Aprender y enseñar ciencias

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BOLETIN 31, agosto 1993 / Proyecto Principal de Educación

APRENDER Y ENSEÑAR CIENCIAS: UNA RELACION ATENER EN CUENTA

Carlos PalaciosEncarnación Zambrano*

Los profesores estamos tomando decisiones constantemente acerca de cómo vamos aenseñar cada determinado contenido. Detrás de cada una de estas decisiones queconforman la metodología de enseñanza hay una teoría –ya sea explícita o no– acercade cómo aprenden nuestros alumnos y de cómo avanzamos nosotros mismos en elconocimiento de la profesión.Una de las metodologías de aprendizaje que más utilizamos en nuestra prácticaprofesional es la conocida como “ensayo-error”: probamos con nuestros alumnos quétal aprenden la electricidad de una determinada manera y si va bien, al año próximo lorepetiremos y, si no, pues... ya veremos cómo lo cambiamos. La construcción denuestro conocimiento profesional se convierte así en una tarea muy compleja, enespecial cuando vemos que aquello que resultó muy bien para un determinado curso,es un desastre para el curso siguiente.

Hay recetas a seguir; están en los libros de texto.Sin embargo, dejar que otros decidan por nosotrosacerca de cómo hay que enseñar no es efectivo.Los intereses del alumno medio para el que estápensado el libro no suele coincidir con los intere-ses de nuestros propios alumnos. ¡Esto de enseñarciencias es complicado! y es que aprender no lo esmenos.

A veces desconocemos entre qué metodologíaspodemos elegir. Nuestra experiencia comoalumnos no ha sido tan positiva como hubiésemosquerido y nuestra formación psicopedagógica hasido tan escasa, que en ocasiones sólo distingui-mos entre “el método tradicional” y “el experi-mental”, llegando a confundir la metodología conel lugar, el aula o el laboratorio desde donde se

realiza la enseñanza y, sin embargo, puede ser tantradicional –o más– una práctica de laboratoriocomo una lección magistral.

Las teorías acerca de cómo aprenden los indivi-duos han desempeñado un papel muy importanteen el desarrollo de las diferentes metodologías deenseñanza de las ciencias. Los psicólogos que sehan preocupado por el aprendizaje humano hancambiado sus ratas y palomas a las que metían encomplicados laberintos, premiándolas y casti-gándolas a discreción, por seres humanos –enmuchos casos de edades similares a las de nuestrosalumnos– que tenían que aprender contenidosconcretos, a menudo de ciencias y matemáticas.La colaboración entre psicólogos y profesores deciencias, en especial de física, ha resultado muyfructífera para ambas partes.

En este trabajo se presentan de forma breve lasteorías de aprendizaje que, desde nuestro punto devista, más han influido en el desarrollo de nuevasmetodologías de enseñanza. A menudo no es fácilasignar una metodología de enseñanza a una únicateoría de aprendizaje, ya que los profesores que

* Carlos Palacios. Profesor de Física y Química. CIDE(Centro de Investigación, Documentación y Evaluación).Ministerio de Educación. España.Encarnación Zambrano. Psicóloga. Ayuntamiento deAlcobendas. Madrid.

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Aprender y enseñar ciencias: una relación a tener en cuenta / Carlos Palacios, Encarnación Zambrano

proponen nuevos métodos de enseñanza no tratande ejemplificar una determinada teoría sino deproducir materiales efectivos, todo ello bajo lainfluencia de alguna o algunas teorías de aprendi-zaje, pero también de una forma de entender elmundo, una experiencia profesional y un largoetcétera de factores.

La intención del trabajo no es convencer acercade las bondades de una determinada teoría deaprendizaje o metodología de enseñanza; enseñares tan complejo que no podemos hacerlo de unaúnica manera. Se trata de ampliar los puntos devista que se pueden considerar a la hora de planificarla instrucción en ciencias.

Las teorías del aprendizaje que se han conside-rado son aquellas que han tenido más incidenciaen el campo de la didáctica de las ciencias. Desdelos grandes principios, de las teorías del aprendizajepor descubrimiento, del equilibrismo de Piaget,del aprendizaje significativo y del procesamientode la información se han elaborado materialespara mejorar la enseñanza. En cada apartado secomienza haciendo una somera descripción deéstas y se describe la incidencia que han tenido enel aula, enumerándose algunos de los materialesque se han producido bajo su influencia. Al final,se dedica un apartado al tema de la resolución deproblemas; la importancia que tiene en el aula esenorme y aunque todas las teorías se ocupan de talhabilidad, conocer cómo resuelven los alumnoslos problemas y cómo puede enseñarse a resol-verlos es un campo de interés específico desde elque se han realizado numerosos trabajos de in-vestigación. Se ha procurado que las citas sean encastellano, con el fin de proporcionar al lector eneste idioma trabajos con los que poder profundizaren el tema, lo cual le conducirá a las fuentes que,por lo general, se encuentran en inglés.

El aprendizaje por descubrimiento

El movimiento del aprendizaje por descubrimientosurge como alternativa a los métodos expositivosy memorísticos propios de la enseñanza tradicional.Los orígenes del mismo se encuentran en Sócratesy Rosseau. Un ejemplo que pone de manifiesto lautilización del término en el discurso educativo de

finales del siglo pasado, lo constituye el siguientepárrafo que recoge una intervención de ManuelBartolomé Cossío en el Congreso Nacional Peda-gógico, Madrid, 1882:

“No hay resultado positivo si el niño no crea einvestiga por sí. Colocadlo realmente ante elespectáculo que queréis que le impresiones;...,y no anticipéis jamás la conclusión; esperadsiempre a que él la descubra, dejándole lainiciativa y el placer de su obra. Y este pro-cedimiento individual e indagador se aplicaigualmente al niño de cuatro años que al jovende veinte, que al hombre durante toda suvida”. (En Barrón, A., 1991, pág. 52).No ha sido hasta principios de la década de los

60 cuando, de la mano de Jerome Bruner, JeanPiaget y Robert Gagné, los términos enseñanza yaprendizaje por descubrimiento se han populari-zado en diferentes ámbitos educativos. Muchoslibros, numerosos artículos y algunos profesoresque se atrevieron a “descubrir la ciencia” con susalumnos, han protagonizado la historia del prin-cipal movimiento de innovación en la enseñanzade las ciencias entre el comienzo de los años 60 yel de los 80. En lo que sigue se harán referenciasa los puntos de vista de Bruner, uno de los mayoresdefensores de esta corriente.

El principio fundamental en el que se basa estateoría es que los estudiantes aprenden, funda-mentalmente, descubriendo por ellos mismos apartir de los datos del entorno.

El artículo publicado por Bruner en 1961 titu-lado Act of Discovery fue recibido con entusiasmoentre los profesores que no estaban de acuerdo conel sistema establecido. En dicho artículo se sugierela conveniencia de que el alumno se impliqueactivamente en el descubrimiento del conoci-miento; sin embargo, no se llega a decir quéentiende Bruner por descubrimiento; varios añosdespués el propio autor manifiesta:

“No sé si comprendo todavía qué es el des-cubrimiento, y no creo que importe demasia-do”. (ídem, pág. 33).En la enseñanza por descubrimiento adquiere

una importancia decisiva la presentación de situa-ciones problemáticas que induzcan a los alumnosa resolverlas activamente. Se les proporciona un

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contexto apropiado para que utilicen su pensa-miento intuitivo en la formulación de hipótesis ysu pensamiento inductivo para abstraer a partir delos datos.

La organización del material de enseñanza serealiza:

“…de acuerdo a la estructura fundamental de lamateria y procediendo inductivamente, de losimple a lo complejo, de lo concreto a lo abs-tracto y de lo específico a lo general; permitien-do descubrir a los alumnos la estructura y lageneralización por sí mismos”. (ídem, p. 37).Los métodos propios de los científicos, como

observar, formular hipótesis, controlar variables,extraer conclusiones, etc…, desempeñan un papelmuy importante en el proceso de aprendizajepuesto que, a partir del dominio de estos procesosgenerales, pueden aprenderse los diferentes con-ceptos y principios científicos.

Para Bruner, las ventajas que presenta la ense-ñanza por descubrimiento son las siguientes:– Incrementa el potencial intelectual, ya que

ayuda a que el niño aprenda a resolver pro-blemas, transformar la información y avanzaren la misma tarea de aprender.

– Cambia la motivación extrínseca por la in-trínseca, puesto que la recompensa se encuentraen el descubrimiento mismo.

– Fomenta el aprendizaje de la heurística deldescubrimiento, que luego se podrá aplicar aotras situaciones.

– Ayuda a retener el conocimiento en la memoriade forma organizada. Como el principal pro-blema de la memoria humana no es elalmacenamiento de la información sino surecuperación, al estar bien organizada se po-drá recuperar con facilidad.Con estos presupuestos, no puede decirse que

exista una teoría de aprendizaje por descubrimientosino “un movimiento” que considera el descubri-miento como una forma efectiva de aprendizaje.Esta vaguedad en su conceptualización ha sido lacausa, probablemente, de la confusión que se hagenerado en torno al significado del términoaprendizaje por descubrimiento. Sin embargo, lafalta de una sólida teoría no ha impedido quehayan sido muy numerosos los proyectos que se

han planificado para que los alumnos aprendan,fundamentalmente, descubriendo.

El aprendizaje por descubrimiento en el aula

A principios de los años 60 y tras el lanzamientodel primer Sputnik soviético, los EE.UU. dedicaronuna gran cantidad de recursos humanos y econó-micos a mejorar la formación de los alumnos deciencias con el propósito de tomar la cabeza en lacarrera espacial. Los proyectos PSSC, CHEM,BSCS, NUFFIELD, en la línea de la enseñanzapor descubrimiento, son representativos de losmuchos que se utilizaron en miles de escuelas,fundamentalmente en el mundo anglosajón.

Las reformas de la enseñanza que se hicieron enel mundo durante estos años, como las que tuvieronlugar en España en los años 70, incorporabanmuchos de los principios de esta corriente, si bien,por motivos diversos, nunca llegaron a aplicarseen las aulas de forma mayoritaria.

A lo largo de los veinte años que ha estado enboga esta corriente pedagógica y dada la escasafundamentación teórica de sus planteamientos, hahabido diversos movimientos educativos que sehan adherido a ella, ampliando y confundiendo elsignificado del término hasta límites muy alejadosde los planteamientos originales. Algunas de lasperspectivas que se han presentado como ense-ñanza por descubrimiento, aunque su etiqueta seade “dudosa procedencia”, se han caracterizado por:– Identificar descubrimiento con secuencias de

aprendizaje inductivo.– Ignorar la importancia de la “comprobación”

en el proceso del descubrimiento.– Identificar aprendizaje por descubrimiento con

una experiencia intuitiva.– Interpretarlo como aprendizaje por ensayo-

error.– Identificar descubrimiento escolar o descu-

brimiento científico.– Interpretar el aprendizaje por descubrimiento

como autónomo o independiente.– Identificar descubrimiento con aprendizaje

mediante prácticas de laboratorio.– Estructurar de una forma mecanicista el pro-

ceso de descubrimiento (ídem, p. 224).

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La falta de una sólida teoría ha permitido quebajo el término descubrimiento cupiera casi todo;si a esto se le añade el paso de los años, el resultadoes que el movimiento de enseñanza-aprendizajepor descubrimiento se encuentra hoy en un “estadode coma”. El término se ha utilizado demasiado;sin embargo, muchas de las ideas en las que seapoyaba pertenecen hoy tanto a las corrientesconstructivistas como a las que se han denominadoCiencia, Técnica y Sociedad.

Una propuesta muy interesante, que trata deconceptualizar el término aprendizaje por descu-brimiento y “adaptarlo” al entorno constructivistadominante, es la realizada por Angeles Barrón,que está expuesta en su obra citada anteriormente.

El aprendizaje significativo

En pleno auge de la enseñanza por descubrimientoy con el prestigio de la enseñanza expositiva en susniveles más bajos, D.P. Ausubel (1968) proponeuna teoría de aprendizaje en la que el modelo deenseñanza es la transmisión de contenidos. Unargumento importante en defensa de unametodología de transmisión-recepción es que lamayor parte de los conocimientos que aprendemosno los descubrimos, sino que nos son dados.

Aprender significativamente un determinadocontenido supone:

“comprender su significado e incorporarlo a laestructura cognoscitiva, de modo que lo tengadisponible, sea para reproducirlo, relacionar-lo con otro aprendizaje o para solucionarproblemas en fecha futura”. (ídem, p. 107).El aprendizaje significativo se contrapone al

memorístico de la siguiente forma:“Para aprender significativamente, el indivi-duo debe tratar de relacionar los nuevos co-nocimientos con los conceptos y proposicio-nes relevantes que ya conoce. Por el contrario,en el aprendizaje memorístico el nuevo co-nocimiento puede adquirirse mediante me-morización verbal y puede incorporarse arbi-trariamente a la estructura de conocimientosde una persona, sin ninguna interacción con loque ya existe en ella”. (Novak, J.D., 1988, pág.26).

Con el fin de salvar la distancia existente entrelo que el alumno conoce y lo que ha de conocer seemplean los “organizadores previos”, materialesintroductorios que se presentan antes del materialobjeto de aprendizaje.

Aportación interesante de Ausubel es, también,la distinción que establece entre el tipo de apren-dizaje realizado por el alumno y la estrategia deinstrucción utilizada para conseguir dicho apren-dizaje. Desde esta perspectiva, las estrategias deenseñanza por descubrimiento pueden dar lugartanto a aprendizajes por repetición como aaprendizajes significativos, del mismo modo quelas estrategias de enseñanza por recepción puedendar lugar a esos dos mismos tipos de aprendizaje.En opinión de J.I. Pozo, 1989:

“… la distinción entre aprendizaje y enseñanza(realizada por Ausubel) supone la superaciónde la vieja y falsa dicotomía entre la enseñanzatradicional y la mal llamada (enseñanza acti-va),…” (p. 210).Para que se produzca el aprendizaje significa-

tivo han de cumplirse una serie de condiciones:– El material que se trata de enseñar debe tener

un significado lógico, sus elementos tienenque estar organizados.

– El que aprende debe estar predispuesto alaprendizaje significativo, ya que si se limita arepetir, por muy bien organizado que esté elmaterial, no se producirá un aprendizaje sig-nificativo.

– La estructura cognitiva del alumno ha de tener“ideas inclusoras” que puedan ser relaciona-das con el material a aprender, de modo queconfieran significado lógico a las ideas nuevasy puedan afianzarlas. Esta es una de las razonesprincipales del uso de los organizadores.Ausubel postula tres maneras posibles mediante

las cuales puede producirse un aprendizaje sig-nificativo, haciendo hincapié en que, en su mayorparte, los aprendizajes se realizan a partir de unadiferenciación progresiva de estructuras ya exis-tentes. Así, a partir de la idea de velocidad, losalumnos pueden aprender a diferenciar entre dis-tintos tipos de velocidades (instantánea, media,angular, etc); la diferenciación entre distintos ti-pos de velocidades (constantes o no) puede dar

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lugar al aprendizaje de un nuevo concepto: laaceleración.

La teoría de Ausubel postula un tipo de apren-dizaje que va de lo general a lo específico. Deacuerdo con esto, Novak propone como guía parael diseño curricular una secuencia que va funda-mentalmente “de arriba abajo” –de lo general a loespecífico–, en sentido opuesto a la teoría deGagné que es “de abajo arriba” –de lo específicoa lo general– (Novak, J.D., 1982, p. 117).

Los principios de esta teoría se han aplicado ypopularizado en la enseñanza de las ciencias,principalmente de la mano de J.D. Novak y de sugrupo de la Universidad de Cornell. Alguno de losgrandes principios de la teoría se han aplicado ennumerosos libros de texto; los resúmenes queaparecen al comienzo de las lecciones son autén-ticos “organizadores previos” que proporcionanel armazón sobre el que se irán incorporando losnuevos conocimientos.

Los mapas conceptuales

Los mapas conceptuales, desarrollados desde lateoría del aprendizaje significativo, constituyenuna útil herramienta para el aprendizaje. Losprimeros trabajos sobre ellos fueron realizadospor parte del grupo dirigido por J.D. Novak amediados de los años 70.

En su libro Aprendiendo a Aprender, J.D. Novaky D.B. Gowin (1984, traducción 1988) describendos instrumentos de gran utilidad para alumnos yprofesores: los mapas conceptuales y el diagramaUVE. En el transcurso del tiempo, desde la fechaen que se publicó el libro, puede percibirse que elempleo de los mapas conceptuales ha tenido unamplio eco en el ámbito de la didáctica de lasciencias: se han utilizado en todos los niveles deenseñanza, desde primaria hasta universitaria, asícomo para diferentes ámbitos que van desde laplanificación de un curso, tanto de ciencias comode historia, hasta la evaluación de los alumnos o deuna determinada metodología de investigación.

No ha tenido la misma repercusión la propuestade utilización del diagrama UVE cuyo manejo,quizás menos sencillo, se ha quedado más restrin-gido.

Qué son y para qué sirven

El propósito de los mapas conceptuales es repre-sentar relaciones significativas entre conceptos enforma de proposiciones.

Las indicaciones que da Novak para construirlosson, básicamente, que en la parte superior de éstosfiguren los conceptos más generales, dejándoselos cada vez más específicos para la parte inferior.El argumento en el que se apoya tal sugerenciaconstituye el eje central de la teoría del aprendi-zaje significativo; es decir, el aprendizaje se pro-duce más fácilmente cuando los nuevos signifi-cados se engloban bajo conceptos más generales.

Construir mapas conceptuales no es una acti-vidad sencilla, ni para los alumnos ni para losprofesores. Decidirse por cuál es el concepto másgeneral en cada momento no es fácil. Cada vez quehemos elaborado mapas conceptuales, el procesono nos ha resultado ni mucho menos trivial, aunquehemos podido comprobar que, tal y como diceNovak, su elaboración resulta creativa debido aque en muchos casos “descubrimos” nuevas re-laciones de interés.

Novak y Gowin aportan diferentes estrategiaspara introducir los mapas conceptuales en el aula,en función de la etapa educativa a la que vayandirigidos.

En opinión de sus creadores, su construcciónresulta útil, en primer lugar porque:

“la construcción de mapas conceptuales es unmétodo para ayudar a estudiantes y educadoresa captar el significado de los materiales que sevan a aprender” (ídem, p. 19).Además, sirven para:

– Explorar qué saben los alumnos, lo que resultafundamental en el proceso de aprendizaje tantopara el alumno como para el profesor.

– El trazado de una ruta de aprendizaje. Puestoque los mapas conceptuales tienen un ciertoparecido con los mapas de carretera –con ladiferencia de que en vez de ciudades hayconceptos– los mapas conceptuales puedenser útiles “para ayudar a los alumnos a trazaruna ruta que les ayude a desplazarse desdedonde se encuentran actualmente hacia el ob-jetivo final”. (ídem, p. 63).

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– La extracción del significado de los libros detexto. Cuando el significado de un texto de unpárrafo resulte confuso, los autores proponenrealizar un mapa conceptual que ayude a re-saltar los significados extraídos del texto.

– La extracción del significado en el trabajo delaboratorio, de campo y/o en el estudio. Losmapas conceptuales pueden ayudar para in-terpretar los acontecimientos y objetos que seestán observando.También pueden servir al profesorado:

– En la planificación de la instrucción. La de-terminación de qué conceptos son los másgenerales, tanto en la planificación general delcurso como en la programación de una lección,puede ayudar al profesor a organizar las se-cuencias de aprendizaje. La identificación delos conceptos más específicos puede facilitarla selección de las actividades y los materialesde enseñanza.

– Como instrumentos de evaluación. La repre-sentación de las relaciones entre los conceptospermite conocer si existen o no relacionesdefectuosas y si faltan algunas de las relaciones.Los autores proponen un procedimiento depuntuación, basado en la teoría cognitiva delaprendizaje de Ausubel. Un ejemplo de utili-zación de este tipo de procedimiento es el em-pleado en la corrección de preguntas abiertasen Biología en las pruebas de acceso a launiversidad (Nieda Oterino, J. et al. 1985).

– En la investigación en didáctica de las cien-cias, como puede verse en los numerososejemplos que se citan en el trabajo de GonzálezGarcía, F.M. (1992).

¿En qué se diferencian los mapasconceptuales de los esquemas?

Una de las objeciones más frecuentes por parte delos profesores a los que se les presentan porprimera vez los mapas conceptuales es que no sonmuy diferentes de los esquemas que ellos hanvenido utilizando desde su época de estudiantes.¿En qué superan los mapas conceptuales a losesquemas? A Novak y Gowin ya se les debió deplantear esta pregunta en su momento, puesto que

aclaran las diferencias en un apartado específicode su libro.

Los autores piensan que tanto los mapas comolos esquemas tienen aplicaciones útiles, aunquelógicamente ven una mayor utilidad a los mapasque ellos proponen. Las diferencias son, básica-mente, las siguientes:– En los mapas conceptuales se exponen los

conceptos y las proposiciones fundamentalescon un lenguaje conciso y explícito. En losesquemas se mezclan conceptos, proposicio-nes y ejemplos utilizados en la enseñanza enun entramado donde no se perciben las rela-ciones de ordenación en cuanto al grado degeneralización de los conceptos y proposi-ciones.

– Los mapas conceptuales son concisos ymuestran las relaciones entre los conceptos deun modo simple y vistoso, que puede servirpara que los alumnos recuerden “viendo” lasrelaciones que existen entre los conceptos,mientras que los esquemas conceptuales nologran el impacto visual del mapa conceptual.

– Los mapas conceptuales acentúan las rela-ciones jerárquicas entre conceptos y proposi-ciones, lo que no consiguen los esquemasconceptuales.La utilización de mapas conceptuales en la

enseñanza resulta cada día más frecuente. Nu-merosos libros de texto incluyen mapas concep-tuales en cada lección con el fin de que losalumnos reconozcan las relaciones entre los con-ceptos; su empleo masivo en los próximos añosproporcionará más argumentos acerca de su uti-lidad.

La teoría del equilibrio de Piaget

Aunque Piaget apenas se ocupó de cuestionesrelativas al aprendizaje, su obra constituye unareferencia obligada siempre que se trata el tema.Su formación inicial, como biólogo, puede explicarla gran importancia que concedió al modo en quelos individuos construyen los conceptos científi-cos.

Para Piaget, la interacción constante de losindividuos con el entorno produce cambios evolu-

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tivos. El resultado de estas interacciones no esuna copia de lo que la persona ha experimentado,sino una construcción mental de la realidad. Entoda interacción con el mundo exterior hay siempre una interpretación de los datos en funcióndel sistema cognitivo que se posee, a lo que sedenomina “proceso de asimilación”, producién-dose, por otro lado, una adaptación del propioindividuo a la estructura del medio, que se conocecomo “proceso de acomodación”. El progresoen las estructuras cognitivas se basa en la tenden-cia al equilibrio entre ambos procesos. El apren-dizaje se produce cuando el individuo, tras unconflicto cognitivo, acomoda sus esquemas a larealidad.

Las tres grandes etapas por las que discurre laevolución de los individuos son, para Piaget:– El período sensoriomotor. En esta etapa el

niño organiza el espacio y adquiere el conceptode objeto, logrando al final de la misma, lacapacidad de usar y comprender símbolos.

– El período de la inteligencia representativa.Se pueden distinguir dos subperíodos:- subperíodo operativo. Aparecen el lenguajey las imágenes mentales. Las estructurasmentales están ligadas casi completamente alo real.- subperíodo de las operaciones concretas.Aparecen estructuras operatorias concretascomo son las seriaciones, clasificaciones,correspondencias, etc. Se adquieren diferen-tes formas de conservación: de la cantidad demateria, del peso y del volumen, que se em-plean para organizar datos inmediatos de larealidad.

– El período de las operaciones formales. Apa-rece la estructura combinatoria y las estructuraspueden emplearse para organizar no sólo da-tos del mundo real, sino también del mundohipotético.Se han realizado numerosos estudios para de-

terminar cuál es el nivel cognitivo medio de losalumnos a diferentes edades, así como para conocerqué tipo de estructura mental requiere el aprendi-zaje de conceptos científicos (Shayer y Adey,1985; López Rupérez et. al. 1982; López Rupérez,F. y Palacios, C. 1988). Los resultados de éstos

son, entre otros, que los niños adquieren las capa-cidades descritas por Piaget bastante más tarde delo que él había propuesto.

La teoría de Piaget en el aula

Piaget toma partido por la enseñanza por descu-brimiento, como puede apreciarse en su mani-festación:

“Cada vez que se le enseña prematuramente aun niño algo que hubiera podido descubrirsolo, se le impide a ese niño inventarlo y, enconsecuencia entenderlo completamente”.(Piaget, J., 1970, p. 28-29).El modelo de enseñanza que puede desprenderse

de la frase anterior, cuando además se toma enconsideración cómo evoluciona el pensamientode los individuos, es muy diferente del propuestopor Bruner, como se observa en la crítica que éstehace de la teoría de Piaget argumentando que:

“cualquier tema puede ser enseñado a cualquierniño de alguna forma razonable”.Para aplicar el modelo psicoevolutivo en el aula

habría que considerar cuál es el nivel evolutivo delos alumnos en un curso determinado y seleccio-nar el tipo de conocimientos que pueden aprender;esto es, carecería de sentido para un alumno que seencuentra en el período de las operaciones con-cretas tratar de que aprendiera conceptos quenecesitan de un razonamiento formal para sucomprensión. Además y dado el papel trascen-dental que, para Piaget, desempeña en el apren-dizaje el conflicto cognitivo, éste deberíaprovocarse frecuentemente en la enseñanza paraactivar el proceso de equilibrismo, característicodel aprendizaje.

Una de las aplicaciones de la teoría de Piaget enla enseñanza de las ciencias puede ser la deter-minación de los objetivos que se pueden plantearen función del nivel de desarrollo cognitivo. Eltrabajo realizado por M. Shayer y P. Adey (1984)contiene una categorización de los objetivos quese pueden alcanzar en física, química y biología,según el nivel evolutivo del alumno. Un ejemploilustrativo, relativo al concepto de disolución, es(p. 120-121):

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Tema Q.1.: Disolución

La sal o el azúcar se disuelven en el agua. La masa de la sustanciadisuelta (como idea global de cantidad) se conserva, pero suvolumen no. (Para el niño de nivel preoperatorio la sustanciadisuelta simplemente desaparece).

El proceso se entiende como reversible.

Las partículas se entremezclan, pero permanecen “igual” de talforma que cada una conserva su volumen, su peso y sus propiedadesquímicas.

La saturación supone una situación de equilibrio, en la cual lavelocidad de precipitación = velocidad de disolución.

Etapa

2A. Concreto inicial

2B. Concreto avanzado

3A. Formal inicial

3B. Formal avanzado

El modelo piagetiano de aprendizaje se ha se-guido en el diseño de diversos proyectoscurriculares (Gutiérrez, R. et. al. 1990) como sonel SCIS 1970-72; ASEP, 1974; SCIENCE 5/13,1974; CASE, 1985-87. En España, se han realizadoexperiencias en esta línea, fundamentalmentedesde la corriente que se ha denominado PedagogíaOperatoria (Moreno, M. 1983.; Benlloch, M.1984).

La teoría del procesamiento de lainformación

El argumento central de esta teoría es la conside-ración de que la mente humana se comporta comouna computadora que está dotada de “programas”elaborados para enfrentarse a la información querecibe. Siguiendo con la metáfora, los programasserían los proceso que almacenan, recuperan omanipulan los conocimientos. El problema delaprendizaje, desde esta concepción de la mente, secentra en la memoria: cómo se almacenan losdatos en ésta, cómo se transforman y cómo puedenrecuperarse en un momento determinado.

Los tipos de memoria que se distinguen son:– Un almacén de información sensorial donde la

información permanece sólo décimas de se-gundo. Aquí se realiza una primerarecodificación.

– Una memoria a corto plazo, donde la informa-ción se mantiene unos pocos minutos. Sucapacidad de procesamiento se limita a 7 ± 2unidades de información simultánea.

– Una memoria a largo plazo, con capacidadilimitada, donde se retiene la información deforma permanente.Desde los presupuestos de la teoría se han ela-

borado algunos modelos acerca de cómo aprende-mos. Uno de ellos es el denominado aprendizajegenerativo (Wittrock. M.C. (1977)); Osborne,R.J. y Wittrock, M.C. (1983); Osborne y Freyberg(1991). Los postulados del modelo son:– El almacén de memoria del alumno y sus

estrategias de procesamiento interaccionancon los estímulos de los sentidos y lo hacenseleccionando activamente algunos datos eignorando otros.

– El dato seleccionado por el alumno no poseepor sí mismo un significado inherente; es de-cir, el significado del profesor no se va a trans-ferir al alumno porque éste oiga sus palabras.

– El que aprende genera vínculos entre la afirma-ción del profesor y aquellas partes de la memoriaque son consideradas relevantes por él.

– El que aprende extrae información del alma-cén de su memoria y la usa para construiractivamente significado a partir de un datosensorial.

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– El que aprende puede contrastar los significa-dos construidos con la memoria y la experien-cia sensorial.

– El que aprende puede grabar sus construccio-nes en la memoria. Algunas veces las ideaspueden acomodarse fácilmente junto a otrasya almacenadas; otras veces necesita reestruc-turar mucho las ideas y reinterpretar las expe-riencias, para integrar con éxito la nueva cons-trucción.

– El alumno atribuirá cierto estatus a la nuevaconstrucción. Con frecuencia se mantendránsimultáneamente nuevas construcciones eideas preexistentes en la memoria y despuésde un tiempo, el estatus de un enfoque puedeelevarse, mientras desciende el del otro.La labor del profesor, tanto desde este modelo

como desde otros similares, consistirá en que elalumno reestructure sus ideas previas, en el sen-tido de hacerlas compatibles con las ideas cientí-ficas. Por este motivo resulta fundamental desdeesta teoría conocer cuáles son las ideas previas delos alumnos.

Las ideas previas

Los estudios sobre cuáles son las ideas que tienenlos alumnos acerca de los conceptos científicos,tanto antes como después de haber recibido lainstrucción correspondiente, han sido unos de losque más espacio han ocupado en diferentes publi-caciones sobre la enseñanza de las ciencias durantelos últimos quince años.

Aunque sobre la importancia de tales ideas ya sehabía escrito desde hacía tiempo, no siempre se hahecho desde el paradigma del procesamiento de lainformación. Así, no hay cita que haya tenidotanto eco como la que expone Ausubel en su obra:“Psicología Educativa. Un punto de vistacognoscitivo”.

En el epígrafe de ésta (p. 6) se escribe:“Si tuviese que reducir toda la psicologíaeducativa a un solo principio, enunciaría este:de todos los factores que influyen en elaprendizaje, el más importante consiste en loque el alumno ya sabe. Averígüese esto, yenséñese en consecuencia”.

Esta frase afortunada podría aglutinar a un grannúmero de métodos de enseñanza, puesto quetodos los profesores tienen en cuenta –en algunamedida– lo que saben sus alumnos; así, si seaplicara a la enseñanza el modelo de Piaget, habríaque conocer cuáles son los niveles de desarrollo delos alumnos para enseñarles los conocimientosadecuados a los mismos. Del mismo modo, aningún profesor –por muy tradicional que fuera– se le ocurriría, por ejemplo, explicar un tema delúltimo año de enseñanza, dos años antes delmomento en que estaba planificado.

Una gran parte de los trabajos realizados sobreideas previas encuentran también en la frase deAusubel un estandarte que los guía, aunque no seaexactamente en el mismo sentido que en el delpropio autor. Así, suele aceptarse que los primerostrabajos encaminados a estudiar las ideas previasde los alumnos fueron los realizados por Viennot(1975). Estos tuvieron su origen en los “erroresconceptuales” que sus alumnos, de los primerosaños de universidad, tenían sobre conceptos básicosde mecánica, los cuales habían intentado enseñarsin éxito a lo largo de la escolaridad.

Desde entonces, se han realizado miles de tra-bajos para averiguar cuáles son las ideas quetienen los alumnos, diseñándose numerosas es-trategias para “enseñarles en consecuencia”. Al-gunos de los temas sobre los que se conocen lasideas previas son, entre otros: la fotosíntesis, larespiración, la generación espontánea, el calor, laluz, la electricidad, la mecánica y un largo etcétera.

Una información más detallada sobre los temasya estudiados puede encontrarse en textos que hanrealizado recopilaciones de los mismos comoPfundt et. al. (1985); Giordan, A. et. al. (1988);Hierrezuelo, J. y Montero, A. (1988), Driver, R.et. al. (1989), Carmichael, P. et. al. (1990), Osborne,R. y Freyberg, P. (1991).

Las características de las ideas previas y de sudesarrollo, como Driver, R., (1992) señala son:– Existen ideas de sentido común similares so-

bre los fenómenos naturales.– Las ideas científicas de los niños tienden a

“acomodarse” a sus experiencias diarias.– La idea que un niño puede utilizar en una

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situación concreta depende del contexto. Lasideas de los niños no tienen el estatus deteorías científicas.

– Las ideas evolucionan con la edad. Las ideasque predominan a una determinada edad de-berán ser tenidas en cuenta a la hora de pla-nificar el currículo.

– La forma en la que las ideas progresan conlle-va un cambio o reestructuración de lasconceptualizaciones básicas. Aprender no esuna simple acumulación de conocimiento.

– A pesar de la instrucción, algunas concepcio-nes son resistentes al cambio; este es el casoconcretamente de cuando las ideas de la cienciason contrarias a la intuición.

El origen de las ideas previas

El origen de las ideas previas no hay que buscarloen una única fuente. Los investigadores del temahan encontrado diversos entornos propicios parasu desarrollo. Driver, R. (1992), señala los si-guientes:– El medio natural: las observaciones y expe-

riencias de la vida cotidiana tratan de explicarsedesde las percepciones personales que, enmuchos casos, conducen a unas referenciasdistorsionadas de la realidad, semejantes a lasque tuvieron los científicos en épocas pasadas.

– La transmisión cultural. La propia escuela seencuentra también en el origen de las ideasprevias; los libros de texto, los profesores y loscompañeros transmiten preconcepciones, bienpor desconocimiento o bien por la ambigüe-dad del lenguaje utilizado.

– Las interacciones sociales. La cultura propiade cada civilización y, especialmente, losmedios de comunicación contribuyen tambiéna que se originen los preconceptos. Frasescomo “cierra la puerta que entra frío”, “seoculta el sol”, “encender la luz” o el comen-tario deportivo “el balón fue lanzado con unafuerza impresionante” están también en elorigen de algunas preconcepciones.(Una información más detallada puede encon-

trarse en Jiménez Aleixandre, M.P., Caamaño A.y Albadalejo, C., 1992).

Los trabajos sobre ideas previas se han dedica-do fundamentalmente a su detección, si bien no sehan quedado ahí. Se han propuesto estrategiasdidácticas para reducir su persistencia y se handesarrollado materiales para su utilización en elaula. Algunos de los materiales para el aula pu-blicados en castellano, que dan un papel relevantea las ideas previas, son los siguientes: Física yQuímica 12-16 AcAb (1987), Proyecto Faraday(Grupo Recerca-Faraday, 1988), La construcciónde las ciencias físico-químicas (Seminario deFísica y Química de la Universidad de Valencia,1989), El aprendizaje en la Física y Química(Seminario de Física y Química de la Axarquía,1989).

Cómo conseguir que cambien las ideas de losalumnos

Quienes consideran que las ideas previas jueganun papel decisivo en el aprendizaje de la cienciahan tratado de explicar cómo se produce el cambiode unos conceptos por otros; estos trabajos hanencontrado un cierto eco entre los didactas en suintento por encontrar estrategias de enseñanzaefectivas.

Uno de los modelos de aprendizaje que más seha popularizado en estos últimos años es el Mo-delo de aprendizaje mediante Cambio Conceptual(MCC). Desde este modelo, el aprendizaje es elresultado de una interacción entre las concep-ciones nuevas y las ya existentes.

El MCC fue desarrollado por Posner, G.J.,Strike, K.A., Hewson P.W. y Gertzog W.A. en1982 y desde aquel momento se ha venido seña-lando en numerosos trabajos como un modeloútil para representar cómo aprenden las per-sonas. Ha sido tomado, incluso, como modelo deobligada referencia en la reforma de la enseñanzaque tiene lugar en España (Diseño CurricularBase, 1989), encontrándose referencias al mismocomo:

“… perspectivas que ven el aprendizaje de lasciencias como un cambio conceptual en laestructura cognitiva de los alumnos”. (p. 111).y también“uno de los objetivos centrales de la enseñan-

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za de las ciencias es propiciar cambio en lasconcepciones de los alumnos”. (p. 159).El MCC (Hewson, P.W., 1992) toma en consi-

deración dos líneas de pensamiento como son elconstructivismo y los estudios de las concepcio-nes previas de los alumnos. Parte de la hipótesis deque los seres humanos construyen su propio co-nocimiento a partir de un conocimiento previo,dentro de un contexto de interacción y de unacuerdo social; además, las concepciones previasde las personas acerca del mundo natural resultanestar muy alejadas de las comúnmente aceptadaspor la comunidad científica (son alternativas) yson muy resistentes al cambio.

Según este modelo, para que una idea pueda sercambiada por otra, la nueva concepción ha de serpara el alumno: inteligible (conocer su significa-do), plausible (tener visos de ser verdad) y fruc-tífera (ser útil).

Cuando la nueva concepción reúne, desde elpunto de vista del alumno, estas tres condiciones,el cambio (aprendizaje) se produce sin dificultad,mientras que en el caso contrario, no se produciráaprendizaje.

Al concebir el aprendizaje de esta manera, notiene sentido incluir en el currículo teorías ofenómenos que no puedan reunir las tres condi-ciones necesarias para cambiar conceptos. Enpalabras de Hewson (1992):

“El propósito del cambio conceptual en laenseñanza de las ciencias no es obligar a losestudiantes a renunciar a sus concepcionesalternativas por las de los profesores o cien-tíficos, sino, más bien, a desarrollar las estra-tegias adecuadas para aceptar y contrastarconcepciones alternativas de cara a su acep-tación”. (pág. 13).La puesta en práctica en el aula de esta forma de

entender el aprendizaje se ha realizado desdediferentes perspectivas. Una de ellas es la propuestaen el proyecto CLIS (Driver, R., 1989):

Tras cerca de quince años de investigaciónsobre las ideas previas, la situación en la que nosencontramos actualmente es que conocemos, oestamos en condiciones de conocer, casi todolo que los alumnos pueden pensar sobre la mayorparte de los conceptos científicos; sin embargo,

los métodos que se han utilizado para cambiar lasideas de los alumnos no han dado los resultadosesperados. El reto, por lo tanto, consiste en prepararmateriales encaminados a lograr el cambio con-ceptual que resulten efectivos.

La resolución de problemas

Una de las habilidades que presenta mayor difi-cultad para su aprendizaje es la resolución deproblemas. No es de extrañar que desde todas lasteorías del aprendizaje se haya investigado elmodo en que resuelven problemas las personas ycómo aprenden a resolverlos. Tanto desde lasteorías defensoras de la enseñanza por descu-brimiento como desde la teoría de Ausubel, seadmite que en la resolución de problemas hayaprendizaje por descubrimiento. Desde los pre-supuestos de las teorías del procesamiento de lainformación, el planteamiento de situacionesconflictivas se considera fundamental en todo elproceso de aprendizaje. Así pues, la relevancia deltema, como la frecuente utilización que de él sehace en el aula ha aconsejado abordarlo de formaseparada.

La resolución de problemas ha ocupado siem-pre un papel estelar en las aulas de ciencias. Enmuchos casos los problemas constituyen “laaplicación de la teoría”. Los problemas son tam-bién el instrumento que se emplea para conocer loque los alumnos han aprendido. Cuánto más altoes el nivel de enseñanza más se tiende a identificar“saber una disciplina, Física o Química” con“saber resolver problemas de Física o Química”.

¿Qué es un problema?

La ausencia de esta pregunta entre los investiga-dores del tema se ha puesto de manifiesto ennumerosas ocasiones (Gil, D. et. al. 1988), lo quenos permite pensar que quizás no estemos todospensando en lo mismo cuando hablamos de pro-blema.

Para bastantes profesores, los problemas sontodos y cada uno de los cientos –y hasta miles– deenunciados que aparecen al final de cada lecciónde los libros de texto, dentro del epígrafe denomi-

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nado ejercicios, problemas, actividades o cuestio-nes.

Para otros, los problemas han de tener siemprenúmeros, reservando el término de cuestión paralos que no los tienen.

El significado del término “problema” ha idoafinándose con el paso del tiempo. Actualmenteexiste un cierto acuerdo en considerar problemasa todas aquellas situaciones que se plantean losalumnos para las cuales no tienen una solución oun método para resolverlas, de forma inmediata.

Así, son problemas los ejercicios de aplicaciónde los textos –siempre que los alumnos no sehayan enfrentado a ellos en otro momento–; ytambién lo son algunos de los enunciados queaparecen como cuestiones, sin necesidad de queexista ningún número en él.

Se observa también una tendencia a utilizar eltérmino de “situación problemática”, más gene-ral, que agruparía tanto a los “clásicos” problemaspara cuya resolución sólo hace falta disponer delápiz y papel (además de la habilidad de sabersolucionarlos) como a todas aquellas situaciones,con las que incluso puede comenzar el estudio deun tema, para cuya solución no hay que emplearnecesariamente fórmulas. También entran dentrode esta categoría aquellas situaciones que requierenel diseño de experiencias en el laboratorio o en elaula.

Cómo se resuelven los problemas

Los procesos mediante los cuales los alumnosresuelven problemas se han investigado desdeperspectivas muy diferentes. Se ha estudiado acercade cómo los individuos resuelven los problemas(Simón, H.A., 1984), también desde las diferentesformas en que los individuos los enfrentan segúnsean o no expertos (Larkin, J.H. y Reif, F. 1979;Larkin et. al. 1980; Chi et. al. 1981), exitosos y noexitosos (Camacho, M. et. al. 1989), dependienteso independientes de campo (López Rupérez, F.,1991; Palacios C. et. al. 1992). También se hanrealizado estudios acerca de cómo influye en laeficacia de resolver problemas la enseñanza basadaen los conceptos (Lang da Silveira et. al. 1992), ysobre otros factores psicológicos que influyen en

la resolución de problemas (Kempa R.F., 1986,Neto, A.J., 1991).

¿Se puede enseñar a los alumnos a resolverproblemas?

A pesar de su importancia, muchos profesoresopinan que la forma más eficaz de enseñar a susalumnos a resolver problemas es entrenarles me-diante la resolución de un gran número de ellos;ante el dilema, cantidad o calidad, se decantanclaramente por la primera opción.

Las dificultades para resolver problemas songrandes; cuando los alumnos no realizan correc-tamente los “problemas” del examen, no encuen-tran la explicación a que un pequeño cambio conrespecto a un problema realizado con anterioridadles resulte insuperable. Entre el alumnado sonhabituales frases del estilo:

“la teoría me la sé, pero los problemas meresultan muy difíciles”, o“sé hacer todos los problemas de clase pero enel examen aparecen problemas algo diferentesy no sé hacerlos”.Se ha constatado que la repetición mecánica de

los problemas hace que éstos se aborden de unamanera aproblemática lo que, en ocasiones, pro-duce fallos espectaculares, incluso entre profesoresmuy experimentados.

Un “problema” donde se refleja lo anterior, queha sido resuelto de forma incorrecta por numero-sos profesores expertos es citado por Gil, D., et. al.(1988b):

“Calcular la distancia recorrida en 5s por unobjeto que se desplaza a lo largo de su trayec-toria según la ecuación: e = 25 + 40 t - 5t2 (e en# si t en s)”.El problema se resuelve mal por la mayor parte

de los profesores, dándoles como resultado 100 mo 75 m. Sustituyen inmediatamente t por 5 y …obtienen la respuesta rápidamente. Cuando se lespide luego que calculen la distancia recorrida porel móvil a los 6 s y les da como resultado que 85ó 60 m –dependiendo del resultado inicial– se dancuenta de que algo no funciona. En realidad setrata de un movimiento retardado hasta que se paray comienza a retroceder. Los resultados correctos

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son 85 m a los 5 s y 100 m a los 6 s.Si uno de los objetivos de la enseñanza de las

ciencias es que los estudiantes sean capaces desolucionar situaciones problemáticas, habrá queproporcionarles las herramientas que les ayuden asuperarlas. Realizar muchos problemas no basta yen la mayoría de las ocasiones ni siquiera sirvedemasiado.

Algunas de las estrategias que se han propuestopara que los estudiantes aprendan a resolver pro-blemas de lápiz y papel han sido, entre otras:

Aplicar sistemáticamente una serie de reglas

Han sido muchos los trabajos que se han realizadodesde este enfoque. Alguno de éstos tiene unadenominación específica como es, por ejemplo, elSAP (Aproximación sistemática a la Resoluciónde problemas) sugerida por Meetes, C.T.C. W., et.al. (1981); hay también propuestas dirigidas a losestudiantes (López Rupérez, 1987). Un trabajodonde se describen varios modelos de resoluciónde problemas, básicamente sobre temas de Bio-logía, es el realizado por A.F. Sigüenza et. al.(1990). Una obra clásica sobre la resolución deproblemas de Química para los últimos cursos deenseñanza media y primeros cursos de universi-dad es el libro de Selvaratnan, M. y Frazer, M.J.(1985). Estos autores proponen a los alumnosabordar los problemas siguiendo los siguientespasos:– Clarificar y definir el problema.– Seleccionar la ecuación clave.– Sacar la ecuación para el cálculo.– Recoger los datos, comprobar las unidades y

calcular.– Revisar, comprobar y aprender de la solución.

Plantear la resolución de problemas comouna actividad de investigación

Este enfoque, a diferencia de la mayor parte de losmodelos de resolución, no toma en consideraciónlos datos; éstos se eliminan del enunciado con elpropósito de obligar a los alumnos a:

“realizar una aproximación cualitativa al tema,a modelizar la situación y a concretarla, sin

posibilidad de pasar a tratamientos operativos”.Este enfoque, en opinión de los autores (Gil

Pérez, D. et. al. 1987; Gil, D. et. al. 1988): “está enconsonancia con una metodología científica quetrata de concretar las situaciones abiertas y concebirlas simplificaciones necesarias”.

Un ejemplo de problema tradicional y de pro-blema alternativo que se propone para sustituirloes el siguiente (Gil, D. et. al. 1988b):

“Sobre un móvil de 5.000 kg que se desplazacon una velocidad de 20 m/s, actúa una fuerzade frenado de 10.000 N, ¿qué velocidad llevaráa los 75 m. de donde comenzó a frenar?”.La presentación alternativa sería:Un automovilista comienza a frenar al ver laluz amarilla, ¿qué velocidad llevará el auto-móvil al llegar al semáforo?También sería posible plantear variantes del

tipo:¿Arrollará el tren a la vaca? o ¿Chocará elvehículo con el obstáculo?Este tipo de problemas, como actividad de

investigación, se ha desarrollado fundamental-mente con problemas de mecánica, extendiéndosedespués a otros campos de las ciencias como es laQuímica (Ramírez Castro J.L., 1990). El nivel alque van dirigidos es el de la enseñanza secundaria.

Cabe esperar que las diversas investigacionesque actualmente están en marcha en esta línea,ampliarán la gama de situaciones que puedenutilizarse para resolver problemas mediante acti-vidades de investigación, así como los niveles deenseñanza desde los que pueden abordarse.

Conclusiones

La frecuente reducción de las metodologías deenseñanza exclusivamente a dos tipos –experi-mental y tradicional– lleva implícita una gransimplificación acerca de lo que es el proceso deaprendizaje, al suponer que sólo se puede apren-der manipulando o escuchando.

Desde el campo de la Psicología y en muchoscasos en estrecha colaboración con la Didáctica delas Ciencias, se han desarrollado en los últimostreinta años diferentes teorías en el intento deexplicar el modo en que aprenden los individuos.

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Algunas de ellas han tenido repercusión en lasaulas de ciencias, desde donde se han propuestodiferentes métodos y secuencias de enseñanza,que suponen la superación de la dicotomía exis-tente.

Saber diseñar experiencias que resultenmotivadoras para los alumnos, conocer sus ideasprevias y las condiciones que deben darse para queéstas cambien, saber cuáles son las etapaspsicoevolutivas por las que pasan los individuos,utilizar instrumentos tales como los mapas con-ceptuales o los resúmenes introductorios y empleardiferentes métodos para enseñar a los alumnos aresolver problemas, puede resultar de interés paralos profesores. Pero, sobre todo, reflexionar acercade cómo aprenden los alumnos en diferentes si-tuaciones y de la idoneidad de las diversasmetodologías de enseñanza que pueden utilizarseen el aula, contribuirá a ampliar perspectivas delprofesorado y a ejercer su labor de un modotodavía más satisfactorio.

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