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Universidad Virtual Escuela de Graduados en Educación Preconcepciones de las Ciencias y aprendizaje de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo con la estrategia de construcción modelos atómicos, en el tema de modelos atómicos en alumnos de tercer grado de secundaria Tesis que para obtener el grado de: Maestría Educación con acentuación en enseñanzas de las ciencias Presenta: Liz Santiago Cruz Asesor tutor: Mtro. Héctor Alexandro Gutiérrez Suárez Asesor titular: Dr. Leopoldo Zúñiga Silva Oaxaca, Oaxaca, México. Abril, 2012 ii Agradecimientos Agradezco primeramente a Dios por la vida que me dio, por la salud, y por rodearme de personas que han aportado positivamente a mi vida y sobre todo por permitirme concluir satisfactoriamente este grado académico. Agradezco a mí madre por traerme a este mundo y por luchar para que fuera una persona de bien, apoyándome siempre en mis planes profesionales. Agradezco infinitamente a mi esposo, por motivarme y apoyarme en todo momento para la iniciación y culminación de esta maestría, de igual forma le agradezco por toda su paciencia, su comprensión y sobre todo por no permitirme decaer en ningún momento. Agradezco a todas aquellas personas que de forma directa o indirecta contribuyeron al desarrollo y culminación de este trabajo profesional, en especial a mi asesor tutor de tesis. iii Tabla de Contenidos Agradecimientos ............................................................................................................ i Índice de Tablas ............................................................................................................ii Resumen ...................................................................................................................... iv 1. Planteamiento del problema…….............................................................................01 1.1. Antecedentes del problema ............................................................................ 01 1.2. Planteamiento del problema .......................................................................... 05 1.3. Objetivo General............................................................................................ 07 1.3.1. Objetivos Especifícos . ......................................................................... 07 1.4. Supuestos de Investigación ............................................................................ 08 1.5. Justificación de la investigación ..................................................................... 08 1.6. Limitaciones del estudio ............................................................................... 10 2. Marco teórico ..................................................................................................... .. 12 2.1. Origen de las ideas previas o preconcepciones .............................................. 12 2.1.1. Concepciones acerca de la Ciencia ....................................................... 14 2.1.2. Consideraciones acerca de los factores que obstaculizan el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias ....................................................... 17 2.1.3. Las preconcepciones y el aprendizaje de las Ciencias ........................... 20 2.2. Implicaciones conceptuales en la enseñanza de las Ciecnias y cambio en esquemas mentales ........................................................................................ 22 2.2.1. Influencias de las ideas erróneas y concepciones en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias............................................................ 24 2.2.2 Esquemas mentales representacionales y su influencia en la enseñanza aprendizaje de las Ciencias ............................................................................ 26 2.2.3 El cambio conceptual en la transformación de las preconcepciones y esquemas mentales ........................................................................................ 27 2.3. Uso y significado de modelos como estrategia de enseñanza de las Ciencias .. 29 2.3.1 Consideraciones acerca de los modelos y su relación con los átomos………………………………………………………………………....30 2.3.2 Influencia con la construcción de modelos atómicos en la adquisición de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo ………………...30 2.4. Investigaciones relacionadas con las dificultades de la enseñanza y aprendizaje de los modelos atómicos en la química………………………………………..32 3. Metodología ........................................................................................................ 44 3.1. Método de investigación ............................................................................... 44 3.2. Participantes en el estudio .............................................................................. 48 3.3. Instrumentos de recolección de datos ............................................................. 50 3.4. Aplicación de intrumentos ............................................................................. 55 3.5. Implementación de la estrategia de construcción de modelos atómicos .......... 56 3.6. Estrategis para el análisis de datos …………………..…………………….… 58 iv 4. Resultados de la investigación ……………………………………………………. 60 4.1. Presentación de datos obtenidos ..................................................................... 60 4.1.1. Resultados de la implementación de la estrategia.................................. 61 4.1.2. Resultados de las entevistas aplicadas por medio de cuestionarios ...… 62 4.1.3. Triangulación de la información .….……………………………...........72 4.2. Resultados: Análisis e interpretación de datos.. .............................................. 82 5. Conclusión………………………………………………………………………...... 86 5.1 Recomendaciones……………………………………...……...….………….... 90 5.1.1 Para los docentes…………………………………...…….…………..... 90 5.1.2 Para los directivos .……………………………………………………. 91 5.1.3 Para los futuros investigadores ….…………………...…………..…… 92 Referencias.................................................................................................................. 94 Apéndice ...................................................................................................................103 Apéndcie A. Guía de entrevista para conocer acerca de las estrategias utilizdas en la clase de Ciencias ............................................................................................103 Apéndice B. Guía de entrevista para las preconcepciones antes de implementar la estrategia .............................................................................................................103 Apéndice C. Guía de entrevista para conocer el cambio en las preconcepciones de los estudinates despues de implementar la estrategia ......................................104 Apéndice D. Secuencia didáctica para la implementación de la estrategia ............105 Apéndice E. Evidencias de la construcción de modelos atómicos .........................107 Curriculum Vitae .......................................................................................................108 v Resumen El presente trabajo consiste en el diseño metodológico y los hallazgos de la investigación cuyos propósitos son: recopilar, seleccionar organizar y sistematizar los datos que nos llevaron a descubrir las preconcepciones de los estudiantes de secundaria y la influencia con la implementación de la estrategia didáctica de construcción de modelos atómicos en la adquisición de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo en el tema de modelos atómicos. El objetivo fue analizar a cinco estudiantes y a su profesor de Ciencias en una Escuela Secundaria Federal,y dar respuesta a la pregunta de investigación: ¿Cómo influyen las preconcepciones de los estudiantes de secundaria y la implementación de estrategias de construcción modelos atómicos en la adquisición de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo en el tema de modelos atómicos?; para tal efecto se partió de tres categorías: recursos didácticos en Ciencias, enseñanza y aprendizaje a través de la construcción de modelos atómicos e Impacto. La metodología utilizada fue la de investigación acción, con un enfoque cualitativo; el instrumento utilizado fue la entrevista las que se aplicaron personalmente, dando como resultado que las estrategias utilizadas para la enseñanza de la estructura del átomo en el tema de modelos atómicos no son las adecuadas y que al implementar la estrategia de construcción de modelos atómicos, los estudiantes cambiaron sus preconcepciones por concepciones correctas en relación al tema antes citado. Esta tesis está dividida en cinco capítulos. El primero, acerca del planteamiento del problema, el segundo el marco teórico, el tercero la metodología de la investigación, en el cuarto los resultados y en el quinto capítulo, las conclusiones y recomendaciones generales de la investigación. 1 1. Planteamiento del Problema En este capítulo se presentan los aspectos generales que dan origen a la idea o problema de investigación, esto con la finalidad de estructurarlos correctamente permitiendo así la facilidad en el desarrollo de la misma, por lo que; se delimita de forma clara y precisa su objeto, por medio de preguntas que se esperan sean respondidas por efecto en el desarrollo de la misma y con el uso de técnicas y metodologías propias de toda investigación; advirtiendo la viabilidad en tiempos y recursos, así como justificando y argumentando su desarrollo. 1.1 Antecedentes del problema A lo largo de los años y con el devenir del tiempo ha habido cada vez más preocupación por la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias, esto como resultado de múltiples investigaciones en relación a esta área, es decir, estudiosos de la didáctica de las Ciencias se han percatado del problema que presentan los estudiantes en relación con el aprendizaje de las Ciencias, entre otras tales como: falta de interés y preconcepciones o ideas previas. Al respecto Campanario y Moya (1999) señalan que entre estas dificultades cabe citar la estructura lógica de los contenidos conceptuales, el nivel de exigencia formal de los mismos y la influencia de los conocimientos previos y preconcepciones del alumno, en este sentido cabe retomar como obstáculo y punto de partida en el aprendizaje de las Ciencias lo dicho por Bachelard (1979); quien define por obstáculos epistemológicos las limitaciones o impedimentos que afectan la capacidad de los individuos para construir el conocimiento real o empírico. En este sentido, se deben considera las preconcepciones 2 de los estudiantes que han deformado el modo de entender los fenómenos que les acontece y el mundo que les rodea. De igual forma Tamayo y Orrego (2005), afirman que es frecuente encontrar poco interés en las personas frente al trabajo científico y, en términos generales, frente a la explicación científica de los fenómenos cotidianos y del funcionamiento básico de artefactos tecnológicos con los cuales interactuamos diariamente, de esta manera el intento del conocimiento científico se torna carente de formalidad y por tanto de un valor científico, dando como resultado explicaciones vagas e infundadas de lo que acontece. Oliva, Aragón, Bonat y Mateo (2003), indican que muchas de esas dificultades parecen descansar sobre la existencia de concepciones implícitas que se adaptan mejor a sus experiencias cotidianas que los modelos científicos que se pretende enseñar; es así como, estas situaciones han influido en el carácter formal de las Ciencias y han originado distorsiones en relación al conocimiento y aplicación de la misma. Por lo dicho anteriormente, Jiménez, Caamaño, Oñorbe, Pedrinaci y De Pro, (2007), establecen que las perspectivas actuales prestan atención a las ideas del alumnado en el sentido de explorarlas y tomarlas como punto de partida para la instrucción, 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 ser adecuadas o no. Además, Quintanilla (2006), señala que la Ciencia y la tecnología deben responder hoy en día no solo a las necesidades de la sociedad, para posibilitar mejorar las 3 condiciones de vida de la mayoría de la población que viven en situaciones de pobreza extrema, sino que, además, los avances científicos y tecnológicos deben ser bien utilizados por los ciudadanos y ciudadanas, y para que esto sea posible deben conocerlos, comprenderlos y valorarlos adecuadamente; bajo esta opinión y con los antecedentes en los problemas de enseñanza aprendizaje de las Ciencias es indispensable la búsqueda de mecanismos que permitan a los estudiantes comprender y valorar los avances científicos y tecnológicos, así como los diferentes fenómenos que cotidianamente nos acontecen. Retomando como importancia del conocimiento y aprendizaje de las Ciencias, la comprensión de los avances científicos y tecnológicos, así como el entendimiento del mundo en el que nos encontramos inmersos; para permitir explicaciones claras y argumentadas sobre los fenómenos que nos rodean, se espera, pues; que estas explicaciones sean lo más congruentes y apegadas a lo real posible; al respecto Delgado y García (1999), señalan que la investigación en didáctica muestra la dificultad para que en las clases de Ciencias, los alumnos aprendan a explicar los hechos y fenómenos naturales utilizando las explicaciones científicas, diferenciándolas de las explicaciones espontáneas o incluso de otros saberes que las personas hemos construido sobre la realidad y que utilizamos en la vida cotidiana. De acuerdo a lo anterior, y derivado de las explicaciones espontáneas de los estudiantes en relación a los fenómenos que les rodean, se percata la existencia de concepciones o ideas en los estudiantes, que de acuerdo a Delgado y García (1999), estas ideas de sentido común se presentan como naturales en el sentido de que para los 4 estudiantes siempre han estado ahí fuera, en la realidad externa, sin darnos cuenta de que muchas de ellas han sido construidas en paradigmas anteriores a los actuales. En relación a estas concepciones o ideas, influyentes en la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias Delgado y García (1999), indican que los avances logrados por la didáctica de las Ciencias como cuerpo teórico de conocimientos están mostrando que no sólo conviene conocer las ideas de los alumnos sino también hay que saber cómo razonan y aprenden para poder ayudarles a construir los conocimientos químicos. Marín (1999), señala que cuando se aprecia que el alumnado posee ideas erróneas sobre algún aspecto del contenido de enseñanza, sería conveniente que las actividades sean dirigidas a cambiar o modificar dichas ideas por otras más correctas desde la perspectiva científica. Cabe recalcar también que, de acuerdo a las investigaciones resulta difícil modificar esas ideas previas o preconcepciones de los estudiantes, en virtud de que los mismos se han desarrollado erróneamente con estas preconcepciones, lo que les ha dado lugar a estructuras cognitivas mentales, por lo que, solo a través de procedimientos y estrategias didácticas bien elaboradas y estructuradas por los docentes, podrían ser remplazadas por el nuevo conocimiento. Como parte de los procedimientos y estrategias didácticas, la socialización, las comunidades de aprendizaje, la interacción entre las preconcepciones y el nuevo conocimiento, por mencionar algunas, juegan un papelimportante en el aprendizaje de las Ciencias, ya que ayudan a superar una enseñanza tradicional, repetitiva y memorística; por una enseñanza más activa, argumentada, contextualizada y debatida 5 que se traduce en aprendizajes significativos, y que de acuerdo a Posada (2002) estos aprendizajes significativos se producen gradualmente a medida que se realizan nuevas relaciones sustantivas con conceptos, experiencias, hechos y objetos conocidos por el individuo. Por lo anterior, Gallego (2004) señala que en una comunidad de aprendizaje, los alumnos y alumnas realizan actividades variadas, leen y escriben resúmenes para enseñar a sus compañeros, diseñan experiencias, argumentan sus posturas. No solo aprenden Ciencias, sino también aprenden cómo aprender. Podemos decir que están aprendiendo mucho más que conceptos, procedimientos o actitudes: aprenden a pensar científicamente, a pensar en los modelos de las Ciencias. Por todo lo dicho anteriormente, el proyecto de investigación de esta tesis, está íntimamente relacionada en indagar y profundizar acerca de la influencia de las preconcepciones de los estudiantes de Secundaria en la adquisición de conceptos correctos con el uso de estrategias de modelos atómicos. 1.2 Planteamiento del problema En la actualidad las dificultades conceptuales en el aprendizaje de las Ciencias se han visto influenciado por las preconcepciones o ideas erróneas de los estudiantes en niveles educativos de escuelas secundarias, así por ejemplo de acuerdo a Gallego (2004), se admite, que un modelo es una construcción imaginaria y arbitraria de un conjunto de objetos o fenómenos. El modelo se formula conceptual y metodológicamente con el propósito de estudiar el comportamiento, provocado o no, de esos objetos o fenómenos. 6 En relación a las dificultades conceptuales y retomando lo dicho por Oliva, Aragón, Bonat y Mateo (2003), con objeto de superar este tipo de dificultades, y de acuerdo con algunas interpretaciones que se han hecho de los modelos de cambio conceptual, muchos autores han sugerido el uso del conflicto conceptual con la experiencia como instrumento para desencadenar una «sustitución » de las ideas intuitivas por las ideas científicas que se pretenden enseñar. Partiendo de la idea de que un modelo es una construcción imaginaria, entonces, el estudiante, construirá un modelo con base a sus ideas o preconcepciones, y si estas son erróneas, repercutirá en una explicación errónea de objetos o fenómenos, por lo que es importante conocer en estos términos, cuáles son sus preconcepciones y por ende su influencia en la adquisición de nuevos conceptos, se trata pues, de lograr un aprendizaje científico, con explicaciones lógicas y congruentes basadas en la realidad posible de los hechos o fenómenos de la vida cotidiana y de los propios intereses de los estudiantes. Bajo la anterior premisa, cabe mencionar lo dicho por Duschl (1995), al trabajar a partir de las ideas aportadas por estudiantes, los profesores están en una mejor posición para diagnosticar tanto las estructuras de conocimiento como las estrategias de razonamiento de los estudiantes. A su vez, pueden llevar a cabo un plan de acción que satisfaga las necesidades de los estudiantes. De acuerdo a lo anterior Jiménez, Caamaño, Oñorbe, Pedrinaci y De Pro, (2007), indican que no cabe duda que un objetivo de la enseñanza de las Ciencias es que los alumnos y alumnas lleguen a interpretar lo fenómenos físicos y naturales; en este sentido, se trata pues, de la definición y búsqueda de los objetivos del aprendizaje de las 7 Ciencias, para aterrizarlos en las aulas partiendo de las diferentes preconcepciones de los estudiantes. Con lo dicho en los párrafos anteriores, se plantea la siguiente pregunta de investigación: ¿Cómo influyen las preconcepciones de los estudiantes de secundaria y la implementación de estrategias de construcción modelos atómicos en la adquisición de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo en el tema de modelos atómicos? La idea central de esta investigación es dar respuesta a la pregunta anteriormente planteada y para lo cual es importante definir los objetivos de la misma, que darán las pautas a seguir durante el proceso de la misma. 1.3 Objetivos General Incidir en la adquisición de conceptos correctos en estudiantes de tercer grado de secundaria en relación a la estructura del átomo a través del conocimiento de sus preconcepciones y la implementación de la estrategia de construcción de modelos atómicos. 1.3.1Objetivos Específicos 1.- Conocer las preconcepciones de los estudiantes en relación a la estructura del átomo. 2.- Implementar la construcción de modelos atómicos para un mejor aprendizaje de los estudiantes de secundaria en relación a la estructura del átomo en el tema de modelos atómicos. 8 3.- Conocer los cambios en las preconcepciones de los estudiantes después de implementar la estrategia de construcción de modelos 4.- Mejorar el desempeño académico de los estudiantes de tercer grado de secundaria, en la asignatura de Ciencias III. 1.4 Supuestos de investigación Con base a la pregunta y objetivos de investigación se plantea el siguiente supuesto: si conocemos las preconcepciones de los estudiantes de secundaria en la asignatura de Ciencias III en relación a la estructura del átomo e implementamos la estrategia de construcción de modelos atómicos en el tema de modelo atómico, entonces, es posible incidir en la adquisición de conceptos correctos en estos estudiantes en relación al tema antes citado y de esta forma mejorar su desempeño académico. Por lo antes dicho, es crucial reconocer la importancia y necesidad de partir de las preconcepciones de los estudiantes como una forma de incidir y mejorar sus conceptos en relación con el aprendizaje de las Ciencias con la implementación de estrategias de construcción de modelos atómicos hacia conocimientos avanzados o científicamente válido que justifiquen el modo de interpretar el mundo que les acontece. 1.5 Justificación de la investigación Debido a los constantes avances científicos y tecnológicos, así como también a las diferentes formar de pensar y ver el mundo en los individuos, es necesaria la búsqueda de mecanismos que les permitan hallar explicaciones argumentadas y fundadas científicamente de los fenómenos que le acontecen, es decir; explicaciones coherentes 9 del por qué y cómo de las cosas y de esta manera subsistir, desarrollarse e incluso mejorar su calidad de vida. También se sabe de antemano, que el estudio y conocimiento de la Ciencia, ha permitido al ser humano predecir, situaciones, fenómenos o acontecimientos que afectan su entorno inmediato, esta entre otras situaciones le han dado un carácter complejo en el entendimiento, comprensión y aplicación de la misma, por lo que ha sido necesario trasladar el estudio de esta disciplina en el terreno educativo, con el fin de trasladar el conocimiento intuitivo de los individuos a conocimientos más elaborados. La importancia de esta investigación, estriba en el proceso del conocimiento informal de los estudiantes hacia un conocimiento fundado y motivado en el cambio de actitudes, de ideas y pensamientos, hacia aprendizajes que puedan ser aplicables en el mundo en el cual los individuos se encuentran inmersos, por medio del desarrollo de habilidades y capacidades intelectuales; en relación a esto Tamayo y Orrego (2005) comentan que las actitudes hacia la ciencia y hacia el trabajo científico, las cuales se desarrollan desde edades muy tempranas y que, en buena parte, son responsables de las maneras como los ciudadanos se relacionan con los productos de la ciencia y la tecnología. De una u otra forma, esta investigación, contribuye al mejoramiento de los procesos de enseñanza aprendizaje de lasCiencias en los profesores, por qué permite comprender factores que inciden en el aprendizaje de misma, que regularmente a simple vista no se detectan y que de manera casi generalizada son factores que han afectado los procesos educativos en los diferentes niveles a lo largo de varias décadas y 10 generaciones; en este sentido cabe recalcar lo dicho por Tamayo y Orrego (2005), es necesario que los profesores conozcan en detalle las concepciones alternativas y los modelos mentales de sus estudiantes, con el propósito de poder incidir sobre ellos de manera significativa desde las diferentes actividades desarrolladas en el aula. 1.6 Limitaciones del estudio. Entender el aprendizaje como un proceso de cambio conceptual (además de metodológico y actitudinal) supone vincular, explícita y deliberadamente, ambos tipos de conocimiento a través de técnicas y recursos didácticos. Se trata pues, de partir de los conocimientos de los estudiantes para modificarlos mediante la presentación y el análisis de un conocimiento científico más elaborado y ello sólo es posible si ese conocimiento científico se presenta de modo que haga referencia al mundo cotidiano del alumno, que es donde se han originado sus conocimientos previos. Por lo antes dicho, es sabido que no todas las investigaciones resultan totalmente factibles, en virtud de que hay situaciones que interfieren en el desarrollo de las mismas; en el caso particular de esta investigación se prevén algunas limitaciones tales como: disponibilidad de los profesores de Ciencias de la escuela donde se lleva a cabo la investigación para contribuir al desarrollo de la misma, en virtud de sus jornada de trabajo; la apatía y desmotivación generalizada de los alumnos en la asignatura de Ciencias III, por lo que de alguna manera se prevé también poca disponibilidad y apoyo por parte de los estudiantes; la irregularidad en las clases de esta institución por problemas políticos - sindicales de la comunidad y gremio de profesores. 11 Una limitación muy importante para el desarrollo de esta investigación son las preconcepciones de los profesores de Ciencias; así como la carencia de recursos tecnológicos en la institución. El problema del aprendizaje de las Ciencias por la influencia de las preconcepciones o ideas previas, ha persistido hasta nuestros días pese al esfuerzo de investigadores, científicos y docentes de esta disciplina, lo que ha ocasionado distorsiones en la forma de ver y explicar diversos fenómenos que nos acontecen, por lo que; con las interrogantes a la idea de la investigación y los objetivos planteados; se buscan explicaciones y soluciones más precisas argumentando la importancia y razón de ser de la misma bajo los objetivos definidos y las limitaciones en torno a esta investigación. 12 2. Marco Teórico Con el propósito de fundamentar el desarrollo de esta investigación; en este capítulo se presenta la información que sustenta el origen, influencia e importancia de las preconcepciones de los estudiantes en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias, así como uso de modelos atómicos como parte del diseño de estrategias para el logro de aprendizajes que redunden en cambios de concepciones erróneas por concepciones científicas válidas y finalmente cómo los resultados de investigaciones relacionadas con este tema han contribuido a una mejora en el aprendizaje de las Ciencias de los estudiantes. Por lo antes dicho, Tricárico (2007) señala que todas las investigaciones parecen indicar que los alumnos saben algo sobre lo que se les va a enseñar y que es importante que el alumno aprenda a partir de esto. En la actualidad existe evidencia empírica de que los alumnos antes de llegar a la instrucción formal ya tienen sus propias concepciones sobre los fenómenos naturales y sobre lo que se les va a enseñar; por lo tanto los docentes, necesitan conocer estas ideas para que a partir de ellas elaboren las diferentes actividades de aprendizaje. 2.1 Origen de las ideas previas o preconcepciones En el devenir histórico del hombre, diversas explicaciones se han ido construyendo para entender los fenómenos de la vida y la naturaleza con la que interactúa, su curiosidad, inquietud, y su búsqueda implacable, lo han llevado a indagar y explicar los hechos, fenómenos y circunstancias que le acontecen. Dada su inteligencia y racionalidad, las respuestas halladas le han permitido una evolución intrínseca y 13 extrínseca; es decir, un mejoramiento en el desarrollo de sus condiciones físicas, psicológicas y cognitivas las cuales se traducen en un aprendizaje para el mismo individuo. De igual forma, a lo largo de nuestra vida y comenzando ya desde la más temprana edad, la mayor parte de las personas estamos sometidas, a través de la interacción de nuestros sentidos con el medio que nos rodea, a una serie de experiencias físicas comunes independientemente del medio social y cultural en el que nos desarrollemos, lo que da origen a la elaboración de ideas o concepciones acerca de lo que se vive y percibe, en ese sentido Pozo (1996) asume que entre las causas de las ideas previas, están las experiencias y observaciones de la vida cotidiana, el profesorado, los libros de texto y otros materiales escolares, la interferencia del lenguaje cotidiano y el científico, los medios de comunicación y la cultura propia de cada civilización. De acuerdo con Bello (2004) las ideas previas, también conocidas con muchas otras denominaciones, tales como preconcepciones, concepciones alternativas etc; se han investigado desde los años 70 en muchos países y se ha puesto ampliamente de relieve su importancia en la enseñanza y el aprendizaje de la Ciencia; en ese sentido la misma autora señala que las ideas previas son construcciones que los sujetos elaboran para dar respuesta a su necesidad de interpretar fenómenos naturales o conceptos científicos, y para brindar explicaciones, descripciones o predicciones. Son construcciones personales, pero a la vez son universales y muy resistentes al cambio; muchas veces persisten a pesar de largos años de instrucción escolarizada. 14 Carrascosa, Fernández, Gil y Orozco (1991), indican la existencia de concepciones alternativas muy arraigadas y difíciles de cambiar que no son generales ni afectan por igual a todos los ámbitos del conocimiento científico. Por el contrario, existen profundas diferencias que muestran cómo las más persistentes son aquellas que están más intensamente relacionadas con las experiencias personales cotidianas, con las evidencias de sentido común que no necesitan ser cuestionadas. Carrascosa (2005) menciona que las preconcepciones son ideas que aparentemente funcionan bien y no llevan a resultados contradictorios en las experiencias que habitualmente se tienen, lleva a que se fijen en la mente con un vigor que las convierte en verdaderas barreras epistemológicas. En algunos casos, las preconcepciones concuerdan con los nuevos conocimientos que se enseñan en clase, pero a veces existen contradicciones entre sus creencias que no coinciden con las ideas científicamente aceptadas. Así mismo, estos conocimientos previos influyen en como los estudiantes aprenden el nuevo conocimiento científico De acuerdo con Gamboa y Donati (2006), uno de los objetivos principales en la enseñanza de conceptos científicos en lograr que los alumnos comprendan y compartan las herramientas más elaboradas que posee la Ciencia (modelos y teorías), así como también que conozcan y distingan las diferentes aproximaciones interpretativas que deben asumirse, especialmente en la resolución de problemas complejos 2.1.1 Concepciones acerca de la ciencia Hoy en día nos encontramos en un mundo en donde la Ciencia y la Tecnología forman parte de nuestra vida cotidiana e influyen enel desarrollo de la sociedad, no 15 podemos vivir apartados ni alejados de ellas, ya que la Ciencia ha venido a dar explicaciones de los fenómenos y sucesos que acontecen no solo al ser humano, sino también al entorno y el mundo que lo rodea (Cañedo, 2001). Por lo antes dicho hablar de Ciencia en un sentido muy amplio no solo concierne propiamente a los científicos, sino también a los individuos comunes, quienes de alguna manera tienen un pensamiento o espíritu científico y esto a la vez, se ha traducido como uno de los inconvenientes de su estudio, que se traducen en concepciones erróneas de la Ciencia. En este sentido se dice que la Ciencia es otra cosa, de ninguna manera privativa de los científicos. Podemos pensar en la Ciencia como en una manera de mirar el mundo, una forma de dar explicaciones naturales a los fenómenos naturales, por el gusto de entender, de sacudir a la naturaleza a preguntazos y quedar pipones de asombro y de curiosidad Golombek (2008, p. 21) Sin embargo, a pesar de la lucha constante de los sujetos comunes y científicos por encontrar explicaciones a ciertos fenómenos, se ven influenciados por factores externos que les otorgan cierta imposibilidad de encontrar esas explicaciones o descubrimiento, al respecto Barber (1961) nos dice que los ejemplos de resistencia al descubrimiento por parte de los propios científicos son tantos y tan variados que han merecido la atención de algunos filósofos e historiadores de la ciencia; esto lógicamente imposibilita el desarrollo de un pensamiento o espíritu científico. Barboza (2004) establece que la concepción de una ciencia como expresión de verdad, objetividad y neutralidad se desdibuja cuando se resquebrajan los soportes del universo teórico que aportó la modernidad y se hicieron duras críticas tanto internas 16 como externas de esta concepción y se construye una nueva concepción de la ciencia como representación social. De acuerdo con Moscovoci (1986) citado en Lacolla (2005), lo anterior trata de explicar la diferencia entre el ideal de un pensamiento conforme a la ciencia y la razón y la realidad del pensamiento del mundo social, es decir, de qué manera el pensamiento de sentido común, plagado de teorías implícitas y basado fundamentalmente en lo perceptivo, recepciona todo el bombardeo de información acerca de los descubrimientos, las nociones y los lenguajes que la ciencia inventa permanentemente y cómo todo este bagaje se transforma en una ciencia popular que incide sobre la manera de ver el mundo y de actuar de todos quienes pertenecen a una determinada sociedad. Tener un pensamiento o una actitud de carácter científico, no es algo con lo que se nazca, es algo que se construye por el hecho de querer encontrar explicaciones, por el hecho de hacerse más y más preguntas y encontrar muchas respuestas o respuestas nulas a las mismas, es tratar con un conocimiento infinito, sin embargo, en el momento en el que para un espíritu científico que piense que para todo hay una respuesta, a partir de este momento se está careciendo de conocimiento científico, en este sentido para Bachelard (1979) la tarea más difícil es poner la cultura científica en estado de movilización permanente, reemplazar el saber cerrado y estático por un conocimiento abierto y dinámico, dialectizar todas las variables experimentales, dar finalmente a la razón motivos para evolucionar. De acuerdo a Bachelard (1979) el espíritu científico nos impide tener opinión sobre cuestiones que no comprendemos, sobre cuestiones que no sabemos formular 17 claramente; en virtud de que se encuentran inmersas situaciones que van más allá de lo que el propio espíritu científico pudiera concebir. Caballer, Carles, Gómez, Jiménez, Jorba, Onorbe, Pedrinaci, Pozo, Sanmartí y Vilches (1997) plantean que el propio científico pasa a ser considerado desde una perspectivas más humana, en la que deja de considerarse un individuo revestido de determinadas virtudes (honestidad, racionalidad, objetividad) y capacidades especiales, para ser considerado una persona inmersa en un contexto social que le condiciona, y sometido al mismo tiempo de debilidad (ambición, subjetivismo), que cualquier otro. 2.1.2 Consideraciones acerca de los factores que obstaculizan el proceso enseñanza-aprendizaje de las Ciencias Debido a los avances científicos y tecnológicos y al mundo cambiante y poco estático en el que nos encontramos inmersos, la enseñanza y el aprendizaje de las Ciencias han evolucionado a lo largo del tiempo, por lo que las nuevas prácticas educativas se han visto reformadas, esto con el fin de adaptarse a las nuevas perspectivas y exigencias de los alumnos, quienes poseen concepciones alternativas, ideas previas, ideas erróneas, preconcepciones, y esquemas representacionales preestablecidos respecto a los conceptos científicos que inciden en la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias. De acuerdo a Rodríguez y Aparicio (2004) los conceptos sirven para organizar la información del entorno, para proporcionar explicaciones sobre la realidad, para hacer predicciones y para poder actuar en el mundo; en este sentido coincide con Nersessian (2008) al establecer que los conceptos científicos proporcionan representaciones 18 sistemática a través del cual los individuos y las comunidades comprenden, explican y hacen predicciones acerca de fenómenos. Lo anterior indica que el problema no radica en tener conceptos, porque de hecho todos los tenemos, por la interacción, experiencias y búsqueda de explicaciones de los fenómenos que nos acontecen y que nos hacen tener una visión más o menos real del mundo en el que vivimos, en este sentido Limón y Mason (2002) establecen que los estudiantes suelen tener algún conocimiento ingenuo o concepciones previas sobre el dominio. El conocimiento ingenuo tiene dos propiedades: a menudo es incorrecta (en comparación con el conocimiento formal) y que a menudo (pero no siempre) impide el aprendizaje de conocimientos formales con profundo conocimiento. Dado lo anterior, se establece que el problema de los conceptos radica en la adquisición de concepciones deformadas o erróneas debido a que obstaculizan el aprendizaje de las Ciencias; al respecto Bello (2005) señala que la enseñanza de las Ciencias enfrenta la existencia en los alumnos de fuertes concepciones alternativas a los conceptos científicos, que limitan el aprendizaje y frecuentemente, sobreviven a la instrucción científica. Rodríguez (1999), citado en Ruíz (2009) establece que las ideas previas son construcciones mentales que el sujeto elabora en su contacto con situaciones cotidianas, con grupos o individualmente y que varían en función del contexto que el sujeto posee y que lo utiliza en su relación con el entorno; cabe recalcar que estas ideas previas surgen debido a las experiencias e interacciones de los sujetos con su entorno, se van haciendo de ideas aparentemente aisladas y poco estructuradas, que reflejan el modo de entender 19 la realidad en la que viven de un modo aparentemente coherente; al respecto Mortimer (1995) indica que numerosos investigadores piensan que no son aisladas, sino implican la formación de una red conceptual (o red semántica) o esquema de pensamiento más o menos coherente, pero diferente al esquema conceptual científico. Algunos autores las llaman “teorías” que, por supuesto, no reúnen las características de las teorías científicas propiamente dichas y presentan contradicciones internas e incoherencias. En este sentido, las preconcepciones como otro factor que incide en el aprendizaje y enseñanza de las Ciencias, resultan también importantes, en virtud de que también corresponden a ideas “legalmente” estructuradas por los sujetos, tal y como lo mencionan Fernández, Gil, Carrascosa, Cachapuz y Praia (2002) estas concepciones aparecenasociadas entre sí, como expresión de una imagen ingenua de la Ciencia que se ha ido decantando, pasando a ser socialmente aceptada. De hecho esa imagen tópica de la ciencia parece haber sido asumida incluso por numerosos autores del campo de la educación, que critican como características de la ciencia lo que no son sino visiones deformadas de la misma. Por lo que respecta a los esquemas representacionales, Bello y Herrera (2007) consideran que estos son estructuras mentales minuciosamente elaboradas, en la que el individuo ha diseñado a nivel mental, todos sus conceptos e ideas que muy difícilmente pueden ser modificadas, en virtud de que son consideradas como válidas por ser parte de su propia estructura mental, en este sentido se retoma lo dicho por Giere (1992) un modelo mental, es una estructura análoga de la situación del mundo real o imaginario. 20 Una vez construido, el modelo mental puede producir imágenes, que son los modelos mentales desde una perspectiva particular. Respecto a lo dicho anteriormente, Mulford y Robinson (2002), citado en Bello (2004) establecen que si los estudiantes encuentran información que contradiga sus esquemas representacionales es difícil para ellos aceptarla, porque les parece errónea. En estas condiciones actúan de diversas maneras: la ignoran, la rechazan, no creen en ella, la reinterpretan a la luz de sus propios esquemas representacionales, o bien, llegan a aceptarla haciendo sólo pequeños cambios en sus concepciones. Trinidad y Garritz (2003) afirman que estudios sugieren que los puntos de vista que los estudiantes traen consigo a las lecciones de ciencia son, para ellos, lógicos y coherentes, y que estos puntos de vista tienen una influencia considerable sobre cómo y qué aprenden los estudiantes de sus experiencias en el salón de clases. En este sentido resulta imprescindible conocer y aterrizar en estos factores que inciden en la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias, para establecer las estrategias didácticas que ayuden a transformar esos conceptos o ideas en un conocimiento científico estructurado acorde a los requerimientos de la Ciencia de hoy en día, que se traduzcan en cambios conceptuales y por ende en aprendizajes significativos. 2.1.3 Las preconcepciones y el aprendizaje de las Ciencias Como ya vimos en los párrafos anteriores las preconcepciones son el modo de como muchas veces los estudiantes conciben los conceptos aprendidos erróneamente y que influyen significativamente en el aprendizaje de las Ciencias, al respecto Donovan y Bransford (2005) señalan que los estudiantes entran en el estudio de la Ciencia, con una 21 amplia gama de ideas preconcebidas con base en sus experiencias cotidianas; por lo tanto, no podemos dejarlas de lado, porque a pesar de todo, sirven como referencia para iniciar o introducir a los estudiantes en el estudio y aprendizaje de las Ciencias. Flores y Gallegos (2006) afirman que no podemos perder de vista que la formación conceptual es un proceso de relativamente largo plazo, en donde interviene el propio desarrollo cognoscitivo del estudiante y los procesos de cambio conceptual, que como apunta la reciente investigación educativa, es uno de los principales obstáculos del aprendizaje de las Ciencias, por la resistencia natural al cambio que presentan las concepciones espontáneas o preconceptos de los estudiantes. Tomando como referencia lo antes dicho, se considera que las preconcepciones no son más que las ideas previas o conceptos preestablecidos que poseen los alumnos, mismas que inciden en el aprendizaje de las Ciencias, en el sentido de que estas preconcepciones son parte de las estructuras o esquemas representacionales de los estudiantes, que difícilmente se pueden cambiar, puesto que lo que han asimilado y por ende aprendido considerándolo de esta forma como válido, por lo que al intentar cambiar esas preconcepciones al añadir nuevos conceptos a sus esquemas representacionales, el estudiante entra en una situación de conflicto cognitivo (Bello y Herrera, 2007; Doniez, 2000; Priciliano y Asuman, 2004; Villani y Orquiza de Carvalho, 1995). Cuando hablamos de conflicto cognitivo, como resultado en la enseñanza de las Ciencias, nos referimos a situaciones que el docente debe propiciar, ya que de alguna manera es cuando se confrontan las preconcepciones de los alumnos y los nuevos 22 conceptos, para obtener una nueva reorganización conceptual, esto con el fin de lograr un nuevo conocimiento en el alumno como parte de su aprendizaje. La mayoría de las veces las preconcepciones generan errores conceptuales, errores no propiamente de los alumnos, sino más bien errores como producto de sus concepciones erróneas; también en este sentido cabe mencionar lo dicho por Bachelard (1979), frecuentemente me ha chocado el hecho de que los profesores de Ciencias, aún más que los otros si cabe, no comprendan que no se comprenda, esto indica que parte de los problemas de aprendizaje de las Ciencias de los estudiantes también es afectado por la propia enseñanza de los docentes. En relación a lo dicho en el párrafo anterior, Campanario (1999) indica que hay ciertos profesores de Ciencias que tienen una formación deficiente de los aspectos relacionados con la naturaleza de la Ciencia y la epistemología, la filosofía o la sociología de la Ciencia. En este sentido cabe recalcar que no solo son las preconcepciones de los estudiantes que inciden en su aprendizaje de las Ciencias si no también la de los profesores, sin embargo en este estudio, nos enfocaremos básicamente a las preconcepciones de los estudiantes, sin dejar de lado la de los docentes, ya que ambos inciden en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias. 2.2 Implicaciones conceptuales en la enseñanza de las Ciencias y cambio en esquemas mentales. Como es sabido, uno de los propósitos fundamentales de la enseñanza de las Ciencias es que los estudiantes desarrollen ideas adecuadas sobre la misma así como los procesos de construcción de su conocimiento, se trata pues de concebirla como una 23 actividad racional con cambios constantes que impliquen un carácter provisional de las teorías científicas, lo que muchos estudiantes desconocen, es decir; adoptan como válidas las afirmaciones hechas por investigaciones científicas, y esto de alguna manera se ve influenciado por las ideas vagas de los estudiantes. Al respecto Andrade y Donati (2006) señalan que uno de los objetivos primordiales en la enseñanza de conceptos científicos es lograr que los alumnos comprendan y compartan las herramientas más elaboradas que posee la ciencia (modelos y teorías), así como también que conozcan y distingan las diferentes aproximaciones interpretativas y/o matemáticas que deben asumirse, especialmente en la resolución de problemas complejos; en este sentido, se trata pues de modificar los preconceptos de los estudiantes, para lograr cambios conceptuales, que se traducen en cambios de esquemas mentales. Sabemos pues, que las preconcepciones o errores conceptuales son determinantes en la enseñanza de las Ciencias al marcar las directrices que como docentes habremos de seguir, en este sentido Pozo (1987), indica que podemos afirmar que estos elementos conforman una especie de conspiración cognitiva contra el trabajo del profesor de Ciencias; por ende; estos errores conceptuales representan algunos obstáculos en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias en los estudiantes. Cuando hablamos de cambio conceptual, cabe hacer mención a los esquemas mentales, los cuales incluyen representaciones conceptuales que tienen los estudiantes, mismas que son adquiridos en el desarrollo de su vida y en el proceso de enseñanza aprendizaje en las aulas, que describen el modo de como representan las cosas y su 24 manera de ver el mundo, estasrepresentaciones conceptuales forman parte de sus estructuras mentales las cuales se van acomodando paulatinamente en la mente de los estudiantes, por lo tanto, lograr un cambio en esas estructuras, no es tarea fácil de realizar, ya que se requiere de un tiempo razonable, mismo que será necesario para lograr un cambio conceptual. (Fonseca, Ramos, Flores, Fonseca, Jara, y Guillén, 2009; Otero y Banks-Leite, 2006). Por todo lo antes dicho, es importante recalcar lo que afirman Hewson y Beeth (1995) respecto a que el aprendizaje se debe considerar no como una simple acumulación de información, sino como un proceso de cambio conceptual; en el que los docentes juegan un papel primordial ya que de ellos depende orientar la enseñanza hacia el logro de ese cambio conceptual. 2.2.1 Influencia de las ideas erróneas y concepciones en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencia. La ideas erróneas y concepciones son parte importante del proceso aprendizaje de las Ciencias, en virtud de que influyen en la didáctica de la misma, tal y como lo afirma en otras palabras Campanario y Otero (2000) hoy sabemos que los alumnos mantienen un conjunto diverso de ideas previas o preconcepciones sobre los contenidos científicos que casi siempre son erróneas y se reconoce unánimemente que estas ideas previas son uno de los factores clave que, como se argumenta más adelante, deben tenerse en cuenta como condición necesaria (aunque no suficiente) para un aprendizaje significativo de las ciencias. 25 Hasta ahora poco se sabe de la existencia de las ideas erróneas y concepciones de la Ciencias, aunque realmente también son poco los que conocen como llegar a ellas, al respecto Carrascosa (2005) nos dice que existen diversas técnicas para identificar, clarificar y cuantificar la incidencia, de las concepciones alternativas que los alumnos tienen en los distintos campos de las ciencias; en este sentido el mismo autor hace mención de algunas técnicas como las entrevistas clínicas, las preguntas de tipo abierto, el cuestionario, mapas conceptuales, entre otros; que sirven de punto de partida para arrancar con la enseñanza y aprendizaje de las Ciencias. El origen e influencia de las ideas erróneas y concepciones de las que tanto se ha hablado, son de diversa índole, tal y como lo menciona Carrascosa (2005), estas pueden ser; influencia de las experiencias físicas cotidianas, influencia del lenguaje ; la existencia de graves errores conceptuales en algunos libros de texto, que algunos profesores tengan las mismas ideas alternativas que sus alumnos o bien que desconozcan este problema y, consecuentemente, no lo tengan en cuenta; la utilización de estrategias de enseñanza y metodologías de trabajo poco adecuadas, etc. Por lo anterior, es importante retomar también lo dicho Carrascosa (2005) en relación a que el tema de las ideas alternativas constituye un problema de gran interés en la Didáctica de las Ciencias y como tal viene siendo, desde hace ya 3 décadas, una línea de investigación didáctica de gran importancia tal y como lo muestran los numerosos trabajos realizados en este campo; bajo esta premisa, es imprescindible no quitar el dedo del renglón, ya que el tiempo evoluciona y de esta manera evolucionan también los estudiantes y por ende sus ideas erróneas y concepciones respecto a las Ciencias. 26 2.2.2 Esquemas mentales representacionales y su influencia en la enseñanza y el aprendizaje de la Ciencia. Al hablar de preconcepciones, nos estamos refiriendo a los conceptos o ideas previas que poseen los estudiantes, que a menudo son científicamente incorrectas, son intuitivas y se desvían generalmente de las concepciones científicas, por lo que de alguna manera obstaculizan el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias, ya que para cambiarlas se deben activar sus ideas, provocando un conflicto entre las ideas erróneas y las nuevas, de modo que estas puedan sustituir a aquellas, se trata pues de restructurar la estructura conceptual en sus esquemas mentales para el logro de aprendizajes significativos (Aramburu 2004). Por lo antes dicho, Posada (2002), señala que el aprendizaje significativo se produce gradualmente a medida que se realizan nuevas relaciones sustantivas con conceptos, experiencias, hechos y objetos conocidos por el individuo. Las preconcepciones son el fundamento que debe tener en cuenta el docente durante el proceso educativo para facilitar el aprendizaje de nuevos conceptos de forma significativa, ya que lo más importante en la relación que se establece entre lo que se enseña y lo que se aprende, es lo que ya se conoce, porque es con lo que se establecen los nexos para que el nuevo conocimiento adquiera significado, Fernández (2002, p. 142). Por lo que se refiere al aprendizaje, Herrera (2002) indica que este puede ser motivado por una situación de desequilibrio o incongruencia entre las estructuras internas o conocimientos previos y una situación o realidad presentada relativamente 27 novedosa. El proceso de equilibración desencadena a su vez otros dos procesos complementarios entre sí: los procesos de asimilación y acomodación. La asimilación tiene lugar cuando una persona interpreta una nueva experiencia y trata de ajustarla a sus estructuras conceptuales previas, en otras palabras, es la integración de elementos exteriores a dichas estructuras. En este caso, no se crea un nuevo esquema, sino que se utiliza uno anterior para comprender la información. La acomodación ocurre cuando una persona modifica sus estructuras conceptuales previas para responder o adaptarlas a una nueva situación. Cuando el sujeto aprende, lo hace modificando activamente sus esquemas, a través de las experiencias, o bien, transfiriendo esquemas ya existentes a situaciones nuevas, por lo cual la naturaleza del aprendizaje va a depender de lo que el sujeto ya posee, Arancibia, Herrera y Strasser (1999, P. 77). 2.2.3 El cambio conceptual en la transformación de las preconcepciones y esquemas mentales. Uno de los grandes obstáculos en el aprendizaje de las Ciencias son las preconcepciones en virtud de que se anteponen en la adquisición de nuevos conceptos, por lo que la tarea o el fin primordial, radica en cambiar estos conceptos erróneos, por conceptos científicos, lo cual implica un cambio en los esquemas mentales de los estudiantes (Boggino, 1999; Fernández, 2002; Mora y Herrera, 2009). De acuerdo a Duit y Treagust (2003), se utiliza el término cambio conceptual para el aprendizaje en ámbitos como en la pre-instrucción de estructuras conceptuales de los alumnos, los cuales tienen que ser fundamentalmente reestructurados para poder permitir 28 la comprensión de los conocimientos pretendidos, es decir, la adquisición de la conceptos de Ciencia. De igual forma Hewson (1992), también nos dice que el cambio conceptual es un término aplicable a la parte problemática de la experiencia de aprendizaje de una persona de renunciar a una idea por otra, es decir entre la concepción inicial del estudiante y su concepción final se da un proceso de transformación gradual que permite el reacomodo de nuevas estructuras mentales. En el proceso de enseñanza aprendizaje, pretender un cambio conceptual, implica el reacomodo en los esquemas mentales, bajo el diseño de estrategias, métodos y procedimientos que generen un conflicto cognitivo en el estudiante; es decir, lo que se pretende es que el alumno entre en una situación de confrontación entre su ideas previas con los nuevos conceptos adquiridos, con el fin de remover sus esquemas tradicionales para dar origen a nuevos esquemas representacionales (Mahmud y Gutiérrez 2010; Mugny y Pérez, 1988). Greca y Moreira (1998) nos dicen que cuando se enseña, es común suponer que los alumnos adquirirán, es decir, construirán modelos mentales que sean copiasde los modelos conceptuales que le son presentados. Dada lo complicado que resulta el logro del cambio conceptual, como lo manifiestan Gökhan y Douglas (2007) que exige la reestructuración, la edición y la organización en lugar de cambios discretos de una concepción a otra, es necesario buscar mecanismos como las estrategias didácticas, que sirvan de puente entre las preconcepciones de los estudiantes y los conceptos científicos; en virtud de que los 29 modelos mentales vienen desde el interior de los estudiantes y los modelos conceptuales desde el exterior de los mismos. Con base a los conceptos adquiridos, Greca y Moreira (1998) indican que cuando las personas intentan comprender un modelo conceptual, toman de él aquellos elementos que consideran importantes, lo relacionan, si es que esto es posible, con aquello que ya conocen y generan, o no, modelos mentales que no necesariamente son similares a los modelos conceptuales presentados. 2.3 Uso y significado de modelos como estrategia de enseñanza de las Ciencias La historia de la Ciencia es rica en ejemplos de cómo las comunidades científicas han desarrollado modelos para explicar el mundo real y cómo éstos han ido evolucionando para ir acomodando la evidencia empírica acerca de los hechos y fenómenos observados; en tal sentido, la enseñanza de las Ciencias y de la química en particular, centradas en transmitir la mayor cantidad posible de conocimientos científicos, se basan en la construcción y validación de dichos modelos (Quesada, Valcárcel y Sánchez, 2005). Valdez (2004) indica que los modelos deben facilitar la visualización y/o comprensión conceptual del objeto modelado además permitir un tratamiento cuantitativo, el cual conlleve una adecuada interpretación y, en el peor de los casos, constituya una primera aproximación al comportamiento del objeto que el modelo representa; en tal sentido, un modelo es una construcción simplificada e imaginaria de uno o varios objetos o procesos, que reemplaza a un aspecto de la realidad con el propósito de ayudar a interpretar los fenómenos y permitir la predicción del 30 comportamiento de sistemas químicos bajo condiciones específicas impuestas por el entorno circundante y establecer las adecuadas correlaciones entre conjuntos bien definidos de datos experimentales y cálculos teóricos (Justi, 2006; Bunge, 1976). 2.3.1 Consideraciones acerca de los modelos y su relación con los átomos La comprensión del mundo que nos rodea implica, entre otros muchos aspectos, el estudio de la materia, entendida ésta como aquello que ocupa una porción del espacio, que tiene una determinada masa y que se encuentra formada por átomos; en este sentido la química ha recurrido a la elaboración de modelos entre otras cuestiones, para entender e interpretar primeramente qué es lo que ocurre cuando la materia se transforma, es decir; tiene como objetivo explicar el comportamiento de las sustancias que observamos a nivel macroscópico, a partir de las interacciones fundamentales que ocurren entre los electrones y los núcleos que forman el átomo (Adúriz, 2012; Fowler, 1994; Lovell, 1999). Por lo antes expuesto, Castro (1992) comenta que el desarrollo de conceptos y modelos representa una actividad central en la enseñanza de la Química. La utilidad de un concepto o modelo se encuentra en relación directa con su capacidad predictiva de explicación de los fenómenos químicos. Los modelos son de amplia aplicabilidad utilidad ya que permiten explicar una gran cantidad de fenómenos o sistemas. 2.3.2 Influencia con la construcción de modelos atómicos en la adquisición de conceptos correctos en relación a la estructura del átomo Los científicos construyen y utilizan modelos como parte del proceso de la indagación científica; en este sentido modelizan tanto los fenómenos que observan como 31 las ideas con las que tratan de explicar dicho fenómenos, lo anterior ocurre en un nivel macroscópico y microscópico, a través de analogías con las que ya se conoce, lo anterior puede ser expresado en forma concreta, visual, matemática o verbal y en algunos casos con el lenguaje propio de la química (Adúriz, 2012; Schwartz y Skjold, 2012). Cabe destacar que la enseñanza de la estructura atómica, actualmente es muy descriptiva (memorística) y carece de las interpretaciones basadas en la filosofía de la Ciencia, lo que ocasiona que los estudiantes de secundaria generalmente tengan conocimientos erróneos en temas como la estructura de la materia y por ende en la del átomo, ya que se tratan aspectos muy alejados de los directamente perceptibles por los sentidos de los jóvenes (De la Torre, 1998; Osborne y Freyberg,1991; Solbes, 1987). De igual forma se sabe que a pesar de que los estudiantes reconocen la existencia del átomo difícilmente pueden describir su estructura, por lo que se hace necesario el uso de estrategias que permitan que los estudiantes tengan ideas claras, cercanas y correctas acerca de la estructura del mismo (De la Fuente, 2003; Mondelo, García, y Martínez, 1994; Solbes, Calatayud, Climent y Navarro, 1987). Atendiendo las necesidades y preconcepciones de los estudiantes, es primordial dirigir la enseñanza para que estos aprendan los modelos de la Ciencia escolar, aprendan a construirlos, los manipulen y aprendan acerca de ellos, modificando de esta manera sus conceptos erróneos y adquiriendo conceptos básicos para la apertura de otros temas relacionados con la materia y la Ciencia en general (Justi, 2006). Por lo antes dicho y debido a que frecuentemente los químicos y los físicos utilizan el modelo de Bohr, este sigue siendo útil y práctico en la educación secundaria, 32 dado que; como modelos cuántico, describe la estructura del átomo utilizando las nuevas ideas de la física moderna, incorporando la descripción del movimiento del electrón en torno al núcleo (protón) y explicando sus líneas espectrales satisfactoriamente (Fourez, 2006; Marín, 2005; Solbes, Calatayud, y Navarro, 1987). 2.4 Investigaciones relacionadas con las dificultades en la enseñanza y aprendizaje de los modelos atómicos en la química Cabe hacer mención que debido a los obstáculos que han prevalecido a lo largo del tiempo en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias, muchas investigaciones se han dado al respecto, con resultados satisfactorios, que dan pautas a seguir en la implementación y desarrollo de estrategias de enseñanza aprendizaje con el fin de lograr el cambio conceptual en los estudiantes (Carrascosa, 2005; García y Rodríguez, 1988; Limón y Mason, 2002; Periago y Bohigas, 2005). Cuellar, Z.L. (2009), nos dice que si se concibe que la enseñanza tenga que ver con las maneras utilizadas por una persona con el objeto de influir en un sujeto para que éste aprenda, esto implica que es necesario conocer cómo aprende el sujeto y cuáles son las variables psicológicas que influyen en el aprendizaje. Retomando lo antes indicado nos enfocaremos a describir algunas de estas investigaciones con el fin de visualizar los logros después del conocimiento y vencimiento de las preconcepciones. De la fuente (2003) realizó una investigación de metodología cuantitativa para conocer las ideas de los estudiantes en relación al tema de la estructura atómica en alumnos de 13 a 14 años a través de un cuestionario que consta de 14 ítems, de los 33 cuales los primeros 5 ítems indagan sobre si el átomo es la parte más pequeña que constituye las cosas (seres vivos y no vivos) y sobre cómo está constituido. En los ítems 6 al 9 se pregunta sobre la diferencia entre átomos, el movimiento de las partes que lo componen, la masa y el tamaño de las partículas. Las interacciones y las posibilidades de romper o unir el núcleo del átomo se tratan en los ítems 10 a 13. El ítem 14 pretende indagar respecto del origen de la informaciónque tienen los estudiantes. Los resultados obtenidos después de esta investigación y de acuerdo a De la fuente (2003) fueron; que en general los alumnos no tienen ideas claras acerca de la estructura de la materia, ya que no han podido realizar la secuencia inclusiva propuesta en el cuestionario, lo que revela que, si bien se conoce el átomo, no se reconoce como parte de la misma. El modelo de átomo que al parecer tienen la mayoría de los alumnos de 13 años es un modelo orbital con el núcleo en reposo (tenue tendencia) y los electrones girando a su alrededor aunque no saben por qué, indivisible y muy pequeño no han podido explicar lo que diferencia un átomo de otro, como tampoco según el modelo que ellos conocen por qué los electrones se mantienen unidos al núcleo. Mayoritariamente piensan que los electrones no se separan del átomo y si esto ocurriera dejaría de existir el mismo. Son menores los conocimientos que tienen los alumnos al indagar sobre el núcleo en particular, tanto respecto a la fisión como a la fusión. Los alumnos en su mayoría manifiestan que las respuestas dadas al cuestionario presentado provienen de la instrucción recibida en la escuela. Muy lejos aparece la 34 influencia de la televisión, diarios y revistas. Incluso no resulta relevante la influencia del medio (amigos y familiares). Capuano, Dima, Botta, Follari, De la Fuente, Gutiérrez, Perrotta (2007); desarrollaron una investigación de estudios de conceptos fundamentales de la Física moderna (en particular de la estructura de la materia) y estrategias para el aula; con el propósito de comprobar si la estrategia aplicada influyó favorablemente o no en la comprensión, por parte de los estudiantes, de los conceptos estructura atómica y de modelos, en general, y en particular del concepto de modelo atómico y su evolución histórica en con alumnos que cursaban 8º año de la EGB en dos Unidades Educativas de la ciudad de Santa Rosa, La Pampa, Argentina. En uno de los cursos, con 19 alumnos, se puso en práctica la estrategia. En el otro con 24 alumnos, tomado como testigo, el tema fue desarrollado sin aplicar la misma. Los contenidos mínimos presentados en el currículo correspondiente a ambos cursos son similares. Con el fin de evaluar la estrategia se realizaron observaciones no participantes de clases y se implementó un cuestionario que fue administrado antes y después de la enseñanza del tema en el curso experimental y en el testigo. El primer ítem indaga sobre si el átomo es la parte más pequeña que constituye a seres vivos y no vivos. El segundo pretende averiguar con qué modelo representan los estudiantes al átomo y como está constituido el mismo. El tercero pregunta acerca de la distinción entre los átomos de diferentes elementos y el cuarto sobre una comparación de las masas de los constituyentes del átomo. En este trabajo solo se analiza el ítem 2. 35 Si bien se ha centrado el análisis en un aspecto limitado de la estrategia utilizada, se puede inferir que ésta ayuda a que los alumnos tomen conciencia de la necesidad del uso de modelos en la Ciencia en etapas tempranas de su escolaridad. A partir del análisis de los datos se observa que, convenientemente guiados y utilizando sus conocimientos anteriores, los alumnos pueden alcanzar algunas conclusiones sobre el conocimiento de la estructura atómica, del concepto de modelo y su evolución histórica, sin necesidad de recurrir a cálculos matemáticos excesivamente complejos. La estrategia además, permitiría mostrar cómo los modelos atómicos cambiaron históricamente y pueden cambiar en el futuro. De las observaciones de clase se infiere que las actividades permitieron una mayor participación de los alumnos, generando discusiones e intercambio de ideas, despertando interés por trabajos o actividades que proponen formular hipótesis. El reto radica en conseguir estrategias didácticas que permitan al alumnado aproximarse a las nuevas ideas con sus propias herramientas. En la investigación de carácter cualitativo de Cuellar (2009), se aplicaron cuestionarios y entrevistas, relativas a fenómenos físicos surgidos a partir de propuestas de los estudiantes y las mismas entrevistas. Los cuestionarios se aplicaron a 114 estudiantes con edades entre 13 y 17 años, de grado 9°, de dos instituciones públicas y una privada, aclarando que en esta última los estudiantes ya habían recibido clases sobre la estructura interna de la materia. Teniendo en cuenta que la investigación buscaba identificar las concepciones alternativas de los estudiantes sobre la naturaleza de la materia que contribuyan a la 36 organización curricular de la enseñanza, se concluyó que todos los estudiantes se caracterizan por concebir la materia de manera continua, como una totalidad (macroscópicamente) sin espacios vacíos y estática sin movimiento intrínseco, a pesar de que algunos de los estudiantes habían recibido clases sobre la estructura de la materia. Con base en el análisis realizado se concluyó que las concepciones alternativas se originan a partir de sus percepciones, obedeciendo al pensamiento concreto en que se encuentran y a su contexto cultural (información del entorno y medios de comunicación). Las concepciones alternativas con estas características se convierten en una limitante para el aprendizaje del modelo de partículas de la materia, porque éste es un modelo de naturaleza abstracta y su aprendizaje dependen, en gran parte, de la superación del límite de lo concreto en el pensamiento del estudiante, ya que es hacer un salto hacia un mundo que no se ve, que no se percibe, que no tiene olor, ni estado ni textura, que es abstracto. Lo anterior significa que al maestro le corresponde el diseño de un currículo que contribuya a la superación de esta limitante para el logro de un aprendizaje significativo. Uribe y Gallego (2005) realizaron con cerca de cien estudiantes de primer semestre de dos programas de ingeniería de la Universidad de La Sabana; a través de la implementación de estrategias encaminadas al aprendizaje de la estructura atómica de los materiales, con miras a la construcción de un modelo mental sobre el átomo acorde con los modelos atómicos científicos. 37 Se partió del conocimiento que el profesor tuvo de las concepciones alternativas de los estudiantes, al respecto de la estructura atómica de los materiales y de la reflexión que ellos hicieron de las mismas; con los siguientes instrumentos de recolección de información: 1.- Un listado de conceptos, que se les suministró a los estudiantes antes del proceso enseñanza-aprendizaje, para que expresaran las concepciones o ideas que tenían al respecto de los modelos atómicos. 2.- La presentación a los estudiantes de un hecho sobre el estado de agregación de las partículas en diferentes materiales. 3.- Dos composiciones hechas por los estudiantes: una sobre la temática de los modelos atómicos, con el fin de que los estudiantes refirieran los cambios sufridos en sus concepciones alternativas durante el proceso de aprendizaje y en la metodología utilizada por ellos para aprender y la otra para que los estudiantes hicieron alusión al desarrollo de la ciencia en el campo de la estructura atómica. 4.- Una entrevista con algunos de los estudiantes seleccionados aleatoriamente, para conocer la importancia que le dan al estudio de los modelos atómicos. Sus resultados de la investigación fueron que una buena proporción de los estudiantes (68%) con los cuales se trabajó, lograron reconstruir los modelos atómicos con un nivel de rigurosidad admisible para los programas de ingeniería, y elaboraron explicaciones sobre el comportamiento de los materiales, fundamentadas en tal reconstrucción. Los estudiantes reconocieron la importancia del aprendizaje de esta temática para su formación profesional como ingenieros.La propuesta conceptual y metodológica 38 desarrollada, sobre la enseñanza de los modelos atómicos, propició en los estudiantes el cambio conceptual, metodológico, actitudinal y axiológico esperado. Se confirmó que para el cambio conceptual es necesario que haya un cambio de actitud respecto del aprendizaje, que este solamente es factible si le encuentran sentido a aprender esta temática y se siente gusto al hacerlo, de tal manera que haya una motivación que justifique el esfuerzo para un cambio en los métodos de aprendizaje. Propiciar el debate alrededor de la explicación de un hecho y del proceso de construcción de los modelos científicos sobre el átomo, permite el aprendizaje y mejora la calidad de argumentación reflexiva. Se confirmó que la enseñanza de los modelos atómicos para los programas de ingeniería de la Universidad de La Sabana ha de hacerse desde una visión epistemológica e histórica, puesto que ayuda a los estudiantes a elaborar una representación mental acorde con los modelos científicos y les permite entender la relación entre ciencia y tecnología y el carácter dinámico de las dos. En la investigación de Quesada, Valcárcel y Sánchez (2005), a 9 alumnos de un total de 23 de 1º de Bachillerato de entre 16 y 17 años de un centro de Enseñanza Secundaria de la Comunidad Autónoma de Murcia en relación a el aprendizaje de los modelos atómicos y la presentación que se hace del contenido de enseñanza en los libros de texto. La metodología de trabajo se materializó en la realización de entrevistas individuales a los alumnos, utilizando un protocolo semiestructurado con 29 cuestiones en torno a los objetivos planteados en el trabajo, en estas entrevista se planteaban dos 39 tipos de cuestiones: abiertas, encaminadas a obtener lo que dicen espontáneamente y otras más dirigidas a través de la elección y explicación que dan a una serie de representaciones correspondientes a distintos modelos atómicos y moleculares que se les aporta. Las entrevistas fueron realizadas a los siete meses de finalizar el periodo de instrucción de los contenidos relacionados con los modelos atómicos mencionados anteriormente. Los resultados de esta investigación fueron que todos los estudiantes reconocieron al átomo como la unidad constituyente de la materia, pero sin lograr establecer diferencias entre átomos, moléculas o iones como entidades responsables de la distinta naturaleza de la misma. Es decir, los alumnos saben que los átomos se unen unos a otros para formar las sustancias pero no diferencian si la partícula que define la composición y estructura es responsable de sus propiedades específicas. También todos reconocen el átomo como una partícula neutra, compuesta de protones, neutrones y electrones, diferenciando un núcleo con los electrones girando alrededor. Se refieren a capas, órbitas o niveles, indistintamente. A su vez declaran que en su mayor parte el átomo es vacío, aunque la mayoría se contradice al imaginarlo esférico y macizo. Al describir algunas de las características del átomo se refieren a que es sobredimensionado como partícula y desfigurado en la proporción que establece entre el tamaño del núcleo y corteza. En cuanto a su forma y masa comparten ideas similares y 40 algunos hacen estimaciones semicuantitativas. Sin embargo, no se encontraron confusiones entre átomo y célula, ni le atribuyen características de ser vivo. Al átomo le asignan algunas propiedades macroscópicas propias de las sustancias que forman. Concretamente, en cuanto a la densidad se mantienen dos concepciones, una macroscópica que identifica la densidad del átomo con la de la sustancia y otra microscópica relacionada con las subpartículas que lo componen. En cuanto a la conceptualización de la estructura del núcleo y la corteza, todos localizan los protones en el núcleo, los electrones moviéndose alrededor y la mitad no tienen clara la localización de los neutrones. Se detectó que mantienen modelos discretos y concretos, al considerar los electrones como partículas moviéndose y que los diagramas de órbitas, elípticas o circulares, representan mejor su disposición en el átomo que los diagramas de nube electrónica o de orbitales, no reconocidos por los alumnos. Aunque admiten la existencia de distintos niveles no hablan de subniveles y confunden capa y orbital, órbita y orbital. Muy pocos describieron la estructura electrónica y si la mencionan no utilizan notaciones y símbolos adecuados o los confunden. En relación a las interacciones entre las partículas subatómicas, admiten interacciones de dos tipos. Unas debidas al contacto y choques de las partículas y otras de naturaleza eléctricas atractivas y repulsivas. Algunos no consideran interacciones entre el núcleo y la corteza. 41 Al mostrarles representaciones de diferentes modelos atómicos, habitualmente recogidas en los libros de texto, las preferidas por los estudiantes son las de Borh y Rutherford porque son las que mejor representan sus ideas acerca de cómo son los átomos, porque las han visto en los libros y dibujadas por el profesor. También muestran alguna preferencia por la representación de Dalton pues, aunque reconocen que no les dice nada acerca de la estructura atómica, es la más fácil de aprender e imaginar. Las de Thomson y nube de carga solo son identificadas por dos alumnos. En relación con la información presentada por el libro de texto: se introducen sucesivamente los distintos modelos sobre el átomo con ideas clave. En general, en la información presentada, sólo aparecen afirmaciones que expresamente se consideran presupuestos que describen el átomo en los modelos de Dalton y Borh, no se señalan claramente las limitaciones de cada modelo o se omiten. En cuanto a las explicaciones, se utilizan conceptos que no han aparecido en los presupuestos. Tampoco se sitúan en un modelo concreto y mezclan argumentos o utilizan con el mismo significado términos que pertenecen a modelos diferentes. En cuanto a las ilustraciones, falta correspondencia entre lo que pretenden representar y los presupuestos del modelo al que se refiere. De todas las actividades propuestas solo una está directamente relacionada con los presupuestos del modelo de Bohr, todas las demás se refieren a conceptos que, aunque podrían enmarcarse en un modelo concreto, no aparecen explícitamente relacionados, mezclándose ideas de los diferentes modelos didácticos, lo que creemos contribuye a 42 que el alumno construya un único modelo de átomo, resultado de una integración confusa de los diferentes modelos presentados. Como se visualizaron es estas investigaciones; el estudio de las preconcepciones como influyentes en el proceso de enseñanza aprendizaje de las Ciencias resultan imprescindibles, en virtud de que son las directrices para el diseño, desarrollo e implementación de estrategias que aterricen en un cambio conceptual, mismos que se ven reflejados en el cambio de sus esquemas mentales, es decir; el cambio de conceptos erróneos por conceptos científicos (Hourcade y Rodríguez, 1988; Mora y Herrera, 2009; Posner, Strike,Hewson, y Gertzog, 1982). Por lo antes dicho, es importante tener claro el papel que juegan las preconcepciones en el aprendizaje de las Ciencias, ya que esto repercutirá en el conocimiento o adquisición de nuevos conceptos relacionados con las misma y por ende en la interpretación científica de fenómenos que acontecen a los estudiantes, a través de cambios en sus preconcepciones por concepciones más científicas, esto como resultado de cambios en sus esquemas mentales más elaboradas y previamente definidas, con el desarrollo de estrategias didácticas que propicien un conflicto entre las ideas iniciales de los estudiantes y el nuevo conocimiento, tal y como ha quedado demostrado en diferentes investigaciones
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