Estudio de la influencia del aprendizaje en física en el desarrollo del pensamiento formal mediante un "path-analysis"

INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL APRENDIZAJE EN FISICA EN EL DESARROLLO DEL PENSAMIENTO FORMAL MEDIANTE UN ((PATH-ANALY SIS»* LOPEZ RUPEREZ, F., PALACIOS GÓMEZ, C. y GARROTE FLORES, R. I.B. Experimental Piloto Cardenal Herrera Oria. I.C.E. Universidad Autónoma de Madrid. (*) Este trabajo forma parte del proyecto ((Análisis de relaciones entre factores psicológicos, factores socioeconómicos y rendimiento escolar sobre una muestra de alumnos de Bachillerato)) financiado con cargo al XIII Plan Nacional de Investigación Educativa. l SUMMARY This work investigates, by a path-analysis, the strength of the direct causal linkage between the achievement in a High School Physics course and the terminal cognitive developmental level. The general fluid intelligence has been also considered in our study. The little and non-significant value obtained for path coefficient between the two first variables has been interpreted in the context of Piaget's theory. INTRODUCCION El análisis de la influencia de variables psicológicas en el aprendizaje de las Ciencias y, particularmente, del nivel de desarrollo cognitivo ha sido objeto de especial atención dentro de la investigación educativa. En esta última década investigadores de distintos países apoyados en los resultados de entrevistas clínicas piagetianas o de test de lápiz y papel previamente validados han estudiado 1c relación entre rendimiento en Ciencias y pensamiento formal (Chiappetta, 1976; Boulanger y Kremer, 1981; Sayre y Ball, 1975; Lawson, 1982; Shayer, 1972, 1978). El estadio evolutivo del adolescente, definido dentro del modelo piagetiano, se ha revelado como un importante condicionante del rendimiento en diferentes cursos de ciencias y el problema de la inadecuación de los curricula ha alcanzado programas tan prestigiosos como el Nuffield, el PSSC o el Chem Study (Shayer y Adey, 1984). Inversamente la posibilidad de una mejora efectiva en las destrezas características del razonamiento formal como consecuencia de una instrucción científica ha sido planteada (Renner y Lawson, 1973; Arons, 1976). El desarrollo e implantación de estrategias didácticas que puedan acelerar la evolución cognitiva en el adolescente constituye, Dor tanto. un tema de especial ininvestigado la posible conexión causal entre el rendimiento en Física a lo largo de un curso académico de 2" de BUP considerado, por definición, como una medida de la eficacia del aprendizaje en Física, y el nivel de desarrollo cognitivo al final de dicho curso. La variable inteligencia general ha sido, asimismo, contemplada en nuestros análisis. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El hecho de que las variables independientes no hayan sido controladas o manipuladas por el investigador sino que éste se limite a analizar la conducta de los sujetos registrada en ciertas situaciones naturales, constituye el aspecto metodológico que diferencia los diseños correlacionales respecto de los experimentales. La presente investigación se ha desarrollado sobre la base de un diseño correlacional conocido en términos genéricos como apath-analysis)) (Duncan, 1966; Nie y otros, 1975). Dicho procedimiento correlacional permite descomponer e interpretar relaciones entre un conjunto de variables de intervalo para las que se admite un sistema establecido, o cuando menos plausible, de relaciones causales. terés en el ámbiio-definido por las grandes metas de a) Composición de la muestra la Educación Científica más allá de sus objetivos La muestra sobre la que se apoya el presente estudio específicos. está definida por todos los alumnos del nivel 2' de BUP En el presente estudio se muestran y discuten los redel curso 1982-83 del I.B. Experimental-Piloto Cardesultados de un cpath-analysis)) mediante el cual se ha nal Herrera Oria, cuyo tamaño real a los efectos de los ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (2), 129-133 129 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS cálculos correlacionales ha sido de 161 alumnos repartidos, aproximadamente al 50%, entre ambos sexos. b) Definición de las variables y de sus relaciones La definición de variables, cuyas relaciones mutuas han sido investigadas, junto con los instrumentos utilizados para su medida son presentados esquemáticamente en la Tabla 1. Una información más detallada sobre las características de los instrumentos empleados ha sido descrita con anterioridad y puede encontrarse en la literatura (Aguirre de Cárcer, 1983; Raven, 1962; Longeot, 1962, 1965; Wardl y otros, 1981: Ahlawat y Ybilleh, 1982; López Rupérez y otros, 1984; López Rupérez y otros, 1985). En lo que respecta a las relaciones causales entre los diferentes pares de variables, la conexión variable independiente - variable dependiente para los pares TL14 TL2, TRAV -+ ROBJ y TL1 -+ ROBJ puede ser admitida sin reparos; así, el estado evolutivo final estará condicionado por el inicial; por otra parte es un hecho suficientemente establecido que variables psicológicas tales como inteligencia general y nivel de desarrollo cognitivo influyen significativamente y de un modo directo en el rendimiento. Sin embargo, el establecimiento de un or~den causal para las variables TRAV -- TLl y TRAV - TL2 resulta problemático. Apelando al carácter más o menos general del atributo intelectual corresporidiente podrían aceptarse las siguientes relaciones TRAV - TLl y TRAV ' TL2; no obstante, es posible que la correlación observada entre tales variables sea espuria (no causal) asociada al hecho de que ambas estuvieran relacionadas con un atributo más general (López Rupérez y otros, 1985). Por ello se han realizado sendos {cpath-analysis» para cada uno de tales supuestos. Por otra parte, la conexión causal directa ROBJ TL2, cuya intensidad nos proponemos investigar, ha sido postulada. Junto al establecimiento de un orden causal definido, en aquellos problemas de ((path-analysis)) en los cuales las variables medidas no son suficientes como para completar la determinación de las variables dependientes, se introducen otras variables residuales o variables latentes que, junto con las explícitamente investigadas, definen el cierre causal del sistema de variables. Una variable latente representa, por tanto, todas las causas residuales que influyen sobre la variable dependiente considerada. Aunque no probada experimentalmente, admitiremos como hipótesis simplificatoria para la realización de los cálculos que la posible covariación entre las variables latentes es despreciable. c) Técnicas de análisis Para la realización de los diferentes análisis correlacionales hemos empleado el programa REGRESSION, con las opciones y estadísticos apropiados, correspondientes al paquete de programas SPSS. Dicho programa ha sido ejecutado desde un ordenador Digital VAX/11/80 del Centro de Cálculo de la Universidad Autónoma de Madrid. RESULTADOS Y DISCUSION Los esquemas 1 y 2 representan sendos diagramas de conexiones causales entre las diferentes variables investigadas y corresponden a los dos supuestos alternativos que otorgan a las conexiones entre las variables TRAV y TL1/2 un carácter causal y no causal respectivamente. En ellos se señala, asimismo, la influencia de las variables latentes asociadas a causas residuales. La Tabla 2 resume los resultados obtenidos a partir de los diferentes análisis correlacionales. Las cifras situadas en las filas superiores corresponden a un ((pathanalysis» que admite la conexión causal TRAV + TL1/2 (esquema l), en tanto que las situadas en las filas inferiores y entre paréntesis corresponden al modelo que otorga un carácter espurio a tales relaciones (esquema 2). De la información contenida en la Tabla 2 interesa resaltar los siguientes aspectos: Tabla 1 VARIABLE: INSTRUMENTO DE MEDIDA REFEREKIA Inteligencia general Test de Raven de las Matrices J.C. Raven 1962 (TRAV) Progresivas Nivel de desarrollo Test de Longeot cognitiw inicial (U=t 82) (lL1) Nicle1 de desarrollo cognitivo final (Jun 83) (E21 Test de Longeot 1.Aguirre de Cárcer 1983 1.Aguirre de Cárcer 1983 Rendimiento objetim Test de rendimiento (PEICE) lbpe pez Rugrez y en Física ('RC8.J) otros 1984,1985 130 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (2) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS I TRAV 1 Esquema 1 Esquema 11 Tabla 11 RELACICN CWARIANZA CAUSAL I\X) CAUSAL BNARIAW TOTAL r DIRECTA INDIRECTA TOTAL (A (8) (C (D = B + G) (E = A-D) TRAv+n1 o. 39 o. 39 o o. 39 o (O. 39) (O) (O) (O) (0.39) TRAVJRW 0.52 0.41 O. 11 0.52 O (0.52) (0.52) (0) (0.52) (0) TRAV+TL2 O. 29 0.05 O. 24 O. 29 O (0.29) (0) (0.04) (0.04) (0.25) TLl~~ 0.44 O. 28 O 0.28 O. 16 (0.44) (0.28) (0) (0.28) (0.16) TLlj'IL2 0.57 0.51 0.03 0.54 0.03 (0.57) (0.51) (0.03)' (0.54) (O.C3)* RCW.)'IL2 O. 34 0.09 O O. 09 0.25 (0.34) (0.09)' (O) (0.09) (0.25 p)0.01 (no significativo) a) Aceptando el esquema 1 prácticamente toda la covariación existente entre TL2 y TRAV es indirecta a través de TL1, lo que viene a significar que la evolución cognitiva producida en el intervalo de tiempo considerado (8 meses aproximadamente) aún siendo significativa desde el punto de vista de la variable TL no añade nuevos elementos a su relación con la inteligencia general. Según el esquema 2 la correlación observada es científicamente irrelevante. c) La correlación observada entre las variables TL1 y TL2 resulta moderada, pero sensiblemente inferior al valor de 0.80 obtenido por Blake (Blake, 1980) para el coeficiente de fiabilidad (test-retest) del test de Longeot en la versión inglesa sobre una muestra de alumnos australianos de los grados 10-12. Nuestros resultados son consistentes con una inestabilidad de la muestra respecto del atributo, o conjunto de atributos, intelectuales correspondientes a la variable TL; dicha inestabilidad está probablemente asociada a un progreb, La cOvariación directa entre y RoBJ es cuanso efectivo en el nivel de desarrollo cognitivo observatitativamente importante frente a la covariación total. do para la muestra considerada. Un estudio longitudisucede las TL1 y RoBJ. Canal detallado de la evolución cognitiva a lo largo de da uno de estos resultados por separado evidencia la todo el Bachillerato será publicado más adelante. importancia de las variables psicológicas investigadas en él rendimiento en Física; consideraos conjuntamend) Considerado ROBJ como una definición operaciote indican que aunque las variables inteligencia genenal del rendimiento en Física y, consiguientemente, con ral y nivel de desarrollo cognitivo estén parcialmente la eficiencia del aprendizaje correspondiente, el valor relacionadas hacen referencia a atributos intelectuales pequeño y poco significativo de la covariación directa diferentes, cuando menos en lo que respecta a su inentre dicha variable y TL2 indica que el nivel de desafluencia sobre el rendimiento en Física (Nota 1). rrollo cognitivo final no puede ser explicado como deENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (2) 131 INVEST'IGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS bido a la instrucción recibida en Física. Este resultado negativo viene a decirnos que, si bien los alumnos han progresado a lo largo del curso hacia el estadio de las operaciones formales, tal maduración cognitiva no es atribuible especialmente al aprendizaje en Física aun cuando éste se haya efectuado siguiendo una metodología activa e individualizada (López Rupérez y otros, 1984). Cabe entonces preguntarse cuál es la causa de dicho progreso. Diferentes estudios experimentales sobre la mejora en el manejo de las operaciones formales han puesto de manifiesto que la edad constituye, a este respecto, un factor decisivo (Lawson y otros, 1978; Karplus y otros, 1980; Shayer y Wylam, 1976, 1978). La drástica dependencia del nivel de desarrollo cognitivo respecto a la edad ha llevado a algunos investigadores a sugerir que la adquisición de las destrezas características del razonamiento formal no puede ser atribuida, específicamente, al aprendizaje de los alumnos en los cursos de Matemáticas o de Ciencias. Es de especial interés, el reciente trabajo de A.E. Lawson y J.B. Bealer, (1984); en él se contrastan los progresos realizados por una muestra de alumnos respecto de diferentes items piagetianos, a lo largo de cuatro grados distintos, con los contenidos de sus cursos de Ciencias; los resultados obtenidos son, en términos generales, negativos en el sentido de que no permiten sostener la 'hipótesis de que el progreso sea debido al aprendizaje en Ciencias. Tales autores concluyen que dicho aprendizaje es necesarno para la evolución pero no suficiente y recurren para avalar su afirmación a la noción piagetiana de equilibración como proceso cognitivo interno en el que estructuras mentales y experiencias externas interactúan hasta conseguir en el sujeto la modificación de las primeras y la explicación coherente de las segundas. El papel de la instrucción sena, entonces, el de producir una adauisición gradual de nuestros resultados experimentales. Es muy probable que los efectos específicos de la enseíianza de la Física sobre el desarrollo cognitivo estén moderadamente retardados, de modo que el tiempo de observación empleado en esta investigación esté por debajo del ((tiempo de espera» propio, lo que podna justificar la ausencia de efectos apreciables detectada en el presente trabajo. Volviendo de nuevo a la pregunta anteriormente planteada sobre la causa del progreso observado en la capacidad de razonamiento seíialaremos, citando a Inhelder y Piaget (1985), tres factores principales que influyen en dicho progreso: maduración del sistema nervioso, experiencia adquirida en la interacción con el entorno físico e influencia del medio social. La sociedad occidental influye en el desarrollo cognitivo del adolescente, a través de sus sistemas educativos, de los medios de comunicación y, en general, de su estilo de vida, de una forma más o menos homogénea para cada capa socioeconómica; la edad y las diferencias individuales hacen el resto. Ante tal conglomerado de influencias, no cabe duda de que la instrucción correspondiente a una asignatura dada es tan sólo un elemento más, potencialmente importante como en el caso particular de la Física, pero puntual en fin de cuentas respecto del conjunto. No obstante lo anterior, el reto de disefiar estrategias instructivas eficaces en orden a acelerar, en una medida desde luego limitada, el proceso de equilibración antes citado sigue en pie. Aun cuando los estudios experimentales disponibles a este respecto no son unánimes en sus resultados (Blake y Nordland, 1978; Renner y otros, 1976), los métodos basados en estrategias de indagación y experimentación parecen tener cierta ventaja frente a los básicamente expositivos o didácticos. conceptos, una inicialización del proceso deequilibración cuya consolidación se realizaría más adelante al contrastarlos suficientemente y en contextos diferenPara una discusión más detallada de este punto ver F. López tes. Dicha explicacióri es, asimismo, oportuna para Rupérez y otros, 1985. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS AGUIRRE DE CARCER, I., 1983, Traducción al español del test de Longeot. Documento fotocopiado. AHLAWAT, K.S. y YBÍLLEH, V., 1982, The factor structure of the Longeot Test: A mesure of Logical Thinking Jour. Res. Sci. Teach. 19,8 647-658. ARONS, A.B., 1976, Cultivating the capacity for formal reasoning; objetives andl procedures in a introductory phisical science course. 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