Introducción a la genética en la enseñanza secundaria y bachillerato : I. Contenidos de enseñanza y conocimientos de los alumnos

INVESTIGACION EXPERIENCIAS INTRODUCCIÓN A LA GENÉTICA EN LA ENSENANZA SECUNDARIA Y BACHILLERATO: 1. CONTENIDOS DE ENSENANZA Y CONOCIMIENTOS DE LOS ALUMNOS BANET, E.' y AYUSO, E.2 l Facultad de Educación. Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Campus de Espinardo. 30100 Murcia. IB Molina de Segura. Murcia. SUMMARY In this paper an analysis is made of some of the causes which can hinder the students' learning of genetics at Secondary Leve1 (12-17 years). This research study highlights the need of introducing changes in content at syllabus design level, and shows that students have a slight knowledge of heredity, although the basic tenets are very often wrong, even before they have their first contact with the subject as academic content at school. INTRODUCCI~N El estudio de algunos aspectos básicos sobre dónde enseñanza secundaria. Se supone que, hasta este moreside y cómo se transmite la información hereditaria se mento, los estudiantes no han desarrollado los esquemas inicia, en nuestro sistema educativo, en los niveles de de razonamiento necesarios, ni poseen los conocimienENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2), 137-153 137 tos pertinentes que les permitan comprender los conceptos elementales de genética. Aun reconociendo las dificultades que éstos plantean (a los profesores para enseñarlos, y a los alumnos para aprenderlos), existe una amplia coincidencia entre el profesorado de biología en la necesidad de incluir contenidos básicos sobre la herencia en estos niveles educativos (Finley, Stewart y Yarroch 1982). Sus resultados destacan la importancia que los profesores de enseñanza secundaria conceden a la genética mendeliana, a la teoría cromosómica de la herencia o al concepto de gen, entre otros. Sin embargo, como en otras áreas de la biología, muchos trabajos de investigación han puesto de manifiesto que, después de la instrucción, los aprendizajes de los estudiantes sobre la herencia biológica son menos significativos de lo que cabría esperar. Así, por ejemplo, atribuyen significados erróneos a conceptos básicos, como cromosomas, genes, alelos o mutaciones (Collins y Stewart 1989, Albaladejo y Lucas 1988); no alcanzan a comprender el significado de procesos importantes, como la meiosis (Stewart 1982, Brown 1990), ni el papel que juega el azar en la transmisión de los caracteres hereditarios (Hackling y Treagust 1984, García Cruz 1990); interpretan, de manera equivocada, dominancia y recesividad (Heim 1991); sitúan los dos alelos para un carácter en el mismo cromosoma (Moll y Allen 1987). Para algunos autores, los libros de texto pueden causar o reforzar los errores de los alumnos. Así, Cho, Kahle y Nordland (1985) destacan que los manuales de enseñanza secundaria: a) no relacionan adecuadamente genética y meiosis; b) tampoco establecen una relación clara entre algunos conceptos básicos (alelo, gen, ADN, cromosoma y carácter); c) utilizan términos de forma confusa (alelo, gen, mutación); d) no tienen en cuenta la dificultad en el empleo de algunos elementos matemáticos (probabilidades, uso inadecuado de la tabla de Punnett); e) no siguen una secuencia adecuada en la presentación de los contenidos. Un planteamiento similar ha sido señalado por otros autores (Mondelo, García y Martínez 1988). La complejidad del estudio de la genética en la enseñanza secundaria deriva, en buena medida, de la naturaleza de sus conceptos, pero se ve notablemente incrementada por la necesidad de aplicarlos a estrategias de aprendizaje, complejas en sí mismas, como la resolución de problemas. Esta clase de actividades puede servir para comprender mejor la estructura conceptual de la genética y la naturaleza de la ciencia como actividad intelectual y para desarrollar algunas destrezas propias de esta disciplina, como el ensayo de determinadas hipótesis y el uso de algoritmos adecuados, y otras de carácter más general, como redescribir datos dé un problema, búsqueda de información. análisis de datos v resultados (Stewart y Van Kirk 1990). La capacidad para resolver problemas depende del nivel cognitivo de los alumnos (Walker, Hendrix y Mertens 1980, Smith y Suthern Sims 1992). Los estudiantes con escasa habilidad para usar elementos de un razonamiento científico hipotético-deductivo (combinatorios, proporcionales y probabilísticos), difícilmente podrán resolverlos sin que ésta sea una relación causa-efecto, es decir, no por poseer un razonamiento con estas características los resolverán (Mitchell y Lawson 1988). En todo caso, la resolución con éxito de problemas de genética no implica que se entiendan los conceptos que suponemos que están siendo aplicados (Stewart, Hafner y Dale 1990). Slack y Stewart (1990) han puesto de manifiesto algunos errores comunes en las estrategias de resolución puestas en práctica por los estudiantes, como, por ejemplo, considerar como carácter dominante el fenotipo más abundante o creer que, cuando se producen distinto número de machos que de hembras, se trata de herencia ligada al sexo; también se producen interpretaciones incorrectas de los datos, ignorándose, incluso, aquéllos que contradicen las hipótesis planteadas. Nuestro trabajo pretende analizar alguna de las causas que dificultan el aprendizaje de los contenidos de genética, los cuales se introducen en niveles de enseñanza secundaria, y plantear, como posibles soluciones, alternativas didácticas que tengan en consideración tres aspectos que, aunqueno son los únicos, son importantes cuando los alumnos tienen el primer encuentro académico con contenidos de esta naturaleza: - Los contenidos de enseñanza y su secuenciación. - Los conocimientos que poseen los alumnos que inician el estudio de la herencia. - La resolución de problemas como estrategia de enseñanza de la genética. En este artículo analizaremos los dos primeros apartados y, en otros posteriores, presentaremos una propuesta didáctica implementada en aulas de secundaria, y consideraremos detenidamente las dificultades que plantea la resolución de problemas. Los datos que aportamos en este trabajo constituyen un avance de los resultados del proyecto que estamos desarrollando sobre ~lanificación. desarrollo v evaluación de la unidad didáciica «herencia y evolucidn», para cuarto curso de enseñanza secundaria obligatoria. Las fuentes utilizadas para su obtención han si&o las siguientes: a) El análisis de las ideas de los alumnos se ha realizado a partir de una muestra constituida por dos grupos de estudiantes de enseñanza secundaria (14-16 años). En el primero de ellos (N = 52, de 1"e BUP), al comenzar el curso; en el segundo (N = 46,4Ve ESO), pocas semanas después de que estudiaran la estructura y funciones celulares. Pretendíamos, así, valorar en qué medida los conceptos adquiridos, como consecuencia de este estudio, pueden facilitar la comprensión de la genética. Incluimos resultados obtenidos en una muestra de 3We BUP (N = 34,16-18 años) para conocer la repercusión de ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) estudios anteriores, sobre conocimiento de la herencia biológica, aunque el tamaño de la muestra impida la generalización de nuestros resultados. b) El procedimiento empleado en la exploración de ideas de los alumnos se ha basado en una combinación de entrevistas individuales y cuestionarios (Banet y Núñez 1990). Los cuestionarios combinan preguntas de respuesta cerrada con otras de elección múltiple; muchas de ellas con justificación dela opción elegida (Tamir 1989). Las entrevistas se realizaron antes y después de administrar los cuestionarios. En el primer caso, sobre una muestra de 12 alumnos de 1Ve BUP y 4Ve ESO, que incluía estudiantes con distinto rendimiento académico, para determinar el grado de comprensión de ciertos términos y el nivel al que podríamos formular las preguntas escritas (particularmente importante en nuestro caso, ya que alguno de los contenidos pueden ser desconocidos o mal interpretados). Las que fueron llevadas a cabo después se realizaron con un total de 20 alumnos de ambos niveles, seleccionados según sus respuestas a determinadas preguntas del cuestionario, con objeto de conocer su grado de seguridad y obtener aclaraciones sobre algunas de las contradicciones que en ellas se ponen de manifiesto. El contenido de ambos instrumentos tiene como referencia el mapa de conceptos que presentamos en la figura 1, en el que, teniendo en cuenta el nivel de los alumnos, hemos evitado incluir conceptos o relaciones demasiado complejos. En todo caso, procuramos concretarlo utilizando un lenguaje que pudiera ser comprendido, y formular diferentes preguntas sobre un mismo aspecto para poder valorar la coherencia de sus respuestas. c) Los datos de los libros de texto se han obtenido a partir del análisis de manuales de uso muy frecuente en nuestras aulas, pertenecientes a nueve editoriales diferentes (Anaya, Bruño, Ecir, Everest, Marfil, S.M., Santillana, Teide y Vicens-Vives). CAMBIOS EN LOS CONTENIDOS DE ENSENANZA En primer lugar, intentaremos poner de manifiesto la necesidad de revisar los contenidos que se imparten a los alumnos que inician sus estudios de genética, aportando sugerencias que pueden mejorar el aprendizaje de los estudiantes. 1.Algunas orientaciones que caracterizan la enseñanza de la genética Desde nuestro punto de vista, existe una amplia coincidencia en la selección y secuenciación de contenidos que Figura 1 Células e información hereditaria. msw 1 como i 7 poseen L se encuen:ra en wseen ', te%KiwLffiIC/I poseen 7 I se transmite por 1 se eixuentra en I oueden sw ~uede 1 sw pueden I sufrr 1 f mss Ullm se heredan / 5, afec:an a fama ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) 139 realizan los profesores cuando introducen a los alumnos en el estudio de la herencia biológica. Esta similitud de criterios no deriva tanto de un currículo demasiado prescriptivo como de la interpretación que de él han hecho los libros de texto, instrumentos utilizados como referencias básicas para decidir qué enseñar y en qué orden hacerlo. La mayoría de los manuales responden a las siguientes características: - El núcleo central de la genética suelen ser las leyes de Mendel. En todos los libros de texto analizados, excepto uno, se incluyen estos contenidos. Una vez estudiados, los alumnos deben reconocer cuál es la ley implicada en un problema y aplicar una estrategia de resolución similar a la utilizada anteriormente por el profesor. - Con carácter previo, algunos libros incluyen un apartado en el que presentan las definiciones de los conceptos básicos, a menudo confusas y mal utilizadas (Pearson y Hughes 1988), que los estudiantes suelen aprender de memoria. Además, en muchas ocasiones no se establecen las relaciones adecuadas entre ellos: por ejemplo, algunos manuales no mencionan los cromosomas (sí, lógicamente, los genes) cuando explican los términos elementales de genética; de la misma forma que, en otros, no se observan referencias a los genes cuando se describen los procesos de mitosis y meiosis. - En general, los libros de texto, y por ello, muchos profesores, no incluyen el estudio de la meiosis en este primer curso. En su opinión, este proceso no debería abordarse en estos niveles educativos. Sin embargo, algunos problemas que deben resolver los estudiantes no podrán ser comprendidos por su incapacidad para relacionar, adecuadamente, meiosis y segregación génica (Tolman 1982, Moll y Allen 1987). - La genética humana se desarrolla como aplicación o apéndice del tema. Muchos de los problemas que se suelen plantear (herencia del sexo, herencia ligada al sexo ...) son diferentes a los resueltos anteriormente por aplicación de las leyes de Mendel (herencia autosómica). - Por último, y aunque este aspecto será tratado en un trabajo posterior, los problemas que se encuentran habitualmente en los libros de texto suelen ser cerrados (con solución única), responden a un esquema de razonamiento causa-efecto y pretenden que los alumnos identifiquen y repitan estrategias puestas en práctica, antes y con ejemplos similares, por el profesor. (1987), e iniciar su utilización con caracteres relativamente sencillos. Sin embargo, en la práctica se observa que: - No se aprovechan las posibles ventajas que puede presentar un enfoque de esta naturaleza. La mayoría de los libros de texto analizados y, en consecuencia, muchos profesores se limitan a presentar los trabajos de Mendel como primer hito en la historia de la genética, para continuar con otros aspectos (generalmente genética humana como aplicación o ampliación de los contenidos estudiados). - Además, de acuerdo con Corcos y Monaghan (1985), los libros de texto son, en buena medida, responsables de muchos mitos que acompañan a los trabajos de Mendel, ya que presentan una perspectiva histórica equivocada de sus resultados, atribuyéndole interpretaciones que, en realidad, fueron muy posteriores a él (las leyes de Mendel no fueron encontradas en sus escritos, ni fue Mendel, a partir de sus datos, quien dedujo la famosa proporción 9:3:3:1, para los dihíbridos). - Los métodos tradicionales que se aplican en la enseñanza de la herencia mendeliana producen una visión incorrecta del genotipo, ya que presentan los genes como unidades hereditarias independientes, de manera que cada uno de ellos determinaría un carácter específico en los organismos adultos (Rindos y Atkinson 1990). - Aunque el enfoque histórico puede resultar, en algunas ocasiones, motivador por el interés intrínseco de los contenidos, las experiencias de Mendel sobre los guisantes no responden a estas expectativas. b) ¿Están formados los vegetales por células? ¿ Tienen cromosomas? ,j Ygenes? Además, para iniciar el estudio de la herencia utilizando como referencia los guisantes de Mendel, debemos tener la seguridad de que los alumnos conocen que los vegetales son seres vivos, que están formados por células, que contienen cromosomas y genes. Estas consideraciones, que pueden parecer innecesarias, no lo son tanto si tenemos en cuenta sus respuestas a la siguiente cuestión: A continuación te presentamos una lista de palabras conocidas para que respondas si son seres vivos, si tienen células, si tienen cromosomas y si tienen genes. Coloca (S), si la respuesta es afirmativa, (N), cuando sea negativa y (NS), cuando no estés seguro de la respuesta. En esta relación, incluimos vegetales más conocidos que 2. Dificultades de estos planteamientos las plantas de guisante. Los resultados obtenidos (Tabla 1) muestran que los estudiantes de enseñanza secunEnfoques como los descritos presentan algunos probledaria no tienen dificultades para reconocer las plantas mas, en muchos casos ignorados por los profesores, como seres vivos. Sin embargo, en relación con los entre los cuales destacamos los siguientes: restantes aspectos: a) Las Leyes de Mendel como introducción al estudio de - Coincidimos con Caballer y Jiménez (1992) en que un la herencia: Comenzar con las leyes de Mendel puede número considerable de alumnos (que se aproxima, en permitir desarrollar un enfoque histórico de la genética, nuestro caso, al 75% en 1" de BUP y a un 40% en 3") como proponen Jiménez Aleixandre y Fernández Pérez opina que las plantas no poseen células. El estudio de la 140 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) Tabla 1 Estructura celular en seres vivos (en %). célula vegetal en 4Ve ESO, pocas semanas antes, es la razón que explicaría los mejores resultados obtenidos en este nivel. - Sin embargo, las diferencias son mucho menores en cuanto a los resultados de la siguiente columna. La mayor parte de los alumnos opina que las plantas no poseen cromosomas (superando el 80% en los dos cursos de bachillerato y el 60% en ESO). Personas - En lo que se refiere a los genes (aspecto que habría que considerar con prudencia en los dos cursos de menor nivel), es evidente que la mayor formación de los estudiantes de 3Ve BUP determina que más de un 60% señala su presencia en las plantas. Aun así, se pone claramente de manifiesto la falta de relación significativa entre cromosomas y genes al considerar muchos de ellos que las plantas pueden contener genes, sin tener cromosomas (esto lo afirma casi el 50% de los alumnos de este nivel). No tienen genes - Además, según se desprende del análisis individualizado de los cuestionarios, son los mismos estudiantes los que señalan, simultáneamente, que los dos vegetales (rosal y geranio) no tienen células, cromosomas o genes. Ello, unido a las diferencias que existen entre estos casos y los otros tres ejemplos, pone de manifiesto una consistencia, ciertamente importante, en sus ideas. León Avispa Geranio Rosal 4WSO - Estos resultados fueron contrastados mediante entrevistas individuales, en las que pudimos comprobar, en unos casos, su confirmación y, en otros, las dudas de los alumnos: No son seres vivos P.: ¿ Tienen células los vegetales? I 1WUP 11,5 I 4WSO - A. : Yo creo que no, siempre he pensado que las células están en los seres humanos y parecidos. 3WUP No tienen células P.: Y, 2 tienen cromosomas los vegetales? - 8,8 41,2 41,2 No tienen cromosomas - 2,l 17,4 13,O 1"UP - A.: No, no tienen. Sólo los seres humanos. 3WUP - 4WSO - 6,5 23,9 63,O 63,O 3WUP - 4PES0 P.: ¿Dónde encontraríamos los genes? 30,8 - - 19,2 19,2 1WUP A.: En los aparatos sexuales: en los espermatozoides y en los óvulos. 2,9 1WUP 57,7 69,2 80,8 84,6 84,6 -1P. : ¿ Quiénes tienen células? 3WUP - - 11 7,7 A.: No estoy seguro de si los vegetales tienen ..., aunque ahora recuerdo que estudié la célula vegetal ... - - - 2,9 6,5 57,7 1 11,8 c) La herencia humana como introducción a la genética. De acuerdo con Mertens (1990), la herencia en las personas debe constituir un aspecto central cuando se pretende introducir en la genética a estudiantes de estas edades. El interés se justifica, entre otras, con las siguientes consideraciones: 11,8 82,4 82,4 80,8 80,8 - Aproximar unos contenidos difíciles de comprender por los alumnos de estos niveles a un ámbito experiencial más próximo a ellos. En ocasiones, los ejemplos que se utilizan son plantas o animales y las características que se estudian son desconocidas (color del cuerpo de la mosca de la fruta, plumaje de las gallinas de raza andaluza...). Iniciar el estudio de la genética tomando como referencia la herencia de los caracteres humanos puede despertar el interés de los alumnos, haciendo más significativos los contenidos. En este sentido, Talbot (1991) 32,6 65,2 63,O 6,5 / 34,6 35,3 35,3 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) 17,4 19,6 73,l 73,l ofrece una relación de caracteres que pueden ser utilizados como ejemplos. - Conferir cierta utilidad a los aprendizajes, condición importante en el proceso de enseñanza. Evidentemente, existen razones sociales y de salud que justifican una atención particular al estudio de la herencia humana (Childs 1983, Haddow et al. 1988). No es necesario comentar la poca utilidad que pueden encontrar los alumnos de enseñanza secundaria en los trabajos de Mendel o en la resolución de problemas, que se plantean frecuentemente, referidos a la herencia en cobayas o mariposas, por ejemplo. - Por último, aunque los estudiantes de estos niveles no poseen nociones sobre muchos conceptos específicos de genética, es evidente que sus conocimientos son más completos sobre las personas que sobre las plantas (estkuctura celular, reproducción...), y les resultará más fácil relacionar procesos complejos, como mitosis o meiosis, con la herencia mediante su aplicación a fenómenos como crecimiento, renovación de tejidos o formación de óvulos y espermatozoides. Lo expuesto hasta el momento pone de manifiesto las dificultades que se pueden presentar al iniciar la genética, tomando como referencia las plantas (muchos alumnos no reconocen que estén formadas por células y que tengan cromosomas o genes). Haber estudiado antes la célula vegetal, como había ocurrido en 4Qurso de la ESO, no representa una garantía suficiente, al menos en nuestro caso, para que los estudiantes establezcan relaciones suficientemente significativas entre información hereditaria, célula y cromosoma. En nuestra opinión, habría que comenzar con la herencia humana (tomando como ejemplos características de los mismos estudiantes), lo que supone, en muchos casos, un cambio importante en los programas. LOS CONOCIMIENTOS DE LOS ALUMNOS Aunque es la primera vez que entran en contacto formal con los contenidos de genética, los estudiantes de estos niveles educativos tienen explicaciones -más o menos intuitivas y, desde luego, con diferentes grados de articulación y consolidaciónen relación con la herencia y los mecanismos hereditarios. 1. Las células y la información hereditaria Conocer las relaciones entre células, cromosomas (o, en su caso, genes) e información hereditaria es una condición importante para afrontar, con ciertas garantías de éxito el estudio de la genética. En relación con estos a'spectos, nuestros resultados, referidos a la herencia en las personas, ponen de manifiesto lo siguiente: 1. Información hereditaria en células humanas. Aunque la mayoría de los estudiantes conocen que, a diferencia de las plantas, las personas tienen células, cromosomas y genes (con excepción de muchos alumnos de 1"e BUP, que afirman no haber oído antes el término ecromosoma»), ello no implica que posean una visión adecuada sobre dónde se localiza la información hereditaria, como se deduce de sus respuestas a la siguiente pregunta: En el siguiente dibujo puedes observar diferentes células humanas. Responde Sí, No o NS (no estoy seguro) a la siguiente cuestión: ¿Cuáles llevan información hereditaria, cromosomas, genes o cromosomas sexuales ... ? Los resultados obtenidos (Tabla 11) ponen de manifiesto la confusión existente, entre los alumnos que inician los estudios de genética, sobre algunos aspectos básicos Tabla 11 Información hereditaria en células humanas (en %). l 142 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) Llevan información hereditaria 14VSO Musculari 26,l sexuales Tienen cromosomas 1WUP 15,4 19,2 76,9 4WSO 54,3 54,3 67,4 71,l 65,2 23,9 /G.blanco ~s~errnat. I 1 Óvulo 3WUP 38,2 29,4 91,2 19,6 19,6 19,6 Tienen genes 1WUP 26,9 23,l 19,2 23,l 26,9 3,8 4WSO 23,9 19,6 84,8 84,8 C.cerebro 19,6 I Sí, todas / 19,6 Tienen cromosomas 3WUP 61,8 50,O 70,6 73,5 64,7 41,2 4WSO - 2,2 100 97,8 l 76,9 191~2 42,2 1 44,l 43,5 13,O 1"UP 26,9 23,l 53,8 61,5 3,8 3WUP 52,9 47,l 94,l 91,2 1"UP 3,8 3,8 96,2 100 20,6 34,6 3,8 3WUP 2,9 - 100 100 67,6 I 2,2 1 15,4 1 11,8 38,2 I - ' - 2,9 1 relacionados con la localización de la información hereditaria: - Para la mayoría de los estudiantes de estos niveles, la información genética reside en los gametos. Aunque, en general, las restantes células no sean portadoras de tal información, algunas, consideradas como más importantes (las del cerebro), son señaladas con cierta frecuencia. P.: ¿Dónde se encuentra la información hereditaria? A.: En las células sexuales y en el cerebro P.: ¿Por qué en el cerebro? A.: Porque es el responsable de cada cosa que se hace en el cuerpo. P.: ¿Lleva información hereditaria una célula muscular? A.: Yo creo que la célula muscular no puede tener información hereditaria, porque la tienen los espermatozoide~ y los óvulos. P.: Y en el cerebro, ¿hay información hereditaria? A.: Creo que sí, porque en el cerebro es donde se desarrolla toda la información; también debe llevar información hereditaria. - Puede ocurrir que estos resultados sean consecuencia de interpretar erróneamente la expresión «información hereditaria», relacionándola con las características que se transmiten de padres a hijos y situándola, por tanto, en las células sexuales. Aunque, en algunas ocasiones, esto fuera así, muchos alumnos no señalan la presencia de cromosomas o genes en las distintas células que les Tabla 111 Información hereditaria y diversidad celular (en %). a. Llevan distinta información 3. Según su función b. Llevan la misma información 1. Utiliza sólo una parte 3. Según su función / 4,3 / 11,5 1 8,8 1 c. Sólo llevan los gametos 2. Distintaspor susfunciones 111 41,3 (*) 383 (*) 26,s (*) (*) Coherencia entre la opción y la justificación 1 84,8 1 65,4 1 73,5 1 presentamos, lo que contribuye a consolidar nuestra opinión de que, en un elevado número de casos, asocian con los gametos, además de la información hereditaria, los cromosomas y genes. Si bien los resultados obtenidos en 1We BUP derivan del desconocimiento de la estructura celular, el estudio de la célula en 4Ve ESO no produce, como efecto, un conocimiento generalizado de la presencia de cromosomas y genes en las distintas células humanas. - En consecuencia con lo anterior, existe una amplia coincidencia sobre la localización de los cromosomas sexuales en los gametos que, en algunos casos, serían responsables de la transmisión de las características hereditarias y, en otros, del sexo. P.: ¿Qué entiendes por información hereditaria? A.: La información que llevan los genes. Todo lo que se transmite de padres a hijos. P.: ¿Dónde se encuentran los cromosomas sexuales? A.: En las células sexuales. Las células sexuales sólo llevan cromosomas sexuales. - Además, podemos observar que son pocos los estudiantes que responden afirmativamente en todos los casos. En 3Ve BUP, se observa una notable mejoría en sus respuestas (salvo cuando nos referimos a los cromosomas sexuales), aunque persisten las dificultades para reconocer la relación información hereditaria, cromosomas y genes, lo que proporciona una idea sobre la significatividad de los aprendizajes de cursos anteriores. 11. Información hereditaria y diversidad celular. Con la siguiente pregunta (de elección múltiple con justificación) pretendemos complementar datos anteriores, al indagar sobre la posible relación entre información genética y diversidad celular, e incidir, de otra manera, en las relaciones entre información hereditaria y células reproductoras: Los dibujos siguientes son representaciones de distintas célulaspresentes en un mismo ser humano (incluía siete tipos celulares diferentes: células intestinales, del aparato respiratorio, glóbulos blancos...). .¿A qué se debe esta diversidad?: a. Las células son distintas porque llevan distinta información hereditaria. b. Aunque las células sean distintas, todas llevan la misma información hereditaria. c. La información hereditaria sólo la llevan las células reproductoras (espermatozoides y óvulos). d. No estoy seguro de la respuesta. Y como justificaciones: ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) 1. Aunque todas las células llevan la misma información hereditaria, sólo una parte se utiliza en cada clase de células. 2. Las células no reproductoras no llevan información hereditaria, sus diferencias se deben a las funciones que desempeñan en el organismo. 3. La célula recibe información hereditaria según la función que vaya a desempeñar. 4. Otra justificación tuya. Los resultados que presentamos en la tabla 111 incluyen solamente aquellas combinaciones respuesta-justificación más señaladas, que representan más del 75% del total. En primer lugar, queremos destacar la existencia de un elevado grado de coherencia, en todos los niveles, entre la respuesta que eligen y la justificación que seleccionan para explicarla (si consideramos sólo los casos presentados en la tabla, alcanza porcentajes comprendidos entre el 85-95%). Aunque es evidente que la forma de plantear las preguntas puede condicionar las respuestas de los estudiantes (como se puede apreciar por las diferencias entre estos resultados y los presentados en la primera columna de la tabla 11), hemos de señalar que: - Los estudiantes que entonces respondían bien son consecuentes ahora al manifestar que las células llevan información hereditaria, centrando su elección en las opciones a y b de esta cuestión. De entre ellos, aquéllos que señalan que las células llevan distinta información hereditaria lo atribuyen a la función que éstas desempeñan. P.: ¿Qué ocurre con la información hereditaria en la célula-huevo ? A.: Al dividirse, reparte la información a cada célula. P.: ¿Todas las células llevan la misma información? A.: Yo creo que todas llevan información hereditaria, pero unas llevan para unas cosas y otras para otra. A.: Yo creo que sí llevan la misma información, lo que ocurre es que algunas células llevan más especificación de la información que esa célula necesita. - No superan el 15% los alumnos de 1Ve BUP y 4We ESO que responden que todas las células llevan la misma información hereditaria y seleccionan adecuadamente la justificación (opción b, justificación 1). En 3Ve BUP no alcanzan el 25%. - Se vuelve a poner de manifiesto que, según el criterio de muchos de ellos, la información hereditaria se encuentra, básicamente, en los gametos (opción c, justificación 2). En todo caso, reconocen que la información sobre caracteres específicos (color de ojos, grupos sanguíneos) se encuentra también en las células correspondientes (células de los ojos o células de la sangre y del corazón; en algunos casos, también en las del cerebro, como señalamos antes). P.: La información hereditaria para caracteres como el grupo sanguíneo, color de ojos, sexo... ¿en qué partes del organismo se encuentran? A.: En las células sexuales. P.: ¿Por qué? A.: Es que las células sexuales tienen que llevar esa información P.: ¿La información para el color de ojos la podemos encontrar en las células de la sangre? A.: No, pienso que en los ojos también. Tabla IV Información hereditaria y formación de un nuevo organismo (en %). i Qué ocurre con la información hereditaria de la célula-huevo? 14 ESO (1~UP~!5"BUP( 1 I 1 a. Se reparte a las células 69,6 80,s 67,6 1 1 b. Todas reciben igual información 1 15,2 ( 7,7 ( 26,4 1 - I l 1 c. Sólo las células sexuales 1 8,7 1 7,7 1 5,9 De hecho, confirmamos los resultados anteriores al comprobar que entre aquellos alumnos que opinan que no sólo los gametos llevan información hereditaria, muchos se inclinan por señalar que la que lleva la célulahuevo se reparte entre las distintas células del organismo que se está formando, y esto se hace según las funciones que cada una de ellas va a desarrollar, como se desprende de los resultados obtenidos (Tabla IV) cuando se plantea la siguiente pregunta: A partir de la célula-huevo, también llamada célula germinal, se forma el resto de las células del bebé (musculares, nerviosas...), como puedes apreciar en el siguiente esquema. ¿Qué ocurre con la información hereditaria presente en la célula-huevo?: a) La célula-huevo lleva la información hereditaria para todas las células del nuevo ser; a cada célula le corresponde aquella información hereditaria necesaria para su función. b) Las células del niño llevan la misma información hereditaria que la célula-huevo. c) La información hereditaria de la célula huevo se transmitirá solamente a las células sexuales del nuevo individuo. d) No estoy seguro de la respuesta. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) En 3Ve BUP también parece claro que las células llevan la información hereditaria necesaria para las funciones que realizan. En todo caso, creemos que las posibles contradicciones existentes entre los resultados presentados ahora y los que comentamos en relación con las tablas 11 y 111, aunque pueden ser debidas a la forma de plantear las preguntas, están motivadas, como señalamos antes, por la utilización de un mismo término (en este caso, «información hereditaria») con significados diferentes, dependiendo del contexto; este hecho lo han puesto de manifiesto, para otras situaciones, Driver, Guesne y Tiberghien (1989). Este término, sin embargo, es utilizado frecuentemente en las clases de genética sin valorar, muchas veces, el significado real que tiene para los alumnos. III. Información hereditaria y división celular. Como aspecto complementario de los dos anteriores, formulamos la siguiente cuestión: Cuando una célula muscular se divide, 2 qué puede ocurrir?: a) Siempre produce otra célula muscular. b) Casi siempre produce una célula muscular, pero si el organismo lo necesita, puede dar otra distinta, aunque esto es raro. c) Unas veces produce una célula muscular, pero otras veces otras células distintas. d) No estoy seguro de la respuesta. Y como justificaciones: l. Esto es debido a la función que desempefia. 2. Esto es debido a la información hereditaria. 3. Esto es debido a las necesidades del organismo. TablaV Información hereditaria y división celular (en %). La división de células musculares a. Siempre otra célula muscular 2. Por la información hereditaria 3. Según necesidades organismo b. Casi siempre muscular l. Por la función que desempeña 2. Por la información hereditaria 4. Depende del estado de salud del organismo, que éste funcione correctamente o no. c. Unas veces musculares, otras no l. Por su función Los resultados que presentamos en la tabla V ponen de manifiesto que estos alumnos no consideran la información hereditaria como una razón relevante para explicar cualquiera de las opciones que han seleccionado, optando por la función que tienen que desempeñar o por las necesidades del organismo, según los casos. Estos datos son coherentes con los señalados anteriormente, en el sentido de confirmar la ausencia de información hereditaria en células que no sean los gametos. Y, en todo caso, habrán de ser tenidos en cuenta al abordar el estudio de la mitosis que, en nuestra opinión, debería relacionarse más con la transmisión de características hereditarias (cromosomas/genes, según los casos) y con fenómenos conocidos por los estudiantes, como crecimiento de órganos, reparación de tejidos, sin importar tanto, al menos en estos primeros niveles, el análisis de las distintas fases de este proceso. IV. Localización de genes y crornosomas: Las dos preguntas siguientes hacen referencia a la situación en la célula de cromosomas y genes. 6,s 6,5 A continuación te presentamos el dibujo de una célula. ¿En quéparte de la célula se localizan: a) cromosomas; b) genes? 11,s 7,7 Señala V (verdadero), F (falso) o NS (no estoy seguro) en cada una de las siguientes afirmaciones: l. Todos los genes se encuentran en los cromosomas. 2. Muchos genes se encuentran en los crornosomas, pero algunos no. 3. Los genes no se encuentran en los cromosomas». Tabla VI Localización de genes y cromosomas (en %). l Localización 1 4' ESO / 1"UP 1 3"UPP( Genes no en cromosomas 1 26,l 1 15,4 1 5,s 1 Contradictorios /NS /NC / 34,s 1 73,l 1 20,6 / Cromosomas en núcleo Cromosomas en citoplasma Genes en crornosomas en núcleo En la tabla VI presentamos los resultados más significativos del análisis simultáneo de las respuestas a las dos cuestiones, incluyendo en la última categoría aquellos estudiantes que muestran contradicciones evidentes. Podemos observar como los alumnos de 1"e BUP no sitúan adecuadamente los cromosomas (término casi desconocido para ellos, como ya hemos comentado) ni ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) 41,3 28,3 28,3 11,s 3,s 3,s 52,9 47,O 52,9 INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS supone comprender, entre otros aspectos, que todos los hereditaria que llevan óvulos y espermatozoides (se seres vivos están formados por células, y que éstas pueden utilizar ejemplos próximos a ellos, como difecontienen -para un mismo organismoidéntica inforrencias entre hermanos) ayudará a comprender los memación hereditaria (con independencia de las funciones canismos de la evolución. que desempeñen). Evidentemente, alguno de estos objetivos deben ser adquiridos con anterioridad, pero, en - Hemos manifestado nuestra opinión con relación a caso contrario, se deberían tener en cuenta, planificando que la herencia de los caracteres humanos ocupe un lugar actividades específicas para lograrlos. destacado en la enseñanza de la genética. Ello, además de solucionar algunas de las dificultades relacionadas - A ello puede contribuir establecer las relaciones oporcon los conocimientos de los estudiantes sobre los vegetunas entre mitosis y transmisión de información hereditales, puede facilitar el aprendizaje de estos contenidos taria idéntica de célula a célula (proceso que se inicia a (complejos por su propia naturaleza), especialmente si partir del cigoto), así como entre este proceso y fenómelos profesores somos capaces de dotarlos de interés y nos observables por los estudiantes, como crecimiento utilidad. del cuerpo (y de sus órganos) o reparación de tejidos, sin conceder tanta importancia a sus fases y desarrollo (los - En todo caso, nuestros resultados, así como los obtedetalles dificultan comprender el significado del procenidos por Brumby (1984) o Engel Clough y Woodso), que muchas veces se aprenden de memoria. Robinson (1985), entre otros, destacan la necesidad de considerar la influencia de las experiencias personales -Debemos tener en cuenta que algunos términos que se de los alumnos, fuera de las aulas, sobre sus modos de utilizan en clase (información hereditaria, cromosoentender la herencia en las personas, como, por ejemplo, mas ...) pueden ser interpretados por los alumnos con un la aportación genética de cada uno de los progenitores, significado distinto al que le atribuimos los profesores. las razones con las que explican la aparición de ciertos Como consecuencia de ello, no se producen los aprendicaracteres en la descendencia y el papel que atribuyen al zajes adecuados y podemos estar reforzando, sin ser medio ambiente sobre las características hereditarias o conscientes de ello, nociones equivocadas. como agente causante de mutaciones. - Aunque hemos puesto de manifiesto las dificulPor otra parte, los resultados obtenidos en 3Ve BUP han tades que se presentan al iniciar los estudios de puesto de manifiesto que, si bien los estudiantes de estos genética con las leyes de Mendel, no pretendemos niveles poseen conocimientos más precisos en relación restar importancia a la contribución que estos concon determinados aspectos (relaciones entre informatenidos en el aprendizaje de los mecanismos hereción hereditaria, cromosomas y genes, por ejemplo), ditarios. Nuestra opinión es, más bien, que deben persisten nociones equivocadas, impropias de estos niser abordados con posterioridad y, en todo caso, veles (como el desconocimiento de la presencia de crocuando los alumnos puedan interpretar adecuadamosomas o genes en las células vegetales o ignorar que mente los resultados de estas experiencias. la información hereditaria que poseen todas las células de un mismo organismo es idéntica). - En nuestra opinión, el estudio de la meiosis debería ser introducido en estos niveles, si bien debemos obviar su Estas consideraciones marcan, con claridad, la necesicomplejidad, centrándonos, prioritariamente, en que se dad de introducir cambios significativos en los progratrata de un proceso en el que se originan gametos haploimas, en los contenidos y también en los planteamientos des. Muchas de las dificultades que tienen los estudianhabituales de enseñanza de la genética. En este sentido, tes para resolver, significativamente, problemas de geen un próximo artículo presentaremos una propuesta nética derivan de no conocer o no entender la naturaleza didáctica, la cual estamos desarrollando en niveles de de este proceso (Slack y Stewart 1989). Consideramos enseñanza secundaria obligatoria, que, retomando las importante estudiar su significado, en cuanto a la consconclusiones de este trabajo, tiene en cuenta los conocitancia cromosómica de las especies y tomando como mientos previos (en ocasiones específicos sobre la hereferencia la célula-huevo, para analizar la información rencia biológica, en otros casos de carácter más general) hereditaria que poseen los seres vivos. Además, destacar e intenta favorecer una reestructuración más o menos la diversidad que produce en cuanto a la información radical, según los casos, de los mismos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBALADEJO, C. y LUCAS, A.M., 1988. Pupils' meanings BANET, E. Y ~ÑEz, F., 1990. Esquemas conceptuales de 10s for «mutation», J. Biological Education, 22(3), pp. alumnos sobre la respiración, Ensefianza de las Ciencias, 215-219. 8(2), pp. 105-110. 152 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2) BROWN, C.R., 1990. Some misconceptions in meiosis shown by students responding to an advanced leve1 practica1 examination question in biology, J. Biological Education, 24(3), pp. 182-186. BRUMBY, M., 1984. Misconceptions about the concept of natural selection by medical biology students, Science Education, 68(4), pp. 493-503. CABALLER, M.J. y JIMÉNEZ, I., 1992. Las ideas de los alumnos y alumnas acerca de la estructura celular de los seres vivos, Enseñanza de las Ciencias, 10(2), pp. 172-180. CHO, H., KAHLE, J.B. y NORDLAND, F.H., 1985. An investigation of high school Biology textbooks as sources of misconceotions and difficulties in genetics and some suggestions for teaching genetics, ~cienlce~ducation, 69(5), pp. 707-719. CHILDS, B., 1983. Why study human Genetics?, TheAmerican Biology Teacher, 45(1), pp. 42-46. COLLINS, A. y STEWART, J.H., 1989. The knowledge structure of Mendelian Genetics, The American Biology Teacher, 51(3), pp. 143-149. CORCOS, A. y MONAGHAN, F., 1985. Some myths about Mendel's experiments, TheAmerican Biology Teacher, 47(4), pp. 233-236. DRIVER, R., GUESNE, E. y TIGERGHIEN, A., 1989. Ideas cientificas en la infancia y en la adolescencia. (Morata: Madrid). ENGEL CLOUGH, E. y WOOD-ROBINSON, C., 1985. Children's understanding of inheritance, J. Biological Education, 19(4), pp. 304-310. FINLEY, F.N., STEWART, J. y YARROCH, W.L., 1982. Teacher's perceptions of important and difficult science content, Science Education, 66(4), pp. 531-538. GARCÍA CRUZ, C.M., 1990. Algunos errores conceptuales sobre genética derivados de los libros de texto, Enseñanza de las Ciencias, 8(2), pp. 197-198. HACKLING, M.W., y TREAGUST, D., 1984. Research data necessary for meaningful review of grade ten high school genetics curricula, Journal ofResearch in Science Teaching, 21(2), pp. 197-209. HADDOW, P.K., EUNPU, D.L., SINGER, N., BRANT, D.L. y LEDWITH, M.B., 1988. Introducing high school students to Human Genetics, The American Biology Teacher, 50(8), pp. 496-500. HEIM, W.G., 1991. What is a recessive allele?, TheAmerican Biology Teacher, 53(2), pp. 94-97. JIMÉNEZ ALEIXANDRE, M.P. y FERNÁNDEZ PÉREZ, J., 1987. El «desconocido» artículo de Mendel y su empleo en el aula, Enseñanza de las Ciencias, 5(3), pp. 239-246. KARGBO, D., HOOBS, E. y ERICKSON, G., 1980. Children's beliefs about inhented characteristics, J. BiologicalEducation, 14(2), pp. 137-146. MERTENS, T.R., 1990. Using human pedigrees to teach Mendelian genetics, The American Biology Teacher, 52(5), pp. 288-290. MITCHELL, A. y LAWSON, A.E., 1988. Predicting genetics achievement innonmajor college Biology,JournalofResearch in Science Teaching, 25(1), pp. 23-37. MOLL, M.B. y ALLEN, R.D., 1987. Student difficulties with Mendelian Genetics problems, TheAmerican Biology Teacher, 49(4), pp. 229-233. MONDELO, M., GARCÍA, S. y MARTÍNEZ, M.C., 1988. Genética y resolución de problemas: Aspectos didácticos, Actas IX Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Tarragona, 68.1-68.5. PEARSON, J.T. y HUGHES, W.J., 1988. Problems with the use of terminology in genetics education: 1. A literature review and classification scheme, J. Biological Education, 22(3), pp. 178-182. RINDOS, D. y ATKINSON, J.W., 1990. Pizza chromosomes. A method for teaching modern Genetics, The American Biology Teacher, 52(5), pp. 281-287. SERRANO, T., 1987. Representaciones de los alumnos en biología: estado de la cuestión y problemática para su investigación en el aula, Enseñanza de las Ciencias, 5(3), pp. 181-188. SLACK, S.J. y STEWART, J., 1989. Improving student problem solving in genetics, J. Biological Education, 23(4), pp. 308312. SLACK, S.J. y STEWART, J., 1990. High school students' problem-solving performance on realistic genetics problems, Journal ofResearch in Science Teaching, 27(1), pp. 55-67. SMITH, M.U. y SUTHERN SIMS, O., 1992. Cognitive development, genetics problem solving, and genetics instruction: A critica1 review, Journal ofResearch in Science Teaching, 29 (7), pp. 701-713. STEWART, J.H., 1982. Difficulties Experienced by High School Students when learning basic Mendelian Genetics, The American Biology Teacher, 44(2), pp. 80-84,89. STEWART, J.H., HAFNER, B. y DALE, M., 1990. Students' alternate views of Meiosis, The American Biology Teacher, 52(4), pp. 228-232. STEWART, J.H. y VAN KIRK, J., 1990. Understanding and problem-solving in classical genetics, InternationalJournal of Science Education, 12(5), pp. 575-588. TALBOT, C., 1991. Teaching genetics: A review of selected human characteristics, School Science Review, 73(263), pp. 75-76. TAMIR, P., 1989. Some issues related to the use of justifications to multiple choice answers, J. Biological Education, pp. 285-292. TOLMAN, R.R., 1982. Difficulties in Genetics problem solving, The American Biology Teacher, 44(9), pp. 525-527. WALKER, R., HENDRIX, J. y MERTENS, T., 1980. Sequenced instruction in genetics and Piagetian cognitive development, The American Biology Teacher, 42(2), pp. 104-108. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1995,13 (2)