere de alguna forma de la memoria de trabajo para mejorar el aprendizaje y las tareas de cálculo, cuestión que ha sido abordada por Alsina (2007). Gil (1993) ha detectado que los fracasos en la comprensión de conceptos, atienden entre otras cosas a preconcepciones y a una enseñanza deficiente. Esta última tiene una 15 relación directa con la formación que reciben los docentes, situación que Post, Harel, Behr y Lesh (1991) y Maza (1991) han revelado en sus estudios. Por otra parte De León y Fuenlabrada (1996) han observado que los estudiantes adquieren de alguna forma preconcepciones, lo que afecta el significado de fracción puesto que este es complejo y lento de comprender. Asimismo Ruiz y Lupiafiez (2009) han trabajado sobre el aspecto cualitativo del pensamiento a fin de evitar la tendencia a usar algoritmos sin significado en la resolución de problemas. Cantoral y Reséndiz (2003) han encontrado que el discurso del profesor en la clase de matemáticas y la interacción con y entre los alumnos produce conocimiento puesto que existe una estrecha relación del discurso del profesor y a la interacción de éste con sus alumnos, y es el profesor quien gestiona la clase considerando lo que pueden lograr determinadas intervenciones por su parte y el propiciar la argumentación matemática de los estudiantes. Esta afirmación la comparten Quaranta y Tarasow (2004) agregando el hecho de la validación de conocimientos mediante diferentes procesos de representación para construir la realidad que tratan de explicar los alumnos. Esta situación también fue abordada por Cantoral, Farfán, Lezama y Martínez (2006). A su vez, Valdemoros (2004, 2008), Ruiz y Valdemoros (2006) han abordado las formas de representación que involucran los significados de la fracción que impactan sobre el uso de algoritmos en la resolución de problemas. Lamon (2007) hizo un profundo análisis sobre los diversos significados de la fracción y realizo propuestas para mejorar la comprensión de las mismas. Cubillo y Ortega (2003) trabajaron la comprensión de equivalencia en el orden de las fracciones y la representación en la recta a través del modelo de gestión mental (MGM). Mientras que 16 Perera y Valdemoros (2007) confirmaron mediante sus estudios la importancia de los conocimientos previos para favorecer la construcción de la noción de fracción. Por su parte Ríos (2007) realizó investigación sobre la efectividad de la ingeniería didáctica para propiciar cambios en las formas de expresar las ideas de un lenguaje coloquial a uno formal, eliminación de errores de reparto, operaciones inadecuadas. Asimismo Kyungsoon (2001) ha encontrado que los conceptos deben ser enseñados a través de las actividades previstas centradas en la comprensión de las interrelaciones entre muchas ideas matemáticas mientras que González y Block (2005) añaden a esto la necesidad de la estructuración de secuencias didácticas adecuadas que favorezcan la reflexión. Enfoque teórico D' Amore (2006) afirma desde un enfoque semiótico, que el conocimiento es la intervención y el uso de los signos, el mecanismo de producción y uso de estos signos y la representación de objetos de la adquisición conceptual. Por lo que al hablar de un estado de conocimiento en el constructo de fracciones se entiende el estado en el que un sujeto adopta el uso de este constructo dada una representación de objetos mediante el acervo conceptual adquirido del mismo. Así mismo, D' Amore (2006) afirma que la construcción de conceptos matemáticos es multifactorial y multicausal y que entre otras cosas atiende a la participación de una parte institucional y personal. Señala que existe un fuerte componente antropológico que lo sustenta. El conocimiento no representa simplemente la realidad externa, sino que es el resultado de la interacción entre quien aprende y sus experiencias sensoriales. En el proceso, el sujeto que aprende necesariamente requiere simbolizar dado que es una necesidad humana que refleja una 17 dimensión social y personal. Desarrollar conceptos implica muchas funciones intelectuales como la atención, la memoria, la lógica, la abstracción y la capacidad de comparar y diferenciar. Por su parte Radford (2006) hace una síntesis histórica del enfoque semiótico proveniente de tres tradiciones asociadas encabezadas respectivamente por De Saussure, Sanders y Vygotsky. Donde explica que para De Saussure los signos son una relación del significado o concepto y el significante que es la imagen que se le asocia al signo. En cuanto a Sanders en su hipótesis sobre la adecuación entre el mundo real y el mundo de las ideas, considera que cualquier pensamiento puede ser representado con un signo Comenta que para Vygotsky el signo desempeña una función mediadora entre el individuo y sus contextos permitiéndole pasar de lo interpsicológico que es el nivel social, a lo intrapsicológico que es el proceso de internalizar la acción lo cual hace del signo un recursode transformación de las funciones mentales en el individuo. Por último, el autor menciona a Piaget como creador del término función semiótica que designa la habilidad de representar algo a través de un signo como un proceso genético que va de lo sensorial a lo conceptual a través del razonamiento. Factores internos de la cognición El desarrollo cognoscitivo de un niño es paralelo al proceso de mielinización (recubrimiento de las conexiones entre las neuronas con una membrana especializada que permite una adecuada transmisión de los impulsos nerviosos) que favorece el desarrollo cortical (engrasamiento y formación de conexiones neuronales). La capacidad para resolver problemas complejos y para utilizar estrategias meta cognoscitivas está asociado 18 con el desarrollo progresivo del proceso de mielinización de las regiones pre frontales del cerebro que se presentan por periodos intermitentes desde los tres y cuatro años, luego a los seis y ocho, a los diez y 12 y la última etapa a los 14 y 16 años (Rosselli, 2003) esto implica un factor determinante a considerar en los procesos de enseñanza aprendizaje. La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), apoyó una investigación exhaustiva para determinar la forma científica de tratar el aprendizaje humano en sus diferentes etapas. Padilla (2005) reseña este trabajo publicado por OCDE, y atrae la sección que refiere las implicaciones de la neurociencia cognoscitiva en el aprendizaje de las matemáticas. Existe una vinculación directa entre la corteza frontal del cerebro y las estructuras cerebrales del sistema límbico con la cognición de la matemática, ya que cuando las conexiones de estos sistemas se afectan por tensión o miedo, se puede presentar un deterioro en el desempeño cognoscitivo. Esto implica que los aspectos emocionales tienen una relación directa con las áreas perceptivas del cerebro. Hidalgo, Maroto y Palacios (2005) en un estudio longitudinal a alumnos de 60 instituciones educativas públicas y privadas de niveles desde primaria hasta profesional en diez provincias de España logran establecer lo que ellos denominan un perfil emocional matemático que es producto de una valoración positiva a un conjunto de variables de naturaleza emocional tales como el auto concepto matemático. La percepción de dificultad o las emociones asociadas con la materia, se trata de una dependencia entre factores cognitivos y emocionales que favorecen la asimilación de conocimientos matemáticos. En el caso que nos ocupa resulta de vital importancia considerar este factor debido a la alta incidencia de frustración que implica el aprendizaje del constructo de fracción. 19 Los factores internos de la cognición humana, que incluyen al denominado ejecutivo central que tiene diversas funciones como las de desarrollar estrategias para almacenar y recuperar información, controlar el flujo de información a través de la memoria de trabajo, recuperar conocimientos desde la memoria a largo plazo y controlar acciones, planificar y programar múltiples actividades recurrentes son las ideas principales de un estudio mediante el cual Alsina (2007) propone el entrenamiento de la memoria de trabajo para mejorar el aprendizaje de las tareas de cálculo. Los resultados a que llega son en el sentido de la existencia de una correlación lineal estadísticamente significativa entre las pruebas de ejecutivo central y las tareas aritméticas, siendo las de amplitud de contar y las de amplitud de escuchar las que más se correlacionan. Esto confirma un vínculo muy importante entre el ejecutivo central y la actividad cognitiva que conlleva el cálculo aritmético. Según Alsina la solución para los niños con dificultades de cálculo radica en activar los procesos mentales implicados como la memoria de trabajo. La forma en la que el ser humano aprende ha sido motivo de investigación desde diferentes ámbitos como el psicológico, filosófico y el biológico. Obstáculos Post, Harel, Behr y Lesh (1991), en un intento por describir el desarrollo del concepto de número racional en los niños realizaron un estudio enfocado a profesores que tenía como objetivo identificar las variables que impiden el aprendizaje de los conceptos de número racional. Los autores evaluaron los conocimientos de los maestros en el nivel medio, encontrando resultados desconcertantes en donde del 20 % al 30 % de los profesores obtuvo menos del 50% de respuestas correctas del total de un instrumento 20 aplicado. Esto habla de una comprensión poco sólida de los conceptos que el docente a su vez tiene que transmitir al educando. El mayor porcentaje de explicaciones adecuadas solo pudo obtener un 53.9% de la confianza en las explicaciones del procedimiento usado. Este tipo de respuestas aunada a otras lleva a los autores a cuestionarse acerca de las interacciones entre la comprensión matemática de los profesores y los niveles de rendimiento de los estudiantes como un obstáculo tangible a la asimilación de los contenidos matemáticos por parte de los discentes. Siguiendo esta misma línea de estudio enfocado a profesores en formación, Maza (1991) concluye que el conocimiento explícito de las relaciones entre elementos de una operación se desarrolla independientemente de la capacidad de interpretación y resolución de los problemas. Gil (1993) distingue dos errores conceptuales principales que conllevan a los fracasos detectados en la comprensión de conceptos científicos: las ideas espontáneas o preconcepciones y una enseñanza inadecuada que favorece la persistencia de las preconcepciones La existencia de esquemas conceptuales espontáneos es difícilmente cuestionable y en cierta forma entran en la categoría de conocimientos pre-científicos producto del sentido común, lo que explica su persistencia. En este apartado se abordan algunos de esos errores desde la perspectiva de diferentes autores, que en este estudio forman parte de los constructos de la investigación. Cinco años después, De León y Fuenlabrada (1996), realizaron un estudio de secuencias de situaciones didácticas basadas en problemas de reparto cuyo objetivo era favorecer la enseñanza de fracciones en su significado de cociente. El trabajo se hizo con niños de primero hasta cuarto de primaria con el método cualitativo mediante entrevistas 21 de estructura fija y exploración crítica. Con el enfoque de investigación de la psicología genética de Piaget y la teoría de campos conceptuales de Vergnaud. Mediante un estudio a través de entrevistas que contenían problemas de reparto, el estudio reveló que los alumnos que inicialmente estiman la respuesta y posteriormente miden las porciones para validarla, lo que llevó a De León y Fuenlabrada (1996) a concluir desde dos enfoques diferentes. Desde el punto de vista psicogenético se encuentran tres formas de aplicar la relación parte-todo: cuando no aparece un seccionamiento del todo, cuando la relación parte todo aparece implícita en el problema y cuando la relación parte todo aparece explícitamente. Desde un enfoque didáctico, identificaron los siguientes obstáculos epistemológicos: Los niños de primer y segundo grado no han construido relaciones entre el todo y las partes en que se fracciona este por lo que no comprenden la noción de reparto. Consideran que se debe trabajar primero las relaciones conceptuales, después las representaciones simbólicas y posteriormente los algoritmos. El concepto de fracción debe ser abordado desde sus diferentes significados de medida, cociente, razón y operador y no solo como la relación parte-todo. Propiciar la expresión de fracciones propias como impropias ya que construir el significado de fracción es complejo y lento e implica la interacción del niño con situaciones de la vida real y con sus esquemas de conocimiento. Otra investigadora que ha hecho contribuciones muy importantesal estudio de los números racionales, y por ende a las fracciones, ha sido Lamon (2007) quien realizó un profundo estudio comenzando por una revisión histórica de autores que también han contribuido a este tema. Lamon (2007) reconoce el trabajo y la aportación para el estudio 22 de este constructo por Berh, Harel, Post y Lesh, (1992, citados por Lamon 2007), comenta que el razonamiento cualitativo promovido por estos autores es adecuado solo para determinar el orden en algunas relaciones, sobre todo en aquellas que se plantean en contextos que los niños entienden pues les permite tener un razonamiento enfocado a construir su conocimiento en actividades que implican compartir. Cabe señalar que se entiende por pensamiento cualitativo aquel que es evidente y obvio a la persona que lo tiene (Resnick, 1986). Sin embargo, afirma que el pensamiento cualitativo no siempre es suficiente, ya que existen tareas en las que la demanda cognitiva es más amplia, al requerir coordinación simultánea de más de dos cantidades, como las que implican conocimientos de principios físicos. En este sentido, Lamon sugiere considerar los límites en la cantidad de información a la que un niño puede atender en términos de su nivel de comprensión. Por lo que en este sentido el obstáculo a considerar es el hecho de establecer razonamientos intuitivamente cualitativos que podrían desmotivar procesos más complejos. Recientemente Ruiz y Lupiañez (2009) realizaron una revisión de las estrategias que usan los estudiantes de primaria en la resolución de problemas que implican el uso de razón y proporción a fin de conocer sus procesos cognitivos y cómo estructuran sus respuestas ante situaciones problemáticas los estudiantes de primaria. Utilizan el método cualitativo a través de observaciones directas e indirectas y el análisis cualitativo y cuantitativo de los cuestionarios implementados como tareas. Los resultados: el 89.6% realizaron el cuestionario completo, el 10.3% restante no contestó alguna tarea. Aproximadamente el 41% contestó bien más de la mitad de las tareas, solo un estudiante resolvió 12 de ellas correctamente y otro solo resolvió una correctamente. Los autores 23 concluyen afirmando sobre la necesidad de profundizar sobre el aspecto cualitativo del pensamiento de los estudiantes ya que encontraron una fuerte tendencia sobre el uso de algoritmos pero sin significado. Construcción del conocimiento Los alumnos con frecuencia, no saben lo que saben o bien lo que no saben, es decir, tienen una ilusión del saber (Voss y Shauble, 1992) sobre todo en los casos en los que el conocimiento previo es erróneo o cuando el material a aprender es muy difícil (Hacker, 1998a; Maki, 1998; Stone, 2000; Winne y Jamieson-Noel, 2001, citados por Ormrod, 2005). El contenido que sigue a continuación, se refiere a los significados y la comprensión que de las fracciones se puede tener en los diferentes niveles escolares. Por ejemplo, Lamon (1996) afirma que las actividades de partición o distribución justa son un mecanismo importante para la construcción de la comprensión mediante la formación de unidades de estructuras complejas. Los estudiantes tienen la capacidad de utilizar una doble estrategia de conteo para resolver problemas. Antes de recibir una instrucción sobre números racionales construyen unidades complejas de solución llamadas norming o reinterpretación de unidades elegidas. El norming consiste en un doble conteo y parece ser una estrategia natural en el proceso de conceptualización de una razón como unidad de unidades de unidades. La construcción de estrategias normalizadas no indica un buen razonamiento proporcional porque los estudiantes que lo usan no reconocen todas las relaciones estructurales que existen en una proporción y no conceptualizan a la razón como a un solo número. Lamon (1996) presenta otra estrategia intuitiva a quien denomina unitizing que es el 24 agrupamiento cognitivo o reagrupamiento de una cantidad dada, convenientemente partida de tamaño. Para Lamon, pensar proporcionalmente significa ser experto en construir conocimiento usando unidades compuestas cuando el contexto así lo requiere. Maza (1999) considera que la construcción del número racional se suele hacer a través del establecimiento de fracciones equivalentes. Sin embargo, su categoría matemática de número viene garantizada por la posibilidad de ordenación. Ello supone que una enseñanza completa del concepto de número racional debe conjuntar la equivalencia y orden entre fracciones englobadas en la acción de comparar el tamaño de las mismas. Por su parte, Cantoral y Reséndiz (2003) afirman que el discurso del profesor en la clase de matemáticas y la interacción con y entre los alumnos puede producir conocimientos. Mediante el uso la etnografía pudieron constatar que en el fenómeno de envejecimiento de situaciones de enseñanza (modificación de la situación de enseñanza por el docente) las explicaciones juegan un papel fundamental como parte del discurso utilizado pero éstas pueden verse afectadas o influenciadas en la interacción con los alumnos como parte de las negociaciones que se pueden presentar, lo que finalmente lleva a Cantoral y Reséndiz a comentar la importancia de estudiar la dinámica del aula y no solo centrar la atención en los logros académicos sin contexto escolar. Un año después, Quaranta y Tarasow (2004) presentan su teoría acerca de la validación en las producciones de los alumnos. Esta se ubica entre el análisis didáctico y el psicogenético, donde se proponen producir progresos en la interpretación de la numeración escrita y avanzar en el estudio de los aspectos más relevantes de la construcción del sistema de numeración. Mediante el uso de la etnografía llegan a 25 resultados en donde afirman que la toma de decisiones respecto a la solución y validación por parte de los alumnos es un elemento central que conforma los saberes que se intenta implementar, y por el contrario cuando quien valida es el docente, el trabajo del alumno termina, por no haber una exigencia que lo obligue a reflexionar sobre su producción. Las autoras comentan la necesidad de que el alumno tenga cierta incertidumbre no solo en cómo encontrar la respuesta a un problema, sino también acerca de su validez, y en este sentido mantener la incertidumbre es tarea del maestro. Esto no quiere decir que el maestro no debe de intervenir, sino que debe enfocarse a movilizar los argumentos matemáticos en los alumnos. El tipo de interacción entre los actores principales del conocimiento: maestro-alumno depende del modo en el que el primero gestione la clase, considerando lo que pueden lograr determinadas intervenciones y lo que no permiten otras en la producción y difusión del conocimiento didáctico. Por su parte, Cantoral, Farfán, Lezama y Martínez-Sierra (2006) abordan el tema de la construcción del conocimiento matemático y su vínculo con procesos de representación. Usando el método cualitativo con alcances explicativos, asumen que existe una gran diferencia entre la realidad del objeto y la realidad descrita que producen las personas para construir la realidad que explican. La aportación de la socioepistemología en el plano educativo no solo examina el conocimiento matemático, social histórico y cultural, sino que plantea problemáticas tanto en la construcción como en la difusión del mismo. Los resultados que muestran en su estudio se enfocan a cómo opera el enfoque socioepistemológico al centrar su atención en prácticas sociales más que en objetos matemáticos, destacan el papel de la práctica social en la construcción del conocimiento 26 matemático y su vinculación con los procesos de representación. Concluyen que en la construcción del conocimiento, la práctica social resulta prometedora para la investigación en matemática educativa. Significados y comprensiónEn cuanto al concepto de fracciones, podemos decir que son aquellas que incluyen a todos los números de la forma — en donde tanto n como m son números naturales. (Clawson, 1999). En el aula de matemáticas no solo se propicia el uso de lenguaje de signos correspondientes a la matemática, sino que la combinación de otros lenguajes, corporales, actitudinales, y matemáticos, orales y escritos son lo que en suma Serrano (2002) denomina discurso matemático lo que lleva al estudiante a ampliar su nivel de comprensión y a establecer significados sobre lo que aprende. En cuanto a la comprensión de los saberes matemáticos Meel (2003) realizó un trabajo acerca del tema mediante un estudio cualitativo de tipo narrativo en el cual realizó un análisis de los elementos, construcciones y vínculos de las teorías de Pirie y Kieren sobre el crecimiento de la comprensión matemática y la teoría APOE de Dubinsky en donde hace una destacada presentación histórica del desarrollo de la comprensión a partir de Bachelard, Cornu, Sierpinska, Vinner, Tall, Davis, Harel, Kaput, Sfard y Linchevsky. Meel distinguió siete elementos de comportamiento no lineal en la teoría de Pirie y Kieren, conteniendo a otro en forma cíclica, los elementos son: entendimiento primitivo, creación de imagen, comprensión de la imagen, observación de la propiedad, formalización, observación, estructuración e invención. Cataloga a esta teoría como teoría de la relatividad de la comprensión con cualidades fractales para el observador y 27 menciona que la característica más importante de esta teoría es su proceso dinámico de redoblar que consiste en reexaminar la comprensión en un nivel diferente. En cuanto a la teoría APOE de Dubinsky, distingue los siguientes elementos: acción, proceso, reversión, encapsulado y el esquema. Las cualidades que comparten las dos teorías son: describir la comprensión como un proceso interminable, desarrollar la tradición de la observación significante y la interacción con los estudiantes en relación con el contenido matemático particular. El autor afirma que ninguna de las teorías supera a la otra pues cada una tiene su propio conjunto de perspectivas y fortalezas. Enfocando la atención en los contenidos de significado que les asignan los niños a las fracciones, Valdemoros (2004) realizó un estudio utilizando el método cualitativo donde abordó el tema en el cuarto grado de nivel primaria ante diversas situaciones de reparto. Aunque en este caso solo se enfocó al significado de cociente de la fracción, permite analizar los procesos de significación que desarrollan los niños, sus formas de resolución y lo más interesante: cómo manejan variadas formas de representación. Dos años después Ruiz en conjunto con Valdemoros presentaron una investigación a manera de estudio de caso de una alumna de sexto grado de primaria quien representa la forma de actuar de algunos niños que responden a un problema tipo, realizando una serie de algoritmos mecánicamente pero sin sentido (Ruiz y Valdemoros, 2006). Utilizando el método cualitativo y el enfoque constructivista -didáctico. Se trató de un estudio de caso, en donde durante un año se presentaron actividades para el grupo al que pertenecía Paulina (la actora principal de este caso) enfocado a desarrollar el pensamiento cualitativo, al emplear algoritmos para resolver problemas de razones y proporciones de los estudiantes, mismos que se diseñaron tanto para trabajo individual, 28 en equipos o bien en plenaria. Las conclusiones: Paulina avanzó en dos aspectos: desarrolló su pensamiento cualitativo de razón y proporción y dio sentido y significado al uso de los algoritmos implicados en la resolución de los problemas que se le presentaron. Lamon ha contribuido de forma importante en el desarrollo de la comprensión de los números racionales, presentó la definición de diferentes términos y aclaró los constructos susceptibles a confusión (Lamon, 2007) como: Relaciones internas, que se define como una razón que comparte las mismas medidas de espacio o que viene del mismo sistema (Freudenthal, 1973, 1978, citado en Lamon, 2007. Relaciones externas: razones que se componen de magnitudes de diferentes espacios de medida. Involucra dos sistemas de elementos diferentes entre sí (Freudenthal, 1973, 1978 citado en Lamon, 2007). Razón, como la comparación entre cantidades del mismo tipo (Lesh, Post y Behr, 1988) que presenta un comportamiento que sigue un mismo patrón o serie, de tal forma que las cantidades que las componen se acumulan (Kaput y West, 1994). Define tasa como la comparación entre cantidades de diferente tipo, esto es, la razón entre una cantidad y un periodo de tiempo (Lesh, Post y Behr, 1988) y que contiene elementos que siempre existen en una razón constante con respecto uno del otro independientemente de la cantidad que se halla incluido en la muestra (Kaput y West, 1994). Lamon define a las fracciones como un objeto matemático susceptible de generar confusión desde su significado como una pequeña parte hasta el hecho de ser mencionado como un sinónimo de número racional sobre todo en contextos de lenguaje coloquial. Distingue a una fracción como un símbolo bipartita integrado de dos números que se encuentran separados entre sí por una barra. Es un número racional no negativo 29 esto es, un subconjunto de los números racionales de la forma - , ¿ # 0 y - > 0 y rechaza el uso de la palabra fracción para referir a la interpretación de parte de un todo de un número racional que en la instrucción suele ser de uso común. En cuanto a números Racionales, afirma que son constructos lógico matemáticos de naturaleza proporcional que sugieren aprendizajes basados en contextos reales y que tienen una utilidad garantizada en aplicaciones matemáticas. Tienen un sentido intuitivo para el tamaño relativo y ayudan a desarrollar la habilidad para estimar, pensar cualitativa y multiplicativamente y resolver problemas. Señala como importantes los siguientes puntos a considerar: a) todos los números racionales pueden ser escritos en forma de fracción pero no todos los números escritos en forma de fracción son números racionales, b) Los números racionales pueden ser escritos en otras formas: como números decimales y como porcentajes también. Pero los números decimales que no finalizan y que no repiten periodo no son números racionales. Reconoce los subconstructos de los números racionales: Parte de un todo; Medida; Cociente; Razón y Operador que Kieren (1970, 1980, 1983 y 1993) y a Behr et al (1983) distinguieron. En cuanto a razonamiento proporcional lo define como una capacidad de razonamiento fundamental para el pensamiento matemático y científico que implica más que el desarrollo de procesos a largo plazo. Es un proceso recursivo de la mente, inserto constante y progresivamente sobre conocimientos de pensamiento complejo. Lo define como las primeras habilidades para comprender las relaciones estructurales en problemas de comparación y valor oculto necesario para comprender la proporcionalidad (Bohm y Peat, 1988). Concibe al razonamiento proporcional como un medio para suministrar razones que apoyen relaciones estructurales entre cuatro cantidades en contextos de 30 participación simultánea de covarianza de cantidades de razones o productos. Constituye la habilidad de pernear el uso de una relación a otras cantidades. Implica reconocer una razón constante entre los elementos de igual medida de espacio y el reconocimiento de la relación funcional en espacios de medida. Por último define la proporcionalidad como un constructo matemático, subyacente a una invariante especial llamada constante de proporcionalidad que se relaciona con dos cantidades covariantes, esto es, que cambian juntas por estar vinculadas entre sí y donde la constante de proporcionalidad resulta ser el personaje más importante. Puedetomar diferentes apariencias de acuerdo en el contexto en el que esté actuando, aunque no siempre aparece explícitamente. En palabras de Lamon (pp. 638): "...es un elemento bastante obvio esperando ser descubierto". Su apariencia, en relación al contexto se lista en la tabla 2 presentada a continuación. Tabla 2 Apariencia de la constante de proporcionalidad en diferentes contextos (Datos recabados por el autor) 31 Apariencia/Rol Contexto Es una constante Símbolo Es la pendiente Gráfica Diferencia entre dos entradas En representaciones tabulares Es un factor de escala En figuras semejantes r\ \J En reducción o ampliación constante de velocidad En situaciones de tasas Es una escala Lectura de mapas Porcentaje En probabilidad teórica o en impuestos La comprensión de la proporcionalidad implica entre otras cosas: habilidad para usar la proporcionalidad y organizar el contexto real, determinar cuándo es útil, distinguir diferentes tipos de proporcionalidad y aplicarlas a situaciones reales, conocer que k es la constante de proporcionalidad y el desarrollo de un lenguaje de proporcionalidad. Lamon (2007) afirma que comprender la proporcionalidad es mucho más demandante que comprender el sentido de número racional o del razonamiento proporcional. Así la proporcionalidad tiene un papel fundamental en las relaciones cuantitativas que se presentan en la ciencia. Las proporciones surgen en el estudio de los números racionales en forma natural y se aprende a razonar proporcionalmente a través de varias experiencias con las diferentes personalidades de los números racionales. En relación con diferentes factores que influyen en la comprensión de la proporcionalidad, Lamon (2007) distingue los siguientes: el contexto, si el problema concierne a cantidades continuas o discretas, los niños frecuentemente usan estrategias aditivas donde se requiere el uso de estrategias multiplicativas, carencia en la comprensión de la notación convencional, dificultad para vincular los problemas subyacentes a estructuras y operaciones donde se presenten la multiplicación y división. Las operaciones fundamentales en ocasiones limitan la habilidad de los estudiantes para predecir apropiadamente qué operación es adecuado usar, siendo común privilegiar la multiplicación sobre la división. Gallardo, González y Quispe (2008) realizaron un interesante estudio sobre las interferencias en el uso de los significados de la fracción e hicieron un recuento muy completo sobre el estudio de la comprensión. Su teoría es que la valoración como base de la investigación sobre comprensión en matemáticas tiene una gran importancia para profundizar sobre las interpretaciones que dan los estudiantes en el aula a un determinado 32 objeto matemático. El profesor como responsable de la valoración necesita observar las estrategias operativas que presentan sus alumnos para obtener información objetiva que permita interpretar la realidad cognitiva de los estudiantes. A l igual que Lamon (2007), Gallardo et al (2008) mencionan cinco significados para las fracciones basados en autores como Kieren, Behr, Harel, Post y Lesh; además de Gairín y Escolano: como parte de un todo, como cociente, como medida, como razón y como operador. Sin embargo, comentan que los estudiantes presentan conflictos en la aplicación de estos significados, pues confunden unos por otros a causa de una débil comprensión. Proporcionan un método operativo para que la organización de situaciones matemáticas pueda enfocarse a una efectiva valoración propiciando la comprensión de conocimientos matemáticos. La conclusión a que llegan es que este estudio puede servir para la toma de decisiones de los docentes sobre contenidos y formas de enseñanza. En 2008, Valdemoros presentó un estudio bajo la hipótesis de que el adulto recrea experiencias laborales, comunitarias y familiares en la resolución de problemas, lo que lo ayuda a enriquecerse y construir nuevos significados (Valdemoros, 2008) mediante el uso del método cualitativo confirmó su hipótesis acerca de la construcción eficaz de dichos significados ligados a las fracciones cuando se propicia un clima que favorezca replantear las experiencias de vida del adulto, lo cual la lleva a comentar la pertinencia de la enseñanza de las fracciones apoyada en ideas elementales, como las relaciones parte-todo y parte-parte. Además deja ver la conveniencia de una introducción temprana al uso de operadores multiplicativos en la enseñanza de la proporcionalidad. Forero (2008) hizo un análisis sobre las implicaciones que tiene el discurso en la comprensión de significados de los objetos matemáticos como una herramienta esencial 33 en el proceso social en que están inmersos estudiantes y profesores y usando el método etnográfico en un estudio de caso en segundo grado de nivel primaria en donde los niños aprendían el sistema decimal de numeración. El análisis del discurso que se produce en forma natural y coherente, relaciona el uso del lenguaje en situaciones de interacción. Desde la perspectiva de Forero (2008) el lenguaje, la acción, el conocimiento y la situación son inseparables. La investigación se enfocó a tres unidades básicas de análisis: secuencias didácticas, estructuración de contenidos y evaluación de los aprendizajes, de estos, el primero presenta especial relevancia pues muestra que las secuencias de las partes del texto son en espiral y no lineales, además de intercalar en estas situaciones el juego, unas veces sin contenidos matemáticos y otras con ellos exponiendo la organización de las clases. Forero concluye afirmando que el hecho de proponer saltos cualitativos en el desarrollo cognitivo de los alumnos, implica integrar componentes fundamentales de comunicación (lenguaje verbal y no verbal) además de la creación de contextos comunicativos en la implementación de programas educativos. Didáctica Cubillo y Ortega (2003) realizaron un estudio a alumnos de primer grado de Bachillerato con edades de entre 15 y 25 años, alumnos con características especiales dado que muchos trabajaban y que las clases que tomaban eran nocturnas. Utilizaron el método de investigación-acción que vincula investigación, formación permanente, acción educativa y desarrollo curricular. La hipótesis que presentaron los autores es que el Modelo de Gestión Mental (MGM) de La Garanderie, facilita el proceso didáctico y 34 proporciona información suficiente para analizar los conocimientos que adquieren los estudiantes. Basando su trabajo en el M G M elaboraron una estrategia consistente en siete pasos: enunciado de contenido, evocación de conocimientos previos, presentación de posibles aplicaciones, presentación de aspectos conceptuales y procedimentales diferenciados, realización de diálogos pedagógicos sobre las aplicaciones, otra presentación diferenciada y por último un diálogo pedagógico sobre conocimientos adquiridos. La investigación fue dividida en dos ciclos, en el primero se buscaron las causas que originaban las dificultades de enseñanza-aprendizaje del orden y representación gráfica de las fracciones en la recta numérica. En el segundo ciclo se valoraron la comprensión de los temas abordados en el primer ciclo. Los resultados que obtuvieron fueron: la comprensión de equivalencia influye positivamente en el orden de las fracciones y de decimales y la representación en la recta numérica potencia la noción de medida y desarrolla la relación de orden. Concluyeron que a nivel curricular el modelo ofrece propuestas variadas en aspectos claves, metodológicamente desarrolla y pone en práctica contenidos sobre orden de fracciones favoreciendo la comprensión, visualización, traducción del orden, participación progresiva. Por su parte, Perera y Valdemoros (2008) realizaron una investigación a nivel primaria utilizando el método cualitativo, planteando lasiguiente hipótesis "un programa de enseñanza constructivista, realista y lúdico favorece en el niño la consolidación de las nociones relativas a la fracción" (pp. 210). Para este efecto, desarrollaron una secuencia de actividades que implementaron a lo largo de tres meses comenzando la aplicación de 35 un cuestionario a 30 alumnos para determinar conocimientos previos. Posteriormente se dio el proceso de implementación usando la técnica de trabajo colaborativo, distribuido en 18 sesiones de vina hora dos veces a la semana. Desarrollaron diferentes tipos de actividades entre las que destacan: Recorte e identificación de una fracción, medición de distancias para obtención de partes fraccionarias de un todo, reconocer la fracción y asignar su representación simbólica a las situaciones planteadas y problemas que implican situaciones de reparto en vida cotidiana. Los resultados más importantes que obtuvieron fueron que los niños tuvieron dificultad para resolver problemas de reparto, esto es entender el significado de cociente. También encontraron conflictos para establecer relaciones de orden y equivalencia entre las fracciones en repartos diferentes. Problemas para entender el significado de operador multiplicativo de la fracción, tanto para agrandar como para disminuir una figura, desconocimiento de vocabulario apropiado para nombrar fracciones obtenidas en la partición de un todo continuo o discreto. Perera y Valdemoros (2008) llegaron a las siguientes conclusiones: El programa promovió el desarrollo intelectual de los alumnos. Las situaciones de reparto propiciaron la anticipación de una imagen mental de las acciones de partición. Por último, las autoras afirman la importancia de los conocimientos previos para favorecer la construcción de la noción de fracción y que el trabajo colaborativo favoreció el clima de confianza y respeto mutuo. Alternativamente, Ríos (2007) realizó un análisis de la aplicación de la ingeniería didáctica sobre la enseñanza-aprendizaje de las fracciones dirigida a profesores en formación. ¿La aplicación de una ingeniería didáctica favorecerá los resultados de aprendizaje referidos al tema de fracción en los alumnos de nuevo ingreso de la 36 licenciatura en educación matemática? Esta pregunta fue el detonante de la investigación que se trabajó con el método cuantitativo y desde el enfoque didáctico, cognitivo y epistemológico. Se tomó una muestra no probabilística, elegida intencionalmente y constituida por 26 alumnos de una población de 40. El cuestionario aplicado constó de dos partes, la primera con datos generales y la segunda con 27 preguntas presentadas para diferentes niveles de comprensión. También se realizaron observaciones a maestros, revisión de textos y programas de educación básica. La ingeniería didáctica se aplicó a 26 alumnos durante seis semanas en tres sesiones semanales. Para el diseño de la ingeniería didáctica se consideraron los siguientes elementos: las diversas representaciones de fracción, uso de representaciones gráficas, grado de complejidad de las representaciones, utilizando el método inductivo en el proceso de enseñanza, respuestas gráficas y en la resolución de problemas también se usó un soporte de base gráfica. La autora llegó a los siguientes resultados: efectividad cuantitativa dado un 70% de respuestas correctas y eliminación de errores de reparto y operacionales. La autora concluyó que para introducir el concepto de fracción se utiliza la representación parte-todo con sus representaciones gráficas, y en algunos casos, como en el de las fracciones propias es la única que se trabaja. Es importante dar significado al objeto matemático por medio de estas representaciones gráficas y el uso del método inductivo en el proceso de enseñanza- aprendizaje. Por otra parte, la autora exalto la efectividad de la ingeniería didáctica por propiciar cambios en las formas de expresar las ideas de un lenguaje coloquial a uno formal, eliminación de errores de reparto, operaciones inadecuadas, entre otros. 37 Secuencia y organización de contenidos Kyungsoon (2001) a través de una comparación de dos libros de texto utilizados en Estados Unidos, descubrió algunos errores conceptuales presentados en ellos que propician el atraso en la adquisición de otros conocimientos. Después de hacer la revisión de dos libros de texto usado a gran escala en ese país. La autora afirma que los conceptos deben ser enseñados a través de las actividades previstas centradas en la comprensión de las interrelaciones entre muchas ideas matemáticas, en lugar de dedicar grandes bloques de tiempo para el desarrollo de un dominio operacional, que se debe dedicar más tiempo y esfuerzo a desarrollar una comprensión conceptual de las ideas clave y sus aplicaciones en la vida cotidiana. González y Block (2005) realizaron un estudio en el quinto grado de nivel primaria en donde aclaran que este tema no forma parte del currículo específico de primaria, sino de secundaria. Sin embargo lo abordan como potencial para ayudar a la noción de fracción ya que favorece la reflexión en aspectos como la noción de equivalencia, las variaciones numerador-denominador y la relación parte-todo. El método de investigación utilizado fue el cualitativo, mediante observación participante. Para el estudio se redujo el tipo de magnitud solo a longitud y superficie. Estructuraron una secuencia didáctica que constaba de tres etapas: en la primera hicieron uso de hoja rayada para realizar partición de segmentos. La segunda etapa constó de cuatro sesiones en las que se enfocó al desarrollo de procedimientos para dividir fracciones unitarias entre un número natural. En cuanto a los resultados (tercera etapa), los autores mencionan que una parte importante del grupo [no especifican número] pudo establecer que el cociente de 1/a entre 38 n es 1/an, haciendo explícito que al multiplicar el denominador de una fracción disminuye su tamaño y al mismo tiempo tener claro que aunque el resultado se obtiene multiplicando el denominador, la operación es una división. Comentan que en la división de fracciones no unitarias solo el 39% de alumnos lograron resolver el problema. El 70% usaron un procedimiento correcto pero no obtuvieron el resultado esperado. También observaron que los riesgos de error aumentan al omitir la parte del todo que no es considerada para el reparto. Los autores concluyen en la necesidad de enfocar las investigaciones en los casos que una situación requiera del conocimiento como una herramienta para resolver alguna tarea. La SEP (2006) en Fundamentación Curricular. Matemáticas presenta una semblanza de los momentos históricos fundamentales por los que ha pasado la enseñanza aprendizaje de las matemáticas en el nivel secundaria en México, a saber se presentan tres periodos: de 1926 a 1974, periodo que se caracteriza por las técnicas de enseñanza mediante repetición mecánica de ejercicios. El segundo periodo abarca desde 1975 a 1992 en donde se hacen modificaciones importantes a los contenidos y se propicia un alto nivel de formalización al abordar los temas. El tercer periodo inicia en 1993 y se caracteriza por centrar la atención en el alumno con ayuda del maestro. Los programas elaborados a partir de 1993 agrupan los contenidos en ejes temáticos que tienen tres propósitos: I o hacer énfasis en los aspectos que interesa estudiar y aprender. 2 o establecer vínculos con contenidos de otras ramas de la matemática. 3 o Establecer líneas de estudio secuenciales que inician en el nivel preescolar y concluyen en secundaria. En este punto se encuentra el eje sentido numérico y pensamiento algebraico que es el que impacta directamente sobre el estudio del constructo que nos 39 ocupa: las fracciones. En este eje se establece una línea de continuidad que se inicia en preescolar en el campo formativo llamadopensamiento matemático dentro del número como aspecto en que se organiza y que involucra entre otras competencias a desarrollar: plantear y resolver problemas en situaciones familiares que implican comparar y repartir objetos (SEP, 2004). La continuidad sigue en el nivel primaria en donde se espera que los alumnos utilicen de manera flexible las operaciones escritas con números fraccionarios o decimales para resolver problemas aditivos y multiplicativos [solo en el segundo caso] y que pertenece también, al igual que en Secundaria al eje llamado Sentido numérico y pensamiento algebraico (SEP, 2009). En este sentido, hablando específicamente del conocimiento previo, el alumno que ingrese a secundaria deberá de contar con los siguientes saberes que de acuerdo a los programas específicos por grado de primaria se señalan a continuación: 1. Tercer grado (SEP., 2009): Utilizar de manera flexible las operaciones escritas con números fraccionarios para resolver problemas aditivos. 2. Cuarto grado (SEP., 2009): Identifiquen conjuntos de cantidades que varían proporcionalmente y sepan calcular valores faltantes y porcentajes en diferentes contextos. 3. Quinto grado (SEP., 2009): - Resuelvan problemas que abarquen diferentes significados de las fracciones: repartos, medidas y particiones. - Ubicación de fracciones en la recta numérica. - Uso de fracciones decimales. 40 Elaborar recursos para calcular mentalmente fracciones de un entero. Reconstrucción mental de una fracción usando fracciones de una o varias clases. Aplicar e identificar en casos sencillos un factor constante de proporcionalidad. Comparar razones en casos simples. Identificar y generar fracciones equivalentes y usarlas para comparar fracciones con distinto denominador. Resolución de problemas que impliquen suma o resta de fracciones con denominadores diferentes y números decimales. Establecer el porcentaje como regla de correspondencia y aplicarlo en diversos contextos como constante de proporcionalidad y como forma de representar información. Interpretar porcentajes sencillos como fracciones. Resolver problemas que impliquen multiplicar números fraccionarios por números naturales. Elaborar recursos de cálculo mental con números fraccionarios (dobles y mitades de fracciones, suma de fracciones más usuales: 1/2 + 1/4,2/3 + 1, etc.). Expresar la razón que guardan dos cantidades (a de cada b) por medio de fracciones en casos sencillos. Distinguir variaciones proporcionales y no proporcionales en diversas situaciones. 41 4. Sexto grado (SEP, 2009): - Usar fracciones para expresar cocientes. - Calcular porcentajes usando diversos procedimientos, entre ellos el uso de una fracción usando como base el 10%. - Representación de fracciones y decimales en la recta numérica. - Resolver problemas de valor faltante que requieran aplicar dos o más factores constantes de proporcionalidad enteros o un factor no entero (fracción o porcentaje). - Resolver problemas de valor faltante con números enteros en los que se requiera determinar un factor constante de proporcionalidad entero o fraccionario. - Comparar fracciones decimales. - Resolver mediante diferentes procedimientos problemas que impliquen la noción de porcentaje y la aplicación de los mismos. - Establecer equivalencias entre distintas expresione? de un porcentaje. - Convertir fracciones decimales a escritura decimal y viceversa. Aproximar algunas fracciones no decimales usando la notación decimal. - Dividir un número fraccionario o decimal entre un número natural. - Comparación de razones., expresando el valor de la razón mediante un número de veces, una fracción o un porcentaje. - Resolver problemas multiplicativos con valores fraccionarios o decimales mediante procedimientos no formales. 42 - Resolver problemas que involucren constantes de proporcionalidad particulares. - Identificar las situaciones de proporcionalidad, mediante las propiedades de este tipo de relación. En el caso del nivel Secundaria, la distribución de conceptos básicos en el currículo atiende como en el caso de primaria, a tres ejes principales mencionados anteriormente: sentido numérico y pensamiento algebraico, forma espacio y medida, manejo de la información. En el caso del constructo de fracciones, éstas se ubican principalmente en el primer eje, sentido numérico y pensamiento algebraico que a su vez se divide en tres subtemas: significado y uso de los números, significado y uso de las operaciones y significado y uso de las literales aunque en algunos casos de aplicación se presenta eventualmente en cualquiera de los otros ejes. El programa de secundaria (SEP., 2009) contempla los siguientes saberes relacionados con el constructo de fracciones, por grado de secundaria: 1. Primer grado: - Interpretación del significado de fracción - Representaciones equivalentes - Representación en la recta numérica a partir de distintas informaciones - Comparación y orden - Significados de la adición sustracción de números decimales y fraccionarios - Algoritmo de la adición y sustracción de números con signo - Significados de la multiplicación y división de números decimales y fraccionarios 43 - Algoritmos de la multiplicación y división de números fraccionarios y decimales - Aplicación sucesiva de factores constantes de proporcionalidad. - Reparto proporcional - Proporcionalidad directa, propiedades, expresión algebraica y gráfica - Proporcionalidad inversa - Cálculo y expresión en forma decimal y fraccionaria de porcentajes - Porcentajes mayores de 100% 2. Segundo grado: - Cálculo del factor inverso de proporcionalidad - Proporcionalidad múltiple - Relaciones de proporcionalidad y función lineal - Comparación de razones 3. Tercer grado: - Semejanza de figuras - Criterios de semejanza de triángulos y su aplicación en la resolución de problemas - Teorema de Tales - Razones trigonométricas - Homotecia - índices - Razón de cambio. Gráficas de funciones lineales. 44 3. Metodología El objetivo del este capítulo es describir el enfoque metodológico que se usó en la investigación así como la justificación del mismo. De la misma manera se hará una descripción y justificación del método a utilizar en el estudio. Se inicia con la sección correspondiente al método de investigación en donde se describirá y justificará tanto el enfoque de investigación como el método seleccionado así como las fases que abarcará la investigación. La siguiente sección corresponde a la determinación de la población y la muestra, seguida por la sección denominada fracciones en donde se describirá el tema en cuestión. A continuación se encontrará la sección denominada fuentes de información en donde se especifican las fuentes que se han consultado para recopilar los datos necesarios en la investigación. Las siguientes secciones: técnicas de recolección de datos y prueba piloto dan cuenta de los conceptos que menciona el título de la sección respectiva. Método de investigación Para los fines que persigue esta investigación, se decidió hacer uso de un estudio cuantitativo de tipo descriptivo. Hernández, Fernández y Baptista (2006) comentan que el propósito de los estudios descriptivos es medir, evaluar o recolectar datos sobre diversos conceptos. En este sentido, la elección realizada es acorde con la pregunta de investigación ya que para obtener el estado de conocimiento que presentan los alumnos del nivel medio en el constructo de fracciones es preciso evaluar la comprensión y el conocimiento (Godino et al, 2007) de los mismos en sus diferentes enfoques en alumnos 45 de nivel medio, permitiendo así puntualizar la dimensión de la problemática que se genera secuencialmente en los posteriores niveles de educación. Dado que el objetivo del estudio es determinar un estado de conocimiento
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