la teoría marco vosniadou et al wag.pdf

La Teoría Marco, Aproximación al Problema delCambio Conceptual

Stella Vosniadou, Xenia Vamvakoussi, e Irini SkopelitiNational and Kapodistrian University of Athens

Traducción no oficial: @wilburacevedo

INTRODUCCIÓN

El término cambio conceptual fue introducido por Thomas Kuhn (1962) para señalar que los conceptos incrustados en una teoría científica cambian su significado cuando la teoría (paradigma) cambia.1 Kuhn promovió una visión contextual de los conceptos como que tienen una estructura interna incrustada en los marcos teóricos de los cuales toman su significado. Cuando un marco teórico cambia, los significados de los conceptos que hacen parte de este también cambian, haciéndolos “inconmensurable” a los mismos conceptos subsumidos bajo el marco teórico anterior.2 La noción de inconmensurabilidad recibió considerables críticas por parte de filósofos e historiadores de la ciencia, forzando a Khun a cambiar eventualmente su posición de “inconmensurabilidad global” a “inconmensurabilidad local”. La inconmensurabilidad local se refiere solamente a un cambio parcial en el significado de los conceptos.

Susan Carey (ver, Carey, 1985, 1991, en prensa; Carey & Spelke, 1994) ha sido fundamental en el esclarecimiento de cómo el cambio conceptual puede ser visto en el contexto del desarrollo cognitivo. Carey (1991) respaldó la noción de “inconmensurabilidad local” intentando divorciar el cambio conceptual de temas de referencia (Kitcher, 1983).3 Ella identificó varios tipos de cambios conceptuales que podrían ser considerados como cambio conceptual radical y proporcionó la evidencia empírica para apoyar la afirmación de que ellos ocurren en el curso del desarrollo cognitivo espontáneo. El cambio conceptual según Carey (1991) requiere la reasignación de un concepto a una categoría ontológica diferente o la creación de nuevas categorías ontológicas como cuando el concepto de la "tierra" queda subsumido en la categoría de objetos astronómicos en comparación con los objetos físicos (Vosniadou & Skopeliti, 2005). Esto también puede implicar la diferenciación o la coalescencia de los conceptos tales como la diferenciación entre el calor y la temperatura o el peso y la densidad (Carey, 1991; Carey & Spelke, 1994; Wiser & Carey, 1983; Wiser & Smith, capítulo 8, este volumen).

Otros investigadores han interpretado el término cambio conceptual de un modo más general para indicar todos los tipos diferentes de cambio conceptual que ocurren en Traducción no oficial de “The Framework Theory Approach to the Problem of Conceptual Change” capítulo 1 del“International Handbook of Research on Conceptual Change”. Se aceptan correcciones @wilburacevedo 1

el proceso de aprendizaje y desarrollo así como en la historia de la ciencia y no sólo los que acompañan al cambio de teoría (Thagard, 1991; capítulo 14, este volumen). Thagard (capítulo 14, este volumen) proporciona una lista de cambios conceptuales, comenzando con algunos de los tipos más simples, es decir, aquellos que implican la adición de una nueva instancia o una nueva regla a un concepto existente, y finaliza con algunos de los más radicales, en otras palabras, aquellos implicados en el cambio de teoría. Los últimos son los que requieren cambios en el árbol de categorías ontológicas al cual un concepto pertenece,con los cambios correspondientes en causalidad, por ejemplo, cuando conceptos como “vida”, “enfermedad” y “mente” cambian de estar incrustados en la explicación teológica a la cualitativa y luego a los marcos mecanicistas. Chi (capítulo 3, este volumen) ademá distingue entre tres tipos de cambios conceptuales que ocurren en el proceso de aprendizaje: revisión de creencias, transformación del modelo mental y cambio categórico. Distinciones similares también son hechas por Keil y Newman (capítulo 4, este volumen), Wiser y Smith (capítulo 8, este volumen), Inagaki y Hatano (2003; capítulo 9, este volumen), para caracterizar el proceso de desarrollo cognitivo.

El objetivo del presente capítulo es describir y explicar los tipos de cambios conceptuales que tienen lugar cuando los estudiantes son expuestos a conceptos contraintuitivos en ciencias y matemáticas (Vosniadou, 2006; Vosniadou & Verschaffel, 2004). Estamos interesados en lo que Inagaki y Hatano (capítulo 9, este volumen) llaman “cambio conceptual inducido por instrucción”, en comparación con los tipos de cambios conceptuales que suceden de manera espontánea en el desarrollo. Argumentamos que muchos conceptos científicos son difíciles de aprender porque están incrustados dentro de las teorías científicas que violan los principios fundamentales de la intuición, teoría marco de la física en la que se subsumen conceptos de la física cotidiana. En otras palabras, el aprendizaje de muchos conceptos científicos requiere el tipo más radical de los cambios conceptuales que involucran cambios en las categorías ontológicas.

En el corazón de nuestra aproximación teórica está la idea de que la explicación inicial del mundo físico en la física ingenua no son observaciones fragmentados sino que forman un todo coherente, una teoría marco. El cambio de la teoría marco es difícil debido a que forma un sistema explicativo coherente, que se basa en la experiencia cotidiana, y es constantemente reconfirmada por nuestras experiencias cotidianas en el contexto cultural propio. Después de todo, las explicaciones científicas actualmente aceptadas son el producto de un largo desarrollo histórico de la ciencia que se caracteriza por los cambios radicales de la teoría que han reestructurado nuestras representaciones del mundo físico. Más recientemente hemos comenzado a trabajar en el área de las matemáticas. Aunque el dominio de las matemáticas es muy diferente al de la ciencia, creemos que el mismo análisis puede más o menos aplicarse en el caso del aprendizaje de las matemáticas ( ver Vosniadou & Verschaffel, 2004; Verschaffel & Vosniadou, 2004)

La primera sección de este capítulo presenta dos ejemplos de cambio conceptual,

Traducción no oficial de “The Framework Theory Approach to the Problem of Conceptual Change” capítulo 1 del“International Handbook of Research on Conceptual Change”. Se aceptan correcciones @wilburacevedo 2

uno que viene del área de la física (observación astronómica) y el otro desde el área de las matemáticas (número racional). La segunda sección ofrece un análisis más detallado de la posición teórica que también explica sus similitudes y diferencias con otros enfoques que tratan del problema del cambio conceptual en el aprendizaje y el desarrollo. El capítulo concluye con una discusión de algunas de las implicaciones del enfoque de la teoría marco para el diseño de la enseñanza en ciencias y matemáticas.

Nuestra opinión es que el problema del cambio conceptual, que comúnmente se plantea en la enseñanza, es una de las razones principales detrás del fracaso generalizado de los estudiantes para entender los conceptos de la ciencia y las matemáticas. Una cantidad abrumadora de investigaciones educativas han documentado las considerables dificultades que tienen los estudiantes en estas áreas. Estas dificultades están presentes no solamente en el caso de los estudiantes menos destacados o más jóvenes. Están presentes incluso en los estudiantes universitarios más brillantes de las universidades más prestigiosas. La ausencia de pensamiento crítico, la fragmentación del conocimiento, la falta de transferencia, y las ideas erróneas caracterizan el razonamiento y la resolución de problemas de muchos estudiantes, especialmente en aquellos casos en que la nueva, información a ser adquirida entra en conflicto con la estructura existente, basada en la experiencia, conocimiento lego.Por último, es también nuestra opinión que, en gran medida, la ineficacia general de intervenciones instruccionales en esta área podría atribuirse a la inadecuada atención que se ha dado hasta ahora al problema del cambio conceptual.

DOS EJEMPLOS DE CAMBIO CONCEPTUAL INDUCIDO POR INSTRUCCIÓN

El Concepto de la Tierra

Concepto inicial de los niños

Un cuerpo sustancial de investigación transcultural apoya la conclusión de que durante los años de preescolar los niños construyen un concepto inicial de la tierra sobre la base de interpretaciones de la experiencia cotidiana en el contexto de su cultura. De acuerdo con este concepto inicial, la tierra es un objeto plano, estable, inmóvil, y con apoyo físico. Los objetos ubicados en la tierra obedecen las leyes de la gravedad hacia arriba/abajo y el espacio está organizado en función de las dimensiones de arriba y abajo. El cielo y los objetos solares se encuentran por encima de la parte superior de esta tierra plana la cual se piensa habita un universo geocéntrico (ver Brewer, capítulo 7, este volumen; Vosniadou & Brewer, 1992, 1994; Nussbaum, 1979,1985).

Concepto Científico


Como se muestra en la tabla 1.1, el concepto científico de la tierra, el concepto científico de la tierra, al que están expuestos los niños al menos tan pronto como entran en la escuela primaria, viola prácticamente la totalidad de los presupuestos que aplican al concepto inicial de la tierra en los niños. De acuerdo con el concepto científico, la tierra es un planeta una objeto astronómico, esférico sin soporte que gira alrededor de su eje y gira alrededor del Sol en un sistema solar heliocéntrico. Todas las personas viven alrededor de la tierra esférica y la gravedad opera hacia el centro de la tierra. Entender el concepto científico de la tierra requiere que los niños recategoricen la tierra a una nueva categoría ontológica de un objeto físico a un objeto astronómico. Consideramos esta recategorización como una forma de cambio conceptual radical.

Cambio Conceptual

La hipótesis de que la adquisición del concepto científico de la tierra requiere cambio conceptual fue probada directamente en un estudio empírico por Vosniadou y Skopeliti (2005). En este estudio, a 62 niños de primero y quinto grado les fueron mostradas 10 tarjetas con las palabras “sol, luna, estrella, tierra, planeta, casa, gato, roca, árbol y carro” y se les hizo tres preguntas de categorización. Los resultados, descritos en detalle en la tabla 1.2, muestran que la gran mayoría de los niños fueron capaces de distinguir cuerpos celestes de los terrestres y que hubo un cambio de desarrollo en sus categorizaciones de la tierra.

Tabla 1.1Concepto de la Tierra

Inicial Científico

La Tierra como objeto físico La Tierra como objeto astronómico (unplaneta)

Plana Esférica

Estacionaria Girando alrededor de su ejeGirando alrededor del sol

Apoyada Sin soporte

Gravedad arriba/abajo Gravedad hacia el centro de la tierra

Sistema Geocéntrico Sistema Heliocéntrico

TABLA 1.2


Frecuencias/porcentajes de los tipos de respuesta de los niños a la Pruebade Categorización

Las respuestas de los niños, particularmente a la tercera pregunta, que les pidió explícitamente juntar las cosas que van con la tierra en un grupo y las cosas que no van con la tierra en otro, fueron muy reveladoras. En primer grado, el 35% de los niños clasifica a la tierra como un objeto físico y el 42% como un objeto solar, mientras que en el quinto grado sólo un niño clasifica a la tierra como un objeto físico y el 90% la clasifica como un objeto solar. Además, las respuestas de los niños a un cuestionario similar sobre la forma de tierra utilizado por Vosniadou y Brewer (1992) mostraron correlaciones significativas entre las categorizaciones de los niños y de sus modelos de forma de la tierra.

Llegamos a la conclusión de que los resultados apoyan la hipótesis de que hay un cambio en la categorización de la tierra de un objeto físico a uno solar, y que la recategorización de la tierra como un objeto solar puede preceder a la completa comprensión de los niños de la tierra como un planeta esférico, que gira alrededor de su eje y gira alrededor del sol.

Inconsistencia interna y Modelos sintéticos

La recategorización de la tierra como un objeto solar no ocurre de la noche a la mañana. Una serie de estudios de desarrollo transversales (e.g., Blown & Bryce, 2006; Diakidoy, Vosniadou & Hawks, 1997; Nussbaum, 1979; Nussbaum & Novak, 1976;


Vosniadou & Brewer, 1992, 1994) así como algunos estudios longitudinales (Kikas, 1998; Maria, 1993, 1997a, 1997b), apoyar la hipótesis de que el proceso de adquirir el concepto científico de la tierra es un proceso lento y gradual que da lugar a la construcción de las concepciones alternativas de la tierra, así como a las respuestas internamente inconsistentes. Una lista de las representaciones alternativas construidas por niños de la escuela primaria en el estudio Vosniadou y Brewer (1992) aparece en la Figura 1.1.Estos representaron alrededor del 90% de las respuestas globales de los niños de tercero y quinto grado y el 65% de las respuestas generales de los niños de primer grado. Las respuestas generales de los niños restantes fueron clasificados como mixtos.3

Las respuestas internamente consistentes formaron una gama de modelos alternativos de la tierra, a partir de la representación inicial de una tierra plana hasta la


representación científica de una esfera. Los niños más pequeños tienden a representar a la tierra como un cuadrado, un rectángulo o en forma de disco plano, objeto físico, con el apoyo de tierra abajo y el cielo y objetos solares por encima de su parte superior. Algunos niños forman el modelo interesante de una doble tierra según el cual hay dos tierras: una plana en la que vive la gente y una esférica que está arriba en el cielo y que es un planeta. Otra mala representación común de la tierra era la de una esfera hueca. Según ese modelo, la tierra es esférica, pero vacía por dentro. La gente vive en la tierra plana dentro de la parte inferior de la esfera hueca. Alternativamente, la tierra fue conceptualizada como una esfera achatada o esfera truncada con las personas que viven en su parte superior plana, cubierto por la cúpula del cielo por encima de la parte superior.

Estas representaciones alternativas de la tierra no eran raras. De hecho, sólo 23 de los 60 niños en el estudio Vosniadou y Brewer (1992) habían construido la representación culturalmente aceptada de la tierra como una esfera. Estos hallazgos han sido confirmados por muchos estudios transculturales realizados tanto en nuestro laboratorio (e,g., Diakidoy, Vosniadou & Hawks, 1997; Samarapungavan, Vosniadou,& Brewer, 1996; Vosniadou, Skopeiiti, & Ikospentaki, 2004, 2005), así como por un número de investigadores independientes (Blown & Bryce, 2006; Hayes, Goodhew, Heit, & Gillan, 2003; Mali & Howe, 1979).5

El Proceso de Cambio Conceptual

Teniendo en cuenta que la representación esférica de la tierra es tan omnipresente en nuestra cultura, uno se pregunta por qué los niños tienen tanta dificultad para entender y por qué se forman las representaciones alternativas indicadas anteriormente. La explicación que hemos dado es que el cambio de una tierra plana a un concepto de la Tierra esférica no es un cambio en una simple creencia (Chi, capítulo 3, este volumen) sino un cambio conceptual radical. Esto es debido a que el concepto inicial de la tierra está incrustado dentro de uno más amplio, la teoría marco de lo físico, formando una construcción compleja que es apoyada por todo un sistema de observaciones, creencias y supuestos que constituyen una estructura explicativa relativamente coherente y sistemática (Vosniadou & Brewer, 1992, 1994; Vosniadou, 2007b). La figura 1.2 muestra algunas de las observaciones, creencias y supuestos de la estructura conceptual asumida que subyace en el concepto inicial de la tierra.

Dos supuestos se hacen aquí que serán discutidos con mayor detalle en la siguiente sección. Uno de ellas es que el concepto de la tierra está incrustado dentro de un dominio específico, teoría marco de la física, es decir, una física ingenua. La segunda es que la categorización es un poderoso proceso que desempeña un papel importante como mecanismo de aprendizaje (Bransford, Brown, & Cocking, 1999; Chi, capítulo 3, este volumen; Chi & Koeske, 1983; Medin & Rips, 2005). Sabiendo que un objeto pertenece a


una determinada categoría podemos inferir algunas características del objeto que pueden apoyar el aprendizaje o dificultarlo, si la categoría a la que se le asigna es inapropiada. En el caso de la tierra, su categorización como un objeto físico le permite a los niños pequeños hacer una gran cantidad de inferencias acerca de la forma en que interpretan la evidencia observacional recibida de la experiencia y sacar conclusiones con respecto a ciertas propiedades inaccesibles, no observables de la tierra. (por ejemplo, que está apoyada o que tiene un final). Estas inferencias no están sujetas a la percepción consciente y pueden soportar presupuestos poderosos restringiendo el proceso de aprendizaje de la ciencia.

Un examen de los modelos alternativos de la tierra de los niños, así como sus respuestas internamente inconsistentes, sugieren que los niños utilizan mecanismos de aprendizaje del tipo enriquecimiento para añadir la nueva información (científica) a su concepto inicial de la tierra. Mientras que el uso de tales mecanismos puede ser muy apropiado en la mayoría de situaciones en las que la nueva información, a ser adquirida, es consistente con lo que ya se conoce, no son muy productivos cuando la nueva información pertenece a un concepto científico incrustado dentro de una teoría marco incompatible inconmensurable podríamos decir con el concepto inicial de la tierra que


tienen los niños.Como hemos argumentado hasta ahora, el concepto científico de la tierra está

incrustado dentro de una marco explicativo diferente la de un objeto astronómico un marco que difiere en muchas de sus presuposiciones de los presupuestos de la concepción inicial de la tierra, que se clasifica como un objeto físico incrustado dentro de una física ingenua. En casos como estos, donde la nueva información entra en conflicto con lo que ya se sabe, el uso de aditivos, mecanismos de enriquecimiento ascendentes sólo puede conducir al alumno a cambios pequeños que pueden fragmentar lo que ya se conoce creando piezas de conocimiento internamente inconsistentes, o en el mejor de los casos en la creación de modelos alternativos o ideas equivocadas.

Hemos interpretado los modelos alternativos de la tierra como "modelos sintéticos», ya que parecen ser el resultado de los intentos de los niños por sintetizar la información que viene del concepto científico, y en particular la información de que la tierra es una esfera, con aspectos del concepto inicial de la tierra, es decir, que es un objeto físico sólido, estable, con apoyo, con una organización arriba / abajo del espacio y la gravedad. Si miramos cuidadosamente todos los modelos alternativos de la tierra en la figura 1.1, podemos ver que en todos los casos ellos representan los intentos, por parte de los niños, de resolver el problema de cómo es posible que la tierra sea esférica y plana al mismo tiempo y cómo es posible que la gente viva en esta tierra esférica sin caerse.

Por otra parte, el proceso de cambio conceptual parece implicar una elevación gradual de los presupuestos de la teoría marco que permite la formación de modelos más sofisticados de la tierra, hasta que se haya logrado un cambio conceptual. Aunque la mayor parte del apoyo empírico para los modelos sintéticos proviene de estudios transversales, el patrón de desarrollo es clara (véase también Brewer, el capítulo 7 de este libro). Las respuestas menos sofisticados y más fragmentados se producen en las edades más jóvenes mientras que los modelos sintéticos más sofisticados, y por supuesto el modelo científico, se encuentran en los niños mayores. Así, los niños comienzan con el modelo de una tierra cuadrada o rectangular, con apoyo, estable y plana, que resolverá todos los presupuestos de la tierra como un objeto físico. El modelo de la tierra disco muestra una posible influencia de la cultura reflejada en el cambio en la forma supuesta de la tierra de rectangular a redonda (pero plana). Este modelo podría ser un modelo inicial o podría ser el resultado de una cierta exposición a la información científica acerca de la forma de la Tierra. El modelo dual de la tierra es una construcción interesante que muestra cómo la información científica puede ser incorporado en la base de conocimientos de manera que no afecte a las estructuras de conocimiento existentes que la contradicen. En este modelo, los niños creen que la Tierra esférica es diferente de la tierra plana en la que vivimos se trata de un planeta en el cielo.

Los modelos de la esfera hueca y la esfera truncada son más sofisticadas y son formados generalmente por niños mayores. El modelo de la esfera hueca presupone un


entendimiento de que la tierra es esférica y no está apoyada, pero está limitado por la presuposición de la gravedad arriba / abajo. Los niños que construyen este modelo creen que la gente vive en la tierra plana dentro de la tierra, ya que caerían 'abajo' si vivieran en la superficie de la Tierra esférica. Del mismo modo, la presuposición de la gravedad arriba / abajo limita la comprensión de la Tierra esférica en los niños que han construido una esfera achatada o truncada, que también creen que la gente vive en la tierra plana por encima de la parte superior de la tierra. Estos niños pueden ver la tierra como un objeto esférico, suspendido y, a veces girando pero todavía organizan el espacio y la gravedad en términos de las direcciones de arriba/abajo. Estos son algunos de los supuestos más fundamentales de una ingenua teoría marco de la física.

Cabe mencionar aquí que los niños ubicados en la categoría "mixta" también utilizan tipos de enriquecimiento de los mecanismos de aprendizaje para añadir la nueva información a su concepto inicial. La diferencia con respecto a la categoría de modelos "sintéticos" es que los niños ubicados en la categoría mixta o bien no eran conscientes de la contradicción interna en sus respuestas o no pudieron encontrar una manera de resolver esta contradicción mediante la creación de un "modelo de síntesis '. Los modelos sintéticos son en realidad construcciones muy creativas, ya que proporcionan soluciones únicas para el problema de la inconmensurabilidad y tienen poder explicativo. Como argumentaremos, creemos que con el fin de evitar la incoherencia interna, o la creación de modelos sintéticos, el alumno debe en primer lugar tomar conciencia de la incongruencia que existe entre la información nueva y su conocimiento previo. La conciencia metaconceptual y el aprendizaje intencional se requieren para alcanzar el cambio conceptual. Los estudiantes también tienen que evitar el uso de mecanismos simples y aditivos. Mecanismos de aprendizaje consciente, intencional y de arriba abajo, como el uso deliberado de la analogía y mapeos entre dominios, son mucho mejores que los mecanismos aditivos, para producir el cambio conceptual radical. Estos temas se discuten en mayor detalle en la última sección del capítulo.

El Concepto de Número

El concepto inicial en los niños

Los niños, de cuatro a cinco años de edad, tienen un concepto inicial de número que les permite hacer tareas sencillas aun antes de tener una instrucción formal en matemáticas. Estas habilidades (hacer conteos, restas y sumas sencillas, detectar errores en secuencias numéricas) reflejan un concepto cercano al de los números naturales.

Los primeros años de instrucción son dedicados a la aritmética de los números


naturales. A este punto el entendimiento inicial de número es compatible con la instrucción en la escuela. Por consiguiente el concepto es confirmado y fortalecido. A mitad de la escuela primaria la mayoría de los niños han construido un concepto de número rico y productivo el cual está basado en el conteo y permite todas las presuposiciones básicas de los números naturales descritas en la tabla 1.3.

Una característica básica para el entendimiento de los números es que todos son discretos, es decir que cada número tiene un único sucesor. De hecho, existen evidencias de que la propiedad del carácter discreto de los números puede estar basada neurológicamente, en el sentido de que los humanos están predispuestos a razonar y a aprender con números naturales (Dehaene, 1998; Gelman, 2000). Otra característica es que los números se pueden ordenar por medio de su posición en una lista de conteo, con números con más dígitos correspondientes a los números más grandes (ver también Smith, Solomon, & Carey, 2005). Los números están involucrados en las operaciones de adición y sustracción las cuales se apoyan en estrategias básicas de conteo (por ejemplo, Resnick, 1986). La multiplicación es interpretada como adiciones repetidas mientras que la división como una repartición donde el divisor es más pequeño que el dividendo (Fischbein et al 1985). Las cuatro operaciones son vistas como teniendo resultados predecibles, en el sentido de que la suma y la multiplicación se 'hacen más grande ", mientras que la resta y la división se" hacen más pequeñas" (Fischbein et aI "[985; Moskal y Magone, 2000). Por último, también se asume que cada número tiene sólo una representación simbólica, que es un númeral único que corresponde a cada número.

El Concepto Matemático de Número Racional

Todos los supuestos anteriormente mencionados subyacentes a el concepto de número de los estudiantes están en contraste con el concepto matemático de número racional introducido a través de la instrucción: Los números racionales no se basan en el recuento y ellos son densos y no discretos. En otras palabras, ningún número racional tiene un sucesor dentro del conjunto de los números racionales, y hay infinitos números entre dos números, no iguales, racionales. Estrategias basadas en el conteo no pueden soportar el orden de los números racionales (por ejemplo, 1/4 es más grande que 1/5), Además, números racionales "más largos " no son necesariamente 'más grandes" (por ejemplo, 3,2 es más grande que 3,197). Las operaciones con números racionales no tienen resultados predecibles en el sentido de que la suma y la multiplicación pueden dar resultados más grandes, o más pequeños, como en el caso de 4 + (2), o 3 x 1/2. La multiplicación no siempre puede ser conceptualizada como una suma repetida, (considere el caso de 0,3 X 1/2) y es difícil entender la división como partición cuando el divisor es mayor que el dividendo (por ejemplo, 2:8), o cuando el divisor es menor que uno (por ejemplo 2:0,5).


Por último, los números racionales no tienen sólo una representación simbólica. Más bien, ellos pueden ser representados simbólicamente ya sea como decimales, o como fracciones. Por ejemplo, el número un medio se puede representar como 0.5 y también como 1/2. Para complicar más las cosas, el mismo un medio se puede representar también como 0.50, 0.500, 2/4, 4/8, etc. Esto presenta al alumno aún otra dificultad: uno debe darse cuenta de que las fracciones y los decimales7 son representaciones alternativas de los números racionales (y no distintos tipos de números), a pesar de sus diferencias en la notación, orden, las operaciones y los contextos de uso.

Cambio Conceptual

Hay una gran cantidad de evidencia empírica que muestra que el razonamiento del número racional es muy difícil para los estudiantes en todos los niveles de instrucción y, en particular, cuando la nueva información acerca de los números racionales viene en contraste con el conocimiento previo del número natural. (Moss, 2005; Ni & Zhou, 2005). Muchos estudiantes creen que "decimales más largos son más grandes " (por ejemplo, Moskal y Magone, 2000), que "la multiplicación hace más grande" y "la división hace más pequeño" (Fischbein et aI., 1985), o que "Cuanto más grande sean los términos de una fracción, la fracción es más grande" (por ejemplo, Stafylidou & Vosniadou, 2004). Los estudiantes de los niveles elemental, secundario e incluso universitarios no se dan cuenta que los números racionales y reales son densos (por ejemplo, Malara, 2001; Merenluoto & Lehtinen, 2002, 2004; Neumann, 1998; Tirosh, Fischbein, Graeber, & Wilson, 1999;


Vamvakoussi & Vosniadou 2004, 2007, en preparación). Tienen muchas dificultades para interpretar y tratar con la notación del número racional, en particular cuando se trata de fracciones (Gelman, 1991; Moss, 2005; Stafylidou & Vosniadou, 2004). No se dan cuenta de que es posible por diferentes símbolos (por ejemplo, decimales y fracciones) representar el mismo número y por lo tanto tratan diferentes representaciones simbólicas como si fueran distintos números (Khoury & Zazkis, 1994; O'Connor, 2001; Vamvakoussi & Vosniadou, 2007).

Inconsistencia interna y Métodos Sintéticos

Algunas de las dificultades que los estudiantes de secundaria tienen en la comprensión de los números racionales fueron investigadas en una serie de estudios en nuestro laboratorio, centrándose sobre todo en la brecha carácter discreto / densidad y su interacción con la interpretación de la notación numérica racional de los estudiantes, (Vamvakoussi & Vosniadou 2004, 2007, en preparación). Se planteó la hipótesis de que el presupuesto de carácter discreto, que es una característica del concepto inicial de número, limitaría la comprensión de los números racionales causando la fragmentación, la inconsistencia interna y las ideas erróneas que podrían interpretarse como "modelos sintéticos". Esta hipótesis es consistente con la evidencia empírica existente para los estudiantes (por ejemplo, Malara, 2001; Merenluoto & Lehtinen, 2002, 2004; Neumann, 1998), así como para los futuros profesores (por ejemplo, tirosh, Fischbein, Graeber, & Wilson, 1999 ). Esto se debe a que el concepto inicial de número forma un sistema explicativo coherente que produce predicciones correctas y explicaciones en la mayoría de situaciones cotidianas en las que se requiere del razonamiento numérico.

Asimismo se predice que los estudiantes tienen dificultades para entender que los decimales y fracciones son representaciones intercambiables de números racionales, y no diferentes tipos de números. Esto podría ser por varias razones. En primer lugar, decimales y fracciones toman su significado de las situaciones en las que se utilizan y estas situaciones son generalmente cualitativamente diferentes (Resnick, 1986). Además, hay diferencias considerables entre las operaciones de ambas y entre el ordenamiento de decimales y fracciones. Por último, los estudiantes pueden categorizar los números racionales sobre la base de su notación, que puede considerarse una característica superficial por la persona versada matemáticamente, pero no para los novatos en el dominio (ver Markovitz & Sowder, 1991; Chi, Feltovich, & Glaser, 1981).

The results confirmed that the presupposition of discreteness is strong for the younger students (seventh graders) and remains robust even for older students (ninth and eleventh graders), despite noticeable developmental differences. Los estudiantes de todas las edades responden frecuentemente que hay un número finito de números en un intervalo dado, independientemente de si se les pregunta en una entrevista (Vamvakoussi y


Vosniadou, 2004), en un cuestionario abierto (Vamvakoussi y Vosniadou, 2007) , o un cuestionario de elección forzada (Vamvakoussi y Vosniadou de 2007, en preparación). La figura 1.3 presenta la distribución de los 549 participantes en nuestro tercer estudio (Vamvakoussi & Vosniadou, en preparación), con base en el número de respuestas finito contra infinito que le dieron a la pregunta "¿Cuántos números hay entre X e Y ', en el que el par X e Y pueden ser números enteros, decimales o fracciones (en un total de diez puntos, que consta de dos enteros, cuatro decimales, y cuatro preguntas de fracción). los estudiantes FIN marcaron al menos siete respuestas como finito mientras que los estudiantes INF señalaron al menos siete respuestas como infinito. FIN / INF incluye todos los demás estudiantes. Como se puede observar, los estudiantes de séptimo grado señalaron mayormente como respuesta finito, mientras que los estudiantes de más edad se colocaron en su mayoría en las categorías FIN / INF e INF. Sin embargo, el 30% de los estudiantes de noveno y undécimo grado se clasifica aún en los más ingenuos, categoría FIN.

En segundo lugar, los resultados mostraron que la presuposición de la discreción no es "levantado" de un día para otro. En otras palabras, no se trata de que los alumnos tomen conciencia de la infinidad de números en algún momento y luego consistentemente apliquen esto a todos los intervalos dados. Más bien , parece que hay un patrón de desarrollo en el que la información relativa a la estructura densa de los números se añade poco a poco a las estructuras conceptuales existentes: Este patrón de desarrollo parece ser más o menos lo siguiente: El presupuesto de discreción se levantó primero para los enteros y después para decimales y fracciones. Entonces, hay algunos indicios de que los estudiantes aplican la noción de infinito primero a los decimales y, posteriormente a las fracciones. Finalmente, cuando el infinito se aplica inicialmente a decimales y fracciones,


parece estar restringida a los números de la misma representación simbólica dentro de un intervalo, es decir, sólo los decimales entre decimales y enteros, y sólo fracciones entre fracciones.

Para ilustrar estos puntos, una más refinada subcategorización de los participantes dentro de las categorías FIN, FIN / INF, e INF en el estudio Vamvakoussi y Vosniadou (en preparación) se presenta en la tabla 4. Como puede verse identificamos un modelo inicial, todo finito en la categoría FIN, además una especie de modelo sintético sólo enteros que consta de estudiantes que parecen aplicar la noción de infinito en números enteros, pero no en decimales y fracciones. En la categoría FIN / INF vemos el surgimiento de la distinción fracción decimal. Los estudiantes en esta subcategoría responden diferente cuando los extremos de intervalo son fracciones, en comparación a cuando están decimales. Más específicamente, estos estudiantes pueden a) dar una respuesta INF para los decimales, pero una respuesta FIN para las fracciones, o b) dar una respuesta FIN para los decimales, pero una respuesta INF para las fracciones. Por lo general, esta distinción es a favor de los decimales. Finalmente, en la categoría INF la distinción más interesante es entre la misma clase de números modelo y el modelo sofisticado. En ambos modelos los alumnos dan sólo respuestas INF, sin embargo, en la misma clase de números modelo prefieren colocar decimales entre decimales y fracciones entre fracciones, mientras que en el modelo sofisticado están dispuestos a aceptar que los números en cualquier intervalo dado pueden tener diferentes representaciones simbólicas.

En resumen, parece que los estudiantes forman una comprensión inicial del número más o menos como número natural. Este concepto inicial luego interpone en el camino de la comprensión del concepto de número racional presentado a los estudiantes a través de la instrucción. Entender el concepto matemático de número racional requiere una reestructuración del concepto inicial de número. Esto no es fácil. Los estudiantes deben darse cuenta de que ciertas presuposiciones, como el carácter discreto de números, sólo son válidos en contextos específicos. Además, aprender acerca de los números racionales le exige a los estudiantes construir significados de nuevas notaciones simbólicas fracciones y decimales no encontradas antes (Gelman, 1991; Stafylidou & Vosniadou, 2004). Además de la dificultad de interpretar la notación decimal y fraccional por derecho propio, los estudiantes tienen que darse cuenta de que diferentes notaciones simbólicas se refieren al mismo objeto, es decir, que los decimales y fracciones son representaciones intercambiables de números racionales, y no diferentes tipos de números.


La evidencia empírica sugiere que los estudiantes están utilizando mecanismos de enriquecimiento de tipos conservadores, aditivos, para añadir nueva información a la existente, pero estructuras conceptuales incompatibles. Estos mecanismos crean incoherencia interna y "concepciones erróneas" del concepto de número racional que pueden ser explicados como "modelos sintéticos. Uno de estos modelos sintéticos es conceptualizar los números racionales como formados por tres diferentes "conjuntos" de números no relacionados entre si: números enteros, decimales y fracciones. A medida que los estudiantes llegan a entender el principio de densidad a través de la instrucción, aplican este principio de forma aditiva a los diferentes "conjuntos" de números. Como resultado, los estudiantes llegan a pensar de forma diferente para los números enteros, decimales y fracciones en términos de su estructura (discreto vs denso). También se vuelven reacios a aceptar que puede haber fracciones entre dos decimales, o viceversa (véase también Neumann, 1998).


Resumen

A pesar de las enormes diferencias entre los dos conceptos analizados , pues están incrustados en muy distintos ámbitos de pensamiento, podemos observar ciertas similitudes importantes. En ambos casos tenemos una situación en la que el nuevo concepto , independientemente de si se trata de uno científico o de naturaleza matemática, entra en conflicto en prácticamente todos sus principales presupuestos ontológicos con el conocimiento previo esperado del alumno . En ambos casos hay evidencia empírica suficiente para apoyar la conclusión de que un concepto inicial de la tierra y un concepto inicial de número se construyen desde el principio, en el proceso de adquisición de conocimiento espontáneo sobre la base de la experiencia cotidiana en el contexto de la cultura no especializada. Este concepto está incrustado dentro de una teoría ingenua de la física o de número que forma una estructura explicativa reducida pero relativamente coherente. La nueva información presentada a través de la instrucción entra en conflicto con los presupuestos de la teoría marco existente . Siendo en gran parte inconscientes de este conflicto, los estudiantes asimilan la nueva información en la base de conocimiento existente, pero incompatible, usando mecanismos de tipo enriquecimiento que resultan en respuestas internamente inconsistentes o en la formación de modelos sintéticos. Mecanismos del tipo enriquecimiento pueden ser bastante exitosos en muchos casos de adquisición del conocimiento, pero fallan en situaciones que requieren un cambio conceptual, debido a la incompatibilidad entre el camino del conocimiento estructurado en la base de conocimientos de los estudiantes y la estructura del concepto científico o matemático presentado a través de la instrucción .

EL ENFOQUE DE LA TEORÍA MARCO

El enfoque de la teoría marco se basa en investigación desarrollo / cognitivo e intenta proporcionar una amplia base teórica para la comprensión de cómo se logra el cambio conceptual en el proceso de aprendizaje de las ciencias. Hay ciertos supuestos fundamentales que caracterizan a este enfoque, los cuales se analizan más adelante. En pocas palabras, se afirma que hay suficiente evidencia empírica proveniente de la investigación en el desarrollo cognitivo para soportar que los conceptos están incrustados en el dominio específico 'teorías marco "que representan diferentes marcos explicativos de la ciencia y las matemáticas aceptados actualmente (véase Carey, 1991; Carey & Spelke, 1994; Hatano, 1994; Keil, 1994).

Estas teorías marco se construyen tempranamente y se basan en la interpretación que los niños hacen de sus experiencias cotidianas en el contexto de su cultura. Debido a


que los alumnos utilizan mecanismos de aprendizaje, tipos de enriquecimiento, aditivos para asimilar la nueva información incompatible con las estructuras de conocimiento existentes, el proceso de aprendizaje de las ciencias y las matemáticas es lento y gradual y se caracteriza por la fragmentación, la inconsistencia interna y las ideas erróneas, algunas de las cuales se pueden interpretar como "modelos sintéticos '(Vosniadou y Brewer, 1992, 1994; Vosniadou, Baltas, y Vamvakoussi, 2007).

Especificidad de dominio

La mayoría de las teorías del aprendizaje y el desarrollo, como los enfoques de Piaget y Vygotsky, procesamiento de la información o las teorías socioculturales son de dominio general. Se centran en principios, etapas, mecanismos, estrategias, etc. que tienen el propósito de caracterizar todos los aspectos de desarrollo y aprendizaje. En contraste, los enfoques de dominio específico se centran en la descripción y explicación de los cambios que se producen en el contenido y la estructura del conocimiento durante el aprendizaje y desarrollo, así como sobre los mecanismos y estrategias que son específicos de estos cambios.

La idea de que la cognición humana incluye mecanismos de dominio específicos para el aprendizaje se basa en una serie de investigaciónes tradicionales independientes y en conjuntos de resultados empíricos, algunos procedentes de estudios en animales (Gallistel 1990), otros basados en la obra de Chomsky en lingüística (Chomsky 1988). Algunos psicólogos del desarrollo cognitivo ven la especificidad de dominio a través de la noción de limitaciones de dominio específico en el aprendizaje (Keil, 1981, 1990). Se argumenta que tales limitaciones son necesarias con el fin de restringir la indeterminación de la experiencia (Goodman, 1972) y orientar, entre otros, el desarrollo del lenguaje (Markman, 1989), la comprensión numérica (Gelman, 1990), o el conocimiento físico y psicológico (Wellman y Gelman, 1998).

Existe cierto debate en la literatura en cuanto a si las restricciones de dominio específico deben ser vistos como predispuestas e innatas en contraposición a adquiridos y si tienen contenido representacional o no (ver Elman et aI. 1996). Hatano e Inagaki (2000) sugirieron que las limitaciones son predisposiciones de dominio específico innatas o preferencias que mitigan la interacción entre un sistema de aprendizaje y el medio ambiente. También introdujeron el concepto de “limitaciones socioculturales”. Ellos argumentan que los factores socioculturales también pueden orientar el aprendizaje y el desarrollo mediante la restricción de la gama posible de alternativas de acción que conducen al alumno a seleccionar el comportamiento más apropiado (véase también Hatano y Miyake, 1991; Keil, 1994).

Por último, algunos de los planteamientos sobre dominios específicos se centran en


la descripción del desarrollo de la experiencia en diferentes áreas temáticas, como la física (Chi, Feltovich, y Glaser, 1981), matemáticas (VanLehn, 1990; Mayer, 1985) o al ajedrez (Chase y Simon, 1973), sin necesariamente apelar a módulos innatos o limitaciones.

Nuestra posición es que es más provechoso estudiar el aprendizaje desde un punto de vista del dominio específico, que nos permite hacer hipótesis sobre la forma en que un contenido específico se estructura (y reestructura), sin necesidad de comprometernos a limitaciones o módulos innatos. También creemos que los enfoques específicos de dominio deben considerarse como agregados y no contradictorios con los planteamientos de dominio general. Es muy probable que ambos mecanismos, dominio general y dominio específico, se apliquen en el desarrollo y el aprendizaje (Keil, 1994).

TEORÍAS MARCO, TEORÍAS ESPECÍFICAS Y MODELOS MENTALES

El niño humano es un organismo complejo capaz de participar en el aprendizaje rápido y eficaz inmediatamente después del nacimiento. La investigación del desarrollo cognitivo ha proporcionado evidencia empírica sustancial para apoyar la opinión de que los niños organizan la multiplicidad de sus experiencias sensoriales bajo la influencia de la cultura y el lenguaje cotidiano en dominios de pensamiento estrechos pero relativamente coherentes desde muy temprano (Baillargeon, 1995; Carey & Spelke _ 1994; Gelman, 1990). Parece que al menos cuatro dominios de pensamiento bien definidos se pueden distinguir y considerar más o menos como "teorías marco" la física, la psicología, matemáticas y lenguaje.

Cada uno de estos dominios tiene su ontología única se aplica a un conjunto distinto de entidades. Por ejemplo, la física se aplica a las entidades físicas, la psicología aplica a los físico pero sólo a entidades animadas, las matemáticas a los números y sus operaciones, y el lenguaje a los elementos léxicos y sus operaciones. Cada dominio también se rige por un sistema distinto de principios y normas de funcionamiento. Las entidades físicas obedecen las leyes de la causalidad mecánica a diferencia de las entidades psicológicas que se rigen bajo la causalidad intencional. Lenguaje y matemáticas tienen sus propias reglas y principios de organización única. No vamos a profundizar en estas diferencias aquí.8 El punto importante a destacar es que en todos estos casos no se trata de una colección de piezas sin relación de conocimiento, sino con sistemas coherentes basados en principios.

Cada uno de estos dominios de pensamiento tiene ciertos procedimientos para identificar a la entidades que pertenecen al dominio. Por ejemplo, parece que el criterio movimiento por iniciativa propia vs sin movimiento por propia iniciativa es utilizado por los niños para distinguir entidades físicas de las psicológicas. Una vez clasificado como


un objeto físico o psicológico, una entidad hereda todas las características y propiedades de las entidades que pertenecen al dominio. Como se mencionó anteriormente, la categorización es un mecanismo de aprendizaje muy importante a este respecto. Suponemos que los conceptos están incrustados en las teorías marco (una versión ingenua de física, psicología, matemáticas, etc) y que heredan todas las propiedades de la teoría marco a la que pertenecen. Además, pueden contener información adicional que pertenece específicamente al concepto tiene la forma de una "teoría específica”'. La estructura interna hipotética del concepto inicial de la "tierra" se describe en la Figura 1.2. Esta estructura incluye información específica sobre la tierra, que viene de la observación y de la cultura (es decir, que la tierra es plana, el cielo está por encima de la tierra, etc), pero interpretada dentro de las limitaciones de la teoría marco. El concepto de la tierra no es estable (aunque la referencia lo es) sino que evoluciona y se desarrolla con la adquisición del conocimiento, con los cambios que ocurren tanto a nivel de la teoría específica como a nivel de la teoría marco.

Por último, damos por sentado que los seres humanos tienen un sistema cognitivo que les permite crear representaciones mentales analógicas de los objetos físicos que incorporan la estructura interna del concepto y se pueden ejecutar en la mente para generar predicciones y explicaciones de los fenómenos (ver Nerserssian,l capítulo 15, en este volumen, para la discusión sobre algunos de estos temas). Por ejemplo, podemos crear un modelo mental de la tierra y podemos utilizarlo para responder a preguntas como "¿Qué pasaría si tuviera que caminar durante muchos días sobre la tierra? ¿Hay un fin / borde de la tierra? ¿Se puede caer de la tierra? Dependiendo de nuestro modelo mental de la tierra podemos responder a esta pregunta de diferentes maneras. En nuestro trabajo anterior (Vosniadou & Brewer, 1992, 1994 Véase también Brewer, el capítulo 7 de este libro), ofrecemos numerosos ejemplos que demuestran más allá de toda duda posible que incluso los niños muy pequeños son capaces de usar la tierra, la luna, y el sol como entidades teóricas en modelos que se pueden ejecutar en la mente para hacer predicciones y dar explicaciones de los fenómenos.

Cambio Conceptual

Hay pruebas sustanciales de que el desarrollo cognitivo se caracteriza por el cambio conceptual. Por ejemplo, en el dominio de la biología, estudios transversales de desarrollo muestran que el conocimiento biológico de los niños a los 10 años de edad, es cualitativamente diferente de los de 4 y de los de 6 años de edad (Carey, 1985; Carey, 1991; Keil, 1994; Hatano y Inagaki, 1997; Inagald y Hatano, 2003, capítulo 9, en este volumen), aunque existe un desacuerdo considerable en cuanto a cómo exactamente este desarrollo ocurre. El cambio de teoría en el dominio de la biología se ha descrito en


términos de tres componentes fundamentales: la distinciones ontológicas entre la vida / no vida y de la mente / cuerpo, los modos de inferencia que los niños emplean para producir predicciones sobre el comportamiento de los entes biológicos y tercera , el marco causa/explicación que usan los niños por ejemplo, oponerse intencionalmente a la causalidad vitalista o a la mecanicista (Inagaki y Hatano, 2003). Reorganizaciones similares del conocimiento conceptual a través de los primeros años de la infancia se pueden encontrar, entre otros, en el concepto de la mente (Wellman, 1990), el concepto de la materia (Smith, Carey, y Wiser, 1985; Wiser & Smith, en el capítulo 8, en este volumen), el concepto de la fuerza (Chi, 1992; Ioannides y Vosniadou, 2002), el concepto de número (Smith, Salomón, y Carey, 2005), y el concepto de la tierra (Vosniadou & Brewer, 1992, 1994). Como se describió anteriormente, la evidencia empírica en el campo de la astronomía observacional ha demostrado que importantes cambios cualitativos se realizan en el concepto de la tierra entre las edades de 4 y 12 años, los niños preescolares piensan en la tierra como un objeto físico estable, fijo y plano ubicado en el centro del universo. Por el contrario, la mayoría de los niños que están finalizando la escuela primaria, piensan en la tierra como un objeto astronómico esférico, girando sobre su eje y que gira alrededor del Sol en un sistema solar heliocéntrico. En este proceso, un cambio ontológico significativo tiene lugar en el concepto de la tierra, que está clasificado como un objeto físico por la mayoría de los alumnos de primer grado, pero como un objeto astronómico solar por la mayoría de los estudiantes de sexto grado (Vosniadou y Skopeliti, 2005). Cambios ontológicos similares se han señalado en el caso del concepto de fuerza y calor entre otros (Chi, 1992; Ioannides y Vosniadou, 2002; Wiser y Carey, 1983).

Mecanismos de Cambio Conceptual y el Problema de la Inconmensurabilidad

El cambio conceptual puede ocurrir ya sea a través del uso de mecanismos aditivos, implícitos y de abajo arriba, o mediante el uso de mecanismos de aprendizaje intencional, deliberado y de arriba abajo, asumiendo por supuesto, una continua interacción entre un individuo y el amplio contexto cultural que lo rodea. Ejemplos de lo anterior pueden ser mecanismos como la asimilación y acomodación de Piaget, el uso de similitudes basada en el razonamiento analógico (Vosniadou, 1989), la internalización (Vygotsky.,1978), o incluso la apropiación de las prácticas culturales de los teóricos situados (Rogoff, 1990 ). Ejemplos de esto último son el uso deliberado de la analogía y modelos que permiten mapear, cruzar dominios, la construcción de los experimentos mentales y traducciones del lenguaje físico al lenguaje de las matemáticas (ver Carey & Spelke, 1994; Nersessian, 1992; Vosniadou, 2007c). También es muy importante mencionar diversos tipos sociales de mecanismos que pueden facilitar el cambio conceptual, como la colaboración (Miyake.


capítulo 17. Este volumen) y la discusión en clase (Hatano y lnagaki, 2003).Según Carey (1991), el desarrollo cognitivo normal, intuitivo implica cambios

conceptuales radicales de la naturaleza descrita anteriormente que no se pueden explicar si se supone que los niños utilizan sólo mecanismos de tipo de enriquecimiento. Ella está de acuerdo con Spelke (1991) en que los mecanismos de tipos enriquecimiento no pueden producir el cambio conceptual radical, pero pueden formar nuevas creencias sobre conceptos que ya están disponibles.

En Carey y Spelke (1994) la evidencia que apoya la afirmación para el cambio conceptual espontáneo se volvió a examinar y se discuten ciertos mecanismos posibles que se basan principalmente en las asignaciones a través de diferentes dominios del pensamiento. Por ejemplo, el cambio de las concepciones de número (de número natural a número racional) se cree que depende de la construcción de las asignaciones entre número y los objetos físicos como el niño aprende de medición (véase también Gelman, 1991). Del mismo modo el desarrollo de la biología mecanicista y la psicología mecanicista requiere asignaciones del dominio de la psicología a la física.

También creemos que las asignaciones entre dominios y el uso de experimentos de pensamiento y análisis de casos limitados son mecanismos poderosos para el cambio conceptual y que se les debe animar en la instrucción. Sin embargo, los resultados de muchos estudios empíricos pueden ser interpretados para sugerir que la mayoría de los cambios conceptuales que se producen espontáneamente en el desarrollo cognitivo son el producto de mecanismos aditivos, tipos de enriquecimiento. Estos, son capaces de producir el cambio conceptual radical si asumimos que a) la base de conocimientos tiene una estructura interna en la teoría, y b) la nueva información está llegando a través de la observación y de la cultura. En otras palabras, estos mecanismos presuponen que los niños crezcan en una cultura con una ciencia desarrollada y que van a estar expuestos a los conceptos reestructurados, ya sea a través de la participación en la cultura laica y el lenguaje de los adultos o a través de la instrucción sistemática en ciencias y matemáticas.

Por ejemplo, los niños pequeños suelen clasificar las plantas como seres no vivos. Sin embargo, la experiencia cotidiana con las plantas, tales como regarlas, verlas crecer, o darse cuenta de que pueden morir, en el contexto de una cultura y lenguaje de adultos, puede conducir lentamente a los niños a entender que las plantas son similares a los animales en ciertas propiedades , tales como la alimentación, el crecimiento y la muerte. Estas similitudes con el tiempo puede hacer que los niños vuelva a clasificar las plantas como seres vivos, no como objetos inanimados, a pesar de que carecen de movimientos por propia iniciativa. (Inagaki & Hatano, 2003). Este cambio de categoría se puede describir como un salto de ramificación (Thagard. 1988) o como un cambio de categoría ontológica (Chi, 1992) y representa una considerable reorganización del concepto de cosas vivas (Carey, 1985), que puede ser caracterizada como un cambio conceptual requerido. Cambios de categoría ontológicas similares se pueden producir cuando los


niños se les da información directa sobre la capacidad de las plantas para el movimiento dirigido a un objetivo (ver Opfer y Siegler. 2004). De hecho, parece que el aprendizaje sobre la teleología es más eficaz que el aprendizaje acerca de la necesidad de agua y comida en la categorización de las plantas, posiblemente debido a que el criterio anterior (objetivo dirigido el movimiento) es más crítico para la categorización de una entidad como un ser vivo que este último (necesidad de alimentos y agua).

Aunque el uso de mecanismos, abajoarriba, aditivos, implícitos puede ser útil en la producción de tipos radicales cambios conceptuales en las condiciones de desarrollo cognitivo espontáneo, también pueden ser la fuente de inconsistencias internas y modelos sintéticos en muchos casos en los que se necesita el “cambio conceptual inducida instrucción”. Esto es así porque la enseñanza de la ciencia por lo general tiene lugar en un contexto escolar, donde los estudiantes tienen que entender en un corto período de tiempo conceptos contraintuitivos que tomaron revoluciones científicas para ser construidos. Por otra parte, es frecuente el caso en el que los planes de estudio apropiados son utilizados por los profesores que no siempre están bien informados sobre el problema del cambio conceptual y que pueden no comprender plenamente la magnitud de las dificultades experimentadas por los estudiantes (ver Duit et al .. capítulo 24. Este volumen). En estas situaciones, el cambio conceptual inducido por instrucción se convierte en un proceso lento en el que la nueva información científica, contraria a la intuición, es asimilada en los conceptos iniciales de los estudiantes, creando inconsistencia interna y conceptos erróneos. Muchas de estas ideas erróneas son modelos sintéticos, formados cuando el estudiante asimila la información científica a una existente pero incompatible base de conocimientos, sin conciencia metaconceptual (Vosniadou. 2003. 2007b).

Una serie de estudios experimentales en el laboratorio han confirmado que los procesos anteriormente mencionados se llevan a cabo en el aprendizaje de las ciencias. Por ejemplo, la Figura 1.4 muestra los modelos sintéticos de las capas y composición del interior de la Tierra de acuerdo a los dibujos y explicaciones verbales de los estudiantes de primer, sexto y undécimo grados (Ioannidou y Vosniadou, 2001). La mayoría de los estudiantes de primer grado creen que la tierra contiene sólo los materiales sólidos (es decir, tierra y rocas) dispuestas en capas planas. Nótese que la representación de capas planas del interior de la tierra es usada en los dibujos de los niños incluso en aquellos casos en que la tierra se ve redonda. Cuando se les instruye a los estudiantes sobre la existencia de magma en el interior de la tierra, ellos parecen pensar que el magma se coloca en la parte inferior, en lugar de en el centro, de la tierra esférica. Es sólo después de que la disposición circular en capas aparece en sus dibujos, cuando el magma es colocado en el centro de la tierra esférica. Incluso los estudiantes de undécimo grado (así como la mayoría de los futuros profesores de pregrado) creen que el magma se encuentra muy profundo en el centro de la tierra, más que relativamente cerca de la superficie, y


tienen dificultades para comprender las explicaciones científicas de los volcanes y los terremotos.

En otro estudio, Kyrkos y Vosniadou (1997) investigaron la comprensión de los estudiantes del desarrollo de la planta y el concepto de fotosíntesis, que ha demostrado ser difícil de entender para los estudiantes ( Barker y Carr, 1989 ; Haslam y Treagust 1987; Wandersee, 1983 ). Desde la perspectiva del enfoque de la teoría marco , las dificultades de los estudiantes provienen de la inconmensurabilidad entre los marcos explicativos científicos e ingenuo acerca del desarrollo de la planta . Como se muestra en la Tabla 1.5 , la mayoría de los niños de primer grado consideran las plantas en el contexto de una teoría marco psicológica explicando el desarrollo de la planta a través de una analogía con los animales . Más específicamente, piensan que las plantas toman sus alimentos (es decir , el agua y otros nutrientes ) del suelo a través de sus raíces y que crecen porque la comida se acumula en pequeñas piezas en su interior. Como la


instrucción sobre la fotosíntesis entra, esta explicación inicial se fragmenta, y un número de diferentes modelos sintéticos se pueden formar . Algunos de ellos se muestran en la Tabla 1.6 . Un modelo sintético es análogo al modelo "dual terrestre de la tierra. En otras palabras, los estudiantes mantienen su explicación inicial de cómo las plantas crecen a través de la alimentación, y se suman a ella un poco de información acerca de la fotosíntesis como referencia a una función diferente de la planta, la de 'respiración': Las plantas toman el aire sucio, limpian, y dan aire limpio. Otro modelo sintético es añadir a la explicación inicial de alimentación, una interpretación ingenua de la fotosíntesis. Según este modelo, las plantas toman los alimentos y el agua del suelo a través de sus raíces, pero también toman comida del aire y la luz a través de sus hojas. Un modelo sintético más avanzado de la fotosíntesis se desarrolla en los niños mayores que entienden que las plantas producen alimento por sí mismos, pero siguen pensando en ello en términos de mezcla de elementos y no como un proceso químico.


SIMILITUDES Y DIFERENCIAS CON OTROS ENFOQUES

'Reestructuración Global' de Piaget

La mayoría de los enfoques de aprendizaje, incluyendo el conductista, Piagetiano y los enfoques socioculturales Vygotskianos, son de dominio general basadosen el tipo de enriquecimiento de los mecanismos de aprendizaje. Piaget (1970) ha descrito el desarrollo cognitivo como pasando a través de una serie de etapas, cada una de las cuales se caracteriza por una estructura lógica psicológica diferente. En la infancia, las estructuras intelectuales toman la forma de esquemas de acción concretos. Durante los años preescolares, estas estructuras adquieren la condición de representación y más tarde se convierten en operaciones concretas se describe en términos de agrupaciones basadas en la noción matemática de los conjuntos y sus combinaciones. La última etapa de desarrollo intelectual, el pensamiento operacional formal, se caracteriza por la capacidad de participar en el razonamiento proposicional, para considerar y evaluar sistemáticamente las hipótesis, etc Este tipo de reestructuración se aplica a todos los dominios del pensamiento y se ha caracterizado como "la reestructuración global '. El desarrollo cognitivo según Piaget es el producto de un proceso natural y espontáneo de desarrollo intelectual constructivo y no de aprendizaje explícito. Sin embargo, la experiencia se interpreta de manera diferente en diferentes etapas dependiendo de la lógica de las estructuras conceptuales subyacentes. La comprensión de los conceptos científicos se piensa generalmente para exigir el pensamiento operacional formal.

Piaget fue decisivo en la introducción del constructivismo psicológico individual, (en comparación con el constructivismo social) para la investigación del aprendizaje. La importancia de los conocimientos previos y los mecanismos de asimilación, acomodación y equilibrio en el contexto del constructivismo son contribuciones importantes de la teoría de Piaget para el aprendizaje y la enseñanza. Aunque estamos de acuerdo con los aspectos antes mencionados de la teoría de Piaget, el enfoque de cambio conceptual descrito en este capítulo difiere de forma importante de sus puntos de vista. Las diferencias tienen que ver principalmente con el énfasis en la adquisición de conocimientos en áreas temáticas específicas y la noción de "dominio específico" en oposición a "la reestructuración global". El enfoque actual se centra en la adquisición de conocimientos en áreas temáticas específicas y describe el aprendizaje de conceptos científicos como un proceso que requiere la reorganización significativa de las estructuras existentes en el conocimiento de dominio específico. Se hace hincapié, por un lado, sobre la influencia de las teorías marco inicial en el proceso de aprendizaje, y, por otra, sobre la importancia de los entornos sociales, culturales y educativas en el proceso de reestructuración.


El “Enfoque Clásico” para Cambio Conceptual

Los primeros intentos de interpretar la teoría de Kuhn en la educación científica dieron lugar al "enfoque clásico", que afirma que el aprendizaje de la ciencia consiste en la sustitución de los conceptos erróneos persistentes en la teoría (McCloskey, 1983a, 1983b; Posner et ai, 1982.). Los conceptos erróneos se definieron como las concepciones de los estudiantes que produjeron patrones sistemáticos de error. Los conceptos erróneos fueron vistos como siendo el resultado de la instrucción, o como 'preconcepciones' originadas antes de la instrucción. Posner y sus colegas (1981) hicieron una analogía entre los conceptos de Piaget de asimilación y acomodación y los conceptos de la ciencia normal y la revolución científica ofrecida por los filósofos de la ciencia, como Kuhn (1962), derivado de esta analogía una teoría educacional para promover alojamientos en el 'aprendizaje de la ciencia” de los estudiantes. El trabajo de Posner et al. (1982) se convirtió en el paradigma del líder que guió la investigación y la práctica en la educación científica desde hace muchos años. Posner y sus colegas (1981) hacen una analogía entre los conceptos de Piaget de asimilación y acomodación y los conceptos de la ciencia normal y la revolución científica ofrecida por los filósofos de la ciencia, como Kuhn (1962) y derivado de esta analogía una teoría educacional para promover alojamientos en los estudiantes 'aprendizaje de la ciencia. El trabajo de Posner et al. (1982) se convirtió en el paradigma del líder que guió la investigación y la práctica en la educación científica desde hace muchos años.

Smith, diSessa y Rochelle (1993) criticaron la posición de los conceptos erróneos sobre la base de que presenta una visión estrecha de aprendizaje que se centra sólo en las cualidades equivocadas de los conocimientos previos de los alumnos y no tiene en cuenta sus ideas productivas que pueden convertirse en la base para el logro de una comprensión matemática o científica más sofisticada. Smith et al. (1993) sostuvo que los conceptos erróneos deben ser reconcebidos como extensiones defectuosas de conocimiento productivo, que las ideas falsas no siempre se resisten al cambio, y que la instrucción de que "se enfrenta a las ideas falsas con el fin de sustituirlas es equivocada y probablemente no tendrá éxito" (p. 153) .

Estamos de acuerdo con los intentos de diSessa (1993) y Smith et al. (1993) para dar cuenta del proceso de adquisición del conocimiento que captura la continuidad que uno espera con el desarrollo y tiene la posibilidad de localizar los elementos de conocimiento en el conocimiento previo novicios que se pueden utilizar para construir sistemas de conocimiento más complejos. También estamos de acuerdo con su propuesta de pasar de una sola unidad de conocimiento a los sistemas de conocimiento que se componen de subestructuras complejas que pueden cambiar gradualmente de


diferentes maneras. Por último, estamos de acuerdo con Smith et al. 'S (1993) impulso a los investigadores a "ir más allá de la identificación de los conceptos erróneos" hacia la investigación que se centra en la evolución de la comprensión de los expertos y en particular en "una descripción detallada de la evolución de los sistemas de conocimiento en la mayor parte duraciones más largas de lo que ha sido típico de los últimos estudios detallados "(p. 154).

Estamos de acuerdo con los intentos de diSessa (1993) y Smith et al. (1993) para dar cuenta del proceso de adquisición del conocimiento que capta la continuidad que uno espera con el desarrollo y tiene la posibilidad de localizar los elementos de conocimiento en el conocimiento previo de los principiantes que se pueden utilizar para construir sistemas de conocimiento más complejos. También estamos de acuerdo con su propuesta de pasar de una sola unidad de conocimiento a los sistemas de conocimiento que se componen de subestructuras complejas que pueden cambiar gradualmente de diferentes maneras. Por último, estamos de acuerdo con Smith et al. 'S (1993) en que urge a los investigadores a "ir más allá de la identificación de los conceptos erróneos" hacia la investigación que se centra en la evolución de la comprensión experta y en particular en "una descripción detallada de la evolución de los sistemas de conocimiento durante períodos mucho más largos de lo que ha sido típico de los últimos estudios detallados "(p. 154).

Se podría argumentar que el enfoque "marco teoría" que proponemos no es realmente muy diferente de la posición tradicional de los conceptos erróneos criticado por Smith y sus colegas (1993). Pero este no es el caso. Nuestra posición reúne todas las críticas de Smith et aI. (1993). En primer lugar, no estamos describiendo, concepciones erróneas unitarios, sino un sistema de conocimiento complejo que consta de presuposiciones, creencias y modelos mentales organizadas en estructuras teóricas como que proporcionan explicación y predicción. Este sistema no es estático, sino en constante desarrollo y evolución e influido por la experiencia de los estudiantes y la información que reciben de la cultura. En segundo lugar, se hace una distinción entre los conceptos iniciales, sobre la base de las teorías iniciales marco, antes de la instrucción, y los que resultan después de la instrucción. Nosotros sostenemos que la información presentada a través de la instrucción puede volverse para los estudiantes una incoherencia interna o usarla para formar ideas falsas y modelos sintéticos. Esto sucede debido a que la nueva información simplemente se añade a un conocimiento previo pero incompatible a través de mecanismos constructivos de tipo enriquecimiento. Los modelos sintéticos son una forma de organización del conocimiento que pueden resultar de este proceso. Los modelos sintéticos no son estables, sino dinámicos y en constante cambio como evoluciona constantemente desarrollo cognitivo de los niños. Por último, debe quedar claro de lo anterior que nuestra posición teórica es constructivista, ya que explica los conceptos erróneos como el resultado de la construcción que hace el


estudiante para añadir nueva información a las estructuras de conocimiento existentes, pero incompatibles. Por último, nuestro enfoque proporciona un marco amplio dentro del cual se pueden hacer predicciones significativas y detalladas sobre el proceso de adquisición de conocimientos.

La Visión del “'Conocimiento en Pedazos”

diSessa (1988, 1993, capítulo 2 de este libro) ha presentado una propuesta diferente para conceptualizar el desarrollo del conocimiento físico. Él sostiene que el sistema de conocimientos de los principiantes consta de una colección estructurada de muchos elementos simples conocidos como primitivos fenomenológicos (pprims) que se originan a partir de interpretaciones superficiales de la realidad física. Se supone que pprims se organizará en una red conceptual para ser activado a través de un mecanismo de reconocimiento que depende de las conexiones que pprims tienen con los otros elementos del sistema. De acuerdo con esta posición, el proceso de aprendizaje de la ciencia es una recolección y sistematización de las piezas de conocimiento en conjuntos más grandes. Esto sucede cuando pprims cambian su función de entidades autoexplicativas relativamente aisladas, para convertirse en piezas de un sistema más amplio de estructuras de conocimiento complejas tales como las leyes de la física. En el sistema de conocimiento del experto, pprims 'ya no puede explicarse por sí mismo, sino que debe referirse a las estructuras de conocimiento mucho más complejas, las leyes de la física, etc para la justificación "(diSessa. 1993, p. 114).

Nuestra posición no es incompatible con la idea de que algo como pprims de diSessa constituye un elemento del sistema de conocimientos de los principiantes y expertos. Creemos que el pprims se puede interpretada como referida a la multiplicidad de experiencias perceptivas y sensoriales obtenidos a través de observaciones de los objetos físicos y las interacciones con ellos. En el sistema conceptual que proponemos, pprims de diSessa podría tomar el lugar de creencias basado en la observación. Nuestra propuesta de que el sistema conceptual se compone de diferentes tipos de elementos de conocimiento (tales como creencias, presuposiciones y modelos mentales) también es coherente con la propuesta de diSessa que tenemos que centrarnos no en concepciones individuales sino en sistemas ricos en conocimientos integrados por muchos elementos constituyentes.

diSessa argumenta que pprims están básicamente desestructurados o flojamente organizados en el sistema conceptual de los novatos. Es a través de la instrucción y la exposición a la teoría científica que la pprims pierde su estatus autoexplicativo y se convierte en estructuras teóricas organizadas más grandes, como las leyes físicas. Según diSessa, este cambio en la función de pprims es el mayor cambio desde la física intuitiva hasta la física experta. En nuestra opinión (y en la medida en que los elementos de


conocimiento tales como pprims puedan postularse para operar en nuestro sistema conceptual), pprims debe organizarse en estructuras de conocimiento mucho antes de lo que diSessa cree. Si esto es así, el proceso de aprendizaje de la ciencia no es simplemente la organización de la no estructurada pprims en las leyes de la física, sino es uno en el cual ellos tienen que ser reorganizados en una teoría científica. Este es un proceso lento, gradual, precisamente porque se trata de muchos elementos de conocimiento.

Enfoques socioculturales

Las críticas de los teóricos socioculturales señalan que el cambio conceptual no es un proceso cognitivo individual e interno ya que a menudo es visto desde una perspectiva puramente cognitiva. Más bien, ellos piensan que debe ser considerado como una actividad social que se desarrolla en ámbitos socioculturales complejos que también implican el uso de lenguajes simbólicos, herramientas y artefactos. También creemos que es importante tener en cuenta el papel de las prácticas socioculturales, herramientas y contextos en la resolución de problemas y el razonamiento. Sin embargo, esto no se debe hacer sin tener en cuenta el papel crucial que las mentes individuales desempeñan en el funcionamiento intelectual. Como Hatano (1994) expresa muy bien "aunque la comprensión es un proceso social, este también involucra mucho procesamiento por una mente individual activa. Es poco probable que el cambio conceptual sea inducido sólo por consenso social. Los sistemas conceptuales postcambio deben tener no sólo la coherencia, sino también necesidad subjetiva. Tal sistema puede ser construido sólo a través de los intentos activos de una mente individual para lograr integración y plausibilidad " (p. 195).

Una segunda crítica que viene de la expresión más radical de la teoría sociocultural plantea interrogantes sobre la naturaleza misma de los conceptos y el estatus ontológico del conocimiento mismo. Desde el punto de vista de la teoría sociocultural, el conocimiento no es algo que se puede adquirir, desarrollar o cambio, sino "un proceso, una actividad que se lleva a cabo entre los individuos, las herramientas y los artefactos que se utilizan, así como las comunidades y las prácticas en las que participan '(Greeno et aI., 1996, p. 20).

Esta posición surgió en un esfuerzo de los teóricos socioculturales para explicar los resultados de un conjunto de resultados empíricos que muestran que el aprendizaje es altamente influenciado por factores contextuales y situacionales y que a menudo hay una falta de transferencia de conocimiento, por lo general en los casos en que la información aprendida en la escuela tiene que transferirse a la vida cotidiana, fuera de situaciones de la escuela (ver Vosniadou, 2006 para una discusión de estos temas). Por ejemplo, los estudios de la solución de problema de matemáticas en situaciones prácticas han


demostrado que los procedimientos utilizados para la resolución de problemas en la escuela no se transfieren a la solución de problema de matemáticas en contextos cotidianos (Carraher, Carraher, y Schliemann, 1985; Lave, 1988; Scribner, 1984) . Estos hallazgos han llevado a algunos investigadores a proponer una visión muy contextualizada del conocimiento como un proceso de participación en las actividades socioculturales (véase también Sfard, 1998).

Si bien es importante reconocer los problemas que la teoría cognitiva tiene con la transferencia como se identifica por los teóricos socioculturales, trasladarse a negar cualquier objetivación del saber y por lo tanto de la posibilidad de una transferencia, no proporciona una solución viable. Hay una enorme cantidad de evidencia empírica que demuestra más allá de toda duda posible la transferencia de los conocimientos previos y sus efectos, positivos o negativos, en el razonamiento, la comprensión de textos, la comunicación lingüística, la resolución de problemas, la memoria y la adquisición de nuevos conocimientos (véase Bransford, 1979 ; Bransford, Brown y Cocking, 1999, para las revisiones pertinentes).

Creemos que hay una interpretación diferente de los resultados de los estudios de matemáticas prácticas, que está muy relacionada con el problema del cambio conceptual. Más específicamente, afirmamos que los investigadores han pasado por alto el hecho de que existe una asimetría importante en la transferencia de conocimientos, es decir, que es difícil cuando los conocimientos científicos o matemáticos adquiridos en las escuelas tiene que ser transferidos a situaciones cotidianas, pero no al revés. El conocimiento adquirido en situaciones cotidianas es ubicuo y se transfiere de manera espontánea sin ninguna dificultad. La construcción de los conceptos erróneos y modelos sintéticos es una prueba adicional de la existencia de dicha transferencia de conocimientos (Vosniadou, 2007a).

Como se discutió anteriormente, muchos conceptos de ciencias y matemáticas son difíciles de aprender porque están incrustados en distintos marcos explicativos de las teorías marco inicialmente construidas por los niños desde el principio en el desarrollo. En estas situaciones, es muy común que los conocimientos adquiridos en el ámbito escolar, ya sea para permanecer ajeno a los conocimientos previos, o que se añaden a lo que ya se conoce a través de la utilización de aditivos, los mecanismos de enriquecimiento. Como se mencionó anteriormente, muchas ideas falsas pueden ser interpretados como modelos sintéticos, como resultado del uso implícito de los mecanismos de aprendizaje aditivos, de abajo hacia arriba, en situaciones en que la nueva información pertenece a un marco explicativo diferente de la de los conocimientos previos. Estos intentos implícitos pero constructivos no son más que casos de transferencia negativa donde el conocimiento previo se interpone en el camino de la comprensión de conceptos de ciencias y matemáticas.

Estos hallazgos no son fáciles de explicar desde una perspectiva sociocultural, que


niega cualquier objetivación del conocimiento. Esta es la razón por la cual algunos investigadores socioculturales descartan los efectos de los conocimientos previos y las pruebas de la transferencia negativo del conocimiento y de los modelos sintéticos (por ejemplo, Schoultz, Stiljo y Wyndhamn, 2001;. Nobes et ai, 2005). Estos investigadores consideran que los hallazgos empíricos que demuestran la presencia de ideas falsas son artefactos metodológicos, causadas por defectos en los estudios realizados desde una perspectiva cognitiva que se centran en el interior de la cabeza, las estructuras no observables, mentales. Afirman que estas dificultades desaparecen cuando se piensa y se analiza el razonamiento desde un punto de vista discursivo, como una actividad que depende de la herramienta. Sin embargo, la estrategia de negar los hallazgos empíricos en relación con los conceptos erróneos o los efectos de los conocimientos previos, en general, es totalmente insuficiente y no resuelve ningún problema. Es cierto que los niños producen menos ideas erróneas cuando se utilizan cuestionarios de elección forzosa y artefactos culturales como un globo están presentes, pero todavía tienen considerable dificultad para entender los conceptos de ciencias y matemáticas (ver Brewer, capítulo 7, este volumen;. Vosniadou et ai, 2004, 2005). Las dificultades de los estudiantes en el aprendizaje de los conceptos de la ciencia y las matemáticas actuales se han documentado en cientos de estudios y representan uno de los problemas más acuciantes de la escolarización. Ellos no van a desaparecer porque no son coherentes con la perspectiva sociocultural radical. Más bien, es la perspectiva sociocultural que necesita ser modificado para permitir la posibilidad de objetivar el conocimiento.

En resumen, con el fin de explicar los hallazgos empíricos básicos en el aprendizaje de la investigación y sobre todo en torno al problema de la transferencia, tenemos que tomar seriamente en consideración el problema del cambio conceptual. Tenemos que entender la asimetría que existe en situaciones de transferencia y las causas de esta asimetría. Esto hace necesario un enfoque en los conceptos que no niegue su existencia, al igual que la perspectiva radical sociocultural, ni los considere como estructuras estables e inmutables. Más bien, los conceptos deben ser vistos como estructuras flexibles y maleables, influenciados por el contexto que lo rodea, pero también el desarrollo y la evolución como los marcos más amplios dentro de los cuales están inmersos también cambia.

Por último, una tercera crítica que viene de la teoría sociocultural radical es la negación de las representaciones mentales y modelos mentales. Desde nuestro punto de vista, la capacidad de los humanos para formar representaciones mentales del medio ambiente es importante, ya que ayuda en la situación de la actividad cognitiva (Greeno, 1988). No sólo podemos formar modelos mentales del entorno físico, también podemos objetivar estas representaciones más en la creación de herramientas y artefactos, que luego pueden ser utilizados como dispositivos externos, prótesis en el pensamiento. La perspectiva sociocultural enfatiza la importancia de los artefactos culturales y el papel que


desempeñan como facilitadores del pensar. Pero no explica cómo la cultura humana ha creado estos artefactos en el primer lugar. El razonamiento basado en modelos es la clave para entender cómo los humanos crearon los ricos entornos culturales que median nuestra vida social e intelectual. Estructuras mediadoras culturales pueden ir desde los sistemas simbólicos como el lenguaje, las matemáticas, la lectura, la escritura, a los artefactos como papel y lápiz, calculadoras y computadoras. Pero incluso los semáforos, los diseños de los supermercados, o los sistemas de categorización pueden considerarse como estructuras simbólicas que median nuestras actividades.

Las personas pueden formar modelos mentales no sólo de sus experiencias cotidianas, físicas, sino también de los artefactos culturales que utilizan. Artefactos culturales como mapas y globos pueden ser internalizados y usados de forma instrumental en la revisión de las representaciones basadas en la experiencia cotidiana. Como se mencionó anteriormente, nuestros estudios de razonamiento de los niños en la astronomía proporcionan importante información, aunque preliminar, acerca de cómo los individuos pueden construir representaciones mentales que no son ni las copias de la realidad externa, ni copias de artefactos externos, sino las combinaciones sintéticas creativas de ambos. Esto sugiere que el sistema cognitivo es flexible y capaz de utilizar una gran variedad de representaciones externas e internas para adaptarse a las necesidades de la situación (Vosniadou, Skopeliti, y lkospenlaki, 2004, 2005).

Implicaciones para la Instrucción

Un gran cuerpo de evidencia empírica se ha acumulado en los últimos 20 años más o menos que apuntan al problema del cambio conceptual, particularmente en las áreas de ciencias y matemáticas. No obstante, las conclusiones y los resultados pertinentes aún no han encontrado su camino en las prácticas cotidianas en el aula. Esto es cierto tanto para la enseñanza de las ciencias (Duit, 2007;. Duit et aI, el capítulo 24 de este libro) y matemáticas (véase también Greer, 2004, 2006; Resnick, 2006). Los profesores de ciencias y de matemáticas a menudo creen que hay poco o ningún conocimiento previo que los estudiantes aportan a la tarea de aprendizaje. O creen que los nuevos conceptos siempre se pueden construir sobre el conocimiento previo. No entienden que el conocimiento previo a veces puede dificultar la adquisición de nueva información.

La enseñanza para el cambio conceptual requiere que los profesores presten atención a los conocimientos previos que los estudiantes aportan a la tarea de aprendizaje y encuentren maneras, no sólo para enriquecer este conocimiento previo, sino también para cambiarlo, que conduzcan finalmente a la formación de nuevas estructuras. Esto requiere el diseño de planes de estudios adecuados y de instrucciones que apunten hacia la formación de aprendices de por vida, motivados que tengan la conciencia metaconceptual necesaria y estrategias de aprendizaje intencionales para participar en el


aprendizaje prolongado y significativo (Vosniadou, 2003).En el contexto de la educación en física, la enseñanza para el cambio conceptual a

menudo se ha asociado con el "enfoque clásico" descrito anteriormente, basado en la utilización de un conflicto cognitivo (Posner et aI., 1982). Una limitación importante de este tipo de enseñanza es la suposición de que el cambio conceptual es algo que puede suceder en un corto período de tiempo y supone un proceso racional de sustitución del concepto, similar a la experiencia de reestructuración tipo Gestalt. Por el contrario, como hemos discutido en este capítulo, el proceso de cambio conceptual es un proceso gradual y continuo que involucra muchas piezas interrelacionadas del conocimiento y requiere mucho tiempo para lograrse. En este largo proceso de cambio conceptual, usos limitados de conflicto cognitivo pueden ser útiles como estrategia de enseñanza, pero sólo en el contexto de un programa más amplio de los planes de estudios e intervenciones cuidadosamente planeadas.

Hay por lo menos dos tipos de direcciones que se pueden tomar en el desarrollo de métodos de enseñanza para promover el cambio conceptual. Una dirección es tratar de reducir la brecha entre las teorías marco de los estudiantes, y la nueva información a ser adquirida, haciendo así que el problema del cambio conceptual sea menos agudo. Esto se puede hacer mediante la adopción de una perspectiva a largo plazo en el diseño de planes de estudio, así como en las prácticas de enseñanza de todos los días, planeando cuidadosamente la secuencia de los conceptos que se les enseñe mediante la identificación de los puntos en los que el cambio conceptual es necesario y mediante la búsqueda de los dispositivos puente desde el principio . Por ejemplo, hemos desarrollado programas de estudio de la astronomía observacional, prestando especial atención a la secuencia de los conceptos que se introducirán, teniendo en cuenta los resultados de las investigaciones pertinentes (Vosniadou, Ioannides, Dimitrakopoulou, y Papademetriou, 2001). Más específicamente, se introducen actividades de instrucción para facilitar la comprensión de los niños sobre cómo es posible que la tierra sea esférica cuando aparece a nuestros sentidos a ser planas, y de cómo es posible que las personas y los objetos se coloquen en la superficie de esta tierra esférica sin caerse. Explicaciones del ciclo día / noche se dan sólo después de que los niños se han introducido en el concepto de una Tierra esférica en un sistema solar heliocéntrico, y así sucesivamente.

También es importante en el diseño de planes de estudios y la enseñanza a los niños pequeños anticipar futuras extensiones del significado de un concepto, con el fin de cerrar la brecha del cambio conceptual. Por ejemplo, como Greer (2006) señala, hay una gran cantidad de evidencia que muestra que los niños afrontan dificultades con la interpretación del signo igual en el contexto del álgebra, donde es esencial el significado de equivalencia. Esto se debe a que su única experiencia en el uso de este signo se forma en el contexto de la aritmética, donde el signo igual se interpreta normalmente como “son”. Sin embargo, las expansiones posteriores de sentido se podrían prever si los


niños estaban expuestos a expresiones tales como 5 +5 = 6+4 desde una edad temprana.Esta recomendación viene en contraste con las prácticas actuales donde se da la

suficiente atención a la cuestión del cambio conceptual y donde la creencia implícita de que el aprendizaje progresa "a lo largo de una dimensión sencillo / complejo" (Greer, 2006, p. 178), resulta en el diseño de planes de estudios que introducen conceptos "simples" primero y conceptos más "complejos" más adelante. Como Vosniadou y Vamvakoussi (2006) anotan, los conceptos que se consideran "simples" son generalmente los más cercanos a la comprensión intuitiva de los niños. Por lo tanto, se confirman las teorías iniciales de los niños y se fortalecen a través de la instrucción, lo que resulta en falta de flexibilidad cognitiva que amplía la brecha entre el conocimiento actual de los niños y de la información a ser adquirida, lo que dificulta aún más la comprensión.

Una propuesta más radical ha sido ofrecida por algunos investigadores en educación matemática que sugieren que los programas deberían apoyar la introducción de ciertos conceptos difíciles en una etapa anterior. Por ejemplo, se ha propuesto que en lugar de enseñar la aritmética en primero y el álgebra en segundo las dos cadenas deben entrelazarse desde una edad temprana (ver Carraher, Schliemann, y Brizuela, 2001). También hay propuestas interesantes sobre cómo enseñar número racional en formas que pueden ser entendidos por los niños muy pequeños (Nunes, 2007). Consideramos que estos son propuestas interesantes que hay que investigar más a fondo, primero a nivel experimental.

Sin importar qué tan lejos se puede ir en la adquisición del conocimiento basándose en los tipos de enfoques sociales constructivistas que se apoyan en los conocimientos previos, los problemas del cambio conceptual requieren que los maestros también enseñen, a los estudiantes, los mecanismos para la reestructuración del conocimiento, como el razonamiento basado en modelos, el uso deliberado de las analogías puente y las asignaciones entre dominios. Las intervenciones de instrucción deben también prestar atención al desarrollo de la conciencia metaconceptual de los estudiantes, la sofisticación epistemológica y habilidades de aprendizaje intencional que les permita participar en el aprendizaje significativo a largo plazo (Sinatra y Pintrich, 2003; Wiser & Smith, en el capítulo 8, en este volumen; Vosniadou, 2003).

Estamos de acuerdo con Hatano y Inagaki (2003) en que se requiere un considerable apoyo social para este tipo de instrucción. Una forma en la cual los profesores pueden proporcionar el entorno sociocultural para fomentar la conciencia metaconceptual es pedir a los estudiantes participar en la interacción dialógica, que es por lo general la clase entera. El diálogo en toda el aula puede ser eficaz, ya que garantiza, por un lado, que los alumnos comprendan la necesidad de revisar sus creencias profundamente en vez de dedicarse a las reparaciones locales (Chinn y Brewer, 1993), y, por otro, que se pasan tiempo y esfuerzo considerable, necesarios para participar en la revisión de creencias consciente y deliberada requerido para el cambio


conceptual.Hatano e Inagaki han llevado a cabo una serie de estudios de educación con el fin de mostrar cómo los mecanismos cognitivos individuales pueden combinarse con las limitaciones socioculturales para promover el cambio conceptual inducido por instrucción. La mayoría de estos estudios se llevan a cabo utilizando el método de enseñanza de la ciencia japonesa conocida como HipótesisExperimentoInstrucción (HEI) originalmente ideado por Itakura (Itakura, 1962). Este método fue utilizado extensivamente por Hatano y sus colegas y es un método prometedor para lograr el tipo de habilidades de conciencia y de aprendizaje intencional metaconceptual requeridos por los estudiantes para la revisión de creencias deliberada e intencional necesaria para la instrucción basada en el cambio conceptual (véase también Miyake, 1986, el capítulo 17 de este libro).Probablemente es claro ahora que la enseñanza y el aprendizaje para el cambio conceptual requiere cantidades sustanciales de esfuerzo por parte del docente, así como por parte del alumno. Para que este esfuerzo sea invertido, no debería ser un entorno en el que se trata a la vez necesaria y apreciada. Es decir, para que los profesores diseñan actividades relevantes y significativas (Vosniadou et aI., 200I), y para los estudiantes que puedan intervenir activamente, no debería ser una comunidad educativa más amplia que reconoce y es capaz de evaluar este tipo de esfuerzo.

CONCLUSIONES

Hemos sostenido que los conceptos en ciencias y matemáticas son difíciles de aprender porque están incrustadas en teorías marco iniciales de la física y las matemáticas, que son diferentes marcos explicativos de los que ahora están científicamente aceptadas. Estas teorías marco ingenuas no son observaciones fragmentarias, sino que forman un sistema explicativo relativamente coherente que esta basado y continuamente reconfirmado por la experiencia cotidiana. Los estudiantes no son conscientes de estas diferencias y emplean los mecanismos habituales de enriquecimiento para añadir la información científica y matemática a las estructuras de conocimiento existentes, destruyendo la coherencia y creando incoherencia interna e ideas erradas los cuales son "modelos sintéticos”.

Con el fin de fomentar el cambio conceptual a través de la instrucción, se puede considerar el diseño de planes de estudio e instrucción que reduzcan la brecha entre el conocimiento inicial esperado de los estudiantes y la información a ser adquirida, de manera que los alumnos pueden utilizar sus habituales mecanismos de aprendizaje exitósamente, del tipo enriquecimiento. También es importante desarrollar en los alumnos la conciencia metaconceptual necesaria, sofisticación epistemológica, habilidades de


hipótesis, y de arriba abajo: mecanismos conscientes y deliberadas de aprendizaje intencional que los preparen para el aprendizaje significativo a lo largo de la vida. La Instrucción para el cambio conceptual de este modo no sólo requiere la reestructuración de las teorías ingenuas de los estudiantes, sino también la reestructuración de sus modos de aprendizaje y razonamiento. Lo anterior no se puede lograr sin el apoyo sociocultural sustancial.


la teoría marco vosniadou et al wag.pdf

Documents