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LAS IDEAS DE LOS ALUMNOS Y ALUMNAS
ACERCA DE LA ESTRUCTURA CELULAR
DE LOS SERES VIVOS
CABALLER, M. J. y GIMI~NEZ,I.
Centros del Profesorado de Godella y Valencia.
SUMMARY
In this article we analyse the spontaneous ideas o € students of different levels (EGB, BUP, Teacher Training), in relation to the concept of pluricellularity. The resullts obtained show the low leve1 of input of academic intruction in the teaching of the cellular structure of living creatures, despite the fact that this subject is treated repeatedly in primary, secondary and teacher training school.
En los últimos años se ha prestado considerable atención. al estudio de las ideas que, sobre los conceptos científi- cos, poseen los y las estudiantes.
Se dispone ya de muchos resultados tanto en el campo de la Física y Química (Carrascosa 1985) como últimamen- te en el de Biología (Jiménez Aleixandre 1987) (Giordan, Martinand 1988), que muestran cómo las personas tie- nen arraigadas ideas acerca de los fenómenos naturales, bastante distintas de las explicaciones que se les da en la escuela al respecto.
Estas ideas o «concepciones espontáneas» pueden ser muy resistentes al cambio; por ello, una de las líneas más importantes en las investigaciones sobre didáctica de las ciencias ha sido, precisamente, el estudio de las causas de las ideas previas y su persistencia.
En el transcurso de su ejercicio docente muchos profe- sores y profesoras han detectado numerosas dificultades en el aprendizaje que ahora podríamos atribuir a la existencia, en la población escolar, de esquemas concep- tuales que se comportan como obstáculos a la hora de aprender. Conocer las características de estos obstáculois se convierte en algo muy importante porque puede permitir la acción docente y por tanto la calidad del aprendizaje.
En Biología se han realizado hasta el momento estudios de los esquemas conceptuales del alumnado en algunos
temas, como por ejemplo, el concepto de generación espontánea (Giordan 1978), la constitución de los seres vivos (Brumby 1979), la estructura del aparato digestivo (Giordan 1982), fotosíntesis (Gené 1984, Cañal 1986), etc.
Nuestro trabajo se enmarca en la línea de estos estudios, y se dirige a la determinación de las ideas del alumnado sobre el concepto de pluricelularidad.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Uno de los conceptos básicos en Biología es la estruc- tura celular de los seres vivos. Este es un concepto difícil de entender, puesto que no se puede derivar de la evidencia o de la observación cotidiana.
Podríamos plantearnos numerosas cuestiones en tomo al aprendizaje de estos conceptos: ¿Se produce verdaderamente el aprendizaje significati- vo del conceDto de célula como unidad de vida a lo largo de la escolaiidad obligatoria? ¿Comprenden los alumnos y las alumnas, de los diferen- tes niveles obligatorios, la complejidad de una estructu- ra pluricecular de los seres vivos?
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992, 10 (2), 172-
¿Qué características tienen las ideas previas de los y las alumnas respecto de este tema?
¿Dónde puede residir el obstáculo epistemológico fun- damental que tendremos que abordar (en el diseño del plan de trabajo como docentes) para facilitar el aprendizaje de estos conceptos?
Una respuesta a estos problemas requiere un estudio complejo sobre diferentes aspectos parciales y concre- tos. Para poder realizarlo es necesario acotar el campo de investigación.
Así hemos escogido sólo un aspecto, que desde nuestro punto de vista consideramos previo a cualquier otro estudio sobre el tema:
i l u á l e s son las características generales de las ideas de los y las alumnas sobre la constitución celular de los seres vivos?
Ciñéndonos al tema que hemos elegido (derivado del planteamiento inicial del problema), sabemos que existe entre los docentes -como consecuencia de su experiericia en el aula- la idea de que el alumnado conoce y compren- de que los seres vivos están formados por ckiuias~
Por otra parte, también son muy conocidas por el profe- sorado las dificultades que se plantean en el aula a la hura de comprender la fisiología de los seres vivos. Estas dificultades han sido estudiadas por diversos autoi:es como Giordan (1984) o Banet y Núñez (1 988-90).
Ambas apreciaciones se contradicen: una buena coin- prensión de la estructura celular de los seres vivos debería de facilitar la comprensión de los procesos fisiológicos, pero parece que no ocurre así. Ello nos hace sospechar que no se ha producido un aprendizaje signi- ficativo de este concepto (estructura celular de los seres vivos) puesto que el alumnado no es capaz de utilizarko en situación de aplicación.
¿Cuál seráentonces el verdadero obstáculoepistemológico? Posiblemente no se ~ u e d aencontrar una Única reswesta. Nosotras creemos que una de los dificultadeipuede residir en que no se llega a entender bien cómo funcion,a
la célula y por tanto cómo funciona un ser vivo en
función de sus unidades celulares.
Además parece que la representación que tiene el alumnado del funcionamiento interno de un ser vivo es similar al funcionamiento de una «máquina» o de un complejo «aparato» formado por piezas (corazón, estómago, etc.) y no se concibe como un proceso químico celular.
Otro aspecto que puede funcionar como obstáculo es la concepción de que las células son piezas (ladrillos) del edificio físico de los seres vivos pero no unidades impli- cadas en los procesos biológicos.
Todos estos supuestos (hipótesis) son demasiado gene- rales para una comprobación sistemática y rigurosa. Por ello, tomando esta idea general como punto de partida, nos ha parecido adecuado concretar una primera hipóte- sis operativa que podríamos resumir en el siguiente enunciado:
Losy las estudiantes alfinalizar la enseñanza obligatoria tienen asumida la constitución estructural, con base celular de los seres vivos (en líneas generales), pero existe una gran dificultad a la hora de entender el funcionamiento de los organismos complejos como re- sultado del funcionamiento celular coordinado.
4. DISENO EXPERIMENTAL
Estrategias de sondeo
Los antecedentes bibliográficos consultados que abor- dan la problemática de las ideas espontáneas de los alumnos y alumnas suelen proponer para explorar estas ideas diferentes tipos de cuestionarios. Las ventajas e inconvenientes de los diversos procedimientos (cuestio- narios directivos, semidirectivos, entrevistas, observa- ción en clase ...) han sido señalados por varios autores (Giordan 1982).
Cuando el número de alumnos y alumnas es elevado, el cuestionario se muestra como un instrumento bastante interesante porque permite obtener una información amplia y sobre todo bastante homogénea, dada la canti- dad de Dersonas consultadas. Un sistema de entrevistas o de preguntas demasiado abiertas podía presentar ideas muy diversas y difícilmente categorizables.
Por tanto, decidimos plantear unas primeras cuestiones con preguntas directas que contestaron alumnos y alum- nas de 8"urso de EGB, esperando que el análisis de sus respuestas indicara líneas o características que permitie- ran perfilar nuestras hipótesis y elaborar un nuevo cues- tionario que apuntara mejor en dirección a posibles obstáculos epistemológicos.
Del estudio y categorización de estas primeras respues- tas pudimos obtener algunas ideas para la posterior realización de un sondeo de mayor relevancia, por ejemplo:
No tenía mucho sentido preguntar directamente si los seres vivos estaban formados por células porque la respuesta casi inequívocamente resultaba afirmativa y no aportaba ninguna luz al conocimiento de sus ideas previas ni de los obstáculos en el aprendizaje.
Muchas de las cuestiones formuladas se contestaban de forma que no ofrecían certeza ninguna a la hora de su análisis, citaremos únicamente dos ejemplos:
- La pregunta «¿Todos los animales, vegetales y mine- rales están formados por células?» introducía con la palabra «mineral» una confusión en las respuestas ya que en varias ocasiones se detectó que el alumnado no
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1992,lO (2)
Pregunta: ¿Todos los vegetales están formados por
células?
Respuesta:
Tabla iI Sobre si los vegetales estan formados por células.
1 Prof. Formac. N = 53 1
*Diferencias significativas al nivel de 0'05
Pregunta: «De las cosas citadas a continuación di cuáles
tienen o son células ...»
Respuesta:
Tabla 111
Discusión
Del análisis de los resultados obtenidos podemos extraer unas primeras ideas generales:
- El conjunto de procesos de aprendizaje a lo largo de la vida escolar no consigue que los conocimientos se incorporen de forma estable y coherente; por ejemplo: cuando se pregunta si los animales están formados por
células, las respuestas son afirmativas (86'5% en 8" de
EGB; 100% en los demás niveles), sin embargo esta afirmación es claramente incompatible con las respuestas dadas acerca de la estructura celular de los huesos, el trigo, la higuera, el mejillón ...
Podríamos deducir a partir de estos porcentajes que la idea de que todos los seres vivos están formados por células se asume mentalmente, pero existen contradic- ciones que parecen mostrar que no se ha interiorizado significativamente el proceso; es decir:
Los alumnos y alumnas aparentemente creen o aceptan la idea de que los seres vivos están formados por células, pero, cuestionados en casos concretos o problemáticos, esta convicción se tambalea y se recurre a una respuesta aleatoria ¿Qué mecanismo intelectual puede llevar a algunas personas a afirmar que un caballo o una higuera no están formados por células mientras que está segura de que sí lo están las manzanas o los tiburones? Esta respuesta carece de explicación lógica a no ser que pensemos en la duda, la vacilación y la respuesta dada al azar en los seres propuestos al final del listado.
- Se observa una diferencia significativa entre las res- puestas dadas respecto de las estructuras de los animales y de los vegetales.
Observamos que incluso cuando efectuamos las pregun-
tas de forma directa son muchos más los alumnos y
alumnas que han incorporado la idea de la estructura celular en los animales que en los vegetales.
Y cuando nos atenemos a la estructura de seres vivos
concretos (respondiendo a la tercera pregunta en la que se proporcionó una lista de nombres de cosas o seres para que señalaran aquéllos que tuvieran estructura celular), los errores más abundantes se cometen respecto de los vegetales.
Es bastante conocida la dificultad que tienen los niños y niñas pequeños en reconocer a los vegetales como seres vivos, dificultad que se arrastra un tanto en edades posteriores (Brumby 1982, Looft 1974, Tamir 1981,
citados en las compilaciones de Jiménez y Serrano).
En este sentido,una asimilaciónautomáticay no significativa del concepto «ser vivo - formado por células» explicaría la dificultad en atribuir estructura celular a algo que no se tiene muy seguro como ser vivo.
3) Otros aspectos a destacar a partir de estos resultados
es que aquellos seres vivos o partes de seres vivos que ofrecen un aspecto mineral, rígido ... como huesos, cor- cho, coral ... presentan mayor dificultad a la hora de
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entenderlos formados por células. Este aspecto pétreo o rígido no se asocia con la idea de vida, de ser vivo, y por tanto no se entiende como formado por células.
4) Todo ello nos lleva a pensar que nuestra hipótesis de
partida de que los y las estudiantes adolescentes tienen
asumida la constitución celular de los seres vivos desde el punto de vista estructural, se ve seriamente limitada cuando se debe aplicar a situaciones indirectas o de aplicación del concepto. Pensamos que ello se debe a que la asociación teórica «ser vivo - estructura celular» repetida tantas veces a lo largo de la vida académica no ha sido aprendida significativamente.
5 ) Estadísticamente las diferencias entre los cursos de 8"
de EGB y los cursos superiores son significativas. Los
alirmnos y alumnas mayores cometen menos errores.
Atribuimos estos resultados a la maduración intelectual producida con la edad y la instrucción. Sin embargo los niveles de error, a nuestro parecer, todavía son altos. Este sería un campo interesante de investigaciones fu- turas.
B. Resultados que hacen referencia al funcionamien-
to de los seres vivos (célula como unidad funcional)
Pregunta: A veces nos arrancamos trozos de piel (cuando nos quemamos por el sol o cuando nos cortamos la cutícula de las uñas...). Si pudiéramos observar algunos de estos fragmentos al microscopio, ¿qué veríamos?
Respuesta: Ko relacionan la piel, y su regeneración, y su
estructura con las células y, por tanto, no tienen clara la relación entre estructura y función
Tabla IV Sobre l r i regeneración de la piel.
Discusión
- Los datos obtenidos muestran un alto porcentaje de personas que atribuyen estructura celular a la piel y la relacionan con su regeneración.
Be las explicaciones que se dan en las respuestas dedu- cimos que la representanción mental del alumnado está relacionada con la imagen «célula-ladrillo» ligada al tejido epidérmico. Las respuestas nos hacen pensar que su esquema conceptual está más relacionado con un papel estructural de las células que con un papel funcional, lo que vendría a reforzar nuestra hipótesis inicial.
Las diferencias encontradas entre 8"e EGB y BC'P con respecto de COU resultan significativas estadísticamente.
Es decir, a medida que se progresa en edad e instrucciOn se afianza la idea de una base estructural de los organismos.
Pregunta: Los animales necesitan incorporür oxígeno a organismo. Esta función la realizan a través del aparato
respiratorio y de allí el oxígeno pasa a la sangre y se
distribuye por todo el cuerpo. ¿,Porqué es necesaria esta distribución?
Respuesta: No relacionan el fenómeno de la distribiici6n de oxígeno con la composición celular de los seres vivos (ni con las necesidades de cada célula...).
Tabla V Sobre la distribución del oxígeno en el organismo.
Discusión
Cuando analizamos las respuestas dadas nos encontra- mos con que resulta dificultoso relacionar esta distribu- ción con la existencia de células, esto podría indicarnos que no se ha comprendido que las células, para desarro-
llar sus procesos vitales están necesitadas de oxígeno y
otras sustancias, lo cual estaría conectado con una idea inadecuada de lo que es un ser vivo.
Se entiende como ser vivo aquél que nace, crece, se
reproduce y muere y no se liga el concepto con el de
ciertas funciones metabólicas; por tanto, no se ve. nece- saria una distribución del oxígeno porque no es iina necesidad para el ser vivo celular, sino para el ser vivo macroscópico.
La idea de que el oxígeno es necesario para el ser vivo, aunque sin saber ni por qué ni para qué, ha sido bastante
mencionada (el 65% del alumnado de 1Qle BUP).
También hemos encontrado una referencia frecuente a la necesidad de oxígeno de la sangre, sin mayor explicitación. Estos comentarios se ~ o d r í a natribuir a la reiteración en el proceso de instrucck5n y los refuerzos constantes de la vida cotidiana.
Atendiendo a los distintos niveles educativos en los que se ha realizado el sondeo podemos decir que las diferen- cias son significativas y a una mayor edad y madure& correspondenrespuestasmás adecuadas.Podrianiosatribiiir estas diferencias a que se conocen mejor los requisitos funcionales de la célula como ser vivo (necesidad de
oxígeno y nutrientes ...) y, por tanto, se es consciente de
la necesidad de una organización en los organismos complejos en relación con estas necesidades celulares
(no olvidemos que los y las alumnas de COL si" han
estudiado un metabolismo celular básico en el curso académico anterior). A pesar de ello, casi e.1 40% del alumnado de COL no relaciona el fenómeno de la distri-
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INVESTIGACI~NY EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS
Tabla VI11 B. Respecto de la base celular en el funcionamiento
Sobre el crecimiento de los huesos. fisiológico de 10s organismos
Aun cuando se asuma la estructura celular, no se relacio- na con funciones fisiológicas tales como el transporte, el crecimiento o las funciones de secreción, lo cual apoya nuestra hipótesis.
Parece ser que existe una gradación de dificultad a la hora de entender determinadas funciones de los organis- mos complejos: son más fáciles de entender los procesos derivados de las necesidades de las células constituyen- tes (como el transporte de oxígeno) que los procesos
Discusión derivados del servicio de las células al funcionamiento
global del organismo (crecimiento o secreción). La idea del crecimiento de los huesos no está ligada a una estructura celular; prácticamente se puede decir que en De todo ello podemos concluir que nuestra hipótesis de ningún caso y en ningún nivel, puesto que las diferencias que «existe una gran dificultad a la hora de entender el entre los grupos no han resultado significativas. (^) funcionamiento de los organismos complejos como re- sultado del funcionamiento celular coordinado» se ve Además, esta pregunta registra el más alto nivel de (^) confirmada en este primer trabajo mientras que la «asun- respuestas inadecuadas de cuantas se han formulado. (^) ción de que existe una constitución celular en todos los seres vivos» se ha visto falseada para el caso de los
Atribuimos estos resultados a dos factores: vegetales.
a) La dificultad ya mencionada de entender el creci-
miento como resultado de la proliferación celular.
h) El aspecto pétreo o mineral de los huesos que no permite la conexión con la idea de ser vivo. Si no se 7. PERSPECTIVAS considera que el hueso está formado por materia viva, es lógico que se piense que no está formado por células. 1) Comprender que los seres vivos están formados por Estos resultados los podemos conectar con los obtenidos células no es algo que resulte fácil puesto que no es un en el primer apartado del cuestionario. fenómeno observable directamente ni de manera coti- diana.
Históricamente el proceso de elaboración de la teoría celular ha durado muchísimo tiempo y sólo ha sido posible a partir de importantes avances tecnológicos que
6. CONCLUSIONES han permitido la observación directa de las células que forman parte del organismo (además del importante Después de las discusiones anteriores podemos extraer cambio que supuso la incorporación de la metodología dos tipos de conclusiones: científica hipotético-deductiva).
Durante el período de instrucción general básica el
A. Respecto de la estructura celular de los seres vivos alumnado apenas desarrolla actividades prácticas en las
que se observe, se reflexione y discuta acerca de la Aunque la mayor parte de las respuestas confirman (^) estructura celular de los seres, sólo se les insiste en la nuestra hipótesis de partida de que el alumnado ha (^) idea de forma reiterada. Recordemos que a estas edades asumido de forma teórica que los seres vivos están (^) es muy importante apoyar el aprendizaje en lapercepci6n formados por células y contestan adecuadamente cuan- (^) y proporcionar imágenes visuales que permitan elaborar do se les pregunta directamente sobre ello, llama la (^) modelos gráficos o fotográficos, pero en la mayoríü de atención que un porcentaje no despreciable de la pobla- (^) las escuelas no se realizan actividades de este tipo
ción de 8 V e EGB no responda rotundamente y vacile en (muchas de ellas no tienen o no utilizan microscopios,
el caso de los vegetales. (^) fotografías o diapositivas). ¿Podría esta deficiencia es- tar relacionada con la dificultad de aprehensión de este Las contradicciones encontradas parecen mostrar que (^) conocimiento? Este sería uno de los campos a investigar este concepto no se ha interiorizado significativamente (^) como derivación de estos primeros resultados.
aun en el caso de personas de mayor edad (entre un 20 y
un 3 0 8 de los y las alumnos y alumnas de Escuelas de (^) 2) Parece ser que una de las mayores dificultades a la Formación del Profesorado). (^) hora de entender a los seres vivos como constituidos estructural y funcionalmente por unidades celulares es la En este aspecto veríamos falseada parte de nuestra hipó- (^) de comprender adecuadamente las características que tesis inicial. (^) definen al ser vivo. Se tiende a pensar que es algo que
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funciona macroscópicamente, como una serie de rnáqui- nas acopladas, y no se atribuyen necesidades de materia y energía a cada una de las células, como si éstas no necesitaran cubrir necesidades vitales.
El nivel de comprensión y aceptación de la célula como unidad funcional es muy bajo en todos los niveles estu- diados. De acuerdo con Dreyffus y Jungwith (ya citados) esto constituye un verdadero obstáculo epistemollógico para comprender el funcionamiento del organismo com- plejo. Insisten en la idea de que una de las dificultades para entender la célula como ser vivo reside en el desconocimiento de los Drocesos a nivel bioauímico de
los procesosbiológicos y phr ellorecomiendanexpresamente
que estos contenidos se traten posteriormente.
contemplar aspectos mencionados en los dos apartados anteriores, como por ejemplo:
1) Promover la explicitación de las ideas espontáneas de
las alumnas y los alumnos.
Con las ideas que proporcionen, se diseñarán expe- riencias que permitan comprobar o refutar sus ideas.
Proveer de imágenes reales de la estructura celular de los seres vivos que faciliten una elaboración mental de los modelos biológicos.
Planteamiento de problemas acerca de la estructura celular de los seres vivos.
Otra derivación de esta primera aproximación a las ideas 5) Elaboración de una secuencia de actividades en las
sobre la constitución celular de los seres vivos será, que se planteen los conflictos cognitivos pertinentes,
pues, investigar sobre estas dificultades y sobre si es utilizando como apoyo las investigaciones realizadas,
verdaderamente difícil la vía del conocimiento de niveles las ideas expresadas por los alumnos y las alumnas y
químicos complejos o puede superarse con una metodo- la historia del proceso de elaboración de la teoría logía distinta este obstáculo epistemológico. celular.
- De acuerdo con la literatura de los últimos años, una propuesta de enseñanza aprendizaje de las Ciei~cias naturales que favorezca la superación de las ideas intuitivas de los y las alumnos y alumnas, y que afiance: los conceptos, pasa necesariamente por procedimientos y actitudes de cambio, de análisis crítico ... promovidos a través de actividades coherentes con la naturaleza del trabajo científico.
A nuestro entender los rasgos generales de una propuesta
metodológica para el estudio de este tema deberían
Nos parece necesario, para terminar, comentar que cual- quier secuencia de trabajo no debería pretender terminar con el problema de los «errores conceptuales» que pu- dieran tener los o las alumnas, más bien se trataría de poner las bases para que este concepto no se comportara como un obstáculo epistemológico y pudiera abordarse de nuevo la relación estructura/función a nivel celular en etapas posteriores facilitando, por tanto, el aprendizaje en cursos posteriores cuando existan ya unas nociones de química y puedan reinterpretarse estos conocimien- tos básicos.
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