Representaciones y aprendizaje de las ciencias

Por Fernando Flores Camacho, Beatriz Eugenia García Rivera, Leticia Gallegos Cázares y Elena Calderón Canales

Abonar al campo de la enseñanza de las ciencias desde el enfoque representacional y multirre-presentacional, mostrar algunos aspectos que la investigación está desarrollando en este ámbito y profundizar en los procesos de aprendizaje de las ciencias son los propósitos centrales de este libro.
Con la idea de proporcionar nuevas perspectivas que pueden influir en el desarrollo de mejores metodologías de enseñanza, los autores analizan el aprendizaje de las ciencias desde el marco de las representaciones y estudian éstas como herramientas cognitivas y epistemológicas para promover la construcción y el aprendizaje de los conocimientos científicos.

• Idioma: Español
• Editorial: UNAM, Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial
• Fecha de lanzamiento: 4 mar 2021
• ISBN: 9786073042017

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Representaciones y aprendizaje de las ciencias

Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología

Table of Contents

Agradecimientos

Introducción

Capítulo I. Representaciones y aprendizaje de la ciencia

Representación como proceso colectivo: las representaciones como herramientas

Representaciones centradas en el sujeto: procesos de construcción representacional

Modelos y modelización

Múltiples representaciones

Algunas consideraciones

Capítulo II. Las representaciones científicas

El estructuralismo y el principio de correspondencia

El pragmatismo y la función epistémica de las representaciones

Representación e intervención: el papel del sujeto

¿Cómo caracterizar las representaciones científicas?

Algunas consideraciones para el aprendizaje

Capítulo III. Las representaciones: origen, estructura y función

Origen de las representaciones

Función de las representaciones

Formas y clasificación de las representaciones

Formas de representación

Clasificaciones de las representaciones

Estructura de las representaciones: marcos y procesos representacionales

Representaciones y conceptos

Capítulo IV. Aprendizaje y refinamiento de las representaciones

El refinamiento de las representaciones de los estudiantes

Niveles representacionales y comprensión conceptual

Dinámica de construcción representacional: el caso de la genética

Análisis de la dinámica de construcción representacional

Entrevista A

Episodio 1. Niveles de organización de la información genética

Episodio 2. Niveles de organización de la información genética: descripción de la función de uno de los niveles

Episodio 3. Mecanismos de herencia

Entrevista B

Episodio 1. Niveles de organización de la información genética

Episodio 2. Niveles de organización de la información genética: descripción de la función de uno de los niveles

Episodio 3. Mecanismos de herencia

Algunas reflexiones

Capítulo V. Competencias representacionales y procesos de aprendizaje

Diseño de las estrategias didácticas con múltiples representaciones

Múltiples representaciones y competencias representacionales

Competencias representacionales en los alumnos

Proceso de análisis

Las competencias y su desarrollo

Algunas reflexiones

Consideraciones finales

Consideraciones finales

Aviso legal

Agradecimientos

Agradecemos la colaboración de la maestra Araceli Báez Islas, las biólogas Mariana Campos Rivera, María Hernández Lozano y María Eugenia Matías Mondragón, así como de los y las docentes y estudiantes de la unam que participaron en este proyecto.

Introducción

El aprendizaje de las ciencias ha representado un reto tanto para los estudiantes de todas las edades, como para los profesores al desarrollar formas y estrategias que logren los propósitos de aprendizaje que se proponen. Las investigaciones en el campo de la enseñanza de las ciencias han mostrado que estas dificultades entrañan diversos problemas que tienen sus orígenes en las estructuras y desarrollos de las ciencias y en los procesos de construcción que han llevado a cabo los sujetos en el entorno de la vida cotidiana. Así, ambas concepciones sobre cómo entender lo que ocurre en los fenómenos naturales tienen elementos de representación con formas, funciones y estructuras diferentes que no son, en la mayoría de los casos, compatibles o conmensurables.

En los procesos escolares los estudiantes se enfrentan a la necesidad de reconstruir sus nociones a partir de los elementos que los docentes ofrecen y que, en la manera como presentan conceptos, modelos, teorías, explicaciones y formas de razonamiento, lo hacen con las representaciones que se han ido construyendo en la ciencia y se toman como norma. Estas representaciones constituyen expresiones en algún formato signo-material que implican en sí mismas la estructura y función de lo que se quiere representar, pero también presentan constricciones que determinan, en parte, los procesos de razonamiento que a partir de ellas se pueden llevar a cabo.

Lo anterior implica que los alumnos tienen que pasar por un proceso de transformación y de refinamiento que va desde sus propias representaciones, que por lo general no son congruentes con las científicas o las escolares, hasta ser capaces de comprender y utilizar las representaciones con las que se enseña la ciencia, las cuales tendrán pocos elementos en común para que puedan interpretarlas si no es mediante un largo proceso en el que se requiere desarrollar competencias representacionales para reconstruir o construir nuevas formas de representación.

En el libro se presenta lo que implica el enfoque representacional para la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, a partir de lo que ocurre en los procesos conceptuales y de desarrollo de competencias representacionales de los estudiantes. Para dar sentido a lo que se describe y analiza, el texto está organizado en cinco capítulos cuyo propósito y elementos principales se describen a continuación.

En el capítulo I se presenta un breve panorama de los avances y enfoques que la investigación en enseñanza de las ciencias ha desarrollado en las últimas décadas en torno a las representaciones en los procesos de aprendizaje. Se describen las principales investigaciones en este campo, atendiendo a dos enfoques principales: uno centrado en las representaciones como entidades instrumentales compartidas colectivamente de acuerdo con el enfoque sociocultural, y el otro como entidades mentales que los sujetos elaboran en sus procesos epistémicos y cognitivos.

En el capítulo ii se aborda el tema de las representaciones en la construcción del conocimiento científico, mostrando principalmente los aspectos epistemológicos que han dado lugar a debates en cuanto a la estructura, función y finalidad de las representaciones científicas. Se analizan tanto la posición estructuralista que implica una cierta semejanza entre la representación y lo representado y la perspectiva inferencial que apunta hacia el enfoque pragmático, donde la función principal de las representaciones radica en su valor epistémico, es decir, en su capacidad para hacer inferencias y generar conocimiento.

Atendiendo la problemática en torno a caracterizar y precisar los orígenes y función de las representaciones, en el capítulo III se presenta un breve panorama que describe, desde el punto de vista cognitivo, la construcción de las representaciones, su función como elementos de interacción con el entorno y los niveles, formas y procesos que implican en los sujetos.

En cuanto a lo que ocurre en los individuos en entornos de aprendizaje escolar, en el capítulo iv se aborda un proceso de construcción y refinamiento de las representaciones de los estudiantes paralelo a sus procesos de aprendizaje, mostrando, cómo el tránsito entre distintos niveles de representación y de interpretación van estableciendo, en los alumnos, los elementos que les permitirán refinar sus interpretaciones de las representaciones científicas que se introducen en los procesos educativos.

En el capítulo v se presenta un proceso de desarrollo de competencias representacionales en los alumnos y su relación con un entorno escolar que favorece una enseñanza centrada en múltiples representaciones. Se analizan, igual que en el anterior, casos de alumnos en los que se puede apreciar el proceso y alcances que logran en cuanto a su competencia para interpretar y elaborar representaciones de los temas científicos escolares.

Con este libro se espera abonar al campo de la enseñanza de las ciencias desde el enfoque representacional y multirrepresentacional, y mostrar algunos de los aspectos que la investigación en este campo está desarrollando, así como abrir nuevas perspectivas para profundizar en los procesos de aprendizaje de las ciencias.

Capítulo i

Representaciones y aprendizaje de la ciencia

Las representaciones tienen una larga historia en los análisis epistemológicos y cognitivos, los cuales han mostrado lo relevante de las representaciones para comprender tanto el desarrollo del conocimiento científico como el conceptual en los sujetos, en los distintos campos de la ciencia. Por ello, como se describirá en los capítulos siguientes, su comprensión es esencial para entender la construcción del conocimiento que ocurre, también, en los procesos educativos.

En el caso del aprendizaje de la ciencia, el análisis de las representaciones y su relación con los procesos de aprendizaje y enseñanza es mucho más reciente, pero cada vez más relevante (Amin, Smith y Wiser, 2014; Brown, 2013; Halloun, 2004; Pande y Chandrasekharan, 2017; Tytler y Prain, 2013). Se cuenta, actualmente, con varios enfoques y temáticas de análisis de las representaciones que atañen a diversos aspectos, como el diseño de propuestas didácticas para su empleo en el aula, o bien para desarrollar y analizar concepciones y competencias que implican las representaciones en el desarrollo conceptual de los alumnos y también sobre las ventajas de utilizar recursos representacionales que proporcionan las tecnologías digitales (Wu y Puntambekar, 2012; Parnafes, 2012).

También se han desarrollado trabajos sobre la diversidad representacional y su función en los procesos de aprendizaje (diSessa, 2004; Fredlung, Linder, Airey y Linder, 2014; Niebert y Gropengiesser, 2015), así como estudios sobre múltiples representaciones, tanto en lo relacionado con sus implicaciones para el aprendizaje (Ainsworth, 2006; Schnotz y Bannert, 2003) como las relativas a los marcos conceptuales de los alumnos. Por ejemplo, la determinación de coexistencias e inconmensurabilidades en los estudiantes (Flores Camacho et al., 2007). Otros estudios abordan aspectos como su función epistémica y/o cognitiva tanto en la construcción de representaciones por parte de los alumnos como en sus implicaciones con el uso de representaciones externas (Flores Camacho et al., 2007; diSessa, 2014) así como el papel de las representaciones en el desarrollo histórico de los conceptos y teorías científicas y sus aportaciones para la enseñanza (Nersessian, 1990; Cibelle, 2006; Gooding, 2006; Martí y García-Mila, 2007).

La diversidad de enfoques sobre cómo abordar las representaciones en la enseñanza de las ciencias implica también que hay diversidad de posicionamientos o concepciones sobre lo que son las representaciones, de su papel en la construcción de conocimiento y del aprendizaje, así como sobre su conceptualización epistemológica, esto es, su función y relación con la fenomenología; en otros términos, la correspondencia entre la representación y lo que representan.

Para dar cuenta de las principales aportaciones y enfoques que se han desarrollado en torno a las representaciones y el aprendizaje de la ciencia, y puedan también apreciarse los posicionamientos de orden cognitivo y epistemológico que con ellas se han desarrollado, se presenta un breve panorama que describe y categoriza los principales trabajos en este campo, con base en las dos posiciones principales: las representaciones como entidades propias de cada sujeto, esto es, como parte de sus procesos cognitivos, y las representaciones como herramientas social y culturalmente construidas que los sujetos utilizan para sus procesos de aprendizaje. Llamaremos a la primera enfoque representacional centrado en el sujeto y a la segunda enfoque representacional colectivo.

Ambos enfoques han aportado a la investigación en la enseñanza de las ciencias aspectos importantes para posicionar el tema de las representaciones como uno de los más relevantes para el aprendizaje de la ciencia. Esto debido, en parte, a que las representaciones, en su sentido amplio, implican diversos aspectos que abarcan tanto los puntos de vista constructivista, centrados en los procesos cognitivos y epistemológicos de los sujetos, como en el punto de vista del socioconstructivismo que resalta el caracter pragmático-epistémico de las representaciones como herramientas para el conocimiento. Si bien ambas posiciones son disjuntas, sus contribuciones permiten comprender, de manera más amplia y relacional, los diversos factores que implican el desarrollo del conocimiento y el aprendizaje, rebasando las posibilidades que en las décadas previas ofrecieron los enfoques centrados en la formación de conceptos y en el cambio conceptual.

Para describir las implicaciones del estudio de las representaciones en el aprendizaje de la ciencia, comenzaremos por el posicionamiento que más se enmarca en los procesos que ocurren en el aula y que corresponde al enfoque socioconstructivista de las representaciones y que hemos denominado enfoque representacional colectivo.

Representación como proceso colectivo: las representaciones como herramientas

Este enfoque tiene como base la consideración de que las representaciones son construcciones sociales y colectivas que posibilitan la comprensión de procesos