Estrategia de enseñanza y organización lógico-conceptual de estudiantes de física de nivel medio superior sobre el concepto de energía

AutorRené Cisneros Sandoval
Páginas53-79

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Introducción

La necesidad de una profunda transformación de la enseñanza de la ciencia y en particular de la física, ha propiciado en los últimos años un aumento del interés e investigación en la didáctica de la física. Se ha propiciado el desarrollo de propuestas que están basadas en la teoría del aprendizaje significativo (Ausubel, 1973; Ausubel, Novak y Hanesian, 1983; Novak y Gowin, 1988) de los conocimientos científicos. Esto ha supuesto la aparición de una nueva orientación constructivista del aprendizaje de la física, que ha impulsado las actividades de aprendizaje a las de la construcción de dichos conocimientos, apoyándonos en una mejor comprensión de la naturaleza y dinámica de la ciencia, y en una mejor fundamentación teórica.

A partir de los contenidos de los programas existentes desde 1964, las precisiones de Espinosa y Tambutti (1987) y los resultados de Bravo et al. (1993), se diseñó un nuevo curso de Física III (FIII) en la Escuela Nacional Preparatoria (Allier et al., 1996) con el propósito de proporcionar al alumno una visión global de la misma. Este programa está estructurado alrededor de los conceptos de interacción y energía para conseguir su aprendizaje significativo y conocer su influencia en la vida diaria. FIII es importante por su carácter obligatorio y por ser el último contacto formal que muchos estudiantes van a tener con esta disciplina. Sin embargo, a más de seis años de su implantación el actual programa y el curso de Física III en general presentan problemas; entre ellos, que la mayoría de profesores del plantel desarrollan el tema de energía sin tener en cuenta los conocimientos previos del alumno, trabajan de manera expositiva con base en la resolución de problemas numéricos y sin distinguir entre los diferentes niveles epistemológicos de construcción de la ciencia.

Las consecuencias de lo anterior se pueden determinar a partir de los resultados obtenidos en el examen colegiado del tema y de FIII en los dos últimos años, que señalan

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un bajo nivel de aprovechamiento de cerca del 40% (Cisneros et al., 2002, 2003). Por otra parte, en diversas aportaciones teóricas y de investigaciones sobre la adquisición y construcción de conocimiento “se ha observado sistemáticamente la dificultad que tienen los estudiantes para construir conocimiento científico en el nivel explicativo, que es el nivel epistemológico y metodológico más importante de hacer ciencia y del propio conocimiento científico, en diversos campos de conocimiento y niveles escolares” (Campos, Gaspar y Cortés, 2003: 93; véase también Resnick et al., 1993; Alonso y Finn, 1997; Macías et al.; 1997; Solbes y Tarín, 1998). Por todo ello, se requiere de una propuesta didáctica en la que se tomen en cuenta los aspectos lógicos y epistemológicos del conocimiento científico, los conocimientos previos de los estudiantes y el proceso de aprendizaje significativo del conocimiento sobre energía.

Problema de investigación

La presente investigación consiste en poner en práctica y evaluar una estrategia didáctica específica, consistente lógica y epistemológicamente, y desarrollada por Campos y Gaspar (2004) para la construcción formal del conocimiento, denominada EDCC (Estrategia Didáctica para la Construcción de Conocimiento Científico; véase también Campos, Gaspar y Cortés, 2003). La EDCC tiene características lógico-conceptuales y epistemológicas del tipo de conocimiento a enseñar y se basa en teorías epistemológicas, cognoscitivas y sociolingüísticas sobre la adquisición de conocimiento. La utilicé en el curso de Física III, particularmente en el proceso de enseñanza-aprendizaje significativo del concepto de energía. La estrategia, anclada en el nivel explicativo, posibilita el paso del conocimiento informal al formal (científico), por medio de la interacción en el aula, basada en plantear preguntas y problemas, discusión argumentada, realizar actividades y desarrollar explicaciones científicas.

La pregunta central de esta investigación y que al mismo tiempo establece nuestra hipótesis de trabajo es: ¿el conocimiento formal sobre la energía que los estudiantes construyen mejora con una estrategia didáctica, consistente, lógica y epistemológicamente con dicho modo de conocimiento? Consecuentemente, un elemento fundamental en la investigación fue determinar la organización conceptual que presentan los alumnos sobre el concepto de energía, antes y después de que el profesor de cada grupo desarrollara el tema.

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La organización conceptual se estudió mediante el Modelo de Análisis Proposicional (MAP) de Campos y Gaspar (1996), que permite el estudio de las estructuras lógico-conceptuales del discurso, es un método para analizar el aprendizaje del conocimiento que se presenta de manera discursiva (en la modalidad de texto científico, en el presente estudio), desde una perspectiva constructivista, interactiva e interpretativa; se aplicó a los resultados obtenidos en un examen aplicado antes y después del trabajo pedagógico en dos grupos de FIII, en uno de ellos con base en la EDCC y en el otro en la estrategia didáctica tradicional.

Consideraciones teóricas

Conocimiento científico. También llamado conocimiento formal (LeCompte y Preissle, 1992), se diferencia del no científico por su explícito y amplio contenido categorial, su compleja red de conexiones lógicas, sus referencias factuales y sus formas de elaboración, lo cual establece criterios de validez. Este conocimiento, nos dicen Campos y Gaspar (1997), está estructurado y es dependiente de una teoría; esa estructura tiene características propias en los planos paradigmático (por depender de una teoría), lógico (tiene coherencia entre categorías), empírico (hay congruencia entre categorías y procesos), metodológico (formas específicas de producir el conocimiento) (id.).

Conocimiento sobre la energía. La energía es un concepto fundamental en las ciencias naturales; es fuertemente abstracto y provoca dificultades en su asimilación y construcción entre los estudiantes. Pozo et al. (1998), Solbes y Tarín (1998) y Flores (2002) mencionan algunas de estas dificultades. La energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo sobre un cuerpo; al hecho de que la energía se transforme o transfiera, no se cree ni destruya, manteniéndose constante, se le conoce como el principio de conservación de la energía. Todas las formas de energía tienden a transformarse por medio del calor; éste, al igual que el trabajo, no es una forma de energía sino un mecanismo de intercambio de energía. Como resultado de las interacciones y transformaciones, la energía se degrada, lo que va acompañado del crecimiento del desorden del sistema (entropía) y este crecimiento disminuye la posibilidad de subsiguientes transformaciones.

Construcción de conocimiento. En términos generales, el constructivismo es un enfoque epistemológico que permite abordar de un modo creíble la generación del conocimiento humano como un proceso de construcción cognitiva llevado a cabo por los

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individuos en un contexto social, que tratan de comprender el mundo que les rodea. El constructivismo postula la existencia y prevalencia de procesos activos de construcción del conocimiento: habla de un sujeto activo que opera e interactúa cognoscitivamente sobre y con la realidad, construyendo conocimiento y desarrollando habilidades y actitudes. Epistemológicamente, la construcción del conocimiento científico en el aula tiene sentido siempre y cuando se base en procedimientos que deben ser descriptivos, explicativos y ejemplificativos. A partir de dicha descripción se puede establecer su dinámica y desarrollo en forma explicativa, cuya coherencia está limitada por la dinámica de los propios procesos que se estudian (Campos, Gaspar y Cortés, 2003).

Conocimiento informal y conocimiento formal. Pasar del conocimiento cotidiano o informal al conocimiento científico o formal es lo que se denomina cambio conceptual. El aprendizaje de conocimiento científico “es un proceso activo de construcción en la intersección entre conocimiento previo (lleno de conocimientos informales y formales combinados) y conocimiento nuevo que se ofrece en clase (supuestamente lleno de conocimiento formal), articulándose de diversas formas y que puede resultar en aprendizaje significativo” (Campos, 2000).

Aprendizaje significativo. Hablar de aprendizaje significativo equivale, sobre todo, a poner de relieve el proceso de construcción de significados como elemento central del proceso de enseñanza–aprendizaje. Ausubel (1973; Ausubel, Novak y Hanesian, 1983) plantea que el aprendizaje significativo ocurre sólo si se satisfacen las siguientes condiciones: a) que el alumno sea capaz de relacionar de manera no arbitraria y sustantiva la nueva información con los conocimientos y experiencias previas que posee en su estructura de conocimientos; b) que los contenidos de aprendizaje posean significado potencial o lógico; y c) que el alumno tenga una disposición o actitud favorable para aprender.

Organización conceptual. El cambio en la organización cognoscitiva del sujeto está en función de su actividad. El aprendizaje gradual del conocimiento científico modifica la organización conceptual anterior, adquiriendo sus características lógico-conceptuales en tres niveles epistemológicos: descripción, explicación y ejemplificación (Campos y Cortés, 2002) en condiciones histórico-sociales (Campos, Gaspar y Cortés, 2003).

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Interacción social y discurso. El aprendizaje es esencialmente un proceso de interacción social. El discurso emitido sobre un tema en particular y producido a partir de organizaciones conceptuales es construido en un contexto específico (social, histórico, científico) y genera una reorganización...

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