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Capítulo 2

Las concepciones alternativas de los estudiantes y su relación con las bases neurobiológicas del aprendizaje

Martina Valencia4 y Dirk Krüger5

Resumen

Este capítulo provee de una aproximación teórica a la naturaleza de las concepciones alternativas de los estudiantes de biología. Se explicita la relevancia de contemplar estas concepciones en el proceso de enseñanza, planteando estrategias para desarrollarlas adecuadamente. También analizamos los enfoques teóricos —a nuestro parecer los más importantes— contextualizados en un ambiente constructivista, así como los aspectos teóricos del cambio conceptual. Por otra parte, y porque es estrecha su relación con el origen y la transformación de las concepciones, a lo largo del capítulo se presentan aproximaciones y conexiones a las bases neurobiológicas y a los factores que influyen en el aprendizaje, principalmente a la neurobiología subyacente al cambio conceptual.

1. Introducción

¿Qué es aprender? Aprender es tomar, atrapar con el pensamiento: llevarse una porción de la realidad y un modelo de la estructura del mundo. Es decir, el aprendizaje permite que el cerebro atrape una porción de la realidad que antes le era ajena y la use para construir una nueva representación del mundo, un modelo interno del mundo exterior (Dehaene, 2019). Entonces, nuestro cerebro es portador de miles de modelos internos que equivalen a maquetas o modelos a escala, más o menos fieles a la realidad que representan.

Desde una perspectiva biológica, el aprendizaje es un proceso fundamental para la supervivencia de cada persona, puesto que el equipamiento innato dotado genéticamente con el que hemos llegado a este mundo no es suficiente para proporcionar los conocimientos que nos permitan sobrevivir y reproducirnos en un ambiente específico (Buzsaki, 2013). Por ejemplo, tenemos en nuestro cerebro un plano de nuestro barrio, un mapa mental de nuestra casa, del trayecto que usamos frecuentemente; incluso podemos cerrar los ojos y verlos con el pensamiento. Por supuesto, nadie nació con ese mapa mental, sino que cada cual tuvo que adquirirlo mediante el aprendizaje, lo que a fin de cuentas nos permite, entre varias cosas, optimizar el tiempo, no extraviarnos y garantizar nuestra seguridad, aspectos inherentes a nuestro sistema de supervivencia.

A los procesos neurobiológicos del aprendizaje subyacen facultades cerebrales de orden superior cuyo principal objetivo es procesar la información proveniente del entorno y del propio organismo, almacenarla en centros de procesamiento de modo de poder recuperarla cuando sea necesario y utilizarla en el cumplimiento de metas. Ese proceso, además, incorpora hábitos, actitudes e intencionalidades, que finalmente se manifiestan en cada individuo como conceptos, visiones, representaciones, tanto de la realidad como de sí mismo, y habilidades que pueden conllevar a una vida próspera y socialmente bien integrada (Lavados, 2012).

El aprendizaje es altamente dinámico; se desarrolla desde el último período prenatal hasta la vejez, en la cual la plasticidad inherente a su diseño permite que siempre se estén procesando nuevas experiencias, las que nunca cesan ni son idénticas entre sí, y que constantemente se van constituyendo como nuevos conocimientos. Por lo tanto, es posible señalar que siempre se está aprendiendo, desde el inicio de nuestras vidas hasta nuestra muerte. En este contexto, el proceso de plasticidad cerebral es el que le permite a cada individuo realizar un ajuste conductual a su entorno, al ir presentando incesantemente nuevas capacidades a través del desarrollo y maduración del proceso de aprendizaje (Wesson, 2001).

En este sentido, según Cozolino (2013) la enseñanza es un proceso neurobiológico donde el profesor se configura como un agente potenciador y optimizador de la plasticidad, promoviendo la construcción de nuevas estructuras neurales que subyacen al proceso de aprendizaje, o dicho de una manera más metafórica, “los profesores son científicos intentando usar los procesos epigenéticos para construir, reconstruir y remodelar los cerebros de sus estudiantes en vías de mejorar sus habilidades para pensar, aprender y actuar” (Cozolino, 2013. p. 42). Asimismo, la educación consiste, esencialmente, en proveer experiencias que ilustren sobre el mundo, generando en cada uno de sus aprendices la capacidad de analizar y evaluar saberes y conocimientos a partir de la aplicación de criterios que emergen desde la racionalidad, lo que también se conoce como la generación del pensamiento crítico (Lavados, 2012).

No obstante, cada estudiante posee representaciones propias de la realidad, que, a grandes rasgos, constan de una elaboración selectiva de contenidos que están dispuestos en concordancia con las perspectivas, emociones, énfasis e intereses de cada individuo, y que no corresponden a una imagen copiada de la realidad, sino más bien a una versión propia del mundo, muchas veces inconsistente con las ideas de los profesores de ciencias y los científicos (Treagust, 1988). Dentro del ámbito de la educación en ciencias y del proceso de enseñanza y aprendizaje, estas representaciones son denominadas concepciones alternativas (Krüger, 2007; Treagust,1988).

Es importante destacar que los estudiantes y las personas en general tienen una variedad de concepciones, claramente diferentes entre sí, sobre objetos y procesos, que no siempre coinciden con la visión científica actualmente aceptada (Gropengießer y Marohn, 2018); y muchas de las concepciones de cada cual son resistentes a los intentos de modificación que ejerce la enseñanza (Wandersee, Mintzes y Novak, 1994). Estas consideraciones sobre las concepciones nos conducen a reconocer como un aspecto vital para la educación formal poder comprender algunos aspectos claves de cómo ocurre la función biológica del aprendizaje.

En este contexto, hay un gran número de trabajos referentes al estudio de las concepciones de los estudiantes, cuyo cuerpo teórico contiene más de 8300 artículos (Duit, 2009). Sin embargo, existen escasos artículos de naturaleza científica que analicen y relacionen los aspectos de la neurobiología del aprendizaje, que puedan favorecer el entendimiento del origen de las concepciones presentes en los estudiantes y de cómo poder lograr el ajuste, el cambio o la transformación de ellas en ideas aceptadas por la comunidad científica; dicho de otro modo, que provean de algunas aproximaciones neurobiológicas que tributen a la comprensión de cómo ocurre el cambio conceptual en el cerebro de los estudiantes, dado que aún resulta ser un gran desafío encontrar estrategias para trabajar sus concepciones y, de este modo, poder esclarecer las condiciones en la enseñanza-aprendizaje que podrían tener éxito a partir de la utilización de las mismas.

Por estas razones, el presente capítulo busca entregar algunos aspectos claves sobre la relación existente entre las bases neurobiológicas del aprendizaje y el desarrollo de las concepciones de los estudiantes.

2. Desarrollo

2.1 Aspectos relevantes de la neurobiología del aprendizaje

El aprendizaje corresponde al proceso mediante el cual el cerebro adquiere, organiza y utiliza la información constituyéndola en conocimiento (Dehaene, 2019; Lavados, 2012). Al considerar esta definición, más lo planteado por James Zull (2002), se puede decir que para que ocurra el aprendizaje debe haber un cambio estructural y funcional en las áreas cerebrales comprometidas con este proceso (ver Figura 2.1), y donde la enseñanza debería ser la información sensorial y/o estímulo que hace posible generar este cambio.

Figura 2.1 Red de estructuras cerebrales subyacentes a la capacidad de aprender y memorizar del cerebro humano.

Sin embargo, ante los estímulos sensoriales el cerebro no se presenta ni sumiso ni pasivo; muy por el contrario, dispone de un conjunto de hipótesis proyectadas sobre el mundo exterior. Es decir, no somos vírgenes de cualquier forma de conocimiento, y aprender siempre supone como punto inicial un conjunto de ideas e hipótesis previas, que interactúan con la nueva información recibida y que seleccionan de esta la que mejor se adapte a este conocimiento precedente (Dehaene, 2019).

Actualmente, la propiedad particular de “cambiar” que poseen las estructuras cerebrales se conoce como plasticidad neuronal. Este proceso fue definido por José Ramón y Cajal como “la propiedad por virtud de la cual ocurren cambios funcionales sostenidos en sistemas neuronales luego de la administración de estímulos ambientales apropiados o de la combinación de diferentes estímulos” (Befenetti, 2007). Por otra parte, es posible señalar que el conocimiento se encuentra en constante construcción dependiendo de los niveles de maduración del aparato neurobiológico y de las funciones de cada sistema cerebral (Buzsaki, 2013).

Según Lavados (2012), “se aprende a través de comprobar en la práctica y más tardíamente en el pensamiento, la fortaleza empírica y después racional de las hipótesis y de los supuestos, a partir de lo cual es necesario incorporar más información, acopiando nuevos datos y regularidades a los esquemas de aprendizajes ya adquiridos para ir construyendo el conocimiento de manera constante” (Lavados, 2012, p.151).

Cuando la información proveniente desde nuestro entorno es percibida por nuestros sistemas sensoriales y posteriormente es destinada a centros de procesamiento y análisis —como, por ejemplo, a la corteza cerebral—, nuestro cerebro intenta relacionar cada componente de esta nueva información con elementos ya almacenados en nuestra memoria, principalmente en el hipocampo (Gooding y Metz, 2011). De este modo, este proceso interminable tributa a la construcción de la realidad que posee cada individuo.

Específicamente, la información que se va adquiriendo queda archivada en constructos de información, los cuales van quedando alojados en las infinitas redes neuronales de nuestro cerebro. Hace ya varias décadas que se ha documentado que el aprendizaje puede generar cambios en la estructura de las redes neuronales, en las neuronas (como por ejemplo el aumento en la longitud de las dendritas de las neuronas, un aumento en la cantidad de espinas dendríticas y cambios en su morfología), así como también un aumento en el número de sinapsis, de estas últimas es de donde emergen las expresiones de la plasticidad (Pascual, 2012).

En general, los axones neuronales terminan en estructuras especializadas, llamadas espinas dendríticas, en donde ocurren el 80% de las sinapsis, constituyendo un sistema de integración, procesamiento y almacenamiento de la información. Al respecto, se ha demostrado que tanto el número como la forma de estas espinas se modifican en respuesta a la enseñanza y a la experiencia, lo que incrementa su eficacia sináptica, proceso de señalización propio del sistema nervioso (Pascual, 2012; ver además Figura 2.2).

2.2 Aproximaciones a la neurobiología de las concepciones alternativas

Según Dehaene (2019), hay principios fundamentales que cada modalidad de enseñanza debe respetar para garantizar su eficacia. Uno de ellos corresponde a considerar en todo momento la existencia de intuiciones precoces y abstractas, más conocidas como las preconcepciones de los estudiantes, y sobre las cuales debe apoyarse la enseñanza. No obstante, el contenido de esta experiencia de enseñanza puede ser erróneo y, de manera independiente a esta característica, también puede ser almacenado en nuestro cerebro, lo que ocurre con gran facilidad cuando el sistema cognitivo es incapaz de distinguir si la información que está recibiendo es correcta o si se acopla a ideas precedentes igual de disonantes, por ejemplo, con un conocimiento científico en particular.

Por lo tanto, las concepciones alternativas se fundamentan en la calidad de enseñanza recibida y en la experiencia, traducidas en el conocimiento que cada uno dispone en un momento determinado, el cual fue aprendido a través de la interacción con el medio social y cultural, y de acuerdo con la organización de este conocimiento a partir de los propios sistemas de procesamiento cerebral. Es decir, dependen estrechamente de cómo el cerebro ha adquirido, organizado y utilizado algún tipo de información para constituirla como un conocimiento (Lavados, 2012). De este modo, es posible señalar que las concepciones pueden ser erróneas, parciales y contingentes y, en ningún caso, pueden llegar a representar cabalmente una idea o una correcta representación del mundo.

Figura 2.2 La figura representa (A) neuronas de la corteza prefrontal de morfología piramidal típica. La ampliación representa el lugar donde es posible encontrar las espinas dendríticas en la superficie de las dendritas neuronales. En un mayor aumento (B) se puede apreciar un axón (arriba) en contacto con una espina dendrítica (abajo). Es en el contacto de estas estructuras donde tiene lugar la sinapsis.

Así, es posible que las concepciones se configuren como una versión personal y específica de diversos aspectos del entorno, cuya naturaleza puede ser sensorio-motora, perceptiva, conceptual o lingüística (Halldén, 1999). Asimismo, se constituyen a partir de creencias, deseos e incluso expectativas definidas por la motivación, las emociones y los sentimientos (Pintrich et al., 1993). De esta manera, la representación del mundo que cada uno concibe es propia de cada individuo, pero al mismo tiempo es parcialmente consistente con la realidad física, social y cultural en que el individuo se desarrolla.

2.3 Aproximaciones al entendimiento del surgimiento de concepciones

En uno de los principales estudios de las concepciones de los estudiantes, Gooding y Metz (2011) las han caracterizado como nociones personales que se crean para explicar y dar sentido a los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor y en nuestros organismos, para entender cómo funciona el mundo en el cual nos encontramos insertos; cómo interactuamos en él; cómo y por qué cambia.

En términos de contenido, las concepciones pueden caracterizarse como desviadas de la presentación científicamente correcta de ese contenido, y como descripción de la posición inicial para un aprendizaje adicional (Krüger, 2007). No obstante, se ha descrito que, en la mayoría de los casos, las concepciones son bastante firmes y estables en el aparato cognitivo y admiten pocas variaciones (Treagust, 1988).

En las fases iniciales del estudio de las preconcepciones de los estudiantes —independientemente de las edades de estos—, se consideraba que ellas se desvían de las concepciones científicas actualmente válidas, como conceptos erróneos que debían ser eliminados y reemplazados por conceptos correctos (Krüger, 2007). Sin embargo, en los últimos años de investigación acerca de esta temática, se ha llegado a determinar que no se puede seguir sosteniendo la visión peyorativa de las concepciones de los estudiantes, puesto que la presencia de estas ideas es muy relevante para el proceso de construcción del conocimiento que ellos mismos llevan a cabo, dado que, como se mencionó anteriormente, los estudiantes, aprenden sobre la base de lo que ya conocen.

Diversos autores establecen que es necesario que el docente conozca las ideas que tienen los estudiantes sobre un tema en particular, ya que ellas influirán en su aprendizaje, tal como lo afirmó Ausubel en el año 1976 y luego en el año 2002, con su famosa frase: “Si tuviera que reducir toda la Psicología Educativa a un solo principio, enunciaría este: El factor más importante que influye en el aprendizaje es lo que el alumno ya sabe. Averígüese esto y enséñese consecuentemente” (Ausubel, 1976, p. 6).

Las concepciones son nociones y explicaciones basadas en la experiencia. A través de ellas los humanos comprenden muchos fenómenos naturales, apropiados a contextos de la vida cotidiana, y son en varias ocasiones bastante razonables (Krüger, 2007). Un término respetuoso para denominarlas es concepción alternativa o concepción cotidiana (Wandersee, Mintzes y Novak, 1994). En este escenario, Wandersee et al. (1994) han resumido los resultados de la investigación en didáctica de las ciencias, en el tema de las concepciones, proponiendo ocho principales características de las concepciones alternativas de los estudiantes de ciencias naturales. Siete de ellas han sido consideradas por nosotros como muy importantes de compartir en este capítulo, pues también presentan una íntima conexión con varios aspectos señalados por las neurociencias. Estas características son:

1) Los estudiantes asisten a la enseñanza formal de ciencias con un conjunto diverso de concepciones alternativas;

Las concepciones alternativas…

2) …se modulan de acuerdo con la edad, la capacidad, el género y la cultura;

3) …son bastante resistentes a la extinción;

4) …a menudo son explicaciones similares a las ofrecidas por generaciones anteriores de científicos;

5) … tienen su origen en las experiencias personales;

6) …a menudo los profesores se suscriben a las mismas concepciones alternativas;

7) …en algunas ocasiones, su presentación conduce a varios resultados de aprendizaje no deseados.

Consecuentemente, y tal como se mencionó antes, así como se constituye de particular importancia para los procesos de enseñanza y aprendizaje considerar la existencia de las concepciones alternativas y saber de su resistencia al cambio, también debe considerarse de igual importancia su utilización para iniciar el proceso de enseñanza (Krüger, 2007).

Existen varios enfoques teóricos para investigar procesos de aprendizaje basados en estructurar la enseñanza y el aprendizaje sobre la base de las ideas preconcebidas por el estudiante. Por ejemplo, el enfoque del cambio conceptual establecido en el clásico estudio de Posner et al. (1982), al referirse a los procesos de asimilación, en donde el estudiante es capaz de explicar problemas con nuevas ideas, y al proceso de acomodación, en donde el estudiante puede ir reemplazando o reorganizando ideas, con respecto a las ideas antiguas, considera que en todo momento estos procesos deben ajustarse al desarrollo cognitivo del estudiante. Por otra parte, como núcleo común de los diversos enfoques constructivistas, Duit (1996) identifica cuatro supuestos (ver Figura 2.3).

Primeramente, se debe considerar que las concepciones evolucionan a partir de nuestra interacción con el entorno físico y social. Esta interacción se denomina experiencia y teoría del realismo experimental (Lakoff y Johnson, 1999; Gropengießer, 2007). La interacción sensorio motora repetida con el entorno, como una acción repetitiva, forma y vincula progresivamente los grupos neuronales funcionales involucrados de manera más efectiva. La repetición en el encuentro con los estímulos fortalece las conexiones entre las neuronas, mientras que la ausencia de esta repetición resulta en el decaimiento del fortalecimiento de una información determinada (Atwood y Karunanithi, 2002). No debemos olvidar que la experiencia puede cambiar los patrones de conexión neuronal de nuestro cerebro y que las nociones y los esquemas crecen a partir de la estructura y el funcionamiento de nuestro cuerpo y cerebro, y de cómo interactuamos con el entorno físico y social (Lakoff, 1990). En este sentido, diversos estudios han demostrado que las ideas de la realidad no son ni pueden ser idénticas a lo que la ciencia engloba y, además, que son diferentes entre las personas en la medida que más desiguales son los individuos entre sí, puesto que cada ambiente (contexto psicobiosocial) impone fuertes restricciones al desarrollo de conceptos, motivaciones y sentimientos. De este modo, estas ideas muchas veces son muy divergentes entre sí, al punto de llegar incluso a ser incomprensibles e incomunicables entre grupos de seres humanos con altas diferencias psicobiosociales (Cozolino, 2013).

Figura 2.3 Supuestos constructivistas de las concepciones de los estudiantes.

Para finalizar este apartado, quisiéramos presentar un ejemplo sobre las concepciones alternativas de los estudiantes sobre el Sistema Nervioso (SN).

Existe consenso sobre la dificultad de aplicar los conocimientos sobre este sistema a la explicación de fenómenos cotidianos tales como pensar, sentir (sensorialmente), emocionarse o respirar, pues generalmente la función del SN humano se asocia principalmente al movimiento o al sistema motor, sin considerar las otras numerosas estructuras y funciones que modulan y emergen en este sistema. Por ejemplo, hemos apreciado que, al finalizar el primer ciclo de la enseñanza básica, los estudiantes tienden a entender el SN exclusivamente como el cerebro y el cráneo que lo protege. Este error conceptual excluye al SN periférico, compuesto por los nervios, e incluye al cráneo estructura que no es parte del sistema nervioso. Asimismo, para los estudiantes es difícil razonar que el SN está presente alrededor de todo nuestro cuerpo y que está en estrecha asociación con el funcionamiento de otros sistemas como el digestivo o el circulatorio. Más tarde, alrededor de los 13 o 14 años, los resultados de Alvarado, Rivas y Ochoa (2014) sostienen que los estudiantes visualizan como sinónimos el cerebro y el SN. Además, señalan que el cerebro es un organismo y lo definen como una máquina creada por la naturaleza. Por otra parte, un estudio realizado por Ranaweera y Montplaisir (2010) en estudiantes universitarios que se encontraban cursando la asignatura de Anatomía Humana y Fisiología en una Universidad de EE.UU., revela que las principales preconcepciones de los estudiantes sobre el SN incluyen: (i) el corazón como un componente principal del SN periférico, (ii) al arco reflejo ilustrado por la acción en lugar de la estructura, y (iii) a los tipos de neuronas (unipolar, bipolar o multipolar) diferenciadas por aspectos erróneos en lugar de su disposición estructural. Adicionalmente, las autoras destacan que la enseñanza constructivista en el aula junto con la participación simultánea en actividades de laboratorio, proporcionó experiencias para que los estudiantes superaran algunas de sus concepciones alternativas. El hallazgo de esta investigación sugiere que los profesores deben conocer las preconcepciones de sus estudiantes antes de la enseñanza y que, el uso de dibujos como herramienta de evaluación formativa, es una excelente manera de recopilar dicha información.

A continuación, desarrollaremos una explicación teórica y algunas de las aproximaciones neurobiológicas al cambio conceptual, considerando los factores que pueden promoverlo, desde las neurociencias.

2.4 Cambio conceptual, explicación teórica y aproximaciones neurobiológicas

Además del diagnóstico y la comprensión de las concepciones alternativas o preconcepciones (denominación utilizada por la mayoría de los profesores de ciencias), surge la importante interrogante sobre ¿cómo ocurre el cambio en las concepciones alternativas?

Para responder a esta pregunta ha sido de gran ayuda revisar la teoría del cambio conceptual (Posner et al., 1982; Strike y Posner, 1992), la que considera aspectos psicológicos de la enseñanza y establece pautas para ella. Esta teoría explica en qué condiciones se puede lograr un cambio desde las ideas cotidianas a ideas fundamentadas por la ciencia. Esta base teórica ha determinado que quien aprende debería renunciar a toda idea “incorrecta”. En su primera versión, el cambio conceptual se refiere al cambio de paradigma, que Kuhn (1976) describe como la ganancia de conocimiento en la ciencia que va de la mano con un cambio repentino, radical y general. Sin embargo, aunque la acomodación es un cambio radical de mentalidad, no sucede de manera abrupta, sino que este proceso se lleva a cabo gradualmente (Vosniadou y Brewer, 1987).

Actualmente, existen otras explicaciones del cambio conceptual, tales como: i) la asignación de un concepto a otra categoría ontológica (Chi, 2008), ii) una reinterpretación del conocimiento previo (Vosniadou, 2008), o iii) la construcción y la creación de redes de esquemas cognitivos a estructuras más interconectadas y complejas (diSessa, 2002).

Dentro de los aspectos neurobiológicos del aprendizaje que podrían estar relacionados con el cambio conceptual encontramos la evidencia que sostiene que un factor favorecedor para que el cerebro aprenda es poner a prueba hipótesis, a través de la experimentación y exploración, puesto que se encuentra descrito que existen mecanismos cerebrales que aprenden sobre la base de “poner a prueba” las concepciones previas (Cozolino, 2013). En concordancia con lo anterior, Stanislas Dehaene (2019), un reconocido experto en las bases cerebrales de las principales operaciones intelectuales humanas, plantea las siguientes interrogantes: ¿Cómo selecciona el cerebro la mejor hipótesis? ¿Con base en qué criterio acepta o rechaza un modelo del mundo exterior?, argumentando que existe una consideración ideal para hacerlo: “el cerebro se comporta como un científico en ciernes”. Este enfoque supone que aprender es razonar como un científico y como un estadístico, que elige entre muchas hipótesis aquella con mayor probabilidad de ser correcta, teniendo en cuenta la evidencia y los datos disponibles.

En un nivel de análisis microscópico, y sobre la base de los cambios neuroestructurales que revisamos anteriormente, el cambio conceptual implica cambios estructurales en el cerebro de quienes están aprendiendo. Estas transformaciones suceden en las áreas cerebrales donde se produce el aprendizaje (ver Figura 2.1) y, más profundamente, en las redes neurales de estas áreas cerebrales, en las dendritas de las neuronas de las redes neurales y, adentrándonos aún más, en las estructuras microscópicas presentes en las dendritas, en donde ocurren las sinapsis, es decir, en las espinas dendríticas. De este modo, nosotros planteamos que las preconcepciones están almacenadas, al igual que la información considerada “correcta”, en las espinas dendríticas, las que, luego de una experiencia de enseñanza, es posible que cambien, se eliminen o resistan el cambio (Figura 2.4); sin duda, esto dependerá de cuan significativo sea el aprendizaje, de cuántas veces se reciba el impulso o enseñanza y, por supuesto, de varios otros factores, de los cuales revisaremos los que a nuestro parecer son más relevantes.

Figura 2.4 Esquema representativo de las modificaciones estructurales que sufren las espinas dendríticas en el proceso de aprendizaje. En la imagen 1 las espinas dendríticas están indicadas por flechas. En la imagen 2, las espinas dendríticas encerradas en un círculo representan las concepciones alternativas. La imagen 3 representa la posibilidad de que, a partir de una experiencia de aprendizaje, estas concepciones alternativas sean eliminadas (espacios dentro de los círculos). Mientras que el cambio conceptual está representado por esta misma eliminación y por la aparición y reorganización de espinas dendríticas (dentro del rectángulo). Finalmente, las concepciones alternativas que se resisten al cambio a pesar de la enseñanza están representadas por las espinas dendríticas encerradas en círculos fuera de los rectángulos.

Un factor importante por considerar dentro del proceso de aprendizaje, y que podría favorecer el cambio conceptual, es que dicho aprendizaje se incrementa mediante el restablecimiento constante del proceso de atención. En palabras simples, un cerebro que se encuentra alerta tiene mayores posibilidades de aprender. Por consiguiente, el aprendizaje se vuelve más efectivo cuando la información es recibida en intervalos que consideren la fluctuación natural de la atención, porque como ya sabemos un cerebro no puede estar en atención plena durante muchas horas seguidas. Es por esto por lo que —como también es sabido— la variación del uso de materiales e insumos, la implementación de diversos tipos de actividades, los tiempos de descanso entre las estrategias de enseñanza, facilitan el aprendizaje (Bodizs et al., 2002; Mednick et al., 2002).

En relación con lo anterior, el cerebro humano posee un sistema especializado para establecer relaciones entre el pensamiento abstracto y la imaginación, lo cual se conjuga con el hecho de que un individuo se encuentra inmerso en una cultura colmada de historias y mitos, y en donde actualmente los medios de comunicación y las redes sociales también tributan a la aparición y perpetuación de las concepciones en los cerebros de los estudiantes. Asimismo, sabemos que, cuando en el aula se narran/escuchan/leen historias, se promueve la consolidación del aprendizaje, porque su uso favorece la atención de los estudiantes a través del uso del lenguaje y de la creación de estructuras narrativas (Cozolino, 2013). En relación a lo anterior, el cerebro humano posee un sistema especializado para establecer relaciones entre el pensamiento abstracto y la imaginación, lo cual se conjuga con el hecho de que un individuo se encuentra inmerso en una cultura colmada de historias y mitos y en donde, actualmente los medios de comunicación y las redes sociales también tributan a la aparición y perpetuación de las concepciones en los cerebros de las y los estudiantes.

Además, se ha descubierto que los estados de atención en los estudiantes generan niveles moderados de excitación que propician, aumentan, la plasticidad neural, mediante el incremento de la producción de neurotransmisores y hormonas que regulan el crecimiento y conectividad neuronal (Cowan y Kandel, 2001). A partir de lo anterior, es posible señalar que el aprendizaje requiere que exista una “pequeña cuota” de estrés, siempre y cuando este no exceda un determinado nivel (o umbral), puesto que, muy por el contrario, también se encuentra descrito que los altos niveles de tensión, ansiedad y estrés crónico pueden llegar a inhibir el proceso de plasticidad. Según Tsoory et al. (2008), “mantener a los estudiantes en un punto de excitación neuroplástico (solo el necesario para activar la plasticidad) es un elemento clave a considerar en el proceso de enseñanza”.

En estrecha relación con lo anterior, se encuentra descrito que la amígdala (Figura 2.1), estructura perteneciente al sistema límbico que tiene un rol central en la regulación emocional, percibe los distintos estímulos del ambiente, mediando la atención y, en conjunto con el hipocampo, regula la motivación para aprender de la información que proveen los estímulos emocionales, lo cual propicia el aprendizaje (Hardingham y Bading, 2003; Parson, 2007). En este escenario, también se encuentra descrito que el humor disminuye la ansiedad y los altos niveles de estrés (Garner, 2006). Según Wanzer (2010), es apropiado usarlo como herramienta para el aprendizaje, siempre y cuando se encuentre relacionado con un objetivo de aprendizaje (Figura 2.5). En este contexto, ya desde hace varias décadas Pintrich, Marx y Boyle (1993) criticaban la perspectiva de la enseñanza que no contemplaba los factores emocionales (cognición fría) y destacaban la importancia de factores afectivos, tales como el interés, las intenciones o las expectativas, que por cierto pueden ser diferentes en cada uno de nuestros estudiantes.

Figura 2.5 Regulación emocional del aprendizaje. La imagen muestra cómo influyen el clima positivo y el negativo sobre la regulación emocional del aprendizaje, y algunas actividades educativas que promueven la regulación emocional positiva dentro del aula.

Finalizando este apartado, podríamos destacar como factor que también influye de manera positiva en el aprendizaje la repetición de la enseñanza de contenidos relevantes a través de distintas estrategias, también conocidas como estrategias para favorecer el procesamiento a través de múltiples vías, es decir, que nuestro cerebro aprenda de diversas formas. El principal argumento para sostener lo anterior radica en que esto permite el fortalecimiento de las conexiones neuronales que se encuentran almacenando la información de interés en distintas áreas cerebrales. Por ejemplo, existe evidencia que sostiene que las redes neuronales, ya sean visuales, semánticas, sensoriales, motoras y emocionales, disponen de sistemas de memoria propios (Atwood y Karunanithi, 2002; Meltzoff, 2009).

De este modo, se puede concluir que el aprendizaje se realiza dentro de una interacción social, en la que se comunican, negocian, prueban y comparten ideas, suposiciones, entre otras cosas (Krüger, 2007). Existe un sinnúmero de evidencia que sostienen que el cerebro es un órgano social que requiere conexiones humanas positivas (Tsoory et al., 2008). Según Cozolino (2013), el currículo educacional y el enriquecimiento social provisto por el aula, tiene un impacto sinérgico sobre el aprendizaje, conllevando a una mayor efectividad sobre los procesos de enseñanza y aprendizaje cuando se está en un contacto con otros, es decir cuando se está cara a cara, cerebro con cerebro y corazón con corazón. Esto nos hace reflexionar sobre cuáles deben ser las mejores condiciones para, por ejemplo, hacer de los ambientes virtuales y de enseñanza remota un contexto de aprendizaje idóneo.

2.5 Iniciación del cambio conceptual

Se ha demostrado que algunas de las ideas previas con que llegan los estudiantes al aula se mantienen incluso después de la clase, y que son útiles y necesarias en muchas situaciones de la vida diaria. Es inadecuado calificar las concepciones alternativas sobre los fenómenos biológicos —que a menudo se contraponen a las explicaciones de las ciencias naturales— como concepciones erróneas. Por lo tanto, el proceso se describirá mejor como una reconstrucción conceptual que considere el funcionamiento de quien aprende (Krüger, 2007). Para que una reconstrucción de ideas sea posible deben cumplirse las siguientes cuatro condiciones (Posner y Strike, 1992):

1) Dominio de la insatisfacción con la idea preexistente:

 Condición previa para la reconstrucción de ideas de manera consciente.

 La confianza en viejas concepciones se pierde explicando las anomalías que hay en las mismas.

 La insatisfacción surge, por ejemplo, cuando existe un conflicto cognitivo.

2) La nueva idea debe ser comprensible:

 Debe ser racionalmente abordable para poder asimilar las nuevas posibilidades.

 Incorporar el uso de analogías y metáforas, ya que favorecen la comprensión.

 Es necesaria una base de conocimiento para que los nuevos aspectos sean comprensibles.

 Mientras más se adapte la idea a los conocimientos de otras áreas, más fácil será su integración.

3) La nueva idea debe poseer plausibilidad, lo que supone su comprensión:

 La nueva idea debe estimular la sensación de que es posible resolver problemas, de lo que la antigua idea no era capaz.

 La plausibilidad depende del grado de concordancia que se espera entre la idea preexistente y la nueva.

4) La nueva idea debe ser productiva, lo que supone su comprensión y plausibilidad:

 La nueva idea debería poder aplicarse en otros ámbitos y abrir nuevas áreas de investigación.

 Se podrá explicar experiencias con ella.

 Se utilizará la nueva idea si esta lleva a nuevos descubrimientos y puntos de vista.

 La nueva idea debería prometer más que otras que compiten con ella.

En resumen, deberían ofrecerse posibilidades en las que se comprueben los puntos de vista actuales, se reflejen las experiencias fundamentales y que, el nuevo conocimiento adquirido, ha provisto de buenos resultados al utilizarlo como herramienta. Por ser efectivo, el nivel del conflicto cognitivo no debe percibirse como demasiado alto o demasiado bajo por el estudiante (Lee y Byun, 2012). Una forma de desencadenar un conflicto cognitivo es confrontar datos anómalos, es decir, tratar con fenómenos o información que contradigan las expectativas de los estudiantes (Krüger, 2007), aunque esta confrontación no siempre desencadene a un cambio en las ideas previas. Según Chinn y Brewer (1993), también es posible que las y los estudiantes ignoren los datos inesperados, los rechacen, los reinterpreten o simplemente difieran en la resolución de conflictos. A pesar de lo anterior, es considerado necesario y beneficioso conocer y trabajar las concepciones de las y los estudiantes en un adecuado proceso de enseñanza y aprendizaje de los mismos, pues la reconstrucción conceptual se favorece cuando quien aprende se enfrenta a contextos de variables suficientes, bajo condiciones constructivistas de aprendizaje auténticas y con significado a nivel personal (Krüger, 2007).

3. Conclusiones

Al aprender, se construye sobre la base de experiencias y conocimientos de quien aprende. En este proceso, quienes aprenden no adquieren ni integran la nueva información como mejor les parezca, sino que construyen significados activos sobre la base de sus concepciones ya existentes (Krüger, 2007).

Por otra parte, este proceso de búsqueda y selección de información realizado con el fin de resolver problemas y así cumplir los propios objetivos y metas es un proceso muy dinámico y se encuentra sujeto a las reconstrucciones según las circunstancias y los procesos de aprendizaje únicamente posibles, mediante la participación activa de quien aprende. Por lo tanto, se fomenta el aprendizaje cuando quien aprende tiene la motivación para jugar un papel activo en el proceso de enseñanza y en el aprendizaje.

Durante el proceso de aprendizaje son los mismos estudiantes quienes deciden cuándo y cómo incorporan información adicional para facilitar su propio aprendizaje y para identificar cuáles de sus concepciones son erróneas a partir de la contrastación con la evidencia existente, la reflexión individual y grupal, la metacognición y la aceptación de otras alternativas de conocimiento. Es una característica neurobiológica central de los cerebros humanos la búsqueda incesante de distintos tipos de logros, dentro de los cuales, para el cerebro humano, aprender es uno de los logros más importantes, contemplándose como una meta deseada que produce placer, gratificación y orgullo (Tsoory et al., 2008).

El aprendizaje ocurre en situaciones dentro de un contexto, es decir, el conocimiento está relacionado con los contenidos y experiencias sociales. El cerebro es un órgano que puede ajustar y reajustar sus condiciones anatómicas y fisiológicas y su correlato conductual a su ambiente contextual específico. Por ejemplo, este ajuste se realiza ante una diversa naturaleza de estímulos: por variaciones físico-ambientales, por nuevas personas que conocer, por un nuevo lugar que visitar, por nuevas tecnologías que manejar, así como por conceptos que aprender (Cozolino, 2013).

Finalmente, consideramos como elementos relevantes para que se genere el cambio conceptual el brindar oportunidades a los estudiantes, basadas en la comprensión de los aspectos que relacionan la neurobiología del aprendizaje con las preconcepciones que ellos presentan. Esta aproximación puede promover la reflexión en los profesores en torno a cómo ayudar a los estudiantes a reconstruir e internalizar su conocimiento. Asimismo, si los profesores promueven espacios de reflexión en sus estudiantes para que estos piensen en las razones de sus concepciones, los estudiantes podrán llegar a reconocer diferencias y similitudes entre sus concepciones y la evidencia presentada por sus profesores, y llegar a una nueva y mejor comprensión científica.

Agradecimientos

Este Capítulo fue escrito gracias al proyecto MEC 80180066 (Concurso Atracción Capital Humana Avanzado del Extranjero – Modalidad Estadías Cortas) que permitió la visita del Dr. Dirk Krüger al grupo de enseñanza de la Biología, del Instituto de Biología de la PUCV.

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