TEMA 5.- CIENCIAS.
1.- El problema de la física intuitiva.
1.1.- Teoría del cambio conceptual.
2.- Reconocimiento de anomalías: descartando una concepción errónea.
2.1.- La teoría: el conocimiento descriptivo frente a la explicación.
2.2.- Investigación sobre las ideas erróneas de los alumnos en física.
2.3.- Implicaciones para la enseñanza.
3.- Iniciando el cambio conceptual: construcción de un nuevo concepto.
3.1.- El aprendizaje como asimilación frente a acomodación.
3.2.- Investigación sobre los modelos analógicos efectivos.
3.3.- Implicaciones para la enseñanza.
4.- Desarrollando el razonamiento científico: uso de un nuevo concepto.
4.1.- El razonamiento científico como evaluación de hipótesis frente a la
creación de hipótesis.
4.2.- Investigación sobre el pensamiento científico del alumno.
4.3.- Implicaciones para la enseñanza.
5.- La formación de un científico experto: aprendiendo a construir y a usar el
conocimiento científico.
5.1.- Investigación comparativa de físicos novatos y expertos.
5.2.- Implicaciones para la enseñanza.
Objetivo del tema
¿Qué procesos cognitivos están implicados en el aprendizaje de un
nuevo principio científico?
1.- El reconocimiento de que nuestra concepción es inadecuada para la
explicación de nuestras observaciones.
2.- El desarrollo de un nuevo concepto que se adapte mejor a la información
observada.
3.- La aplicación de nuestras ideas a la resolución de un nuevo problema
científico.
4.- El desarrollo del dominio en el razonamiento científico.
También se examinarán las técnicas para fomentar cada uno de estos cuatro
procesos.
1.- El problema de la física intuitiva.
La enseñanza debe tener en cuenta que los alumnos abordan el aprendizaje
de las ciencias con ideas previas y por tanto la enseñanza no puede
entenderse como la adquisición de un tema completamente nuevo, sino que
supone comenzar con la ya existente física o ciencia intuitiva.
El objetivo sería intentar cambiar o construir conocimientos a partir de estas
concepciones.
1.1.- Teoría del cambio conceptual.
¿Cómo definimos el aprendizaje?
Punto de vista tradicional: implica la acumulación de información en la
memoria.
Cambio conceptual: ocurre cuando nuestro conocimiento previo se
reemplaza por uno nuevo.
Incluye tres pasos:
 Reconocimiento de una anomalía: nuestro conocimiento no puede
explicar los hechos. Toma de conciencia de ideas equivocadas que debemos
desterrar.
 Construir un nuevo modelo o conocimiento que explique los hechos
(reemplazar)
 Usar un nuevo modelo o conocimiento: ser capaces de utilizar nuestro
nuevo modelo en la solución de un problema.
2.- Reconocimiento de anomalías: descartando una concepción errónea.
2.1.- La teoría: el conocimiento descriptivo frente a la explicación.
Objetivo de la ciencia
Punto de vista tradicional: describir el mundo natural, incluyendo las
relaciones entre variables que se expresan en leyes.
Punto de vista del cambio conceptual: describir y explicar el mundo natural
incluyendo los mecanismos que describen las leyes.
Si la ciencia no sólo describe sino que también explica hechos naturales se
entiende que los alumnos puedan empezar situaciones de aprendizaje con
ideas ya preconcebidas, que cuando son erróneas deben reconocerlas como
tales para un buen aprendizaje.
2.2.- Investigación sobre las ideas erróneas de los alumnos en física.
Problemas que demuestran las ideas erróneas sobre el movimiento:
 El problema del acantilado.
 El problema de la pelota
 El problema de la moneda.
 El problema del cohete.
¿Ayuda el aprendizaje sobre el movimiento en física a las concepciones
erróneas que tienen los alumnos sobre este conocimiento?
La respuesta es no. El aprendizaje muestra algún efecto positivo en el
cambio de concepción pero algunas ideas preconcebidas se mantienen
intactas con independencia de dicho aprendizaje.
2.3.- Implicaciones para la enseñanza.
Método de enseñanza.
Punto de vista tradicional: método descriptivo.
Punto de vista del cambio conceptual: predicción-observación-explicación:
los alumnos pronostican lo que va a pasar, observan lo que ocurre y explican
por qué sus observaciones se contradicen con sus predicciones. Con este
método confrontamos al alumno con sus ideas equivocadas para que tomen
conciencia de ellas.
Estrategias de los alumnos ante la confrontación:
a.- aprenden un conjunto de reglas para el colegio y otras para el mundo real.
b.- desechan sus concepciones previas y las reemplazan con concepciones
consistentes con las teorías científicas.
3.- Iniciando el cambio conceptual: construcción de un nuevo concepto.
3.1.- El aprendizaje como asimilación frente a acomodación.
Perspectiva tradicional: aprendizaje por asimilación: encajar la nueva
información en su conocimiento preexistente. En este caso los conceptos
existentes permanecen iguales pero se conectan con la nueva información.
Perspectiva del cambio conceptual: aprendizaje por acomodación: el
alumno debe reemplazar o reorganizar sus conceptos centrales cuando los
actuales son inadecuados y no le permite comprender algún fenómeno
nuevo.
El reconocimiento por sí solo de una anomalía no garantiza que un alumno
encuentre una nueva concepción adecuada. Para que se produzca un
aprendizaje por acomodación la nueva concepción debe reunir tres
características:
Inteligible: se debe comprender cómo funciona el nuevo concepto.
Plausible: se debe ver cómo es de consistente la nueva concepción con otro
conocimiento y si explica la información disponible.
Fructífera: ser capaz de ampliar la concepción a nuevas áreas de
investigación.
En general, la nueva concepción debe tener sentido para el alumno y ser útil
para resolver los viejos y los nuevos problemas.
¿Cómo se puede conseguir esto?
Analogías: ocurre cuando un alumno puede construir un mapa entre las
partes y las relaciones de un modelo (llamadas base) y las partes
correspondientes y relaciones entre un sistema natural (llamadas objetivo)
3.2.- Investigación sobre los modelos analógicos efectivos.
¿Qué hace que un modelo analógico sea bueno?
Una característica importante es que sea un modelo visual, es decir, una
ilustración del modelo analógico. Ésta es una práctica poco usada en los
libros de texto.
3.3.- Implicaciones para la enseñanza.
Implicación de la investigación sobre los modelos analógicos en
ciencias: los profesores deberían ver la enseñanza como un proceso de
ayuda a los alumnos a adquirir progresivamente teorías más sofisticadas
sobre los fenómenos científicos.
4.- Desarrollando el razonamiento científico: uso de un nuevo concepto.
4.1.- El razonamiento científico como evaluación de hipótesis frente a la
creación de hipótesis.
Lo visto en los dos apartados anteriores demuestra que los cambios
conceptuales dependen de las anomalías y las analogías. El siguiente paso
para el cambio conceptual es la aplicación; ser capaz de utilizar el propio
conocimiento para razonar científicamente los experimentos. En este
apartado comparamos dos puntos de vista sobre el razonamiento científico.
Punto de vista tradicional: es el proceso de evaluación de hipótesis en el
que el alumno evalúa sistemáticamente cada hipótesis posible. Para llevar a
cabo este razonamiento se requiere el pensamiento formal (nivel más alto del
desarrollo cognitivo) que supone la habilidad de pensar en términos
abstractos (símbolos) y tener en cuenta muchas variables y dimensiones del
problema al mismo tiempo.
Teoría del cambio conceptual: segundo tipo de razonamiento; la creación
de hipótesis es necesaria cuando la evaluación sistemática de hipótesis
fracasa. Se produce cuando el alumno ha rechazado todas las hipótesis que
se derivan de la concepción del problema y ahora debe crear nuevas
hipótesis basándose en la nueva concepción del problema. De acuerdo con
esta teoría, una explicación del razonamiento científico que obvia la creación
de hipótesis es incompleta.
4.2.- Investigación sobre el pensamiento científico del alumno.
Evaluación de hipótesis: las investigaciones en este campo demuestran
que los alumnos no utilizan de manera constante el pensamiento científico.
Estudio de Karplus et al. (1979): tarea de razonamiento proporcional y tarea
de control de variables.
Éste y otros estudios demuestran que los alumnos que no son capaces de
resolver problemas científicos tienen una tendencia a la confirmación, es
decir, utilizan estrategias sólo para encontrar evidencias que apoyen la teoría
pero no para encontrar anomalías que la refuten.
4.3.- Implicaciones para la enseñanza.
Los alumnos necesitan entrenarse en cómo evaluar sistemáticamente sus
hipótesis, incluyendo el entrenamiento para controlar variables superfluas.
De acuerdo con el punto de vista del cambio conceptual, los alumnos
necesitan aprender a valerse de las discrepancias o las anomalías como
factores interesantes para ser explicados y para buscar teorías alternativas
que puedan explicar mejor los datos. Necesitan vencer la tendencia a buscar
datos que confirmen su teoría e ignorar los datos discrepantes.
La enseñanza para la evaluación de hipótesis: los estudios demuestran
que la actividad de laboratorio por sí sola no induce a que los alumnos
aprendan razonamiento científico. Los alumnos deben ser alentados a pensar
de forma científica en dichas situaciones, controlar variables, evaluar
hipótesis, etc.
La enseñanza de la creación de hipótesis: los alumnos tienen problemas en
diferenciar entre una teoría y los datos. Muchos ven los datos como evidencia
que puede apoyar en lugar de refutar una teoría.
5.- La formación de un científico experto: aprendiendo a construir y a
usar el conocimiento científico.
¿Qué saben los expertos que los novatos desconocen?
De acuerdo con el punto de vista tradicional se diferencian sólo en términos
cuantitativos (en términos de cuánto conocen)
Según la teoría del cambio conceptual la diferencia es también cualitativa (en
términos de qué conocen): no sólo consiste en adquirir información sino
también en reorganizar los conocimientos de manera útil.
5.1.- Investigación comparativa de físicos novatos y expertos.
Resultado de un estudio de Larkin et al. (1980): los alumnos de primer año de
física tardaban cuatro veces más que los profesores de física en resolver
problemas.
Conocimiento implicado en el dominio de la física:
Conocimiento de hechos: conocimientos básicos sobre física, incluyendo
las leyes físicas.
Conocimiento semántico: conocimiento de los conceptos que subrayan las
variables en las leyes físicas, como entender lo que significa fuerza, masa o
aceleración.
Conocimiento esquemático: conocimiento de los tipos de problemas, tales
como conocer si un problema implica la conservación del movimiento.
Conocimiento estratégico: conocimiento sobre cómo generar y supervisar
los planes para la resolución de un problema.
Diferencias entre expertos y novatos en el conocimiento de los hechos.
Los novatos almacenan sus conocimientos de hechos sobre la física como
fórmulas individuales que están separadas en unidades pequeñas, mientras
que los expertos poseen fórmulas de solución conectadas entre sí, a las que
se puede acceder como un conjunto (unidades grandes). Así, mientras que
los principiantes tienen que ir paso a paso y tienen que hacer muchas
revisiones, los expertos son capaces de resolver todo a la vez utilizando un
procedimiento más integrado.
Diferencias entre expertos y novatos en el conocimiento semántico.
El conocimiento semántico es el conocimiento de conceptos que definen la
situación del problema. Los físicos necesitan conocer no sólo las fórmulas
sino también lo que significan los términos de las fórmulas y cómo se
relacionan con las descripciones en los problemas de física.
Estudio de Larkin (1983): véase el problema de las tres carretas (pag. 223)
Resultados: los novatos construyen representaciones ingenuas sobre el
problema que no estaban relacionadas semánticamente con los conceptos
físicos. Los expertos son capaces de ver los conceptos físicos; tienden a
construir representaciones basadas en la física.
Diferencias entre expertos y novatos en el conocimiento esquemático.
Es el conocimiento sobre los tipos de problemas (véase figura de la página
224).
Los novatos clasifican los problemas basándose en similitudes superficiales,
es decir, en las características físicas de los objetos.
Los expertos categorizan los problemas basándose en las similitudes
estructurales, es decir, en los principios físicos requeridos para resolverlos.
Diferencias entre expertos y novatos en el conocimiento estratégico.
Los expertos trabajan “hacia delante”
grandes, mientras que los
y utilizan unidades funcionales
novatos trabajan “hacia detrás”
y utilizan
unidades funcionales pequeñas.
5.2.- Implicaciones para la enseñanza.
Simon (1980) sugiere que la enseñanza de las ciencias debe cumplir dos
objetivos básicos:
 Proporcionar una base de conocimiento rica.
 Desarrollar estrategias generales de resolución de problemas relevantes
de las ciencias.
Los alumnos necesitan tanto una cierta cantidad de conocimiento básico de
hechos como el entrenamiento en las habilidades de resolución de problemas
que pueden aplicarse a este conocimiento.
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