¿Se pueden enseñar contenidos procedimentales en las clases de ciencias?

*SE PUEDEN ENSEÑAR CONTENIDOS $ROCEDIMENTALES EN LAS CLASES DE CIENCIAS?* DE PRO BUENO, A. Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Murcia. SUMMARY The paper we present raises a central question: Can scientific processes be taught in science classes? To be able to answer this initial question some previous issues must first be considered: Are the learning of processes new in the teaching of Science? If both researchers and teachers do not conceptualize these ideas in the same way, what then should we understand by the learning of processes? How are these instructional contents being investigated at present? Beginning with the identification of research areas in this field, we attempt to answer further questions: - Are there different levels of complexity in a single process? - How could we use these ideas in the planning of instructional activities? To analyse some of these considerations we have used the contents Tabulated Data and Control of Variables. La reforma del currículo en nuestro contexto educativo ha favorecido que determinadas expresiones pasen a formar parte del acerbo lingüístico de los profesores: ¿Qué pensarían nuestros «maestros del tintero» al escuchar términos como enseñanza constructivista,paradigma C-T-S o metacognición? Es cierto que ya se había acuñado el socorrido «cada maestrillo tiene su librillo» como mecanismo de autodefensa; pero, aun así, creemos que tendrían la sensación de estar muy desfasados respecto al momento en que desarrollaron sus labores profesionales. «Menos mal» que se tranquilizarían al ver cómo se enseña en algunas aulas ... Sin duda, la terminología es importante. Los cambios en el lenguaje proyectan modificaciones personales y sociales de ideas, de planteamientos y hasta de formas de pensar, ya que éste es el vehículo más importante de comunicación y de socialización que posee el ser humano. Pero una cosa es cambiar el envoltorio y otra cambiar el regalo ... Es preciso conocer no sólo en qué consisten, quién los apoya o qué grado de innovación aportan, sino qué aspectos concretos de mi práctica educativa quiero y puedo cambiar mañana. Además, esta reflexión no puede limitarse únicamente al plano personal. Si se quieren introducir modificaciones de mayor significación para el aprendizaje de los alumnos, es importante que los profesores -por lo menos, del mismo centrosientan una cierta insatisfacción o necesidad por mejorar lo que están haciendo, compartan los significados de estos términos innovadores y tomen decisiones colectivas al respecto. Con la pretenciosa intención de exponer unas ideas para la discusión y la crítica -pero también para aportar sugerencias que puedan ser útiles a un profesor en su aulase ha realizado este trabajo. CONTENIDO PROCEDIMENTAL: ¿UN TÉRMINO NOVEDOSO? Uno de los términos que parece novedoso tras la implantación de la reforma es el de contenido procedimental. En las últimas modificaciones de los currículos y no sólo en España, se ha puesto mucho énfasis en este tipo de ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (l), 21-41 conocimiento académico. Así se puede apreciar en el National Curriculum Council de Inglaterra y Gales, en el proyecto Science for al1 Americans de la AAAS, en los programas de las Junior High School de Alberta, en Canadá, o en las orientaciones de la UNESCO en su Conferencia sobre Educación en Ciencia y Tecnología de París en 1984. Esto ha motivado que muchos investigadores analicen las consecuencias de estos cambios institucionales: qué exigencias lleva consigo la incorporación de los contenidos procedimentales al aula (Lucas, 1990), qué piensan los profesores sobre los mismos (Abell y Smith, 1994; Haney et al., 1996; Nott y Wellington, 1996) y, en general, qué elementos innovadores se introducen con la presencia de estos conocimientos respecto a la situación anterior (Buchan y Jenkins, 1992; Roberts, 1995; Galbraith et al., 1997). Pero no sólo las reformas han incidido en los contenidos procedimentales. También lo han hecho los nuevos enfoques del currículo como ciencia-tecnología-sociedad (Aikenhead y Ryan, 1992; Gilbert, 1992; Roberts, 1995) o ámbitos emblemáticos de la investigación en la enseñanza de las ciencias. Así, podemos ver: a) Respecto a la utilización de los trabajos prácticos La necesidad de revisar el enfoque de este recurso didáctico incide lógicamente en estos conocimientos (Hodson, 1994; Duggan y Gott, 1995; Gott y Duggan, 1996; White, 1996) y, en las revisiones bibliográficas sobre esta temática, se manifiesta ineauívocamente la importancia de los procedimientos (~Gberá y Valdés, 1996). También aparecen en investigaciones sobre propuestas metodológicas donde el trabajo práctico juega un papel fundamental (Chang y Lederman, 1994; Watson, 1994; Fraser et al., 1995; Gangoli y Gurumurthy, 1995) o en algunos estudios diagnósticos o exploratorios (Lock, 1992; Doran et al., 1993; Kirschner et al., 1993; Doran et al., 1995) orientados al aprendizaje de estos contenidos. Incluso, hay abierto un campo muy interesante sobre qué contenidos están implícitos en las actividades prácticas de los libros de texto (Bastida et al., 1990; Tamir y García, 1992; Germann et al., 1996). Esta línea cobra mayor importancia cuando este material pasa a ser el auténtico currículo oficial en la enseñanza obligatoria. b) Respecto a la resolución de problemas Los nuevos enfoques de la resolución de problemas ponen de manifiesto la existencia de una gran variedad de contenidos procedimentales (Sigüenza y Saez, 1990; Perales, 1993; Watson, 1994). Quisiéramos resaltar que algunos tradicinalmente parecían ser «patrimonio» del trabajo práctico, lo que llevaba a concepciones y creencias muy discutibles sobre la ciencia y su enseñanza. También hay otras aportaciones en las que este tipo de conocimientos juega un papel relevante: qué estrategias elaboran los alumnos y cómo las utilizan para dar respuesta a las situaciones problemáticas que se le presentan en el aula (Njoo y Jong, 1993; Langlois et al., 1995; Lee y Fensham, 1996; Lee et al., 1996), qué diferencias caracterizan a los novatos y expertos «resolvedores» de problemas (Zajchowski y Martin, 1993) o qué relación tienen con la capacidad-M en la resolución (Niaz y Robinson, 1992; Niaz, 1996). c) Respecto al aprendizaje de las ciencias Hay contribuciones como resultado de la aplicación de las concepciones sobre de qué forma se produce la adquisición de los contenidos académicos, entre los que obviamente están los procedimentales. Así, además de revisiones generales (Perales, 1993), hay trabajos desde planteamientos muy diversos: el aprendizaje por descubrimiento (Aho et al., 1993; Barron, 1993; Lawson, 1994), la psicología evolutiva (Mattheis et al., 1992), el aprendizaje constructivista o como cambio conceptual (Gil, 1993; Furió et al., 1994; Roth, 1994; Martínez y Varela, 1996; Ritchie y Rigano, 1996), el aprendizaje significativo (Colombo et al., 1991) ... Pero, con tantas aportaciones ... LQUÉ SON LOS CONTENIDOS PROCEDIMENTALES? No hay una única definición sobre contenidos procedimentales. A continuación se exponen algunas de ellas. «Un procedimiento es un conjunto de acciones ordenadas orientadas a la consecución de una meta[ ...] En los contenidos procedimentales se indican contenidos que también caben bajo la denominación de destrezas, técnicas o estrategias[...]. No debe confundirse un procedimiento con una metodología. El procedimiento es la destreza con la que queremos ayudar a que el alumno construya. Es, por tanto, un contenido escolar objeto de planificación e intervención educativa» (MEC, 1989). «La Science For Al1 Americans identifica cinco características de los procesos de la ciencia [que deben considerarse en la enseñanza]: la ciencia demanda evidencias; es una combinación de lógica e imaginación; explica y predice; no es autoritaria; y los científicos tratan de identificar y evitar sesgos» (Abell y Smith, 1994). «El resultado de este proceso de aprendizaje es el conocimiento conceptual-declarativo. Los procedimientos que se utilizan para generar ese conocimiento declarativo se conocen colectivamente como conocimiento procedimentaln (Lawson, 1994). «Denominamos destreza a la aptitud, pericia o habilidad para desempeñar una acción individual específica (comparar, clasificar, observar, informar...). Denominamos estrategia a los procesos mentales complejos, que incluyen destrezas y conceptos, y cuya finalidad es dar solución a una situación problema» (Sevilla, 1994). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) «El conocimiento procedimental se refiere a la habilidad de los alumnos para dar solución a problemas prácticos desde sus propios recursos de destrezas y conceptos sin recetas de un guión o del profesor. Requieren el conocimiento de destrezas y «conceptos de evidencias»[...]. Este término se refiere a todos los conceptos asociados con la evidencia obtenida, incluyendo las relaciones entre las variables y la realidad que representan, la forma de recoger los datos, representarlos e interpretarlos y la noción de probarlo» (Duggan y Gott, 1995). «Desde la perspectiva disciplinar, los procedimientos, en calidad de contenidos, conforman el Corpus de todas las materias curriculares [. . .l. Aprender un procedimiento es acceder a una concepción más compleja de la materia[...]. Desde un planteamiento psicopedagógico, podríamos identificar tres funciones básicas: comunicativa y expresiva, cognitiva y metacognitiva, y pragmática. Desde una perspectiva contextual [surge como] la interpretación conjunta [...] entre los alumnos y su profesor, como confrontación entre ambos significados [...l.» (Monereo, 1995). Sin entrar en un contraste detenido entre estas declaraciones, por no constituir un objetivo del trabajo que presentamos, hay que comentar algunas ideas que creemos interesantes. Un primer aspecto a resaltar es la diferenciación entre un proceso de la ciencia y un contenido procedimental. Como en el caso de los contenidos conceptuales, ni la motivación por aprenderlos, ni el desarrollo madurativo del «usuario», ni la utilidad y finalidad que tiene para el que usa este conocimiento son semejantes. Por lo tanto, habrá que considerar el contexto científico donde tiene su origen, pero será necesario «acondicionarlo» como contenido académico, válido para la formación de cualquier ciudadano y no sólo para físicos, químicos, biólogos o geólogos. Otra idea importante que se desprende de las definiciones es que no deben confundirse con actividades de enseñanza. Son contenidos que pueden ser enseñados, como la corriente eléctrica, el mol, la fotosíntesis o la tectónica de placas y, para ello, tendremos que planificar y realizar intervenciones intencionadas que hagan factible su aprendizaje. En este contexto, las actividades deberán actuar, igual que en los conceptuales, como vehículos facilitadores de nuestras intenciones educativas; en este caso: aprender a hacer ciencia. Tampoco se puede olvidar que la separación establecida con los contenidos conceptuales o actitudinales pretende facilitar estudios analíticos o reclamar la atención de los profesores y especialistas. Sin embargo, forman un cuerpo cohesionado de conocimientos que, en conjunto, justifica el valor formativo de estas disciplinas y su inclusión en el currículo. Cuando enseñamos conceptos probablemente también estamos enseñando algunos procedimientos; el problema es cómo lo hacemos, qué aprenden los alumnos, cómo podríamos enseñar otros ... Por último, quisiéramos hacer notar que la observación o la medición no son los únicos procedimientos ni siquiera los más relevantes de las ciencias o de su enseñanza. Hay un enorme número de habilidades de investigación, de destrezas comunicativas, de estrategias cognitivas ... que posiblemente sean generadoras de una mayor cantidad de conocimientos y de aprendizajes. Algunos profesores piensan que los contenidos procedimentales sólo aparecen en las actividades de laboratorio; creemos que proyectan el desconocimiento del significado de ambos términos. Como se desprende de todo lo anterior, los contenidos procedimentales ni son nuevos en la enseñanza de las ciencias, ni se aprenden «por casualidad», ni son independientes de los conceptuales, ni se circunscriben a la observación y la medición. Entonces ... QUÉ CONTENIQOS PROCEDIMENTALES ~ODEMOS ENSENAR? Además de los ya mencionados -observación y mediciónhay otros contenidos procedimentales; de hecho, la necesidad de clarificar sus significados y características ha impulsado algunas clasificaciones que nos parecen ilustrativas. En el cuadro 1, se han recogido algunas de ellas. A pesar de los distintos grados de desarrollo, se pueden percibir muchos contenidos semejantes: identificación de problemas, emisión de hipótesis, realización de predicciones, diseño experimental, observación, medición, organización de datos, análisis de datos, comunicación ... Hay otros más específicos: confianza en sí mismo, diferenciación cuestión-hipótesis, flexibilidad en los experimentos ... Obviamente no son iguales ni pueden serlo, ya que los modelos didácticos, educativos e ideológicos de los autores son diferentes; igual ocurriría si «organizáramos» los contenidos conceptuales de una disciplina. Quizás sea en las denominaciones más genéricas y en las secuencias internas donde se pongan de manifiesto las diferencias. Así, algunos clasifican los contenidos desde la perspectiva de la resolución de problemas como investigación y comienzan con el reconocimiento de un interrogante o una situación problemática. Otros realizan su clasificación en el contexto de los trabajos prácticos aunque con planteamientos antagónicos (hipotético-deductivo o empírico-inductista). Hay quienes los plantean para analizar actividades de enseñanza. También alguno distingue diferentes niveles de dificultad y habla de procesos básicos e integrados. Como en otros temas de la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, hay distintos enfoques y orientaciones. Por lo tanto, no parece lógico ni correcto que se identifiquen los contenidos procedimentales con un único planteamiento metodológico o con una corriente psicopedagógica específica. Desgraciadamente estamos bastante acostumbrados a las etiquetas. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) Cuadro 1 Clasificaciones de contenidos procedimentales. Clasificación de Kirschener, Mester, Middelbeek y Hermans (1993) Resolución de problemas -identificar diferentes fenómenos implícitos - descomponer en problemas pequeños - emitir hipótesis -identificar variables y forma de medirlas - usar datos Uso de destrezas - reconocer problemas - reaccionar frente a resultados imprevistos - construir modelos - aplicar principios conocidos Diseño de experiencias -diseñar experimentos para el estudio de fenómenos - diseñar para contrastar hipótesis - prever técnicas de medición - planificar - conocer limitaciones - diseñar técnicas de observación Realización - realizar medición - seguir instrucciones - usar técnicas de manipulación - realizar calibrado - observar cualitativa y cuantitativamente - ser flexible en los primeros experimentos - recoger datos Interpretación de datos - hacer cálculos - estimar precisión - aplicar nociones estadísticas - procesar datos - interpretar el significado - evaluar relevancia - hacer estimaciones - valorar hipótesis - evaluar errores de medida - confirmar hechos y leyes - analizar datos - valorar diferencias con los resultados esperados - incorporar resultados a modelos Descripción de la experiencia -hacer sugerencias a partir de resultados - presentar elementos esenciales - comunicar hallazgos - resumir los aspectos - describir aspectos centrales - discutir resultados Descripción de la naturaleza -describir características observables de los objetos - realizar series - clasificar - ídem en términos de variables - identificar variables (continuas y discontinuas) y constantes - medir y realizar gráficos - aplicar estadística (media, mediana, moda) - diferenciar muestra-población - predecir probabilísticamente Planteamiento de cuestiones - realizar la cuestión causal a partir de una observación - diferenciarcuestión-observación-hipótesis interrogativa; cuestiones descriptivas-causales Clasificación de Lawson (1994) - reconocer cuestión expositiva Emisión de hipótesis - diferenciar cuestión-hipótesis; observación-generalización-explicación -reconocer el carácter provisional de las hipótesis - diferenciar explicación provisional-fenómeno - generar combinaciones de hipótesis Predicciones - diferenciar predicción-hipótesis - diseñar experiencias para hipótesis - seleccionar hipótesis para verificarlas - diferenciar observación no controladacontrolada -identificar factor variable independiente y dependiente - identificar factores constantes - reconocer problemas técnicos de los diseños - criticar experimentos Recogida y análisis de datos - reconocer errores en medidas - precisión en medida - organizar datos (tablas, representación gráfica ...) -reconocer elementos comunes en datos; tendencias, extrapolaciones - relacionar variables Conclusiones - evaluar relevancia de datos y respaldo de hipótesis - establecer conclusiones - aplicar conclusiones a situaciones nuevas l -- 1 Clasfic~ción de Lock (1992) Clasificación de AAAS (1970) Clasificación de Tamir y García (1992) I I Observación - observación - lectura de instrumentos Manipulación - uso de aparatos - trabajo sistemático - realización de operaciones correctas -seguir instrucciones Interpretación - interpretación, observación y datos - fuentes de errores - habilidad para hacer cálculos Planificación - diseño proceso experimental - uso de control experimental - resolución de problemas Comunicación -lenguaje científico -organización de datos y observaciones - exactitud del proceso Confianza en sí - búsqueda de ayuda y confirmación Procesos básicos - Observación - Relaciones espacio-tiempo - Cuantificación - Medición - Clasificación - Comunicación - Predicción - Inferencia Procesos integrados - Interpretación de datos - Emisión de hipótesis - Control de variables - Definición operacional - Diseño experimental Planificación - formular preguntas - predecir resultados - formular hipótesis -diseñar proceso - diseñar experiencia Realización - observación - medición - manipulación aparatos - registro de resultados - cálculos numéricos - trabajo derivado del diseño Análisis - tabulación - representación gráfica - inferencias en la observación -determinarrelaciones - precisión del experimento - definir limitaciones - generalizaciones - explicación de relaciones - nuevas preguntas Aplicación - predecir sobre la base de los resultados - contrastar hipótesis - aplicar técnicas y hallazgos 24 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1998.16 (1) Cuadro 11 Clasificación de los contenidos procedimentales. CONTENIDOS PROCEDIMENTALES A. Habilidades de investigación A.1. Identificación de problemas - Conocimiento del motivo del problema. - Identificación de variables, obtención de datos, contexto ... - Identificación de partes del problema. - Planteamiento de cuestiones. A.2. Predicciones e hioótesis - Establecimiento de conjeturas contrastables. - Deducción de prediciones a partir de experiencias, resultados ... - Emisión de hipótesis a de un marco teórico. A.3. Relaciones entre variables - Identificación de variables (dependiente, independiente...). - Establecimiento de relaciones de dependencia entre variables. -Establecimiento de procesos de control y exclusión de variables. A.10. Análisis de datos - Formulación de tendencias o relaciones cualitativas. - Realización de cálculos matemáticos y ejercicios numéricos. - Identificación de posibles fuentes de error A.l l. Utilización de modelos - Uso de modelos analógicos o a escala. -Uso de fórmulas químicas, de modelos matemáticos y teóricos. A.12. Elaboración conclusiones - Inferencias inmediatas a partir de los datos o del proceso. - Establecimiento de conclusiones, resultados o generalizaciones. -Juicio crítico de los resultados y del proceso de obtención. A.4. Diseños experimentales - Selección de pruebas adecuadas para contrastar una afirmación. B. Destrezas manuales -Establecimiento de una estrategia de resolución de un problema. B.1. Manejo de material y realización de montajes. A.5. Observación - Manipulación del material, respetando normas de seguridad. - Descripción de observaciones y situaciones. - Manipulación correcta de los aparatos de medida. - Representación esquemática de una observación, hecho ... - Realización de montajes previamente especificados. - Identificación de propiedades, características ... - Registro cualitativo de datos. B.2.- Construcción de aparatos, máquinas, simulaciones ... A.6. Medición - Registro cuantitativo de datos. - Selección de instrumentos de medida adecuados. - Estimación de medidas sin «medir». -Estimación de la precisión de un instrumento. C. Comunicación A. 7. Clasificación y seriación C.1. Análisis de material escrito o audiovisual - Utilización de criterios de clasificación. - Identificación y reconocimiento de ideas. - Diseño y aplicación de claves de categorización propias. - Inferencia próxima a partir de la información. - Realización de series a partir de caracteristicas o propiedades. - Establecimiento de implicaciones y consecuencias. A.8. Técnicas de investigación C.2. Utilización de diversas fuentes -Utilizaciónde técnicaselementales parael trabajode laboratorio. - Búsqueda de datos e información en diversas fuentes. - Utilización de estrategias básicas para resolución de problemas. - Identificación de ideas comunes, diferentes, complementarias ... A.9. Trasformación e interpretación de datos C.3 Elaboración de materiales - Organización de datos (cuadros, tablas...). - Informe descriptivo sobre experiencias y procesos vividos. - Representación de datos (gráficas), extrapolación de datos. - Informe estructurado a partir de un guión de preguntas. - Interpretación de observaciones, datos, medidas ... -Informe abierto o ensayo. No obstante, creemos importante distiguir entre habilidades de investigación, destrezas manipulativas y de comunicación; con ello y los procedimientos asociados, se proyectan creencias y concepciones sobre las ciencias que tienen gran repercusión en su enseñanza. Una clasificación útil para nuestros trabajos aparece en el cuadro 11. Como puede verse, la diversidad de los contenidos, que es una constante en todas las clasificaciones, también lo es en la nuestra. Sin embargo, igual que los conceptos difícilmente se presentan de forma aislada, tampoco parece fácil trabajar procedimientos independientes en un proceso de constmcción del conocimiento. Por ello, esta propuesta no pretende excluir la existencia de relaciones lógicas y epistemológicas entre los contenidos diferenciados y, mucho menos, establecer una jerarquía de complejidad o de relevancia didáctica. Creemos que la utilidad de la realización de este tipo de clasificaciones está en que ayudan a clarificar ideas, o al menos al cuestionamiento de las propias, a reflexionar sobre la práctica educativa ... pero, sobre todo, tienen un carácter instrumental. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) 25 Para nosotros, por ejemplo, es una herramienta que facilita el análisis y la reflexión sobre qué contenidos estamos realmente enseñando con nuestras propuestas didácticas o actividades de enseñanza, y cómo podríamos introducir otros o rentabilizar más los que habitualmente hacemos (Pro, 1995). Así, en el cuadro 111 se ejemplifica cómo un cambio de planteamiento puede mantener los mismos contenidos conceptuales y modificar sustantivamente los procedimentales. Otra utilidad es la identificación de perfiles de actuación como profesores. En el cuadro IV aparecen cuatro perfiles reales que pueden servir para trabajar con profesores en formación o en ejercicio -nosotros así lo hemos hechoy que responden a planteamientos metodológicos muy diferentes. El profesor A realiza las clásicas actividades de un libro de texto en el que aparecen una serie de ejercicios numéricos que ponen el énfasis en la identificación de la fórmula a aplicar y en el reconocimiento de los datos que conocemos en la expresión matemática. Con independencia de otras críticas que pudieran realizarse al respecto, lo que nos parece preocupante es que, después de trabajar únicamente los contenidos A10 y A12, lección tras lección durante todo el curso, los alumnos no los aprendan. .. El profesor B planifica una unidad didáctica después de una «sensibilización encomiable» sobre la importancia de este tipo de contenidos; de esta forma, pasa de considerar dos o tres contenidos en cada actividad a tratar de incluir «todos los posibles». En este caso, hay que recordar que, igual que la inclusión de un gran número de conceptos en una actividad no suele garantizar ni facilitar su aprendizaje, es bastante probable que el alumno «se pierda». Además, las actividades con muchos contenidos suelen ser largas, lo que no sólo perjudica «el interés del profesor por acabar los programas)) sino que termina aburriendo al alumno. Quizás, pueda ser útil como estrategia de síntesis en el tercio final de una unidad didáctica y, desde luego, no debiera ser tan reiterativa en cuanto a los contenidos implícitos. El profesor C plantea unas actividades con una distribución posiblemente adecuada en cuanto al número de contenidos implícitos. Sin embargo, proyecta una imagen empírico-inductiva de las ciencias e inconsistente con nuestras concepciones sobre su enseñanza. Como puede verse, los contenidos a enseñar se refieren siempre a observación o medición, manipulación, análisis de datos y establecimiento de conclusiones, lo que pone de manifiesto una visión sesgada del conocimiento científico. Sería interesante estudiar las auténticas repercusiones para el aprendizaje de esta forma de secuenciar las actividades, pero también para la motivación de los alumnos. El profesor D realiza una secuencia de actividades en las que aparecen contenidos procedimentales muy variados pero también dispersos. No parece fácil que, por muy brillantes o afortunados que estemos al explicar un concepto, el alumno lo aprenda inmediatamente; normalmente es preciso insistir, cambiar el contexto, relacionarlo y aplicarlo con otros contenidos ... Podemos trasladar esta reflexión a los procedimentales Como puede verse, podemos encontrar perfiles de actuación muy diferentes que nos permiten reflexionar sobre la práctica educativa. Sin embargo, creemos que no sólo debe orientarse a la investigación o para el diagnóstico de situaciones (toma de conciencia) sino prioritariamenCuadro 111 Ejemplos de diferentes enfoque de actividades. Planteamiento 1 - Una piedra tiene una masa de 100 gramos y un volumen de 50 centímetros cúbicos. ¿Cuál es su densidad? - Una sustancia tiene una densidad de 0,s g/cm3. Si tenemos 100 gramos de la misma, ¿qué volumen ocupa? Contenidos conceptuales - Masa, volumen, densidad Contenidos procedimentales - A.10 Planteamiento 2 - ¿Cómo podemos medir la masa de un cuerpo? Hazlo con los cuerpos que tienes delante. - Busca dos cuerpos diferentes que tengan la misma masa. ¿Tienen el mismo volumen? - ¿Cómo podemos medir el volumen de este sólido (cubo de madera)? -Ahora coge dos cuerpos que tengan el mismo volumen. ¿Tienen la misma masa? - A la vista de tus experiencias anteriores, ¿se puede decir que los cuerpos que tienen más masa ocupan más volumen? Etcétera. Contenidos conceptuales - Masa, volumen, densidad Contenidos procedimentales - A.4, A.6, A.lO, A.12 26 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) Cuadro IV Perfiles de actuación de profesores. Proc. A11 Proc.Al2 te para apoyar, si el profesor se encuentra insatisfecho con su enseñanza, otros enfoques metodólogicos que puedan paliar sus problemas. Proc. A12 Proc. B1 Por último, hay que señalar que la clasificación mencionada nos ha permitido también identificar y secuenciar los contenidos procedimentales del currículo oficial, analizar y evaluar producciones documentales de los alumnos, delimitar el contenido académico en la planificación de unidades didácticas de los profesores ... X Pero, si son tantos contenidos ... X uÉ SE ESTÁ INVESTIGANDO SOBRE i8 S CONTENIDOS PROCEDIMENTALES? X Tomando como referencia nuestra clasificación, hemos revisado la producción científica de los últimos años en algunas revistas relevantes para la didáctica de las cienX cias o para nuestro contexto educativo. Se ha tratado de sintetizar esta revisión en los cuadros Va, Vb y Vc. La X división en habilidades de investigación (integradas y básicas) y destrezas manipulativas y comunicativas se X X debe solamente a su extensión. X Como puede verse, existe un número importante de trabajos en todos y cada uno de los procedimientos y ámbitos. Lógicamente muchas de las aportaciones no se circunscriben a un sólo contenido, lo que resulta coherente con la relación que hay entre los mismos. No obstante, a pesar de las singularidades propias de cada uno, es posible distinguir líneas y objetivos comunes de investigación: X X X - necesidad de clarificar el significado de algunos contenidos procedimentales; X - reconocimiento del papel y aportación de estos contenidos al denominado concepto de evidencia o a la resolución de problemas; ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) Identificación de problemas Cuadro Va Ejemplos de investigaciones en habilidades de investigación integradas. - Presentación de problemas y modelo de definición de problemas (Sigüenza y Sáez, 1990; Álvarez, 1996) - Nuevos problemas a partir de la resolución de problemas (Aho et al., 1993; Varelas,1996) - Identificación de variables y parámetros de un problema en una simulación computerizada (Njoo y Jong, 1993) - Comunicación entre alumnos para identificar y diseñar estrategias de resolución (Roth, 1994) - Planteamiento y estrategia de resolución de problemas prácticos (Watson, 1994) - Influencia de la formulación de problemas en una actividad intelectual (Langlois et al., 1995) -Identificación, estrategias de resolución y partes de un problema (Lee y Fensham, 1996) - Variables cognitivas que influyen en la identificación de problemas (Lee et al., 1996) CONTENIDO Predicciones e hipótesis TEMÁTICAS INVESTIGADAS -Clarificación de características y tipos de hipótesis (descriptiva y predictiva, causal y procedimental) (Colombo et al., 1991; Wenham, 1993) - Factores cognitivos que afectan a las predicciones y a las hipótesis (Mattheis et al., 1992; Hurst y Milkent, 1996) - Relación entre conocimiento declarativo y procedimental en las predicciones (Lavoie, 1993) - Realización de oredicciones v significado de las re dicciones Dara los alumnos (McNav v Melville. 1993) - Identificación ie la generacidn de hipótesis y pr~diccionei enina simulación c;mpute;izada (~joo' y JO,~, 1993) -Evaluación de propuestas centradas en la emisión de hipótesis o predicciones (Shepardson et al., 1994; Westbrook y Rogers, . - 1994; Germanny ~ram, 1996) - Evaluación de la emisión de hipótesis (Roth y Roychoudhury, 1993; Brotherton y Preece, 1996) - Ejemplos de actividades de formulación de conjeturas e hipótesis (Gil y Valdés, 1995) - Niveles de capacidades cognitivas y niveles en la emisión de hipótesis (Nigro, 1995) - Hipótesis heurísticas en la resolución de problemas (Seroussi, 1995) Relación entre variables - Inferencias de causalidad y de no-causalidad en alumnos (Acevedo et al., 1990) - Establecimiento de jerarquías en la relación entre variables (Daniels y Braund, 1992) - Factores cognitivos que afectan a la identificación o relación de variables (Mattheis et al., 1992; Stavy y Tirosh, 1996) -Requerimientos para el control de variables (Song y Black, 1992) -Identificación de distintos niveles en la relación entre variables en el sonido (Linder, 1993) -Evaluación de la relación entre variables (Roth y Roychoudhury,l993; Westbrook y Rogers, 1994; Brotherton y Preece, 1996) - Dificultades en las interacciones entre variables o en su identificación (Zohar, 1995; Duggan et al., 1996) - Conceptos de evidencia y relación entre variables en el trabajo práctico (Gott y Duggan, 1996;,Park y Pak, 1997) Diseños experimentales -Establecimiento de jerarquías en el diseño de experiencias (Daniels y Braund, 1992) -Factores cognitivos que afectan al diseño de experiencias (Mattheis et al., 1992) - Evaluación del diseño de experiencias (Doran et al., 1993; Roth y Roychoudhury, 1993; Doran et al., 1995) - Identificación del diseño de experimentos en una simulación computerizada (Njoo y Jong, 1993) - Comunicación entre alumnos para diseñar experiencias (Roth, 1994) -Ejemplos de actividades de diseño de investigaciones (Gil y Valdés, 1995) - Identificación de los patrones y exigencias del diseño de experiencias (Germann et al., 1996a) - identificación de dificultades y establecimiento de Desde nuestro punto de vista, creemos que la profundiniveles y exigencias jerárquicas en cada uno; zación en estas líneas de trabajo puede favorecer no sólo la entrada de elementos innovadores en el aula sino un -justificación de la inclusión de los contenidos procedicambio profundo en la propia investigación en la didácmentales en la enseñanza obligatoria; tica de las ciencias. No obstante, como no podemos olvidar las pretensiones y limitaciones de este trabajo, nos - estudio de las influencias de factores cognitivos, cogvamos a centrar en uno de los interrogantes señalados. noscitivos, sociales ... en su aprendizaje; - diseño y aplicación de instrumentos que permitan evaluar el aprendizaie de los mismos; en relación con la evaluación 'de las habilidades integradas, aparece de forma relevante el uso del ordenador; - búsqueda de situaciones de clase que favorecen la adquisición de estos conocimientos; - en menor medida, estudio de la relación con los contenidos conceptuales y actitudinales. ¿EXISTEN NIVELES DE COMPLEJIDAD EN UN CONTENIDO PROCEDIMENTAL? Muchas veces, cuando se analizan actividades de enseñanza o se explicita qué se va a impartir en una unidad didáctica, sólo se indica si están presentes una serie de contenidos procedimentales. Parece como si la presencia o la ausencia fueran los únicos elementos a considerar de cara a la enseñanza o a su aprendizaje. 28 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) Cuadro Vb Ejemplos de investigaciones en habilidades de investigación básicas. Sin embargo, nuestra práctica diaria nos dice que no es currículo (Pro, 1997) o en las taxonomías sobre la intelo mismo medir con una regla que hacerlo con un racción de los alumnos con el medio o en la identificaamperímetro, observar los objetos de una clase que ción de los esquemas de comprensión de las ciencias utilizar un telescopio, identificar las variables en un (Shayer y Adey, 1984). problema «semicerrado» que en una situación problemática abierta ... Estas diferencias de dificultad deben Parece necesario buscar alguna estrategia que permita considerarse en la secuenciación de contenidos en el establecer estos niveles de complejidad con el fin de CONTENIDO Observación Medición Organización e interpretación de datos Análisis de datos Utilización de modelos Elaboración de conclusiones ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) 29 TEMÁTICAS INVESTIGADAS - Evaluación de la observación (Al Busaidi y Lock, 1992; Doran et al., 1993,1995; Brotherton y Preece, 1996) - Evaluación de propuestas con papel importante de la observación (Brickhouse, 1994; Shepardson et al., 1994) - La observación en la secuencia de resolución de problemas prácticos (Watson, 1994) -Papel de la observación en el cum'culo (Duggan y Gott, 1995) - Exigencias de la observación (Lucas, 1995) - Descripción y representación de la observación (Díaz y Jiménez, 1996) - Concepto de evidencias y papel de la observación (Park y Pak, 1997) -Evaluación de la medición (Al Busaidi y Lock, 1992; Doran et al., 1993, Doran et al., 1995; Gangoli y Gurumurthy, 1995; Brotherton y Preece, 1996) - Comunicación entre alumnos para recoger datos (Roth, 1994) - La medición en la secuencia de resolución de problemas prácticos (Watson, 1994) - Papel de la medición en el currículo (Duggan y Gott, 1995) - Dificultades en la recogida de datos (Duggan et al., 1996) -Conceptos de evidencia y papel de la medición (Germann y Aram, 1996; Gott y Duggan, 1996; Varelas, 1996) -Ideas de los alumnos sobre la fiabilidad de los datos experimentales (Lubben y Millar, 1996) -Evaluación de la organización de datos (Kueh, 1992; Mattheis et al., 1992; Doran et al., 1993; Roth y Roychoudhury, 1993; Berg y Smith, 1994; Roth y Bowen, 1994; Westbrook y Rogers, 1994; Bandiera et al., 1995; Brungardt y Zollman, 1995; Gangoli y Gurumurthy, 1995; Brotherton y Preece, 1996) - Evaluación de propuestas centradas en la realización de gráficas (Jackson et al., 1993; Preece y Janvier, 1993) - Interpretación de datos en un problema en una simulación computerizada (Njoo y Jong, 1993) -Factores cognitivos que afectan a la realización de gráficas (Berg y Phillips, 1994) - La organización e interpretación de datos en la secuencia de resolución de problemas prácticos (Watson, 1994) - Papel de la organización e interpretación de datos en el currículo (Duggan y Gott, 1995) - Evaluación de la interpretación de datos (Gangoli y Gurumurthy, 1995; Brotherton y Preece, 1996) - Dificultades de la organización e interpretación de datos (Duggan et al., 1996) -Conceptos de evidencia y papel de la organización e interpretación de datos (Germann y Aram, 1996; Gott y Duggan, 1996; Park y Pak, 1997) - Interpretación de secuencias de sucesos (Lee y Fradd, 1996) -Ideas de los alumnos sobre la fiabilidad de los datos experimentales (Lubben y Millar, 1996) - Representación gráfica: habilidad cognitiva o práctica (Roth y McGinn, 1997) -Evaluación del análisis de datos (Kueh, 1992; Doran et al., 1993; Jackson et al., 1993; Njoo y Jong, 1993; Preece y Janvier, 1993; Roth y Roychoudhury, 1993; Roth y Bowen, 1994; Brotherton y Preece, 1996) -Factores cognitivos que afectan al análisis de datos (Mattheis et al., 1992; Stavy y Tirosh, 1996) - Descripción de estrategias de resolución (Zajchowski y Martin, 1993; Serousi, 1995; Niaz, 1996) - Comunicación entre alumnos para analizar datos (Roth, 1994) - El análisis de datos en la secuencia de resolución de problemas prácticos (Watson, 1994) -Conceptos de evidencia y papel del análisis de datos (Germann y Aram, 1996; Gott y Duggan, 1996) -Utilización y construcción de modelos en la resolución de problemas (Borrego et al., 1993; Abell y Roth, 1995; Hafner y Stewart, 1995; Harrison y Treagust, 1996; Penner et al., 1997) -Uso de analogías por los profesores de ciencias (Harrison y Treagust, 1993; Dagher, 1995; Treagust et al., 1996) - El establecimiento de conclusiones en la resolución de problemas (Aho et al., 1993; Watson, 1994) -Evaluación de conclusiones (Roth y Roychoudhury, 1993; Doran et al., 1995; Brotherton y Preece, 1996) - Establecimiento de conclusiones en un problema en una simulación computerizada (Njoo y Jong, 1993) - Conceptos de evidencia y papel de las conclusiones (Germann y Aram, 1996) - Conclusión en una estrategia de resolución (Niaz, 1996) Cuadro IXa Posible secuencia para enseñar una tabla de datos. Tabla de datos sobre variables que afectan la evaporación de agua a la atmósfera -Identificar las variables que intervienen (por ejemplo: núm. de experiencia, temperatura ambiente, superficie de exposición, volumen de agua existente, masa evaporada). - Percibir la utilidad de organizarlos en una tabla de datos. - Identificar los diferentes valores de las variables; interpretar el significado de valores que se repiten en una variable o que son diferentes (mayores o menores). - Elegir la variable independiente: núm. de experiencia; ordenarlos como experiencia 1, experiencia 2, experiencia 3... - Encontrar los valores que corresponden a cada dato de la primera variable en las demás (T ambiente, superficie, volumen y masa de la experiencia 1; igual en la experiencia 2; ... ). -Reconocer las «partes» de la tabla: ubicación de datos de la escala nominal (experiencia) en la primera columna y los pares correspondientes en las demás. - Realizar la tabla de datos. Cuadro IXb Posible secuencia para un control de variable Factores que afectan a la velocidad de caída de un cuerpo - Identificar la velocidad de caída como variable dependiente del problema. - Identificar las variables independientes de dicho problema (por ejemplo, la altura y la masa). - Reconocer que estas variables independientes no son combinación lineal entre sí. - Encontrar estrategias que permitan apreciar la variación de la velocidad (por ejemplo, a partir del tiempo que está en el aire). - Encontrar estrategias para variar o fijar la altura y la masa del objeto. - Fijar plan de actuación: a) un cuerpo (misma masa) se deja caer desde distintas alturas. b) dos cuerpos de distinta masa se dejan caer desde la misma altura. -Elegir opción a: fijar la v. control (misma masa), variar la v.¡. (altura) y ver las variaciones de la v.d. (tiempo que está en el aire). - Analizar los resultados de esta primera combinación. - Estudiar si existe regularidad en esta primera relación con un cuerpo de distinta masa, lanzándolo a distintas alturas. - Establecer conclusiones cualitativas y cuantitativas a partir de los resultados (relación directa) de esta primera combinación. -Elegir opción b: fijar la v. control (misma altura), variar la v.i. (dos cuerpos de distinta masa) y ver las variaciones de la v.d. (tiempo que está en el aire). - Analizar los resultados de la relación en esta primera combinación (no hay relación). - Estudiar si existe regularidad lanzando los cuerpos a otra altura. - Establecer conclusiones cualitativas a partir de los resultados (no hay relación). - Establecer conclusiones globales (puede llegarse a la conclusión de que existe una relación directa entre altura y velocidad, v = 2 g h, y no existe con la masa). - Revisar el proceso. 36 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) Suponemos que ya disponemos de los datos de temperatura ambiente, superficie de exposición, volumen de agua existente en el recipiente y la masa evaporada, correspondientes a varias experiencias. En este caso suponemos que son facilitados al alumno y que éste no tiene problemas en identificarlos (por ejemplo, si los debe obtener experimentalmente, buscando en diversas fuentes...). Todo esto corresponde al contenido procedimental que hemos denominado tabulación de datos de distintas variables. Con ello, tendremos una secuencia genérica de operaciones cognitivas que lleva implícito este conocimiento y a las que anteriormente aludimos: utilidad, identificación y diferenciación, ordenación, correspondencia y ejecución. También resulta fundamental considerar el contexto de aplicación, de ahí nuestro siguiente paso. Se trata de cinco variables (una nominal y cuatro cuantitativas) y donde, para cada dato de la escala nominal, las demás variables sólo tienen un valor; por lo tanto, podría considerarse en el nivel 3 de la tabulación de datos. Considerando los elementos a tener en cuenta para la enseñanza en este nivel del cuadro VII, hemos plasmado en el cuadro IX los diferentes pasos que podrían contemplarse en el diseño de una actividad que lleve implícito este contenido. Si estamos hablando de una situación de iniciación al aprendizaje de un contenido novedoso, habrá que poner el énfasis en cada uno de los pasos que aparecen en la secuencia; no podemos olvidar que el alumno no aprende estos conocimientos autónomamente. Ahora bien, cuando empieza a interiorizarse, el profesor puede obviar algunos pasos; no porque cambie la secuencia sino porque el alumno o el usuario comienza a automatizar su utilización. Veamos otro ejemplo: estudiar qué factores afectan a la velocidad de caída de un cuerpo. Si planteamos esta cuestión a nuestros alumnos, suelen aparecer implícita o explícitamente la masa y la altura; normalmente, si están acostumbrados a una dinámica participativa en la construcción de sus conocimientos, también aparecen otras variables pero sólo utilizaremos éstas para facilitar la ejemplificación. Siguiendo el proceso anterior, corresponde al contenido procedimental que hemos denominado control de variables y, con ello, tendremos una secuencia genérica de operaciones cognitivas (identificación, manipulación de variables, estrategia, relación, regularidad, análisis, conclusiones, revisión del proceso). la dependiente puede ser el tiempo de caída y las independientes serían la altura y la masa (no son combinación lineal entre sí). Dos son las posibles combinaciones: fijar la altura y dejar caer dos objetos de distinta masa desde esa altura, y lanzar un mismo cuerpo desde diferentes alturas. Como precaución añadida todos los objetos deben tener una forma similar; con estas características, podría considerarse en el nivel 2. ' En base a ello, se ha desarrollado la secuencia de enseñanza de este contenido procedimental que aparece en el Cuadro X, que obviamente habrá que plasmar en formulaciones y planteamientos específicos dependiendo de los modelos y creencias de los profesores o de las características de los alumnos. Como hemos dicho, cuando se ha utilizado alguna vez, el proceso es más «ágil» y no es preciso enfatizar tanto en la sistemática de cada secuencia. Esto no es nuevo: cuando unos contenidos conceptuales, como la ley de Ohm o la conservación de la masa en una reacción, son estudiados por primera vez, requieren una serie de pasos que faciliten su incorporación a la estructura cognitiva de los alumnos. Sin embargo, una vez asumidos como conocimientos, no hace falta demostrarlos con cada circuito o reacción química que nos encontremos. Lo Que sí nos puede interesar es su utilización en nuevas iituaciones-para ampliar su significado; análogamente podríamos decir de los contenidos procedimentales. ¿SE PUEDEN ENSEÑAR CONTENIDOS PROCEDIMENTALES EN LAS CLASES DE CIENCIAS? Éste era el título de nuestro trabajo y la pregunta que ha planeado en el mismo. Nuestra respuesta es clara: Por supuesto que sí, pero resulta más complejo de lo que algunos dan a entender. AGRADECIMIENTO Las ideas y materiales que aparecen en este trabajo han sido utlizados en los cursos de formación desarrollados en el proyecto de investigación PS 94-0177 subvencionado por la DGICYT. NOTA * Ponencia presentada en el V Congreso Internacional sobre El segundo paso es considerar el contexto de aplicación. Investigación en la Didáctica de las Ciencias (Murcia, a 13 Se trata de variables cuantitativas fácilmente medibles: de septiembre de 1997). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1998, 16 (1) 37 AAAS (1970). Sciencea process approach commentary for teachers. 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