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INTRODUCCIÓN

Este capítulo presenta ideas y propuestas inscritas en una de las líneas de investigación e innovación de nuestro grupo GEHyD, aquella que se ocupa de la naturaleza y función de la “modelización científica escolar”. Algunos de los resultados que hemos venido obteniendo en esa línea aparecen en presentaciones del grupo en diversas ediciones de la REF (Reunión Nacional de Educación en Física)7 y en publicaciones realizadas en distintos formatos (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003; Adúriz-Bravo, 2011, 2012, 2013, 2015b; Adúriz-Bravo et al., 2014; Ariza et al., 2016; Díaz Guevara et al., 2019). En todos esos trabajos hacemos reflexiones teóricamente fundamentadas desde la didáctica de las ciencias naturales en torno al papel que juegan las representaciones, los modelos, las analogías y las metáforas en la construcción y la comunicación del conocimiento científico escolar en los procesos de enseñanza formal de las ciencias naturales dentro de la educación obligatoria.

Consideramos importante relacionar este capítulo con algunos de los desarrollos anteriores del grupo, puesto que ello nos permite ubicar a los lectores en el punto de partida desde el cual estamos formulando recomendaciones de aula por medio de nuestra noción de directrices didácticas. Además, se trata de un ejercicio metacognitivo interesante porque nos exige revisar y sintetizar formulaciones previas, y de esta manera hacer explícitos algunos presupuestos y elementos teóricos subyacentes.

Para iniciar, es necesario mencionar que actualmente la literatura sobre modelos en la didáctica de las ciencias naturales es muy extensa y diversa; por tanto, es recomendable, en primer lugar, ubicarnos en una perspectiva de investigación que recoja nuestros intereses y posteriormente seleccionar algunas de las producciones que respondan a esa perspectiva desde determinados criterios teóricos. Teniendo en cuenta lo anterior, en este capítulo recuperamos las categorías de modelo científico, modelo didáctico y modelo analógico, ampliamente utilizadas en nuestra disciplina por cuatro décadas (Duit, 1991; Gilbert, 1997; Gilbert y Boulter, 2000; Chamizo, 2010; Gouvea y Passmore, 2017).

Algunos autores usan la expresión “modelo didáctico” para referirse a analogías u otros recursos “mediadores” entre el contenido a aprender y el conocimiento del sentido común; en este sentido, el concepto de modelo didáctico constituye un instrumento fundamental para abordar los problemas de la enseñanza de las ciencias en los distintos niveles educativos, en tanto contribuye a establecer los vínculos entre el análisis teórico y la práctica docente. Nosotros, por nuestra parte, inscritos en el llamado “modelo cognitivo de ciencia escolar” (Izquierdo-Aymerich et al., 1999; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003), definimos los modelos didácticos como las transposiciones didácticas de los modelos científicos eruditos, cuya enseñanza está prescrita en el currículo de ciencias naturales de los diferentes niveles educativos. En este sentido, hablaríamos de modelos didácticos (o “modelos científicos escolares”) para referirnos a los contenidos científicos enseñados incluso en el nivel universitario (Bonan, 2002).

También hablamos de modelos analógicos, en el entendimiento de que estos no comparten el contenido con sus “analogandos” (los modelos didácticos), sino que, desde un campo semántico externo, sirven de vehículo para engarzar o anclar las significaciones complejas y abstractas del contenido científico escolar en los contenidos más simples y concretos disponibles en la estructura cognitiva (situada) de los estudiantes. Un ejemplo bien conocido de esto es la analogía del “budín de pasas” para el modelo atómico de Thomson. Estas formas expresivas permiten representaciones más significativas del contenido del modelo y la transferencia de este a otros campos de problemas.

Las reflexiones que hacemos en este capítulo se inscriben en una visión de la enseñanza de las ciencias naturales que recupera la importancia del “hablar y escribir ciencias” (Lemke, 1997; Sanmartí, 2003). Esta visión pone especial acento en la argumentación científica escolar como competencia central para la enseñanza de las ciencias. Para nosotros, el uso de un modelo científico para estructurar un argumento (con el fin de explicar) permitiría garantizar la calidad lógica del “ascenso” de datos a conclusiones. La vinculación que estamos postulando entre argumentos y modelos va de la mano con la definición de argumentación a la que adherimos en nuestro grupo, que la concibe como una actividad social situada que se dirige a validar o refutar una opinión, y que consiste en presentar apoyos teniendo en cuenta al receptor y la finalidad con la cual se emiten. Para argumentar hace falta elegir entre diferentes explicaciones modeloteóricas y examinar los criterios que permiten evaluar como más adecuada la opción elegida (Sanmartí, 2003).

En esta definición de argumentación aparecen distintos elementos teóricos: un “acto de habla” socialmente situado, la audiencia, el propósito de convencer por parte del emisor, y el “razonamiento” mediante el modelo propuesto. Resumidamente, la argumentación, vista como una competencia cognitivolingüística nodal para la actividad científica (ya sea erudita como escolar), “soldaría” cuatro componentes: retórico, pragmático, teórico y lógico, que remiten a que el argumento generado persigue el convencimiento de la audiencia, está contextualizado en una determinada praxis, remite a un modelo teórico que sirve de referencia para el proceso explicativo y se estructura mediante una arquitectura sintáctica compleja y elaborada (Adúriz-Bravo y Revel Chion, 2014).

Desde nuestra perspectiva, entonces, la puesta en marcha de la competencia argumentativa da por resultado la producción de un texto explicativo; precisamente este tipo de texto supone mayores desafíos cognitivos a los estudiantes porque les exige analizar e identificar las relaciones existentes entre las ideas teóricas que definen el modelo científico que se está utilizando para explicar. Adherimos, entonces, a la idea de una “naturaleza argumentativa de la ciencia”: desde un posicionamiento epistemológico fuerte, consideramos la argumentación como una de las prácticas epistémicas centrales de la ciencia. Esta práctica se desarrollaría al interior de comunidades de conocimiento con sus propias reglas y valores, con el propósito de construir significados sobre el mundo natural mediante el uso de modelos.

Por otra parte, nuestra recuperación de las analogías como herramienta didáctica de importancia central no es novedosa (Linares, 2002), pero hacemos uso de dicha herramienta pretendiendo explotar más a fondo su potencial mediante la inclusión de la metacognición y de la epistemología (o filosofía de la ciencia) como elementos de fundamentación importantes. Una propuesta a la que nos remitimos por su utilidad para las clases de ciencias naturales es la secuencia de pasos que se ha llamado modelo didáctico analógico (MDA) (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001).

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

En esta sección esbozamos aquellas miradas teóricas, provenientes de la epistemología y de la didáctica de las ciencias naturales, que nos han permitido explorar el complejo campo de las representaciones científicas (dentro del cual se sitúan modelos y analogías). El propósito es fundamentar teóricamente nuestra propuesta de directrices didácticas.

La “concepción basada en modelos”

El modelo epistemológico que nos sirve de referencia para nuestras innovaciones didácticas proviene de la llamada epistemología semántica y cognitiva, del último cuarto del siglo XX. De entre los aportes de esta escuela epistemológica, seleccionamos la concepción basada en modelos (“model based view”), en especial tal como es desarrollada por el filósofo estadounidense Ronald Giere (1992, 1999).

Muy resumidamente, podemos decir que la epistemología reciente se caracteriza por proponer el modelo como unidad estructural y funcional del análisis metateórico, desplazando así la teoría, que era la unidad clásicamente elegida (por ejemplo, por el positivismo lógico). Giere habla de los “modelos teóricos” como entidades no lingüísticas abstractas que se conectan analógicamente con la realidad (por su grado de semejanza), dando así cuenta de solo algunos aspectos de los sistemas representados, y que “satisfacen” las proposiciones que las definen en distintos lenguajes. La suposición de que existe un ajuste parcial y pragmático entre realidad y modelo, mediado por el problema teórico al que se quiere dar respuesta, se conoce como realismo perspectivo (Giere, 1999).

En este marco de ideas, los modelos se pueden entender como representaciones idealizadas de sistemas reales que incluyen aspectos generales (características y descripciones) y específicos (estructura y función) “capturados” de tales sistemas. Todos esos aspectos son organizados en base a sistemas de proposiciones de carácter hipotético. Por tanto, un modelo adquiere relevancia en la medida en que permite prima facie la descripción, el análisis y la interpretación del sistema modelizado.

Finalmente, los modelos son una clase particularmente elaborada de representaciones abstractas de objetos, sistemas, fenómenos o procesos. Un modelo siempre es un modelo de algo y necesariamente simplifica lo que representa y pretende entender a través de un uso muy sofisticado de la trama teórica (Adúriz-Bravo, 2011, 2012, 2013); por tanto, se puede afirmar que la relación entre el mundo real y los modelos teóricos es de “similitud” (Giere, 1992): el modelo es similar al sistema real en algunos aspectos y grados, solo representa algunas entidades y relaciones de dicho sistema y las idealiza para que se acoplen a la teoría.

En la visión epistemológica a la que adherimos, las teorías científicas son familias de modelos enlazados por su afinidad temática e “interpretados” en los sistemas reales para los cuales funcionan como análogos. En este sentido, cada teoría contiene, además de su núcleo formal, el conjunto de sus aplicaciones sobre la realidad y un “saber hacer” metodológico. Las aplicaciones, además, son desplazamientos analógicos de un modelo teórico paradigmático a diversos ámbitos de la realidad entre los cuales se van encontrando semejanzas.

La formulación de Giere (1999) también admite considerar los modelos analógicos como mediadores en esta exploración teórica de la realidad, y de allí el valor que le encontramos para la enseñanza de las ciencias naturales.

El razonamiento analógico en la ciencia y en la enseñanza de las ciencias

El estudio en profundidad del lenguaje científico es una línea relativamente reciente en la reflexión metateórica sobre las ciencias que ha permitido ver las dificultades del ambicioso proyecto positivista lógico de encontrar un lenguaje científico formal unívoco y exacto. Actualmente se piensa en el lenguaje científico desde categorías aportadas por la pragmática y la retórica (Izquierdo-Aymerich, 2000, 2017). En este contexto, el razonamiento analógico cobra un papel importante; se valorizan las analogías y metáforas que los científicos usan para construir y comunicar conocimiento.

En el contexto escolar, adherimos a la visión de Lemke (1997) de que es necesario aprender a hablar y escribir ciencias como forma de interiorizar, comunicar y aplicar el saber y el saber hacer sobre los fenómenos naturales en los distintos ámbitos de la ciencia escolar. El razonamiento analógico es una importante herramienta facilitadora de este proceso, puesto que permite relacionar de manera no arbitraria los modelos científicos a aprender con las significaciones o concepciones de las que ya disponen los estudiantes.

Entendido en forma amplia, el razonamiento analógico es una búsqueda de semejanzas entre dos campos de contenido; partiendo de uno conocido (la “fuente”) se quiere explicar otro novedoso (el “blanco”) elaborando proyecciones que, con frecuencia, son de naturaleza estructural o funcional. Hay numerosos tipos de transporte analógico con interés para la enseñanza de las ciencias naturales; nosotros hemos distinguido entre los modelos analógicos, los análogos concretos y los epítomes (Adúriz-Bravo, 2005).

La modelización científica escolar

El modelo cognitivo de ciencia escolar, desarrollado con particular énfasis en la Universitat Autònoma de Barcelona (España), sugiere la importancia de considerar la actividad científica escolar como un proceso de modelización (Izquierdo-Aymerich et al., 1999; Izquierdo-Aymerich, 2000; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003). Tal consideración surge de la convergencia de varias líneas de trabajo en didáctica de las ciencias naturales, que destacan el papel del lenguaje, los modelos, la autorregulación, los contextos y los valores y finalidades en las clases de ciencias naturales.

Para este trabajo, entendemos la actividad científica escolar como una actividad de aula diseñada intencionalmente por el profesorado que apunta a establecer relaciones coherentes entre hacer, pensar, razonar, argumentar y estructurar, expresar y aplicar el conocimiento. Nuestra noción de actividad científica escolar requiere de una enseñanza de las ciencias basada en prácticas de indagación que transformen un hecho real en un hecho científico para otorgar sentido teórico a las intervenciones y al lenguaje que se emplea (Marchán-Carvajal y Sanmartí, 2015).

Asimismo, autores como Mercè Izquierdo-Aymerich (Izquierdo-Aymerich, 2004; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003) consideran que la actividad científica escolar tiene la exigencia de conectar firmemente los hechos del mundo con los modelos apropiados para explicarlos y con los lenguajes (en distintos medios semióticos) que nos sirven para argumentar sobre las relaciones sustantivas entre hechos y modelos. Por tanto, el diseño de la actividad científica escolar ha de tener en cuenta aquellos hechos que pueden cobrar sentido para los estudiantes, a fin de transformarlos, mediante el conocimiento teórico, en “hechos paradigmáticos” que funcionarán a modo de modelos teóricos escolares.

En este sentido, consideramos deseable un currículo escolar de ciencias naturales basado en los modelos “irreducibles”, es decir, los más esenciales y vertebrales, que representan la endoestructura profunda de las disciplinas científicas (Adúriz-Bravo et al., 2001). Postulamos así la necesidad de una transposición didáctica que respete los “campos estructurantes” de las ciencias naturales.

Para llegar a una reconstrucción de los modelos didácticos en los estudiantes, esta línea de investigación sugiere, como dijimos, la construcción de hechos paradigmáticos. Estos hechos funcionan a modo de protomodelos teóricos à la Giere y su construcción se ve facilitada por los modelos analógicos, que permiten introducir más significativamente unos primeros modelos teóricos escolares junto con sus ámbitos de aplicación, surgidos de las intervenciones (observaciones, experimentos) propias de la actividad científica escolar (Izquierdo-Aymerich et al., 1999).

Este valor epistémico de las analogías ha sido destacado por numerosos autores quienes, no obstante, han señalado algunos de los problemas que aparecen al utilizarlas (ver una revisión en Linares, 2002). Esto ha llevado a los investigadores de nuestro grupo a intentar diversas estrategias de uso de las analogías (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003) que tienen como elemento común el enfoque metacognitivo y autorregulatorio de “vigilancia epistemológica”.

DIRECTRICES PARA EL DISEÑO DE UNA UNIDAD DIDÁCTICA

Los autores de este capítulo, otros miembros del grupo de investigación y distintos colaboradores hemos venido llevando adelante sucesivas intervenciones didácticas, diversas en lo que al nivel educativo de implementación se refiere. En esas intervenciones hemos intentado poner a prueba algunas de las hipótesis teóricas que subyacen a nuestra idea de cómo planificar una unidad didáctica para la enseñanza de las ciencias naturales. En este sentido, las aulas donde trabajan nuestros profesores en prácticas y graduados recientes son el campo de prueba de nuestras formulaciones teóricas.

En la planificación de todas esas intervenciones hemos puesto en marcha una serie de estrategias muy variadas, pero que comparten algunos elementos teóricos fundantes que sirven como directrices didácticas8, es decir, como ejes que guían, desde el cuerpo teórico de la didáctica de las ciencias naturales, la tarea de planificar.

En este capítulo hablaremos de tres directrices, que hemos llegado a enunciar a partir del trabajo de investigación e innovación de nuestro grupo. En esta sección describiremos y explicaremos, tanto desde el punto de vista del conocimiento teórico como de las recomendaciones específicas de aula que conlleva tal conocimiento, en qué consisten tales directrices, llamadas niveles de representación, conceptualización metacognitiva de las analogías, y aprender los modelos y aprender sobre los modelos. En la siguiente sección concretaremos esas tres directrices en una unidad didáctica para ciencias naturales de nivel secundario.

Los niveles de representación

Adherimos a la hipótesis de trabajo de que la diferencia entre expertos y novatos radica, entre otras cosas, en la riqueza y movilidad de sus sistemas de representaciones sobre la realidad natural (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001, 2004). Los expertos son capaces de manejar representaciones concretas y abstractas de la realidad que son simbólicas, esto es, no son un reflejo o copia de la realidad, sino, una reelaboración mediada por categorías teóricas y sostenida en relaciones de inferencia.

En el conjunto de estas representaciones que los expertos en un contenido científico manejan, se cuentan el modelo teórico de referencia (modelo científico erudito) y sus múltiples transposiciones, a las que hemos llamado modelos didácticos. Los expertos son también capaces de usar modelos analógicos, analogías, metáforas y representaciones concretas (y otras clases de representaciones de segundo orden sobre el modelo) en gran cantidad y variedad.

Todo este conjunto de herramientas de representación aparece, en los expertos, autorregulado por un sistema de monitoreo metacognitivo muy desarrollado. Esto permite que los expertos puedan hacer explícitos los alcances y límites de los modelos sobre los sistemas (modelos científicos) y de los modelos sobre los modelos (modelos didácticos y modelos analógicos).

Convengamos que el conocimiento experto se evidencia cuando se expresa en algún lenguaje. Las mentes de los expertos tienen gran movilidad representacional, que demuestran explícitamente al utilizar complementariamente diferentes recursos expresivos. Los estudiantes en principio perciben el aspecto sintáctico del discurso del profesor como experto, y a partir de este deben construir su propio conocimiento, asignando a la sintaxis una semántica (Galagovsky, 2004). Los estudiantes, para utilizar competentemente las representaciones que constituyen los modelos didácticos disponen de sus propias representaciones mentales de partida, seguramente muy diferentes a las de los expertos en ciencias naturales, pero también disponen de los modelos analógicos presentados por el profesorado.

La recomendación (primera directriz) que hemos derivado de estos resultados de investigación reportados en la literatura didáctica es que, en el aula de ciencias naturales, el trabajo consciente y verbalizado sobre diversas representaciones convergentes de un fenómeno puede favorecer en los estudiantes la apropiación del modelo didáctico que da cuenta de ese fenómeno. Por ello, nos parece importante trabajar en la línea de convertir algunos fenómenos naturales cuidadosamente seleccionados para su estudio en “hechos científicos escolares” que funcionen a modo de primera versión de los modelos didácticos prescritos en el currículo (Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003) y nucleen en torno a ellos diversos modos de representación.

La conceptualización metacognitiva de las analogías

Son muy numerosos los trabajos que alientan el uso del razonamiento analógico en las clases de ciencias naturales de los distintos niveles educativos (Clement, 1993; Glynn, 1995; Aubusson et al., 2006, entre otros muchos). En este sentido, nuestra recomendación no es original. Sin embargo, teniendo en cuenta las dificultades que los investigadores han reconocido en las analogías para la enseñanza, se han propuesto secuencias de actividades para trabajar los modelos analógicos en forma más rica y provechosa. Una de estas secuencias es el modelo didáctico analógico (MDA) o analogical model for science teaching (AMST) (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003).

El MDA se apoya en dos ideas fuerza. Por una parte, que una forma fructífera de trabajar sobre la analogía debería “emular” los procedimientos cognitivolingüísticos de los científicos, entre ellos, la identificación del problema, la emisión de hipótesis, la abducción de modelos y la selección de la mejor explicación. En segundo lugar, que es necesario un constante “ida y vuelta” metacognitivo entre analogía y modelo didáctico (contenido científico escolar), de modo que ambos se resignifiquen y enriquezcan mutuamente.

Para lograr lo anterior, el MDA se enfoca en cuatro momentos (Galagovsky y Greco, 2009): 1. un momento anecdótico, donde la analogía se presenta en forma de problema, con consignas que los estudiantes deberán resolver; 2. un momento de conceptualización sobre la analogía, donde se buscan consensos sobre cuáles fueron los conceptos fundamentales trabajados en la resolución del problema analógico; 3. un momento de correlación conceptual, donde el contenido científico a aprender encuentra significado por comparación con los sentidos discutidos con la información analógica; y 4. un momento de metacognición, donde cada estudiante toma conciencia de los puentes que construyó, los símiles erróneos o improductivos que descartó y las nuevas relaciones sustantivas aprendidas. Es en este último momento donde se discuten los alcances y las limitaciones del modelo analógico.

Más allá del uso de esta secuencia en concreto, recomendamos (como segunda directriz para la planificación de unidades didácticas) generar espacios explícitos para una suerte de “vigilancia metacognitiva” sobre las analogías: fomentar que los estudiantes sean capaces de realizar transferencias estructurales y funcionales entre análogo (fuente) y analogado (blanco) sin trasladar caracteres anecdóticos o superficiales. Y al mismo tiempo, que ellos reflexionen sobre la potencialidad de la analogía como acceso al modelo didáctico y sobre su naturaleza como representación científica.

Aprender modelos y aprender sobre modelos y modelización

Otro de los elementos centrales de nuestra aproximación a la planificación de unidades didácticas es la atención que prestamos a la dimensión epistemológica en la educación científica, lo que se ha dado en llamar “naturaleza de la ciencia” (Matthews, 1994; McComas, 1998; Adúriz-Bravo, 2005). Nos parece importante que los estudiantes reflexionen, por medio de “metamodelos” (esto es, modelos epistemológicos), sobre qué es la ciencia, cómo ha cambiado a lo largo de la historia y cómo se relaciona con la sociedad y la cultura (Adúriz-Bravo, 2005).

En este sentido, sugerimos (como tercera directriz didáctica) que es importante trabajar explícitamente sobre los procesos cognitivos, lingüísticos, materiales y sociales que se ponen en juego en la clase de ciencias naturales, para luego explorar sus semejanzas y diferencias con la actividad científica erudita (de los científicos) (Lozano et al., 2013). Estaríamos construyendo así una genuina actividad científica escolar en la que se rescate el papel epistémico central que modelos y argumentos tienen para el avance del conocimiento científico en su contexto de producción.

Por otra parte, nos parece que, en la planificación de cualquier unidad didáctica de ciencias naturales, debe darse un espacio destacado a la discusión del rol que ha jugado la modelización a lo largo de la historia de la ciencia. En este sentido, durante el trabajo alrededor de algún modelo importante de las ciencias naturales podría crearse el contexto idóneo para establecer una discusión epistemológica sobre el propio constructo de modelo.

UN EJEMPLO: LOS MODELOS ATÓMICOS

Uno de los temas de ciencias naturales que hemos venido trabajando más en profundidad desde esta perspectiva de modelos y analogías es el de la estructura de la materia. El currículo de ciencias naturales de nivel secundario básico y superior (en Argentina, con estudiantes de entre 12 y 18 años) prescribe para este tema una clásica aproximación histórica, a menudo muy lineal, que transpone algunos de los diversos modelos atómicos postulados por la ciencia desde la antigua Grecia hasta la Segunda Guerra Mundial.

La idea de “seguir” los cambios teóricos en la ciencia nos parece muy adecuada para trabajar la dimensión epistemológica de los contenidos científicos escolares, y por ello la mantenemos en muchas de nuestras intervenciones didácticas. Encontramos que puede resultar conveniente reducir la diversidad de modelos atómicos históricos a la serie clásica: Demócrito-Dalton-Thomson-Rutherford-Bohr.

A esta presentación secuencial de los modelos atómicos le añadimos los tres ingredientes que presentamos en la sección anterior a modo de directrices didácticas:

1. el uso de una gran cantidad de representaciones (científicas, didácticas y analógicas) sobre la estructura de la materia, promoviendo una reflexión crítica (metacognitiva) sobre ellas;

2. la introducción epistemológicamente vigilada de modelos analógicos elaborados (con o sin la secuencia MDA presentada más arriba) para explorar las transiciones entre los distintos modelos atómicos; y

3. dentro de la dimensión epistemológica, una referencia a la provisionalidad de los modelos y a su carácter semejante respecto de los sistemas reales.

La unidad didáctica (“Estructura atómica de la materia”) que presentamos en este capítulo como ejemplo de implementación de nuestros desarrollos teóricos fue realizada por dos profesoras en formación, Cecilia Gasparrou y Ana Laura Tomsin, en el marco de un curso universitario de grado de didáctica de las ciencias naturales (en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires). La unidad está programada para cubrir cuatro clases de 80-90 minutos cada una. La tabla 1 presenta una visión sinóptica de la unidad (Gasparrou y Tomsin, 2001).

Rescataremos cuatro elementos incluidos por las autoras en su planificación, que creemos resultan de la concreción de nuestras directrices didácticas:

1. La primera clase está enteramente dedicada a la dimensión epistemológica, con el objetivo de que los estudiantes “comprendan qué es un modelo y cuál es su importancia en la ciencia”. Se trabaja con el tradicional juego de la “caja negra”; el acento está puesto en la formulación de hipótesis como competencia cognitivolingüística. Tras la lectura de un texto sencillo sobre la naturaleza de la ciencia, la clase acuerda en entender el modelo de la caja como el “conjunto de hipótesis” que se han propuesto para explicar su comportamiento haciendo inferencias (basadas en modelos) sobre su contenido no visible.

2. La segunda clase explora la estructura de la materia en dos niveles de organización: el microscópico y el submicroscópico. Se pide a los estudiantes que imaginen una “ultralupa” capaz de ver la estructura íntima de la materia y que dibujen el resultado de diversas observaciones que se realizarían con tal lupa. En esta actividad se trabaja con representaciones concretas (fotos, dibujos, imágenes con rayos X y microscopio electrónico). Posteriormente, se elaboran otras representaciones concretas (maquetas) de la explicación que daría el modelo de Demócrito a los estados de agregación de la materia.

3. La tercera clase introduce la secuencia histórica de modelos atómicos (desde Demócrito hasta el un modelo actual, altamente simbólico y matemático) mediante un texto escolar de dificultad mediana. El énfasis está puesto, por una parte, en dar sentido a la propuesta de Rutherford (de un átomo con núcleo) a partir de entender las limitaciones del modelo de Thomson y, por otra parte, en la construcción de “análogos concretos” de los diferentes “átomos” históricos (es decir, las unidades estructural-funcionales de la materia postuladas en las distintas épocas). Se propone siempre a los estudiantes explicitar las divergencias entre modelo teórico y representación.

4. La actividad de síntesis y evaluación es individual y consta de tres preguntas. En la segunda de ellas se pide a los estudiantes que elaboren un párrafo de no más de cinco renglones donde expliquen su postura acerca cómo se encuentra formada la materia. Para responder a esta pregunta se requiere una valoración crítica de los diferentes modelos atómicos con los cuales los estudiantes han tenido contacto. Al mismo tiempo, se fomenta una mirada metacognitiva sobre las posibles divergencias entre el modelo atómico prescrito como contenido a aprender (modelo didáctico) y el modelo mental que los estudiantes mantienen.

Tabla 1. Visión sinóptica de la unidad didáctica que analizamos en este capítulo (Gasparrou y Tomsin, 2001).
Clase y duración:	1. Modelos científicos.	2. Discontinuidad de la materia.	3. Modelos atómicos.	4. Sistematización de lo hecho.
Actividades principales:	Juego: la “caja negra”.	Experimento pensado: la “ultralupa”.Maquetas: los estados de agregación	Cuestionario: la serie de modelos.Maquetas: los modelos atómicos.	Síntesis: Reflexión evaluativa por escrito.
Directriz ejemplificada:	Reflexión epistemológica.	Uso de representaciones concretas.Metacognición sobre las analogías.	Modelos y analogías. Análisis epistemológico.	Regulación metacognitiva.

ALGUNAS REFLEXIONES FINALES

En la planificación de la unidad didáctica realizada por las dos profesoras en formación, se introdujeron nuestras tres directrices didácticas a partir de un proceso de tutoría, lo que permitió conseguir un producto de aula sustentado en principios teóricos de la actual didáctica de las ciencias naturales. La solidez de la fundamentación teórica de la unidad puede verse en el hecho de que buena parte de las consignas propuestas por las profesoras sugieren fuertemente la producción de argumentaciones científicas escolares. Otro punto que muestra que el diseño está apoyado en marcos teóricos es el hecho de que coincide en muchos aspectos con propuestas publicadas por Niaz y Rodríguez (2000), Oliva et al. (2001) y Marchán-Carvajal y Sanmartí (2015) para la enseñanza de esta misma temática.

Las analogías de la unidad, trabajadas en consonancia con las recomendaciones del MDA, se constituyen en conocimiento de anclaje en la estructura cognitiva de los estudiantes. El conocimiento analógico construido contiene los conceptos que facilitarán el procesamiento de la información científica relacionada con los modelos didácticos que se están trabajando para la estructura de la materia. En la unidad, por tanto, los modelos analógicos fungen de “puente” (Clement, 1993) para el procesamiento de la información científica que es amplia y compleja.

El trabajo articulado que la unidad propone entre modelos analógicos y didácticos supone conceptualizar ambas herramientas como representaciones, “vigilarlas” metacognitivamente y reflexionar, desde un nivel metateórico, sobre la función que cumplen en la empresa científica.

En esta breve sección final queremos también destacar que la construcción de este capítulo nos ha obligado a una sistematización de las ideas de nuestro grupo de investigación. En el camino hemos podido determinar, por ejemplo, que estamos utilizando las analogías en diversas estrategias didácticas más o menos formalizadas, que incluyen la modelización y la argumentación.

Por último, una reflexión fuertemente autocrítica es que aún nos faltan diseños de investigación evaluativa rigurosos para poder valorar la incidencia de estas innovaciones didácticas “basadas en directrices” en la enseñanza y en el aprendizaje de los modelos didácticos y en la profesionalización del profesorado de ciencias naturales.

Bibliografía comentada

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BIBLIOGRAFÍA GENERAL

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