CIENCIAS. 1.- El problema de la física intuitiva Teoría del cambio conceptual. 2.- Reconocimiento de anomalías: descartando una concepción errónea La teoría: el conocimiento descriptivo frente a la explicación Investigación sobre las ideas erróneas de los alumnos en física Implicaciones para la enseñanza. 3.- Iniciando el cambio conceptual: construcción de un nuevo concepto El aprendizaje como asimilación frente a acomodación Investigación sobre los modelos analógicos efectivos Implicaciones para la enseñanza. 4.- Desarrollando el razonamiento científico: uso de un nuevo concepto El razonamiento científico como evaluación de hipótesis frente a la creación de hipótesis Investigación sobre el pensamiento científico del alumno Implicaciones para la enseñanza.

5.- La formación de un científico experto: aprendiendo a construir y a usar el conocimiento científico Investigación comparativa de físicos novatos y expertos 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 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 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 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 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 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 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” y utilizan unidades funcionales grandes, mientras que los novatos trabajan “hacia detrás” y utilizan unidades funcionales pequeñas 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.