Kitabı oku: «Representaciones y aprendizaje de las ciencias»

Capítulo i
Representaciones y aprendizaje de la ciencia

Las representaciones tienen una larga historia en los análisis epistemológicos y cognitivos, los cuales han mostrado lo relevante de las representaciones para comprender tanto el desarrollo del conocimiento científico como el conceptual en los sujetos, en los distintos campos de la ciencia. Por ello, como se describirá en los capítulos siguientes, su comprensión es esencial para entender la construcción del conocimiento que ocurre, también, en los procesos educativos.

En el caso del aprendizaje de la ciencia, el análisis de las representaciones y su relación con los procesos de aprendizaje y enseñanza es mucho más reciente, pero cada vez más relevante (Amin, Smith y Wiser, 2014; Brown, 2013; Halloun, 2004; Pande y Chandrasekharan, 2017; Tytler y Prain, 2013). Se cuenta, actualmente, con varios enfoques y temáticas de análisis de las representaciones que atañen a diversos aspectos, como el diseño de propuestas didácticas para su empleo en el aula, o bien para desarrollar y analizar concepciones y competencias que implican las representaciones en el desarrollo conceptual de los alumnos y también sobre las ventajas de utilizar recursos representacionales que proporcionan las tecnologías digitales (Wu y Puntambekar, 2012; Parnafes, 2012).

También se han desarrollado trabajos sobre la diversidad representacional y su función en los procesos de aprendizaje (diSessa, 2004; Fredlung, Linder, Airey y Linder, 2014; Niebert y Gropengiesser, 2015), así como estudios sobre múltiples representaciones, tanto en lo relacionado con sus implicaciones para el aprendizaje (Ainsworth, 2006; Schnotz y Bannert, 2003) como las relativas a los marcos conceptuales de los alumnos. Por ejemplo, la determinación de coexistencias e inconmensurabilidades en los estudiantes (Flores Camacho et al., 2007). Otros estudios abordan aspectos como su función epistémica y/o cognitiva tanto en la construcción de representaciones por parte de los alumnos como en sus implicaciones con el uso de representaciones externas (Flores Camacho et al., 2007; diSessa, 2014) así como el papel de las representaciones en el desarrollo histórico de los conceptos y teorías científicas y sus aportaciones para la enseñanza (Nersessian, 1990; Cibelle, 2006; Gooding, 2006; Martí y García-Mila, 2007).

La diversidad de enfoques sobre cómo abordar las representaciones en la enseñanza de las ciencias implica también que hay diversidad de posicionamientos o concepciones sobre lo que son las representaciones, de su papel en la construcción de conocimiento y del aprendizaje, así como sobre su conceptualización epistemológica, esto es, su función y relación con la fenomenología; en otros términos, la correspondencia entre la representación y lo que representan.

Para dar cuenta de las principales aportaciones y enfoques que se han desarrollado en torno a las representaciones y el aprendizaje de la ciencia, y puedan también apreciarse los posicionamientos de orden cognitivo y epistemológico que con ellas se han desarrollado, se presenta un breve panorama que describe y categoriza los principales trabajos en este campo, con base en las dos posiciones principales: las representaciones como entidades propias de cada sujeto, esto es, como parte de sus procesos cognitivos, y las representaciones como herramientas social y culturalmente construidas que los sujetos utilizan para sus procesos de aprendizaje. Llamaremos a la primera enfoque representacional centrado en el sujeto y a la segunda enfoque representacional colectivo.

Ambos enfoques han aportado a la investigación en la enseñanza de las ciencias aspectos importantes para posicionar el tema de las representaciones como uno de los más relevantes para el aprendizaje de la ciencia. Esto debido, en parte, a que las representaciones, en su sentido amplio, implican diversos aspectos que abarcan tanto los puntos de vista constructivista, centrados en los procesos cognitivos y epistemológicos de los sujetos, como en el punto de vista del socioconstructivismo que resalta el caracter pragmático-epistémico de las representaciones como herramientas para el conocimiento. Si bien ambas posiciones son disjuntas, sus contribuciones permiten comprender, de manera más amplia y relacional, los diversos factores que implican el desarrollo del conocimiento y el aprendizaje, rebasando las posibilidades que en las décadas previas ofrecieron los enfoques centrados en la formación de conceptos y en el cambio conceptual.

Para describir las implicaciones del estudio de las representaciones en el aprendizaje de la ciencia, comenzaremos por el posicionamiento que más se enmarca en los procesos que ocurren en el aula y que corresponde al enfoque socioconstructivista de las representaciones y que hemos denominado enfoque representacional colectivo.

Representación como proceso colectivo: las representaciones como herramientas

Este enfoque tiene como base la consideración de que las representaciones son construcciones sociales y colectivas que posibilitan la comprensión de procesos y fenómenos y que, por tanto, contribuyen a la construcción y el significado de los conceptos y teorías con las que los explican. En este sentido, son consideradas herramientas que los sujetos requieren aprender a utilizar y que, de acuerdo al medio y forma en la que se presentan, tienen características que favorecen cierto tipo de conceptualizaciones sobre otras. Un ejemplo de ello es la argumentación de Halldén (1999) sobre cómo el uso de objetos (globo terráqueo) lleva a la elaboración de representaciones distintas de las determinadas por Vosniadou y Brewer (1994) sobre la forma de la Tierra en los niños, cuando no usan objetos.

Esta concepción, que tiene como marco el posicionamiento socioconstructivista (Vigotsky, 1995), analiza las representaciones como entidades externas, y sus implicaciones para el aprendizaje radican en cómo contribuyen o no a la comprensión de los conceptos. Además, no conlleva ninguna consideración sobre los aspectos cognitivos ni epistemológicos propios del sujeto, que no sean el desarrollo de competencias para su comprensión y utilización. Las investigaciones y propuestas educativas desde este enfoque se centran en procesos colectivos que ocurren en el aula y el uso de las representaciones externas en situaciones y contextos diversos, así como en el desarrollo de competencias para el uso de tales representaciones como herramientas para la enseñanza y el aprendizaje.

Esta concepción y sus implicaciones para el aprendizaje son desarrolladas de manera relevante por Prain y Tytler (2012), quienes describen cómo las representaciones implican la construcción de habilidades y el uso de recursos representacionales de los alumnos. Entre esos recursos están las competencias para la coordinación de representaciones simbólicas y su significado, y a partir de ello afirman que el razonamiento basado en la construcción de representaciones lleva a un aprendizaje de calidad. Su análisis se basa en las implicaciones que las representaciones tienen en: a) la construcción de significados y el uso de símbolos (función semiótica); b) la construcción de significados con el uso de diversos materiales y prácticas simbólicas para llevar a cabo actividades y reportarlas (función epistémica); c) construcción de razonamientos para mejorar el proceso de construir e interpretar las propias representaciones de los alumnos (función epistemológica). Estos elementos constituyen lo que denominan representational construction affordances (rca) y lo ejemplifican con las representaciones que construyen los niños sobre temas científicos (evaporación), destacando sus ventajas en un proceso de aprendizaje gradual y de refinamiento que se van logrando con los estudiantes.

También han mostrado cómo, además de sus repercusiones en el aprendizaje, que implica comprender cómo se generan, usan y comunican las representaciones, hay logros en los profesores, en particular su reconocimiento de los cambios que se presentan en los procesos pedagógicos y en las ventajas de promover y profundizar en el refinamiento de las representaciones en los alumnos (Hubber, Tytler y Haslam, 2010). En otros trabajos, además de mostrar los procesos de aprendizaje con la construcción de representaciones por los alumnos y su socialización, desarrollan un marco didáctico sobre cómo emplear las representaciones en los procesos de enseñanza, con la guía de un conjunto de consideraciones que denominan “principios para una aproximación de construcción representacional para la enseñanza y el aprendizaje” que han aplicado en diversos estudios con alumnos y profesores (Tytler, Hubber, Prain y Waldrip, 2013).

Sobre esta misma línea, en la que los alumnos deben construir sus representaciones en los procesos de aprendizaje, se tienen trabajos previos como el de Greeno y Hall (1997) en el que se enfatizan las ventajas, por ejemplo, del uso de representaciones gráficas y simbólicas en la resolución de problemas, como un recurso didáctico centrado en que los alumnos puedan “desempacar” (un-paking) las representaciones científicas, pues, como hacen explícito estos autores con diversos ejemplos, las formas de representación que se presentan en la escuela son poco claras para los estudiantes, debido a todos los aspectos implícitos que no se dicen a los alumnos en los cursos. Más reciente, Fredlund, Linder, Airey y Linder (2014) hacen notar cómo los profesores, al usar las representaciones científicas, no perciben las dificultades que éstas implican para los alumnos; posteriormente los mismos autores (2015) enfatizan que debe desarrollarse en los alumnos ciertos niveles de competencia representacional (cr), la cual se podrá lograr con el uso de diversos tipos de representación, su análisis de construcción y su valoración como herramienta de aprendizaje.

En otras vertientes, dentro del enfoque sociocultural o socioconstructivista se analizan las estructuras y componentes de las representaciones y que los estudiantes puedan reconocer las conexiones entre los objetos simulados y lo que representan, mediante la determinación de sus componentes, mecanismos y fenómenos relativos a la representación, como lo describen Hmlo-Silver, Jordan, Eberbach y Shina (2017). Otro ejemplo de este tipo de análisis es el de Koponen y Pehkonen (2009) en el que desarrollan un proceso para determinar el nivel de coherencia de las representaciones, en términos de mapas, que pueden hacer profesores y estudiantes. Su propuesta parte de que la coherencia en la estructura de la representación de los conceptos, por ejemplo, los conceptos físicos, es relevante para dar cuenta del nivel de comprensión de los mismos, lo que puede analizarse en función de cómo se construyen argumentos y explicaciones en las cuales los conceptos, leyes, principios, hipótesis y datos son articulados por los sujetos.

Kok-Sing (2016) presenta un interesante estudio donde analiza las interacciones entre profesor y alumnos en el aula y el tipo de representaciones que están asociadas a esas interacciones. Siguiendo la metodología propuesta por Mortimer y Scott (2003) y una clasificación de representaciones como sistemas multimodales semióticos, identifica tres tipos de representaciones: enactivas, que implican gestos y objetos; icónicas, basadas en imágenes, y simbólicas, basadas en lenguajes (Bruner, 1990). En sus resultados muestra que cuando las interacciones son dialógicas (los alumnos participan en diversas formas) las representaciones son enactivas e icónicas, mientras que cuando las interacciones en clase son de tipo autoritario (el profesor explica y los alumnos escuchan), las representaciones que se emplean son simbólicas. Otro análisis de lo que ocurre en las aulas y cómo se usan y recuperan representaciones en el espacio y tiempo, entre profesor y alumnos, es el estudio etnográfico de una clase universitaria de termodinámica desarrollado por Candela (2010), en el que detalla cómo se van usando las distintas representaciones (gestuales, simbólica, artefactos y acciones) en el discurso del docente. En particular, hace notar cómo el profesor recurre a representaciones “posibles” que piensa pueden tener los estudiantes, y que son tomadas de clases previas o de las sesiones de laboratorio, y que la autora denomina de otros espacios y tiempos. En su trabajo también describe el actuar de los alumnos y cómo hacen uso de lo que denomina itinerarios fuera de clase, donde movilizan cadenas de representaciones basadas en diversas tareas académicas (Candela, 2010, p. 718). Propone en su análisis que la toma de notas por los alumnos en sus cuadernos, donde muestran preferencia por las ecuaciones, constituyen sus representaciones estabilizadas de los eventos del salón de clases.

Como puede notarse de la descripción de algunas investigaciones relevantes, en este enfoque sobre las representaciones, los análisis y estudios están orientados a procesos de intervención o descripción de lo que ocurre en el aula, en consideración de que las representaciones son entidades que tienen características que implican que los sujetos deben desarrollar competencias o herramientas para interpretarlas, construirlas y, en general, hacer uso de ellas para el logro del aprendizaje de los conocimientos científicos en el ámbito escolar.