Una reflexión acerca de los modelos mentales desde lo epistemológico y didáctico

    1. Resumen
    2. Presupuestos conceptuales
    3. Concepción de modelo científico
    4. Lo de la modelación en ciencias de la naturaleza
    5. La construcción y reconstrucción de modelos mentales explicativos en el sistema aula
    6. Implicaciones didácticas
    7. A modo de conclusiones
    8. Bibliografía
    1. RESUMEN

    A continuación se presenta una síntesis de los consensos a los cuales han llegado los investigadores en didáctica de las ciencias en los que respecta a la categoría de modelo científico y modelo mental. Se muestra a consideración de la comunidad en educación en ciencias, un modelo teórico para la caracterización de los modelos mentales (Amador-Rodríguez, 2006) que construyen los estudiantes, con respecto a los distintos eventos físicos que acontecen en la naturaleza.

    PALABRAS CLAVE: Modelos mentales, modelos científicos, epistemología y modelación.

    PRESUPUESTOS CONCEPTUALES:

    Versiones epistemológicas acerca del desarrollo del conocimiento científico

    Para dar cuenta del desarrollo del conocimiento científico, los especialistas en filosofía en ciencias y en historia, han generado distintas versiones epistemológicas, en este documento se desarrollarán tres visiones, las cuales a nuestro parecer son las más referenciadas en el momento de argumentar las evoluciones de las ciencias de la naturaleza. Se es del parecer de que la versión de Bacon, en cuanto a la elaboración del pensamiento científico, no es hoy referencia para abordar la dinámica de la evolución científica, como lo han establecido los epistemólogos del siglo XX.

    Bacon (1979), considera que el conocimiento existe en la estructura de la naturaleza per se, soportada en una lógica inductiva. Piensa este autor, que desde el examen de los fenómenos naturales se puede acceder al conocimiento, mediante una observación sistemática, con el fin de descubrir los principios o leyes que la rigen. Por tal motivo, la percepción es el origen y prueba última del conocimiento, la experiencia es la única fuente del conocimiento y las teorías se formulan a partir de inferencias inductivas. Se asume que la mente humana es como "una hoja en blanco", en la que se escribe la experiencia.

    Para poder llegar a las leyes o principios, Bacon recomienda eliminar las suposiciones y creencias que se puedan tener respecto a la dinámica de la naturaleza, con el objeto de que la observación sea pura. Las anteriores afirmaciones soportan la versión denominada, empiropositivismo.

    El profesor K. Popper (1962), realiza en su libro denominado la Lógica de la Investigación Científica una crítica a la lógica inductiva, planteando que dicha versión no posee una argumentación conceptual y metodológica del desarrollo y construcción del conocimiento científico, para lo cual retoma los planteamientos de la lógica deductiva, con el fin de argumentar la edificación del conocimiento científico.

    Este autor introduce un criterio de demarcación denominado falsación, precisando que toda proposición o sistema de proposiciones es científico, en virtud de que puede ser falsado mediante lo que él denomina experimentos cruciales. Establece, que sin importar cuántos resultados experimentales corroboren una teoría, existirá siempre la probabilidad de que se diseñe un experimento cuyos resultados la falsen, surgiendo la necesidad de elaborar una teoría sustituta; en consecuencia, ninguna teoría científica es absolutamente verdadera. Justifica Popper, que el desarrollo del conocimiento científico es explicable, por la existencia, en cada época, de teorías rivales.

    Otra propuesta, es la que plantea el epistemológico-historicista T. Kuhn (1972), bajo la misma lógica propone las categorías de paradigma, paradigmas en competencia, crisis paradigmática y revolución científica, con el objeto de explicar la evolución del conocimiento científico. Kuhn propone, en primer lugar, el problema del desarrollo científico en términos de paradigmas en competencia; en segundo lugar, una etapa de ciencia normal en la que las teorías conservan su vigencia; otra etapa de ruptura que corresponde al periodo de ciencia revolucionaria y que da lugar a cambios paradigmáticos

    Para Kuhn, el surgimiento de un nuevo paradigma afectará la estructura del paradigma vigente, atrayendo a la mayoría de los científicos. En los periodos de ciencia normal, los hechos o eventos corresponden a las teorías existentes, mientras que los períodos revolucionarios implican cambios profundos de paradigmas.

    A partir de las críticas que se les formulan a K. Popper y T. Kuhn, el profesor I. Lakatos (1983), propone la categoría de programa de investigación científica, para dar cuenta del desarrollo histórico del conocimiento científico. Todo programa de investigación está conformado por un núcleo firme, organizado por tres o cuatro leyes o proposiciones centrales que direccionan el quehacer investigativo; por decisión del grupo de investigación que formule el programa, el núcleo no se afecta directamente con las contrastaciones empíricas; es el cinturón protector, conformado por un conjunto de hipótesis que se derivan del núcleo, el que recibe los impactos de tales contrastaciones.

    Desde la propuesta del profesor Lakatos, se sostiene que la elaboración de un nuevo programa de investigación es una reinterpretación de los fenómenos o hechos descritos y explicados por los programas vigentes. La formulación del nuevo programa de investigación no reemplazará de inmediato al anterior, ya que la comunidad ha de validar sus presupuestos conceptuales y metodológicos, para que se consolide como programa vigente. Los anteriores presupuestos conceptuales son los que soportan la versión epistemológica constructivista.




    En los últimos años, los filósofos e historiadores de las ciencias concuerdan en que los planteamientos anteriormente desarrollados, poseen un rigor conceptual y metodológico, en cuanto que sustentan el desarrollo de la física como ciencia (Campanario, 2004). Por tal razón, para dar cuenta de la construcción de las otras ciencias de la naturaleza (Biología, Geología y Química), se esta trabajando la categoría epistemológica de modelo científico. Dentro de la comunidad se presenta un consenso, sobre esta categoría epistemológica, en cuanto se considera una representación abstracta del conjunto de interacciones, que conceptual y metodológicamente se delimitan como objeto de conocimiento (Gallego Badillo, 2004).

    Hasta este punto se han expuesto los marcos teóricos de dos versiones epistemológicas, que a nuestro parecer son las que mas se referencian, para explicar la dinámica del conocimiento científico.

    En relación con la idea anterior, es de anotar que algunos investigadores en el campo de la filosofía de las ciencias, acotan los presupuestos del constructivismo y del empiropositivismo como versiones epistemológicas, en cuanto que soslayan las interacciones sujeto-objeto, tanto como las correlaciones contextuales con la sociedad en la que se proponen las teorías o modelos científicos (Giere, 1992).

    Sustenta el profesor Giere (1992), que la ciencia es una actividad cognoscitiva, en la que la dinámica del trabajo de los hombres y mujeres de ciencias es la de generar o construir conocimiento.

    Para obviar los problemas anotados, los filósofos de las ciencias acuden a lo que se ha denominado realismo científico, concepción que encuentra su sustento en el campo del naturalismo científico, tendencia epistemológica que al dar entrada a componentes tales como la psicología y la sociología de las ciencias, permite justificar la toma de decisiones de los científicos, como sus intereses y desde ese conjunto formular sus teorías o modelos científicos, que justifican los eventos físicos.

    Sostienen los investigadores del naturalismo científico, que la tesis central de esta posición es la de que la ciencia debe ser estudiada como cualquier otro fenómeno empírico o natural (Zamora Bonilla, 2000). El propósito que persiguen los hombres de ciencias es un objeto artificial, esto es, la representación, a su parecer, más adecuada de la realidad con el fin de justificar el comportamiento de la naturaleza.

    Es entendido por realismo científico un principio de correspondencia que establece una relación más o menos biunívoca entre los discursos científicos y las entidades del mundo natural (Adúriz-Bravo, Izquierdo y Estany, 2002). En consecuencia predican una relación necesaria entre racionalidad y realidad.

    Al parecer, existe un consenso entre la comunidad que entiende la racionalidad como la justificación de la estrategia y los métodos de conocimiento científico que desarrollan los hombres y mujeres de ciencias, en cuanto que generan teorías o modelos científicos, con el objeto de sustentar la construcción del saber científico; la estrategia que siguen los científicos es racional ya que los conduce a resultados razonables y aceptables (Zamora Bonilla, 2000).

    El profesor Aduríz-Bravo (2001), sostiene que la formulación de teorías científicas, capta en gran medida la estructura de la realidad; desde esta posición se entiende que las teorías o modelos científicos son elaboraciones del intelecto humano. Sostiene este investigador, que se estaría abordando el desarrollo del conocimiento científico desde lo que denomina realismo crítico. Este reconoce que las entidades de la ciencia, entendidas como modelos científicos, teorías, leyes, etc., son creaciones del intelecto humano.

    Este realismo crítico es pragmático, dado que los modelos o teorías construidos por los científicos, constituyen explicaciones parciales de la realidad, en las que solo se abordan algunos aspectos de la naturaleza; esto es, porque la correspondencia entre la formulación de los modelos o teorías, con el objeto de justificar un evento, no es extrapolable a otros fenómenos; es decir, la relación es uno a uno y lineal entre los eventos de la naturaleza y la elaboración de teorías o modelos científicos.

    CONCEPCIÓN DE MODELO CIENTÍFICO

    Los investigadores en filosofía de las ciencias de la naturaleza para abordar e interpretar la dinámica de las ciencias, tuvieron como base los cambios ocurridos en el seno de la física, sobre todo a finales del siglo XIX y comienzos del XX. Acudieron a la categoría epistemológica de teoría, propia de este ciencia; categoría cuya estructura proviene de la "Principia" y la "Óptica" de Newton. Piensa la comunidad que tal estructuración creó una versión "dura" de teoría, organizada en definiciones, postulados, demostraciones matemáticas y corolarios.

    Giuseppe Del Re (2000), propone que los modelos científicos se podrían agrupar en dos categorías: modelos físicos y modelos matemáticos, que son herramientas no accesibles por los sentidos, siendo modelos idealizados que representan a los sistemas que se suponen existen en el mundo físico.

    Para Kretzenbacher (2003), los modelos científicos tienen la capacidad de representar objetos o fenómenos que acontecen en la naturaleza. Para este autor los modelos científicos tienen la capacidad de enlazar las teorías con observaciones empíricas, con la intención de aplicar las teorías a clases específicas de fenómenos o eventos que acontecen en la naturaleza. Para Ingham y Gilbert (1991), un modelo es una representación simplificada de un sistema que se concreta en un aspecto específico.

    Islas y Pesas (2004), conciben los modelos científicos como representaciones idealizadas de eventos físicos en la naturaleza, construidos por las hombres y mujeres de ciencias ante la necesidad de solventar aquellos problemas que se presentan en el mundo; dichos modelos se elaboran a la luz de una teoría, la formulación se realiza desde un marco conceptual y metodológico y desde estas delimitaciones los investigadores deciden las variables que han de tener en cuenta y cuales despreciar, lo anterior permite construir un análogo del sistema que se estudia.

    La formulación de modelos científicos surge como una propuesta explicativa a un fenómeno que acontece en la naturaleza, por tal motivo un modelo no cubre la totalidad de los aspectos del sistema real que representa, sino solo aquellos que tienen relevancia a la luz de la teoría que hace referencia a ese sistema.

    Para Galagovsky y Adúriz-Bravo (2001), los modelos científicos son herramientas de representación teórica del mundo, auxiliares para explicar, predecir y transformar el mismo. Sustentan los autores que los modelos científicos son construcciones provisorias y perfectibles, es decir, ningún modelo científico posee la verdad absoluta y definitiva acerca del comportamiento del mundo.

    Las comunidades científicas proponen modelos del mundo que se adaptan con gran precisión a las intervenciones experimentales, buscando generar lenguajes específicos altamente abstractos y compatibles (Izquierdo y Adúriz-Bravo 2005). Consideran a las teorías como las que establecen los límites que condicionan las intervenciones posibles, lo que puede y lo que no puede pasar, es decir, son las reglas por cumplir.

    Otra versión de modelo científico es la que proponen Greca y Dos Santos (2005), estas investigadoras afirman que la concepción de modelo científico depende de la ciencia que se trabaje; por ejemplo, afirman que una teoría física puede ser pensada como un sistema de representaciones en la que conviven dos conjuntos de signos: los signos matemáticos y los signos lingüísticos. Los signos matemáticos configuran el formalismo de la teoría, son el conjunto de enunciados de la teoría, privados de su contenido semántico; los modelos matemáticos son derivados de alguna teoría matemática. Los signos lingüísticos están organizados en enunciados, los cuales se refieren a los fenómenos que la teoría pretende describir y adquieren significado en el contexto de la teoría.

    Para Giere (1992), un modelo teórico es el medio con el que los hombres y mujeres de ciencias representan el mundo tanto para sí mismos como para los demás, pero afirma que en la construcción y reconstrucción de modelos científicos juegan un papel importante las hipótesis teóricas, estas se entienden como una entidad lingüística, es decir, un enunciado que afirma cierto tipo de relación entre el modelo y un sistema real dado o una clase de sistemas reales. Concluye el autor que una teoría estaría constituida por dos elementos: a) la población de modelos y b) una diversidad de hipótesis que vinculan esos modelos con sistemas reales. La teoría incluye tantos enunciados que definen la población de modelos y algunos tipos importantes de sistemas reales y estos se identifican por ser semejantes a uno de los modelos.

    Los autores del presente documento, acogen la siguiente afirmación: los modelos científicos son construcciones y reconstrucciones de los individuos, que son elaborados desde sus estructuras mentales (Amador-Rodríguez, Gallego Badillo y Pérez Miranda, 2005a), con el objeto de dar cuenta de aquellos fenómenos que acontecen en la naturaleza.

    LO DE LA MODELACIÓN EN CIENCIAS DE LA NATURALEZA

    La profesora Izquierdo y el profesor Adúriz-Bravo (2005), consideran la "modelización" como aquel proceso de transformación del mundo, que se produce como consecuencia de los modelos mentales que construyen los científicos.

    Partimos de la idea de que en el sistema aula, el conocimiento científico se hace objeto de trabajo por parte del didacta de las ciencias, con la intención de que los estudiantes generen explicaciones de los fenómenos desde modelos mentales. Pensar en que el conocimiento científico se hace objeto de conocimiento, es considerar que el docente le atribuye un carácter de enseñable al conocimiento científico.

    ¿Quién modela el conocimiento científico en el aula?, a nuestro parecer el docente es quien presenta su versión de los consensos obtenidos por la comunidad científica, en cuanto explicaciones de los fenómenos. La otra parte del sistema aula, estaría representada por los estudiantes; estos en el momento en que el didacta presenta su versión acerca del comportamiento de los fenómenos físicos, la analizan e interpretan desde sus estructuras mentales y de acuerdo con su criterio las modifican.

    En el momento en que el estudiante realiza una reconstrucción o construcción de sus estructuras mentales está modelando el conocimiento científico, puesto que genera para sí un modelo mental explicativo de un fenómeno determinado, modelo que se puede o no aproximar a los consensos de los que han llegado los científicos.

    LA CONSTRUCCIÓN Y RECONSTRUCCIÓN DE MODELOS MENTALES EXPLICATIVOS EN EL SISTEMA AULA.

    Hecha una revisión bibliográfica en cuanto a lo que han trabajado los investigadores en didáctica de la ciencias en este campo de conocimiento, se encuentra la propuesta de la profesora Gutiérrez (2005), en la que sustenta que los estudiantes construyen modelos mentales con el objeto de generar una interpretación de una porción del mundo; se entiende por modelos mentales como aquellas representaciones "cognoscitivas internas" que elaboran los estudiantes para formular una posible explicación del mundo físico.

    Afirman Moreira y Rodríguez Palmero (2002) que los modelos mentales son representaciones que las personas elaboran idiosincráticamente, con el objeto de representar aquellos eventos físicos, o como lo denominan estos investigadores, "estados de cosas más abstractos". Nappa, Insausti y Sigüera (2006), afirman que un modelo mental es una representación dinámica generativa que puede ser manipulada mentalmente, para proveer explicaciones causales de fenómenos y hacer previsiones sobre un estado de cosas del mundo físico.

    En la figura 1 se presenta un esquema que muestra los diferentes modelos mentales explicativos que construyen los individuos a partir de unos escenarios establecidos, con el propósito de identificar epistemológicamente los distintos modelos mentales explicativos que elaboran los estudiantes para un suceso físico.

    Figura 1. Modelo teórico para la comprensión de modelos mentales explicativos (Amador-Rodríguez, 2006)

    En lo que hace a los modelos científicos como categoría epistemológica, se afirma que son construcciones de la comunidad científica, que se refieren a un sistema que está presente en la naturaleza. Los profesores Fernández González; González González y Moreno Jiménez (2005), afirman que los modelos científicos son las representaciones más simples de fenómenos o situaciones complejas (tópicos) que existen en el mundo.

    Como se propone en el modelo teórico (Figura 1), los modelos mentales explicativos que elaboran los individuos en general, son representaciones que construyen para dar cuenta de un suceso. Se tomó la decisión de llamarlos modelos mentales explicativos, porque no solo son representaciones internas que explican el evento, sino que fundamentan el proceso discursivo que permite comunicar y contrastar con el otro el producto de la construcción de saber sobre el particular (Amador-Rodríguez, 2006).

    Los modelos mentales explicativos se clasifican en: modelos de sentido común y modelos mentales estructurantes. Estos últimos se pueden diferenciar a partir de tres versiones epistemológicas (Amador-Rodríguez, Gallego Badillo y Pérez Miranda, 2005b).

    ¿Qué son los modelos de sentido común?, son aquellos que elaboran los estudiantes a partir de su relación e interacción con el mundo, sin referirlos a una educación escolarizada. Estos modelos no poseen fronteras bien definidas, no son científicos, es decir, surgen de las creencias de las personas, con el objeto de interpretar el mundo que las rodea. La construcción de los modelos mentales explicativos de sentido común (MMESC), adquieren validez en un contexto en el cual las explicaciones son construidas a partir de sus observaciones y sin ningún apoyo conceptual y metodológico, son modelos dinámicos, esto es, un único modelo (MMESC), funciona para distintos fenómenos físicos, sin importar si se quieren comprender situaciones del mundo microscópico o macroscópico.

    Se propone que los modelos mentales explicativos estructurantes (MMEE) son aquellos que elabora el individuo a partir de una intervención didáctica; esto es, son los modelos de sentido común modificados mediante un trabajo didáctico. Se considera que tal construcción o reconstrucción se realiza en la medida en que los estudiantes trabajan a partir de las propuestas de quienes han formulado modelos científicos. Se es del parecer de que en el momento en que los individuos hacen parte de un sistema educativo oficial, comienza un cambio de mirada acerca del comportamiento del mundo, permitiéndoles realizar una reconstrucción y/o construcción de sus modelos (MMESC), de ser asi, se estarían acercando a los consensos que ha establecido la comunidad para comprender el mundo.

    El interrogante que surgió a partir de una investigación didáctica (Amador-Rodríguez, 2006), fue el de si los modelos mentales estructurantes que elaboran los individuos se pueden diferenciar unos de otros, ya que desde la investigación se detectó que los modelos (MMEE) que elaboraban los individuos eran epistemológicamente diferentes; para ello se recurrió a las siguientes versiones epistemológicas: el empiropositivismo, el constructivismo y el de racionalidad/realidad.

    Se considera que desde estas versiones se puede precisar si los modelos mentales explicativos que construyen y reconstruyen los estudiantes, se acercan o no a la dinámica del desarrollo del conocimiento científico.

    IMPLICACIONES DIDÁCTICAS

    Hechas las consideraciones anteriores, se es del parecer de que si el docente acoge la idea de que sus estudiantes reconstruyen y construyen modelos mentales acerca de los eventos físicos, será una ventaja, puesto que pensar en que los estudiantes generan modelos o representaciones de situaciones físicas como lo hacen las comunidades científicas, es considerar que el conocimiento no es lineal y absoluto en el sistema aula y que a partir de una estrategia didáctica el docente estará en capacidad de modificar los modelos mentales de sus estudiantes con el fin de aproximarlos a los consensos de la comunidad.

    Trabajar desde esta perspectiva, permite que el docente detecte si su estrategia didáctica es confiable, para que sus estudiantes generen modelos mentales que se aproximen a los modelos científicos.

    En una investigación efectuada por Amador-Rodríguez (2006), se determinó que para diferenciar los distintos modelos mentales que generan los estudiantes, en cuanto a un fenómeno químico en especial, era importante trabajar la historia de las ciencias, ya que les permitía elaborar modelos mentales explicativos que se aproximen a los consensos que ha establecido la comunidad.

    Otro punto que se determinó en esta investigación, es el de que no hay mejor herramienta que la escritura para identificar los distintos de modelos mentales que construyen los estudiantes, para dicha investigación aquellos que han optado por ser didactas de la química. Por tal motivo se piensa que las pruebas de composición, permiten al individuo expresar su conocimiento acerca de un tema, concepto, etc., teniendo en cuenta que el escrito permite una más tranquila exposición del conocimiento elaborado que lo expuesto verbalmente.

    Las pruebas escritas poseen un rigor conceptual y metodológico al que da lugar la recolección de información válida y confiable y como parte fundamental de una estrategia didáctica que formule un docente de ciencias de la naturaleza. El análisis de las composiciones es una forma particular de determinar que modelos mentales elaboran los individuos, se persigue analizar los modelos plasmados en el documento desde tres versiones epistemológicas.

    Como complemento a lo anterior, se considera que realizar conversatorios con los estudiantes acerca del objeto de investigación, esto es, las teorías o modelos científicos, permite a los individuos construir una versión o modelo mental más cercano a los modelos científicos. Dicho trabajo ha de ser orientado por el docente, quien es el representante de la comunidad científica, por lo que el profesor ha de formular los cuestionamientos que orienten la discusión, con el objeto de que se trabaje la temática en estudio.

    Diseñar y ejecutar estrategias didácticas para la formación inicial de profesores de ciencias (Amador–Rodríguez, Gallego Badillo y Pérez Miranda, 2005a; Amador-Rodríguez, Moreno García y Gallego Badillo, en prensa), por ejemplo, en las que en su interior se integren la determinación y evolución de los modelos mentales de los futuros profesores permitirá detectar qué versión de ciencia elaboran los profesores en formación y posiblemente qué visión de estas ciencias enseñarían, por lo tanto, es función del docente que forma a otros docentes, plantear y replantear sus estrategias didácticas de tal manera que permitan que los modelos mentales de los estudiantes se aproximen a los modelos científicos consensuados por las comunidades académicas.

    A MODO DE CONCLUSIONES

    Se considera que la integración del campo de los modelos mentales a la didáctica de las ciencias, permite mirar el proceso de enseñanza/aprendizaje desde otros marcos conceptuales y metodológicos generando nuevas interpretaciones a problemas que desde otros marcos teóricos no poseían una posible respuesta.

    En la actualidad, en la comunidad de especialistas en didáctica de las ciencias de la naturaleza, esta surgiendo un consenso, en cuanto a tomar en lo que respecta a ideas tales como: ideas alternativas de los estudiantes; pre-conceptos; ideas previas, concepciones alternativas entre otras, Conceptos estos que intentan determinar qué conocimiento posee un individuo de una teoría o modelo científico, antes de que el docente realice su trabajo didáctico en el sistema aula, asumir que los estudiantes han elaborado modelos o representaciones es pensar que es posible construir versiones de mundo desde marcos conceptuales científicos y no científicos, en este caso el rol del docente de ciencias es la de permitir que sus estudiantes re-evalúen sus modelos mentales con el fin de que reconstruyan y construyan sus modelos.

    En este documento se propone que epistemológica y didácticamente es posible diferenciar los modelos mentales de los estudiantes, acudiendo a marcos epistemológicos y estrategias didácticas, con la intensión de establecer la versión de ciencia que elaboran los individuos de las ciencias de la naturaleza. iantes con el fin de aproximarlos a los consensos de la comunidad13131313131313131313131313131313131313131313131313

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    Rafael Yecid Amador Rodríguez

    Docente Universidad Distrital Francisco José de Caldas y Colegio Claretiano de Bosa. Bogotá-Colombia.

    rafaelyecid[arroba]gmail.com

    Licenciado en Química y Magíster en Docencia de la Química de la Universidad Pedagógica Nacional (Bogotá-Colombia).

    Deysi E. Moreno García

    Licenciada en Química y estudiante de la Maestría en Docencia de la Química de la Universidad Pedagógica Nacional (Bogotá-Colombia).

    Docente Institución Educativa San Mateo Soacha-Cundinamarca-Colombia.

    deysimorena2[arroba]hotmail.com



    Artículo original: Monografías.com

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