Efecto de una intervención didáctica constructivista sobre el conocimiento y la resolución de problemas relacionados con Herencia Biológica en estudiantes de noveno grado

Effect of a didactic intervention constructivist on the knowledge and the resolution of problems related to biological inheritance in students of ninth degree

Tradicionalmente, la enseñanza de las ciencias se ha llevado a cabo a través de la utilización de estrategias basadas en la transmisión de información haciendo énfasis en la reproducción de contenidos, que sólo brinda oportunidades para que los estudiantes se ejerciten en los procesos cognitivos básicos, tales como la observación, la memorización, la definición, el pensamiento lineal causa-efecto o la aplicación mecánica de fórmulas, entre otros. Es necesario complementar estos procesos básicos con los procesos cognitivos de alto nivel, tales como: pensamiento creativo, toma de decisiones, transferencia, resolución de problemas y metacognición, con el propósito de lograr que el estudiante sea más reflexivo, autónomo y consciente de su proceso de aprendizaje, y de esta manera, sea capaz de regular sus propias capacidades (Ríos, 1998).

Por otra parte, la investigación didáctica ha identificado diversas dificultades que los estudiantes presentan en su proceso de aprendizaje dentro del área científica, entre las cuales se pueden citar la estructura lógica de los contenidos conceptuales, que exige por parte del estudiante un alto nivel de abstracción, y la influencia que ejercen los conocimientos científicos alternativos (Campanario y Moya, 1999).

Adicionalmente, Hodson (1994) señala que en el aprendizaje de las ciencias se deben considerar diferentes aspectos, como el procesamiento de contenidos conceptuales y la práctica de la ciencia, de manera que los estudiantes desarrollen la capacidad de aplicar los procesos propios de la investigación en ciencias (procesos de la ciencia) y la capacidad para resolver problemas.

En este orden de ideas, el aprendizaje en ciencias debe lograrse a partir de la aplicación de estrategias de enseñanza que den lugar a un procesamiento de información que tome en cuenta las concepciones alternativas que los estudiantes poseen sobre los contenidos que debe aprender, y además, promuever el ejercicio de un proceso cognitivo de alto nivel, como lo es la resolución de problemas.

En el caso particular de la Genética, sus contenidos presentan un elevado nivel de complejidad (Smith, 1988), además de que se encuentran asociados a la resolución de problemas de transmisión hereditaria, proceso que también resulta bastante complejo para los aprendices. Estas circunstancias contribuyen a que los estudiantes memoricen conceptos básicos relacionados con la herencia, no logren comprender la naturaleza de este fenómeno y se formen concepciones erróneas sobre dónde reside y cómo se transmite la información hereditaria (Banet y Ayuso, 1995; Ayuso, Banet y Abellán, 1996).

Es indispensable, por lo tanto, introducir cambios significativos en la manera de abordar los contenidos y problemas de herencia biológica en el aula. Según afirman Ayuso y Banet (2002) es posible diseñar programas de enseñanza que promuevan la construcción de conocimientos y optimicen la resolución de problemas de herencia biológica.

Para lograr que los estudiantes resuelvan problemas de manera efectiva, es importante considerar varios aspectos. En primer lugar, la resolución de un problema está fuertemente condicionado por las concepciones que tiene el sujeto sobre los conceptos que están implicados en el mismo (Perales, 1993). En segundo lugar, resolver de forma efectiva los problemas no significa simplemente que se pongan en práctica los conocimientos adecuados (Stewart, 1983). La resolución de un problema está asociado a la aplicación de procesos cognitivos, tanto básicos como de alto nivel (Ríos, 1999). Esto hace posible que el estudiante realice su proceso de resolución de forma deliberada y consciente (no intuitiva) y lo ejecute cada vez con mayor eficacia. Como consecuencia, es indispensable que los estudiantes resuelvan "verdaderos problemas", donde se requiera desarrollar de forma razonada una estrategia que les permita obtener unos datos (numéricos o no), procesarlos, interpretarlos y llegar a una respuesta satisfactoria (Sigüenza y Sáez, 1990).

En función de estas ideas, Ayuso, Banet y Abellán (1996) sugieren analizar detenidamente la naturaleza de los problemas, y proponen abordarlos de tal manera que el estudiante formule hipótesis, planifique y desarrolle sus estrategias de resolución, interprete los resultados y elabore conclusiones.

Seguidamente, se expone una síntesis acerca de la información relacionada con los constructos que formaron parte del objeto de estudio de esta investigación. Básicamente, se presenta lo referente al proceso de resolución de problemas y al constructivismo, y su vínculo con la enseñanza de las ciencias, en particular el modelo de aprendizaje que fundamenta tanto la construcción de la Unidad Didáctica como las orientaciones que permitieron estructurar las sesiones de clase de la misma.

La Resolución de Problemas

Un problema plantea una diferencia entre lo que se tiene y lo que se desea alcanzar, entre lo que es y lo que debe ser. Al respecto, Sigüenza y Sáez (1990) afirman que el problema constituye una situación para la cual el individuo no tiene respuesta inmediata. Cada individuo, dependiendo de sus conocimientos y de las estrategias y recursos de los cuales disponga, verá una situación dada como un problema o no. En este sentido, la resolución de problemas consiste en un proceso en el cual el individuo debe aplicar, en mayor o menor medida, conocimientos y procedimientos para obtener la solución (Perales, 1993), e implica la superación de un obstáculo (Ríos, 1999).

Sigüenza y Sáez (1990) proponen que el proceso de resolución de problemas se realice de un modo cíclico y sistemático. Esto implica que el estudiante debe realizar una evaluación en distintos niveles del proceso de resolución, lo que le permite desechar algunas estrategias o conclusiones y tomar nuevas decisiones.

Otro factor importante en el proceso de resolución es que el estudiante concientice cómo ha logrado la solución, esto significa que además de aplicar los conocimientos que están involucrados en el problema, se debe hacer una reflexión metacognitiva durante y al final del proceso de resolución. Un proceso sistemático y reflexivo no garantiza que la solución sea la correcta, pero reduce las posibilidades de cometer errores y permite que el estudiante aprenda de ellos cuando no puede evitarlos (Ríos, 1999).

Ríos (1999) propone un procedimiento sistemático y metacognitivo para resolver problemas, que consiste en abordar el proceso considerando las siguientes fases:

● Definición del problema. Implica hacer una lectura detallada de la situación de manera que pueda interpretarse, comprenderse en su totalidad y establecer bajo qué condiciones debe resolverse.

● Plan de acción. En esta fase se identifican los conocimientos que pueden ser de utilidad, se consideran diferentes estrategias para resolver el problema y se determina cuál podría ser la más pertinente y efectiva para ello.

]]> ● Ejecución supervisada del plan. La supervisión se da durante la producción de soluciones al problema, mientras se ejecutan las estrategias que se planearon para resolverlo, y así revisar si las acciones que se han realizado definitivamente conducen a darle respuesta a las incógnitas.

● Evaluación de la solución. Es indispensable revisar los resultados, con el propósito de establecer si la solución despeja las incógnitas del problema, si el resultado es satisfactorio y si el problema podía resolverse de otro modo.

De todo lo descrito anteriormente, se desprende que la resolución efectiva de un problema requiere de la aplicación de procesos cognitivos básicos y de alto nivel, por tanto la reflexión metacognitiva tiene un rol de suma relevancia, ya que hace posible optimizar el proceso y aprender a partir del mismo.

Constructivismo y Enseñanza de las Ciencias

El término constructivismo es empleado para hacer referencia a diversas teorías que intentan explicar la naturaleza del conocimiento, es decir, cómo se conoce y cómo es el mundo que se cree conocer (Plonzack, 2000). No constituye una teoría pedagógica, pero es posible aplicar sus principios en el campo educativo.

Los constructivistas sostienen que lo que se conoce del mundo real es una interpretación que se hace del mismo a partir de las experiencias; por lo tanto, los seres humanos crean significados, no los adquieren (Ertmer y Newby, 1993). Desde este punto de vista, el conocimiento no es independiente del sujeto, sino que él lo construye a través de la experiencia que tiene con el mundo que lo rodea (Plonzack, 2000) y, según Ertmer y Newby (1993), la mente filtra lo que percibe del mundo para producir una realidad personal. Esta interpretación conduce a definir de un modo diferente tanto el proceso de aprendizaje, como el rol que tiene el profesor como promotor de dicho proceso.

De acuerdo con Pope y Gilbert (1983), el estudiante tiene una participación activa en su proceso de construcción. Esto significa que es el responsable de su aprendizaje y que nadie puede sustituirlo en esta tarea (Coll, 1992). El estudiante construye esquemas de conocimiento para interpretar sus experiencias y el aprendizaje consiste en una actividad mental (cognitiva) por medio de la cual se desarrollan y modifican esos esquemas (Driver y Oldham, 1986). La construcción de nuevos significados implica, entonces, un cambio en los esquemas de conocimiento que se poseen previamente, ampliándolos o reestructurándolos a profundidad (Díaz y Hernández, 2002).

Appleton (1993), fundamentado en la teorías de Piaget y de Osborne y Wittrock, propuso un modelo para explicar el proceso de aprendizaje que realiza el estudiante en la escuela. En dicho modelo hay cuatro salidas posibles, dependiendo de lo que ocurra en la mente del estudiante y los resultados que se obtengan con la intervención didáctica llevada a cabo por el profesor.

El modelo emplea dos términos fundamentales para describir el proceso de aprendizaje: estructura cognitiva y esquema. La estructura cognitiva está integrada por esquemas de conocimiento, que son a su vez abstracciones que los individuos hacen a partir de los objetos, hechos y conceptos, y de las interrelaciones que se dan entre éstos (Díaz y Hernández, 2002). De acuerdo con la teoría piagetiana, el sujeto construye su estructura cognitiva a medida que elabora el conocimiento sobre la realidad, de modo que el desarrollo intelectual es una progresión de estructuras cada vez más complejas (Ríos y de Tejada, 2004). Por lo tanto, los esquemas que integran la estructura cognitiva son susceptibles de cambiar a través del proceso de aprendizaje.

En el modelo de Appleton (1993), un estudiante inicia la situación de aprendizaje con sus experiencias previas, organizadas en pequeños esquemas. La experiencia de aprendizaje comienza con un nuevo encuentro, que interpreta y le da sentido en función de su estructura cognitiva existente. El contexto de la experiencia de aprendizaje determina qué esquemas de la estructura cognitiva el estudiante va a seleccionar para construir un significado.

Cuando el estudiante reconoce que los esquemas existentes son inadecuados para explicar la situación, se presenta un desequilibrio y para reducirlo se seleccionan los esquemas que más se ajusten a los conocimientos que deben aprenderse (asimilación). El desequilibrio se traduce en incomodidad, lo que debería generar una conducta de búsqueda de información, de manera que se pueda dar una explicación satisfactoria a la nueva experiencia y se logre de nuevo el equilibrio. En consecuencia, durante el proceso de aprendizaje los esquemas seleccionados son modificados, se amplían o se construyen nuevos esquemas. Esta reestructuración se da a través de un proceso de acomodación. Luego, para que haya un cambio significativo en la estructura cognitiva, los nuevos conocimientos deben ser aplicados en diversas situaciones, de manera que sean útiles y accesibles en próximas experiencias de aprendizaje. Así, se logra un ajuste más completo, es decir, una adaptación, y con éste un equilibrio, lo cual representa la segunda salida del modelo.

Adaptación, asimilación y acomodación son términos de la teoría piagetiana que Appleton (1993) adopta para describir esta situación de aprendizaje, la cual es considerada como la ideal y la que se debe lograr a través de la intervención didáctica.

Ahora bien, algunos estudiantes desarrollan estrategias diferentes a la reestructuración cognitiva. El estudiante podría esperar más bien, que se le suministre información correcta para dar respuesta a sus preguntas, que puede provenir de los libros o del profesor, por ejemplo, y luego se memoriza lo que se le ha suministrado. Esta falsa acomodación es útil para aprobar los exámenes y demás evaluaciones escolares, pero la información no podrá ser aplicada en nuevas situaciones de aprendizaje. De esta forma, el estudiante culmina en la tercera salida del modelo de Appleton (1993). Otros estudiantes pueden considerar que no vale la pena esforzarse por culminar en la segunda o tercera salida, y optan por abandonar la situación de aprendizaje. Estos estudiantes pudieron haber experimentado fallas en repetidas oportunidades y, para evitar un nuevo fracaso, escapan del proceso, lo cual constituye la cuarta salida del modelo de Appleton (1993).

Una intervención didáctica ideal, basada en el enfoque constructivista, consiste en promover el movimiento de los estudiantes hacia la segunda salida de este modelo y minimizar el uso de todas las demás.

En definitiva, para efectuar una intervención didáctica constructivista se hace necesario explorar los esquemas de conocimiento que poseen los estudiantes (concepciones alternativas), motivarlos a aprender conocimientos que sean relevantes para ellos e invitarlos a reflexionar sobre lo que han aprendido, en otras palabras a emplear estrategias metacognitivas que le permitan planificar, supervisar y regular sus propias capacidades cognitivas (Campanario y Otero, 2000).

MÉTODO

La presente investigación de campo que se llevó a cabo a través de la aplicación de un diseño cuasi-experimental con uso de un pre-test y un post-test, con grupo control no aleatorio.

Los resultados obtenidos por la aplicación de ambos instrumentos durante el pre-test en los dos grupos, se contrastaron a través del Cuadro Axiomático para el Diagnóstico propuesto por Moreno y Bousquet (2000), lo que hizo posible organizar los datos obtenidos en tres categorías cognitivas: lo que el estudiante "no sabe", "cree saber" y "sabe" sobre herencia biológica.

La Unidad Didáctica diseñada se fundamentó en el modelo de aprendizaje de Appleton (1993) y las sesiones de clase fueron estructuradas atendiendo a las recomendaciones hechas por Driver y Oldham (1986) con referencia a la secuencia que debe tener el proceso de enseñanza y Fase de orientación, para motivar al estudiante a aprender el tópico que a continuación se va a procesar.

Fase de identificación de concepciones alternativas, la cual tiene como finalidad que el estudiante haga conscientes sus esquemas de conocimientos relacionados con el tema. Esta fase y la anterior se trabajaron juntas en cada sesión de clase.

Fase de reestructuración, a través de la cual se promovía una actividad cognitiva que conducía hacia: a) el desequilibrio cognitivo necesario para que el estudiante modifique sus esquemas de conocimientos sobre herencia biológica, mediante los procesos de asimilación y acomodación, y b) la aplicación de procesos cognitivos básicos y de alto nivel vinculados a la resolución de problemas.

Fase de reflexión, para invitar al estudiante a revisar cómo habían cambiado sus concepciones alternativas sobre herencia biológica y cómo se había llevado a cabo su proceso de resolución de problemas de transmisión hereditaria.

RESULTADOS

Se comenzará por el conocimiento sobre herencia biológica y posteriormente se mostrarán los resultados correspondientes a la aplicación de procesos cognitivos vinculados a la resolución de problemas.

Conocimiento sobre Herencia Biológica A través de la administración del pre-test, se determinó el número de estudiantes que respondió para cada uno de los conceptos, a las tres categorías cognitivas que conforman la primera variable: "no sabe", "cree saber" y "lo sabe", y luego se estableció dentro de cuál categoría se ubicaba cada concepto. En ambos grupos, la mayoría de los conceptos quedaron enmarcados en la categoría "no sabe", dado que para el momento en que se realizó el pre-test, los estudiantes de la muestra aún no habían iniciado formalmente el aprendizaje del proceso de herencia biológica. Estos resultados se pueden visualizar en el Cuadro 4.

Igualmente se identificaron los conceptos que quedaron enmarcados en la categoría "cree saber" en cada estudiante del grupo experimental con la finalidad de realizarles una entrevista en la que definieron dichos conceptos con sus propias palabras. En esta categoría cognitiva se encuentran implícitas las concepciones alternativas que han construido los estudiantes sobre los conceptos en cuestión. Durante las entrevistas, ellos expresaron algunas de estas concepciones, las cuales se sintetizan en el Cuadro 5. Las concepciones alternativas de los estudiantes del grupo experimental constituyeron un fundamento importante para la construcción de las sesiones de clase de la Unidad Didáctica con enfoque constructivista.

Una vez llevada a cabo la intervención didáctica en ambos grupos y la consecuente aplicación del post-test, se determinó que hubo un desplazamiento de los conceptos desde las categorías "no sabe" o "cree saber" a la categoría "lo sabe". Dicho desplazamiento fue mucho más importante en el grupo experimental que en el grupo control, en donde los conceptos Célula Haploide, Célula Somática, Dominancia Completa y Dominancia Incompleta quedaron dentro de la categoría "cree saber".

En los Gráficos 1 y 2, se expone el conocimiento alcanzado por cada estudiante del grupo control y el grupo experimental. El inicio de la barra representa, en porcentaje, el conocimiento de los estudiantes antes de iniciar el proceso de aprendizaje de los conceptos sobre herencia biológica (pre-test), y el final de la barra equivale al conocimiento alcanzado al culminar la aplicación de las estrategias y actividades de enseñanzaaprendizaje (post-test).

El conocimiento ha sido medido en función del número de conceptos que cada estudiante logró aprender (enmarcados en la categoría "lo sabe"), lo cual se representa en el gráfico en términos relativos. Las medias y medianas obtenidas por cada grupo se muestran en el Cuadro 6, con una dispersión más o menos similar en ambos, y se observa que el conocimiento alcanzado por el grupo experimental es más alto que en el control, lo cual se ha demostrado por medio del contraste de hipótesis que se presenta en el Cuadro 7.