¿PUEDEN SUSTITUIR LAS EXPERIENCIAS DE LÁPIZ Y PAPEL A

¿PUEDEN SUSTITUIR LAS EXPERIENCIAS DE LÁPIZ Y PAPEL A SU
REALIZACIÓN PRÁCTICA?
Juan de Dios Jiménez-Valladares , [email protected]
I.E.S. “Cerro de los Infantes”. Pinos Puente (Granada)
F. Javier Perales-Palacios, [email protected]
Dpto. Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Granada
INTRODUCCIÓN
Interrogarse sobre esta cuestión parece baladí, siempre será preferible la realidad a su
representación en un papel. Sin embargo, si observamos con imparcialidad el mundo de la
enseñanza de la ciencia encontraremos que la ficción gana a la realidad durante la mayor
parte del tiempo, lo habitual es que alumnos y profesores pasemos las horas frente a una
pizarra.
Sin poder entrar aquí en los motivos de esta situación, hemos querido estudiar los efectos
de los dibujos en las tareas de resolución de problemas en aras de reivindicar una mayor
atención a los procesos de interpretación de esos signos y dibujos que, con tanta
profusión, ofrecemos a nuestros pupilos.
Para ello hemos centrado nuestra investigación en la enseñanza de la mecánica elemental
(Jiménez, 1998, Jiménez y Perales, 2001), un área de investigación muy activa estos
últimos años dentro del movimiento de las “ideas previas” de los alumnos y que ha hecho
de las pruebas de lápiz y papel su instrumento predilecto (Finegold y Gorsky, 1991;
Cooke y Breedin, 1994; Galili y Kaplan,1996)
La abundancia de investigaciones basadas en pruebas escritas sin ningún otro soporte
material queda reflejada en un amplio metaestudio publicado por Jiménez-Gómez y
colaboradores (1997) y del que se desprende además un notable estancamiento en esta
área de investigación.
De dicho estudio nos llamó la atención esta predilección por el papel que muestra la
mayoría de los investigadores, un hecho que parece haber pasado inadvertido, de modo
que, sin poner en duda la validez de las investigaciones realizadas, quisimos comprobar si
una situación física dada puede ser sustituida siempre por su representación gráfica
cuando es sometida al juicio de los alumnos.
DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA.
Seleccionamos tres situaciones físicas en las que intervienen unos objetos que interactúan
entre sí. Estos objetos son elementos sencillos y fáciles de dibujar, como por ejemplo un
muelle, una pesa o un recipiente con agua.
La tarea propuesta a los alumnos consistió en hacer una predicción razonada acerca del
comportamiento esperable en cada una de las situaciones. Se confeccionó la prueba en dos
formatos, en el primero de ellos se utilizaban los objetos reales y las preguntas se
presentaban en un papel sin ningún dibujo. En el segundo no se utilizó ningún objeto y toda
la información provenía de la hoja de papel con sus correspondientes dibujos.
La prueba se pasó a dos grupos de alumnos de 4º curso de ESO del IES Cerro de los
Infantes de Pinos Puente (Granada) que hasta la fecha no habían recibido formación
específica sobre la temática objeto de la investigación.
El grupo con el que se utilizaron dispositivos reales, al que llamaremos a partir de ahora
grupo experimental, estaba formado por 25 alumnos frente a 22 del grupo que
denominaremos control y que utilizó la prueba con dibujos.
En las tres situaciones los alumnos deben predecir el comportamiento del sistema.
Seleccionamos una tarea de predicción en lugar de una explicación porque la predicción es
más exigente debido a que fuerza a los alumnos a movilizar sus ideas con un objetivo muy
concreto, lo que les lleva a extraer la información más relevante en cada caso. En todos los
casos se les pidió que justificaran su predicción.
Las respuestas cuantifican el grado de competencia de cada indivíduo mientras que los
argumentos aportados como justificación nos dan pistas sobre qué procedimientos han
empleado y, sobre todo, qué ha llamado su atención.
DESCRIPCIÓN DE LAS SITUACIONES UTILIZADAS.
El primer experimento consiste (fig. 1) en la suspensión de dos muelles idénticos, uno entre
dos pesas iguales y otro entre dos pesas desiguales apoyando la mayor de las pesas en una
mesa. Se pregunta cuál de los dos muelles estará más estirado.
A
B
FIG. 1. Esquema representativo del primer experimento.
En el segundo experimento se sitúa sobre una balanza de cocina un taco de madera con
forma
de
U
invertida
junto
a
un
trozo
de
gomaespuma
situado
verticalmente,
posteriormente se muestra sólo el referido trozo comprimido sobre la balanza con la mano
y, finalmente, se sitúan sobre aquélla la gomaespuma y el taco de madera, de forma que
aquella esté comprimida por el taco hasta la misma longitud que cuando era la mano quien
la comprimía (fig. 2). Se pide que prevean lo que marcará la balanza en este caso.
?
?
?
FIG. 2. Esquema representativo del segundo experimento.
El tercer experimento muestra un vaso con agua sobre una balanza en el que se introduce
una bola de acero suspendida por una cuerda. Se pide una comparación entre lo que
marcará la balanza en esta situación y lo que marcaba antes (fig. 3).
A
B
C
FIG. 3. Esquema representativo del tercer experimento.
Puesto que los alumnos apenas si conocían el tema de fuerzas se emplearon los gramos
como unidad de “peso” en aquellas circunstancias que lo requirieron.
En los tres casos la respuesta exige evaluar la información suministrada por los objetos y
sus relaciones. Tanto dichas respuestas como sus justificaciones por los alumnos nos
informan de cuáles fueron sus prioridades en su razonamiento.
RESULTADOS OBTENIDOS.
En la Tabla I se muestran los valores de “Chi cuadrado” y los niveles de significación de la
diferencia de frecuencias entre el grupo de control y el grupo experimental respecto a sus
predicciones del resultado de los tres problemas que constituyen la prueba. Posteriormente
se recogen los resultados en valores absolutos así como los argumentos que emplearon para
justificar sus respuestas.
PROBLEMA
1
2
3
χ²
11,48
14,413
2,128
p
0,0032
0,0132
0,1447
TABLA I. Valores de Chi cuadrado (χ²) y niveles de significación (p) de las diferencias de
frecuencias en las respuestas dadas por los alumnos del grupo de control y experimental a
los tres problemas de la prueba.
Como cabe observar en la Tabla anterior, en los dos primeros problemas existe una
diferencia significativa en las respuestas de los alumnos del grupo de control y del grupo
experimental, lo que no ocurre en el tercero.
Los resultados del primer experimento se recogen en la Tabla II, la respuesta mayoritaria en
ambos grupos fue que el muelle situado entre las dos pesas que cuelgan se estiraría más.
Ningún alumno del grupo de control fue capaz de reconocer que se estirarían por igual, en
cambio, y esta es la diferencia entre los dos grupos, un 25 por ciento de los del grupo
experimental sí lo hizo, argumentando que la pesa mayor tiraría igual que la pequeña por
estar apoyada en la mesa.
RESPUESTA
CONTROL
EXPERIMENTAL
TOTAL
Se estira más el muelle A
15
17
32
Se estira más el muelle B
7
1
8
Se estiran igual
0
7
7
Total
22
25
47
ARGUMENTOS DADOS PARA LAS RESPUESTAS MAYORITARIAS.
GRUPO CONTROL
Respuesta Argumento
GRUPO EXPERIMENTAL
Frec. Respuesta Argumento
Frec.
El muelle A
La pesa grande no tira
5
El muelle A
Las dos pesas en A tiran por igual
de los dos lados
16
El muelle A
Las dos pesas en A tiran por
igual de los dos lados
9
Igual
La pesa grande tira igual que la
chica al estar apoyada
6
El muelle B
Tira un peso mayor
7
El muelle B
Tira un peso mayor
1
TABLA II. Respuestas en valor absoluto a la primera prueba y argumentos esgrimidos.
Por el contrario, la segunda respuesta mayoritaria en el grupo de control expone que la pesa
grande tirará más y, como consecuencia, el muelle B estará más estirado.
El papel desempeñado por la mesa aparece así menoscabado en la representación gráfica,
mientras que adquiere mayor relevancia cuando se muestra una mesa real con todo el
dispositivo sobre ella.
Por lo que se refiere al segundo experimento (Tabla III), las respuestas aparecen
completamente polarizadas. Para el grupo experimental la respuesta mayoritaria indica la
conservación del peso sobre la balanza (700), con independencia de que la gomaespuma
esté comprimida o relajada. Por el contrario, el grupo de control suma la fuerza ejercida
sobre el plato de la balanza y el peso de la madera, sin tener en cuenta que la gomaespuma
empuja también hacia arriba (1000).
LECTURA DE LA BALANZA
CONTROL
EXPERIMENTAL
1000
15
300
1
500
1
600
0
700
5
900
0
Total
22
ARGUMENTOS DADOS PARA LAS RESPUESTAS
TOTAL
5
1
0
1
17
1
25
CONTROL
20
2
1
1
22
1
47
EXPERIMENTAL
MAYORITARIAS
Respuesta Argumento
1000
700
700
Frecuencia
Frecuencia
Se suma el empuje de la madera y la
gomaespuma
Hay los mismos objetos sobre la balanza
12
5
5
15
La goma espuma empuja hacia arriba y hacia
abajo
0
2
TABLA III. Respuestas en valor absoluto a la segunda prueba y argumentos esgrimidos.
En el tercer experimento, la situación anterior se invierte y ahora el grupo experimental es
el que generó más predicciones erróneas, aunque a un nivel estadísticamente no
significativo (Tabla IV).
RESPUESTA
CONTROL
EXPERIMENTAL
TOTAL
Marcará igual
6
12
18
Marcará más
16
13
29
Total
22
25
47
ARGUMENTOS DADOS PARA LAS RESPUESTAS
CONTROL
EXPERIMENTAL
MAYORITARIAS
Respuestas
Argumento
Frecuencia
Frecuencia
Marcará igual
La bola no “hace peso” en el agua
5
0
Marcará igual
La bola no toca las paredes
0
8
Marcará más
El agua sube al entrar la bola
8
5
Marcará más
La bola empuja al agua
2
2
La bola aumenta el peso del vaso
1
8
TABLA IV. Respuestas en valor absoluto a la tercera prueba y argumentos esgrimidos.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.
Investigaciones realizadas a propósito de las concepciones de los alumnos respecto a la
naturaleza corpuscular de la materia (Benarroch,1998) han evidenciado que existe una
competencia entre los mecanismos lógicos y perceptivos desplegados a la hora de
interpretar el mundo físico. Pensamos que los resultados obtenidos permiten extender ese
“conflicto” a cualquier situación que obligue a interiorizar el mundo físico para responder a
un problema. Tal y como sospechábamos, la utilización de los dibujos altera la percepción
de la situación física al presentarla a través de un modelo esquematizado.
En el primer experimento, el dibujo de la pesa grande alimentó una interpretación errónea
en el grupo control (se estira más el muelle próximo a la pesa grande) que, salvo en un
caso, no aparece en el grupo experimental, donde una fracción importante del alumnado
centró su atención en la mesa real que observaban, percatándose de que “sujetaba” a la pesa
grande, información que les valió dar una respuesta correcta. Sin embargo, el estímulo que
representa la observación de las dos pesas colgando son un elemento perceptivo tan fuerte
que sugiere un mayor estiramiento del muelle A independientemente de si se trata de un
dibujo o de la realidad.
El segundo experimento muestra cómo la imagen de la madera presionando sobre la
gomaespuma dirigió la atención de los alumnos del grupo de control sobre el empuje que la
gomaespuma realiza sobre la balanza, sin considerar que aquella también empuja, en
sentido contrario, a la madera. Al presentar dos dibujos, en uno la mano que empuja a la
gomaespuma mientras que en el otro lo hace la madera, se alimentó la interpretación en el
grupo control de que eran dos situaciones análogas sin serlo. Sin embargo, el grupo
experimental utilizó mayoritariamente un procedimiento distinto apoyado en el esquema de
conservación. A pesar de que se manipuló delante de ellos la gomaespuma comprimiéndola
sobre la balanza, predijeron que la situación de aquella no alteraría la lectura de la balanza.
Este efecto compensador de los esquemas lógicos sobre los perceptivos, se observa mucho
mejor en el tercer experimento. El esquema de conservación, ligado a la percepción del
aumento de la cantidad de materia situada sobre la balanza, incluida la observación o
predicción del aumento del nivel de agua, suministra una explicación que satisface a la
mayoría de los alumnos. No obstante, la predicción realizada por ocho alumnos del grupo
experimental (30 por ciento) denota la inestabilidad de las respuestas. Antes de introducir la
bola en el agua, y debido a las preguntas de los alumnos del grupo experimental, tuvimos
que aclarar que la bola no iba a tocar el vaso, información que fue utilizada para justificar
una respuesta errónea. En cambio, ningún miembro del grupo de control hizo mención
alguna a las paredes del vaso como argumento, aunque el dibujo mostraba con claridad que
la bola no las tocaba.
CONCLUSIONES
Respecto a la enseñanza, las consecuencias que se derivan son relevantes porque es muy
frecuente que las imágenes sustituyan a la experimentación, u observación directa de
fenómenos, en los libros de texto y en los dibujos que hacemos los profesores en la pizarra.
La presentación del mundo a través de la rejilla que suponen las imágenes altera la relación
entre los alumnos y los fenómenos que estudian, reduciendo la riqueza de dicha relación e
induciendo interpretaciones que pueden solapar las ideas de los alumnos.
Esta consideración también es aplicable a la investigación didáctica cuando se utilizan
pruebas de diagnóstico que incluyen dibujos. Los resultados nos sugieren que no es posible
asegurar que las respuestas de los sujetos objeto de la investigación no vayan a estar
influidas por la representación gráfica que se utiliza, por sencilla que esta sea.
Una consecuencia que se deriva de estas conclusiones es que en el diseño de pruebas, tanto
para la investigación como para la evaluación de los aprendizajes, debe tenerse en cuenta lo
que el propio dibujo dice a los alumnos.
BIBLIOGRAFÍA
BENARROCH, A. (1998). Las explicaciones de los estudiantes sobre las manifestaciones
corpusculares de la materia. Descripción, análisis y predicción de características y
dificultades. Tesis Doctoral. Universidad de Granada.
COOKE, N.J. y BREEDIN, S.D. (1994). Constructing naives theories of motion on the fly.
Memory & Cognition, Vol. 22, nº 4, pp. 474-493.
FINEGOLD, M. y GORSKY, P. (1991) Students´ concepts of force as applied to related
physical systems: A search for consistency. International Journal of Science Education,
Vol. 13, nº 1, pp. 97-113.
GALILI, I. y KAPLAN, D. (1996). Students´ Operations with the Weight Concept. Science
Education, Vol. 80, nº 4, pp. 457-487.
JIMÉNEZ-GÓMEZ, E., SOLANO, I. y MARÍN, N. (1997). Estudio de la progresión en la
delimitación de las "ideas" del alumno sobre fuerza. Enseñanza de las Ciencias, Vol. 15, nº
3, pp. 309-328.
JIMÉNEZ, J.D. (1998). Los medios de representación gráfica en la enseñanza-aprendizaje
de la Física y la Química. Tesis Doctoral. Universidad de Granada.
JIMÉNEZ, J.D. y PERALES, F.J. (2001). Graphic representation of force in secondary
education: analysis and alternative educational. Physics Education, Vol. 36, pp. 227-235.