Elalfe

La investigacion sobre 1as ideas de 10s nlllOS respecro a1 aire se rea1iza amenudo en el contexro de 1a investigacion sobre 1as ideas respecto a 10s solidos,10s liquidos y 10s gases en general.

A partir de una investigacion con estudiantes franceses de 11 a 13 afios, sereinforma de que a 10s 11 afios la idea de que existe aire en 10s recipientes abiertosestaba bien estab1ecida. Muchos a1umnos hadan referencia a 1a capacidad del airepara entrar y sa1ir de 10s recipientes. Sin embargo, encontro que algunos nifiosestaban menos seguros de que hubiera aire dentro de un recipiente hermetica-mente cerrado, y algunos solo asociaban 1a existencia de aire con 1a sensacion quesentian cuando se movia.

Miller et al.2 dirigieron una investigacion con estudiantes de 11 a 15 afios querespondian por escriro a cuestiones de respuesta abierta en relacion con 1as pro-piedades del aire. Mas de 1a mitad de 10s sujeros de 11 afios de 1a muestra usabanespontaneamente ideas sobre el aire para exp1icar fenomenos como el beber a tra-yeS de una pajita, y a 10s 15 afios tres cuartas partes de 10s estudiantes dabanexp1icaciones que imp1icaban al aire.

Varios investigadoresl 34567 han estudiado 1as concepciones de «gas» de 10salumnos y han encontrado que, inicialmente, no parecen ser conscientes de que elaire y 10s otros gases poseen caracter material. Por ejemp10, aunque 10s nifiospequefios pueden haber dicho que el aire y el humo existen, consideran esos mate-riales como :situvieran un caracter transitorio similar a1de 10s «pensamientos».

Los alumnos que han desarrollado un conocimiento del caracter material de10s gases pueden no considerar que el «gas» tenga peso 0 masa. Leboutet-BarrellB

sugiere que esro se debe a que 1a experiencia mas camtin de 10s nifios relacionadacon ellos es que 10s gases rienden a subir 0 florar. Hasta que construyen 1a idea deque 10s gases tienen masa, es improbable que 10s a1umnos conserven 1a masacuando describ en cambios quimicos que imp1ican gases ya sea como reactivos 0

como producros.

Stavy? dirigio un estudio con alumnos israelies de 9 a 15 alios que se centrabaen sus ideas sobre la naturaleza real del gas (en este caso dioxido de carbono)antes y despues de recibir enselianza sobre la naturaleza de 10s gases. Las tareasimplicaban que 10s estudiantes predijeran que sucederia con el peso de un cartu-cho de dioxido de carbono antes y despues de que se utilizara para hacer gaseosay predijeran el peso de una copa de gaseosa antes y despues de que las burbujas sehubieran escapado. Los estudiantes de 10-12 alios hicieron menos prediccionescorrectas que 10s mas pequelios y 10s mayores, y esta «bajada en la curva» se justi-ficaba por el aumento de la nocion de que «el gas es ligero» en 10s estudiantesque tenian entre 9 y 10 alios (ver Figura 13.1).

Fig. 13.1. Predicciones de 10s alumnos sobre el cambio de peso en la gaseosa despues deque hayan escapado las burbujas de di6xido de carbono.

Brook y Drivd informaron tambien del desarrollo de la nocion de que «elaire es ligero» a 10s 9-11 alios. Casi todos 10s sujetos de 5 alios de su muestraparedan no diferenciar el peso y el volumen y utilizaban el tamalio aparente deun recipiente de aire como indicador de su peso. A 10s 8 alios la idea de pesoestaba unida con mas fuerza a la nocion de objetos que caen y el aire pareda «£10-tar alrededof» en vez de «presionar hacia abajo». Alrededor de tres cuartas partesde 10s sujetos de 8 alios y la mitad de 10s de 12 consideraban que el aire tiene«peso negativo» 0 no tiene peso. La idea de que el aire tiene «peso positivo» era

mantenida por una cuarta parte de los sujetos de 16 afios de la muestra. Sere!sugiere que, aunque algunos estudiantes entre los 11 y los 13 afios piensan que elaire tiene masa negativa (es decir, la propiedad de la «ligereza»), el concepto deque el aire tiene masa se adquiere facilmente cuando se les ensefia a los 13 afios:

Un estudio interesante llevado a cabo por Ruggiero et al.9 investig6 la com-presi6n por estudiantes de 12-13 afios de la relaci6n entre el aire y la gravedad.Encontraron que para algunos estudiantes el aire y la gravedad eran inseparables:que «en el espacio las cosas no caen porque no hay atm6sfera y, en ausencia deaire, el peso se hace cero».

Se ha informado de varias investigaciones sobre las ideas de particulas quetenian estudiantes y profesores respecto al estado gaseoso. Estin resumidos en elCapitulo 11.

Sere, trabajando con 11 sujetos franceses de 11 a 13 afios, encontr6 alum nosque pensaban que s610 el viento tenia presi6n, yel aire nolO. Trabajando con 84sujetos de 12, 14 Y 16 afios, Engel Clough y Driver!! encontraron porcentajesaltos (67 por 100, 80 por 100 y 87 por 100, respectivamente) que pensaban quela presi6n aumenta con la profundidad. Sin embargo, los alumnos estabanmenos inclinados a pensar en terminos de que la presi6n actua igual en todasdirecciones (13 por 100, 19 por 100 y 34 por 100, respectivamente): se inclina-ban a pensar en una mayor presi6n hacia abajo. Este estudio encontr6, en lasexplicaciones de los alumnos sobre los cambios que observan con las pajas y lasjeringuillas, frecuentes referencias a que el aire 0 un vado «chupan». Menciona-ban el empuje de la presi6n atmosferica pero pocos alumnos explicaban los cam-bios en terminos de equilibrio de presiones.

Estudiando a 600 sujetos franceses de 11 a 13 afios y sus ideas sobre las dife-rencias de presi6n en el aire y su consiguiente movimiento, Sere3 encontr6 un 85por 100 que describia correctamente el grado de compresi6n del aire dentro deun bal6n antes y despues de inflarlo. Sin embargo, s610 el 63 por 100 de losalum nos comparaba correctamente la presi6n del aire dentro del ba16n con elaire exterior. Los alumnos no hadan comparaciones de presi6n facilmente. Unhallazgo importante en el estudio de Sere es que los escolares tienden a asociar lapresi6n en los gases con aire en movimiento, suponiendo que la presi6n actua enla direcci6n del movimiento. Habia menos tendencia a asociar la presi6n con losgases estiticos.

Sere investigo la comprension de la presion del aire por los nifios utilizandouna serie de jeringuillas. Encontro que la mayoria de los estudiantes cons ide-raba que las fuerzas en el aire solo actuan cuando una fuerza externa producemovimiento, y en ese caso solo en la direccion del movimiento. Por tanto, enel estado de equilibrio (cuando no se percibe movimiento) los estudiantesdedan que el aire no estaba «haciendo nada». Cuando se pedia a los estudian-tes que predijeran y explicaran fenomenos en los que la presion actuaba cla-ramente en una direccion diferente a la de la fuerza externa, mantenian quela principal fuerza del aire seria en la direccion de esa fuerza externa (verFigura 13.2).

[r--==-Fig. 13.2. Dada una jeringuilla can un orificio en ellateral del cilindro, 10s alumnos

decian que la mayor parte del aire salia par el orificio A del extrema.

Sere informa tambien de que los estudiantes experimentaban dificultades paraaceptar la presion atmosferica. Cuando se les pedia que interpretasen situaciones queimplicaban presion atmosferica, aunque era perceptible la diferencia de presion, solouna quinta parte de los estudiantes se referia a ella para justificar los fenomenos yalrededor de la mitad de la muestra se referia solo a 10 que estaba pasando dentro deun recipiente. Tendian a dar explicaciones en terminos de que un vado dentro delrecipiente «chupaba», que la presion dentro del recipiente chupaba 0 empujaba, 0

una idea de que los espacios tienden a llenarse (es decir, que es dificil mantener unvado en la naturaleza). Otros estudiantes utilizaban la idea de que la atmosfera pre-siona hacia abajo sobre las superficies pero no extendian esta idea a una explicacionen terminos de diferencia de presion. Sere concluia que, en general, los gases se con-sideran como transmisores de movimiento mas que como ejercedores de presion.

Brook y Driver4 y Engel Clough y Driver!l informan tambien sobre la com-prension de la presion atmosferica por los estudiantes. El primer estudio informade que las cuestiones que imp Iican explicaciones de la presion atmosferica pare-dan dificiles de responder por los alumnos: la mayoria de los estudiantes se refe-ria solo a sucesos dentro de los recipientes, en terminos de un vado que chupa 0

de presion interior que empuja. Sin embargo, se sefialaba una diferencia entre losfenomenos en los que la presion atmosferica era mayor que la presion dentro delrecipiente (que mas de la mitad de los estudiantes de 15 afios explicaba en termi-nos de presion atmosferica) y los fenomenos en que la presion dentro del reci-

piente era mayor (en los que menos de una quinta parte de los estudiantes de 15afios se referian a la presion atmosferica). El estudio dirigido por Engel Clough yDriver implicaba respuestas a cuestiones escritas similares por parte de estudian-tes de 12, 14 Y 16 afios. De nuevo, el estudio informaba de que tendfan a darrespuestas en terminos de «vado que chupa» (incluso en el caso de una cuestionrelacionada con beber a traves de una pajita en la que, en la pregunta, estabaincluida la Frase «usa la idea de presion atmosferica») 0 solo en terminos de pre-sion atmosferica que actua sobre las superficies. Pocos estudiantes utilizaban laidea de diferencia de presion en sus explicaciones.

La Figura 13.3 de Brook y Driver\ resume las ideas sobre las propiedadesffsicas del aire que han encontrado los investigadores en sujetos de 5, 8, 12 Y 16afios. Muestra la forma en que ideas determinadas tienden a hacerse mas 0

menos comunes con la edad (Figura 13.3).Brook y Driver4 proponen un esquema de curriculum para la ensefianza

sobre el aire, como un material, y sobre la presion atmosferica que se basa en lainvestigacion sobre las ideas previas de los alumnos. Proponen centrarse en con-ceptos diferentes en las diferentes edades como muestra la Tabla 13.1

Un estudio de Meheut et al.12 informa de que los alumnos a menudo se atie-nen a la idea de que el aire es una sola sustancia. Sin embargo, muchos estudiosparecen haberse centrado en las ideas de los alumnos sobre los gases concretosque 10 componen en lugar de sobre la composicion general del aire.

Varios estudios sobre las ideas de sujetos de 11 y 12 afios respecto al papel delaire en la combustion han mostrado que la mayoria aprecian que para quemaralgo es necesario el aire (0 el oxfgeno), aunque en general no entienden su fun-cion1213. Meheut et al.12 encontraron que, aunque algunos ven necesario el oxf-geno para la combustion, los alumnos pueden no considerarlo como una sustan-cia que participa en la reaccion.

Gellert14 y Nagy15 informan de que, aunque los nifios pequefios saben que elaire es necesario para la vida, parecen tener una idea limitada de 10 que sucedecon el aire inhalado, pensando a menudo que permanece en la cabeza. Parece

* Un tercio aprecia queel aire ocupa espacio

5afios

* T odos usa ban la pala-bra «aire)* Aire identificado conmovimiento (p. ej. brisa,corriente, viento)

8afios

* Identifican que el aireexiste incluso en situa-ciones esraricas

12afios

* Identifican el aue ensituaciones esraticas* Algunos reconocen laexistencia de una atmos-fera

16afios

* Identifican el aire ensituaciones esraricas* Un tercio aprecia quela atmosfera de la Tierracambia con la distancia ala superficie terrestre

* Algunos identifican que el aire esta impli-cado en la respiracion

* El aire esra implicado en la respiracion.* Algunos reconocen que «inhalan, aire esdiferente de «exhalan, aire

* La mayorfa reconoce que el aire contiene oxl-geno - diciendo que viene de las plantas/arboles* La mitad reconoce que el aire «inhalado»contiene mas oxfgeno y el aire «exhalado»mas dioxido de carbo no

* La mayorfa reconoce que el aire contieneoxfgeno* La mitad reconoce que el aire es una mez-cia de componentes* La mayorfa reconoce que la respiracionimplica intercambio de gases.* Un tercio enlaza el oxfgeno con el procesode respiracion [respiration] y las necesidadesde energfa de los seres vivos

* Dos tercios aprecianque el aire ocupa sitio

* Dos tercios aprecianque el aire ocupa espa-cio y que se puedecomprimir

* Casi rados recono-cen que el aire ocupaespacio y que se puedecambiar su volumen

* Tres cuartas partes aprecian que elaire puede empujar alas cosas

* Casi rodos reconocen que el alrepuede empujar a las casas

* Casi rod os reconocen que el alfeempuja alas cosas* La mirad identifica al alre comoresistente al movimiento* Una cuarta parte reconoce que elaire transmite las fuerzas hacia delante* Una quinta parte reconoce tanto lasfuerzas hacia adelante como las deresistencia* Unos fOCOS reconocen que las fuer-zas en e aire se rransmiten en rodasdirecciones

* Casi rodos reconocen que el alreempuja alas cosas.* Una quinta parte 10 identifica comoresistente aI movimiento* Un tercio reconoce que el aire rrans-mite la fuerza hacia adelante y haciaarras.* Un tercio reconoce que las fuerzasen el aire se transmiten en radas direc-clOnes

* Casi todos compatan el"peso» de los recipientes conaire en relaci6n con sus volu-menes

* T res cuartas partes comparanel "peso» de los recipientes conaire en relaci6n con sus volu-menes* Una cuarta parte consideraque el aire ~iene peso negati-:o 0

no pesa - t1ene una tendencla air hacia arriba

* Unos pocos comparan el«peso» de los recipientes conaire en relaci6n con sus volu-menes.* Mas de las tres cuartas partesconsideran que el aire tienepeso negativo 0 no pesa

* U nos pocos comparan el«peso» de los recipientes conaire en relaci6n con sus volu-menes* Dos tercios consideran que elaire tiene peso negativo 0 nopesa* Menos de la cuarta parteconsidera que el aire tiene peso

* La mayorfa identifica la «acci6nde chupan> con la actividad hu-mana 0 no puede explicar los fe-n6menos de diferencia de presi6n* Un tercio identifica que el«aire» del interior de un recipienteen el que hay un vado parcialactua tirando.

* Dos tercios identirfican que el«aire» del interior de un recipienteen el que hay un va do parcialactua tirando* Una decima parte empieza ausar una idea de vado - espaciodonde no hay aire

* La mitad identifica que el «aire»del interior de un recipiente en elque hay un vado parcial actuatirando* Un tercio usa la idea de vado* Pocos empiezan a usar una ideade presi6n del aire externo 0 dediferencia de presi6n

* Un tercio identifica que el«aire» del interior de un recipienteen el que hay un vado parcialactua tirando* Un tercio usa la idea de vado* Un tercio usa la idea de presi6nexterna 0 diferencia de presi6n

£1 aire existe y se mueve deforma natural£1 aire esti par todas partes

Nosotros podemos hacer que elalre se muevaUsamos el aire en nuestro cuerpo£1 aire ocupa espacio£1 aire se puede comprimir

£1 aire ocupa espacio£1 aire se puede comprimir£1 aire empuja en todas direc-Clones£1 aire tiene peso

£1 aire se puede comprimir yexpandir£1 aire empuja hacia afuera entodas direccionesLas diferencias de presion tien-den a igualarseLa presion atmosferica

£fectos del aire que se mueve(corriemes, paracafdas)Absorber y soplar

GlobosBotellas que se estrujan

Burbujas en el aguaJeringuillas de aireGlobos, ruedas

Fenomenos que incluyen:las latas que se comprimen,las jeringuillas de aire,bomb a de vado,em bolo que baja,respiracion/ pulmonesSostiene una columna de agua

que no es probable que los alumnos de primeros alios de secundaria relacionen lanecesidad de aire 0 de oxigeno con el uso de los alimentos. Arnaudin y Mintzes'6

encontraron que hasta un tercio de su muestra de 495 estudiantes sugeda que elaire simplemente se inhala en los pulmones y luego se exhala, sin conexiones conel corazon y el sistema circulatorio.

En el contexto de la fotosintesis, y del uso de los gases del aire por las plantas,los alumnos parecen tener una incredulidad intuitiva respecto a que el creci-miento de una planta y el aumento de masa puedan deberse principalmente alaincorporacion de materia en forma de gases. Esto puede ser debido alas dificul-tades de los alumnos para aceptar un gas como una sustancial7• Los alumnosparecen mostrar una mejor comprension del papel del oxigeno en el metabo-

lismo de las plantas que del papel del di6xido de carbonol8, aunque a menudo nodistinguian el oxigeno del airel9• Wandersee encontr6 que hay una tendencia cre-ciente con la edad a especificar «di6xido de carbono» u «oxigeno» en vez de refe-rirse s610 al aire, aunque los que usan los nombres de los gases no pasan del 58por 1002°.

Arnold y Simpson21, entrevistando a sujetos de 11 mos, encontraron que losalumnos pensaban que las plantas no utilizan aire 0 que las plantas y los animalesutilizan el aire de formas «opuestas».

Driver et al.22 encontraron que a los 15 alios los procesos que implican al oxi-geno parecen comprenderse mejor que los procesos que implican al di6xido decarbono.

Eisen y Stavy23 investigaron la comprensi6n de la fotosintesis mostrada parestudiantes de secundaria y universidad en una muestra de sesenta y dos «bi610-gos» y 126 «no bi610gos». Encontraron que el 90 por 100 de los «bi610gos»podian justificar la proporci6n constante de oxigeno en el aire a pesar de su usopor los seres vivos, mientras que s610 el 50 por 100 de los «no bi610gos» podiadar una explicaci6n similar.

(Los estudios sobre las ideas respecto a la fotosintesis y el intercambio de gasesen las plantas estin resumidos en el Capitulo 2; los estudios sobre las ideas res-pecto al intercambio de gases y la respiraci6n estin resumidos en el Capitulo 7.)

Centrindose en las ideas sobre el tiempo atmosferico, Moyle24 estudi6 lasideas que tenian estudiantes de hasta 16 alios sobre el viento. En este estudio, losalumnos con frecuencia parecian justificar el viento en relaci6n con objetos visi-bles en movimiento como coches, nubes 0 mareas. Algunos alumnos justificabanel viento en relaci6n con el movimiento de la Tierra 0 la frialdad de los polos.Habia una tendencia a relacionar la velocidad del viento con la temperatura,enlazando la velocidad alta con vientos frios y suponiendo que un viento tem-plado es mas suave 0 mas lento. Los alumnos rara vez justificaban el viento enrelaci6n con diferencias de presi6n entre las regiones de la atm6sfera.