Construction of a theoretical/conceptual base to approach the laboratory work through the use of the v diagram: a study case of the UPEL/ IPC

(1) Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL). Instituto Pedagógico de Caracas. Caracas, Venezuela. jflorespejo@hotmail.com

(2) Departamento de Física, Universidad de Burgos (UBU), España concesa@ubu.es

(3) Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande Do Sul, Brasil moreira@if.ufrgs.br

Estudio descriptivo para interpretar, desde la teoría ausubeliana, la construcción de una base teórica/conceptual integrada al marco metodológico para la resolución de problemas en el laboratorio de Bioquímica del IPC usando el diagrama V. Participaron ocho docentes en formación del área de Química que cursaron Bioquímica en el periodo académico 2006-II. Los estudiantes desarrollaron el diagrama V de Gowin para cinco actividades de laboratorio de complejidad creciente. El marco teórico/conceptual contempló mapas conceptuales (MC), cuya calidad constructiva se evaluó cuali-cuantitativamente; su puntuación se determinó usando el método holístico (MH) y el método de puntuación unitaria (MPU), correlacionados en forma positiva y alta (r de pearson=0,74; p<0,05). El marco teórico/conceptual con MC evaluados por el MPU, se correlacionó con el marco metodológico de manera positiva y más alta que el integrado con MC evaluados por el MH (r=0,83>r=076; p<0,05). Los resultados orientarán la continuidad de futuras investigaciones.

Palabras clave: diagrama V de Gowin; enseñanza del laboratorio; mapas conceptuales; resolución de problemas

This descriptive study case presents an analytical interpretation, from the ausubelian theory, of the construction of a theoretical/conceptual framework integrated to a methodological base, in order to solve problems through the use of V diagrams in the biochemistry laboratory at the IPC. Eight preservice chemistry teachers of the chemistry area participated during the 2006-II semester. The V diagrams were constructed to solve five laboratory activities of increasing difficulty level. The theoretical framework included concept maps which were evaluated quali-quantitatively; two scoring methods were used: the holistic method (MH) and the unitary scoring method (MPU), resulting positively and highly correlated (pearson r=0,74; p<0,05). The theoretical/conceptual framework, integrated with MPU scored concept maps, was correlated with the methodological framework, showing a higher positive correlation (pearson r=0,74; p<0,05) than that integrated with MH scored concept maps (r=0,83> r=076; p<0,05). Results will be useful to continue future research.

Key words: Gowin’s V diagram; laboratory teaching; concept maps; problem solving

Dentro del estilo instruccional de resolución de problemas, el enfoque epistemológico² constituye una herramienta útil a la luz de las tendencias actuales en la didáctica del laboratorio de ciencias; el mismo se basa en el uso del diagrama V de Gowin, el cual se ha recomendado desde hace varias décadas (Moreira y Levandowski, 1983; Novak, 1979; Novak y Gowin, 1988; Tamir, 1989). Algunos estudios en Venezuela han reportado su aplicación en el laboratorio (Blanco, 2001; Flores, 2004, 2007; Sanabria y Ramírez, 2004; Andrés, Meneses y Pesa, 2007). Una representación de la estructura básica del diagrama V (Gowin y Álvarez, 2005, p. 41; Novak y Gowin, 1988, p. 77) se muestra a continuación:

Considerando lo antes planteado, se definió el objetivo general de esta investigación: Analizar interpretativamente el proceso de construcción de un marco teórico/conceptual en relación con el marco metodológico pertinente para la resolución de problemas en el laboratorio de Bioquímica del IPC a través del uso del diagrama V. Los objetivos específicos fueron: (a) analizar cualitativamente la calidad constructiva de los MC elaborados por los estudiantes; (b) correlacionar la puntuación de los MC por un método de apreciación general y por un método estructural; (c) determinar la relación de los MC con el marco metodológico de los diagramas V; (d) determinar la relación entre el marco teórico/conceptual y el marco metodológico de los diagramas V; y (e) precisar indicadores de aprendizaje significativo emergentes del proceso de resolución de problemas en el laboratorio.

El aprendizaje significativo se concibe como un proceso de incorporación sustancial (no literal o al pie de la letra) y no arbitraria (plausible, razonable y no aleatoria) de la nueva información en la estructura cognitiva del individuo a través de los subsumidores, entendiéndose por éstos un concepto, una proposición, una idea, es decir, un elemento cognitivo en sí que, unido a la nueva información, la modifica modificándose a sí mismo (Ausubel, 2002, p. 169; Ausubel y otros, 1983, p.118; Moreira, 2000, p.225; Moreira y Ostermann, 1999, p. 52). En este proceso, lo más importante son los conocimientos previos en el área de conocimiento particular de interés, los que no hay que confundir con los prerrequisitos, como lo advierte Moreira (2000, p. 213-214).

Esta teoría se basa en el aprendizaje de conceptos, considerando que la estructura cognitiva almacena el conocimiento conceptual de manera organizada, jerárquica e interrelacionada, a través de tres formas de aprendizaje significativo (Moreira, 2000, pp. 228-232, 242): (a) aprendizaje subordinado (diferenciación conceptual progresiva por inclusión derivativa o por inclusión correlativa de conceptos); (b) aprendizaje superordenado (reconciliación integradora por construcción inductiva de un nuevo concepto con atributos más inclusivos) y (c) el aprendizaje combinatorio (nuevos significados por combinación entre dos conceptos no relacionados por jerarquía).

Una de las evidencias de que ha ocurrido aprendizaje significativo es la capacidad para resolver problemas (Ausubel y otros, 1983), entendida como "…cualquier actividad en que tanto la representación cognoscitiva de la experiencia previa como los componentes de una situación problemática presente son reorganizados para alcanzar un objetivo predeterminado" (p. 486). Esta actividad depende de tres factores: (a) el conocimiento de la disciplina en particular; (b) los determinantes cognoscitivos que incluye el dominio del individuo de estrategias particulares para resolver problemas dentro de la disciplina en particular, y (c) los rasgos de personalidad (este último factor escapa de la situación docente en sí). De acuerdo con Ausubel (2002, pp. 274, 275):

El componente de "aplicación"0 de la capacidad para resolver problemas es menos enseñable que el componente de "conocimiento"... Por lo tanto, puede que sea más factible reforzar la capacidad para resolver problemas mejorando la comprensión y la retención funcional de conocimientos teóricos por parte del estudiante que enseñándole directamente aptitudes para la resolución de problemas.

Cabe destacar que en esta acotación se muestra un dinamismo subyacente en la interacción entre el dominio conceptual y el metodológico en la resolución de problemas, como lo señala Caballero (2003, p. 149), quien enfatiza que la teoría del aprendizaje significativo no presenta una idea dicotómica entre el conocimiento declarativo y el procedimental en la resolución de problemas, ya que sería subestimar el papel de los conceptos y de sus representaciones en este proceso. Esto es importante particularmente en el trabajo de laboratorio, el cual se debe sustentar en conceptos claramente comprendidos (conocimiento declarativo) y en operaciones constitutivas (conocimiento procedimental) de manera significativa. En este sentido, es necesario comprender "los principios metodológicos y sustanciales subyacentes" en el trabajo de laboratorio, ya que el método científico no es una "receta de cocina", como lo señalan Ausubel y otros (1983).

Se refiere al de casos, realizado como investigación de campos (UPEL, 2003, p. 13), es de tipo no experimental y descriptivo. Su validez se fortalece mediante la triangulación de métodos (Cohen y Manion, 2002, pp. 335, 338). Participaron ocho (8) docentes en formación del área de Química, cursantes de Bioquímica en el período académico 2006-II, en el IPC, los cuales fueron organizados por pares para compartir significados en el trabajo práctico de laboratorio (Reigosa Castro y Jiménez Aleixandre, 2000, p. 277), identificados como 1AB, 2AB, 3AB y 4AB.

Los instrumentos utilizados fueron: (a) una prueba diagnóstica sobre elaboración de MC; (b) los 20 MC elaborados en los trabajos prácticos de laboratorio (TPL en adelante); y (c) los 20 informes en diagramas V elaborados en los TPL. La prueba diagnóstica, validada en estructura y contenido por 2 docentes del área de Bioquímica, tenía 7 ítems: los 5 primeros concernían al conocimiento sobre los MC; el sexto tenía un párrafo introductorio sobre la composición química de los seres vivos para seleccionar los conceptos relevantes; y el séptimo solicitaba la elaboración de un MC con el contenido del ítem anterior.

La selección y secuencia de los TPL desarrollados responden a objetivos de aprendizaje que pretenden contribuir con la formación del perfil profesional del docente del área de Química, de acuerdo con el diseño curricular vigente de la especialidad en el IPC. Esta selección y secuencia, así como la definición de objetivos didácticos, ha resultado de una experiencia ensayada durante varios períodos académicos en la búsqueda de alternativas didácticas en el laboratorio de Bioquímica en función de contenidos disciplinares del curso. El objetivo didáctico general fue el siguiente: Permitirle al estudiante el desarrollo progresivamente independiente de trabajos prácticos a través del dominio de la interacción de los componentes teóricos y metodológicos en el análisis cualitativo y cuantitativo de macromoléculas a partir de la resolución de problemas planteados sobre eventos bioquímicos de interés en el laboratorio.

Para el logro de este objetivo se implementó el uso del diagrama V a través de cinco TPL progresivamente más complejos, titulados: (a) identificación de macromoléculas (introducción aplicativa del diagrama V); (b) Cuantificación espectrofotométrica de una proteína (fortalecimiento aplicativo del diagrama V; (c) extracción, caracterización y cuantificación de un carbohidrato (consolidación aplicativa semi-independiente del diagrama V); (d) extracción, identificación y cuantificación de un lípido (consolidación aplicativa semi-independiente del diagrama V); (e) estudio catalítico de una enzima (independencia aplicativa del diagrama V), realizado como estudio independiente.

Entre las limitaciones se debe considerar que: (a) teóricamente, la interpretación del aprendizaje en el laboratorio se limitó a la teoría del aprendizaje significativo de Ausubel; (b) el análisis de los datos no pretendió agotar todas las posibilidades; y (c) el tamaño de la muestra se limitó a un grupo de laboratorio de 8 estudiantes. En este sentido, los resultados son válidos para el grupo de estudio, aunque pudieran servir de referencia para muestras y contextos didácticos similares.

El cuadro 1 recoge los resultados de los MC elaborados en el taller y en los TPL desarrollados, revelando la siguiente secuencia comparativa general de su calidad constructiva entre los equipos de estudiantes: 3AB > 1AB = 2AB > 4AB.

Cuadro 1. Calidad constructiva general de los MC elaborados (N=20)

*Apreciada como un promedio cualitativo del análisis del contenido y estructura de los MC elaborado en los 5 TPL.

En líneas generales, la mayoría de los MC elaborados se encuentra en un nivel medio de calidad constructiva, como lo muestra el gráfico 2:

El cuadro 2 muestra los resultados de los puntajes de cada MC evaluado, en el mismo se aprecian dos aspectos importantes: (a) la contribución diferencial de cada componente a la definición del PRCCMC en el grupo de estudio: el CR y el RCV contribuyen en mayor medida (casi el 80%), seguido de los NJ, luego de las CCV y en menor proporción de las Ram; y (b) no obstante las diferencias producidas en los puntajes obtenidos por cada método, ambos discriminan los MC elaborados. Estos datos se discuten a continuación en el siguiente orden: (a) la correlación entre los métodos de puntuación de los MC, (b) la calidad constructiva de los MC elaborados, (c) el proceso constructivo general de los MC en el laboratorio, (d) el contexto de los MC elaborados, y (e) la correlación de los MC con el diagrama V.

La correlación de Pearson entre las dos medidas de puntuación de los MC se determinó y los resultados se muestran a continuación:

Los resultados de la correlación entre el puntaje de los MC asignados por el MH y el MPU, revelan un coeficiente de correlación positiva y alta (Hinkle, Wiersma y Jurs, 1988), de modo que las dos formas de puntuación tienen correspondencia entre sí, por lo que se puede entender que ambos métodos utilizados están midiendo prácticamente lo mismo, de forma consistente, aunque no perfecta. Al respecto, McClure, Sonak y Suen (1999, p. 483) encontraron que el MH y el método estructural que usaron, no diferían de manera estadísticamente significativa, aceptando así su confiabilidad como métodos de medición. Sin embargo, estos autores señalan que ambos métodos generan mucha carga cognitiva en la memoria de trabajo del evaluador, siendo mayor con el MH por la falta de estructura para tratar con la complejidad de la tarea (op. cit., p. 488), lo que explicaría por qué no resultó un coeficiente de correlación mayor.

En general, la puntuación arrojó un parámetro indicador de la calidad constructiva del MC, el PRCCMC, que se mostró útil para compararlo con las puntuaciones del MH usado durante el proceso pedagógico, revelándose una correlación positiva alta entre ambos métodos. Este tipo de correlación permite apreciar la validez de las medidas realizadas (Cohen, 2002, p. 338).

El cuadro 4 y el gráfico 3 muestran los resultados del PRCCMC y del MH por cada equipo de estudiantes como promedio de los cinco MC que elaboraron:

De acuerdo con Ruiz-Primo (2004, p. 5), los estudios sobre los puntajes de los MC, en general, permiten ubicar a los estudiantes de manera relativa entre sí y proveen un buen estimado del nivel de ejecución, por lo que se puede interpretar que, de acuerdo con el PCCRMC, los equipos presentaron un desempeño en la calidad constructiva de los MC en el siguiente orden: 3AB > 1AB > 2AB > 4AB. También se puede apreciar que el componente CCV tiene mayor potencial como discriminador cognitivo de los grupos, coherente con el PRCCMC. Esto es válido para las puntuaciones MH, a pesar de que es un método de percepción global.

El siguiente cuadro resume el promedio de los MC construidos por los cuatro equipos de estudiantes en cada TPL.

Este cuadro permite interpretar las tendencias mostradas en cuanto a:

La relación CR/CT permite apreciar la "claridad mental" de los estudiantes sobre la situación problemática contextual, ya que cuando CR es igual a CT el valor es la unidad, indicando que todos los conceptos seleccionados son relevantes dentro del contexto de la situación problemática. Esto significa que si los estudiantes de un equipo no están claros, les será muy difícil seleccionar CR, por lo que pueden seleccionar un amplio espectro de conceptos pertinentes al contenido disciplinar pero no al problema específico planteado, por lo que el valor de CR/CT sería menor que la unidad. Se podría decir que esta relación CR/CT parece ser un parámetro complementario útil, un índice, para evaluar la calidad constructiva de los MC dentro de la situación problemática contextualizada, como se aprecia en las diferencias obtenidas ente los equipos: 3AB > 1AB > 2AB > 4AB, coherente con el orden expresado por el PRCCMC. Esta consistencia del índice CR/CT se observa también en el cuadro 5 sobre los TLP.