Revista Colombiana de Educación
Resumen Las teorías corpóreas han revelado aspectos de la comprensión, y de la relación entre la percepción, la acción y la creación del significado, que no habían sido considerados en otro tipo de aproximaciones. La Hipótesis Indexical (Glenberg, 1997, 2007; Glenberg y Kaschak, 2002; Kaschak y Glenberg 2000, 2003) es una teoría de la corporeidad enfocada en la comprensión del lenguaje, que consta de tres procesos: indexación de las palabras y oraciones a objetos reales o a símbolos perceptivos; derivación de disponibilidades a partir de los objetos y símbolos, y amalgama de las disponibilidades derivadas. En este estudio se examina la derivación de disponibilidades en dos sistemas físicos. Se diseñaron dos experimentos para facilitar la derivación de disponibilidades “científicas” en lugar de disponibilidades perceptivas. Los resultados evidenciaron el carácter invariable de las disponibilidades perceptivas y la manera en que las concepciones alternativas influyen en la comprensión de fenómenos naturales. Esta influencia se nota en la derivación de disponibilidades falsas que generan comprensiones erróneas.
Palabras clave
Abstract Embodiment theories address aspects of comprehension, such as the connection between perception, action and meaning, that other paradigms don’t. The Indexical Hypothesis (Glenberg, 1997, 2007; Glenberg y Kaschak, 2002; Kaschak y Glenberg 2000, 2003) is an embodied approach to understand language. It describes language comprehension through three processes: indexing words and sentences to real objects or to perceptual analogous symbols; deriving affordances from the objects and symbols; and meshing the derived affordances. In this study, we examine the derivation of affordances from two physics systems. Two experiments were designed to facilitate the derivation of “scientific” affordances instead of perceptual ones. The results showed the invariable character of perceptual affordances and how alternative conceptions influence the understanding of natural phenomena. This influence is understood as the derivation of false affordances that lead to misunderstandings.
Key words
Hipótesis indexical, disponibilidades, significado, comprensión del lenguaje, corporeidad, comprensión y razonamiento en Física, concepciones alternativas.
Indexical hypothesis, affordances, meaning; language comprehension, embodiment, physics understanding and reasoning, alternative conceptions.
Universidad Pedagógica Nacional. Investigaciones. Máteus, Otero, pp. 38-59 [38]
INVESTIGACIONES
Teorías de la corporeidad y pensamiento científico: derivación de disponibilidades en la comprensión de sistemas físicos1 Geral Eduardo Mateus Ferro2 José Otero3
Las teorías tradicionales sobre la comprensión del lenguaje se han basado en una formalización de las representaciones mentales del discurso en términos de símbolos. Estos símbolos pueden ser proposiciones o nodos de carácter lingüístico que se integran en redes proposicionales o en redes semánticas. Con esta perspectiva simbolista, se han construido teorías de comprensión del discurso que han sido fuente de inspiración de innumerables investigaciones (p. ej., Van Dijk y Kintsch, 1983; Kintsch 1988, 1998). Sin embargo, recientemente se ha cuestionado la concepción de significado que subyace a estas teorías, puesto que este tipo de representaciones no explicaría la forma en que se relacionan los símbolos con sus referentes. Las teorías de la corporeidad constituyen una alternativa que intenta dar cuenta del problema del significado de los símbolos enraizándolo en la acción y la experiencia. En este artículo se examina la comprensión de fenómenos naturales explicados por la ciencia en el marco de la llamada “Hipótesis Indexical”, un modelo de comprensión del discurso basado en las teorías de la corporeidad. Se trata de investigar si es posible evitar los errores que cometen los aprendices de ciencias en uno de los procesos de la comprensión considerados en el modelo: la derivación
1
Texto recibido el 19 de marzo, evaluado el 11 de mayo y el 20 de junio y arbitrado el 30 de junio de 2009.
Doctorando en Comprensión del Texto y el Discurso. Procesos Cognitivos y Aplicaciones Instruccionales, Universidad de Alcalá. Profesor del Departamento de Lenguas, Universidad Pedagógica Nacional.
[email protected],
[email protected] 2
Doctor en Ciencias, Uned, España. Catedrático de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Departamento de Física, Universidad de Alcalá.
[email protected] 3
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de posibilidades de acción (disponibilidades o affordances4) sobre los objetos que constituyen una situación física. Tratamos de favorecer la derivación de posibilidades de acción apropiadas, científicas, que expliquen el comportamiento de los objetos en las situaciones consideradas. El artículo se organiza en dos grandes partes. En primer lugar, presentamos una breve revisión de algunos aspectos fundamentales de las teorías de la corporeidad y de la Hipótesis Indexical (Glenberg, 1997, 2007; Glenberg y Kaschak, 2002; Kaschak y Glenberg, 2000, 2003). Además, se presta atención especial al concepto de posibilidad de acción o “disponibilidad”, y su relación con las llamadas “concepciones alternativas” en ciencias. En la segunda parte, se presenta el trabajo experimental sobre la posibilidad de favorecer la derivación de disponibilidades científicas en la comprensión de sistemas físicos fácilmente observables.
Las teorías de la corporeidad Las teorías de la corporeidad surgen como respuesta a las limitaciones de las teorías simbolistas para explicar la comprensión del lenguaje. Estas últimas se critican por su planteamiento circular, al dar por sentado que se ha accedido al significado de los símbolos y al no tener en cuenta la realidad, las acciones y los organismos que efectivamente crean dicho significado (Harnad, 1990, p. 339). Los modelos simbolistas solamente sirven para explicar la producción de nuevas cadenas de símbolos abstractos a partir de otras, pero no la creación de los significados originales (Glenberg y Robertson, 2000). Harnad (1990) ilustra este hecho con el hipotético ejemplo, inspirado en el trabajo de Searle (1980), de un turista que llega a China sin conocer la lengua nativa y que solamente posee un diccionario en esta lengua. Si este turista hallara un letrero, buscaría la coincidencia de las series de grafías, “las palabras”, con el listado de caracteres del diccionario. Si está familiarizado con los caracteres chinos encontraría cada palabra, pero la definición del diccionario estaría compuesta por más grafías chinas. Enseguida tendría que buscar de nuevo las grafías que “traducían” las del letrero inicial, pero sus definiciones también estarían integradas por más caracteres chinos. El turista se encontraría en una situación sin salida, pues podría seguir buscando definiciones de las nuevas palabras en su diccionario y nunca hallaría el significado. Solamente estaría moviéndose por un sistema de símbolos que llevan a otros, sin lograr conectarlos con la realidad a la que se refieren. La situación de los modelos simbolistas es semejante, proporcionan algo así como un buen diccionario, útil solamente para quien es capaz de relacionar los símbolos con los referentes. Pero este proceso crucial no es considerado por las teorías simbolistas. “Affordance” en inglés. El término proviene del verbo inglés afford, “permitir(se)”, y en español no tiene una correspondencia exacta. Aunque “disponibilidad” es el término que se emplea en este texto para traducirlo, otros autores han acudido a traducciones y neologismos como “provisiones”, “habilitaciones”, “facilitadores” o “permisiones”. 4
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Las teorías de la corporeidad constituyen una alternativa que intenta dar cuenta del problema del significado de los símbolos, enraizándolo en la acción y en la experiencia. Barsalou (1999), máximo exponente de este enfoque, propone una teoría del significado basada en el almacenamiento y procesamiento de “símbolos perceptivos”. Estos símbolos conservan información sensorial de los objetos y de las maneras en que una persona puede interactuar con ellos. Según esto: La cognición es inherentemente perceptual, comparte sistemas con la percepción tanto en los niveles neuronales como en los cognitivos. Un estado perceptual puede contener dos componentes: una representación neuronal inconsciente del estímulo físico y una experiencia consciente opcional. Una vez que el estado perceptual surge, un “subconjunto” suyo es extraído por medio de la atención selectiva y almacenado permanentemente en la memoria a largo plazo. En posteriores recuperaciones, este recuerdo perceptual puede funcionar de manera simbólica, como el significado de los objetos del mundo, y ser susceptible de manipulación simbólica (Barsalou, 1999, pp. 577-578) (Traducción de los autores).
La Figura 1 da cuenta de este proceso. Algunos aspectos de la información sensorio-motora se extraen y guardan en la memoria a largo plazo en representaciones esquemáticas, es decir, en símbolos perceptivos. El resultado de este proceso es que la estructura interna de estos símbolos es modal, es decir, está relacionada analógicamente con los estados perceptivos que produjeron la representación. Figura 1. Sistemas de símbolos perceptuales (Adaptada de Barsalou, 1999)
Dado que estos símbolos perceptivos no contienen toda la información activada en el cerebro cuando se perciben los objetos, sino solamente algunas de sus características, cuando se recupera uno de ellos se activa una representación esquemática del objeto, construida con base en la información sensorio-motora almacenada. [41] Revista Colombiana de Educación, N.º 56. Primer semestre de 2009, Bogotá, Colombia.
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Ahora bien, según Barsalou (1999, p. 586): Los símbolos perceptivos no existen de manera independiente de otros en la memoria a largo plazo. Por el contrario, los símbolos relacionados se organizan en simuladores que luego permiten al sistema cognitivo construir simulaciones específicas de una entidad o evento.
Por ejemplo, de cada una de las veces en que se percibe un sujeto (p. ej. una mujer) se almacena información sensorial en símbolos perceptivos esquemáticos (p. ej. para rostro, cabello, altura, voz, tamaño, cadencia y estilo al caminar, etc.). Estos símbolos no se recuperan de manera aislada, sino que llegado el momento se activan en simulaciones del objeto. Para el caso del ejemplo anterior, puede simularse el objeto mujer en distintas situaciones (caminando, sentada, practicando algún deporte, etc.), y en diferentes perspectivas (vista de frente o de espaldas) a partir de la información específica sensorial almacenada en los símbolos perceptivos esquemáticos. Además, debe anotarse que los símbolos perceptivos no son necesariamente visuales, sino que son huellas de activación neuronal y pueden integrar diversas modalidades sensoriales (Barsalou, 1999). Este procesamiento en términos de símbolos perceptivos también implica un giro en la concepción de la comprensión. La Hipótesis Indexical (HI) pretende explicar la comprensión de oraciones en el marco de las teorías de la corporeidad.
La Hipótesis Indexical y las disponibilidades De acuerdo con la HI, el proceso de comprensión de una oración, consta de tres procesos: 1. indexación, 2. derivación de disponibilidades y 3. amalgama o acoplamiento de las disponibilidades. El primer proceso, indexación, consiste en relacionar las palabras u oraciones con los objetos del ambiente o con sus símbolos perceptivos. La indexación se apoya en la memoria o en la percepción misma para la recuperación o generación, respectivamente, de los símbolos perceptivos correspondientes. El segundo proceso, derivación de disponibilidades, consiste en generar mentalmente las posibilidades de acción de los elementos percibidos. La compatibilidad de estas posibilidades de acción se examina mediante el tercer proceso, de amalgama de las disponibilidades. Una vez indexados los términos de una oración, es decir, una vez relacionados con objetos en el mundo o con símbolos perceptivos recuperados de la memoria, el lector debe derivar las posibilidades de acción, es decir, las disponibilidades en relación con el entorno y con los demás elementos que integran la situación descrita. Gibson (1979), creador del término y fundador de la psicología ecologista, define las disponibilidades como las posibilidades de acción de un objeto dado -o sobre este objeto-, percibidas por un sujeto, según la relación que guarde con los restantes objetos, el entorno y las limitaciones físicas. Por ejemplo, una “piedra” junto a un “clavo” permite ser empleada para golpearlo y fijarlo a una superficie si ésta es la necesidad de un sujeto adulto. Universidad Pedagógica Nacional. Investigaciones. Máteus, Otero, pp. 38-59 [42]
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Si se tratase de un niño de dos años, esta disponibilidad sería más lejana. Esta posibilidad está disponible en ese contexto y se deriva de esa situación particular. No obstante, la “piedra” junto a una “puerta abierta” en un “día de viento” está disponible para asegurar la puerta y que no se abra más, si esto es lo que se desea. La disponibilidad de servir como objeto contundente, no se deriva en esta situación, porque no es relevante, como tampoco se derivaría la disponibilidad de mantener cerrada la puerta en la primera situación. En resumen, la disponibilidad hace referencia a cómo un individuo, con un cuerpo determinado, puede interactuar con un objeto que tiene también unas características particulares (Gibson, 2000). Sin embargo, es preciso notar que aunque las disponibilidades son percibidas en relación con las capacidades de acción de un actor particular, su existencia no depende de las habilidades del actor para percibirlas: una disponibilidad no varía aunque las necesidades y objetivos o metas del actor sí lo hagan. En el caso de los ejemplos anteriores, la disponibilidad de la “piedra” para servir de objeto contundente en la primera situación o como obstáculo en la segunda, es percibida, o no, de acuerdo con las características del sujeto en la situación. Pero aun así continúan estando latentes (McGrenere y Ho, 2000; Fajen y Turvey, 2003). La existencia de las disponibilidades, por tanto, es independiente de la experiencia y de la cultura del actor, aunque la habilidad para percibirlas sí dependa de esta experiencia y de la cultura. Sin embargo, es posible, en ocasiones, derivar disponibilidades que en realidad no existen. Por ejemplo, ante una puerta en una habitación cerrada puede derivarse la disponibilidad de ser abierta y poder pasar de un lugar a otro. No obstante, la puerta puede ser solamente un elemento decorativo de la habitación, pintada en la pared, que en realidad no permite la derivación de esta disponibilidad. Con base en esta clase de hechos, Gaver (1991) distingue cuatro tipos de disponibilidades relacionadas con la información que puede percibirse de las situaciones (Figura 2): 1. En primer lugar, de la información perceptual se pueden extraer disponibilidades perceptibles “auténticas”. Este sería el caso de las situaciones descritas anteriormente sobre “la piedra” y “el clavo”. 2. Hay casos en los que la disponibilidad no está “a la vista” y es necesario inferirla por medio de otra información Por ejemplo, la fuerza que puede ejercer un metal imantado sólo se puede identificar cuando experimenta la adhesión a otro objeto metálico. En este caso, se habla de disponibilidad oculta. 3. Si la información perceptiva sugiere una disponibilidad que no existe, como en el ejemplo de la falsa puerta, citado anteriormente, se tendría una disponibilidad falsa. 4. Si la información perceptual no sugiere ninguna posibilidad de acción, puesto que, efectivamente, no existe ninguna disponibilidad, habrá una situación de no derivación de disponibilidades. [43] Revista Colombiana de Educación, N.º 56. Primer semestre de 2009, Bogotá, Colombia.
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Figura 2. Tipos de disponibilidades traducida y adaptada de Gaver (1991)
El proceso de amalgama hace referencia a una combinación armónica de las disponibilidades derivadas de los elementos. Esta combinación está condicionada por factores como la meta de la situación que se expresa en la oración o que se deduce de ella, la sintaxis de la oración o la compatibilidad con la experiencia motora. En general, Glenberg y Kaschak (2003) resaltan que los tres procesos componentes de la Hipótesis Indexical, indexación, derivación de disponibilidades y amalgama, no necesariamente tienen lugar en el orden presentado o poseen límites rígidos. Por ejemplo, las disponibilidades solamente se derivan en la interacción entre varios elementos y es en la amalgama en la que se evidencia qué disponibilidades se derivan y cómo se aprecia su compatibilidad o incompatibilidad. Del mismo modo, para derivar las disponibilidades es precisa la indexación de los símbolos perceptivos, de lo contrario no habría objetos sobre los cuales realizar este proceso. Una de las limitaciones de la investigación que da sustento a los modelos de la corporeidad, incluyendo la HI, es que en su mayor parte se ha ocupado de la comprensión de oraciones que describen eventos y situaciones concretas. El análisis de la comprensión de material abstracto es un terreno menos explorado (De Vega, Graesser, y Glenberg, 2008). Sin embargo, la comprensión de situaciones en términos científicos requiere la derivación de disponibilidades abstractas, no ligadas directamente con la percepción. En los siguientes apartados, se examina la comprensión de algunos fenómenos naturales, tratados típicamente en los textos escolares, que se explican en términos científicos, abstractos. Se estudia en particular la posibilidad de corregir los errores causados por la derivación de disponibilidades incorrectas, estrechamente relacionadas con ideas espontáneas inapropiadas sobre los fenómenos naturales (las llamadas “concepciones alternativas”).
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Las disponibilidades y la comprensión de textos científicos Los textos científicos tienen características que los diferencian de los de otros géneros, como las narraciones o los textos expositivos con contenidos de la vida diaria. El desarrollo del conocimiento científico se apoya en la extracción de pautas generales de las situaciones que se dan en la naturaleza, que son formalizadas en leyes y teorías. Los conceptos utilizados para la descripción y explicación de estas situaciones tienen características bien definidas y se integran en una red de relaciones precisas, en las teorías. Con frecuencia, estas relaciones se expresan matemáticamente. De acuerdo con la HI, la comprensión de cualquier texto que describa situaciones concretas implica la derivación de disponibilidades perceptivas. Por ejemplo, la descripción de un objeto A que empuja a otro, B, se asocia con frecuencia a una disponibilidad perceptiva, o posibilidad de acción, consistente en que el objeto B se mueve. El uso de este tipo de disponibilidades perceptivas se relaciona estrechamente con las llamadas “concepciones alternativas”, preconcepciones, o ideas espontáneas, ampliamente estudiadas en el campo de la didáctica de las ciencias para explicar algunas de las dificultades en el aprendizaje (Driver, Guesne y Tiberghen, 1985; GilPérez y Carrascosa, 1985; Giordan y De Vechi, 1988; Viennot, 1979). Concepciones alternativas como la anterior (la fuerza se asocia a la velocidad) o como “la corriente eléctrica se consume a medida que recorre un circuito” producen patrones sistemáticos de error en la explicación de fenómenos naturales. Su origen reside con frecuencia en la experiencia diaria de interacción con el mundo y parecerían, por tanto, corresponder precisamente a disponibilidades falsas (Gaver, 1991), es decir, a la atribución de posibilidades de interacción inexistentes con los objetos. Por tanto, en la comprensión científica parece necesario recuperar otras disponibilidades, que llamaremos científicas, abstractas, es decir, menos enraizadas en la experiencia perceptiva y más basadas en construcciones mentales precisas a partir de elementos abstractos (energía, momento, derivada). Para el ejemplo anterior, la disponibilidad científica no asociaría la fuerza de A sobre B a la existencia de velocidad sino a la existencia de variación de velocidad por medio de una relación matemática precisa (la segunda ley de la dinámica). Por tanto, las disponibilidades científicas se encargarían de activar, en la mente del experto, las posibilidades de acción de los objetos (una fuerza actúa sobre un cuerpo de masa constante produciendo variación de velocidad, o aceleración) más allá de su simple apariencia y de la experiencia corriente sintetizada en las concepciones alternativas (una fuerza actúa produciendo “movimiento”, o velocidad). De acuerdo con lo anterior, ¿cómo se relaciona la derivación de disponibilidades científicas, en la comprensión de textos que explican fenómenos naturales, con la utilización de estas concepciones alternativas?; ¿es posible modificar la derivación de disponibilidades falsas, asociadas a las concepciones alternativas, e inducir la derivación de disponibilidades científicas? [45] Revista Colombiana de Educación, N.º 56. Primer semestre de 2009, Bogotá, Colombia.
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Aunque el interés último de nuestro estudio es examinar el proceso de derivación de disponibilidades cuando el sujeto intenta comprender textos científicos, en esta primera etapa se examina específicamente la derivación de disponibilidades y el proceso de amalgama, prescindiendo parcialmente de la formulación lingüística y utilizando mayoritariamente una representación analógica de la información. La razón es que la utilización de gráficos y fotografías permite obviar posibles problemas, en la primera etapa de indexación de los términos lingüísticos a sus referentes, y centrarse en el examen de la derivación y amalgama de disponibilidades. El trabajo que se presenta a continuación consta de dos experimentos, en los que se presentan dos fenómenos físicos: movimiento de rotación de un carrete y calentamiento o enfriamiento de dos materiales. Ambos fenómenos dan pie a análisis no científicos, en términos de concepciones alternativas, como se ha constatado en la literatura (Gentner y Stevens; 1983; Erickson, 1979). Por ello, resultan adecuados para un estudio como este, en el que se intenta comparar la derivación de disponibilidades científicas o no científicas. Para examinar la derivación y amalgama de disponibilidades, los participantes debían predecir posibilidades de acción específicas, disponibilidades, en relación con estos fenómenos, como el sentido del movimiento de un carrete o la temperatura de diferentes materiales en un ambiente a cierta temperatura. Para la predicción de estas disponibilidades se crearon dos condiciones: una condición facilitadora de la derivación de disponibilidades científicas (Condición CF) y otra condición no facilitadora de estas disponibilidades (Condición CNF). La condición facilitadora consiste en la presentación de escenarios que favorecen la derivación de disponibilidades científicas para la comprensión de la situación. En la otra condición no se proporcionaron estos escenarios. Por ejemplo, en la situación de rotación de un carrete sobre el que se ejerce una fuerza a través de un hilo enrollado, se utilizaron los cuatro escenarios, A, B, C y D, representados en la figura 3. Figura 3. Escenarios de la situación Carretes
El objeto representado reposa sobre una superficie plana. Si se tira del hilo ¿en qué sentido se moverá el objeto?
A
El objeto representado reposa sobre una superficie plana. Si se tira del hilo ¿en qué sentido se moverá el objeto?
B
El objeto representado reposa sobre una superficie plana. Si se tira del hilo ¿en qué sentido se moverá el objeto?
C
El objeto representado reposa sobre una superficie plana. Si se tira del hilo ¿en qué sentido se moverá el objeto?
D
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Se trata de que el sujeto prediga en qué sentido se moverá el carrete en el escenario diana, A. En la condición favorable se presenta al sujeto la secuencia de escenarios, D, C, B, A, que facilitaría la derivación de una disponibilidad científica al analizar el escenario diana (A): el carrete se mueve en el sentido de la fuerza ejercida sobre el hilo5, y no en sentido opuesto, como sugeriría una falsa disponibilidad. La razón por la que se espera que esta secuencia favorezca el uso de disponibilidades científicas en el escenario A, es que en los escenarios previos, particularmente en el D, las disponibilidades perceptivas, ingenuas, son coincidentes con las disponibilidades científicas. Se espera que los sujetos predigan un movimiento en el sentido de la fuerza en el escenario D (coincidente con la disponibilidad científica), puesto que compararían con la experiencia de ejercer una fuerza sobre un objeto con una base reducida. Sin embargo, en el escenario A, los sujetos recurrirían a disponibilidades generadas a partir de su experiencia con carretes con hilos arrollados, que pueden girar alrededor de un eje longitudinal que pasa por su centro. Por tanto, se esperaría que utilizasen disponibilidades falsas si sólo consideran el escenario A, prediciendo un movimiento del carrete en sentido opuesto a la fuerza. Una segunda suposición básica que mantenemos es que los sujetos aprenden a derivar la disponibilidad correcta en un escenario que invita a lo contrario, como el A. Es decir, la disponibilidad científica derivada en el escenario D se arrastra a los escenarios siguientes, resultando en un mayor número de respuestas correctas en el escenario diana, A, en la condición de secuencia D-C-B-A que en la secuencia inversa. Si esto fuese así, querría decir que los participantes son capaces de derivar disponibilidades abstractas, científicas, en la comprensión de situaciones científicas y proporcionaría un dato discrepante con el carácter invariante de las disponibilidades perceptivas postulado por Gibson (1979, pp. 134-135). Por el contrario, si las disponibilidades que se derivan ante el escenario diana estuvieran firmemente ligadas a las posibilidades de interacción que el actor ha derivado, a partir de su experiencia diaria, afirmación proveniente de las teorías corpóreas, no serían de esperar diferencias debidas a la secuencia de presentación de los escenarios. Ello implicaría que las representaciones corpóreas serían, en ocasiones como ésta, un obstáculo en la comprensión de situaciones y textos científicos. Con objeto de examinar las hipótesis anteriores se realizaron dos experimentos que se describen a continuación.
Experimento A En el primer experimento, se utilizaron dos situaciones en las que los sujetos debían hacer predicciones. La primera, Carrete, es la descrita más arriba. Comprende cuatro escenarios, que se diferencian en la forma del objeto sobre el que se enrolla Estrictamente debe decirse que la aceleración angular del carrete tiene el mismo sentido que el momento de la fuerza ejercida sobre él. 5
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la cuerda. Las disponibilidades de interés en esta situación, conciernen al sentido de movimiento del carrete. Tal como se acaba de explicar, se espera una mayor derivación de disponibilidades científicas en el escenario A en la condición facilitadora D-C-B-A, que en la no facilitadora, A-B-C-D. La segunda situación concierne a la predicción de la Temperatura de un sistema consistente en dos cuerpos de distintos materiales colocados en tres condiciones ambientales, correspondientes a tres escenarios: congelador, ambiente y olla (figura 4). Figura 4. Escenarios de la situación Temperatura
Se dejan durante tres horas una ficha de madera y una moneda de metal en el congelador de una nevera, que está 15 °C bajo cero. Inmediatamente después de sacarlas del congelador, se mide la temperatura de las dos poniéndolas en contacto con un termómetro. Indicar cuál de las alternativas describe mejor la temperatura de las monedas.
a.
b.
c.
a.
b.
c.
a.
b.
c.
Se dejan durante una hora una ficha de madera y una moneda de metal a temperatura ambiente. Enseguida, se mide la temperatura de las dos poniéndolas en contacto con un termómetro. Indicar cuál de las alternativas describe mejor la temperatura de las monedas. Se dejan durante una hora una ficha de madera y una moneda de metal en el fondo de un recipiente con agua a 100 °C, que está 15 °C bajo cero. inmediatamente después de sacarlas, se mide la temperatura de las dos poniéndolas en contacto con un termómetro. Indicar cuál de las alternativas describe mejor la temperatura de las monedas.
En este caso, se espera que la derivación de falsas disponibilidades sea frecuente en el escenario diana, Olla: los sujetos derivan disponibilidades incorrectas (temperatura diferente) a partir de la diferente sensación térmica que produce una pieza de metal y otra de madera que son, de hecho, calentadas hasta la misma temperatura. Sin embargo, en el escenario Congelador, los sujetos no dispondrían de tanta experiencia directa y, por tanto, podrían utilizar con más probabilidad disponibilidades correctas, prediciendo igual temperatura en los dos materiales. La secuencia de escenarios se completa con un escenario intermedio, Ambiente, para construir una secuencia de tres escenarios similar a la de cuatro, empleada en la prueba Carrete. Se espera una mayor derivación de disponibilidades científicas en el escenario Olla en la condición facilitadora (CF), Congelador-Ambiente-Olla, que en la no facilitadora (CNF), Olla-Ambiente- Congelador.
Método Participantes Tomaron parte en el experimento 39 estudiantes de primero de bachillerato6 de un Instituto de Educación Secundaria de Alcalá de Henares. El promedio de edad de los 6
El equivalente en el sistema educativo colombiano es el grado décimo de Educación Media. Universidad Pedagógica Nacional. Investigaciones. Máteus, Otero, pp. 38-59 [48]
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estudiantes era de 17 años. Todos habían seguido la asignatura Física y Química en cuarto grado ESO, y estudiaban la asignatura Física en el curso actual. En el momento de la prueba, habían terminado dos unidades temáticas de Física, cinemática y dinámica, pero no habían estudiado en Física o Química, en ese año académico, ningún tema sobre calor, temperatura o conductividad térmica.
Materiales Los escenarios, mostrados en las figuras 3 y 4, se presentaron en páginas individuales. Se diseñaron cuatro cuadernillos distintos con las dos pruebas en una de las dos condiciones (CF o CNF). La primera página incluía instrucciones en las que se indicaba que las pruebas debían ser contestadas secuencialmente sin revisar las respuestas anteriores. En cada página se presentó uno de los escenarios: cuatro páginas con los escenarios de la situación Carrete y tres para Temperatura. En total ocho páginas, incluyendo la de instrucciones.
Procedimiento El experimento se realizó en compañía del profesor de ciencias y en su horario habitual de clase. La prueba era anónima, y se indicó a los alumnos que no tendría implicaciones en las calificaciones. Los cuadernillos se entregaron de modo aleatorio. Al terminar los escenarios de una prueba, inmediatamente se pasaba a los de la otra. Los sujetos debían contestar las preguntas planteadas en cada escenario y justificar la elección con una explicación escrita en el espacio reservado para ello. Ningún sujeto tardó más de quince minutos en resolver las dos pruebas. En el momento en el que cada sujeto terminaba de responder el cuadernillo se recogía y se revisaba que todas las preguntas estuvieran resueltas y que se hubieran escrito las correspondientes justificaciones.
Resultados y discusión En la prueba Carrete no aparecen diferencias significativas en los porcentajes de respuestas correctas entre las dos condiciones, CF y CNF, para ninguno de los escenarios, incluyendo el diana (z= 0,81, p=0,21). Por tanto, la secuencia de presentación de escenarios no tiene influencia en la derivación de disponibilidades científicas en el escenario diana, A. Dada la ausencia de diferencia entre condiciones se colapsaron ambas, resultando en los porcentajes globales de aciertos (derivación de disponibilidades científicas) que se muestran en la figura 5.
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Figura 5. respuestas correctas en los escenarios de la prueba carrete
Aunque existe la tendencia esperada (más respuestas correctas en el escenario D que en el A), una prueba Q de Cochran para muestras relacionadas, pone de manifiesto que las diferencias en los porcentajes de respuestas correctas entre los 4 escenarios, son solamente marginalmente significativas (Q=6,62, p=0,08). En la prueba Temperatura se encuentran diferencias significativas en la distribución de porcentajes de respuestas correctas en la condición favorable (Q= 6,89, p=0,03), pero no en la desfavorable (Q=0,55, p=0,76) (figura 6). Como en la prueba anterior, tampoco aparecen diferencias significativas entre condiciones en el porcentaje de respuestas correctas en el escenario diana, Olla (z=0,28, p=0,39), ni en el escenario Congelador (z=0,20 p=0,42). Sin embargo, aparecen diferencias significativas para el escenario Ambiente (z=1,76, p=0,04). Figura 6. respuestas correctas en los escenarios de la prueba temperatura
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La mayoría de las respuestas, tanto en el escenario Congelador como en el Olla, corresponden a disponibilidades perceptivas: los participantes consideran que el metal debe tener menor temperatura que la madera cuando se encuentra en el congelador y mayor temperatura cuando se encuentra en agua hirviendo, de acuerdo con la sensación térmica percibida. Y, en contra de la hipótesis, la derivación de disponibilidades científicas en el escenario diana, no se induce por la secuencia de escenarios que consideran los participantes (ver figura 7). Figura 7. Disponibilidades derivadas según la temperatura
Para comprobar la robustez de estos resultados e indagar sobre la posibilidad de que algunas diferencias reales entre variables, como las que pueden existir en las respuestas a los diferentes ítems en la prueba Carrete, hayan quedado enmascaradas por la falta de potencia de la prueba, se realizó un nuevo experimento, replicando en esencia el actual. La única diferencia introducida consistió en reemplazar los dibujos de la prueba Carrete por fotografías. En el experimento A, algunos participantes hicieron preguntas al experimentador sobre detalles de los dibujos, que ponían de manifiesto dificultades en la comprensión del dispositivo representado. La prueba Temperatura se repitió como en el Experimento A.
Experimento B Método Participantes Tomaron parte en el experimento 45 estudiantes de primero de Bachillerato de un Instituto de Educación Secundaria de Guadalajara (España). Como en los experimentos anteriores, los participantes habían estudiado en la asignatura de Física las [51] Revista Colombiana de Educación, N.º 56. Primer semestre de 2009, Bogotá, Colombia.
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unidades temáticas de cinemática y dinámica. También había cursado la asignatura de Física y Química de cuarto grado de ESO. El promedio de edad de los estudiantes, al igual que en el Experimento A, fue de 17 años, aproximadamente.
Materiales Los materiales fueron los mismos que los utilizados en el Experimento A, excepto en la prueba Carrete. Aquí los dibujos fueron reemplazados por fotografías que sirvieron para evitar posibles equívocos en la indexación de los elementos de esta prueba. En la figura 8 se presentan como ejemplo los escenarios A y D. Figura 8. materiales de los escenarios a y d
Escenario A
Escenario D
Procedimiento Idéntico al del experimento A. Los participantes se asignaron aleatoriamente a las dos condiciones CF y CNF.
Resultados y discusión En la prueba Carrete, de manera análoga a lo encontrado en el experimento A, no se encuentran diferencias significativas entre condiciones en los porcentajes de aciertos para ninguno de los escenarios, incluido el diana, A, (z= 0,94, p=0,17). Por tanto, se colapsaron las dos condiciones. La figura 9 muestra los porcentajes de aciertos en las respuestas en cada escenario. La prueba Q de Cochran pone de manifiesto que existen diferencias significativas, entre escenarios, en los porcentajes de respuestas correctas (Q=24,15, p=0,0001). La prueba de McNemar para diferencias de proporciones entre dos muestras relacionadas indica que, en particular, existen diferencias significativas entre el escenario diana, A; y los escenarios D y C (McNemar X2=0,29, p=0,002) y D (McNemar X2=0,356, p=0,004). Universidad Pedagógica Nacional. Investigaciones. Máteus, Otero, pp. 38-59 [52]
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Figura 9. respuestas correctas en los escenarios de la prueba carrete
Por tanto, como sugería el experimento A, se pone de manifiesto que las diferencias debidas a la forma del objeto influyen en la derivación de disponibilidades científicas. Pero no hay efecto de la secuencia de escenarios considerada, hipotéticamente como facilitadora de estas disponibilidades en el escenario diana. Los participantes siguen utilizando mayoritariamente disponibilidades perceptivas a la hora de predecir el comportamiento de un carrete sobre el que actúa una fuerza por medio de una cuerda arrollada. En la prueba Temperatura no se encuentran diferencias significativas entre condiciones para ninguno de los escenarios, incluido el escenario Ambiente y el escenario diana, Olla (z= 1,00, p= 0,16). Figura 10. respuestas correctas en los escenarios de la prueba temperatura
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En la figura 10 se representan las elecciones de los participantes en los tres escenarios, colapsando ambas condiciones. Existen diferencias significativas entre los porcentajes de respuestas correctas (Q=14,70, p=0,006). En particular, en el escenario Ambiente se deriva un porcentaje significativamente mayor de disponibilidades científicas (51%) que en el Olla (20%) (McNemar X2= 0,30, p=0,004) o que en el Congelador (20%) (McNemar X2= 0,29, p=0,007). En contra de nuestra suposición, el mayor número de respuestas correctas no se produce en el escenario Congelador, que no difiere significativamente del escenario Olla, sino en el escenario Ambiente. Al igual que en el Experimento A, en los escenarios Congelador y Olla, los participantes optaron abrumadoramente por elegir respuestas inspiradas en la sensación térmica, es decir, asociadas a las disponibilidades perceptivas y no asociadas a las disponibilidades científicas. Las respuestas mayoritarias en estos escenarios, corresponden a la sensación de que el metal tiene menor temperatura que la madera en un ambiente frío como el del Congelador y más temperatura en un ambiente caliente, como el de la Olla (Figura 11). Figura 11. Disponibilidades derivadas de cada escenario, prueba temperatura
Conclusiones El objetivo de la investigación era estudiar la comprensión de situaciones con contenido científico, intentando inducir la derivación de disponibilidades científicas en lugar de disponibilidades perceptivas, asociadas con concepciones alternativas. El trabajo experimental se basó en la presentación de escenarios que favorecerían, hipotéticamente, la derivación de disponibilidades científicas: por ejemplo una cuerda enrollada a un cilindro apoyado en sectores circulares, como en el escenario D, descrito más arriba. Esperábamos que la derivación de disponibilidades científicas en Universidad Pedagógica Nacional. Investigaciones. Máteus, Otero, pp. 38-59 [54]
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este escenario previo, favoreciesen su derivación en el escenario diana, inhibiendo la derivación de disponibilidades perceptivas. En una prueba, Carretes, se manipuló información perceptual directa, la forma del objeto, para favorecer la derivación de disponibilidades científicas. En la prueba Temperatura se proporcionó información escrita sobre los dispositivos (Congelador) que se esperaba que favoreciese la derivación de disponibilidades científicas. En lo que concierne a esta expectativa, los resultados se adecuaron a las previsiones en la primera prueba (Carretes), pero no en la segunda (Temperatura). Un número mayor de participantes derivó disponibilidades acordes con el conocimiento científico en el caso del escenario Sector circular de pequeño ángulo (D), que en los restantes escenarios de la prueba, pero no sucedió así para el escenario Congelador en la prueba Temperatura. De hecho, en esta segunda prueba, los alumnos derivaron más disponibilidades científicas, es decir, predijeron más frecuentemente de manera correcta la igualdad de temperaturas en el segundo de los escenarios, Ambiente, que en los otros dos. Por tanto, nuestra manipulación experimental de facilitación de la derivación de disponibilidades científicas sólo funcionó como se preveía en la primera de las pruebas. En segundo lugar, y en estrecha relación con lo anterior, se comprobó en ambas pruebas que no se procesaron de igual manera todos los escenarios. Es decir, se procesaron derivando en todos ellos distintas disponibilidades, cuando, desde el punto de vista científico, las situaciones son comprensibles en términos de las mismas disponibilidades. Por ejemplo, la variación en la forma del objeto en la prueba Carrete generó disponibilidades diferentes, aunque para la física cada escenario requiere la derivación de las mismas disponibilidades: la velocidad de rotación de un objeto varía en el mismo sentido que el momento (o torque) resultante aplicado. En la prueba Temperatura, las respuestas de los participantes ponen también de manifiesto disponibilidades diferentes para los distintos escenarios, enraizadas en la información perceptiva. Estas disponibilidades son inconsistentes con la disponibilidad científica: dos cuerpos en contacto durante un tiempo suficientemente largo alcanzan la misma temperatura. La distinta sensación térmica del metal y la madera no indica diferente temperatura, sino diferente conductividad térmica de ambos materiales. En tercer lugar, esperábamos, como hipótesis central del trabajo, que la presentación de una situación en la que se derivan disponibilidades acordes con el conocimiento científico, tuviese un efecto positivo en la derivación de disponibilidades en otras situaciones en las que generalmente operan concepciones alternativas, es decir, en las que se derivan disponibilidades perceptivas. Sin embargo esto no sucedió en ninguna de las pruebas. La derivación de disponibilidades en los escenarios diana apareció como un proceso no modificable de esta manera. Los participantes derivaron disponibilidades perceptivas en el escenario diana en igual medida en la condición favorable que en la condición no favorable, aun cuando en la primera condición el escenario diana se consideraba después de otros en los que [55] Revista Colombiana de Educación, N.º 56. Primer semestre de 2009, Bogotá, Colombia.
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sujetos derivaban disponibilidades correctas con mayor facilidad (escenario D en la prueba Carrete y escenario Ambiente en la prueba Temperatura). Los resultados, por tanto, son consistentes con el carácter invariante de las disponibilidades apuntado por Gibson (1979) y con su vinculación específica con cada situación. Finalmente, los datos numéricos sobre el número de respuestas correctas, junto con el análisis de las explicaciones solicitadas, sugieren que algunos participantes no derivaron disponibilidades científicas como tal, ni siquiera en los casos en los que contestaron correctamente a las preguntas. Si lo hubiesen hecho, dada la aplicabilidad general de estas disponibilidades, las deberían haber derivado sistemáticamente en escenarios distintos, cosa que no sucedió: los porcentajes de respuestas correctas variaron significativamente entre escenarios, en ambas pruebas. Parece, por tanto, que la derivación de disponibilidades fundamentadas en la percepción puede concordar en algunos casos con las disponibilidades que llamamos científicas, sin que esto signifique que los sujetos utilizan los conceptos y principios generales construidos por la ciencia. En resumen, las disponibilidades perceptivas no parecen modificables en tareas de corto término como las planteadas. Sin embargo, la información específica de cada escenario sí condiciona la derivación de disponibilidades. La derivación de disponibilidades científicas, necesaria para la comprensión de fenómenos naturales, encuentra obstáculos en las disponibilidades perceptivas y, en consecuencia, en las representaciones corpóreas. Estas disponibilidades perceptivas parecen encontrase en la raíz de las concepciones alternativas con las que los sujetos inexpertos intentan, con mucha frecuencia, explicar los fenómenos naturales. En todo caso, el análisis de esta clase de fenómenos, en el marco de las teorías de la corporeidad, puede aportar una nueva perspectiva para entender el papel de las concepciones alternativas en el aprendizaje de las ciencias. Los errores cometidos por los sujetos en la comprensión y explicación de muchos fenómenos naturales, no serían sino manifestaciones de mecanismos básicos de comprensión del mundo, basados en la interacción del cuerpo humano con el entorno que le rodea.
Agradecimientos Expresamos nuestro agradecimiento a los profesores de los Institutos de Enseñanza Secundaria Félix Bilbao, José María Peco, Eduardo García-Arista y José Martín Quero, así como a sus estudiantes, por la valiosa colaboración prestada en este estudio. El trabajo se realizó en el marco del Proyecto SEJ2005-03126, del Ministerio de Ciencia y Tecnología de España, del cual es Investigador Principal el segundo autor, y con el apoyo del Programa Alβan, Programa de Becas de Alto Nivel de la Unión Europea para América Latina, beca n.º E06D101249CO, para el primer autor.
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