Las Representaciones Mentales, La Enseanza Y El Aprendizaje De Las Ciencias

Eje Temtico: Investigacin, Ciencia Y Transferencia

Autor: Marta A. Pesa*; Constanza Ruiz Danegger**; Silvia del Valle Bravo*

*Universidad Nacional de Tucumn (Argentina); ** Universidad del Norte Santo Toms de Aquino (Argentina) Universidad Nacional de Tucumn (Argentina)

E-mail: mpesa@herrera.unt.edu.ar; - cruiz@unsta.edu.ar; - sbravo@herrera.unt.edu.ar

Palabras Clave: Educacin en ciencias; Representaciones mentales; Cambio conceptual

Resumen

En los ltimos aos ha surgido el estudio de las representaciones como problemtica convergente dentro del campo de la Educacin en Ciencias, reemplazando la orientacin en la que se concentr durante varios lustros la investigacin en el rea, alrededor de la idea de concepciones alternativas. Esta nueva conceptualizacin se relaciona con los supuestos epistemolgicos de la teora de Laudan y con una concepcin integradora del aprendizaje de las ciencias. En este trabajo se da cuenta de los cambios en la concepcin del cambio conceptual como meta de la educacin cientfica, a partir de la nocin de cambio representacional. Se aporta un enfoque integrador de diversas posiciones tericas con el reconocimiento de distintos niveles representacionales: respuestas situacionales, modelos mentales, teoras de dominio y teoras implcitas. Este modelo sobre la naturaleza de las representaciones resulta ms explicativo que el de las concepciones alternativas para la investigacin en educacin en ciencias, y tiene implicaciones en la comprensin de la enseanza, considerada como un proceso mediado y de mediacin respecto al cambio representacional.

Introduccin

Es afirmacin comn que en los ltimos treinta aos se ha producido una verdadera explosin de la investigacin sobre el aprendizaje y la enseanza de las ciencias de la naturaleza, en general, y de la fsica, en particular (v.g., cf. Borges, 1999; Pozo, 1993). En este momento se puede observar que este campo de investigacin es convergente y punto de encuentro de mltiples aportes. Por una parte, dentro de la investigacin en el aula, hay un acercamiento de la psicologa y la didctica, a travs por ejemplo de la investigacin de los fenmenosque configuran la vida escolar desde la perspectiva de los actores o del anlisis del discurso en el aula (Lemke, 1997; Mortimer, 2001; Ruiz Danegger, 2000). Por otra, por la consolidacin de losgrupos interdisciplinarios que dentro de los propios departamentos de Fsica han logrado paulatinamente iniciar una tradicin de investigacin con metodologas propias, difusin de resultados en revistas especializadas, congresos y reuniones cientficas especficas, etc. (Cudmani y Pesa, 1993).

En estos ltimos aos ha surgido el estudio de las representaciones como problemtica convergente dentro del campo de la Educacin en Ciencias. Este constructo tiene su origen en la Psicologa Cognitiva, y es considerado uno de los ms polmicos, difciles e interesantes de esta disciplina (Vega, 1984): por medio de l se da cuenta de las construcciones mentales a travs de las cuales las personas captan el mundo. En Educacin en Ciencias estos planteos se enriquecen con los aportes de la Epistemologa e Historia de las Ciencias y las Ciencias de la Educacin. En efecto, estas disciplinas muestran la complejidad del proceso de la construccin de las teoras cientficas, que implican no slo un cambio de estructuras conceptuales sino tambin de estructuras sintcticas, un cambio en el modo de conocer el mundo (Pesa, 1997). La lnea de investigacin del estudio de las representaciones est orientada a la bsqueda de interrogantes tales como:

- Qu significa lo que el alumno ya sabe? Cmo se accede a conocer esa informacin? Cmo se estructura esa informacin dentro del sistema cognoscitivo? Cules son las bases psicolgicas, epistemolgicas, axiolgicas y ontolgicas de esas construcciones? Son todas las ideas igualmente resistentes o persistentes al cambio, o unas lo son ms que otras?

- Pueden encontrarse patrones comunes de adquisicin de las representaciones de sentido comn?

- Cmo se modifican y a qu niveles, durante el proceso de aprendizaje de las ciencias en el nivel universitario? Cmo debieran

modificarse las representaciones yqu tipo de cambios deberan producirse para lograr un aprendizaje significativo de la disciplina?

La pregunta que nos formulamos y de cuya respuesta quiere dar pistas este trabajo es qu puede aportar el estudio de las representaciones a la investigacin en enseanza de las ciencias y a la enseanza de la ciencia. Durante los aos 80 se trabaj sobre las concepciones que tienen los novatos de los conceptos de la disciplina, especialmente para detectar ideas previas o alternativas. La investigacin reciente sobre enseanza de la fsica constituira una continuacin y refinamiento de estos estudios y actualmente se seala la importancia de cambiar esta orientacin tradicional para atender ms bien a la naturaleza de las representaciones, cmo stas se organizan y qu procesos de cambio requieren (Greca y Moreira, 2000; Pesa, 1997; Pozo y Rodrigo 2001; Tyson, Venville, Harrison y Treagust, 1997). Contestaremos por lo tanto a las cuestiones planteadas a partir de un marco terico justificado por este nuevo enfoque.

Cambios en la concepcin del cambio conceptual como meta de la educacin cientfica: el modelo integrador de aprendizaje de las ciencias

El modelo de cambio conceptual (Posner et al., 1982), basado principalmente en la epistemologa de Kuhn, tiene como fundamento implcito la idea de que en los procesos de aprendizaje significativo los cambios conceptuales van acompaados de cambios simultneos en las concepciones axiolgicas, epistemolgicas y ontolgicas de la estructura cognitiva de los estudiantes. Las estrategias didcticas generadas a partir de ese modelo han estado dirigidas a sustituir los marcos conceptuales previos de los estudiantes por otros ms prximos a las teoras cientficas.

Sin embargo, las investigaciones realizadas han mostrado un xito limitado en relacin con la aceptacinde las ideas cientficas y que las concepciones alternativas de sentido comn siguen vivas en contextos particulares. Estas concepciones de sentido comn (Pesa y Cudmani, 1997) se construyen sobre la base de criterios, modos de razonar, reglas heursticas, propsitos y valoraciones, que, si bien suelen ser muy efectivas para enfrentar las exigencias de la vida cotidiana, difieren sustancialmente de los desiderata de precisin, coherencia, objetividad y sistematicidad del conocimiento cientfico (Reif y Larkin, 1991) y actan como verdaderos obstculos epistemolgicos (Bachelard, 1972; Pesa, 1997) para la comprensin de ciertos contenidos de las ciencias. Desde la psicologa se agrega que el conocimiento de sentido comn y el conocimiento cientfico no se distinguen necesariamente por su contenido, sino muy especialmente por su epistemologa constructiva, por el tipo de escenario sociocultural en el que se construyen y por sus procesos de construccin (Rodrigo, 1997). Ambos tipos de conocimiento se distinguiran tambin del conocimiento tpicamente escolar (Rodrigo, 1997); aprender ciencias requerira de algn modo trascender esas diferencias, a travs de una integracin jerrquica de las representaciones que posee o adquiere el sujeto (Pozo y Gmez Crespo, 1998).

Teniendo en cuenta estas dificultades, investigadores como Duschl (1995) y Villani (1992) han propuesto la epistemologa de Laudan como alternativa a la de Kuhn. Laudanpropone un modelo reticular, no jerrquico, y sostiene que un cambio en uno de los campos de la estructura cognoscitiva no resulta necesariamente en un cambio holstico que abarque todas las reas de la misma. Para Laudan, los objetivos y valores determinantes del cambio actitudinal justifican las metodologas. stas justifican la teora y muestran la factibilidad de los objetivos cientficos. Adems, la teora debe ser coherente con los objetivos y simultneamente determinar las metodologas ms efectivas (Pesa y Ostermann, 2002).

En suma, considerando que existe un cierto paralelismo entre los modelos que explican los procesos del cambio cientfico y los modelos que interpretan los cambios que se dan en el aprendizaje de las ciencias, y teniendo en cuenta la interdependencia entre los distintos aspectos del conocimiento, pareciera que:

- Los procesos de cambio son lentos y complejos.

- Los cambios pueden iniciarse en cualquiera de los niveles y gradualmente extenderse a los otros. Por ejemplo, pueden modificarse las estructuras conceptuales sin alterarse significativamente los compromisos ontolgicos, axiolgicos y metodolgicos.

- El aprendizaje significativo de las concepciones cientficas requiere de acciones intencionadas orientadas a producir una reconstrucccin, una redescripcin representacional (Pozo y Gmez Crespo, 1998).

Surge as el modelo integrador (Cudmani, Pesa y Salinas, 2000), al que convergen aportes de otros autores (Gil Prez, 1993;

Duschl, 1995) y que sealan la importancia de integrar contenidos conceptuales, mtodos, objetivos y valoraciones, como un camino ms eficiente y efectivo para favorecer el aprendizaje significativo de las concepciones cientficas. La nocin de representaciones", en su amplitud semntica, permite dar cuenta de la construccin y los cambios que se operan en los campos conceptual, axiolgico, epistemolgico y ontolgico.

Niveles representacionales: aportes al marco terico para el aprendizaje de las ciencias

El modo en que se construye y representa el conocimiento resulta crucial para comprender cmo se producen los procesos de cambio en la educacin en ciencias (Rodrigo y Correa, 1999). Desde esta postura, la nocin de cambio integrador en la estructura cognitiva podra traducirse por cambio en la forma de conceptualizar (Pozo, 1997) o cambio representacional (Rodrigo y Correa, 1999). Lo que ocurrira en tal fenmeno no sera tanto una mera sustitucin de los contenidos mentales de las concepciones alternativas correspondientes al conocimiento cotidiano por otras, ajustadas al conocimiento cientfico, como una modificacin de los modos de representacin de los conceptos. En palabras de Pozo y Gmez Crespo (1998), y usando una metfora tomada de las tecnologas de la informacin y la comunicacin, el verdadero cambio que conduce del conocimiento cotidiano al conocimiento cientfico implicara reformatear la mente del sujeto o al menos incorporarle un nuevo sistema operativo que resulte compatible con los principios en que se basa el conocimiento cientfico. Slo de esta manera podra hacer correr sus conocimientos anteriores y/o redescribirlos de modo adecuado.

Del anlisis de la bibliografa se concluye la hiptesis de la existencia de diversos niveles de anlisis representacional (ver Esquema 1): las respuestas situacionales (Pozo y Gmez Crespo, 1998; Pozo y Scheuer, 1999), los modelos mentales (v.g. Borges, 1999; Gentner y Stevens, 1983; Johnson-Laird, 1983; Moreira, 1996, 1997; Rodrigo y Correa, 1999), las teoras de dominio (Pozo y Gmez Crespo, 1998; Pozo y Scheuer, 1999) y las teoras implcitas (Pozo, 2001; Pozo y Gmez Crespo, 1998; Pozo y Scheuer, 1999; Rodrigo, Rodrguez y Marrero, 1993; Rodrigo y Correa, 1999).

Esquema 1: Niveles de anlisis de las representaciones

La mayora de las investigaciones realizadas sobre las concepciones alternativas de los estudiantes han estado centradas en lasrespuestas situacionales, quizs por ser stas metodolgicamente las ms accesibles al investigador y las ms fciles de explicitar por el propio sujeto. En general, la metodologa de investigacin consista en plantear al sujeto una situacin problemtica para inducir la activacin de una representacin, y se asuma implcitamente, que esa representacin constitua una concepcin alternativa. Entendemos que esta extrapolacin no es siempre correcta. Mientras las llamadas concepciones alternativas implicanrepresentaciones de nivel ms profundo, sugieren un cierto grado de organizacin y coordinacin entre los elementos del sistema cognitivo. Las respuestas situacionales son ideas de menor jerarqua, cumplen el rol de hiptesis ad hoc, y son inestables, ya que los sujetos no vacilan en cambiarlas al abordar problemas similares;se activan desde la memoria de trabajo (Bravo y Pesa,

2000; Pesa, 1997; Pesa y Cudmani, 1997; Pozo y Gmez Crespo, 1998).

La expresin modelos mentales se usa en diversos sentidos (cf. Borges, 1999). En general, las caractersticas de los modelos mentales que apuntan los autores corresponden a una representacin episdica, dinmica y flexible de la tarea o situacin, elaborada a partir de la integracin de una parte de la teora implcita y de las demandas de la situacin o de la tarea y generada en la memoria a corto plazo (Rodrigo, 1997; Rodrigo y Correa, 1999); son altamente especficos (Moreira, 1996, 1997). Los modelos mentales seran representaciones de la realidad rodadas en un escenario determinado y en respuesta a una meta o una tarea concreta, en las cuales se activan sntesis de trazos esquemticos sobre ese aspecto de la realidad contenidos en la memoria a largo plazo (Rodrigo, 1997).

Las respuestas situacionales seran expresin de los modelos mentales, pero an ms lbiles, al ser ms dependientes del contexto de demanda.

Los aportes de la Epistemologa contempornea y de la Historia de las Ciencias han mostrado que los procesos de cambios de paradigmas no implican sustituir unas ideas por otras, sino en atribuir nuevas significaciones en el marco de nuevos enfoques tericos, con nuevos principios conceptuales, epistemolgicos y ontolgicos. Lo que cambia no son las ideas aisladas, sino las teoras de las que ellas forman parte. Por lo tanto para conocer cules de esas ideas, predicciones o acciones son significativas, parecera importante estudiarlas no de forma aislada, sino como parte de una estructura o sistema ms amplio.

Las teoras de dominio constituyen corpus de representaciones sobre una determinada rea del conocimiento, ms estables que las representaciones situacionales. Aunque implcitas a la conciencia, se hallaran explcitamente almacenadas en la memoria permanente del sujeto; son por tanto menos accesibles al investigador y, en general, slo pueden ser inferidas a travs de metodologas de abordaje mltiple (Pesa, 1997). Las teoras de dominio determinaran las concepciones que activar cada sujeto en funcin de las demandas de la tarea a resolver; brindaran las caractersticas invariantes de los modelos mentales activados en diferentes contextos. Las teoras de dominio se estructuraran a su vez en un marco ms complejo y abarcador, constituido por el sistema de supuestos implcitos que determinan las teoras implcitas.

Las teoras implcitas representaran un conjunto de reglas y restricciones que determinaran tanto la seleccin de la informacin como las relaciones y vnculos que se estableceran entre los esa informacin (Pozo, 2001, 2003; Pozo y Gmez Crespo, 1998; Pozo y Scheuer, 1999). Podramos decir, citando a Rivire, que las teoras implcitas impondran restricciones al sistema operativo de procesamiento de la informacin del sistema cognitivo. De esa forma, las representaciones activadas por los sujetos en diversos dominios compartiran similares restricciones de procesamiento. Esto es coherente con resultados encontrados en investigaciones sobre concepciones alternativas donde se detectan reglas heursticas (contigidad espacial y temporal, principios de contacto, etc.) en distintos dominios producto de un aprendizaje implcito. As, un estudiante puede aparentemente cambiar su teora de dominio en un campo especfico, pero mantener los mismos supuestos implcitos e ideas centrales de las representaciones alternativas. Por ejemplo, en ptica geomtrica puede adoptar las leyes de la reflexin y la refraccin y mantener la concepcin holstica de la propagacin luminosa (que supone que la imagen se traslada como un todo) como ncleo central. Se tratara entonces de una hibridizacin de conocimientos cientficos y alternativos, donde tampoco se superan modos de razonamiento de sentido comn, razonamiento inconsistente o irreversible y reglas heursticas de sentido comn (lo que no se percibe no se concibe), que constituyen reales obstculos para la comprensin significativa de las conceptuaciones de la ptica geomtrica. Tambin se han encontrado resultados similares en un estudio acerca de losmodelos y razonamientos de estudiantes universitariossobre fenmenos ondulatorios mecnicos (Bravo y Pesa, 2001). Las respuestas a situaciones problemticas referidas al medio de propagacin y a la integracin de las relaciones espacio-temporales que caracterizan la propagacin de un pulso en una cuerda, revelan tambin unahibridizacin de conocimientos cientfico y alternativo: adoptan aquellos elementos del modelo cientfico que les son tiles para dar respuesta a los interrogantes planteados (como el manejo del algoritmo v = l . f, o un aprendizaje memorstico acerca de la velocidad de propagacin), y a la vez, mantienen modos de razonamiento y/o reglas heursticas de sentido comn (un movimiento ms rpido de la mano implica una mayor velocidad de propagacin , omayor amplitud del pulso) en sus justificaciones.

Desde esta perspectiva, y de modo coherente con un modelo integrador, habr aprendizaje significativo cuando se produzcan no slo la superacin del modelo holstico que subyace a esta teora de dominio sino tambin una superacin en las reglas y principios ontolgicos, epistemolgicos y axiolgicos que subyacen al modo de conocer de sentido comn.

El cambio de las teoras implcitas a travs de cambios situados en el nivel de los modelos mentales

Esta nueva perspectiva, ms centrada en el proceso mismo del cambio, se debe a la emergencia de un nuevo modelo representacional del conocimiento que hace compatible la existencia de teoras implcitas de naturaleza esquemtica con modelos mentales de naturaleza episdica. En este sentido Rodrigo (Rodrigo, 1997; Rodrigo y Correa, 1999) da un paso adelante en la consideracin de la integracin de los componentes situacionales y representacionales.

Utilizando la nomenclatura clsica del procesamiento de la informacin, las representaciones de naturaleza esquemtica (es decir, las teoras de dominio y las teoras implcitas) se almacenaran en la memoria a largo plazo y seran bastante estables, aunque estn abiertas a cambios parciales a travs de las modificaciones en los modelos mentales. Pero para comprender esto hay que recurrir a los aportes del enfoque sociocultural. Los modelos mentales tienen referencias culturales, al ser resultado de la activacin de las representaciones esquemticas en funcin de las demandas contextuales, se van modificando a medida que cambian las condiciones de la tarea o se va produciendo un proceso de negociacin entre los participante en la resolucin de la misma. Este proceso de negociacin transforma los modelos mentales de los participantes a medida que se modifican sus intenciones y metas hasta llegar, si es el caso, a un modelo compartido de la situacin o tarea (Rodrigo, 1997; Rodrigo y Correa, 1999).

El cambio de las representaciones de nivel ms profundo (teoras de dominio y teoras implcitas) tendra lugar, por tanto a travs de cambios situados, en el nivel de los modelos mentales que dependen de la naturaleza de las demandas de las tareas que controla el profesor (Rodrigo y Correa, 1999). Las diversas situaciones acadmicas estimularan la creacin de un lecho episdico de modelos mentales que iran sufriendo modificaciones como fruto del aprendizaje situado. En este sentido slo los modelos mentales, y no las teoras implcitas en su conjunto, pueden ser susceptibles de cambios situados debidos a variaciones en las demandas de tareas acadmicas y en los procesos de negociacin que tienen lugar entre los alumnos y el profesor en el seno de la clase. Los cambios situados iran propiciando la posibilidad de que se dieran ciertas reconstrucciones que afectaran a las teoras implcitas de base (Rodrigo y Correa, 1999). Esto es lo que Rodrigo (1997) ha denominado construccin episdica del conocimiento.

Implicaciones para la investigacin y para la enseanza

La nueva concepcin del cambio que se desprende de esta visin de las representaciones implica que el cambio en los niveles ms profundos de representacin de naturaleza esquemtica, con almacenamiento en la memoria a largo plazo depende de loscambios situados que el profesor puede promover y orientar en el aula.

Ello implica, en primer lugar, la introduccin de cierto saludable optimismo con respecto a las posibilidades de poder promover el aprendizaje genuinamente constructivo de la ciencia (Pozo, 1996), es decir un aprendizaje que, yendo un poco ms all del aprendizaje de conceptos aislados, llegue al nivel de la redescripcin representacional de los contenidos mentales del alumno y la integracin jerrquica (Pozo, 2003; Pozo y Gmez Crespo, 1998). Y por otro lado, de explicar tericamente cmo tiene lugar el cambio mismo: aunque el dilema constructivista acerca del origen del conocimiento y la naturaleza del aprendizaje sigue inclume, se ha dado un paso en la teorizacin sobre el modo en el que se construye y estructura el conocimiento. Este tipo de concepciones de base sobre el fenmeno orientan y dan sentido a las investigaciones del rea.

Con respecto a los modos de promover este aprendizaje, desde esta perspectiva se puede recuperar la asercin de Pozo (1987, 1997) de que el cambio conceptual de la teora implcita sera una meta final de la enseanza y no su mtodo cotidiano. Resultados de investigaciones sugieren que los aprendices siguen un proceso de aproximaciones graduales, apoyados en cambios conceptuales menores e incluso aprendizajes de tipo asociativo. Desde un punto de vista didctico, y contrariamente a las prescripciones realizadas desde las versiones primigenias de los modelos de cambio conceptual, no sera aconsejable entonces la promocin sistemtica de conflictos cognitivos para lograr las metas de aprendizaje, ya que stos, en vez de favorecer el aprendizaje, podran justamente cortocircuitarlo.

Por ltimo, y volviendo a nuestro planteo inicial, concluimos que la nocin de representaciones es rica y explicativa como para ser objeto de conocimiento y reflexin en los cursos de formacin docente, inicial y en actividad; es en este mbito donde debe incidir en primer lugar la investigacin, si se quiere propiciar la investigacin desde una perspectiva que acerque verdaderamente la investigacin didctica a la psicolgica, por un lado, y reforzar la relacin entre investigacin e intervencin didctica, por otro.

En lo que hace a la investigacin misma sobre las representaciones, supone un programa que supere las limitaciones del estudio clsico de las ideas previas. En la conceptuacin actual no se las considera como simples misconceptions; y ni siquiera se las ve como slo conceptos sino concepciones, de naturaleza tanto conceptual como epistemolgica, ontolgica y axiolgica (Campanario y Otero, 2000; Cudmani, Pesa y Salinas, 2000); ni como ideas aisladas, sino formando verdaderas teoras implcitas.

Se afirma que la mayor parte de la ingente investigacin sobre representaciones se encontrara en el primer nivel descripto, es decir en el de las respuestas de los sujetos (Pozo y Scheuer, 1999), y que la investigacin en el en el dominio de la Fsica adolece de defectos metodolgicos (Campanario y Otero, 2000). No obstante se han encontrado resultados ampliamente coincidentes mediante la utilizacin de diversos instrumentos, en contextos y culturas distintas. Si las respuestas son construcciones ad hoc en funcin de las demandas de tarea, se puede deducir que a travs de las investigaciones realizadas se ha llegado, en mayor o menor grado, a profundizar en representaciones con mayor grado de profundidad. En tanto las respuestas son el nico medio para acceder a las representaciones, ya correspondan al nivel de las teoras de dominio o al de las teoras implcitas, el investigador parecera necesitar acudir a ellas para estudiar las representaciones de los sujetos. Cobran en este punto especial valor las derivaciones metodolgicas de las consideraciones que se hacen acerca de cada uno de los niveles descriptos: si se quiere estudiar las teoras implcitas, realizar contrastaciones de los supuestos que subyacen a las respuestas de los sujetos en distintos dominios (Pozo y Scheuer, 1999); si se quieren estudiar las teoras de dominio, utilizar instrumentos que pongan al sujeto en diferentes contextos de tarea (Oliva, 1999; Pesa, 1997).

El nfasis puesto en la atencin al componente situado del aprendizaje lleva a pensar en la necesidad de obtener una validez ecolgica de los resultados (Entwistle, 1988), es decir, considerar las variables situacionales de los eventos de aula y atender a la singularidad de los fenmenos de negociacin que se producen en el curso de la clase y del curso acadmico (Doyle, 1986). De hecho, estas consideraciones sitan la investigacin en una perspectiva que va ms all de los estudios clsicos de las representaciones en condiciones experimentales o cuasi experimentales; hara falta, justamente, estudiar la contextualizacin de las representaciones que se construyen y/o activan para comprender cabalmente su significado.

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