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Para la Educación,
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Enseñanza de las Ciencias y la Matemática
CIENCIAS

Daniel Gil Pérez
Universitat de València

Parte II

El Modelo Constructivista de Enseñanza/Aprendizaje de las ciencias:
Una Corriente Innovadora Fundamentada en la Investigación

Queremos llamar la atención, en primer lugar, contra cualquier tentación de ver en los planteamientos constructivistas hoy en auge -a los que dedicamos básicamente esta segunda parte- "la solución" a los problemas de enseñanza/ aprendizaje de las ciencias. Se corre, efectivamente, el peligro de que se conviertan en un nuevo eslogan superficial e ineficaz, por tanto, para la mejora del aprendizaje. Si algo comienza a estar claro hoy, precisamente, es la necesidad de romper con la idea ingenua -pero extraordinariamente extendida- de que enseñar es fácil: cuestión de personalidad, de sentido común o... de encontrar la receta adecuada para acabar con la "enseñanza tradicional". Más aún, resulta necesario comprender -como ya hemos señalado en el capítulo I.2- que tras la idea vaga de enseñanza tradicional existe un modelo coherente de enseñanza/ aprendizaje por transmisión/ recepción de conocimientos ya elaborados (Gil 1983; Millar y Driver 1987) y que la renovación de la enseñanza no puede ser cuestión de simples retoques, sino que presenta las características y dificultades de un cambio de paradigma.
Si tras varias décadas de esfuerzos innovadores no se ha producido una renovación efectiva de la enseñanza, ello puede ser atribuido, precisamente, a la falta de comprensión de la coherencia global del modelo "tradicional" y a la ausencia de un nuevo paradigma capaz de dar respuesta a las dificultades encontradas por el primero. Intentaremos aquí evitar estos planteamientos ateóricos, mostrando que los avances en la transformación efectiva de la enseñanza de las ciencias son el fruto complejo -en ningún modo reducible a recetas- del desarrollo convergentes de diversas líneas de investigación.
El modelo constructivista está jugando hoy ese papel integrador, tanto de las investigaciones en los diferentes aspectos de la enseñanza/ aprendizaje de las ciencias, como de las aportaciones procedentes del campo de la epistemología, psicología del aprendizaje, etc. De este modo, las propuestas constructivistas se han convertido en el eje de una transformación fundamentada de la enseñanza de las ciencias.

II.1. Los errores conceptuales como síntoma

Resumen II.1

Se parte de la conmoción provocada por la constatación de que elevados porcentajes de alumnos -incluso universitarios- cometen graves errores en conceptos fundamentales y reiteradamente enseñados.
Se analizan detenidamente las causas de estos errores, relacionadas con la existencia de formas espontáneas de pensamiento y con planteamientos docentes incorrectos.

Un fracaso movilizador.

La asimilación por los alumnos de los contenidos conceptuales transmitidos por el profesorado o los manuales y su capacidad para reproducirlos, ha constituido el objetivo más básico de la enseñanza por transmisión de conocimientos ya elaborados. Y todo parecía indicar que , frente a las dificultades encontradas en otros campos como el de la resolución de problemas o el de los trabajos prácticos, un porcentaje suficientemente elevado de estudiantes alcanzaba este objetivo. Bastantes alumnos contestan, efectivamente, con relativa corrección al tipo de cuestiones teóricas habitualmente empleadas en los exámenes. Puede comprenderse, pues, el aldabonazo que supuso -gracias a la introducción de otro tipo de cuestiones- la puesta en evidencia de una grave y general incomprensión de incluso los conceptos más fundamentales y reiteradamente enseñados. Una sencilla pregunta cualitativa del tipo "una piedra cae desde cierta altura en un segundo ¿cuánto tiempo tardará en caer desde la misma altura otra piedra de doble masa?" mostraba que un porcentaje muy alto de alumnos al final de su educación secundaria (e incluso de estudiantes universitarios) consideraba que una masa doble se traducía en mitad de tiempo de caída. Y ello después de haber resuelto decenas de ejercicios numéricos sobre caída de graves e incluso después de haber hecho un estudio experimental.(La práctica sobre caída de graves es una de las pocas que suelen hacerse en el período de la educación secundaria).

La publicación de algunos estudios rigurosos como la tesis de Laurence Viennot (1976) atrajo la atención sobre este problema que cuestionaba la efectividad de la enseñanza allí donde los resultados parecían más positivos; los alumnos no sólo terminaban sus estudios sin saber resolver problemas y sin una imagen correcta del trabajo científico, sino que la inmensa mayoría de ellos ni siquiera había logrado comprender el significado de los conceptos científicos más básicos, a pesar de una enseñanza reiterada. Particularmente relevante era el hecho de que esos errores no constituían simples olvidos o equivocaciones momentáneas, sino que se expresaban como ideas muy seguras y persistentes, afectando de forma similar a alumnos de distintos países y niveles (incluyendo a un porcentaje significativo de profesores).

No es de extrañar, pues, que el estudio de los que se denominaron errores conceptuales se convirtiera rápidamente en una potente línea de investigación y que el profesorado concediera a dichos estudios una particular atención, como si conectara con algo que en cierto modo se hubiera ya intuido más o menos confusamente a través de la práctica docente.

Desde mediados de los años 70 la detección de errores conceptuales relevantes ha dado lugar a una abundante literatura (ver amplias selecciones bibliográficas en Osborne y Wittrock 1983; Carrascosa 1985; Hierrezuelo 1989), Todos los campos de las ciencias han sido analizados: la Mecánica en primer lugar, en donde parece que se dan los errores más persistentes (McDermott 1984; Sebastiá 1984) pero también el Calor (Macedo y Soussan 1985) la Electricidad (Varela 1989), la Optica (De la Rosa et al 1984; Viennot y Kaminsky 1989), la Biología (Jiménez 1987), la Geología (Granda 1988) o la Química (Furió 1986)

Una vez puesta en evidencia la extensión y gravedad de los errores conceptuales, la investigación se centró en la comprensión de sus causas y en el diseño de estrategias de enseñanza que permitieran salir al paso de unos resultados tan negativos.

Estos intentos de explicación de la abundancia y persistencia de errores conceptuales en numerosos dominios de las ciencias han apuntado básicamente a dos causas, relacionadas, además, entre sí:

Por una parte se ha barajado la hipótesis -con unos u otros matices- de que esos "errores" constituyen más bien ideas espontáneas o preconcepciones que los alumnos ya tenían previamente al aprendizaje escolar. En segundo lugar, la atención se ha dirigido hacia el tipo de enseñanza habitual, poniendo en duda que la transmisión de conocimientos elaborados haga posible una recepción significativa de los mismos, es decir, haga posible que los alumnos pasen a tener las ideas que les han transmitido. Nos referiremos con algún detalle a los estudios realizados en ambos campos.

II.1.1. De la idea de "errores conceptuales" a la de preconcepciones

Las investigaciones sobre errores conceptuales condujeron muy rápidamente a distintos autores a verificar la hipótesis más plausible de la existencia en los niños de ideas sobre temas científicos previas al aprendizaje escolar y que fueron designadas como teorías ingenuas (Caramazza et al 1981), ciencia de los niños (Gilbert et Al 1982; Osborne y Wittrock 1983), esquemas conceptuales alternativos (Driver y Easley 1978), Representaciones (Giordan 1985), etc, etc.

Conviene señalar que, aunque el interés por las preconcepciones es reciente, existen precedentes que, con notable antelación, llamaron la atención sobre la "prehistoria del aprendizaje" (Vigotsky 1973) o se refirieron al hecho de que, a menudo, "se conoce contra un conocimiento anterior" (Bachelard 1938). Y es necesario no olvidar tampoco los trabajos de Piaget (1971), que plantean el rastreo del origen psicológico de las nociones hasta sus estadios precientíficos, o de Ausubel (1978), quien llega hasta afirmar: "si yo tuviera que reducir toda la psicología educativa a un sólo principio, enunciaría este: averigüese lo que el alumno ya sabe y enséñese consecuentemente".

La mayoría de los estudios, realizados en campos muy diversos, aunque muy particularmente en mecánica (McDermott 1984), coinciden básicamente en la caracterización de esos conocimientos previos:

También la mayoría de los autores coinciden en considerar esas preconcepciones como el fruto de las experiencias cotidianas de los niños, tanto de sus experiencias físicas (que están constantemente reforzando la idea de que los cuerpos más pesados caen más aprisa, o de que hace falta aplicar una fuerza para que un cuerpo se mueva, etc, etc), como de las sociales (a través, p.e., del lenguaje (Llorens et al 1989), que constituye la cristalización de un conocimiento precientífico en el que calor y frío aparecen como sustancias o la palabra animal constituye un insulto). El carácter reiterado de estas experiencias explicaría, en parte, la persistencia y demás propiedades de las preconcepciones (ser comunes a estudiantes de diferentes medios y edades, etc). Algunos autores, sin embargo, han defendido interpretaciones diferentes. Conviene detenerse en estudiar sus argumentos -compartidos intuitivamente por parte del profesorado- y profundizar así en el origen de esas preconcepciones para fundamentar un posible tratamiento de las mismas que facilite la comprensión de los conocimientos científicos por los alumnos, evitando los "errores conceptuales".

Nos referiremos en primer lugar a las tesis de McClelland (1984), quien expresa toda una serie de reservas acerca de la existencia misma de esquemas conceptuales alternativos:

a) Suponer que los alumnos poseen esquemas conceptuales de una cierta coherencia significa atribuirles un comportamiento similar al de los científicos, ignorando la diferencia radical entre el pensamiento de los niños y el de los científicos.

b) Los fenómenos físicos no son lo suficientemente relevantes para la inmensa mayoría de los seres humanos y, por tanto, no pueden ser objeto de la concentración y esfuerzo necesarios que precisa la construcción de esquemas teóricos.

c) Las respuestas de los niños a las cuestiones que se les plantean sobre los fenómenos físicos que forman parte de su experiencia, no son indicativos de la existencia de preconcepciones, sino el resultado de un cierto imperativo social que les obliga a una "inatención estratégica", es decir, a dar una respuesta dedicándole el mínimo de atención necesaria para no chocar con el profesor.

d) Al suponer que el desarrollo histórico de las ideas científicas se reproduce en cada individuo, se infravalora gravemente la potencia y cohesión de las ideas de los adultos en cualquier sociedad humana y se olvidan las diferencias de contexto y de propósito entre el pensamiento adulto y el infantil.

No es difícil mostrar algunas insuficiencias en los argumentos de McClelland. en primer lugar, al imputar los errores conceptuales a una "inatención estratégica" de los alumnos y no a la existencia de verdaderas preconcepciones, no tiene en cuenta que algunos de esos errores -particularmente en el dominio de la mecánica- no son sólo cometidos por niños, sino también por estudiantes universitarios e incluso por profesores en activo (Carrascosa y Gil 1985).

Es cierto que, como McClelland señala, la diferencia entre el pensamiento de los niños y el de los científicos es categórica y no de grado; pero lo mismo puede decirse acerca de las concepciones elaboradas por los pensadores de la antigua Grecia: son esencialmente diferentes de las ideas científicas. De hecho, las claras semejanzas entre las concepciones infantiles sobre el movimiento y el paradigma aristotélico -mostradas por los estudios de Piaget (1970) sobre epistemología genética- no puede ser accidental, sino la consecuencia de una misma metodología, consistente en sacar conclusiones a partir de observaciones cualitativas no controladas, en extrapolar las "evidencias", aceptándolas acríticamente (Piaget 1969). Esta es la forma de pensamiento que llevaba a Aristóteles a escribir: "Un peso dado cubre una cierta distancia en un tiempo dado, un peso mayor cubre la misma distancia en un tiempo menor, siendo los tiempos inversamente proporcionales a los pesos. Así, si un peso es doble de otro, tardará la mitad de tiempo en realizar un movimiento dado" (De Caelo). Y esta es la metodología que lleva a los alumnos (e incluso a estudiantes universitarios y profesores en formación) a afirmar que "un cuerpo con doble masa que otro caerá en la mitad de tiempo que este". Podríamos así decir que la distinción entre el pensamiento infantil y el pensamiento pre-científico de los adultos es sólo de grado, no categórica: el paradigma aristotélico es, sin duda, más elaborado y coherente que los esquemas conceptuales de los alumnos, pero ambos se basan en "evidencias de sentido común" (Gil y Carrascosa 1985; Hashweh 1986).

Quisiéramos señalar por último que, si bien los fenómenos físicos no son suficientemente relevantes para llevar a los alumnos a teorizar sobre ellos, no debemos olvidar que a lo largo de muchos años las experiencias cotidianas han impuesto inconscientemente una cierta visión del comportamiento de la materia (tendencia de los objetos al reposo, etc) muy similar a las concepciones aristotélicas. No se trata, pues, de teorización, sino de aceptación acrítica de lo que parece vidente.

Una postura diametralmente opuesta es la que sostiene Preece (1984), quien para explicar la persistencia de las preconcepciones avanza la hipótesis de que no son fruto de la experiencia, sino ideas innatas (lo que explicaría también su semejanza con las concepciones históricas). Dicha hipótesis, sin embargo, no tiene en cuenta que las ideas intuitivas de nuestros alumnos no son fácilmente adquiridas; por el contrario, son el resultado de un largo proceso basado en experiencias cotidianas en un cierto medio cultural. Y lo mismo puede decirse del paradigma aristotélico. De hecho, los alumnos muy jóvenes o las culturas muy primitivas no tienen la relativa coherencia de los esquemas conceptuales alternativos de los adolescentes o de la física pre-clásica. Por otra parte, el punto de vista innatista no da ninguna explicación acerca de como el paradigma aristotélico fue históricamente substituido, ni de que puede hacerse para ayudar a los alumnos a adquirir conceptos científicos que se oponen a las ideas innatas.

Podemos afirmar, en conclusión, que la existencia de esquemas conceptuales espontáneos es difícilmente cuestionable. Dichos esquemas tendrían en cierto modo la categoría de conocimientos pre-científicos, fruto de una epistemología del sentido común, próxima a la que explica la constitución de la física aristotélico-escolástica, vigente durante más de 20 siglos y cuyo desplazamiento por la física clásica no fue precisamente fácil. Tenemos aquí un primer elemento explicativo de la persistencia de las preconcepciones. El segundo, que abordaremos a continuación, se refiere al tipo de enseñanza de las ciencias habitualmente impartida.

II.1.2. Una enseñanza de las ciencias inadecuada como causa de la persistencia de las preconcepciones.

La existencia de preconcepciones no puede por si sola justificar los resultados tan negativos logrados por la enseñanza habitual en la comprensión de los conocimientos científicos por los alumnos. Una mínima aproximación a la historia de las ciencias basta para darse cuenta de que los conocimientos científicos no fueron construcciones ex nihilo sino que partieron de -y, a menudo, se enfrentaron con- concepciones pre-científicas de una cierta coherencia. La existencia de preconcepciones -o, si se prefiere, de concepciones pre-científicas- fruto de experiencias reiteradas, era algo perfectamente esperable, con lo que había que contar. Algo que Bachelard (1938) había ya señalado con toda claridad 50 años atrás: "Me ha sorprendido siempre que los profesores de ciencias, en mayor medida, si cabe, que los otros, no comprendan que no se comprenda (...) No han reflexionado sobre el hecho de que el adolescente llega a la clase de física con conocimientos empíricos ya constituidos: se trata, pues, no de adquirir una cultura experimental, sino más bien de cambiar de cultura experimental, de derribar los obstáculos ya acumulados por la vida cotidiana".

No sería, según esto, la existencia de preconcepciones en sí lo que explicaría los mediocres resultados obtenidos en el aprendizaje de conceptos, sino esa "falta de comprensión" del profesorado que señala Bachelard, es decir, la propia enseñanza. Conviene detenerse, pues, en analizar la posible inadecuación de esa enseñanza para facilitar la adquisición de los conocimientos científicos.

Lo que hemos visto hasta aquí sobre las preconcepciones incluye ya una primera crítica a la enseñanza habitual: su ignorancia de aquello que los alumnos ya conocen, la creencia de que basta transmitir los conocimientos científicos de forma clara y ordenada para que los alumnos los comprendan. La sorpresa general con que fueron recibidos los primeros resultados sobre "errores conceptuales" es ya un claro índice de que las estrategias de enseñanza no tenían en cuenta las concepciones iniciales de los alumnos. Esa ausencia de atención a lo que el alumno o alumna pueda pensar, a los obstáculos que esas preconcepciones puedan representar, resulta muy evidente en los libros de texto, como han mostrado diversos análisis (Gené 1986; Carrascosa 1987). Puede decirse, en efecto, que en la gran mayoría de los textos:

Se han hecho también análisis de los errores conceptuales contenidos en los mismos textos (Carrascosa 1987): las "perlas" son innumerables llegando hasta títulos de capítulos como "Las fuerzas como causa del movimiento". Pero más grave que esta transmisión directa de concepciones incorrectas -que tiene, sobre todo, un valor de síntoma- es la visión que se transmite del trabajo científico: los conceptos son introducidos de forma aproblemática, es decir, sin referencia a los problemas que condujeron a su construcción (Otero 1985) ni detenerse en los conflictos de ideas que el tratamiento de esos problemas generó. No sólo se ignora así que el alumno no es una tabula rasa, sino que se trivializa el cambio de ideas que la construcción de los conocimientos científicos supone, llegando incluso a presentarlos como expresión del sentido común, cuando constituyen precisamente la ruptura con las "evidencias" de ese sentido común. Se olvida, en definitiva, que "las ciencias físicas y químicas, en su desarrollo contemporáneo, pueden caracterizarse epistemológicamente como dominios del pensamiento que rompen netamente con los conocimientos vulgares" (Bachelard 1949).

Todo esto apunta, pues, a que una enseñanza que se limita a presentar los conocimientos elaborados, escondiendo todo el proceso que conduce a su elaboración, impide que los alumnos puedan hacer suyas las nuevas ideas, que sólo tienen sentido en la medida en que el tratamiento de determinados problemas exige su construcción (a menudo contra concepciones previas más o menos sólidas).

¿En qué medida estas críticas explican realmente las dificultades de los alumnos? Tan sólo si teniéndolas en cuenta se consiguen resultados netamente mejores podrán aceptarse como válidas. Constituyen tan sólo explicaciones "tentativas" que exigen, para ser contrastadas, la elaboración de estrategias de enseñanza basadas en las mismas y la constatación de que con ellas los resultados del aprendizaje son significativamente más positivos.

Punto II.2
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