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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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