¿Incide la investigación en didáctica de las ciencias en el contenido de los libros de texto escolares? El caso de la nutrición de las plantas

Pedro Cañal Ana Criado Universidad de Sevilla I En este trabajo se oborda el problema de la insuficiente interreloción entre los procesos de investigación didáctica y la práctica de lo enseñanza de los cien - cias. Partiendo de la base de que en, lo situación actual, los libros de texto si - guen ocupando un lugar privilegiado como principal o único recurso didáctico de uso generalizado, se ha explorado hasta qué punto los contenidos que se incluyen en una muestra de estos materiales resultan coherentes con resultados de investigación sobre un tópico curricular común, como es el de lo nutrición de los plantas, en los niveles de lo enseñanza obligatoria. Monografía Investigación ?innovación en la enseñanza de las ciencias Does research into the teaching of the sciences have a bearing on the content of school textbooks? The case of plant nutrition In this article we look ot the problem of the insufficient interrelation between the processes of didoctic research and the proctice of teoching the sciences. Beginning with the position thot ot present textbooks continue to occupy o privileged place os the main or only didactic resource in general use we hove examined as to what point the contents thot ore included in o somple of these materials ore coherent with research results on a common Curricular topic, as is thot of the nutrition of plants in the different levels af Compulsory Secondory Education. ¿Incide la investigación en didáctica de las ciencias en el contenido de los libros de texto escolares? El caso de la nutrición de las plantas Existe acuerdo en la idea de que la didáctica de las ciencias es un campo de conocimiento e investigacion cuya justificación y finalidad principal se centra en el estudio y resolución de problemas de la educación cien - tífica, con vistas a su mejora. Por tanto, es necesario determinar hasta qué punto incide realmente en la práctica de las aulas el esfuerzo y los resultados que la investigacion en este terreno va obteniendo ante pro - blemas concretos de la enseñanza de las ciencias. La introducción y generalización de cambios didácticos funda - mentados en la investigacion educativa es un proceso particularmente dificil. Basta contemplar estas iniciativas desde una perspectiva históri - ca para percibir la magnitud de los obstáculos e inercias a superar. Las posibilidades de éxito de las propuestas de mejora sólidamente funda - mentadas dependen en gran medida del grado de acogida y repercusión de tales innovaciones en aspectos como los procesos de formacion ini - cial y permanente del profesorado, las condiciones laborales del docente (que imponen fuertes restricciones ante posibles cambios], el marco cu - rricular vigente y los materiales de desarrollo curricular. Todos ellos factores de particular relevancia en el cambio de la enseñanza escolar. En este trabajo nos centraremos en el último aspecto de los an - teriormente mencionados. Teniendo en cuenta que los libros de texto siguen siendo el principal y casi exclusivo material didáctico de uso 56 1 Alambique Didictica de las Ciencias Expcrimentalrs n 34 pp. 56 - 65 octubre 2002 Investigacion e innovacion en la enseñanza de las ciencias 1 generalizado, es preciso reconocer que la mejora de este recurso cons - tituye una importante vía (en paralelo con actuaciones relativas al resto de los factores antes mencionados) para conseguir que los cam - bios necesarios lleguen a incidir, en alguna medida, en la práctica de la enseñanza. El análisis y la evaluación didáctica del contenido de los libros de texto escolares es, por lo anterior, un campo de investigacion impres - cindible, en tanto que estos materiales sigan ocupando una posición central en la enseñanza escolar. Da cuenta de la pujanza actual de estos 1 trabajos en nuestro pais las numerosas aportaciones que se vienen rea - lizando en los últimos años por autores como, por ejemplo, De Posada * (1999), monográfico de la revista A LAMBI Q UE (1997) sobre ((Los libros de texto)), González, Garcia - Barros y Martinez-Losada (1999), Martinez y Silvan (2001), Jiménez y Perales (2001), etc. En esta linea, hemos realizado un análisis del contenido concep - tual relacionado con la nutricion de 1a.s p,lantas qu.: incluyen los libros de texto de tres editoriales (~na~a,'~~ y'Santillanaj, de máxima difu - sión en los centros esco~areses~añ'oles. Este trabajo se ha dirigido a comprobar hasta qué punto los contenidos que incluyen sobre dicho te - ma tienen validez y coherencia, considerándolos a la luz de perspectivas actuales de la investigacion en didáctica de las ciencias, partiendo de las consideraciones y propuestas incluidas en los múltiples trabajos pu - blicados al respecto en los últimos veinte años, período en el que hemos realizado algunas aportaciones sobre esta problemática [Cañal, 1990, 1991,1992, 1997 y 1999). . , .. . Aspectos Nuestro análisis se ha realizado sobre cada uno de los textos actuales de problemáticos y primero a sexto de primaria de las tres editoriales antes mencionadas mejorables en (lo que hace un total deíl8 libros .~ de . - abarcando todos los los textos de contenidos que guardan una 'relación mas directa con la nutrición de primaria anal¡- los seres vivos, tanto la de los heterótrofos (incluyendo a nuestra espezados cie) como la de los autótrofos. Centraremos la exposición de los resultados obtenidos en los apartados que siguen. Sobre las funciones vitales y la nutricion de los seres vivos En los libros de primero de primaria de las tres editoriales apenas se presta atención a las características de los seres vivos y su nutrición; tan solo se menciona alguna necesidad concreta. En segundo, Anaya re - pite el estereotipado ((nacen, crecen, se reproducen y muerenn, que deja 57 1 Alambique Didictica de las Ciencias Experimentales n. 34 octubre 2002 = Investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias de lado aspectos tan característicos como el alimentarse o el reaccionar ante estímulos del medio (aunque sean aspectos menos evidentes en las plantas). Se constata cierto énfasis en recalcar las diferencias entre las perso - nas y los animales, más que en situar nuestra especie, sin reparos, entre los animales. Escasa atención al planteamiento de los problemas básicos de la nutrición: . Qué entradas y salidas de materiales se producen en el cuerpo de los seres vivos. . Por qué motivo este flujo es necesario. . Cómo se lleva a cabo la transformación de los alimentos toma - dos del exterior en las sustancias que forman el cuerpo de cada ser vivo. Esta ultima cuestión solo llega a mencionarse en los textos de tercero y cuarto de SM y no se retoma explícitamente en cursos posteriores. Esta misma editorial emplea en cuarto y sexto el término asimilación, pero no se explica su significado ni se relaciona expresamente con otros conceptos. Los contenidos sobre la nutrición de los seres vivos se desarrollan en los niveles de organismo, sobre todo, y de ecosistema. Se elude toda mención al nivel celular (salvo una anecdótica alusión a la célula en sexto de Santillanal. Poca atención a la función y a la necesidad de la energia en la nu - trición de los organismos. En cuanto a la respiración, en los libros de cuarto, quinto y sexto de las tres editoriales se define básicamente como ((intercambio de gases del organismo con el exterior, tomando oxígeno y desprendiendo dióxido de carbonos. En cuarto de Santillana esta definición llega a acompafiarse de una aun más elemental: ((respirar es tomar y expulsar aire)). En cuarto de Anaya se presenta una interesante analogía del cuerpo huma - no como máquina que necesita energia para funcionar y que obtiene ((quemando ssustancias nutritivas de los alimentos, pero no se relaciona esta «combustión »con la respiración. En sexto de SM se añade a la prime - ra definición una de mayor interés: respirar es tomar oxígeno y combi - narlo con sustancias nutritivas para obtener energías, pero no se subraya que es esa necesidad constante de energía, que se va ((gastandor, lo que explica que todos los seres vivos tengamos que captar oxígeno constan - temente. Una idea, precisamente, que puede proporcionar una visión in - tegrada de ambas perspectivas sobre la respiración: la de intercambio gaseoso y la de producción de energía para las funcionesvitales. 58 ( Alambique Didictica de las Ciencias Expeiinieritales n. 34 octubre 2002 Investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias 1 Sobre la nutrición de las plantas 1 Respecto a la puesta en contacto de la planta con sus alimentos, apenas se incluye alguna mención superficial a cuestiones relativas al crecimiento de los sistemas radicales para captar activamente el agua y las sales minerales necesarias, así como a la capacidad sensorial de la planta para orientarse en ese sentido y también para regular la apertura de los estomas. Sobre los nutrientes inorgánicos, sorprende la frecuencia con que se produce la exclusión de uno u otro de ellos en algún párrafo de la exposición; a veces desaparecen las sales minerales y otras, con ma - yor frecuencia, el dióxido de carbono del aire, manteniéndose siempre el agua. Uno de los aspectos más repetidos y presentes en todas las edito - riales y niveles, salvo muy escasas excepciones, es la opción de caracte - rizar los procesos de fotosíntesis - se emplee o no este término - como mecanismo para la fabricación de «los alimentoss de la planta. Resulta una definición muy desafortunada, pese a su arraigo, puesto que emplea el término alimento (que debe reservarse para hacer referencia a sustan - cias existentes en el medio exterior del ser vivo que este capta para ob - tener de las mismas los nutrientes celulares), para aludir a los propios nutrientes celulares que producen las plantas mediante fotosíntesis. A veces se da en estos textos un excesivo relieve a la producción de oxígeno en la fotosíntesis, Aunque ello es un factor crucial para la vida en la Tierra, hay que evitar el peligro de transmitir la idea de que una de las finalidades de la fotosíntesis es la fabricación de oxígeno, ya que este no es más que un subproducto o residuo del proceso de sintesis de los nutrientes orgánicos celulares. En este mismo sentido, hay que evitar que el alumnado llegue a con - cebir la fotosíntesis como algo muy ligado a un intercambio gaseoso in - verso al respiratorio (Cañal, 1997 y 19991, tomando dioxido de carbono y desprendiendo oxígeno, una concepción que puede ser potenciada por al - gunos contenidos de los textos de tercero y quinto de primaria de Anaya. En los libros correspondientes al tercer ciclo de primaria de las tres editoriales analizadas se da relieve a la comparación entre los inter - cambios gaseosos que se producen en la fotosíntesis y en la respiración. Una opción inadecuada, a nuestro juicio, ya que refuerza el peligro puesto de manifiesto en los dos puntos anteriores. Respecto al papel de la luz del Sol en los procesos de fotosíntesis, o no se indica cuál es o aparece expresado en forma muy vaga, sin indi - car, al menos, que proporciona la energía necesaria para la síntesis de los nutrientes orgánicos básicos que necesitan las células para vivir. 59 1 Alambique Didáctica de las Ciencias Experimentales n. 34 iuctubre 2002 l Investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias 1 Sobre la nutrición autótrofa y heterótrofa 1 Un rasgo general, que es preciso corregir, es que se dedica mucha más atención en los textos a diferenciar un tipo de nutrición del otro, que a poner de manifiesto lo que ambas tienen en común. Para ello, es necesario partir de un mismo esquema sobre la nutrición de los seres vi - vos, de forma que este pueda aplicarse por igual, empleando los mismos términos y con la misma significación, para caracterizar la nutrición de las plantas y la de los animales. De la misma manera, también es preciso incluir contenidos que permitan comprender la relación existente entre las características anatómicas de un ser vivo y su forma de nutrición, es decir, en concreto, por qué el cuerpo de las plantas está provisto de unos determinados ór - ganos y el de los animales, de otros. Es una cuestión muy poco tratada en estos libros. Se suele definir la nutrición heterótrofa por oposición a la autótrofa, manifestando que los animales no pueden fabricar ((sus propios alimentos*, o las sustancias orgánicas que necesitan, a partir de sustan - cias inorgánicas y energía solar. Pero la nutrición heterótrofa también puede definirse en positivo, como la de aquellos seres que son capaces de obtener los nutrientes inorgánicos y orgánicos que necesitan a partir de los alimentos de todo tipo (energéticos o no] existentes en su entor - no. Dicho proceso se efectúa con la intervención de sistemas digestivos, para transformar las sustancias orgánicas complejas que ingieren (teji - dos de origen animal o vegetal, que contienen polisacáridos, proteinas, grasas, vitaminas, etc., junto con agua y sales minerales) en nutrientes celulares básicos (glucosa, aminoácidos, ácidos grasos, bases nitrogenadas, etc., junto con los inorgánicos), que son las materias primas que necesitan las celulas para su metabolismo. En los libros analizados se olvida con cierta frecuencia poner de ma - nifiesto la presencia de los nutrientes agua y sales minerales en la mayo - ría de nuestros alimentos y la importancia que tienen para nosotros. En segundo de SM, quinto de Anaya y sexto de SM, se da a enten - der, por la redacción empleada, que mediante la digestión conseguimos proteinas, grasas, azúcares, etc., en vez de los nutrientes celulares bási - cos antes mencionados, que son los auténticos productos orgánicos del proceso digestivo. En el caso de nuestra especie, y en las demás especies animales, los libros analizados recogen la idea mayoritaria de considerar que ob - tenemos todos nuestros nutrientes por la vía del sistema digestivo, es decir, a partir de los alimentos sólidos o líquidos que ingerimos. Se considera, por tanto, que el oxígeno no es un nutriente y se suele decir, 60 1 Alambique Didictica de las Ciencias Experimentales n. 34 octubre 2002 Investigación e innovación en la enserianza de las ciencias 1 por ejemplo, que ala sangre transporta los nutrientes y el oxigenoa. Te - niendo en cuenta que el oxígeno si es un nutriente, de enorme impor - tancia, además, es preciso estudiar de qué forma se puede evitar este problema conceptual e introducir la noción de que el aire también es un alimento para los seres vivos, puesto que es la fuente principal para obtener diversos nutrientes (dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, dióxido de azufre, etc.], fundamentales para el metabolismo de unos u otros organismos. En cuanto a la digestión, hay textos en las tres editoriales que po - tencian una visión de la misma como mera separación o fragmentación mecánica de los alimentos, de la que resultaría, por una parte, las sus - tancias nutritivas que hay en ellos, que pasarian a la sangre, y, por otra, las que no son aprovechables, que formarían los excrementos. Aspectos Aparte de poner de manifiesto la presencia, como en primaria, de un problemáticos y número injustificado de erratas tipográficas, omisiones y errores, el mejorables en análisis realizado permite afirmar, como se verá, que los aspectos los textos de problemáticos detectados en los libros de primaria siguen estando secundaria presentes en los textos de primero, segundo, tercero y cuarto de secundaria de las mismas editoriales anteriores. Veamos los más rele - vantes. Sobre las funciones vitales y la nutrición del ser vivo 1 En el libro de primero de secundaria de Anaya se mantiene la tendencia, detectada en los textos de primaria, de acentuar las dife - rencias entre nuestra especie y los demás animales, más que potenciar con naturalidad una plena asunción de la naturaleza animal de la es - pecie humana. En algunos casos (primero de Anaya y Santillana, segundo de Anaya y tercero de Santillana) se proporciona una visión de la nutri - ción centrada en el nivel de organismo, excluyendo prácticamente el nivel celular. Y en otros se denota una mala integración entre conte - nidos relativos a ambos niveles de organización. El retraso del mo - mento de introducir contenidos sobre el nivel celular, que ya se valoró negativamente en el análisis de los textos de primaria, puede obsta - culizar fuertemente el progreso del conocimiento significativo del alumnado sobre la nutrición y otras nociones sobre los seres vivos. El concepto de célula ocupa un lugar central en el conocimiento bioló - gico y es evidente que debe introducirse unas primeras formulaciones 61 1 Alambique Didictica de las Ciencias Experimentales n. 34 octubre 2002 lnvestigacion e innovación en la enseñanza de las ciencias elementales del mismo desde la enseñanza primaria y, naturalmente, en el primer ciclo de secundaria. Se mantiene, en forma casi general, la presentación de un concep - to de nutrición muy próximo al de alimentación, centrado casi exclusi - vamente en los momentos de obtención de nutrientes, a partir de los alimentos, y de transporte de los mismos cca todas las partes del cuerpos o hasta las células. En tercero y cuarto de SM, por ejemplo, se desarrolla una concepción sobre la nutrición como proceso dirigido a ccproporcionar a las células lo que necesitan)), una idea que concuerda mejor con el concepto de alimentación. Hay bastantes casos de omisión de los alimentos no energéticos o de los nutrientes inorgánicos en la descripción de la nutrición de los animales. También es patente la dificultad generalizada en estos libros para aceptar que una sustancia gaseosa pueda considerarse como alimento y, como tal, aporte nutrientes a los seres vivos. El problema parece radi - car fundamentalmente en que en estos textos no se llega a adoptar sin reservas una visión de la nutrición como «proceso global de flujo y transformación de materiales y energía en los organismos »(consideran - dolos también en el nivel celular), más allá de las particularidades de las estructuras corporales (órganos, aparatos y sistemas) que pueda emple - ar cada tipo de ser vivo para lograr lo que resulta esencial y común: ob - tener de cualquier fuente exterior (alimentos), los nutrientes que las células necesitan para realizar sus funciones vitales. Siendo el oxígeno, el dióxido de carbono o el nitrógeno nutrientes esenciales para unos u otros seres vivos, ¿cómo no aceptar que el aire de donde proceden (aun - que no se obtenga por la vía digestiva) tiene el carácter de alimento pa - ra ellos? Es imprescindible, para presentar un esquema unificado y coherente sobre la nutrición del ser vivo, que el concepto de alimento deje de relacionarse exclusivamente con las sustancias que ingresan en el aparato digestivo de los animales y se amplíe a todos los materiales del medio exterior que ingresan en el organismo, en la fase inicial del proceso de nutrición, y constituyen la materia prima para la obtención de los nutrientes celulares. En primero de Anaya y Santillana se incluye tan solo la concepción de la respiración como intercambio gaseoso por el que el organismo capta oxígeno y expulsa dióxido de carbono. Ello está relacionado con la opción que se tomó en estos libros de excluir el nivel celular pero, incluso dentro de esa decisión objetable de no mencionar las células, no hay ninguna razón para no manifestar que el sentido y objetivo final de la respiración es siempre la obtención de energía para realizar las funciones vitales. 62 1 Alambique Didictica de las Ciencias Experimentales n. 34 oetubre 2002 Investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias 1 1 Sobre la nutrición de las plantas Se mantiene con fuerza la visión de la fotosíntesis como proceso dirigido a la producción interna de ((alimentos)) (en siete de los doce textos analizados). Pero la idea anterior sobre la fotosintesis se complementa con otros rasgos en cinco de esos libros, y se propone como principal en otros dos, con la presentación de la fotosíntesis como mecanismo dirigido a la producción de carbohidratos, sin mencionar la intervención de pro - cesos fotosintéticos en la fabricación de otros nutrientes orgánicos (como, por ejemplo, los aminoácidos o los ácidos grasos). Lo anterior se acompaña, y es lógico que así sea, con el frecuente «oIvidor de las sales minerales en una buena parte de estos textos, bien al mencionar los nutrientes inorgánicos de las plantas, bien al describir los procesos de fotosíntesis. Pero claro: si la finalidad de la fotosíntesis, como se afirma en estos textos, es la de ((producir carbo - hidrato~ (glucosa]s, ¿para qué necesita la planta sales minerales?; ¿qué haria con los nitratos, fosfatos, sulfatos, etc. que toma por las raíces? En algunos libros (l o , 20, 30 de SM y 30 de Anaya) se incluye una concepción mas amplia y actual de la fotosintesis, como ((proceso de producción de sustancias orgánicas", pero en la mayoría de los casos ello no evita que en otros momentos se enfatice la producción de car - bohidrato~ y no se mencione la de los demás nutrientes orgánicos (aminoácidos, ácidos grasos, bases nitrogenadas, etc.). ' Sobre la nutrición heterótrofa y sus relaciones con la autótrofa 1 Llama la atención que en los textos de primero y tercero de Santillana se realice la descripción de la nutrición humana ciñéndose tan so - lo a contenidos sobre los órganos macroscópicos implicados: digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor, sin hacer ninguna mención a los procesos celulares de síntesis y degradación de sustancias. En los de primero, segundo y tercero de SM y primero de Anaya, se formula y se describe la nutrición de manera que se induce fácilmente a creer que los hidratos de carbono, las grasas, las proteínas, etc., es decir, las sustancias orgánicas complejas que forman parte de los alimentos energéticos de los animales, son nutrientes orgánicos que los animales obtienen o producen a partir de sus alimentos (¿por digestión?); una in - terpretación que hay que evitar. 63 ( Alambique Diddrtica de las Ciencias Experimentales n. 34 octubre 2002 Investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias Referencias bibliogróficas En primero y tercero de Santillana se da una visión mecánica de la digestión, como división o fragmentación de los alimentos, eludiendo la esencia del proceso digestivo: la producción química de los nutrientes orgánicos celulares, a partir de los complejos alimentos energéticos de los heterótrofos. En Anaya (lo, 20 y 30) y Santillana (lo y 20) se caracteriza a los orga - nismos autótrofos como seres que «se alimentan a si mismosr, es decir, capaces de fabricar su propio alimento. Esta es una de las nociones esco - lares más generalizadas y, al mismo tiempo, peor comprendidas y acep - tadas por el alumnado, por lo que urge evitar su empleo y promover la construcción de concepciones sobre los organismos autótrofos como «seres capaces de fabricar los nutrientes orgánicos celulares a partir de nutrientes inorgánicos y una fuente de energía suplementaria a la mitocondrial (como la luz solar o algún compuesto químico oxidable)~. Los resultados expuestos permiten dar una respuesta parcial al in - terrogante incluido en el título de este trabajo. Para las tres editoriales analizadas y para los contenidos relacionados con la nutrición de las plantas, parece evidente que el nivel de incidencia de los resultados de la investigación didáctica sobre los contenidos de los textos escolares es muy bajo. Tanto desde un punto de vista cualitativo como cuantitati - vo, la presencia de contenidos inadecuados es muy importante en estos mac;/ales y revela una grave desconexión entre la investiga$ó~dác- -1 U _ _ - cca sobre los contenidos curriculares y algunas de las principales em-- presas editoras de textos escolares, al parecer no muy preocupadas por este tipo de deficiencias. Una desconexión que, de resultar generalizada y mantenida, puede suponer un obstáculo de primera magnitud, junto a otros, para la mejora fundamentada de la enseñanza de las ciencias. CANAL , P. (1990): La enseñanza en el campo conceptual de la nutrición de las plantas verdes. Un estudio didáctico cn lo enseñanza básica. Tesis doctoral in - édita. Sevilla. Universidad de Sevilla. CANAL , P. (1991): #Las concepciones de los alumnos y alumnas sobre la nutri - ción de las plantas verdes» en Investigación en la Escuela, n. 13, pp. 97-113. CANAL , P. (1992): Módulos didócticos. 1. ¿Cómo mejorar lo enseñanza sobre la nutrición de las plantas verdes?SeviIla. Junta de Andalucía. CANAL , P. (1997): «La fotosíntesis y la respiración inversa de las plantas: jun problema de secuenciación de con ten id os?^ en Alambique, n. 14, pp. 21 - 36. CANAL , P. (1999): ~Photosynthesis and 'inverse respiration' in plants: an inevi - table misconception?n en International Journal of Science Education, vol. 21, n. 4, PP. 363-371. 64 1 Alambique Didáctica de lar Ciencias Experirncntaler n. 34 octubre 2002