Enseñanza de Ciencias: Ideas Clave y Obstáculos en el Aprendizaje de Materiales, Máquinas y Energía

Implicaciones para la Enseñanza de Ciencias

Del conjunto de resultados señalados cabe derivar algunas implicaciones para la enseñanza con la finalidad de ir avanzando desde sus ideas iniciales hacia un conocimiento de los materiales, de sus propiedades y cambios, más acorde con las ideas científicas. Son:

• Trabajar con objetos cotidianos, estableciendo diferencias en las propiedades del objeto y material (1er ciclo).
• Avanzar progresivamente en la conceptuación de los diferentes estados de agregación: sólido y líquido (1er y 2o ciclo) y gases (3er ciclo).
• Aplicar en los experimentos acciones sobre materiales prototipos para explorar sus propiedades y cambios.
• Establecer diferencias en las propiedades de los materiales: generales a la materia, comunes al estado y específicas del material (2o y 3er ciclo).
• Atender al diferente significado del vocabulario en el lenguaje cotidiano y científico.
• Utilizar instrumentos de medida para registrar propiedades (temperatura, peso, etc.) y superar el predominio de las percepciones (2o y 3er ciclo).
• Abordar progresivamente los cambios en los materiales (posición, forma, agregación, composición,...) identificando qué cambia y qué se conserva.

Experiencias e Ideas Previas de los Alumnos sobre Máquinas y Aparatos

Ideas Clave sobre Obstáculos para el Aprendizaje

• Piensan que cualquier máquina debe ser sofisticada; no consideran que una rampa, una rueda o una polea fija pueda ser una máquina.
• Se ven influenciados por un finalismo simple (está en equilibrio porque está hecho para eso) y por aspectos perceptivos (cuanto más compleja es más útil); usan interpretaciones artificialistas y animistas en relación con los hechos y fenómenos; asocian cualidades humanas a los objetos.
• Tienen problemas con la descomposición de fuerzas (el peso en el plano inclinado, las fuerzas en los polipastos...); además, no pueden usar relaciones trigonométricas.
• Les resulta irrelevante el principio de conservación; tienen más dificultades para trabajar desde el punto de vista energético que dinámico; de hecho, asocian energía con fuerza.
• Centran su razonamiento en la fórmula (normalmente sólo memorizada) que ha de aplicarse y no en el concepto de máquina.
• Usan indistintamente términos como fuerza aplicada, potencia, trabajo, energía...
• Tienen problemas para identificar algunas variables; no relacionan más de dos a la vez y sólo cuando la relación es lineal y directa (resulta problemático, por ejemplo, con la palanca o el plano inclinado).
• No son capaces de realizar un control y exclusión de variables; varían más de un factor cuando deben diseñar un experimento.
• Consideran las fuerzas de rozamiento como algo destructivo.

Otros Obstáculos Derivados de los Conocimientos Implicados

• Tienen problemas para identificar la presencia o la ubicación de aire; piensan que los gases no tienen masa ni pesan.
• No conservan la materia ni el peso (en los sólidos y líquidos) con el cambio de forma por condicionamiento perceptivo; cuando llegan a la conservación de la masa la hacen extensible al volumen y en todas las situaciones.
• Confunden masa y peso; consideran que el peso sólo depende de las características del objeto; piensan que la balanza mide el peso.
• Tienen confusiones entre masa-volumen y peso-volumen; no llegan a comprender el concepto de densidad ni lo relacionan con la flotabilidad.
• Establecen relaciones inexistentes y, sin embargo, son incapaces de establecer relaciones entre una propiedad y varias variables (por ejemplo, flexibilidad con tipo de material, longitud, sección...).

Problemática del Aprendizaje de Contenidos Escolares sobre la Energía

Obstáculos para el Aprendizaje

• Consideran la energía como un fluido (calórico) que puede almacenarse, transportarse, darse y quitarse...; le asignan un carácter sustancial.
• Asocian la energía a los seres vivos o a combustibles; tienen una visión antropocéntrica de energía, trabajo y potencia (“está cansado, no tiene energía”; “estoy muy potente”...).
• Se solapan algunos términos en el lenguaje cotidiano: trabajo-esfuerzo, energía-fuerza... (“está haciendo mucho trabajo”, “la fuerza es la energía que...”).
• Asocian la energía al movimiento.
• Tienen muchas dificultades para aplicar el principio de conservación y no comprenden por qué se transforma la energía (caja negra); también tienen problemas con la degradación.
• Cada vez tienen más condicionamientos por el conocimiento trasmitido por la prensa, la publicidad, la televisión... (“alimentos bioenergéticos”, “hay que comer alimentos sin energía”, “..., la energía de la vida”...).