Psicología cognoscitiva y esquemas conceptuales de los alumnos

INVESTIGACION B.?- EXPERIENCIAS DIDACTICAS PSICOLOGIA COGNOSCITIVA Y ESQUEMAS CONCEPTUALES DE LOS ALUMNOS DRIVER, R. Centre for Studies in Science and Mathematics Education University of Leeds. England. SUMMARY There are three main sections in this paper. The first section presents an overview of the research that has been undertaken into students' conceptions relating to mechanics. One central feature of students' aintuitive mechanics» is the association between their notions of force and motion. The consequences of such ideas for students' reasoning about various static and dynamic systems are described. A number of general features of students' alternative conceptions are then outlined. The second section outlines current perspectives on learning with particular emphasis being paid to the constructivist perspective; a perspective which emphasises the active role of learners in the construction of their knowledge. The pedagogical consequences of adopting this perspective are outlined in the third section. INTRODUCCION Los científicos, incluidos los físicos, son imaginados ordinariamente como «descubridores» que desvelan ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1986, 4 (l), 3-15 3 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS nuevos aspectos de la experiencia. Sin embargo, muchos de los más importantes desarrollos de la Física no han supuesto descubrimityto alguno, sino que han estado asociados a la reconstrucción y reformulación de las ideas usuales acerca del mundo físico; en realidad, mejor que hablar de los científicos como descubridores, habría que referirse a ellos como elaboradores de ((investigaciones imaginativas)). Recientes desarrollos en el campo de la psicología congnoscitiva, sugieren que el aprendizaje por los alumnos de materiales complejos tiene lugar mediante la organización y reestructuración imaginativa de experiencias anteriores, más que a través de la asimilación de nueva información. Para ilustrar hasta qué punto hacemos uso de nuestra imaginación en la interpretación del más sencillo fenómeno, consideremos que se deja caer una bola sobre una plancha metálica. Alguien que pasase en este instante vería la bola caer, golpear la plancha y rebotar hasta casi su misma altura inicial. Un físico, al interpretar el fenómeno, pensará en términos del campo gravitacional en el que la bola está situada, de la fuerza que actúa sobre elia acelerándola y haciéndole ganar energía cinética, de la deformación que tiene lugar cuando golpea la superficie metálica y, admitiendo que la colisión ha sido elástica, de la recuperación por la bola de la energía cinética, lo que permite que ascienda de nuevo. Reflexionemos un instante en la cantidad de conceptos que se hacen intervenir en este simple suceso; tales como ((campo gravitatorio)), «energía» e incluso un modelo de estructura de la materia. Ninguna de estas ideas es un hecho observable directamente; constituyen esquemas conceptuales intersubjetivos que se relacionan entre sí de manera precisa y que utilizamos para descubrir, predecir, y explicar sucesos como el considerado. Un estudiante que observe el mismo suceso también aportará sus esquemas conceptuales al análisis de la situación, pero estos pueden y suelen diferir de los del físico. Precisamente, el proceso de aprendizaje está asociado a la reestructuración de estos esquemas conceptuales a partir de las nociones intuitivas iniciales. En este articulo consideramos tres aspectos asociados a este proceso de aprendizaje en el campo de la mecánica: 1. ¿Qué conocemos acerca de los esquemas conceptuales que los alumnos utilizan para interpretar los fenómenos mecánicos? 2. ¿Qué sugiere la psicología cognoscitiva acerca de cómo se modifican los esquemas conceptuales de los alumnos? 3. ¿Qué irnplicaciones tiene esto para el aprendizaje? 1. ESQUEMAS CONCEPTUALES DE LOS ESTUDIANTES EN MECANICA A lo largo de la última década, el estudio de las ideas intuitivas de los alumnos acerca de los fenómenos naturales ha constituido una línea prioritaria de investigación. Estas ideas intuitivas han sido designadas de formas diversas tales como shemata (Champagne 1983), teorías ingenuas (Caramazza et Al 1981), esquemas, conceptuales alternativas (Driver y Easley 1978), (Watts 1982), o ciencia de los niños (Osborne et Al 1983). Profesores de física y psicólogos de distintos países han contribuido al conocimiento de este campo y las ideas de los alumnos sobre mecánica han sido estudiadas extensamente. Una excelente y completa revisión de estos estudios ha sido preparada por McDermott (1984). En la primera parte de este trabajo resumiremos lo que puede considerarse como características comunes más relevantes de las ideas intuitivas de los estudiantes acerca del movimiento e ilustraremos las mismas refiriéndonos a un reducido número de estudios. 1.1 El uso de sistemas de referencia absolutos En un estudio del razonamiento espontáneo sobre cinética elemental de alumnos de Enseñanza Media y estudiantes universitarios, Saltiel y Malgrange (1 980)'prepararon cierto número de cuestiones escritas acerca de movimientos relativos, utilizando situaciones tales como un bote atravesando un río y gente andando o permaneciendo quieta sobre pavimentos móviles. Los autores identificaron así entre los estudiantes una tendencia a definir el verdadero movimiento y la movilidad intrínsecamente y no con respecto a algún cuerpo o sistema de referencia específico. En otras palabras, para muchos estudiantes movimiento y reposo son substancialmente inequivalentes. En un estudio más reciente realizado por Aguirre y Erickson (1984) sobre las concepciones de los estudiantes acerca de las características vectoriales de la posición, el desplazamiento y la velocidad, los autores señalan que los alumnos a menudo tenían problemas para seleccionar y utilizar un sistema de referencia estandard. La preferencia que muestran los estudiantes por un sistema de referencia absoluto no es sorprendente si tenemos en cuenta que en nuestra vida ordinaria solemos aceptar implícitamente la existencia de tales sistemas (el suelo, por ejemplo). Esta idea, obviamente, afecta a la comprensión de la Mecánica Newtoniana por los alumnos. 1.2. El movimiento implica una fuerza Un amplio número de trabajos realizados con estudiantes de Ensefianza Media y Universitaria, así como con adultos no instruidos, han mostrado una tendencia muy extendida a asociar fuerza y movimiento. Esta idea está asociada a un cierto número de manifestaciones que han sido abordadas por los estudios a los que vamos a referirnos. Así, Watts y Zylberztajn (1981), conlo parte de un trabajo realizado con un centenar de estudianENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS tes ingleses de Ensefianza Media de 14 afios, proporcionaron un cierto número de cuestiones de respuesta múltiple, relativas a las fuerzas que actúan sobre la bala de un cafión a lo largo de su trayectoria (ver figura 1). Sus resultados mostraron que alrededor de1 85% de los alumnos asociaban el movimiento a la existencia de una fuerza en la dirección del mismo. Clement (1982) ha constatado, a través de las memorias de una práctica de laboratorio sobre el péndulo sirnple, que algunos estudiantes universitarios tienden a suponer la existencia de una fuerza en la dirección del movimiento de la esferita, sugiriendo, por ejemplo, que Fm (la fuerza en la dirección del movimiento) es la fuerza que hace subir al péndulo. «Si Fm no existiera, el péndulo nunca podría ascender a lo alto de su oscilación)). La simétrica de la regla según la cual el movimiento exige una fuerza es, por supuesto, si no existe fuerza no hay movimiento. McCloskey (1983) recoge una serie de investigaciones realizadas por él y sus colaboradores con estudiantes universitarios y no universitarios. En uno de dichos estudios se exploran los ((conocimientos en acción)) de los estudiantes pidiéndoles que suelten, mientras avanzan, una pelota que llevan en la mano, de forma que la bola dé en un blanco situado en el suelo (fig. 3). Los resultados obtenidos anotando el número de estudiantes que sueltan la pelota antes de llegar al blanco, encima del mismo, o después de pasarlo, indican que la mayoría de los estudiantes soltaron la pelota justo al pasar sobre el blanco, lo que sugiere que no tomaban en consideración la componente horizontal del movimiento de la pelota, o que asumían implícitamente que dicha componente se anula tan pronto la soltaban. fig. 1 Situaciones sobre proyectiles utilizadas por Watts y Zylbersztajn ksc;@i~ mrd oFfl> dlL\i!/i. q0E/ .- A cannon bol1 8s fired from o COM?~. Painls A. B ard C are ttaree different posi:icns m the pth o! the boll 750 tollovirq Ibree cards refer 10 this s,tuolion lov.*ht<h picture do you thiiik bost shovr !;>e lare ontb h:i cs 11 ir pors,n; t5rqh potnt B Iits h8giiest po:nt l? No fwce B B B B B Respuesta del científico Típica respuesta incorrecta A f 3 '9 4 The orrovs in thr picturts are siippased lo show tlie _p<liin of lb.?!.?% m the ionPon boll Whkh p~cture do you th811k besr shws the fc-cc 4. on 1. boil Al/- as t S possttq !.- t+a larc tt~rA. pmnt A? A "7 , e 1 &E=-. -\ cet-' a::> 9 O o Explanatim Nov.which piclue do pu think best rficus (he force on the bo!l as 11 ir porsing thriuph pont C N3 fwce C c C fig. 2 Fuerzas sobre un péndulo en movimiento (Clement 1982). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS O 11 C UD0 CIP~G>G~~C?P : Erplanation : INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS fig. 3 Prediccinn de la trayectoria de un objeto que cae (McCloskey 1983). 1.3. Se precisa que una fuerza act& continuamente para mantener un movimiento La idea de que para mantener un movimiento continuo se precisa que una fuerza este continuamente actuando, forma parte del esquema «movimiento implica fuerza». Durante una investigaciOn que he realizado con jOvenes alumnos de Enseftanza Media que estudiaban Mecanica (Driver 1983), al preguntarle a una nina —que estaba describiendo lo que sucede cuando pelotas de distinta masa ruedan por tierra— por que las pelotas se paraban, contestd: «No lo se. LP or que se paran?. Bueno, siempre se paran. Despues de impulsarlas avanzan tanto como el impulso... lo fuerte que fuera y cuando se gasta vuelve a como estaba antes». Las observaciones ordinarias nos dicen que los objetos disminuyen de velocidad y se paran despues que los hemos empujado o lanzado, y esto se interpreta comdnmente suponiendo que se ha gastado la fuerza que se les comunic& McDermott (1984) describe que cuando se preguntaba a estudiantes universitarios que comunicaran a un disco, situado sobre un banco de aire, un movimiento rectilineo y uniforme utilizando chorros de aire, sus primeros intentos consistian a menudo en aplicar una continua serie de rifagas. 1.4. La fuerza varia con la rapidez del movimiento En un conocido trabajo, Viennot (1979) propuso a estudiantes franceses, belgas e ingleses, de Enseftanza Media y Universidad, un cierto nlimero de cuestiones escritas, una de las cuales representaba seis bolas de malabarista, todas a la misma altura del suelo pero en diferentes posiciones de eus respectivas trayectorias (ver figura 4). Se preguntaba a los alumnos si las fuerzas que actuaban sobre todas las bolas eran o no identicas en el instante representado. Los resultados indicaron que, incluso a nivel universitario, los estudiantes asociaban fuerza con velocidad y sugerian por ejemplo: «Las velocidades son diferentes, luego las fuerzas lo serail tambien». 74II , o lg fig. 4 Predecir las fuerzas que actaan sobre pelotas en el aire (Viennot, 1979). En su articulo Viennot distingue entre dos ideas de fuerzas utilizadas por los estudiantes y hace la importante observaciOn de que las distintas ideas son utilizadas en diferentes contextos, resaltando las caracterfsticas de las situaciones en las que cada tipo de idea es manejado. Una de las tareas utilizada por Clement (1982) ilustra tambien este punto: se muestra a estudiantes de ingenieria una moneda lanzada verticalmente hacia arriba y se les Aide que dibujen una o Inds flechas que indiquen la direcciOn de cada una de las fuerzas que actfia sobre la moneda cuando alcanza el punto mds alto. Al final del curso, el 72 0 /o de los estudiantes dieron respuestas incorrectas. Una respuesta tipica inclufa dos 6  ENSE&ANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS fuerzas, una hacia arriba, procedente de la mano (Fm) y otra hacia abajo (Fg), con razonamiento como: ((mientras la moneda asciende, la fuerza de la mano impulsa a la moneda y ha de ser mayor que Fg, pues en caso contrario descendería)). 1.5. El movimiento tiene lugar en la dirección de la fuerza aplicada En los trabajos hasta aquí reseñados, aparecía impíícitamente la idea de que ha de actuar una fuerza en la dirección del movimiento. Igualmente se ha identificado la idea simétrica de que el movimiento tiene lugar en la dirección de la fuerza aplicada. Di Sessa (1982), describe un estudio sobre las interacciones de estudiantes con un programa de ordenador denominado ((dinatortuga)). Un objeto sobre la pantalla, la ((dinatortugm, obedece a la 1 a y 2a leyes de Newton, de forma que permanece en reposo o se mueve en línea recta con rapidez constante cuando no actúa ninguna fuerza sobre ella y se le puede comunicar impulsos en cualquier dirección. Al pedir a los estudiantes que envíen a la tortuga hacia un blanco, muy frecuentemente le comunican un impulso dirigido en línea recta hacia el blanco, sin tener en cuenta su movimiento inicial. Este comportamiento sugiere que los estudiantes esperan que el objeto se mueva en la dirección de la fuerza aplicada, ignorando su cantidad de movimiento inicial. 1.6. Un objeto en reposo no puede ejercer fuerza Muchos estudiantes tienen dificultades en torno a las fuerzas que se ejercen en una situación de equilibrio estático. Parece subyacer la idea de que ha de estar clara la capacidad de moverse de un objeto para aceptar que ejerce una fuerza. Durante unas observaciones que realizé en una clase (Driver 1973), se produjo una discusión entre dos niños de 12 afios, Richy y Tim, acerca de las fuerzas que actuaban sobre un objeto que colgaba en reposo de un soporte ngido. Richy argumentaba que sobre el cuerpo actuaba una fuerza vertical hacia arriba debido al soporte, además de una fuerza vertical hacia abajo. Su compafiero Tim se manifestaba en contra arguyendo que el soporte se limitaba a sostenerlo. Richy, entonces, soltó el objeto del soporte y lo sostuvo en su mano, desarrollándose el siguiente diálogo: R. Bien. ¿Qué pasa ahora? Voy a soltarlo del soporte y sostenerlo en la mano. T. Tienes que ejercer una fuerza hacia arriba con tu mano, porque si no lo hicieras se caería al suelo. R. ¡Cierto! El soporte ha tenido que hacer una fuerza hacia arriba también. vil. Le está levantando. ¿Cómo podría esto (el soporte) levantar algó? No está vivo. La capacidad de la mano para moverse parecía esencial en la argumentación de Tim, haciéndole difícil aceptar la lógica de la argumentación de Richy. Un razonamiento similar ha sido observado por Minstrell(1982) con estudiantes de últimos cursos de Enseñanza Media y por Clement y Brown (1983) con estudiantes universitarios. También se han investigado las ideas de los estudiantes acerca de las tensiones que actúan sobre cables y muelles en diversos montaje's. Así, por ejemplo, Watts y Zylbersztajn (1981) sefíalan que en una competición de tiro de cuerda, los estudiantes argumentan que la fuerza que ejerce el ganador es mayor que la ejercida por el perdedor. Por mi parte he constatado que la situación representada en la fig. 5 provoca discusiones abundantes incluso entre licenciados en ciencias físicas. Algunos argumentan que la lectura del dinamómetro será nula porque las fuerzas se anulan mutuamente. Otros dicen que ambos pesos «tiran el uno contra el otro)) y que, por tanto, se suman sus efectos. fig. 5 Predicción de la tensión de un resorte. (Driver 1983). 1.7. Ideas acerca de la gravedad Existe cierto número de ideas relacionadas entre sí que han sido identificadas en las concepciones de los estudiantes sobre la gravedad. En algunos casos los estudiantes consideran que la fuerza de la gravedad es mayor cuanto más arriba se encuentra el objeto. Así, un nirlo de 11 aÍíos me explicaba mientras sostenía una bolita: ((Cuanto más alto llegue mayor será el efecto de la graT. No actúa del mismo modo. Este (el soporte) solo vedad sobre la misma, porque si usted se queda ahí y está manteniéndolo en su posición. alguien deja caer un guijarro sobre él (sic), sólo le dará una punzada. Pero si yo la dejo caer desde un aeroR. ¡Pero eso mismo hace mi mano! plano. se aceleraría más Y más rápido Y cuando nolT. No, tu mano no lo mantiene perfectamente inmóbeara'a alguien le matarh (~river 1983). - ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 7 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS Con relación a las nociones de fuerza y movimiento, la idea de que los cuerpos más pesados caen más aprisa que los ligeros, persiste incluso entre estudiantes universitarios (Gunstone y White 1981) (Watts 1982). Por otra parte, algunos alumnos asocian la gravedad con el aire y la atmósfera, de forma que al pedirles que predigan la trayectoria de un proyectil lanzado en un recipiente en el que se ha hecho el vacío, un elevado número de estudiantes noruegos de Ensefianza Media y Universidad afirmaban que la trayectoria sería una línea recta horizontal, arguyendo que «la gravedad necesita un medio)) (Sjoberg y Lie 1981)'. . por ejemplo, los diagramas de fuerza que dibujan (Heller y Hungate 1984). Cierto número de investigadores ha sefialado que los estudiantes pueden aplicar correctamente las ecuaciones Newtonianas en los problemas usuales y, sin embargo, fracasan cuando se enfrentan a fenómenos físicos reales. Ello sugiere que una de las razones de la persistencia de dichas ideas es que no se ha producido la integración del conocimiento que los estudiantes tenían del mundo físico con el conocimiento que proporcionan las relaciones algébraicas abstractas. 1.8. Algunas características generales de los esquemas v Los esquemas conceptuales de los alumnos no son conceptuales alternativos de los estudiantes simples construcciones ad hoc. Terminaremos este apartado del artículo con algunas ¿Puede decirse que los diferentes aspectos de las ideas observaciones generales acerca de las características de intuitivas de los alumnos acerca del movimiento conslos esquemas conceptuales de los alumnos: tituyen una teoría coherente?. Clement (1983) sostiene aue las ideas intuitivas no son simples reglas ad hoc, i Se trata de esquemas dotados de cierta coherencia sino que representan una teoría coherent; que, ateninterna. diendo al ~aralelismo histórico. denomina ((teoría del En muchos casos, los argumentos utilizados por los estudiantes para explicar sus concepciones (como son la existencia de una fuerza en la dirección del movimiento, etc) son válidos en determinados contextos. En general no se trata de ideas irracionales, sino simplemente fundamentadas en premisas diferentes de las de la mecánica ~ewtonian~. Responden a intentos racionales de explicar las experiencias físicas. En la vida cotidiana, donde, por ejemplo, la fricción está siempre presente, no aparece la necesidad de construir una mecánica que tenga en cuenta los movimientos sin rozamiento. ii Los estudiantes manejan un lenguaje impreciso y términos indiferenciados para expresar sus ideas. En algunos Easos pueden incluso no hacerlas explícitas para ellos mismos. iii Ideas intuitivas similares son detectadas en estudiantes de diferentes medios y edades. Puesto que vivimos en un medio con las mismas características físicas, tal vez no sea sorprendente que los esquemas conceptuales que construimos para interpretar nuestras experiencias sean similares e, incidentalmente, muestran algunas semejanzas con ideas aparecidas a lo largo de la historia de las ciencias. iv Los esquemas conceptuales alternativos son persistentes y no se modifican fácilmente mediante la ensefianza tradicional. La frecuencia con la que los estudiantes universitarios de Física hacen uso de, por ejemplo, la asociación fuerza/movimiento, es un índice de la persistencia de dichas ideas. Así, al analizar cómo los estudiantes universitarios resuelven ciertos problemas incluidos habitualmente en textos de Física, se constata cómo la asociación intuitiva entre Derza y movimiento aparece en, impetus».-sugiere, además, es esa coherencia de la teoría del impetus lo que contribuye a su estabilidad. Sin embargo, aunque pueda aceptarse la coherencia de la teoría, sabemos que en la práctica los estudiantes no son consistentes en su uso, como han mostrado Viennot y otros. Una clara muestra de ello ha sido presentada por White (1983) a partir de una serie de cuestiones planteadas en entrevistas realizadas a 40 alumnos que habían seguido un curso PSSC de Física. Las cuestiones planteadas se referían todas al desplazamiento en el espacio exterior de una nave espacial que disponía de un cohete capaz de proporcionarle impulsos discontinuos idénticos. Cuando se preguntaba a los estudiantes qué ocurriría si se daba un único impulso a la nave, el 80% predecía correctamente la producción de un movimiento sin fin de rapidez constante. Y e1 60% predecía también correctamente el movimiento resultante de comunicar a la nave tres impulsos sucesivos en ángulos rectos. Sin embargo, en otras dos cuestiones planteadas más tarde a los mismos estudiantes se les preguntaba qué hanan a) para que la nave siguiera una trayectoria circular y b) para que siguiera una trayectoria cuadrada. Las respuestas, recogidas en la figura 6, indican que sólo un porcentaje notablemente inferior tenía en cuenta, al abordar estas cuestiones, que el movimiento resultante de un objeto depende no sólo del impulso que se le comunica, sino también de la cantidad de movimiento inicial. Esta inconsistencia plantea una cuestión importante desde el punto de vista educativo: ¿Cuáles son los aspectos de un determinado contexto que conducen al uso de las ideas intuitivas? ¿Cuáles son las ideas que se utilizan en cada contexto? vi No se pueden atribuir todas las dificultades de los estudiantes a sus esquemas conceptuales alternativos. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS a) respuesta b) respuesta a) respuesta b) respuesta correcta (20%) incorrecta (70%) correcta (38.5%) incorrecta (32.5%) 0 +o [7 -[-J- -1 C) respuesta d) respuesta C) respuesta d) respuesta incorrecta (5%) incorrecta (5%) incorrecta (22,5%) incorrecta (2,5%) fig. 6 Predicción del movimiento de una nave espacial propulsada por impulso de un cohete (White, 1983). Tanto Trowbridge y McDermott (1981) como White (1983) llaman la atención contra la suposición de que todas las dificultades que los alumnos tienen para comprender la mecánica Newtoniana sean debidas a la existencia de potentes ideas intuitivas. Estas investigaciones han identificado otras fuentes de dificultad en el uso del lenguaje formal de la ciencia, como por ejemplo. gráficos y notación vectorial. Hasta aquí hemos revisado lo que conocemos sobre esquemas conceptuales de los alumnos acerca del movimiento mecánico. Nos ocuparemos a continuación de cómo dichos esquemas pueden modificarse, es decir, de cómo puede tener lugar el aprendizaje. 2. CONCEPCIONES ACTUALES SOBRE EL APRENDIZAJE 2.1. Tres visiones de cómo tiene lugar el aprendizaje Como educadores, nuestro interés sobre las concepciones de los alumnos han de ir más allá de la catalogación de las ideas alternativas o intuitivas: no sólo nos interesan las ideas que los estudiantes poseen ya al iniciar el aprendizaje, sino también la dinámica del cambio cognoscitivo, para que esta pueda guiar así nuestra ensefianza y la planificación del curriculum. Hasta bastante recientemente el pensamiento de los profesores de ciencias y muchas de las recomendaciones de tipo pedagógico han estado dominadas por dos grandes concepciones sobre el aprendizaje: la orientación evolutiva y la orientación behaviorista (Driver 1982). La tradición evolutiva, que ha estado presidida por el trabajo de Piaget y colaboradores, postula la existencia de estructuras cognoscitivas en el cerebro que procesan la información e influencian las interacciones del individuo con el medio externo. Se considera que esas estructuras se desarrollan en etapas, correspondiendo la etapa de pensamiento abstracto o formal -cuyas características son esenciales para la comprensión de la cienciaal período de la adolescencia. De acuerdo con esa visión, las dificultades experimentadas por los alumnos en la comprensión de los conceptos físicos han sido atribuidas a la falta de estructuras lógicas adecuadas en los alumnos. Las implicaciones educativas de esta teoría han sido, o bien intentar adecuar los materiales de un curso a la etapa del desarrollo cognoscitivo del alumno (Shayer y Adey 1981), o bien diseñar programas para acelerar el proceso de maduración. Los resultados de varias investigaciones realizadas por psicólogos y educadores muestran que las estructuras 1ógicas que utilizan los estudiantes dependen en gran medida del contexto de la tarea, poniendo así en cuestión la idea de etapas coherentes. La segunda concepción que ha ejercido una influencia notable ha sido la behaviorista. Esta teoría no hace suposiciones sobre la organización interna del conocimiento en quien aprende, ni postula ninguna limitación de edad para el aprendizaje. Adopta una visión esencialmente optimista del aprendizaje, postulando que pueden construirse series de comportamientos, habilidades o conceptos de complejidad creciente, a trzivés de programas de instrucción cuidadosamente elaborados. Estos programas son disefiados mediante un detenido análisis lógico del material a ensefiar. La persistencia de los esquemas conceptuales alternativos de los estudiantes da una idea de las dificultades inherentes a esta orientación. Recientemente ha comenzado a emerger una tercera visión del aprendizaje. Resnick (1983) describe así esta concepción: «Una aportación clave de los trabajos de psicología cognoscitiva de los últimos afios ha sido que el comportamiento inteligente de una persona no depende de unos «procesos de pensamiento)) abstractos, sino que depende íntimamente de la clase de conocimiento que,la persona tiene acerca de la situación parENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ticular en cuestión.. . para poder comprender cómo tiene lugar un aprendizaje complejo, es preciso estudiar cómo la gente aprende materias particulares. Por esta razón, hoy hay psicólogos cognoscitivos estudiando matemáticas en particular, o física en particular, etc, etc. Esta visión de cómo tiene lugar el aprendizaje está siendo desarrollada por psicólogos cognoscitivos, expertos en inteligencia artificial, especialistas en lenguaje y profesores de ciencias y de matemáticas. Algunos describirían esta concepción como basada en el proceso de información. Yo prefiero denominarla visidn constructivista, porque así se subraya el papel esencialmente activo de quien aprende)). Presentaré aquí una interpretación personal de las características esenciales de esta orientación constructivista, aprovechando de forma ecléctica el trabajo de un cierto número de autores. 2.2. Principales características de la visión constructivista i Lo que hay en el cerebro del que va a aprender tiene importancia. Esta concepción sugiere que todos construimos representaciones del saber que utilizamos para interpretar la experiencia. Los resultados del aprendizaje no sólo dependen de la situación de aprendizaje y de las experiencias que proporcionamos a nuestros estudiantes, sino también de los conocimientos previos de los mismos, de sus concepciones y motivaciones. Algunos ejemplos discutidos en la primera parte de este articulo ilustran que estas concepciones influyen de maneras diversas en la forma en que los estudiantes interaccionan con los materiales de aprendizaje: No sólo influyen en sus interpretaciones de los fenómenos, las explicaciones que dan de los mismos, sino que determinan la dirección de su observación, focalizan su atención y orientan los experimentos que realizan. ii Encontrar sentido supone establecer relaciones. Los conocimientos que pueden conservarse largo tiempo en la memoria no son hechos aislados, sino aquellos muy estructurados e interrelacionados de múltiples formas. Como físicos podemos apreciar las propiedades de una estructura altamente organizada de conocimientos; podemos reconocer las relaciones exactas representadas por un mapa conceptual de los aspectos de la mecánica (Karplus 1981). Esto, sin embargo, representa únicamente la estructura axiomática de parte de la materia, sin seilalar conexiones con las muchas y variadas instancias del mundo fisico. Las investigaciones sobre las concepciones intuitivas de los alumnos sugieren que quizás todos tenemos una serie de ideas y conexiones semejttntes que derivan de la experiencia física. Así, cuando vemos aproximarse un balón hacia nosotros nos preparamos para recibir su sacudida al cogerlo; lanzamos objetos con alguna expectativa de la trayectoria que seguirán; tomamos en consideración el peso de un objeto antes de empujarlo por el suelo. Este conocimiento físico está también estructurado, pero como no lo hacemos explícito, no siempre lo relacionamos con el conocimiento axiomático; de hecho podemos incluso no ser conscientes de las suposiciones que hacemos. Actualmente está emergiendo la comprensión otro aspecto importante de cómo se organiza el conocimiento humano: se ha realizado la distinción entre lo que se ha denominado conocimiento declarativo (conocer «qué») y conocimiento procesal (conocer «como»). Estudios recientes sugieren que el razonamiento humano se describe mejor mediante representaciones de procedimientos. Rumelhart y Norman (1 98 1) sugieren que «en muchos , sentidos parece que las personas poseen características más próximas de las que se atribuyen a los sistemas procesales que de las atribuidas a los sistemas declarativos. Nuestra habilidad para razonar y utilizar nuestro conocimiento parece depender fuertemente del contexto en el que el conocimiento es adquirido. La mayor parte de los razonamientos que hacemos, aparentemente no suponen la aplicación de habilidades de razonarniento de carácter general. Más bien parece que la mayor parte de nuestra capacidad de razonamiento está asociada a cuerpos particulares de conocimiento. Un tercer punto en conexión con los sistemas de estructuración del conocimiento humano es la comprensión de que nuestras emociones juegan un papel fundamental en la orientación de nuestras funciones cognoscitivas, por lo que deben ser tenidas también en cuenta al considerar el aprendizaje (Norman 1981). iii Quien aprende construye activamente significados. Estudios sobre las formas en que comprendemos un texto (Wittrock 1980) o comprendemos el mundo físico, sugieren que interpretamos activamente nuevas experiencias mediante analogías, a partir de las estructuras de conocimientos que ya poseemos, lo que a su vez , puede modificar dichas estructuras. Ello significa que lo que determina nuestra actividad en cualquier situación, no es tanto lo que extraemos de ella cuanto las construcciones que aportamos a la misma. Esta propiedad constructiva del cerebro ha sido'claramente demostrada por los fenómenos de ilusión óptica como el incluido en la figura 7 (Gregory 1983). La perspectiva constructivista sugiere que más que «extraer» conocimiento de la realidad, la realidad sólo existe en la medida que la construimos. fig. 7 Ilusión 6ptica. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS También sabemos ,que la construcción de significados, ya sea a partir de un texto, de un diálogo o de una experiencia física, implica un proceso activo de formulación de hipótesis o realización de ensayos, que son contrastados mediante experiencias sensoriales. Si hay acuerdo decimos que «comprendemos»; en caso contrario intentamos con nuevas construcciones o abandonamos la situación como ((carente de sentido)). Este proceso ha sido documentado por Clement (1983) en un estudio de cómo los expertos utilizan analogías cuando intentan resolver problemas de dinámica. También Di Sessa (1983) describe las explicaciones que estudiantes universitarios dan de sencillos fenómenos físicos y muestra el papel central que juegan las analogías en el desarrollo de su pensamiento. En algunas situaciones las construcciones ya existentes son utilizadas para encontrar el sentido de las experiencias sin que sean necesarios grandes cambios en la estructura conceptual del sujeto. En otras, el acto de dar sentido implica un proceso analógico durante el cual las ideas existentes Son utilizadas de una nueva forma, conduciendo posiblemente a una nueva construcción. Este proceso de cambio en la organización del conocimiento o reestructuracidn (Rumelhart y Norma 1981) presenta interés en la ensefianza de la Física, dado que es este tipo de aprendizaje el que -de acuerdo con los resultados analizados en la primera parte de este articulosería necesario que se produjera en los alumnos. Es preciso, sin embargo, dejar claro que los cambios en la estructura conceptual no tienen lugar fácilmente. En un importante articulo, Posner, Strike, Hewson y Gertzog (1982) postulan las condiciones necesarias para que tenga lugar el cambio conceptual. A partir de los escritos de Toulmin (1972) sobre filosofía de la ciencia, identifican cuatro condiciones: 1. Es preciso que se produca insatisfacción con los conceptos existentes. 2. Ha de existir una nueva concepción mínimamente inteligible que 3. debe ser inicialmente plausible y 4. ha de ser potencialmente fructífera, abriendo nuevas áreas de investigación. De esta concepción activa de construcción de significado se derivan dos puntos. El primero es que la comprensión implica la existencia de expectativas y no ser simplemente un receptor pasivo de información. El segundo concierne a la problemática cuestión de lo que se acepta como aprendizaje significativo. Desde el punto de vista constructivista, aceptamos como significativo cuando hay acuerdo entre nuestras experiencias y nuestras concepciones. Esto tiene consecuencias para la ensefianza y el aprendizaje, sugiriendo un desplazamiento desde la preocupación por la validez objetiva de las actividades o respuestas de los alumnos a una actitud de ayudar a los alumnos a organizar sus proENSEFIANZA DE LAS CiENCiAS pias experiencias en una forma que sea coherente para ellos. iv Los estudiantes son responsables de su propio aprendizaje. No se trata de una afirmación utópica; desde la perspectiva constructivista constituye el reconocimiento de una condición necesaria del aprendizaje. Los estudiantes son responsables de su aprendizaje en el sentido de que han de dirigir su atención hacia la tarea de aprendizaje y hacer uso de sus propios conocimientos para construir ellos mismos el significado en la situación de aprendizaje, incluso cuando tienen una actitud exteriormente pasiva (como cuando están leyendo o escuchando). Desgraciadamente muchas situaciones de aprendizaje no estimulan a los estudiantes a encontrar el sentido de lo que están experimentando. El pensamiento de los estudiantes puede ser cortocircuitado fácilmente con la búsqueda de la ((respuesta correcta» al problema del libro de texto o de las ((lecturas correctas)) en el trabajo de laboratorio. Esta sección del artículo ha sintetizado las características principales de la visión constructivista del aprendizaje. Ahora consideramos cuáles son las implicaciones pedagógicas de esta perspectiva. 3. LAS IMPLICACIONES PEDAGOGICAS DE LA VISION CONSTRUCTIVISTA DEL APRENDIZAJE Existen dos orientaciones básicas usualmente adoptadas en la investigación de los progresos en el aprendizaje de los estudiantes de física. A una la denominamos orientación de instrucción directa y a la segunda orientación de cambio conceptual. 3.1. Orientación de instrucción directa Los estudios realizados con esta orientación se han centrado en las formas de mejorar los resultados obtenidos por los alumnos en la resolución de los ejercicios de los libros de texto. Comparando las actuaciones de «expertos» y «novicios» en resolver problemas (Larkin y Reif 1979) (Simon y Simon 1978) se han indentificado cierto número de importantes diferencias entre ambos. Los expertos tienden a realizar un análisis cualitativo inicial del problema, construyendo una. representación significativa del mismo en términos de conceptos físicos. Así, por ejemplo, tienden a dibujar diagramas que no representan únicamente la situación física, sino que incluyen relaciones entre magnitudes fisicas que pueden no ser mencionadas explícitamente en el enunciado (como dibujar diagramas vectoriales de las fuerzas). Los novicios por otra parte, tienden a omitir este proceso y se dirigen directamente hacia las manipulaciones algebraicas de las magnitudes dadas en el enuncia11