INTRODUCCIÓN

Durante mucho tiempo las investigacionessobre concepciones de los alumnos, enconcreto las destinadas a encontrar posi-bles vías para cambiarlas por las ideas cien-tíficas, han estado aportando datos y alum-brando dos tipos de conclusiones bastantegeneralizadas:

� El carácter persistente y resistente ala instrucción de las mismas y, portanto, la enorme dificultad para sus-tituirlas por las correspondientesideas científicas.

� La afirmación de inconsistencia en eluso que los alumnos hacen de ellascuando intentan explicar un fenómenoen diferentes contextos o situaciones.

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(*) Universidad de Málaga.

UN ESQUEMA PARA INVESTIGAR EL PROGRESOEN LA COMPRENSIÓN DE LOS ALUMNOS SOBRE

LA NATURALEZA DE LA MATERIA

ÁNGEL BLANCO LÓPEZ (*)TERESA PRIETO RUZ (*)

RESUMEN. En este trabajo se propone un marco teórico para investigar el progreso enla comprensión de la naturaleza de la materia desde la perspectiva de las teorías delos alumnos en dominios específicos. Se parte de una elaboración teórica sobre lacomprensión en este campo conceptual, basada en análisis de contenidos, históri-cos, y datos empíricos, y se concreta en lo que se denomina el mapa del dominio.Éste es entendido como el conjunto de dimensiones, y concepciones dentro de lasmismas, que se consideran claves en el dominio en cuestión. A partir de dicho mapa,se formulan y describen cuatro teorías a las que hemos denominado: continua-macroscópica, macro-micro, partículas-vacío y escolar, respectivamente, las cualesson propuestas para investigar el aprendizaje de los alumnos en este dominio.

ABSTRACT. In this paper, a theoretical framework is suggested to investigate the pro-gress in the understanding of the nature of matter from the perspective of the theo-ries of students in specific domains. It begins with a theoretical elaboration aboutcomprehension in this conceptual field, based on the analysis of historical contentand empiric data, and it is carried out in what is called the map of the dominion. Thisis understood as the set of dimensions and conceptions within which keys to thedominion are found. From this map, four theories are formulated and described:continuous-macroscopic, macro-micro, empty particles and school-based, respecti-vely, which are suggested to investigate the students' learning in that dominium.

Revista de Educación, núm. 335 (2004), pp. 445-465.

Fecha de entrada: 12-02-2003 Fecha de aceptación: 06-06-2003

� Los argumentos de persistencia yresistencia al cambio parecen con-tradecir a las afirmaciones de incon-sistencia en las ideas o en su uso. Silos alumnos son propensos a saltarde una explicación a otra, ¿por quéresulta tan difícil que abandonenuna explicación alternativa a favorde la explicación científica?, ¿cómopuede ser que unas ideas tan fuerte-mente arraigadas carezcan en abso-luto de consistencia?

Un importante debate en este campo,relacionado con las conclusiones anterio-res, se refiere al nivel y a la forma en queestán organizadas las concepciones en lamente de los alumnos. Los estudios mues-tran que se ha producido una evoluciónentre dos posturas:

� La que tiende a considerarlas comounidades aisladas. Por ejemplo, para(DiSessa, 1993) las concepciones delos alumnos deben ser analizadasconcibiéndolas como un conjuntopequeño de ideas básicas que tie-nen su origen en la intuición y laexperiencia, a las que denomina«fenomenológicos primarios».

� La que las considera como «cons-tructos» más complejos y elaboradosque han recibido entre otras deno-minaciones la de teorías, en las cua-les, unas concepciones aparecenrelacionadas con otras de tal formaque el producto, «la teoría», es algomás que la suma de dichas concep-ciones aisladas (Benlloch y Pozo,1996; Vosniadou, 1994).

Con el tiempo y el desarrollo de lainvestigación, se ha prestado más interés alas relaciones que los alumnos establecenentre los conceptos implicados en la com-prensión de determinados fenómenos y ala evolución en el tiempo de los mismos.Se ha afianzado la hipótesis, ya contrastadaen algunos trabajos (Prieto, Watson yDillon, 1992), de que en algunos dominios

específicos, no necesariamente en todos,los alumnos tienen «teorías» y no sólo «ideasaisladas o dispersas». Se entiende que estavisión más estructurada y dinámica de lasconcepciones de los alumnos puede ayu-dar a explicar los datos disponibles y aresolver las contradicciones antes reseña-das entre el fuerte arraigo de las mismas y,paralelamente, su falta de consistencia.

Desde esta perspectiva se torna rele-vante la investigación sobre el progreso enla comprensión de dominios específicos enlos que el conocimiento de los alumnospuede considerarse organizado en teorías,productos del pensamiento cotidiano y/ode la interacción de éste con la instrucciónescolar.

Al centrar la investigación en dominiosespecíficos se espera que los resultadostengan implicaciones directas en la planifi-cación y desarrollo de la enseñanza. Suobjetivo es entender cómo cambian lasestructuras conceptuales con el desarrolloy con la acumulación de experiencia (Vos-niadou e Ioannides, 1998).

CONCEPTO Y CARACTERIZACIÓNDE LAS TEORÍAS DE DOMINIO

La expresión dominio específico es enten-dida aquí como una parcela de conoci-miento científico que posee sentido propioen la ciencia escolar y es enseñado comouna unidad, pues se considera que los con-ceptos que abarca guardan una estrecharelación entre sí y, por tanto, los alumnoslos aprenderán mejor de esta forma. Fuer-zas, disoluciones, ecología, naturaleza dela materia, combustión, nutrición, etc.,constituyen ejemplos de dominios específi-cos más o menos amplios (Prieto, Blanco yBrero, 2002).

Una teoría sobre un dominio específico(teoría de dominio o teoría específica,según los autores) consistiría en:

Un conjunto de proposiciones o creenciasque describen las propiedades y comporta-

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mientos de los objetos físicos (Vosniadou eIoannides, 1998, p. 1.227), o un conjuntode representaciones de diverso tipo activa-das por los sujetos ante contextos pertene-cientes a un dominio dado (Pozo y Gómez,1998, p. 106).

Se generan a través de la observacióny/o de la información presentada por lacultura, bajo las restricciones de una teoría-marco (Vosniadou, 1994) o de una teoríaimplícita (Pozo, Puy, Sanz y Limón, 1992).

Aunque partimos de que la compren-sión es un proceso continuo y multidimen-sional (White y Gunstone, 1992), y por tan-to muy complejo, necesitamos encontraralguna representación de la misma, siem-pre parcial e incompleta, que nos ayude aavanzar en su estudio. En este sentido, laspropuestas de diversos autores (recogidasen Prieto et al. 2002) convergen en la ideade que la comprensión en un dominio con-creto puede ser estudiada caracterizandonociones intermedias de tal forma que,aunque no sean correctas desde el puntode vista científico, el paso de una a otrareflejaría un progreso en la comprensión(Driver, 1989).

En un trabajo anterior (Prieto et al.2002) se ha realizado una propuesta para lacaracterización de las teorías y para el estu-dio de la progresión en un dominio especí-fico. Con respecto a la caracterización delas teorías, planteamos la necesidad de:

� Establecer un marco teórico de loque deberían contener dichas teorí-as, al cual denominamos el mapa deldominio.

� Identificar vertientes de progresiónque permitan explicar los cambiosque implicarían el paso de una teo-ría a otra y que justificarían, a suvez, la delimitación de cada una deellas.

EL MAPA DEL DOMINIO

Establecer un marco teórico de un domi-nio determinado requiere identificar losaspectos clave (dimensiones) en la com-prensión del mismo. Cada una de estasdimensiones vendría, a su vez, delimitadapor estados discretos que representan eta-pas en la comprensión del aspecto al quealude dicha dimensión. El conjunto dedimensiones y aspectos incluidos en cadauno de ellos constituiría lo que hemosdenominado «mapa del dominio». Se tratade una representación lo más aproximadaposible del conjunto de ideas que los alum-nos pueden manifestar. Dentro del mapade dominio, cada una de las teorías que sepueden delimitar representaría una zona oterritorio del mismo.

Desde el punto de vista metodológicola construcción del mapa del dominio pue-de surgir tanto de estudios empíricos sobrelas concepciones de los alumnos como deelaboraciones teóricas. Mortimer (1995)considera dos fuentes para definir las dis-tintas zonas de lo que denomina perfil con-ceptual 1: a) la historia de las ideas científi-cas para detectar las concepciones científi-cas y, b) los estudios sobre las concepcio-nes de los alumnos para aquellas ideas pre-científicas que formen parte del perfil con-ceptual. En un sentido más general, consi-deramos que esta tarea requiere estudiossobre las concepciones de los alumnos yestudios teóricos, tales como análisis decontenido históricos y epistemológicos(Prieto et al. 2002).

VERTIENTES DE PROGRESIÓN

No sólo es necesario disponer del conjuntode ideas concretas que pueden representarlas posibles conceptuaciones sobre un

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(1) Su concepto de «perfil conceptual» puede considerarse equivalente al repertorio de teorías, es decir,al conjunto de teorías que pueden identificarse sobre él. Su idea de «zona» dentro del perfil se corresponderíacon cada una de las teorías que lo constituyen.

dominio específico, sino también de refe-rencias que nos permitan explicar las dife-rencias entre teorías y que justificarían, a suvez, la delimitación de cada una de ellascomo una entidad propia. A estas referen-cias las denominamos vertientes de progre-sión.

Diversos autores han planteado estanecesidad y han señalado algunos princi-pios o factores a tener en cuenta. Así, (Dri-ver, Leach, Scott y Wood-Robinson, 1994)recogen determinadas características gene-rales del razonamiento de los estudiantesque emergen de los estudios transversalesy que constituyen vertientes a lo largo delas cuales los alumnos progresan. En con-creto, se refieren a la construcción de nue-vas entidades ontológicas, al desarrollo denuevas estrategias de razonamiento, y acambios en los compromisos epistemológi-cos de los alumnos (véase figura I).

Pozo y Gómez (1998) identifican tresprincipios para caracterizar las teorías (yasean científicas o de los alumnos): episte-mológicos, ontológicos y conceptuales.Campanario y Otero (2000) consideran

necesario tener en cuenta, además delconocimiento conceptual, otros factoresque expliquen las dificultades de aprendi-zaje que experimentan los alumnos: laspautas de pensamiento y razonamiento,sus concepciones espistemológicas y susestrategias metacognitivas.

El desarrollo en cada una de estas ver-tientes de progresión no tiene por qué serindependiente de las otras, pero su consi-deración de forma aislada puede ayudar-nos a explicar el progreso en la compren-sión. Es decir, a los cambios de naturalezaimplícita que los alumnos experimentanen estas vertientes, atribuiríamos los cam-bios en sus concepciones, y nos serviríana los investigadores para explicarlos ypara valorar las dificultades asociadas aellos.

Desde los planteamientos que se hanrealizado, se plantea en este artículo comohipótesis de trabajo, una caracterización delas posibles teorías sobre la naturaleza dela materia y un análisis de los requisitosnecesarios para que los alumnos progresenen su comprensión.

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FIGURA IVertientes consideradas por Driver et. al. (1994) en el progreso de la comprensión

de dominios específicos

LA NATURALEZA DE LA MATERIA

Cuando hablamos de «naturaleza de lamateria» como un dominio escolar, no esta-mos refiriéndonos a las modernas teoríascientíficas sobre la misma, sino a una «ver-sión escolar» o a una «síntesis adaptada»que es considerada, por educadores y pro-fesores, como una buena adaptación delconocimiento científico, aunque no lorefleje en todos sus aspectos. Por tanto, suaceptación se basa no sólo en su grado deadecuación científica, sino en criterios edu-cativos y didácticos. En (De Vos y Verdonk,1996) puede encontrarse un análisis de losaspectos que, en la investigación y en lapráctica docente, suelen considerarse bási-cos sobre la naturaleza de la materia y delos supuestos sobre la ciencia y el conoci-miento científico en los que se basan.

La comprensión por parte de los alum-nos de la naturaleza corpuscular de lamateria constituye, sin duda, uno de losgrandes objetivos de la educación científi-ca actual. El aprendizaje sobre la materia,sus propiedades y transformaciones, resul-ta de gran relevancia para los alumnos porsu carácter fundamental para entender einterpretar múltiples fenómenos cotidia-nos.

La noción fundamental de que toda lamateria está compuesta de partículas y noes continua es de primordial importanciapara toda explicación causal de cualquiertipo de cambio materia, (Nussbaum, 1989,p. 198).

Los conocimientos científicos sobre lanaturaleza de la materia constituyen aspec-tos básicos de cualquier ciencia y, en espe-cial de la Química (Prieto, Blanco y Gonzá-lez, 2000). Por ejemplo, (Prieto et al., 1992)encuentran que las concepciones sobre lamateria (más específicamente: qué es y quéno es materia, la masa y el peso que atri-buyen a los gases, y la conservación de lamasa durante el proceso) tienen un papelfundamental en las teorías que los alumnosmanifiestan sobre la combustión.

Adicionalmente, en la explicación de lanaturaleza de la materia por parte de losalumnos se presenta, para el investigador,un interesante caso de convivencia y rela-ción entre conocimientos «intuitivos» yconocimientos «escolares». Es quizás poresto, por su importancia intrínseca y la difi-cultad que plantea la transposición didácti-ca de los conocimientos científicos en estedominio (Prieto y Blanco, 2000), por lo quetantos investigadores se han interesado porsu estudio.

COMPRENSIÓN DE LA NATURALEZA

DE LA MATERIA

El estudio de la comprensión del conceptode materia y su naturaleza por parte de losalumnos presenta vertientes muy diversas,ya que se trata de un dominio relacionadocon gran cantidad de contenidos científicosen el currículum escolar. Ha sido pues, bas-tante abordado desde diferentes ángulos(véanse algunas revisiones bibliográficasrecogidas en Andersson, 1990; Pozo,Gómez, Limón y Sanz, 1991; Krnel, Watsony Glazar, 1998; y Prieto et al. 2000). Porejemplo, (Krnel et al., 1998) recogen másde 300 referencias de trabajos relativos aeste campo. Una conclusión que se puedeestablecer a la luz de estas revisiones esque el dominio está muy descrito, existien-do abundancia de datos empíricos sobreconceptos y aspectos particulares del mis-mo (discontinuidad, vacío, característicasde las partículas�).

Desde comienzos de los noventa, vie-nen apareciendo trabajos que plantean lanecesidad de una visión más global deldominio, de buscar esquemas (teorías,modelos�, según los autores) que ayudena explicar, con mayor valor predictivo,cómo progresan los alumnos en su apren-dizaje sobre la naturaleza de la materia.

En este sentido, (Renström, Anderssony Merton, 1990) describen seis modelos�que denominan concepciones� sobre la

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naturaleza de la materia, obtenidos a partirde entrevistas con alumnos suecos de 13 a16 años y a los que denominan: homogé-nea y continua; como una unidad (célula);como una unidad con «pequeños átomos»;como agregado de partículas; como partí-culas individuales; y como sistema de par-tículas. Estos autores consideran que lasseis concepciones, en el orden en que sehan descrito, constituyen un sistema jerár-quico, implicando cada vez un mayorpoder explicativo y una mayor compren-sión de la materia.

Mortimer (1995) utiliza el concepto de«perfil conceptual» para referirse a un «siste-ma supraindividual de formas de pensa-miento» que puede ser asignado a cual-quier individuo dentro de una misma cul-tura. A pesar de la diferencia entre los per-files individuales, las categorías o zonaspor las cuales se caracteriza cada perfilconceptual son las mismas. El perfil con-ceptual es dependiente del contexto, por-que está fuertemente anclado en el bagajedistintivo de cada alumno y dependientedel contenido, ya que se refiere a un con-cepto particular. Pero al mismo tiempo, suscategorías son independientes del contextoya que, dentro de la misma cultura, nos-otros tenemos las mismas categorías por lasque se determinan las zonas del perfil.

Aplicando estas ideas al concepto deátomo, distingue tres zonas, a las que deno-mina, por este orden: realista; atomismosustancialista y noción clásica del átomo(que se corresponde con la de la cienciaescolar). Para este autor, las tres categoríasanteriores han sido suficientes para analizarlas ideas atomísticas mostradas por los estu-diantes (14-15 años) antes de la enseñanza.Al igual que en otros muchos estudios, susalumnos no usaban otras categorías quecaracterizan al atomismo clásico: movi-miento-energía, interacción-ordenación.No obstante, Mortimer considera que exis-ten otras zonas en las cuales el átomo esconsiderado como un sistema de partículaseléctricas o como un objeto cuántico.

Benlloch (1997), en un estudio realiza-do con alumnos españoles entre 10 y 14años, identifica distintas teorías utilizadaspara explicar la dilatación del aire encerra-do en un recipiente, de tal forma que cadauna de ellas implica una versión diferentedel concepto de aire. Esta autora encuentraque los alumnos mejoran de manera signi-ficativa a través de ellas con la edad, aun-que se aprecia que las ideas sueltas, consti-tuyentes de las teorías implícitas, no lohacen, es decir, son las que presentan másresistencia al cambio.

Johnson (1998) realiza un estudio lon-gitudinal sobre el progreso en la compren-sión de una teoría corpuscular básica sobrela materia. Tomando en consideración tra-bajos anteriormente realizados, y en parti-cular las concepciones sobre la materiainformadas por Renström et al. (ya citadas),identifica en una muestra de alumnosingleses de 11 a 14 años, cuatro modelos alos que denomina de la siguiente forma:sustancia continua (A); partículas en la sus-tancia continua (B); las partículas son lasustancia, pero con propiedades macroscó-picas (C); las partículas son la sustanciapero las propiedades de la sustancia sondebidas a las propiedades del colectivo departículas (D).

Sus resultados sugieren que la secuen-cia B-C-D podría representar estados porlos cuales los alumnos transitan para con-cluir en la teoría corpuscular. La escala detiempo utilizada para valorar los posiblescambios constituye un aspecto importan-te. Aunque muchos alumnos permanez-can en la misma categoría durante un cur-so escolar o más, cuando se exploran susideas durante un periodo más largo apare-cen evidencias de que la mayoría cambiasu razonamiento y que un número consi-derable de alumnos lo hace hasta el mode-lo D.

Johnson distingue dos dimensiones: conti-nua→corpuscular y macroscópica→ colectiva,de forma que, con respecto a éstas, losmodelos pueden verse como territorios

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identificables. Los cambios en los alumnos,considerados individualmente, parecenproducirse en una de las dimensiones y noen las dos a la vez. En primer lugar, se pro-gresa en la dimensión continua-corpuscu-lar mientras se permanece sin cambio en lamacroscópica-colectiva, y después el pro-greso tiene lugar en esta segunda, donde eldesarrollo significativo es el abandono dela asignación de las propiedades macroscó-picas a las partículas individuales.

Finalmente, (Benarroch, 2000) diferen-cia cinco niveles explicativos sobre la natu-raleza de la materia en las respuestas dealumnos españoles entre 9 y 22 años. Estosniveles, definidos por un cierto modelo dela materia y los tipos de explicaciones aso-ciados al mismo, dibujan el progreso desdeuna imagen de la materia continua y estáti-ca hasta un modelo de la misma en el quese la concibe como un sistema de partícu-las que interaccionan entre sí y están encontinuo movimiento, con sólo el vacíoentre ellas.

Todos estos trabajos han supuesto unpaso adelante en el estudio de la com-prensión de los alumnos sobre la naturale-za de la materia con respecto a enfoquesanteriores más descriptivos. No obstante,pensamos que, desde la perspectiva de lasteorías de los alumnos, es mucho lo quequeda por hacer y que la investigación,apoyándose en estos resultados, ha de irmás allá, superando algunas limitacionesque aún persisten.

En concreto, los diferentes modelospropuestos emanan, en la mayor parte delos casos, de datos empíricos. Esto puedeimplicar que los modelos recogidos en untrabajo determinado no representen todaslas posibilidades, y que éstos dependan,bien de la naturaleza de los contextos ytareas utilizados en la recogida de datos,bien de las perspectivas �explícitas o implí-citas� de los investigadores sobre lasdimensiones que consideran objetivo prin-cipal en ese trabajo.

Por otra parte, cada estudio aborda un

conjunto discreto de contextos sobre lanaturaleza de la materia, que puede ir des-de escoger investigar sólo un aspecto muyconcreto (como la dilatación del aire) has-ta varios aspectos (estados de la materia ytransformaciones diversas). Este hecho,junto con el de las diferencias entre los tra-mos de edad de las muestras utilizadas enlos diferentes trabajos hace muy difícil latarea de establecer comparaciones entrelos modelos descritos y la propuesta degeneralizaciones.

Aunque en los primeros pasos en elestudio de un dominio sean inevitableslos enfoques parciales, pensamos que esel momento, gracias a la gran cantidad dedatos acumulados, de que la teoría guíe eilumine la investigación. En lo que siguese delimita un marco teórico para la inves-tigación del progreso de la comprensiónde los alumnos sobre la naturaleza de lamateria.

MARCO TEÓRICO PARA EL ESTUDIODEL PROGRESO EN LA COMPRENSIÓNSOBRE LA NATURALEZA DE LA MATERIA

La perspectiva que hemos adoptado para elestudio del progreso en dominios específi-cos implica, como se ha dicho, la construc-ción del mapa del dominio y la definicióndel repertorio de teorías dentro del mismo.

MAPA DEL DOMINIO

Su construcción requiere comenzar por laidentificación de las dimensiones que seconsideran importantes en la comprensiónde dicho dominio y que estarán constitui-das por uno o varios conceptos íntimamen-te relacionados entre sí.

Cuando se aborda la confección de unlistado de conceptos estrechamente rela-cionados para configurar posibles teoríassobre la naturaleza de la materia, sonmuchos los que vienen a la mente. Y hay

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que tener presente que también las rela-ciones entre ellos deben ser tenidas encuenta. Identificar posibles teorías supo-ne, al mismo tiempo, indagar en la ecolo-gía conceptual en la que se inserta un con-cepto determinado, buscando no sólo losconceptos que le rodean y le son más pró-ximos, sino las relaciones que se estable-cen entre ellos así como la forma en quese interfieren en su cambio o en su evolu-ción.

El análisis de los estudios antes citadosy de los contenidos científicos del dominionos lleva a identificar cuatro dimensionesclave a lo largo de las cuales deben progre-sar los alumnos en su comprensión de lanaturaleza de la materia:

A. Imagen de la materia (continui-dad-discontinuidad).

B. Aceptación del vacío.C. Características de las partículas.D. Recurso a los niveles macroscópi-

co/microscópico en las explicacio-nes.

El orden en que se citan no implicaninguna jerarquía desde el punto de vistacientífico ni desde el punto de vista delaprendizaje. Partimos de que una buenadescripción del desarrollo de la compren-sión podemos obtenerla si conocemoscómo se produce en cada una de estasdimensiones, consideradas, para este análi-sis, como si fuesen independientes unas deotras, aunque la afirmación de que losalumnos «tienen teorías» implica que susconcepciones sobre cada una de ellas estánrelacionadas.

A. Dimensión A: Imagen de la materia(continuidad-discontinuidad)

En nuestra concepción de la comprensiónde la naturaleza de la materia, la «imagen»de la misma constituye un elemento impor-tante. Las imágenes se han propuestocomo una de las formas que las personas

utilizamos para representar mentalmente«constructos» complejos (White y Gunsto-ne, 1992; y Brewer, 1999). Por otra parte,en el caso de muchos conceptos de natura-leza abstracta, las imágenes representanelementos clave para su comprensión.

La comprensión de los modelos menta-les genéricos que los individuos utilizanpara responder a una variedad de diferen-tes cuestiones relacionadas con un concep-to dado, puede aportar información rele-vante con relación a las teorías que restrin-gen los procesos de desarrollo del conoci-miento. En algunos casos, se asume que losmodelos son representados en términos deimágenes visuales mentales. No obstante,las imágenes, por sí solas, no son capacesde proporcionar la riqueza conceptualnecesaria para dar cuenta de las teoríascomo una forma de representación mental(Brewer, 1999).

B. Dimensión B: Aceptación del vacío

La teoría corpuscular de la materia se basaen una noción esencial: la del «espaciovacío». La ciencia escolar utiliza la concep-ción de vacío de Newton. No obstante, laconcepción alternativa, defendida por Aris-tóteles ha prevalecido durante la mayorparte de nuestra historia occidental y,como muestran numerosos trabajos, pare-ce la más intuitiva para los alumnos. La his-toria muestra que para algunos filósofos ycientíficos destacados, «el vacío es imposi-ble», «la naturaleza aborrece el vacío». Portanto, si se crea momentáneamente unvacío, será «rellenado» de inmediato por lassustancias adyacentes, que «entrarán congran rapidez, en donde se haya produci-do». Se creía que el movimiento de estassustancias era causado por alguna «fuerzaabsorbente» originada en el vacío. Estasnociones fueron mantenidas por grandesestudiosos del pasado que confiaban en suintuición y elaboraron sus teorías sobreesta base.

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La aceptación del vacío es considera-da por todos los autores un aspecto clavepara la comprensión de la naturaleza de lamateria y, por tanto, es una de las dimen-siones a considerar en las teorías sobre lamisma.

C. Dimensión C: Característicasde las partículas

En la ciencia escolar se considera a las par-tículas como los constituyentes de la mate-ria, los ladrillos básicos con que estáhecha. Al tratarlas como objetos duros,sólidos e inmutables (De Vos y Verdonk1996) se les asigna la misma categoríaontológica que a la materia macroscópica.Así, poseen las propiedades básicas detoda materia: masa y volumen. En la medi-da en que estos conceptos son adquiridospara la materia macroscópica son aplica-bles a las partículas, suponiendo esta trans-ferencia una cuestión de magnitud, perono de cualidad.

Aunque se asigna a las partículas elmismo estatus ontológico que a la materiamacroscópica, no se les atribuyen todoslos comportamientos de ésta. Así, fundir-se, hervir, dilatarse... son resultantes delmovimiento de las partículas en el vacío yde la interacción entre ellas. Consecuente-mente, las partículas individuales nomuestran propiedades tales como puntode fusión o punto de ebullición. Por otrolado, se les asignan dos propiedadescaracterísticas: movimiento intrínseco einteracción.

Las partículas cambian de categoríaontológica con la mecánica cuántica, en laque comienzan a verse a los átomos, nocomo partículas materiales sino como obje-tos cuánticos (Mortimer, 1995).

La aceptación, por parte de los alum-nos, de las partículas y de sus característi-cas constituye pues otra dimensión a consi-derar.

D. Dimensión D: Recurso a los nivelesmacroscópico/microscópico en lasexplicaciones

Si una de las funciones de las teorías esexplicar los fenómenos del dominio al quese aplican, parece lógico recoger la natura-leza y los tipos de explicaciones generadaspor las mismas, como una de las dimensio-nes constituyentes.

La teoría corpuscular de la materiaexplica sus características y transformacio-nes en términos de las propiedades de laspartículas y del comportamiento colectivode ellas. Una vez construidos los conceptosde «partícula» y «vacío», es en la adecuadarelación entre las propiedades macroscópi-cas de la materia y las propiedades de laspartículas (las relaciones macro-micro)donde reside la capacidad predictiva yexplicativa de esta teoría.

Aunque consideramos la comprensióncomo un proceso continuo y gradual, lasinvestigaciones documentan un númerodiscreto de concepciones de los alumnosque pueden interpretarse como etapas oniveles en el progreso en cada una de lasdimensiones. De esta forma, en cada unade ellas puede plantearse una secuencia deconceptuaciones (trayectoria conceptualsegún Driver et al. 1994) que comienza poraquella que parece más propia del pensa-miento cotidiano, seguida por otras quesuponen cierta mejora, finalizando conaquella que coincide con la concepciónescolar. El resultado final es el mapa deldominio que se muestra en el cuadro I.

Las concepciones concretas recogidasen las distintas casillas han sido documenta-das, en mayor o menor medida, en los estu-dios citados. La aparente simetría de estarepresentación no implica que dentro deuna dimensión todos los tránsitos conllevenlas mismas dificultades. Por el contrario,como más adelante se discute, la naturalezade las dificultades asociadas a dichos tránsi-tos es muy diferente. Lo mismo podría decir-se del tránsito de una teoría a otra.

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REPERTORIO DE TEORÍAS

Si consideramos que los alumnos no tienenideas aisladas en un dominio, sino queéstas se encuentran relacionadas, es deesperar que, sobre la naturaleza de la mate-ria, las ideas recogidas en el mapa anteriorpuedan organizarse en teorías.

Las cuatro dimensiones recogidas en elcuadro I y, dentro de ellas, los diferentesniveles, nos sirven de herramienta para for-mular un repertorio de teorías con el queinvestigar las que los alumnos puedan mani-festar en este dominio. Además, hay queconsiderar las vertientes de progresión, yacitadas, que nos ayudarán a dotar de identi-dad a estas teorías y explicar los requisitospara evolucionar de unas a otras. Así, hemosformulado cuatro posibles teorías tomandoen consideración estos elementos:

� Continua-macroscópica� Macro-micro� Partículas-vacío� Escolar

TEORÍA CONTINUA-MACROSCÓPICA

Estaría constituida por:A. Una imagen macroscópica y conti-

nua de la materia o de partículasmacroscópicas continuas [figura IIa) y b)]

La materia es concebida según su apa-riencia, de tal forma que lo que no se per-cibe no se concibe. Pozo y Gómez (1998)consideran que las teorías cotidianas estánorganizadas en torno a lo que denominan,desde una perspectiva epistemológica,«realismo ingenuo», que implica una visióndel mundo centrada en sus aspectos per-ceptivos. Aunque en el dibujo representa-do en b) se incorpore el término partícula,esta imagen no deja de ser macroscópica.Según (Albanese y Vicentini, 1997) se reali-za un isomorfismo entre la materia talcomo es apreciada y su constitución,excepto en una cuestión de escala.

B. La no aceptación del vacío

Esta idea es coherente con una imagencontinua de la materia. Aunque los alumnoshablen de huecos en la materia, su concep-ción de la misma no implica la existenciadel vacío:

Las partículas de aire se pueden acercarporque sus huecos están llenos de aire�en el agua: los huecos están llenos de aguay sus partículas no se pueden acercar; laspartículas están pegadas y no se puedenacercar más, (Benarroch, 2000, p. 245).

La aceptación de la idea de vacío seconstituye, según (Mortimer, 1995), comoel obstáculo ontológico más importantepara el desarrollo del atomismo científico,incluso a niveles elementales.

C. No se utiliza la idea de partícula, ocuando se utiliza se refiere a enti-dades macroscópicas

Cuando se inicia la enseñanza de lanaturaleza de la materia (e incluso antes,véase el efecto de la televisión y la divulga-ción) las personas comienzan a impregnarsede la utilización de algunos términos científi-cos, sin que esto suponga ninguna modifica-ción sustancial de la teoría subyacente.

Ejemplo 1: fragmento de una entrevistacon un alumno de 13 años tras la enseñan-

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FIGURA IIImágenes macroscópicas de la materia

za de la naturaleza de la materia (tomadode Serrano y Blanco,1988, p. 22):

Profesor: ¿Dónde has utilizado el término«partícula»?Alumno: En la clase de laboratorio.Profesor: Hay partículas en la jarra de aguay hielo?Alumno: Los cubitos de hielo.Profesor: Y el agua, ¿tiene algo que ver conlas partículas?Alumno: Oh, las partículas se han derretidoen el agua.

Ejemplo 2: Idea de la partícula macros-cópica.

En el trabajo de (Scout, 1992, p. 214),una alumna, Sharron, muestra sus ideassobre la continuidad de la materia gaseosade una manera muy clara, en términos deuna partícula que llena toda la habitación:«...es decir, toda la habitación está ocupadapor una partícula de aire, sin huecos en ella,sin partículas individuales». Ante la preguntadel profesor: «¿puedes comprimir el gas si nohay huecos?», su respuesta es contundente:«Sí, el aire es ligero y no es muy fuerte».

Aunque las ideas atomísticas no seangeneradas de forma espontánea por losalumnos, no se puede negar que los térmi-nos «átomo», «molécula», «partícula elemen-tal»..., han podido trascender de la literatu-ra divulgativa y los medios de comunica-ción a sus mentes, lo cual implicaría quepueden conocerlos y utilizarlos con signifi-cados bien distintos a los que tienen en laciencia escolar. En este caso, como en tan-tos otros, hay que distinguir entre el len-guaje o la terminología y los significadosque subyacen a ellos.

No parece muy difícil que los alum-nos acepten y comiencen a hablar de laspartículas como partes constituyentes de lamateria. Se trata, en un primer nivel, deaceptar que existen entidades materialesque no se pueden ver (quizás ideas traídasde otros campos, por ejemplo, la existenciade microorganismos, pueden ayudar en unprincipio). En algunos casos, tienen dificul-tades para conceder estatus de materia a

átomos y moléculas, alegando que la mate-ria se puede tocar y pesar y, puesto que nose puede hacer eso con átomos y molécu-las, no son materia. A los 12-13 años, apro-ximadamente la mitad de los alumnos con-sideran que no lo son.

Aunque las alusiones a las partículaspuedan entenderse como un progreso enla comprensión con respecto al hecho deno aludir a ellas, se trata en realidad deacomodar a la teoría continua macroscópi-ca, las ideas recibidas a través de la ense-ñanza o del ámbito extraescolar.

D. Ausencia de explicaciones en tér-minos de partículas

Es propio de los alumnos más jóvenes,no asumir la necesidad de ofrecer explica-ciones de los cambios de la materia. Lascosas ocurren porque sí. Por ejemplo, antela observación de que el aire es compren-sible y el agua no, se dirá: «Es así. El aire sepuede apretar y el agua no», (Benarroch,2000, p. 245). Cuando consideran la nece-sidad de ofrecer explicaciones, lo hacendesde un punto de vista macroscópico,como en los casos siguientes:

� Algunos alumnos pueden conside-rar que el agua y el aire existencomo una masa homogénea entodas las demás sustancias. Aceite,por ejemplo, puede concebirsecomo compuesto de agua y grasa.Los estudiantes creen que cuando elagua hierve, es el aire del agua elque escapa. La sal contiene agua yes esta agua el que fluye cuando lasal se funde (Renström et al. 1990).

� Se utilizan elementos percibidos (bur-bujas, huecos, pompitas etc.) paraexplicar los fenómenos observados.Un alumno puede concebir el aguacomo un continuo embutido de par-tículas y el aire como un continuocon huecos, intentando explicar lasdiferencias en la compresibilidad(Benarroch, 2000).

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Esta teoría sería la propia, en términosgenerales, de los alumnos hasta los 10-11años, antes de los primeros contactos conla enseñanza, aunque también se manifies-ta en alumnos de edades superiores. Resu-miendo, según el mapa del dominio, (cua-dro I) esta teoría se manifiesta por las ideascorrespondientes a los niveles 1 de cadauna de las dimensiones.

TEORÍA MACRO-MICRO

Vendría caracterizada por las siguientesideas:

A. Imagen «pastel de pasas» de la mate-ria

Los alumnos ofrecen una imagen de lamateria considerada de naturaleza mixtaentre lo macroscópico y lo microscópico,denominada mediante la analogía del «pas-tel de pasas» (figura III). En ella se recono-ce la existencia de partículas microscópi-cas, las cuales estarían incrustadas en lamateria continua.

FIGURA IIIImagen «pastel de pasas» de la materia

Se trataría, con esta imagen, de conci-liar una visión continua con la idea de quede la materia está formada por partículasdiscretas y, de esta manera, dar un pasoadelante en cuanto a la concepción de laspartículas, resolviendo además el gran pro-blema del vacío. Llenando el espacio entrepartículas con un conglomerado continuo,

los alumnos parecen estar evitando la ideade vacío en sus respuestas, aunque se leshaya enseñado sobre ello, como muestranlos siguientes ejemplos:

Ejemplo 1: al representar la sal, algunosalumnos dibujan un esquema continuo congranitos y, cuando se les pregunta, respon-den que los granos son las partículas y quehay sal entre ellas. En otros casos conside-ran que entre partícula y partícula hay aire.

Ejemplo 2: Antes de la enseñanza, Sha-rron (Scott, 1992, p. 207) produce tres dia-gramas para los tres estados de la materia:

� En el sólido las partículas están apre-tadas y lo más juntas posible.

� En el líquido, las partículas estánmenos apretadas pero todavía muyjuntas.

� En el gas las partículas están separa-das.

En respuesta a la pregunta ¿qué hayentre las de gas? responde: hidrógeno. Conrespecto al sólido, esta alumna afirmabaque entre las partículas no había nada yaque estaban muy juntas.

Aunque este modelo sea fruto de lalógica del pensamiento de intentar acomo-dar lo nuevo y desconocido a los esque-mas que ya se poseen, algunos estudioshan llamado la atención sobre la influenciade la enseñanza en reforzarlo y anclarlo.La utilización de dibujos y diagramas mos-trando partículas en un medio continuo(Anderson, 1990 y Blanco y Prieto, 1996)pueden inducir a los alumnos a su uso(figura IV).

Más aún, y quizás incluso más erróne-as son frases tales como «las partículas enun sólido», que aparecen con frecuencia enlas expresiones de la ciencia escolar (John-son, 1998).

No se sabe si, para algunos alumnos,este modelo constituye una etapa necesariaen el desarrollo de sus ideas sobre la mate-ria, o el resultado directo de una instruc-ción poco exitosa, que, con una enseñanzamás adecuada, podría evitarse.

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FIGURA IV«Las partículas en los gases» según

las ilustraciones recogidas en algunoslibros de texto de Educación Secundaria

Obligatoria

B. El vacío como una especie de mate-ria sutil

El concepto de vacío como ausenciatotal de materia, queda todavía lejos delalcance de los alumnos, los cuales parecenabordarlo considerándolo como una espe-cie de materia más sutil (aire, polvo...) quela comúnmente considerada como tal (sóli-da y líquida), compartiendo algunas pro-piedades de ésta (el vacío chupa, absorbe aotra materia...). Frases del lenguaje colo-quial como «una persona se precipitó alvacío desde un décimo piso» parece aludira esta idea de vacío referida a una zona delespacio relleno de «aire».

C. Se atribuye a las partículas las mis-mas propiedades que a la materiamacroscópica

Los estudiantes, a pesar de usar partícu-las en sus representaciones, piensan en ellascomo granos de materia, que pueden dila-tarse, contraerse... Mortimer (1998) denomi-na «sustancialismo» a esta concepción.

Existe un paralelismo entre esta con-cepción y algunas de las etapas en el de-sarrollo del conocimiento tal como nosmuestra la historia de la ciencia. Por ejem-plo, el dualismo entre la naturaleza conti-nua o discreta de la materia estaba profun-damente arraigado incluso en las mentesde grandes científicos como Newton y Dal-

ton, que creían, como muchos estudiantes,que la dilatación o la compresión de un gasinducidos por los cambios de temperaturaeran debidos a la expansión y a la contrac-ción de sus partículas individuales (Lee et.al. 1993). Se trata simplemente de un des-plazamiento conceptual desde una propie-dad física macroscópica a un nivel micros-cópico obtenida por una regla simple decontinuidad (Albanese y Vicentini 1997).

Es lógico suponer que si el conceptode partícula es considerado en la cienciaescolar con la misma naturaleza ontológicaque la materia macroscópica, los alumnosla conciban con sus mismas propiedades.Ahora bien, puesto que esto podría signifi-car una tendencia natural en el pensamien-to de los alumnos, la enseñanza no debie-ra reforzarla, sino matizarla.

En este sentido, juegan un papel pri-mordial las analogías y metáforas que seutilicen al respecto. La idea de que las par-tículas poseen todas las propiedades de lamateria puede ser reforzada cuando, en laenseñanza, se parte de la materia macros-cópica y, por un proceso de división suce-siva, uno se imagina que ha llegado hastael final al punto de «no divisibilidad». Por elcontrario, puede ser mitigada cuando setrabaja con la idea de «partículas» o «molé-culas» como ladrillos constituyentes de lamateria, de tal manera que los ladrillos sondiferentes al producto final construido conellos (así, el cemento sería equivalente a lainteracción entre los ladrillos).

Por otra parte, si la pieza más pequeñaposible de la materia es presentada como elestadio final de un proceso de división, nosorprende que los alumnos imaginen queésta posee todas sus propiedades, y proyec-ten propiedades macroscópicas en los áto-mos y las moléculas: el fósforo es amarillo(por tanto, los átomos de fósforo son amari-llos), el naftaleno huele (por tanto, los áto-mos de naftaleno huelen), el agua estácaliente (por tanto, las moléculas de aguaestán calientes), un trozo de sólido es cúbi-co (por tanto sus moléculas son cúbicas)...

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Ejemplo: fragmento de entrevista sobrelos cambios de estado y estructura de lamateria a un alumno de 14 años (tomadode Serrano y Blanco, 1988, p. 23).

Alumno: En el hielo y el agua deshelada losátomos son los mismos.Profesor: ¿Hay algo más que átomos?, ¿algoque se hiele entre ellos?Alumno: No... bueno, no lo sé... si, no, todoson átomos pero en el hielo están congelados.

Esta tendencia puede ser productotambién de un esquema lógico simple quelos alumnos posean desde edades tempra-nas y que pueden aplicar de forma espon-tánea. Por ejemplo, para el caso de la dila-tación: la sustancia X se dilata al calentarse,la sustancia X está formada por moléculas,las moléculas de X se dilatan al calentarse.

D. Explicaciones basadas en semejan-zas entre los niveles macro-micro

Se utilizan las partículas para explicarlas propiedades y transformaciones de lamateria a nivel macroscópico, pero las par-tículas tienen las mismas propiedadesmacroscópicas de la materia. De estemodo, los cambios macroscópicos de lasustancia estudiada (color, aspecto, cambioestado�) son adjudicados a las partículasmicroscópicas.

Resumiendo, según el mapa de domi-nio (cuadro I) esta teoría se manifiesta porlas ideas correspondientes a los niveles 2de cada una de las dimensiones.

TEORÍA PARTÍCULA-VACÍO

Esta teoría supone un avance considerablerespecto a las dos anteriores. Vendríacaracterizada por:

A. Una imagen de la materia neta-mente corpuscular

Según esta imagen (figura V), «las partí-culas son la materia», idea muy diferente de«las partículas están en la materia».

FIGURA VRepresentación corpuscular de un gas en

un recipiente cerrado

B. La aceptación del vacío comoausencia de materia

Asumir el vacío como ausencia demateria conlleva importantes cambios enla naturaleza ontológica de este concepto.¿Qué naturaleza ontológica tiene el con-cepto de vacío? Desde los planteamientosde (Chi, Slotta y Leeuw, 1994), quizás lasdificultades detectadas sean debidas a queel concepto no posee una naturaleza onto-lógica muy clara. Si los alumnos parten delno reconocimiento del vacío y de la conti-nuidad de la materia, parece lógico pensarque este concepto sea formado a partir delconcepto de materia, como ausencia deella, por un proceso de diferenciación con-ceptual (Benlloch, 1997), pudiendo tener,en los primeros momentos, algunas carac-terísticas asignadas a la materia.

Por otra parte, la aceptación del vacíopuede conllevar también importantes cam-bios en los compromisos epistemológicosde los alumnos. No existen evidenciasexperimentales claras que faciliten la com-prensión del mismo; al contrario, se tratade una concepción intelectual «contraintui-tiva» que tiene sentido en el seno de unateoría para explicar el comportamiento dela materia. Aceptar el vacío supone aceptarque, en la ciencia, las entidades teóricas ylos modelos se proponen para dar cohe-rencia a las explicaciones. Esta visión de laciencia es, como se ha dicho antes, unaconcepción que sólo en raras ocasiones espuesta de manifiesto por los adolescentes(Driver et al. 1994).

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C. La asimilación de la naturalezaontológica que la ciencia escolarasigna a las partículas

Los alumnos conciben a las partículascomo materia, ya que poseen las propieda-des generales de masa y volumen, perocarecen de cualquier otra propiedad asig-nada a la materia macroscópica. Estaadquisición supone un avance considera-ble con respecto a la teoría anterior. En pri-mer lugar, porque los alumnos abandonanel recurso de atribuir propiedades macros-cópicas a las partículas (color, se dilatan, seexpanden...), aunque en algunos casospuedan encontrarse reminiscencias delmismo. En segundo lugar, porque han asi-milado el carácter material de las partícu-las, aspecto no totalmente adquirido en lateoría anterior.

La naturaleza ontológica que la cienciaescolar asigna a las partículas implica laaceptación de dos propiedades que la dife-rencian de la materia macroscópica: movi-miento intrínseco e interacción entre ellas.Se trata de dos conceptos de difícil adquisi-ción.

La comprensión del movimiento intrín-seco se encuentra en un estado incipiente.La idea de movimiento corpuscular existe,pero no se utiliza para explicar las propie-dades de la materia a nivel macroscópico.La suposición sobre el movimiento de laspartículas consiste en asignarles un com-portamiento cinético análogo en muchosaspectos al «comportamiento mecánico delos cuerpos». Superficialmente, esta suposi-ción puede parecer sencilla y con implica-ciones claras, pero no es así para los alum-nos, ya que el comportamiento mecánicode los cuerpos no tiene una descripción ointerpretación sencillas, sino que puede serexplicado de forma diferente por distintasteorías alternativas (Viennot, 2002).

En este aspecto, la teoría cinética departículas se refiere específicamente a lateoría de la mecánica de Newton, queincluye como característica fundamental el

concepto de movimiento de inercia enlínea recta y a velocidad constante. La pre-sunción de la idea del movimiento de iner-cia requiere la aceptación del «espaciovacío ilimitado» como noción necesaria.Cuando aplicamos la mecánica de Newtona las partículas gaseosas, las concebimoscomo moviéndose en líneas rectas en elvacío, chocando entre ellas y con las pare-des del recipiente, y creando estadística-mente un movimiento aleatorio.

Ahora bien, cuando decimos a nues-tros alumnos que las partículas tienen unmovimiento intrínseco, ¿podemos dar porsupuesto que piensan en el movimiento delas partículas en el contexto del marconewtoniano? Parece una suposición algoarriesgada. En muchas ocasiones, los alum-nos estudian determinadas ideas sobre lanaturaleza de la materia antes que la mecá-nica newtoniana. Incluso cuando han estu-diado mecánica, las ideas relativas a fuerzay movimiento resultan difíciles de entendery de utilizar para la mayoría de los alumnosde la escuela secundaria. Precisamente,encontramos alumnos de secundaria, eincluso estudiantes universitarios, que utili-zan ideas intuitivas o marcos alternativosque reúnen las características de modos depensar anteriores a Newton. Por otro lado,(Albanese y Vicentini, 1997) afirman que alos alumnos rara vez se les dice que, en elestado sólido los átomos tienen movimien-to, cuando se les presentan modelos crista-linos.

Resumiendo, si el posible marco dereferencia (la mecánica de Newton) no esasimilado por los alumnos, difícilmentepodemos esperar que lo apliquen al movi-miento de las partículas. Se constituyepues esta idea como un obstáculo impor-tante en la comprensión de la teoría ciné-tico-molecular.

Con respecto a la idea de interacciónentre moléculas, ésta puede ser reconocidapor los alumnos en todos o en algún estadoconcreto de la materia, pero de ella no siem-pre se derivan propiedades macroscópicas.

460

Existen evidencias a nivel macroscópico deque la materia se atrae y se repele (inter-acciona) incluso sin contacto directo(atracciones electrostáticas, la gravedad yel magnetismo). Algunas de estas ideaspodrían ser transferidas al mundo de laspartículas, con la esperanza de que lasinteracciones entre estas puedan ser másfácilmente aceptadas, aunque no se com-prenda claramente cuál es su naturaleza.Quizás sea esta una idea a la que no sededica el tiempo necesario en la enseñan-za (Johnson, 1998).

D. Escasa aplicación de las ideas demovimiento e interacción molecu-lar para explicar las propiedadesmacroscópicas

En cuanto a los recursos explicativos,en esta teoría comienzan a superarse lasexplicaciones basadas en la semejanzaentre los niveles macro-micro, y los alum-nos comienzan a concebir lo que ocurre anivel macroscópico como debido a lascaracterísticas y comportamientos de laspartículas. Ahora bien, puesto que la asimi-lación de las propiedades características delas partículas es todavía incipiente, no esde esperar que los alumnos las utilicen deforma generalizada. Lo más normal es unuso aislado de alguna de ellas en funcióndel contexto y sin que aparezcan asociadasa otros conceptos como el de vacío. Lacoordinación de estas ideas (movimiento,interacción y vacío) en esquemas explicati-vos se convierte pues en la adquisición quellevaría a la teoría escolar.

Esta teoría se manifiesta, según el mapade dominio, por las ideas correspondientesal nivel 3 de cada una de las dimensiones(cuadro III).

TEORÍA ESCOLAR

Se trata de la teoría que pretendemos quelos alumnos adquieran y apliquen. Pode-mos sintetizarla de la siguiente forma:

� Todas las sustancias están formadaspor agregados de partículas extraor-dinariamente pequeñas, e indivisi-bles (figura VI).

FIGURA VIRepresentación de la materia en estado

líquido o sólido

� Entre las partículas existe vacío.� El movimiento de las partículas y la

interacción entre ellas son los res-ponsables de las propiedades físicasde la materia (estado y volumen,aunque no de la masa) y sus trans-formaciones.

Debido a estas interacciones y compor-tamiento, el sistema de partículas resultadiferente a la suma (simple) de las mismas.Por tanto, las partículas tienen su compor-tamiento específico, diferente del de lamateria a nivel macroscópico, el cual seríadebido al comportamiento del sistema departículas considerado a nivel colectivo.

Al analizar los razonamientos necesa-rios para realizar las explicaciones de laspropiedades y transformaciones de la mate-ria se puede tomar conciencia de lasdemandas que se hacen a los alumnos eneste sentido. Un ejemplo de cómo esteesquema sería utilizado es la siguienteexplicación del aumento de tamaño al inflarun neumático, fenómeno que suele utilizar-se con cierta frecuencia en los textos:

Al introducir aire en el interior de unneumático, este aumenta de tamaño (seexpande). Esto se explica, desde la teoríacinético-molecular, recurriendo a algunade las propiedades de las partículas y a

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relaciones entre ellas que se consideranrelevantes para esta situación. Así, al intro-ducir más aire hay más partículas movién-dose en todas las direcciones y chocandocon las paredes. El mayor número de cho-ques por unidad de tiempo hace que lasuperficie del neumático se estire, produ-ciendo un aumento del volumen interior.Por tanto, un efecto macroscópico observa-ble (aumento de volumen) no se explicapor un efecto similar a nivel microscópico.Hay que relacionar aquí el aumento delnúmero de partículas con la frecuencia delos choques entre ellas y las paredes, y estecon el aumento de su superficie y esto a suvez con el aumento del volumen anterior,sin entrar en las consideraciones de las par-tículas del neumático.

Como puede apreciarse, una explica-ción poco evidente para el sentido común.La diferenciación entre las propiedades dela materia y las propiedades de las partícu-las se convierte pues en un aspecto difícilde asimilar. Johnson (1998) considera queesta es la dimensión en la que de formamás tardía se produce el progreso de losalumnos. De forma similar, (Benarroch,2000) sitúa en un nivel final la coordina-ción de las ideas de movimiento, interac-ción y vacío en un único esquema causal.

Asimilar y utilizar este esquema explica-tivo supone el salto cualitativo más impor-tante respecto a la teoría anterior. Por unaparte, los alumnos tienen que cambiar suspautas de razonamiento para llegar a expli-car los fenómenos en términos de interac-ción entre partículas y no en términos decaracterísticas inherentes a las mismas, locual, como se ha dicho antes, es una de lascaracterísticas propias del pensamiento coti-diano. También implica un cambio en suscompromisos epistemológicos, de modoque han de reconocer que las entidades teó-ricas y los modelos, lejos de la dicotomía«verdadero-falso», son propuestos para darcoherencia a las explicaciones.

Resumiendo, según el mapa de domi-nio (cuadro I) esta teoría se manifiesta por

las ideas correspondientes al nivel 3 de lasdimensiones A y B y al nivel 4 de lasdimensiones C y D.

La enseñanza de esta teoría, con dife-rentes niveles de formulación, representa-ción y aplicación, requiere de un periodoescolar amplio, trascendiendo el de la edu-cación obligatoria. Si el objetivo con losalumnos de la ESO es que adquieran una pri-mera versión, lo más simple posible, y laapliquen a la interpretación de fenómenosrelativamente conocidos; en el Bachillerato,los alumnos van a profundizar en el cono-cimiento y uso de modelos atómicos ymoleculares, y van a generalizar su aplica-ción.

LAS TEORÍAS DE LOS ALUMNOSY EL PROGRESO EN LA COMPRENSIÓN

El marco teórico descrito es propuestocomo instrumento guía para la investiga-ción en el dominio de la naturaleza de lamateria. Desde esta perspectiva, investigarel progreso en la comprensión requiereidentificar las posibles teorías de los alum-nos y conocer como pueden cambiar conla edad y la instrucción. Ahora nos estamosrefiriendo a las teorías que manifiesta cadaalumno, y éstas no tienen por qué coinci-dir, en todo caso, con todas las que se hancontemplado en el repertorio descrito.

Desde nuestro punto de vista, las teo-rías pueden ser consideradas como unpuzzle que el investigador construye conel objetivo de dar sentido a las respuestasde los alumnos, de tal forma que estas teo-rías están en la base, aunque sea de formaimplícita, de sus explicaciones y descrip-ciones de los fenómenos en un dominioespecífico determinado.

Según este modelo del puzzle, las teo-rías se definen con un número de piezasigual al número de dimensiones que seconsideran importantes en la compren-sión del dominio. Este puzzle no es sólouna colección de piezas, sino también las

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relaciones entre ellas necesarias para colo-car cada una en su sitio y para producir, deforma colectiva, una peculiar interpretacióndel dominio. Distintos puzzles (teorías)pueden compartir piezas (concepcionesconcretas), y una pieza determinada debeser analizada en el contexto del puzzle enel que se encuentra, ya que puede tenerdistinto sentido en distintos puzzles.

Este modelo tiene implicaciones tras-cendentales en la concepción del aprendi-zaje y de la progresión. Si una concepciónsobre un fenómeno es considerada comoun puzzle (teoría) resultará más difícil ima-ginar que el aprendizaje pueda consistir enel proceso de sustituir un puzzle por otro sino es de una forma gradual. Más bien, sepuede entender que, a partir de un deter-minado puzzle (teoría 1), se van producien-do cambios paulatinos en determinadaspiezas o en las relaciones entre ellas, de talforma que, en un momento determinado,constituyen un nuevo puzzle (teoría 2).

La adquisición de una determinadateoría 2 no tiene por qué significar que elalumno deseche una previa teoría 1.Ambas pueden coexistir en la mente de losalumnos activándose una u otra según elcontexto o el tipo de fenómeno que sequiere explicar.

La ausencia de una pieza, o de varias,no tiene por qué significar la ausencia deteoría, sino que ésta no está aún desarrolla-da completamente, pudiéndose así diag-nosticar cuáles son las piezas que faltan. Enun puzzle existen piezas cuya colocaciónresulta más fácil de realizar y otras de ubi-cación más difícil, hasta tal punto que paracolocarlas sería aconsejable que el resto delas piezas ya estuviesen colocadas. Estosignifica que, en el seno de una teoríadeterminada, pueden existir elementos quelos alumnos adquieren de forma más fácilque otros, e incluso que algunos aspectosrequieren de la asimilación previa de otros.

Volviendo al marco teórico propuesto,como tal marco, podrá y deberá ser mo-dificado en la medida en que los datos

experimentales lo hagan necesario. Estasmodificaciones podrían consistir, por ejem-plo, en la incorporación de nuevas con-cepciones que representen pasos interme-dios no contemplados en alguna de lasdimensiones y/o en la modificación dealguna de las teorías descritas en el reper-torio. Constituye también una guía desde elpunto de vista metodológico. En primerlugar, señala con claridad las dimensionessobre las que hay que indagar. La ausenciade información sobre alguna de ellasrepresentaría una visión incompleta de lacomprensión sobre la naturaleza de lamateria de cualquier alumno. Los trabajoscitados suelen centrarse en una o algunasde las dimensiones que han sido conside-radas importantes por los autores, y en unrango limitado de tareas y contextos. Ensegundo lugar, la consideración de las con-cepciones de los alumnos como teoríasrequiere explorar sus explicaciones en unamplio rango de tareas y contextos, quepermita a los investigadores identificarlas yreconocer la consistencia en sus usos.

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