Estudio de propuestas alternativas en la enseñanza de la termodinámica básica

ESTUDIO DE PROPUESTAS ALTERNATIVAS EN LA ENSEÑANZA DE LA TERMODINAMICA BASIC'A MARTÍNEZ, J.M. y PÉREZ, B.A. Departamento de Física. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de la Patagonia. (9200) Esquel. Chubut. Argentina. SUMMARY We report in this work a research on an approach to Basic Thermodynamics teaching at secondary level. The results of four grups of students in different cities are discussed from qualitative and global quantitative perspectives in a complementary way. We suggest, in the light of the real implementation of that curricular proposal, some didactic recommendations for better adequacy to different contexts. INTRODUCCI~N Y DELIMITACI~N DEL PROBLEMA En el área de la termodinámica básica, la secuencia conceptual normalmente utilizada por los profesores es la propuesta por los libros de texto: ([Temperatura, Termometría, Dilatación Térmica] + [Calor, Calorimetría] + [Trabajo] + [Energía Interna, Enunciación de los principios de la Termodinámica] -+ [Fundamentación en base a la Teoría Cinética Molecular]), la cual coincide en general con el desarrollo histórico de los conceptos; (Pérez, 1991). También es posible que en ese contexto se procure utilizar como recurso didáctico ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3), 287-300 informar a los estudiantes sobre los esfuerzos y problemas que atravesaron los hombres de ciencia para llegar al estado actual del conocimiento en el área. Sin embargo, es conocjdo que los hechos y leyes que entonces se utilizaban para interrogar a la naturaleza eran formulados basándose en conceptos y proposiciones cuya significación difiere bastante de la actual, incluso a pesar de que en algurios casos la estructura matemática de las leyes sea esencialmente la misma y se usen por tradición los mismos términos lingüísticos. Este último hecho generalmente no es tratado con suficiente profundidad en las aulas (Saltiel et al., 1985). A partir de la investigación en educación en física también ha quedado ampliamente demostrado que, al llegar al aula, los estudiantes poseen concepciones que por lo general no coinciden con las científicamente aceptadas y son altamente resistentes al cambio. En casi todos los trabajos sobre el tema se recomienda que, para facilitar un aprendizaje significativo, deben elaborarse propuestas didácticas que tengan en cuenta dichas concepciones, ya que las mismas forman parte del marco referencia1 con el que los alumnos interpretan los conceptos y las actividades que se les proponen (Moreira, 1994). En este marco de ideas nos propusimos elaborar una secuencia de construcción conceptual que fuera diferente de las presentadas en la mayoría de los textos y posibilitara que los alumnos hicieran conscientes sus propias ideas, delimitaran su contexto de interpretación y aplicación, adquirieran significados nuevos y relacionables significativamente con los que tenían e iniciaran la construcción de un modelo explicativo más amplio y próximo al aceptado científicamente. En lo referido a la construcción conceptual desde la física, nuestro interés específico fue explorar si los conceptos de energía interna y temperatura, vinculados a un modelo molecular de la materia, podrían jugar un papel más importante que el que comúnmente se les asigna en la enseñanza y el aprendizaje de los fenómenos térmicos. Con estos objetivos en mente elaboramos la primera planificación de una experiencia didáctica que se aplicó a manera de estudio piloto en el nivel de enseñanza secundaria (antes de proponerla en la universidad en el segundo semestre de 1994), a los fines de ganar experiencia y detectar algunos problemas propios de la aplicación real. Tres grupos de preguntas iniciales configuraron el trabajo: - ¿La secuencia de contenidos y las estrategias de construcción conceptual empleadas contribuirán a que el estudiante disocie progresivamente las ideas de temperatura y calor, normalmente indiferenciadas en sus concepciones previas?, ¿evitarán reforzar la identificación calor - energía interna - temperatura, sugerida por las secuencias tradicionales? (Martínez y Pérez, 1992). - ¿La introducción de nociones como energía interna y temperatura ligadas al equilibrio termodinámico y las variables de estado, presentadas desde el inicio al estudiante enfatizando su relación con un modelo molecular de la materia, contribuirán a organizar y diferenciar otros conceptos como calor y trabajo vinculados a los procesos de interacción térmica? - ¿Las estrategias de construcción conceptual aludidas, que se asientan en las ideas que los estudiantes ya poseen contribuirán a una mejor discriminación y enriquecimiento global de sus concepciones respecto de una visión científicamente aceptada?, ¿qué aspectos de las mismas resultarán más afectados? Es preciso reconocer que el recorte provocado en el trabajo deja fuera del objeto de análisis otras variables de tipo actitudinal, cultural y lingüístico propias del contexto del aula que, por cierto, se consideran importantes a la hora de evaluar los aprendizajes. No obstante, a los fines de dimensionar adecuadamente las conclusiones, se tomaron algunos cuidados a este último respecto que serán descritos en la metodología. La discusión de resultados y conclusiones se hace fundamentalmente según la noción de aprendizaje signqicativo (Novak, 1992), que implica modificaciones no triviales en la estructura cognitiva de los alumnos, tanto desde el punto de vista de conceptos y proposiciones como de ciertos aspectos operatorios de los mismos puestos en juego al generar explicaciones acerca de los fenómenos físicos. En esta forma de pensar el aprendizaje, que en el presente caso implicó la elaboración y análisis de proposiciones con significado para el sujeto que aprende, también resultaron importantes ciertas ideas que actualmente se sostienen desde la psicología cognitiva, como la de reglas heurísticas, en la llamada psicología del sentido común (Pozo et al., 1991) y otras acuñadas desde la fenomenografía, como la noción de discriminación contextual, incluidas en el concepto de aprendizaje significativo (Linder, 1993). La tarea de recolección de datos se llevó a cabo entre los años 1992 y 1993 con 134 alumnos provenientes de cinco cursos de nivel medio de dos provincias de nuestro país. En tres de ellos la asignatura en cuestión era FísicoQuímica de 2" año, impartida en 3 módulos de 40 minutos por semana (grupos GEXI, 30 alumnos; GEX2, 34 alumnos; GEXS, 31 alumnos), con edades entre 14 y 15 años; otro curso fue el de Física de 4" año, 3 módulos de 40 minutos por semana (GEX3,20 alumnos), entre 16 y 17 años; y, finalmente, Termodinámica y Máquinas Térmicas de 5" año, 5 módulos de 40 minutos por semana (GEX4, 19 alumnos), 18 años. Los tres primeros cursos pertenecían a una escuela pública de la ciudad de Córdoba y los dos últimos a una escuela privada y otra pública de la ciudad de Esquel (Chubut), respectivamente. Los docentes de cada uno de estos cursos (cuatro mujeres y un varón (GEX3) ) se involucraron en la experiencia con diferentes grados de participación: ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) - GEXI: La docente formó un equipo con uno de los autores del presente trabajo, ambos realizaron toda la planificación en conjunto y elaboraron el programa P1 (Apéndice 1). - GEX2: Se solicitó a la docente que alterara la secuencia de construcción de contenidos, sugiriéndole el programa P2; que incluyera explícitamente el concepto de energía interna y que trabajara los aspectos didácticos según su propio criterio. A su pedido se la auxiliaba en sus dudas y se le entregaba material de estudio. - GEX3: A este docente se pidió que alterara la secuencia tradicional de contenidos y que los trabajara en el aula según su criterio y experiencia. Mediante discusiones con uno de los responsables del presente trabajo, el docente construyó y adoptó el programa P3. - GEX4: La docente, coautora del estudio, planificó la experiencia y elaboró la secuencia de contenidos utilizando el programa P4. - GEXS: La docente siguió la secuencia habitual del programa existente en la escuela basado en el texto de Depau y otros (1985, programa PS), según su propio criterio y con la única consigna de incluir el concepto de energía interna, no presente en los contenidos oficiales (cabe la acotación de que estos contenidos habían sido acordados internamente por todos los profesores del área el año anterior). No mantenía reuniones con los autores del trabajo. En los grupos GEXl a GEX4 y en lo que respecta a contenidos, la intención global era trabajar, en las primeras clases, la construcción de los conceptos de energía interna y temperatura, vinculados a un modelo molecular, para luego focalizar sobre los conceptos de calor y trabajo relacionados con los procesos de interacción entre sistemas, que normalmente conducen a cambios en sus estados termodinámicos. El núcleo de la propuesta consistió en tres acciones: a) invertir la secuencia de construcción tradicional de los conceptos, b) separar los pares calor-temperatura y trabajo-energía (típicamente unidos en los libros de texto), y c) priorizar los roles de la energía interna y la temperatura como parámetros útiles para una descripción térmica de los sistemas, diferenciándolos de los de calor y trabajo (útiles para describir las interacciones entre el sistema y el medio que lo rodea). Toda esta intención se reflejó finalmente en la elaboración de los programas de cada grupo (Apéndice 1). Se comenzó y finalizó la experiencia con el diagnóstico de las concepciones de los estudiantes en el área medianENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) te un test (Apéndice 11) constituido por 15 ítems de opciones múltiples, en el cual al menos una de las tres opciones de cada ítem identifica la respuesta que se considera físicamente aceptable. El test es una versión adaptada al nivel secundario del empleado por Silveira y otros (1991) en poblaciones de alumnos universitarios de los primeros años. La adaptación se hizo teniendo en cuenta las consultas realizadas a profesores y alumnos de contextos similares a los estudiados aquí, a los fines de ajustar el vocabulario y los contenidos. Por tratarse de poblaciones diferentes y además de una nueva versión, el test requiere de un estudio estadístico de consistencia interna (Silveira et al., 1994; que sólo es posible realizar a posteriori de su aplicación. Como se verá más adelante, tal estudio nos permitió tomar conciencia del grado de credibilidad que asignábainos a los datos obtenidos, convirtiéndose así en un excelente medio de ajuste para un análisis cualitativo. Para el sc:guimiento de ciertas variables de contexto y con la intención de triangular con los datos del test, en los grupos GEXl y GEX2 se utilizaron registros de observación de algunas clases (de tipo participativo en GEXl y co participativo en GEX2; Wittrock, 1989) y se recolectaron distintos documentos escritos de los alumnos y docentes (pruebas de acreditación, carpetas de clase, diario del profesor, diagramas conceptuales, etc.). Los datos fueron analizados de dos maneras: una cualitativa, que permitió explorar ciertas características particulares de las concepciones de los estudiantes y otra cuantitativa, a partir de un análisis de diferencia de medias con los datos del test, con la que se intentó apreciar ila influencia global de la estrategia didáctica sobre las ideas de los estudiantes. REGISTROS Y PROCESAMIENTO DE LA INFORlMACION Docentes Proposiciones puestas en juego en el aula Dado que toda propuesta de contenidos es desarrollada finalmente por los profesores en situaciones concretas, se registraron algunas de las ideas que ellos sustentaban en las aulas, a los fines de contextualizar mejor el énfasis curriculair descrito y delimitar los alcances de este estudio. Estos registros constituyeron la estructura conceptual básica que cada docente intentó transmitir en su grupo. Debe quedar claro, a partir de lo dicho en el apartado referido a la población, que sólo aquellas proposiciones relativas a los grupos GEXI y GEX4 representan acuerdos adoptados entre los profesores y los responsables de este trabajo. En todos los otros casos (GEX2, C:EX3 y GEXS) las expresiones que se presentan corresporiden fundamentalmente a las ideas de los profesores, adoptadas frente a las consignas que se les propusieron al iniciar la experiencia. Junto a las inter- venciones de los alumnos y los materiales de trabajo escritos, concretos y audiovisuales, estas ideas conformaron el conocimiento que circuló en las aulas durante la experiencia (Cazden, 1991; De Longhi, 1994). Algunas de estas proposiciones se presentan a continuación: -La materia está formada por partículas en movimiento permanente. Esa movilidad es distinta en cada fase: sólida, líquida o gaseosa (GEXI). - Desde la físico-química, a los fines de describir los sistemas, interesan fundamentalmente dos tipos de energía: cinética y potencial. Energía cinética es la que tienen las moléculas en virtud de su continuo movimiento de agitación. Energía potencial (Ep) es la que tiene que ver con el tipo de interacción entre partículas y depende en general de sus posiciones relativas (GEXI). -La energía es la capacidad para realizar cambios; la hay diferentes formas (GEX2). - La temperatura (desde el punto de vista microscópico) está relacionada con la energía cinética promedio de las moléculas. Como se calcula mediante un promedio sobre todas las partículas, es una propiedad intensiva, no depende de la cantidad de materia (GEXI). -Calor es la forma en que el sistema intercambia energía con el medio., pudiendo producir cambios en las propiedades del sistema como la temperatura, volumen, presión, etc. (GEX4). -Tanto en los cuerpos sólidos, líquidos, como gaseosos, el calor en ellos es el resultado del movimiento de sus átomos y moléculas (GEXS). - El calor es una forma de energía que se manifiesta cuando existen diferencias térmicas (GEX2). - La energía interna es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales del sistema compuesto por moléculas. Hay un término de Ec para cada molécula y un término de ELI Dara cada Dar de moléculas. La Dalabra interna hacezaiusión a que es «propia» del Sistema (GEXI). - La termodinámica, como todas las otras ramas de la física, estudia los sistemas y su interacción con el medio; para ello elige parámetros que describan los estados de equilibrio de los sistemas y otros que describan las interacciones entre sistemas. Los parámetros que describen los estados termodinámicos de equilibrio del sistema son los llamados variables de estado, como, por ejemplo, presión, temperatura, volumen y energía interna. En el equilibrio, los valores numéricos de estas variables permanecen constantes (GEX4). - Para que pueda hablarse de la existencia de calor debemos tener: a) dos o más sistemas, b) interacción térmica, c) distintas temperaturas. Si alguna de estas condiciones no se cumple, se dice que no hay calor en juego (GEXI). -La cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo (Q) depende de su masa, su naturaleza y del intervalo de temperatura (Q = m.c. At). La unidad de cantidad de calor en el SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino; constituye la adopción legal por parte de la Argentina, en 1972, del SistemaInternacional de Unidades) es el joule; la unidad práctica es la caloría (GEXS). - Es posible cambiar los estados de equilibrio de un sistema termodinámico si las paredes del mismo permiten que interaccione con el medio. Existen dos formas posibles de interacción: la mecánica y la térmica. Por medio de ellas el sistema intercambia energía con el medio. Los parámetros que describen estas interacciones son trabajo y calor. Durante una interacción mecánica, el sistema sufre una variación de volumen, y la energía neta intercambiada se la denomina trabajo. Durante una interacción térmica, el sistema y el medio se encuentran a distintas temperaturas y la energía neta intercambiada se le llama calor. Calor y trabajo permiten calcular la energía intercambiada entre el sistema y el medio sólo cuando se tiene información de la manera en que el sistema interacciona con su entorno (GEX4). -Energía mecánica de un cuerpo o sistema de cuerpos es la capacidad que tiene para producir trabajo mecánico. «[ ...] la energía se nombra según la forma en que se manifiesta [...] según los científicos es transformada de uno a otro cuerpo y sólo necesita la oportunidad de manifestarse» (GEXS). ALUMNOS Los registros de los grupos de alumnos fueron de diferente tenor. Todos tuvieron en común las instancias de pretest y postest (inmediatamente antes de comenzar las clases y al finalizar el curso lectivo). Con las respuestas se elaboraron tablas de porcentajes, parte de las cuales se presentan más adelante. En los grupos GEXl y GEX2 se recogieron además otros datos adicionales provenientes de registros de observaciones de clase, audiograbaciones, cuestionarios escritos de tipo diagnóstico, carpetas de alumnos, evaluaciones e integraciones para acreditación de la materia. Aparte de los datos provenientes de observaciones, que por su naturaleza son de carácter cualitativo, con las respuestas del test se realizaron dos tipos de análisis: uno cualitativo y otro cuantitativo de carácter general. Análisis cualitativo Consistió en la elaboración de proposiciones construidas según determinados conjuntos de opciones del test y ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) Tabla 1 Tabla 11 otros conocimientos sobre ideas del mismo tipo, provenientes de estudios sobre el tema basándose en entrevistas personales (Pérez, 1991). Este tipo de metodología (Linder, 1989) permite la construcción y análisis de un repertorio de posibles ideas compartidas, que los estudiantes estarían usando para dar explicaciones en el marco de la presente experiencia y en el contexto específico de los fenómenos térmicos. Asimismo se realizó una categorización más amplia de tal repertorio, en función del énfasis curricular mencionado antes, que permitió valorar mejor la efectividad de la propuesta en cuanto a las preguntas de partida. Análisis de consistencia interna Como se mencionara en el apartado de metodología, se realizó un análisis de consistencia interna del test utilizado como primer paso para una depuración del mismo y a los fines de trabajar adecuadamente la construcción de las proposiciones basadas en los conjuntos de alternativas de dicho instrumento. De acuerdo con la población total se calcularon los coeficientes de fiabilidad alfa de Cronbach (Moreira y Silveira, 1993) y de correlación ítem-puntaje total (Ri,t), teniendo en cuenta que se trataba de ítems cuyas alternativas eran ponderadas en forma dicotómica (Silveira, 1979). Considerando el test completo (Apéndice 11), los resultados fueron los mencionados en la tabla 1. En vista de esto, se decidió eliminar los ítems 13 y 14 a los fines del análisis cualitativo. Por un lado, por ser los de más baja correlación; por el otro lado, se tomó conciencia luego de este análisis de que se trataba de dos cuestiones que habían sido problemáticas durante la toma de datos: la primera de ellas había presentado problemas desde el punto de vista de comprensión del enunciado por parte de los alumnos; y la segunda contenía conceptos (como los de transmisión térmica) que en la mayoría. de los cursos no habían podido ser trabajados en función del tiempo disponible. Recalcu1a:ndo los coeficientes en base a esta decisión se obtuvieroii los resultados de la tabla 11. Con este conjunto de ítems se procedió al análisis cualitativo mediante la construcción de las proposiciones. Lo que sigue es el conjunto total de tales proposiciones agrupadas según la categorización mencionada. Repertorio de proposiciones postuladas Diferenciación entre calor y energía 1. Calor es energía que está en los cuerpos. 2. El calor puede transferirse de un cuerpo a otro. 3. El calor está ligado a una forma (una manera) de transferir energía. Diferenciación entre calor y temperatura 4. El calor está asociado a las diferencias de temperatura. El calor es una forma de energía que se presenta cuandci hay dos cuerpos en distinto estado térmico. 5. La temperatura mide el calor que está en los cuerpos. El calor es una componente de la temperatura que corresponde al rango de temperaturas altas. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) 6. La temperatura permite predecir el equilibrio térmico entre sistemas. 7. La temperatura es una magnitud física intensiva. Diferenciación entre temperatura y energía interna 8. La temperatura es proporcional a la energía cinética molecular promedio. 9. La temperatura varía en un cambio de fase. 10. La energía interna es constante en un cambio de fase. Afianzamiento del modelo molecular 11. La temperatura es una medida de la agitación moleA manera de ejemplo, se presenta también el análisis efectuado con el primer grupo de proposiciones correspondientes al aspecto de diferenciación entre los conceptos de calor y energía; idéntico trabajo fue efectuado para cada grupo del repertorio total. Los cuadros que siguen a cada proposición permiten visualizar los ítems del test (con el respectivo porcentaje de alumnos que eligió cada opción en el pretest y postest) que se consideraron relevantes para la elaboración y estudio de sus características durante la experiencia. Hay que hacer notar que se eligieron como representativos no sólo aquellos ítems referidos a opciones científicamente aceptables (una tradición que nos viene desde la visión piagetiana de la consideración del error). En ocasiones se explicitan también los casos en que las proposiciones fueran enriquecidas o elaboradas con otros datos aparte de los del test. cular. Diferenciación calor - energía 12. La energía interna es la suma de las energías cinéticas y potenciales de las moléculas del cuerpo. Se relacioOtra proposición que podría enunciarse como «El calor na con su masa. Es una magnitud extensiva. es una forma de energía)) también fue utilizada por los alumnos del grupo GEX2 en una evaluación escrita para 13. La energía interna aumenta con la movilidad molecprealizada por la docente inmediatamente lar en la fase. después del tratamiento de la segunda unidad de su 14. La energía interna es energía que está en los cuerpos, los cuales están formados por moléculas. 15. A1 transportar calor, se transporta energía vía movimientos moleculares. Otras 16. El estado térmico de equilibrio de un cuerpo depende exclusivamente de su naturaleza y no de la interacción con el medio. programa. En este grupo de proposiciones parece afirmarse, en el común de los alumnos luego de las clases, la idea de que el calor es una forma de energía no necesariamente asociada a los cuerpos. El progresivo desénfasis de la proposición 1, la relativa aceptación de la proposición 2 y la disparidad en la 3 hablarían de un inicio de diferenciación entre calor y energía a un primer nivel superficial de su definición marcada por la aparición de un nuevo vocabulario coherente con el énfasis propuesto en la experiencia, aunque sin demasiadas posibilidades de ser utilizado consistentemente en situaciones diversas. La 1. Calor es energía que está en los cuerpos. 292 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) - jtem - 1 2 - 5 - 6 GEX 1 Pre Post 30 20 16 3 44 40 44 7 40 27 , 36 10 Opción 1 11 1 111 11 , 111 GEX2 Pre Post 76 26 12 3 47 32 32 12 15 18 12 6 21 10 / 52 6 9 1 1 50 17 ( 18 15 1 25 15 GEX3 Pre Post 50 25 30 O 55 30 50 15 25 15 20 O GEX4 Pre Post 58 21 10 10 GEX5 Pre Post 42 48 19 13 58 26 :: :: l 16 10 21 42 , 21 11 26 16 6 6 INVESTIGACION DIDACTICA 2. El calor puede transferirse de un cuerpo a otro. GEX1 GEX2 GEX3 GEX4 GEX5 Item OpciOn Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post 8 I 30 33 20 21 25 55 37 27 16 19 II 6 17 9 41 30 15 10 5 25 23 9 II 17 43 20 32 20 55 21 16 9 42 I + III 10 0 0 0 10 5 10 5 0 0 11 I 46 17 15 6 15 20 16 11 16 19 3. El calor esta ligado a una forma (una manera) de transferir energfa. GEX1 GEX2 GEX3 GEX4 GEX5 Item OpciOn Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post 1 III 57 77 14 70 50 80 84 79 39 39 5 III 46 57 47 47 85 70 79 68 45 55 8 III 70 50 62 38 55 25 53 68 59 58 9 III 43 40 56 53 65 30 68 74 39 52 confusion que se nota en las respuestas referidas a la proposition 3 y los intentos en algunos de los cursos para trabajar con ella (especialmente en GEX4) estarian evidenciando un esfuerzo de aprendizaje significativo de la conception cientifica, muy poco desarrollada aim en funciOn del tiempo disponible y muy relacionada, por otro lado, con la aparici6n de un lenguaje compartido en el aula, hecho que autores como Cazden (1991) ponen suficientemente de relieve como para ser tenido en cuenta a la hora de evaluar los aprendizajes. Para el tipo de diferenciaciOn planteado en este grupo de afirmaciones es sumamente importante la nociOn de interaction (termica y mecanica) entre sistema y medio externo, mediante la cual calor y trabajo son factibles de ser representados como parametros relevantes y en tierto forma andlogos para la determination de la energia intercambiada. Si bien se podria intentar hacer use de tal noci6n a manera de organizador previo (Ausubel et al., 1980), esa forma de concebir el concepto de calor solo es compartida y manifestada con claridad en algunos textos avanzados de fisica, poco consultados por el profesor secundario (Martinez y Moreira, 1994), y constituye de hecho una idea bastante dificil de asimilar, ya que, en el contexto cientifico, calor es un concepto principalmente asociado a la categoria de procesos (interacciones termicas), mientras que en los estudiantes aparece mas bien ligado a nociones del tipo sustancial (Chi, 1992). El analisis cualitativo se complet6 con la realization de un esquerna que contenfa las proposiciones anteriores y los conceptos que se consideraron mas relevantes en el tema abordado (Esquema 1). Asi se pudo apreciar que el repertorio de ideas compartidas en su conjunto configuraba una estructura sernantica con relaciones de integraci6n y diferenciaciOn de diferente tenor, similares a las que seria posible extraer desde el enfasis descrito para la propuesta. Tambien se nota en el esquema la aparici6n de ciertas nociones como las de equilibrio, interaction y movilidad molecular que conforman un sustrato conceptual de apoyo para la discrimination de significados esperada. Por otra parte, se percibe claramente que las concepciones previas permanecen luego de las clases aunque algunas de sus conexiones se debilitan notablemente en los grupos que trabajaron la propuesta, evidenciando un inicio de aprendizaje acorde a la misma. Una miracla global al analisis cualitativo nos permitiria inferir que, en los tiempos acotados que se dispuso para ENSESTANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3)  293 Esquema 1 Un diagrama semántico elaborado según las proposiciones generadas en el trabajo. Los números sobre los conectores indican la proposición correspondiente. Las líneas sólidas representan conexiones fuertes entre conceptos dentro de las clases. Las líneas punteadas se refieren a conexiones débiles. la experiencia, la estrategia parece haber dado lugar, por un lado, a la incorporación de un nuevo lenguaje con el que los alunlnos se desenvolvieron cómodamente en las aulas; por el otro lado, habría facilitado simultáneamente una incipiente modificación en las estructuras semánticas de los alumnos, ayudándolos a producir discriminaciones conceptuales similares a las aceptadas en el ámbito de la física para el área de los fenómenos térmicos. Análisis cuantitativo Con este tipo de análisis se intentó indagar globalmente a cada grupo en lo que hace a su rendimiento frente a una situación problemática a resolver (el test). Teníamos la intención de comparar el desempeño de cada grupo antes y después de la experiencia frente a una prueba de características un tanto diferentes de las de los exámenes tradicionales del aula (en general diseñados en base a ejercicios numéricos simples o preguntas referidas a la definición de ciertos términos), la cual al mismo tiempo nos aportaba, desde otro ángulo, información referida a la persistencia o modificación de las ideas de los alumnos sobre los contenidos en cuestión. Utilizando un tipo de prueba estadística cuyo diseño experimental se adaptaba lo suficientemente bien a las características de la población considerada, se pretendió ver si los puntajes medios de los grupos de estudiantes evidenciaban tendencias coherentes con las indicaciones que nos proveía el análisis cualitativo anterior. La respuesta de cada alumno a cada ítem del test fue cuantificada dicotómicamente: un punto si elegía la alterna294 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) Análisis de diferencia de medias de los puntajes totales del test. (Prueba de Student). tiva científicamente aceptable y cero en cualquier otro caso. Con estos valores se construyó una matriz base, incluyendo las respuestas a los pretests y postests para cada grupo y se asignó un puntaje total a cada estudiante antes y después del desarrollo de las unidades previstas. Con estos datos se calcularon los porcentajes medios por grupo y las respectivas desviaciones estándar. Mediante una prueba de Student para diferencia de medias en muestras pequeñas y apareadas, se calculó el estadístico correspondiente (7) para los distintos grupos, que se presenta en el cuadro siguiente con su respectivo nivel de significación. 1 GRUPO GEX 1 GEX2 GEX5 GEX3 GEX4 Siempre recordando lo dicho al inicio de este apartado, puede decirse que en los puntajes totales, en aquellos grupos en que se utilizó en alguna medida la estrategia descrita (ver apartado población), se observa en general una tendencia a responder según la visión científicamente aceptada. No obstante, desde el punto de vista estadístico, esta circunstancia no es significativa en los grupos GEX3 y GEX.5 (este último grupo tenía como única consigna incluir el concepto de energía interna). No parece muy evidente el hecho de que las edades de los alumnos estén influenciando fuertemente la calidad de la diferenciación conceptual que se inicia en los distintos grupos una vez puesta en marcha la experiencia. Se nota a primera vista, en los grupos de mayor edad, un aumento en el puntaje inicial respecto de aquellos más jóvenes; situación que, por otra parte, no se mantiene en las diferencias pretest y postest. Es claro que las afirmaciones anteriores no son tan robustas, en el sentido de que no se ha realizado a este respecto un análisis de la varianza entre diferentes grupos (por ejemplo, un análisis factorial), dado que el diseño preliminar de la experiencia no fue pensado para tal fin. Sin embargo, estas ideas permitirían plantearse nuevas indagaciones respecto de las posibilidades cognitivas que los alumnos manifiestan y son capaces de desarrollar en cada edad y nivel de escolarización, merced al tipo de estrategias didácticas puestas en juego. Por ejemplo, para el grupo GEXI la estrategia incluyó muchas más situaciones en las que los iilumnos confrontaban sus ideas entre ellos y con las del profesor, lo que a estas edades puede ser un factor de peso en los tiempos propios de aprendizaje, sobre todo considerando lo difícil del manejo de variables simultáneas que muchas veces se requiere en esta área (Rozier et al., 1991). Es decir, estos indicios podrían dejar una puerta abierta al estudio de la idea de que, si bien evolutivamente el estudiante posee más y mejores herramientas cognitivas iniciales que incluyen, en particular, información más completa acerca de los fenómenos ttkmicos, el camino de la diferenciación y contextualización de los significados parece no depender tan fuertemente de aquéllas y sí de las características de los contenidos específicos de que se trate. PRETEST 6,73 6,53 6,68 8,35 CON,CLIJSIONES E IMPLICACIONES DIDACTI[CAS Nivel de signif. 2,02 2,32 oE 4,73 Nuestras ideas sobre el aprendizaje y el interés didáctico de la propulasta nos condujeron desde el inicio a indagar en qué graclo se daba en los alumnos de nivel medio la asimilacióri de conceptos científicos relativamente abstractos del irea de física y que, por otro lado, poseen un fuerte referente previo en las estructuras sociales de pensamiento cotidiano. Podríamos sintetizar los resultados del análisis realizado hasta aquí de la siguiente manera: 8,74 1 2,lO o 2,08 1,94 1,69 1,35 2,OC 2,79 - Globalmente, se nota una tendencia en los alumnos hacia la transformación de ciertos esquemas cotidianos de pensamiento. Ideas del tipo «el calor es energía que está en los cuerpos y se mide con la temperatura)), presentes en los alumnos al inicio de la experiencia (y compartidas por estudiantes del mundo entero), se invocan cada vez menos luego de las clases, frente a sus contrapartidas científicas. Sin negar la persistencia en varios casos de estos esquemas alternativos, queda claro que al menos la estrategia no refuerza sus concepciones previas, coino lo hacen por lo general las presentaciones tradicionali:~. El análisis de ciertas confusiones que se 10,70 1 2,lB 1 2,88 1 0,01 POSTEST 8,OO 9,12 7,61 8,30 No signif. 0,07 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1997, 15 (3) 1'81 l "O1 ! No signif.