DOI:

https://doi.org/10.14483/23464712.14441

Publicado:

2020-01-01

Número:

Vol. 15 Núm. 1 (2020): Enero-Abril

Sección:

ARTÍCULOS

Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico

Relationship between analogical thinking competence and competence in modeling about chemical change

Relação entre competencia de pensamento analógico e competencia de modelagem sobre processos químicos

Autores/as

Palabras clave:

competência, modelos, modelagem, química (pt).

Palabras clave:

competencia, modelos, modelaje, química (es).

Palabras clave:

Competition, Models, Modelling, Chemistry (en).

Biografía del autor/a

María del Mar Aragón-Méndez, Universidad de Cádiz, España

Doctora en Ciencias de la Educación. Docente del Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz, España.

José María Oliva, Universidad de Cádiz, España

Doctor en Ciencias. Docente del Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz, España.

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VYGOTSKY, L. Mind and Society. Harvard University Press. Cambridge, MA. 1978.

Cómo citar

APA

Aragón-Méndez, M. del M. ., & Oliva, J. M. (2020). Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias, 15(1), 83–100. https://doi.org/10.14483/23464712.14441

ACM

[1]
Aragón-Méndez, M. del M. y Oliva, J.M. 2020. Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias. 15, 1 (ene. 2020), 83–100. DOI:https://doi.org/10.14483/23464712.14441.

ACS

(1)
Aragón-Méndez, M. del M. .; Oliva, J. M. Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola enseñ. aprendiz. cienc. 2020, 15, 83-100.

ABNT

ARAGÓN-MÉNDEZ, M. del M. .; OLIVA, J. M. Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias, [S. l.], v. 15, n. 1, p. 83–100, 2020. DOI: 10.14483/23464712.14441. Disponível em: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/GDLA/article/view/14441. Acesso em: 17 abr. 2021.

Chicago

Aragón-Méndez, María del Mar, y José María Oliva. 2020. «Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico». Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias 15 (1):83-100. https://doi.org/10.14483/23464712.14441.

Harvard

Aragón-Méndez, M. del M. . y Oliva, J. M. (2020) «Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico», Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias, 15(1), pp. 83–100. doi: 10.14483/23464712.14441.

IEEE

[1]
M. del M. . Aragón-Méndez y J. M. Oliva, «Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico», Góndola enseñ. aprendiz. cienc., vol. 15, n.º 1, pp. 83–100, ene. 2020.

MLA

Aragón-Méndez, M. del M. ., y J. M. Oliva. «Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico». Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias, vol. 15, n.º 1, enero de 2020, pp. 83-100, doi:10.14483/23464712.14441.

Turabian

Aragón-Méndez, María del Mar, y José María Oliva. «Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico». Góndola, enseñanza y aprendizaje de las ciencias 15, no. 1 (enero 1, 2020): 83–100. Accedido abril 17, 2021. https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/GDLA/article/view/14441.

Vancouver

1.
Aragón-Méndez M del M, Oliva JM. Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola enseñ. aprendiz. cienc. [Internet]. 1 de enero de 2020 [citado 17 de abril de 2021];15(1):83-100. Disponible en: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/GDLA/article/view/14441

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RELACIÓN ENTRE LA COMPETENCIA DE PENSAMIENTO ANALÓGICO Y LA COMPETENCIA DE MODELIZACIÓN EN TORNO AL CAMBIO QUÍMICO

RELATIONSHIP BETWEEN ANALOGICAL THINKING COMPETENCE AND COMPETENCE IN MODELING ABOUT CHEMICAL CHANGE

RELAÇÃO ENTRE COMPETÊNCIA DE PENSAMENTO ANALÓGICO E COMPETÊNCIA DE MODELAGEM SOBRE PROCESSOS QUÍMICOS

María del Mar Aragón-Méndez*, José María Oliva**

Cómo citar este artículo: Aragón-Méndez, M.M. y Oliva, J.M. (2020). Relación entre la competencia de pensamiento analógico y la competencia de modelización en torno al cambio químico. Góndola, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, 15(1), 83-100. DOI: http://doi.org/10.14483/23464712.14441

Recibido: 12 de febrero de 2019; aprobado: 13 de mayo de 2019 


* Doctora en Ciencias de la Educación. Docente del Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz, España. Correo electrónico: mariadelmar.aragon@uca.es

** Doctor en Ciencias. Docente del Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz, España. Correo electrónico: josemaria.oliva@uca.es 


Resumen 

Presentamos el estudio de la correlación existente entre pensamiento analógico y competencia de modelización, a través de distintas dimensiones relacionadas con la componente representacional y metarrepresentacional de tales variables. El escenario de investigación lo constituye la implementación de una propuesta didáctica sobre el cambio químico dirigida a estudiantes de tercer curso de educación secundaria, utilizando analogías como herramienta recurrente para favorecer la modelización. La metodología de investigación incluyó instrumentos de toma de datos, como porfolio, entrevistas, diario del profesor y una combinación de procedimientos cualitativos y cuantitativos de análisis de datos. Como resultado, constatamos niveles de desempeño bastante adecuados en la mayoría de dimensiones correspondientes al pensamiento analógico y la modelización, así como un grado significativo de asociación entre am­bas facetas en las dimensiones referentes al ámbito representacional y metacognitivo, aunque no en las relacionadas con los conocimientos epistémicos. Estos resultados se interpretan a la luz del marco teórico planteado y se plantean implicaciones para la enseñanza y para acciones futuras de investigación.

Palabras clave: competencia, modelos, modelaje, química. ARAGÓN-MÉNDEZ, M.M. Y OLIVA, J.M. 

Abstract 

We present a study about the correlation between analogue thinking and modelling competence, through different dimensions related to the representational and meta­representational component of such variables. A didactic proposal was implemented in the third year of secondary school, based on the concept of “chemical change,” which uses analogies as a common tool to stimulate students to make models. The research methodology included data collection instruments such as portfolios, in­terviews, a teacher’s diary, and a combination of qualitative and quantitative data analysis procedures. We found adequate levels of performance in most dimensions corresponding to analogical thinking and modelling, as well as a significant degree of association between both facets in the dimensions related to the representational and metacognitive fields, although not in those related to epistemic knowledge. These results are interpreted in light of the proposed theoretical framework, and implica­tions for teaching and future research actions are raised.

Keywords: Competition, Models, Modelling, Chemistry.

Resumo 

Neste artigo, a correlação entre o pensamento analógico e a competência de mo­delagem foi estudada através de diferentes dimensões, relacionadas ao componente representacional e meta-representacional de tais variáveis. O cenário da pesquisa foi a implementação de uma proposta didática sobre os processos químicos, utilizando as analogias como suporte repetido e contínuo para modelagem. Os participantes do estudo eram alunos do 3º ano do ensino secundário obrigatório. A metodologia de pesquisa incluiu o uso de ferramentas de coleta de dados, tais como portfólio, entrevistas, diário do professor, e uma combinação de procedimentos qualitativos e quantitativos de análise de dados. Como resultado, verifica-se níveis de desempe­nho bastante adequados na maioria das dimensões correspondentes ao pensamento analógico e modelagem. Também um grau significativo de associação entre ambas as facetas nas dimensões referidas ao campo representacional e metacognitivo, em­bora não naqueles relacionados ao conhecimento epistêmico. Os resultados foram interpretados a partir do referencial teórico e foram consideradas implicações para 
o ensino e para futuras ações de pesquisa.

Palavras-chave: competência, modelos, modelagem, química.


Introducción

El cambio químico constituye uno de los núcleos de la enseñanza de la química en la educación secundaria, ya que ocupa un papel central dentro del currículum y es básico para entender situa­ciones y fenómenos de la vida cotidiana. Por este motivo, y dadas las dificultades de comprensión que encierra dicho tópico, se puede entender que la construcción del modelo daltoniano del cambio químico haya sido un problema recurrente en torno al que se ha debatido e investigado abundantemen­te desde la didáctica de las ciencias (JOHNSTONE, 1982; JENSEN, 1998; RAVIOLO, GARRITZ, SOSA, 2011; MERINO, IZQUIERDO, 2011).

En este contexto, hemos de considerar el pa­pel de las analogías como recurso didáctico de interés para el aprendizaje de estos temas, ya que ellas permiten a los estudiantes comprender ideas abstractas y poco conocidas, a través de otras que son más cercanas y familiares. En el caso concreto de la química, facilitan conectar el conocimiento intuitivo previo del estudiante con representa­ciones submicroscópicas, que son siempre más complejas y abstractas (ARAGÓN, OLIVA, NA­VARRETE, 2013).

Sin embargo, aunque existe un cierto consenso en admitir su utilidad en el aprendizaje de modelos científicos escolares, cuando se eligen analogías apropiadas y se implementan a través de estrategias adecuadas (DUIT, 1991; DAGHER, 1995), su fun­ción en el desarrollo de destrezas de pensamiento científico ha sido mucho menos defendido. Ello a pesar de que analogías y modelos podrían compartir mecanismos de funcionamiento muy similares, por lo que un buen desarrollo de destrezas de pensa­miento analógico podría repercutir positivamente en la competencia de modelización del alumnado.

En este estudio se intenta aportar datos empí­ricos en esta dirección, mediante el análisis de la relación entre destrezas de pensamiento analógico en el alumnado y las distintas dimensiones de la competencia de modelización en el ámbito del cambio químico. 

1. Marco teórico

Los modelos cumplen un papel esencial tanto en la ciencia como en la enseñanza de la ciencia (HA­LLOUN, 1996; GILBERT, BOULTER, RUTHERFORD, 1998; NERSESSIAN, 1999; JUSTI 2006). De ahí que no deba de extrañar que, entre las líneas de inves­tigación actuales que focalizan su atención en la competencia científica, la modelización ocupe un lugar relevante (HALLOUN, 1996; JUSTI, GILBERT, 2002; SCHWARZ et al., 2009).

En el ámbito escolar, la modelización la enten­demos como aquel proceso en el que los alumnos elaboran modelos, trabajan con ellos, los revisan, o han de hablar y opinar acerca ellos, entendien­do su valor, su utilidad, su carácter aproximativo y cambiante y, también, sus limitaciones (ARAGÓN, OLIVA, NAVARRETE, 2013). No se trataría solo de aprender los modelos del currículum escolar, sino al mismo tiempo desarrollar las destrezas que conlleva su construcción, uso y revisión (JUSTI, GILBERT, 2002), junto a las destrezas metacogniti­vas y conocimientos epistémicos implicados en el manejo de estos (SCHWARZ, 2002; KOZMA, RUS­SELL, 2005; DISESSA, 2004; NICOLAOU, CONS­TANTINOU, 2014). Todo lo cual viene acuñándose bajo el término de competencia de modelización (LOPES, COSTA, 2007; NICOLAOU, CONSTAN­TINOU, 2014; PAPAEVRIPIDOU, NICOLAOU, CONSTANTINOU, 2014; OLIVA, ARAGÓN, CUES­TA, 2015), como parte integrante de la competen­cia científica.

Más concretamente, diferentes autores han pro­puesto dos grandes componentes de la actividad de modelización, una de carácter representacional, relacionada con prácticas de modelización propia­mente dichas (construir modelos, usarlos, revisarlos, compararlos, valorarlos), y otra de tipo metarrepre­sentacional o de metamodelización, asociadas a la reflexión metacognitiva acerca del perfil y alcance de los modelos que se poseen, y con las visiones epistemológicas acerca de la naturaleza de los mo­delos (KOZMA, RUSSELL, 1997; DISESSA, 2004; NICOLAOU, CONSTANTINOU, 2014). 

Según esto, la modelización constituye un fe­nómeno complejo, de modo que la enseñanza de las ciencias debería enfocarse en promover en los alumnos las destrezas y conocimientos epistémicos necesarios para este tipo de tareas (VAN DRIEL, VERLOOP, 1999; HARRISON, TREAGUST, 2000a; JUSTI, GILBERT, 2002; IZQUIERDO, ADÚRIZ-BRA­VO, 2005; HALLOUN, 2007; PRINS et al., 2009; CHAMIZO, 2010; CAMACHO et al., 2012). De hecho, parece existir un consenso en torno a que esta actividad es susceptible de ser abordada y de­sarrollada en el proceso de enseñanza (SCHWARZ, 2002; SCHWARZ, WHITE, 2005; HALLOUN, 2007; PRINS et al., 2009; CARDOSO MENDONÇA, JUSTI, 2011; MADDEN, JONES, RAHM, 2011; BAMBER­GER, DAVIS, 2013).

Según JUSTI, GILBERT (2002), la modelización y su aprendizaje pueden abordarse desde diferen­tes niveles de complejidad, cuya diferenciación es importante a la hora de tomar decisiones respecto al diseño didáctico. En concreto, dichos autores sugieren la existencia de, al menos, cinco niveles distintos:

• Aprendizaje de modelos ya propuestos, enten­dido como la adquisición de la capacidad de expresar las ideas y relaciones que constituyen los modelos explicativos de un fenómeno. 

• Aplicación de los modelos para representar e interpretar la realidad, así como usar modelos en situaciones de indagación. Si se usan varios modelos interpretativos, los alumnos deberán valorar cuál es el más apropiado para cada caso, en función de las circunstancias. Además, debe­rían ser conscientes de la importancia de estos como instrumentos para interpretar la realidad e interactuar con ella. 

• Revisión de modelos propuestos, que supone su propia validación y, de ser necesario, la mo­dificación de los planteamientos iniciales y la delimitación del rango de validez o ámbito de aplicación de los modelos. Esto implica al pro­pio tiempo reconocer el carácter aproximativo y provisional de los modelos. 

• Reconstrucción de modelos, tarea que precisa la implicación del alumno dándole la opor­tunidad de aportar ideas, de sugerir hipótesis, que complemente las inicialmente propuestas o sugeridas por el profesor, delimitar la realidad que se pretende modelizar y ser consciente del proceso que está iniciando. 

• Elaboración autónoma de modelos, herramienta fundamental para la construcción del conoci­miento como muestra la historia de las ciencias. Sería un objetivo de aprendizaje apropiado para niveles superiores, sobre todo universitario. 

Así, pues, implicar a los alumnos en la mode­lización requiere proporcionar herramientas que faciliten el desarrollo de las capacidades asociadas, dotarles de útiles de razonamiento, como la capaci­dad de abstracción, que favorezcan el uso y aplica­ción de modelos, así como el proceso imaginativo y creativo que implica la construcción o recons­trucción de modelos. De ahí que se comprenda el interés de estos enfoques y el importante espacio que han cobrado actualmente en la investigación sobre enseñanza de las ciencias, como está ocurriendo por ejemplo en el ámbito iberoamericano (PEREIRA, RODRIGUES, 2017; PÉREZ, GÓMEZ, GONZÁLEZ, 2018; LÓPEZ SIMÓ, GRIMALT-ÁLVARO, COUSO LAGARÓN, 2018).

Desde esta perspectiva, las analogías se mues­tran como instrumentos que pueden aportar múl­tiples beneficios, dado su potencial para acercar los conceptos científicos a un plano más familiar al alumno y desarrollar estrategias, destrezas y vi­siones epistemológicas de interés para la modeli­zación (GILBERT, 1993; HARRISON, TREAGUST, 2000b; GALAGOVSKY, ADÚRIZ-BRAVO, 2001; OLIVA, ARAGÓN, 2009). Construir analogías su­pone, en cierto modo, construir modelos, aunque en un dominio familiar y cercano al alumno (DUIT, 1991). Por poner un ejemplo reciente de estudio que incide en esta dirección, podemos citar uno realizado en el contexto español, en el que se pudo constatar que tanto profesores como estudiantes de secundaria valoraban positivamente las analogías empleadas en la clase de ciencias. En particular, los alumnos percibían que las analogías eran recursos útiles que les ayudaban no solo en la comprensión del modelo cinético molecular, sino también a ex­plicar las propiedades y cambios de los estados de agregación de la materia (RUBIO, SÁNCHEZ, VALCÁRCEL, 2018).

La actividad analógica puede considerarse de forma paralela a la modelización, desarrollándo­se según diferentes niveles de complejidad. Estos niveles irían desde el aprendizaje de analogías ya construidas, pasando por su aplicación, validación y reconstrucción, hasta la elaboración autónoma de analogías. La gradación implícita en el razonamiento analógico podría facilitar, por tanto, la modeliza­ción en cada uno de los niveles descritos (OLIVA, ARAGÓN, 2009):

• Usar analogías para facilitar la construcción del discurso verbal en el dominio del modelo: comprensión de los conceptos implicados, esta­blecimiento de relaciones entre ellos, manejo de distintos tipos de lenguaje para comunicar ideas, etc. (HARRISON, TREAGUST, 2000b; ARAGÓN, OLIVA, NAVARRETE, 2013). 

• Emplear las analogías para favorecer la apli­cación de modelos en diferentes situaciones, la resolución de problemas y la realización de predicciones en el dominio del objeto. Las conclusiones alcanzadas a través de las analo­gías pueden ser comprobadas mediante dise­ños experimentales o mediante experimentos mentales (JUSTI, 2006; JUSTI, GILBERT, 2002, 2006). 

• Uso crítico de las analogías como medio de revisión y cambio de los modelos. Así mismo, el hecho de poner en tela de juicio la validez de las propias conclusiones, buscando las limi­taciones de estas, puede permitir la adquisición de visiones más ajustadas sobre cómo funciona la ciencia (OLIVA, 2004; JUSTI, GILBERT, 2006; JUSTI, 2006). 

• Participación en la elaboración de las analo­gías sugeridas por el profesor, así como en la formulación de hipótesis sobre las relaciones existentes entre los elementos que conforman el análogo. Ello abre la puerta a nuevas formas de ver y relacionar los elementos del modelo objeto, contribuyendo así a una reconstrucción del modelo inicial del que se disponía.

• Elaborar analogías propias autogeneradas, lo que contribuye al proceso de generación de modelos. La historia de la ciencia nos muestra múltiples casos en los que los científicos usan analogías en este sentido justamente en los mo­mentos más creativos (NERSESSIAN, 1992). Por tanto, fomentar que los alumnos conciban sus propias analogías contribuiría al desarrollo de habilidades como la creatividad y el pensamien­to hipotético-deductivo que se encuentran en la base del trabajo científico.

Pero la relación entre razonamiento analógico y de modelización es compleja y bidireccional, de modo que también es cierto que el aprendizaje de modelos y el desarrollo de las competencias nece­sarias para ello podrían influir favorablemente en el sentido de que los alumnos otorgan a las analogías manejadas y en el trabajo con estas.

El asunto que nos preocupa en este estudio es analizar la relación entre ambos aspectos, cuando las analogías se emplean como herramienta recu­rrente en un marco participativo y colaborativo en el aula. Concretamente, la investigación se centra en la implementación de una secuencia diseñada para la modelización del cambio químico en la que las analogías constituyen el recurso central. Con esta perspectiva se pretende analizar la co­nexión entre las capacidades inherentes al pensa­miento mediante analogías y la competencia de modelización. 

2. Contexto didáctico y cuestiones de investigación

El enfoque didáctico adoptado en la secuencia se sitúa en el marco socioconstructivista, con una fuer­te implicación de los alumnos en los procesos de modelización. La dimensión social del aprendizaje se articuló a través del trabajo colectivo en peque­ño y gran grupo, favoreciendo la discusión de los modelos explicativos que se iban generando a partir de los modelos de partida.

Respecto al cambio químico, con la propuesta di­dáctica se pretendía que los alumnos desarrollasen:

• Un modelo macroscópico de cambio químico, implicando los conceptos de cambio físico y químico, sustancia, sustancia elemental y compuesta, y la ley de conservación de la masa. 

• Modelos submicroscópicos interpretativos del cambio químico, en concreto el modelo atómico y el modelo de colisiones. 

• Modelos icónicos de representación del cam­bio químico. Estos fueron de dos tipos: uno consistente en diagramas de partículas, y otro constituido por símbolos químicos, fórmulas y ecuaciones. 

La secuencia, basada en el ciclo de modeliza­ción propuesto por JUSTI, GILBERT (2002) y JUSTI (2006) pretende que los alumnos se impliquen en la reconstrucción de modelos, lo que entraña el planteamiento de los modelos iniciales, su revisión y validación mediante su aplicación a diversas situaciones y la formulación de los modelos que definitivamente se acepten. Entendemos que, de esta forma, los estudiantes son puestos en situa­ción de construir modelos, trabajar con ellos, y aprender acerca de su naturaleza. Así mismo, el propósito era involucrar a los alumnos en la reconstrucción de múltiples modelos sobre el cambio químico.

Como herramienta facilitadora de estos apren­dizajes se emplearon actividades analógicas, sien­do estas un recurso recurrente durante toda la unidad. En algunos casos (frutas y fruteros, discos de colores, etc.), los análogos empleados promo­vían simplemente una visión discontinua de los sistemas manejados, evocando un modelo aná­logo a la versión del modelo atómico-molecular de Dalton que suele presentarse en los libros de texto a estas edades. En otros casos, se intentaba representar las uniones entre átomos y la ruptura y formación de uniones, de modo análogo a lo que sucede en un cambio químico (piezas de Lego, bolas de plastilina con imanes). Finalmen­te, alguno de los sistemas considerados evocaba, además, la idea de movimiento de las moléculas, introduciendo el factor agitación de las unidades manejadas (bolas de plastilina con imanes en una caja, alumnos moviéndose en la clase, etc.).

Respecto al pensamiento analógico, se pretendía que los alumnos tuvieran la ocasión de participar en la construcción de analogías, aprendieran a re­visarlas y a aplicarlas, además de saber expresar las relaciones analógicas que constituyen las ana­logías. En este sentido, las analogías manejadas no solo fueron un recurso para facilitar la comprensión sobre los distintos modelos de cambio químico (ma­croscópico, submicroscópico, simbólico), sino que además pretendieron ser una herramienta para el desarrollo de capacidades y valores relacionados con la modelización.

La secuencia didáctica diseñada con estos fi­nes se describe en la tabla 1. Aunque se presenta de forma lineal, se concibió bajo la estructura de una trama cíclica, de modo que los modelos finalmente formulados pueden ser el resultado de diversas revisiones. En la primera columna, se presentan las fases que conforma la secuencia; en la segunda, se describe brevemente el tipo de actividades de modelización y analógicas que se diseñaron para la unidad didáctica, y en la tercera, se detalla cada una de las actividades. Convie­ne indicar que se emplearon diversas analogías, no solo como oportunidad de abordar distintas facetas del cambio químico, sino también como ocasión para analizar una misma faceta desde distintos puntos de vista. Una descripción más pormenorizada acerca de las analogías emplea­das y su función puede consultarse en trabajos anteriores (OLIVA, ARAGÓN, 2009; ARAGÓN, OLIVA, NAVARRETE, 2013; OLIVA, ARAGÓN, CUESTA, 2015). 

La implementación la llevó a cabo, como pro­fesora, la primera autora del artículo, quien adoptó el papel de observadora participante. La propuesta tuvo una duración de 16 sesiones de una hora de duración cada una.

El problema central abordado en esta investiga­ción consiste en el análisis de la contribución del pensamiento analógico en el desarrollo de la com­petencia de modelización. Para ello se plantearon las siguientes preguntas de investigación:

• ¿Qué niveles de desempeño muestran los es­tudiantes en la realización de las actividades planteadas en la unidad didáctica, tanto desde el punto de vista del pensamiento analógico como de la competencia de modelización? 

• ¿Qué grado de relación existe entre el desempe­ño de los estudiantes en tareas de pensamiento analógico y de modelización? 

Para ello se analizan los niveles de desempe­ño alcanzados por el alumnado en las distintas dimensiones consideradas, al objeto de consta­tar cómo la propuesta didáctica diseñada sirvió como escenario propicio para movilizar capaci­dades y conocimientos epistémicos propios del pensamiento analógico y de la competencia de modelización. En segundo lugar, y realizando un estudio comparativo entre dimensiones correspon­dientes a ambas vertientes, se pretendía comparar el desempeño en uno y otro caso, y analizar la correlación entre ambas. 

3. Diseño metodológico

a. Participantes

Con la finalidad de mostrar la contribución del razonamiento analógico al aprendizaje de la mo­delización, se ha diseñado e implementado la se­cuencia didáctica comentada, dirigida al nivel de tercer curso de educación secundaria obligato­ria. Los participantes en el estudio conformaban dos clases-grupos de 3º de Educación Secundaria Obligatoria que cursaban la asignatura de Física y Química, con cuatro horas de clase por semana durante un cuatrimestre. Pertenecían a Instituto Público de Cádiz, y procedían de un perfil familiar de nivel socioeconómico medio. La muestra inclu­yó a 35 estudiantes (14 alumnas, 11 alumnos) de 14 o 15 años. Los estudiantes fueron informados de su participación en el estudio y del uso de sus producciones como instrumentos para la investi­gación, y mostraron estar de acuerdo. 

b. Instrumentos de recolección de información

La fuente principal de la que se adquirieron los datos fue el portafolio individual del alumno, que incluía las producciones de cada estudiante: pruebas ini­ciales y finales, actividades de clase, individuales y grupales, y los exámenes. Esto se complementó con información parcial obtenida a través de otros métodos de recolección de datos:

• Entrevistas semiestructuradas individuales: lle­vadas a cabo con casi todos los estudiantes, cuyos resultados se emplearon solo en ocasio­nes especiales para ampliar o aclarar la infor­mación procedente del portafolios cuando esta parecía insuficiente o confusa. Las entrevistas fueron grabadas en audio y posteriormente transcritas. 

• Diario del profesor/observador: utilizado para dejar constancia de tres aspectos diferentes: a) registrar cómo progresaba cada sesión, espe­cialmente las discusiones que tuvieron lugar durante estas; b) reflexionar sobre los procesos de enseñanza y aprendizaje que se estaban pro­duciendo; y c) realizar propuestas de mejora con perpectivas al futuro. Solo los dos primeros de estos aspectos se analizaron para los fines del presente estudio. 

• Algunas grabaciones de audio tomadas durante los debates en clase: los estudiantes tenían una grabadora de audio en sus mesas de trabajo que ellos mismos activaban al iniciar su trabajo en grupo y desconectaban después. 

c. Procedimiento de análisis de la información

El diseño de investigación fue de tipo interpretativo, combinando análisis de tipo cualitativo y cuantita­tivo. De hecho, la información manejada inicial­mente consistió en las explicaciones y argumentos empleados por los estudiantes, en unas ocasiones en forma de dibujos y, en la mayoría de casos, de forma textual. No obstante, una vez categorizada la información recopilada, se calcularon las distribu­ciones de frecuencia encontradas para las distintas categorías, y se llevaron a cabo estudios de asocia­ción entre las distribuciones encontradas. Así, fue posible aprovechar las ventajas de ambos tipos de enfoques de investigación, en el primer caso me­diante un análisis de contenido de las produccio­nes de los estudiantes, y en el segundo, a través de pruebas de inferencia que permitirían dar respuesta al problema formulado.

La información cualitativa obtenida para cada estudiante a partir de los distintos instrumentos se estructuró en forma de dossier, el cual se usó como base para un análisis de contenido. Para dicho aná­lisis se empleó como criterio un conjunto de 12 dimensiones destinadas a evaluar la competencia de modelización, propuestas en un estudio anterior (OLIVA, ARAGÓN, CUESTA, 2015), estableciéndose para cada una de ellas su homóloga en el ámbito del pensamiento analógico (tabla 2), según el para­lelismo que preveíamos y justificamos en trabajos anteriores (OLIVA, ARAGÓN, 2009) (tabla 2). Como puede verse, para todas las dimensiones contem­pladas se formuló paralelismo entre la actividad de modelizar y de pensamiento analógico, excepto en dos ocasiones. Así, para la modelización no se ha considerado el nivel relacionado con “Aprender a crear modelos nuevos”, dado que no es esperable que alumnos de esta edad fueran capaces de crear modelos autónomamente en las fronteras del co­nocimiento. En cambio, si estimamos que al me­nos algunos alumnos podrían generar sus propias analogías (capacidad A13). Además, para una de las capacidades definidas respecto al proceso de modelización, admitir el carácter provisional de los modelos científicos (capacidad M9), no encontra­mos una homóloga en el pensamiento analógico.

El procesamiento de la información se llevó a cabo a lo largo de distintas fases:

a. Recopilación de la información y su segmenta­ción en unidades de análisis: estos segmentos consistían, en unos casos, en fragmentos de texto verbal registrado a través de alguno de los instrumentos de recolección de datos; otros, en dibujos o esquemas gráficos, y los restantes se correspondían con combinaciones de ambas modalidades de representación. 

b. Categorización de las unidades de análisis de­limitadas, para lo que se empleó una rúbrica de tres niveles de desempeño (tabla 3a). Lo ha­bitual fue que cada segmento de información quedara categorizado según una o dos dimen­siones, como mucho, pudiendo encuadrarse en categorías de análisis distintas en dimensiones diferentes. 

c. Asignación de niveles globales de desempeño por alumno y dimensión, para lo que se recu­rrió a una rúbrica sintética de cuatro niveles (tabla 3b). 

El proceso cualitativo de categorización a tra­vés de rúbricas permitió identificar situaciones ante las que el alumnado parecía movilizar con éxito capacidades relacionadas con el pensamien­to analógico y con la competencia de modeliza­ción. En este sentido, las rúbricas construidas no solo permitieron determinar qué capacidades o conocimientos epistémicos movilizaron los es­tudiantes a lo largo de la secuencia didáctica, sino también su desempeño. A lo largo de este proceso de análisis, al menos dos investigadores intervinieron continuamente para llegar a un con­senso, mediante la negociación de sus posiciones si es necesario, sobre los criterios de análisis de aplicar. Para más detalle, pueden consultarse las descripciones realizadas en estudios anteriores (OLIVA, ARAGÓN, CUESTA, 2015; OLIVA, ARA­GÓN, 2017). 

Sin embargo, la asignación de niveles de desempeño por alumno y dimensión posibilitó además llevar a cabo estudios cuantitativos del desempeño de la muestra en su conjunto en las diferentes dimensiones contempladas para el pensamiento analógico y para la competencia de modelización, para lo cual se recurrió a un análisis descriptivo de frecuencias de los niveles de las rúbricas. Así mismo, fue posible realizar un estudio comparativo de dichos resultados para cada par de dimensiones homólogas correspondientes a la competencia de modelización y al pensamiento analógico (prueba de Wilcoxon), y determinar el grado de correlación entre ambas (tau-b de Kendall).

4. Resultados

La frecuencia en los niveles ordinales asignados al desempeño de cada capacidad asociada a la mo­delización y al pensamiento analógico, se muestra en la tabla 4. Aunque los resultados varían de una dimensión a otra, y en función de si se refieren al pensamiento analógico o de modelización, el des­empeño mostrado parece por lo general bastante satisfactorio. Así, en todas las dimensiones de mo­delización y de pensamiento analógico, excepto en dos, al menos dos tercios del alumnado alcan­zaba o superaba el nivel III de la rúbrica sintética. La excepción se encuentra en las dimensiones de pensamiento analógico 10 y 12, en las que dicha proporción no supera el 45 %, en el primer caso, ni el 14 % en el segundo. Estos resultados indican que en las actividades planteadas se consiguieron en gran parte los propósitos que se proponían, y se propiciaron en los estudiantes niveles de desempe­ño bastante apropiados en las tareas formuladas. Pero, al mismo tiempo, sugieren que son las tareas de gestión de distintas analogías y de producción de analogías propias, las más complicadas para los estudiantes.

Por otro lado, la tabla 5 permite comparar los resultados alcanzados en la muestra en su conjunto para el pensamiento analógico y la actividad de para el pensamiento analógico y la actividad de modelización en las diferentes dimensiones. El test de Wilcoxon permitió realizar la comparación apre­ciando la existencia o no de diferencias estadísticamente significativas.

A continuación, se presentan una serie de seme­janzas y diferencias encontradas:

-Las primeras dimensiones (1 y 2), que inten­taban evaluar el nivel de comprensión en torno a los sistemas de representación em­pleados (analogías o modelos), mostraban resultados bastante adecuados, si bien no fueron los mejores en comparación con el resto de dimensiones, como así esperábamos en principio. En el caso del conocimiento de diversidad de sistemas de representación, los resultados fueron muy semejantes en analo­gías y modelos; sin embargo, parece que los alumnos mostraban más facilidad para expre­sar las analogías aprendidas que los modelos estudiados.

-El desempeño en las dimensiones relacionadas con el metaconocimiento acerca de los mode­los y de las analogías (3 y 7) evidencian niveles de desempeños muy similares entre sí. De este modo, los alumnos parecían asumir y demarcar la utilidad los modelos y de las analogías, y también parecían establecer la naturaleza apro­ximativa de los modelos y el carácter figurado y restringido de las analogías.

-Las dimensiones que corresponden a la aplica­ción de analogías y modelos, con un eminente carácter procedimental (4, 5 y 6), alcanzan niveles de progresión parecidos en ambas vertientes. Da la sensación, en ambos casos (pensamiento analógico y de modelización), que son las tareas de representación las más asequibles para el alumnado, mientras que son las de interpretación e inferencia en si­tuaciones de incertidumbre las que parecen más complejas.

-Las dimensiones restantes (de la 8 en adelante) fueron las que, por término medio, parecieron más complicadas, siendo asimismo aquellas que mostraron mayores diferencias entre las dimensiones analógicas y de modelización. Así, las destrezas para establecer los límites de vali­dez de las representaciones usadas (dimensión 8) y para elección del sistema de representa­ción más apropiado (dimensión 10), mostraron mayor desempeño para las analogías que para los modelos. Mientras tanto, las destrezas para aportar ideas y contribuir a la formulación de representaciones novedosas (dimensiones 11 y 12) fueron más altas en el trabajo con analogías que con modelos. 

Otra forma de comparar el desempeño en distintas dimensiones de pensamiento analógico y de la com­petencia de modelización, es a través del estudio de asociación estadística entre los niveles alcanzados en las rúbricas en uno y otro caso. Para ello, recurrimos al coeficiente de correlación tau-b de Kendall, indi­cado en casos en los que, como este, las variables que se correlacionan son discontinuas y de carácter ordinal. Los resultados se resumen en la tabla 5. Como puede comprobarse, los coeficientes de correlación oscilan desde valores bajos a moderadamente altos, alcanzando las cifras más altas en las dimensiones 1, 2, 4, 5 y 11, y los más bajos, en la dimensión 3.

Desde el punto de vista estadístico, las correlacio­nes calculadas alcanzan los límites de significación estadística en la mayoría de las comparaciones, con­cretamente en todas excepto en dos. La excepción la encontramos en las dimensiones 3 y 7, que son las que hacen referencia a metaconocimientos; esto es, al papel y naturaleza de las analogías y modelos como formas de representación. 

5. Discusión y conclusiones

La participación de los alumnos a través de la pro­puesta descrita parece haber propiciado ocasiones para que ellos verbalizaran modelos, los usaran, reflexionaran sobre su utilidad y limitaciones, re­visaran su alcance, gestionaran el uso de distintos modelos manejados y aportaran ideas durante su proceso de construcción. Según esto, desarrollaron procesos que se relacionan con la competencia de modelización en ciencias (NICOLAOU, CONS­TANTINOU, 2014), en el sentido de que tuvieron oportunidad de movilizar destrezas y conocimientos epistémicos asociados al aprendizaje, uso y revi­sión de modelos en los términos formulados en el marco teórico (JUSTI, GILBERT, 2002; SCHWARZ, 2002; KOZMA, RUSSELL, 2005; DISESSA, 2004). Además, los niveles competenciales alcanzados fue­ron bastante aceptables por término medio, aunque es verdad que hubo cierta variabilidad en función de la dimensión concreta analizada. Todo ello es coherente con el marco teórico expresado, en el que se fundamentó el papel de las analogías en el desarrollo de destrezas y valores epistémicos pro­pios de la competencia de modelización en ciencias (OLIVA, ARAGÓN, 2009).

Así mismo, y en paralelo, los estudiantes expre­saron las analogías puestas en juego, las emplearon con distintos fines, recapacitaron sobre su uso y res­tricciones, seleccionaron analogías en función del contexto y participaron activamente en la elabora­ción e interiorización de las analogías desarrolladas. Ello sugiere que el entorno didáctico propiciado ha constituido un valioso escenario para un uso de las analogías de acuerdo con las premisas que se pos­tulan desde la bibliografía (DUIT, 1991; DAGHER, 1995). En suma, las analogías constituyeron instru­mentos útiles en los procesos de representación de la materia a nivel submicroscópico, y como recur­so de ayuda para transitar entre dicho nivel y los niveles macroscópicos y simbólicos de la materia (JOHNSTONE, 1982).

Alguien podría argumentar que no se ha contro­lado en el estudio el nivel competencial inicial del alumnado en torno a las dimensiones analizadas. Si bien ello es verdad, hemos de insistir en que esta era la primera ocasión en la que los estudiantes estudia­ban el cambio químico, por lo que necesariamente los desempeños alcanzados han de ser atribuidos esencialmente a la influencia de la propuesta di­dáctica en la que participaron. Tal influencia podría explicarse teniendo en cuenta que, tal vez, la se­cuencia didáctica desarrollada contribuyó a que los alumnos trabajasen, como diría VYGOTSKY (1978), en la zona de desarrollo próximo. En este sentido, el uso de analogías por parte de los alumnos, en un marco de aprendizaje participativo y colabora­tivo, junto a la función mediadora de la profesora, probablemente hayan constituido juntos una com­binación excelente para fomentar en el alumnado buenas prácticas de modelización.

Además, los datos obtenidos han mostrado grados de asociación razonablemente altos entre las dimen­siones evaluadas para uno y otro caso, al menos en aquellas referidas a prácticas de modelización: construir modelos, usarlos, revisarlos, comparar­los, etc. Estas asociaciones podrían explicarse en términos de mecanismos comunes y destrezas compartidas entre las tareas de modelización y de pensamiento analógico, de modo que el apren­dizaje en uno de esos ámbitos produzca mejoras también en el otro. En consecuencia, el empleo de actividades analógicas como herramientas en el aula puede permitir no solo el aprendizaje de modelos ya hechos y acabados, sino también de las destrezas que se requieren para la actividad de modelizar en ciencias. De hecho, en el estudio antes citado de RUBIO, SÁNCHEZ, VALCÁRCEL (2018), las analogías parece que sirvieron no solo para la comprensión de un modelo submicroscópico de la materia, sino también para usarlo y aplicarlo en la interpretación de fenómenos concretos.

Ello no excluye que pueda darse, asimismo, una relación recíproca, de modo que un mejor conoci­miento de los modelos de cambio químic, y unas mejores destrezas en las prácticas de modelización correspondientes faciliten también la construcción de analogías y el uso que se hace de estas. De cual­quier forma, lo que el estudio parece indicarnos es que los mecanismos implicados en las prácticas de pensamiento analógico y de modelización son muy similares. O sea, mucho de aquello que hace avanzar a los estudiantes en una de esas vertientes, podría hacerlo avanzar también en la otra, como ya se sugirió en el marco teórico del estudio (OLIVA, ARAGÓN, 2009).

En cambio, no parece existir ese mismo grado de conexión cuando se habla de aspectos relacio­nados con la componente metarrepresentacional (DISESSA, 2004; SCHWARZ, WHITE, 2005). En este caso, el trabajo mediante analogías no parece haber propiciado especialmente que los alumnos las consideren como herramientas con un estatus semejante al de los modelos. Según esto, podría ser que los alumnos consideraran analogías y modelos como construcciones de diferente naturaleza, en­tendiendo las primeras como artefactos didácticos destinados únicamente a favorecer su aprendizaje en el aula en un momento determinado, mientras que los modelos se asociarían con representaciones formales y aceptadas por la comunidad científica con un valor propio y un alcance diferente. Pero también podría ocurrir que, simplemente, el diseño didáctico planteado no haya sido capaz de eviden­ciar suficientemente, de forma explícita, la existen­cia de conexiones entre una y otra actividad. Esta apreciación concordaría bien con las conclusiones de algunos de los estudios de ACEVEDO (2008), en los que se pone de manifiesto que el aprendizaje de aspectos relacionados sobre la naturaleza de la ciencia exige no solo un tratamiento implícito de estas cuestiones a través de la inmersión de los alumnos en la cultura y actividad científica, sino que, además, se requiere una reflexión explícita de los alumnos sobre aquellas.

A pesar de la falta de sintonía encontrada entre valores epistémicos de analogías y modelos, consi­deramos en conjunto que el trabajo presentado apor­ta suficientes evidencias para soportar la hipótesis de que las analogías son un interesante recurso de mediación potencial en el desarrollo de la compe­tencia de modelización de los alumnos, al menos si se presentan en un entorno de aprendizaje en el que estos tomen parte activa en el uso, revisión y construcción de analogías. En este sentido, el aprendizaje a través de analogías coloca al alumno en la interfaz entre el conocimiento cotidiano y la capacidad de comenzar a entender y usar algunos de los signos y códigos de la ciencia en el currícu­lo escolar, algo esencial desde el punto de vista de la naturaleza de un ciclo de modelización (JUSTI, GILBERT, 2002).

Y ya para finalizar, conviene mencionar algu­nas de las limitaciones del estudio realizado. Así, al tratarse de una muestra reducida e intencional, sus conclusiones no pueden generalizarse a otras muestras de participantes. Por otro lado, además, el dominio de conocimientos implicados ha sido muy estrecho, vinculado solamente a nociones básicas de química. Por ello, no podemos asegurar que algo similar ocurra en otros ámbitos de las ciencias.

En suma, se abre todo un campo interesante de investigación, dirigido a valorar la influencia y los mecanismos, a través de los cuales el uso de analogías en el aula puede contribuir también al desarrollo de la competencia de modelización de los estudiantes en ciencias. 


6. Reconocimientos

Financiado por: FEDER/Ministerio de Ciencia, Inno­vación y Universidades–Agencia Estatal de Investi­gación/_Proyecto EDU2017-82518-P. 


7. Referencias bibliográficas

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