L5 MODELOS CONCEPTUALES

8/7/2019 L5 MODELOS CONCEPTUALES

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INVESTIGACIN Y EXPERIENCIAS DIDCTICAS

MODELOS CONCEPTUALESSOBRE LAS RELACIONESENTRE D I G E S T I ~ N ,R E S P I R A C I ~ NY C I R C U L A C I ~ NNEZ, F. y BANET, E.Facultad de Educacin. Departamento de Didctica de las Ciencias Experimentales.Universidad de Murcia. Campus de Espinardo s/n. 30100 Murcia.

SUMMARYConcep tual patterns of the relations digestionlcirculatory system and breathinglcirculatory system, found in a sampleof non-university students whose ages range between 11 and 17 years old are described in this w ork. These patternsshow that students' conceptions are relatively organized in their conceptual structure and in spite of being sometim esincomp lete and wrong , they seem to be coherent for them, even making up real theories that they use to explain anyproblematic situation connected with these processes.

Aunque a lo largo de las ltimas dcadas han sidonumerosos los trabajos destinados a explorar las concep-ciones de las alumnas y los alumnos sobre diferentesaspectos de las ciencias experimentales, en la mayorade los casos se ha dado la sensacin de que se trata deideas aisladas e inconexas en tre s, ligadas -por otraparte- a la e>pecificidad del dom inio conceptual objetode anlisis. Esta ha sido una de las razones argumentadaspor algunos autores (Pozo, Gmez Crespo, Limn ySanz Serrano, 1991) para se alar la heterogeneidad delas investigaciones surgidas en torno a lo que se hadenominado movimiento de las concepciones alterna-tivas (trmino acuado por Gilbert y Swift, 1985).Sin embargo, aunq ue constituya una lnea an no m uydesarrollada pero necesaria, desd e diversas perspecti-vas se ha puesto de manifiesto que, con respecto a untpico determinado, buena parte de las concepcionesque poseen las y los estudiantes se organizan en torno aestructuras conceptuales ms o menos relacionadas en-tre s, en la mayora de los caso s, organizadas jerrqui-camente. As se desprende, por ejemplo, d e la teora deAusu bel(1978) sobre la organizacin del conocimiento,de las afirmaciones de Rodrigo (1985) o Pozo y otros(1991) con respecto a lo que denom inan ((teoras perso-

nales y teoras cientficas, o de los datos empricosaportados por investigaciones como las de Driver yErickson (1983), Engel Clough y Driver (1986), Jim-nez Aleixandre (1990), Luffiego, Bastida, Ramos y S oto(1991) o S errano (1993), constatando la existencia demarcos o esquemas conceptuales, a travs de los cualesse relacionan diversas ideas especficas.Por nuestra parte, en investigaciones realizadas paraaveriguar las ideas de las alumnas y los alumnos sobrelos procesos de nutricin hu mana, tambin hemos llama-do la atencin con respecto a esta misma cuestin,sealando que, adems de concepciones puntuales (es-casamente relacionadas entre s), es posible encontraresquemas conceptuales ms amplios, a travs de loscuales se relacionan e integran diversos conocimientosrelativos a un m ismo proceso. As lo hemos puesto deman ifiesto al referirnos, por ejemplo, a la digestin o ala respiracin hum ana (Banet y Nez, 1989, 1990).En un trabajo ms reciente (Nez, 1994), dirigido aprofundizar en el conocimiento de las ideas de losalumnos y alumnas sobre nutricin, se ha podido cons-tatar la existencia de un tercer nivel de organizacin d edichas ideas, que hemos denom inado modelos concep-

BNS EANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3 ) , 261-278


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I N V E S T I G A C I ~ NY EXPERIENCIAS DIDCTICAStuales. De form a similar a lo que otros autores describen tuado la exploracin (Fig. l) , hace referencia a aquelloscom o teoras personales, marcos o esquemas conceptua- aspectos que consideram os esenciales -en cualquiera deles, entendemos por modelos conceptuales el conjunto los niveles- para la comp rensin de la nutricin com o unde concepciones a travs de las cuales se establecen conjunto de procesos ntimamente relacionados. Fund a-diversos tipos de relacin entre los procesos q ue inter- mentalmente, nos centramos en averiguar hasta quvienen en la nutricin hum ana y se caracterizan por los punto se com prende el papel del sistema circulatorio ensiguientes rasgos: la nutricin humana, a un doble nivel:a) Incluyen concepciones relacionadas entre s, que se a ) Relaciones digestin/circulacin: las siistancias nu-estructuran en forma piramidal; e s decir, estn com pues- tritivas resultantes de la digestin de los alimentos sontos de una serie de nociones especficas organizadas utilizadas por los rganos (clulas) de nuestro cuerpo. Eljerrquicamente. sistema circulatorio es el encargado de transportarlas.b) Presentan cierto grado de coherencia interna, que se b)Relaciones respiracin/circulacin:el oxgeno reco-comprueba a partir de la regularidad que se observa en gido en los pulmones es llevado por la sangre a loslas explicaciones d e los alumnos. diferentes rganos (clulas). Del mismo m odo, la sangrerecoge dixido de carbono procedente de los rganosc ) Constituyen la base en que se apoyan las y los (clulas) para ser eliminado a travs de los pulm ones.estudiantes para explicar los diversos aspectos relacio-nados con la nutricin, y suponen el punto de partida La recogida de informacin se basa en la administracinpara el aprendizaje de nuevos contenidos referidos a de un cuestionario, cuya elaboracin consta de cu atrodichos procesos. fases (Treagust, 1988; Anderson, Sheldon y Dubay,1990; Seymour y Longden, 1991):d ) Permiten deducir las dificultades que encontrarn lasalumnas y los alum nos en el aprendizaje de estas nocio- 1) ensayo previo, mediante la realizacin d e entrevistasnes, constituyendo -al mismo tiempo- un elemento individuales a un grupo reducido d e 8- 10 alumnos/as porimportante de cara a la planificacin y desarrollo de cada nivel, de cara a confeccionar un cuestionario ade-propuestas didcticas. cuado a sus conocimientos;A travs de la mencionada investigacin, se constata la 2 ) estudio piloto, consistente en la administracin d elexistencia de dos tipos de m odelos, con distinto grado de cuestionario provisional (elaborado a partir d e la fasegeneralidad: modelos p arciales, indicativos de las rela- anterior) a un grupo de alumnos/as pertenecientes a losciones que establecen las alumnas y los alumnos entre diferentes niveles objeto de estudio;digestin, respiracin y el sistema circulatorio, y mode-los globales, los cuales representan su visin general 3) reformulacin del cuestionario inicial a partir de lossobre la nutricin hu mana en su conjunto. Evidentemen- datos suministrados por el estudio piloto y la revisinte, ambo s tipos de mo delos estn ntimamente relacio- realizada por compaeros investigadores y los profeso-nados: los mo delos parciales pueden servir de base para res de ciencias correspondientes a la muestra utilizadadeterminar los mo delos globales, cuestin sobre la que en la fase anterior;estamos trabajando en estos momentos. 4) adm inistracin del cuestionario definitivo a la mues-A lo largo d e este artculo describimos las caractersticas tra objeto de nuestra exploracin.de los m odelos parciales de nutricin, haciendo referen-cia a su representatividad en una muestra amplia de El cuestionario utilizado contiene 19 cuestiones de di-estudiantes pertenecientes a diferentes niveles educati- versos tipos: respuesta abierta, eleccin m ltiple y doblevos. Del anlisis de los resultados se desprende una serie eleccin respuesta-razn (Haslam y Treagust, 1987).de conclusiones en relacin con el modo en que se Para evitar el carcter aleatorio de ciertas respuestas O laorganizan y estructuran las concepciones de los alumnos informacin restringida que se obtiene de alguna dey con respecto a la enseanzalaprendizaje de estas no- ellas, se utilizan diferentes preguntas para incidir en unciones en los niveles bsicos de educacin. mismo aspecto (como propone Yarroch, 1991), y secomplementan las cuestiones ms complejas con unaescala de fiabilidad, para que las y los estudiantes expre-sen el grado de certeza en sus afirmaciones. (En el anexoMETODOLOGA DE LA INVESTIGACIN 1 se muestran, a modo de ejemplo, algunas preguntasincluidas en el cuestionario, que por su extensin noLa investigacin ha sid o realizada con una m uestra de reproducimos ntegramente. No ob stante, queda a dispo-estudiantes (N=444) pertenecientes a aq uellos niveles sicin de quien lo solicite.)educativos no universitarios en los cuales se estudianestas nociones: 6" de EGB (159), 8" de EGB (167), 1" de En sntesis, la exploracin se ha centrado sobre losB U P (72) y 3" de BU P (46). siguientes aspectos:Teniendo en cuenta la diversidad de la poblacin, el -Digestin de los alimentos: Se plantea una situacingrado de diferenciacin conceptual con que se ha efec- problemtica (digestin de la leche), a partir de la262 ENSEANZA DE LAS CIEKCIAS, 1996, 14 (3)


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cual se pregunta q u tipo de sustancias obtenemos me-diante dicho proceso (complejas, sencillas, sustanciasbuenas ...) y dnde se absorben.-Rela cione s entre el proceso digesti vo y la circulacinde lu sungre: Se utilizan tres cuestiones. La s dos prime-ras consisten en situaciones problemticas: qu sucedecuando estamos sin tomar alimentos durante dos o tresdas; si las sustancias que transporta la sangre salen delos vasos sanguneos cundo llegan a los msculos. Enla tercera se pregunta so bre el transporte de los nutrien-tes a los rganos.-Respiracin y relacin entre dicho proceso y la circu-lacin de la sangre: Se indaga en torno a la composicinde los gases inspirado y espirado; a la relaciones entre elsistema circulatorio y el transporte de los gases respira-torios (por qu respiramos ms deprisa despu s de correr200m; qu ocurre cuand o estamos buceando y contene-mos la respiracin o cuando dormim os); al transporte deoxgeno y dixido de carbono (por medio de dibujosesquemticos y preguntas d e eleccin m ltiple); y cues-tiones referidas a la necesidad d e oxgen o por los distin-tos rganos.

- Estructura celular de nuestro cuerpo: Para ello, seincluyen tres preguntas. La primera es t relacionada conla nocin general que poseen los estudiantes sobre laclula y la relacin entre stas y los rganos; en lasegunda s e les facilita una relacin de rganos y se lespide que sealen s i estn formados por clu las; la terceraincide en la cuestin de las sustancias necesarias paraque las clulas realicen sus funciones.El anlisis de las respuestas d e las alumnas y los alumno sse basa en la regularidad y coherencia que presentan atravs de los diferentes instrumentos em pleados (diver-sos tems del cuestionario y entrevistas individuales),tomando com o referencia el nivel conceptual estableci-do en la figura 1. En resumen consta de las siguientesfases:1) Una vez tabulados los d atos correspondientes a cadapregunta del cuestionario, establecemos una serie decon cepc ion es especljCicas y esquemas concept~dalesso-bre aspectos parciales d e los procesos objeto de estudio.Para ello, contrastamos la correlacin existente entre lasrespuestas que dan las y los estudiantes a aquellas cues-tiones que se refieren a los mismos aspectos (p.e., sus-

Figura 1Mapa de conceptos sobre nutricin humana.

I

obtienen

ENSEANZA DE LAS CIENCIAS, 1996,14 (3) 26 3


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I N V E S T I G A C I ~ NY EXPERIENCIAS DIDCTICAStancias que se obtienen mediante la digestin, sustancias separacin de las sustancias buenas y malas que stosque transporta la sangre, destino de dichas sustancias...). contienen) no son recogidas por la san gre, sino querecorren el tubo digestivo y finalmente son eliminad as.2) Definicin de los modelos conceptuales que subyacen Por tanto, adems de representar una visin incompletaal conjunto de concepciones puntuales y esquemas con- de la digestin, en este modelo se simplifica la nutricinceptuales relativos a la s relaciones e xistentes entre algu- considerando que el simple trnsito de sustancias anos procesos de nutricin (digestinlcirculacin, respi- travs del aparato digestivo garantiza la supervivenciaracinlcirculacin). humana.3) Identificacin de los modelos conceptuales corres-pondientes a cada uno de los alumnos y alumnas perte- Modelo 2necientes a la muestra utilizada. En aquellos casos enque sus concepciones parecan incomp letas o contradic- La progresin de este modelo con respecto al anteriortorias, recurramos a la realizacin de entrevistas indivi- estriba en que se admite que la sangre transporta lasduales para su clarificacin. sustancias nutritivas obtenidas durante la digestin (enocasiones, sustancias buenas), aunque se afirma questas no salen de los vasos sanguneos y , por tanto, sedesconoce su destino y el modo en que son utilizadas.

As se deduce de explicaciones como las siguientes:DESCRIPCIN DE LOS MODFLOS Profesor. Una vez que la sangre ll ega, por ejernplo, a losCONCEPTUALES Y DISCUSION msculos, qu ocurre con las sustancias nutritivas queDE LOS RESULTADOS transporta?Al margen d el diferente grado de profundidad con que se Alumno (6" de EG B). Yo creo que esas sustancias vanestudia la nutricin en los niveles educativos explora- recorriendo todo el cu erpo.dos, que lgicamente se refleja en la riqueza de lasconcepciones de los alumnos y las alumnas, la investiga- P. i Pero salen de los vaso s sanguneos (venas , arte-cin ha puesto d e manifiesto la existencia de una serie de rias...) o no?modelos conceptuales comunes a todos ellos, aunqueextendidos de manera desigual. Los diversos modelos A. No, la sangre pa sap or los msculos y otraspartes delencontrados (referidos tanto a las relaciones digestin1 cuerp o, pero no pueden salir porque entonces no noscirculacin como a las relaciones respiracinlcircula- alimentaran.cin) tienen un carcter progresivo y estn orden ados enfuncin de que sean ms o menos acordes con el conoci- Esta forma de entender el papel de transporte de lamiento cientfico: no relacionados, parcialmente rela- sangre estara relacionada con la atribucin al propiocionados y relacionados. cuerpo de una serie de funciones m gicas (para nutrir-nos es suficiente con que las su stancias nutritivas vayancirculando con la sangre), que -en definitiva- resultanA. Modelos de relacin entre digestin y circulacin exponente de la escasa comprensin de aspectos esen-sangunea ciales de los procesos de nutricin humana.Encontramos un total de seis modelos, agrupados en Los modelos no relacionados se encuentran am pliamen-torno a las tres categoras an tes mencionadas. te extendidos en 6" de EGB (57% globalmente), mientras

que resultan minoritarios en 8" de EGB y 1" de BUP(25% y 11%, respectivamente) y -obviamente- no se1. Modelos no relacionados dan en 3" de BU P (Fig. 6). Estos datos, parecen confir-mar una idea apuntada por autoras como Gellcrt (1962),Clasificamos en este grupo aquellas concepciones ca- Nagy (1953) o Carey (1985), en el sentido de que, pararacterizadas por l a falta de relaciones adecu adas entre el los alumnos y las alumnas de estas edades, el funciona-proceso digestivo y la circulacin sangu nea, en el m- miento del cuerpo humano tiene un carcter finalista:bit0 de la nutricin humana. En esta categora encontra- cada rganolaparato realiza una funcin especfica, in-mos dos modelos, en funcin de si las alumna s y los dependientemente de los dems. De ah qu e laparticipa-alumnos mencionan o no el papel de la sangre en el cin del aparato digestivo y el sistema circulatorio en latransporte de sustancias nutritivas procedentes de los nutricin hu mana no se relacionen correctamente.alimentos. Por otra parte, la existencia de dichos modelos indicaModelo 1 que, ap esar del grado de detalle con que se estudian estasnociones en los niveles bsicos de enseanza (quizs,De las explicaciones de las y los estudiantes encuadra- precisamente por eso), un gran nmero de estudiantesdos en este modelo (Fig. 2) se deduce que, para ellos, las elabora concepcion es muy sup erficiales al simplificar lasustancias que se obtienen como consecuencia de la nueva informacin para acom odarla a su modo particu-digestin de los alimentos (proceso que entienden como lar de percibir la realidad.264 ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3 )


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2. Modelos parcialmente relacionados Alumna (8" de EGB). Se acabaran.El conjunto de concepciones correspondientes a esta P. Por qu?categora de modelos, intermedia entre la anterior y losque consideramos correctos desde el punto de vista de la A. Porque la sangre las lleva a 10s rganos de nuestrociencia, se caracteriza por un mayor reconocimiento del cuerpo Y allse COrtsumen.papel de la sangre como medio d transporte de nutrien-tes, aunque tampoco -en este caso- se alude claramente P. Cmo utilizan los rganos (p or ejemplo, los m ~ is -a las clulas como el lugar en que son utilizados. Las culo s) esas sustancias?respuestas de los alumnos permiien diferenciar dos mo- A. L~~ gastan para func ionar ,pero no se cpno.delos (Fig. 3):Modelo 3.1 P. Los msculos estn formado s por clulas?A. S.A travs de las explicaciones que dan los alumnos a lasdiferentes preguntas formuladas en con estos P. Las sustancias nutritivas que obtenemos de los d i -amectos. se constata su creencia de aue los Drocesos mentosj lson por lasreiacionados con la nutricin tienen lugar en loidiferen- A. No, las clulas se alimentan po r si solas.tes rganos de nuestro cuerpo:- De ah que siten el destino de las sustancias nutritivasProfesor. Supongamos que estamos sin tomar alimentos en dichas estructuras, desconociendo las relaciones exis-durante dos o tres das. Qu ocurre c on las sustancias tentes entre los niveles macroscpico (rganos) y mi-nutritivas que lleva la sangre? croscpico (clulas).

Figura 2Modelos digestin/circulaci6n (no relacionados)

ENSEANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3) 265

sufren

recorren

Tubo digestivo

Modelo 1

sufren

Digestin

se obtienen

Sustanciasnutritivas

eliminan . w s a n a lDefecacin circubtorio

;?

Modelo 2


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Figura 3Modelos digestin/circulaci6n (parcialmente relacionados).

Alimentossufren1)

se obiienenu1 Sistemas d e 1 \[ Sustancias 1eliminan paranol* v

1 1 I 1

Defecacin Sistema circu/otorio

I Modelo 3.1

Alimentos-sufrense At ienen\1 Sustancias de 1 1 Sustancias 11 d e s e ; h o 1 1 ~ ~ u t r i f i v a s 1

eliminan

Defecacin

Modelo 3.2

Modelo 3.2Aunque, e n cierta medida, las concepciones correspon-dientes a este modelo suponen un avance con respecto alanterior (implican aceptar que las sustancias nutritivaspuedan ser utilizadas en las clulas), presentan una seriede contradiciones qu e justifican su inclusin en la cate-gora de m odelos parcialmente relacionados: considerarque el destino d e las sustancias nutritivas son, en unoscasos, los rganos y en otros las clulas; creer que unosrgan os estn formados por clulas y otros no; o afirmarque se produce un doble intercambio d e sustancias nutri-tivas entre la sangre y las clulas.A la vista de los resultados (Fig. 6) podemos afirmar quelos modelos parcialmente relacionados se detectan entodos los niviles educativos investigados, aunque condiferente grado de representatividad y significacin.Mien tras que -hasta cierto punto- nos parece lgico queen 6" de EGB el m ximo grado de relacin entre diges-tin y circulacin se site en el modelo 3.1 (37% deltotal), no pensam os lo m ismo con respecto al porcentajede estudiantes de 8" de EGB y lode BUP encuadrados enel mismo (14% y 18%), puesto que en estos niveles sesuele ampliar el estudio de la nutricin haciendo referen -cia a algunos procesos celulares como la obtencin deenerga o el crecimiento.Aunque la existencia d e cierta controversia rganos-clulas, en cua nto al destino de las sustancias nutritivas(modelo 3.2), no se halla muy extendida (10% en 8",

18% en 1"de BUP y 22% en 3"de BU P), a nuestro juicio,pone de m anifiesto que la entrada de nuevas informacio-nes al estudiar estas nociones se ha traducido en unaumento de vo cabulario que, en la mayora de los casos,no ha modificado las concepciones iniciales de las y losestudiantes, al no producirse un apren dizaje significati-vo de los nuevos contenidos. De sus explicaciones ded u-cimos la existencia de un obstculo epistemolgico,sealado por autoreslas como Dreyfus y Jungwirth (1988),Gagliardi (1988) o Caballer y Jimnez (1992): el desco-nocimiento de la estructura v funcionamiento celular denuestro cuerpo y, en particular, de las relaciones entrelos procesos a nivel anatmico y sus referentes a nivelcelular.

3. Modelos relacionadosConstituyen una relacin adecuada entre digestin ycirculacin, al nivel que se ha realizado la investigacin(Fig. l), independientemente de que en los cursos msavanzados se posea un mejor conocim iento de las mis-mas. Dentro de esta categora se pueden diferenciar dosmodelos, en funcin de cual sea el destino de las sustan-cias nutritivas (Fig. 4):Modelo 4 .1Las concepciones correspondientes a este mo delo coin-ciden en sealar el papel de la sangre como medio de

ENSENANZA D E LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3 )


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Sustancias de Sustancias Sustancias de Sustanciasdesecho nutrit ivas desecho nutr i t ivas

eliminan pasan al el iminan pasan al

Defec a t io n

Al imentossufren

Digestionse obtienen

Sistema c irculator iovan a

A l o u n o s O r o a n o s

formados por

Celulas

Modelo 4.1

Sistema c irculator ioDefec a t io nvan a

Todo s los Organos

fo rmados p or

alulas

Modelo 4.2

INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS

Figura 4Modelos digestion/circulation (relacionados).

relaciOn entre procesos: recoge las sustancias nutritivasprocedentes de la digestion y las transporta hacia lascelulas, en donde seran utilizadas para la realization dedeterminadas funciones (crecer, estar fuertes...).Probablemente como consecuencia de un conocimientoincompleto de la estructura y organization celular denuestro cuerpo, los alumnos y las alumnas encuadradosen este modelo afirman que determinados 6rganos (pul-mones, corazOn, huesos...) no necesitan nutrientes pararealizar sus funciones (Fig. 5).Modelo 4.2

Supone cierto grado de progresi6n con respecto al mode-lo anterior, al entender que todos los 6rganos estanformados por celulas y que los nutrientes obtenidosmediante la digestion de los alimentos son necesariospara el desarrollo de procesos que estan relacionadoscon la nutriciOn humana, los cuales son imprescindibles a su vez para el funcionamiento de los 6rganos.Como cabria esperar a priori, el mayor grado de relaciOnentre los procesos objeto de analisis se produce en 3 deBUP (70% globalmente) y, en menor medida, en 8 deEGB (43%) y 1 de BUP (49%), tal y como se desprende

de la figura 6. Los resultados en estos altimos nivelespueden ser interpretados en dos sentidos: si bien tienende positivo que alrededor de la mitad de la muestraposean un conocimiento adecuado de las relacionesdigestion/circulation, por contra, muestran que no seproduce progresiOn conceptual entre ambos niveles, apesar del estudio de la nutriciOn humana incluyendolecciones especIficas sobre el conocimiento de la celula(estructura y funciones).Abundando en el analisis de estos datos, constatamosque es significativamente menor el porcentaje de estu-diantes encuadrados en el modelo mas avanzado, comoconsecuencia de las dudas existentes en torno a si eldestino de las sustancias nutritivas que transporta lasangre son todos los Organos o una parte de ellos. En esesentido, resulta esclarecedor comprobar (Fig. 5) comolas mayores discrepancias se producen en relaciOn conuna serie de 6rganos que realizan funciones muy espe-cificas (pulmones, corazOn...) o bien con aquellos queaparentemente no realizan ninguna actividad (huesos),admitiendo por el contrario que los 6rganos masrelacionados con el movimiento corporal (mtisculos), oque se consideran mas importantes para el organismo(cerebro), precisan sustancias nutritivas para su fun-cionamiento.

ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3)26 7


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Figura 5rganos que no necesitan sustancias nutritivas.

Cerebro Msculos Corazn Pulmones Huesos

Figura 6Modelos digestin/circulacin (resultados).

1 sQE.G.B. aeE.G.B. .l 0 B.U.P. 3e B.U.PC268 ENSEANZA D E LAS CIENCIAS, 1996, 14


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As como en 8" de EGB y 1" de BUP estos ltimosresultados, coincidentes, por otra parte, con trabajoscomo los de Caballer y Jimnez (1992, 1993) sobre laclula, pueden explicarse por la falta de consolidacinde determinados conceptos, no pensamos lo mismo conrespecto a los de 3" de BUP, teniendo en cuenta que setrata de estudiantes que han cursad o biologa y qum icacon un elevado grado de diferenciacin conceptual.Modelos d e relacin entre respiracin y circulacinsanguneaTal vez com o consecuencia de las dificultades que plan-tea la comprens in del proceso respiratorio y su relacincon la circulacin sangunea, la investigacin ha pu estode manifiesto la existencia de una amplia gama demodelos con ceptuales (nuev e en total) que, no obstante,se pueden agrupar e n torno a las tres categoras estable-cidas en el apartado anterior: no relacionados, parcial-mente relacionados y relacionados.Modelos no relacionadosLos cinc o modelos pertenecientes a esta categora (Fig.7 y 8) tienen en comn no identificar larespiracin com o

un proceso celular y, por consiguiente, no relacionarcorrectamente el papel de la sangre como medio detransporte del oxgeno desd e los pulmones a las clulasy del dixido de carb ono desde stas hasta el aparatorespiratorio. Dichos modelos, clasificados de menor amayor grado de relacin y diferenciacin conceptual,presentan las sigu ientes caractersticas:Modelo 1Supone considerar la respiracin como un proceso quetiene lugar en los pulmones, mediante la entrada deoxgeno y la salida de dixido de carbono. L a existenciade este m odelo incluye concepciones com o las siguien-tes: a) el aire que entra a los pulmon es contiene solam en-te oxgeno, gas necesario para vivir; b) el aire queespiramos slo contiene dixido de carbono (que seorigina a partir del oxgeno o es el mismo que entr alinspirar); c) la sangre no transporta oxgeno ni dixidode carbono (este ltimo es txico).Modelo 2.1Aunque los alumnos y alumnas encuadrados en estemodelo admiten que la sangre pueda transportar oxge-no, entienden la respiracin com o un proceso principal-

Figura 7Modelos respiracin/circulacin (no relacionados 1) .

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A i r e

0 2

I A i r ePulmones

Sistema circulatorio O 2

A i r e A

A

c o 2

0 2

f Pulmones-

Modelo 1

a 2

rganos

9 Pulmones

o 2

f Sistema circulatorio

ClulasModelo 2.1

I Clulas

Modelo 2.2


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Figura 8Modelos respiracin/circulacin (no relacionados 2) y parcialmente relacionados.

I

Clulas

Aire A

Pulmones-O2 YClulas

a',

Airet - 9Pulmones

I9 Pulmones

I Algunos rganos IClulas

mente pulmonar y atribuyen al sistema circulatorio un A. No lo s. Creo que solamente lo necesitan los pul-papel secundario: a ) la sangre transporta oxgeno pero mones.este no sale de los vasos sanguneos (slo circula), portanto, se desconoce su destino y u tilidad; b ) la sangre no P.Antes me has dicho que la sangre transporta sustan-transporta dixido de carbono, ya que dicho gas se cias nutritivaspor todo el cuerpo; i lleva tambin Oxge-origina en los pulmones. no y dixido de carbono?

Modelo 3.1

Esta aparente contradiccin no es tal para las y los A. Oxgeno s, pero dixido de carbono ao porque comoestudiantes, com o se comprueba a travs de sus explica- es txico nos moriramos.ciones: P. Cua ndo la sangre llega a rga nos conzo los rncisculos,qu ocurre con el oxgeno que transporta?Profesor. En qu consiste la respiracin?A. No lo s.Alumno (8" de EGB) . Cuando inspiramos, tomamosoxgeno y, cuando espiramos, expulsamos dixido de P. Quiero decir, si el oxgeno sale de las arterias y escarbono. utilizado en los msculos.

Modelo 3.2

A. No, el oxgeno recorre el cuerpo pero no puede salirP. Para qu necesitamos el oxgeno del aire? de las venas.

Modelo 4

A. Lo necesitan los pulmones para respirar. Si no fuese p. Entonces, como es posible que los msculos filncio-as nos moriramos. nen?P. Adem s de los pulmones, qu otros rganos necesi- A. Porque tom amos alimentos como la leche o la carne,tan oxgeno? que nos dan mucha energa.270 ENSEANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3)


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Figura 9Modelos respiracin/circulacin (relacionados).

Modelo 2.2Se diferencia del modelo anterior en cuanto al origen deldixido de carbono: aunque la mayor parte de dicho gasse produce en los pulmones (o es el mismo que entr alinspirar), se admite que la sangre lo transporta. Noobstante, ello no implica entender su relacin con losprocesos de nutricin (se afirma que se origina en losrganos, el corazn o la propia sangre), sino que-probablemente- constituya un ejemplo de la distor-sin de nuevas informaciones que no han sido com-prendidas suficientemente.

Aire

Modelo 3.1

0 2

AireA

Junto con el modelo siguiente, supone un importanteavance con respecto a los anteriores. En l se consideraque el oxgeno que transporta la sangre sale de los vasossanguneos y va a las clulas. Sin embargo, considera-mos que no se establecen relaciones adecuadas entrerespiracin y circulacin, como se deduce de explicacio-nes de las y los estudiantes que afirman que el oxgenoes necesario sobre todo en los pulmones o cuando se

Acoz 0 2

refieren a un doble intercambio de dicho gas entre lasangre y las clulas:

coz

Profesor. Supongamos que la sangre que circula porestos vasos sanguneos (seala la muech de un brazo )ha llegado a la mano. Qu sustancias de las quetransporta la sangre son necesarias para el funciona-miento de los dedos?

PulmonesA

Alumna (l o de BUP). Los dedos necesitan glucosa,protenas, vitaminas y oxgeno.

Pulmones

o2

P. Pero jcmo utilizan esas sustancias?

0 2co2

A. En las clulas.

Acoz

Sistema circulatorioA

o2 cozAlgunos rganos

A

C6lulas

Modelo 5 1

P. j Cmo?A. S que lo estudi el ao pasado, pero no meacuerdo.

tSistema circulatorio

P. Una vez que las clulas realizan sus funciones (a un -que no te acuerdes cules son ), jse producen algunassustancias de desecho?

0 2

ENSEANZA D E LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3 )

Acozt

Todos los rganos

0 2

Acozt

Clulas

Modelo 5 2


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A. S. Creo que las clulasproducen vitaminas, oxgeno aparicin de nuevos errores conceptuales (las clulasy otros desperdicios que pasan a la sangre para poder- producen oxgeno; el dixido de carbono se origina enlos expulsar. los pulmones, algunos rganos o el corazn; etc.).P. N o habas dich o que el oxgeno ' se obtiene en lospulmones?A. La ma yora se produce en los pulmon es, pero unaparte va a las clulas para que puedan realizar susfunciones.P. Entonces, en qu quedamos?: ,jel oxgeno pasa de lasangre a las clulas o de las clulas a la sangre?A. El oxgeno va a las clulas, pero ellas tambin danoxgeno a la sangre.En relacin con el dixido de carbono, dichos estudian-tes consideran que se origina en los pulmones, por loque, en conjunto, se trata de un modelo bsicamentepulmonar.Modelo 3.2Se diferencia de l modelo anterior nicamente en cuan toal origen del dixido de carbono, adm itiendo que, aun-que la mayor parte de dicho gas se obtiene en lospulmones, tambin s e produce en los rganos, el corazno la propia san gre.Con excepcin de 3" de BUP, una amplia mayora dealumnos y alum nas pertenecientes a los diferentes nive-les educativos explorados (F ig. l l ) poseen concepcio-nes encuadrables en lo que hemos denominado m odelosno relacionados (considerados globalmente: 92% en 6"de EGB , 67% en 8" de EGB y 85% en 1" de BUP). Noobstante, comprobamos ciertas variaciones de unos ni-veles a otros:-E n 6" de EGB predominan los modelos menos avanza-dos, constatndose dos tipos de concepciones: a ) consi-derar la respiracin co mo un proceso bsicamente pul-monar, minimizando e l papel de la sangre en el transportede gases (modelo 2.1 .);b ) adm itir que la sangre transpor-ta oxgeno hacia las clulas, pero desconociendo suutilidad y afirmar que el dixido de carbono se origina enlos pulmones. En ambos casos se pone de m anifiesto quela ensean za no modifica -sustancialmente- la creenciade que la respiracin s e realiza en los pulmones, obte-nindose (a lo sumo) nuevas informaciones que no hansido incorporadas al ncleo central de sus concepcionesiniciales.- En 8" de EG B y 1" de BU P, con resultados similares,se produce cierta progresin hacia modelos no relacio-nados ms avanzados (3.1 y 3.2), aunque subsistenconcepciones propias d e niveles anteriores (un tercio dealumnos en modelos 2.1 y 2.2). Sin embargo, tampoco eneste caso, dichos avances suponen establecer relacionesadecuadas entre respiracin y circulacin, concretndo-se -principalmente- en la elaboracin de concep cionesincompletas (la sangre transporta oxgeno hacia las c-lulas y dixido de carbono hasta los pulmones) y la

Estos resultados ponen de manifiesto las dificultadesque encuentran las y los estudiantes para comprender losaspectos esenciales del proceso respiratorio y su rela-cin con el sistema circulatorio, cuestin que ha sidosealada en investigaciones como las de Arnaudin yMintzes (1985), Garca Zaforas (1991) y Prez de Eulate(1992). En particular, hay que destacar el escaso apren-dizaje que realizan los alumnos y alumnas de 8" de EGBy 1" de BU P, as como la falta de progresin entre dichosniveles, por tratarse de nociones bsicas que son aborda-das con c ierto grado de profundidad.

Modelos parcialmente relacionadosEn este grupo incluimos un modelo cuyas concepcionessobre las relaciones entre respiracin y circulacin tie-nen en com n situar el proceso respiratorio en los rga-nos (Fig. 8): considerar que las sustanc ias nutritivas y eloxgeno son llevados a los diferentes rganos de nuestrocuerpo, que en ellos son utilizadas para realizar lasfunciones vitales, y que -como consecuencia de dichosprocesos- se obtiene dixido de carbono. Evidentem en-te, esta forma de entender la respiracin supone unavisin incompleta de su relacin con la nutricin huma -na, al desconocer que dich o proceso tiene lugar en lasclulas.Aunque se trata de un m odelo con escasa representacinen los niveles investigados, su existencia pon e de mani-fiesto que algunos alumnos y alumnas simplifican losprocesos d e nutricin (en este caso, las relaciones resp i-racin/circulacin) situndolos en los rganos comoconsecuencia del desconocimiento de la estructura yorganizacin celular d el cuerpo humano.A nuestro juicio, es te modelo podra constituir un nivelintermedio adecuado para cursos como 6" de EGB eincluso 8" de EG B, en calidad d e paso previo al estudiode los procesos celulares en cursos posteriores. Por elcontrario, la introduccin prematura de nociones detanta complejidad en EGB trae como consecuencia laelaboracin de concepciones alternativas y una escasarelacin entre los procesos objeto de estudio, tal y com oacabamos de sealar.

Modelos relacionadosSe incluyen en este tipo de modelos aquellas concepcio-nes que relacionan correctamente respiracin y circula-cin, al nivel elemental con que se ha planteado estainvestigacin (Fig. 1). Es decir, hay que entender que elproceso respiratorio tiene lugar en las clulas y atribuiral sistema circulatorio el papel de transporte d e oxgenodesde los pulmones hacia las clulas, y del dixido decarbono (producido como desecho en el transcurso dedicho proceso), desde stas hasta los pulmones.

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Como en el caso de los modelos digestin/circulacin,algunas respuestas d e los alumnos y las alumna s permi-ten diferenciar dos submodelos (Fig. 9) en funcin deque siten la respiracin en todos los rganos (modelo5.2) o slo en una parte de ellos (mod elo 5.1).Solamente encontramos este tipo de modelos en 8" deEGB, lode BU P y 3" de BUP (Fig. 11). Mientras que enlos dos primeros resulta minoritario el porcentaje dealiimnos y alumnas que establecen relaciones adecu adasentre respiracin y circulacin (21% y 8%, respectiva-mente), este tipo de modelos se encuentra amp liamenteextendido en 3" de BUP (69% si consideramos am bosmodelos globalmente).Los resultandos correspondientes a 8" de EG B y 1" deBU P confirman argumentaciones realizadas e n aparta-dos anteriores, en el sentido de que existe una escasacorrespondencia entre las previsiones de la enseanza(tal y como apa rece en e l currculo y los libros de texto)y el aprendizaje que logran los alumnos y alumnas.Por otra parte, aunqu e los resultados de 3" de BU P nosparecen lgicos, d ado el nivel elemental con que se haplanteado esta investigacin, creemos que deben serrelativizados, por tres razones:a ) Casi una tercera parte de la muestra se encuentra enmode los no relacionados (aunque se trata del ms avan-zado) o parcialmente relacionados. M uestran, por tanto,concepciones alternativas propias de niveles inferiores.b ) Solamente el 17% del total se agrupa en el modelorelacionado ms avanzado (5.2), mientras que un 50%presenta algunas dudas con respecto al destino deloxgeno que transporta la sangre. Como se desprendede la figura 10, un porcentaje elevado de estudiantesafirma que rganos como los huesos, dedos, rioneso estmago no necesitan oxgeno para desempearsus funciones.c ) A travs de alguna s respuestas de las y los estudiantes,constatamos errores importantes, como desconocer enqu orgnulos celulares tiene lugar la respiracin celulary qii sustancias son necesarias para ello.Profesor. En qu consiste la resp iracin?Alumno. La respiracin es unpro ceso que seproduce entodas las clulas de nuestro cuerpo y nos sirve paraobtener energa.P. ,jEn qu partes de la clula tiene lugar?A. Yo creo que en los ribosomas.P. Adems del oxgen o, qu otras sustancias son nece-sarias?A. Por ejemplo, glucosa.P. En los ca sos en que no se dispone de esta sustancia,qu otros nutrientes pueden ser u tilizados?

A. Por ejemplo vitaminas, protenas y arnino8cidos.Aunque nuestro propsito no haya sido analizar enprofundidad las ideas de estos alumnos, los resultadosnos deben hacer reflexionar sobre la idoneidad de losmtodos de enseanza habituales para modificar con-cepciones errneas y propiciar aprendizajes signifi-cativos.

CONCLUSIONESComo hemos puesto de manifiesto a lo largo de esteartculo, buena parte d e las concepciones de los alumn osy alumnas sobre aspectos especficos de los diferentesprocesos imp licados en la nutricin hum ana (digestin,respiracin, circulacin ...) se encuentran organizados ensu estructura conceptual, llegando a constituir verdade-ros esquem as o teoras (modelos conceptuales), a partirde los cuales podemos interpretar dichas concepciones.Por otra parte, si -como hemos sealado- estos modelossuponen el bagaje conceptual con que los estudiantesafrontan el aprendizaje de nuevas nociones, sil conoci-miento resulta de gran utilidad pa ra la planificacin dela enseanza.Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto elpredominio de modelos concep tuales no relacionados oparcialmente relacionados, caracterizados por no iden-tificar adecu adame nte el papel del sistema circulatoriocon los procesos de digestin y respiracin. No obstante,encontramos diferencias significativas al comparar lacomp rensin de las relaciones digestin/circulacin conlas de respiracin/circulaci6n: mientras en el primergrupo se constata cierto conocimiento en la ma yora delos cursos investigados, la comprensin de las relacionesentre respiracin y circulacin resulta mucho ms pro-blemtica, incluso en niveles supe riores.Com parando los datos relativos a los diferentes niveleseducativos, podemos afirmar que, si bien se aprecianciertas diferencias entre 6" y 8"de EGB o d e 3" de BUPcon el resto de los niveles, no existe progresin imp or-tante entre 1" de BUP y 8" de EGB (en algunos casosconstatamos un retroceso), a pesar de que dichos estu-diantes hayan profundizado en el estudio de la nutricinhumana. Si adems tenemos en cuenta las precisionesrealizadas al referirnos a los resultados en 3" de BUP,podemos concluir que la enseanza habitual no contri-buye, de ma nera efectiva, a que los alumnos reestructu-ren sus concepciones iniciales, desarrollando modelosrelacionados que sean acordes con el conocimiento cien-tfico.Sin pretender realizar un anlisis exhaustivo de lascausas que motivan los resultados comentados, pode-mos se alar una serie de factores que, entre otros, pue-den estar en la base de los mismos:a ) De acuerdo con argume ntaciones como las de Driver,Guesne y Tiberghien (1985), el razonamiento infantil

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presenta ciertos rasgos diferenciales (pensamiento diri-gido por la percepcin, enfoque limitado, causalidadlineal y simple, etc.) que, a nuestro juicio, dificultan laelaboracin de modelos relacionados. Por otra parte, sicomo sealan Pozo, Gmez Crespo, Limn y Sanz Se-rrano (1991), las caractersticas de las teoras implcitasde los alumnos y las alumnas difieren claramente delmodo en que se estructuran las teoras cientficas, parecelgico que la enseanza habitual no produzca un acerca-miento suficiente entre ambas, prevaleciendo las teoraspersonales que, a lo sumo, sufren pequeas reestructura-ciones que no modifican sustancialmente sus elementosesenciales.b) El anlisis del currculo y los libros de texto (Nez,1994) pone de manifiesto que la enseanza de la nutri-cin humana adolece de una serie de deficiencias, enparte indicadas por Del Carmen (1993), entre las cualespodramos citar: ausencia de una visin global de lo quese est enseando (es decir, no se fomenta el aprendizajede conceptos bsicos y generales), falta de progresin enlos contenidos (no se suele establecer un grado de dife-renciacin adecuado en funcin del nivel educativo deque se trate), escasa relacin entre los contenidos que seensean (la enseanza de la nutricin se efecta de formacompartimentada y sesgada, estudiando cada procesopor separado y prestando ms atencin a los detallesespecficos que al establecimiento de relaciones entreellos) o planificacin de la enseanza sin tener encuenta los conocimientos previos de los alumnos yalumnas a que se dirige.

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c) Aspectos socioculturales, como la influencia del en-torno familiar de los alumnos o el papel de los medios decomunicacin pueden determinar la elaboracin de con-cepciones alternativas que difieren claramente del cono-cimiento cientfico. En este sentido se expresan autorescomo Solomon (1987), Driver (1989) o Llorens, DeJaime y Llopis (1989), indicando el papel del lenguaje enel aprendizaje de conceptos.A partir de las argumentaciones realizadas, parece evi-dente que el estudio de la nutricin precisa de un diseoconceptual y un enfoque didctico diferentes de los quese vienen realizando tradicionalmente. En esta lnea, seha elaborado una propuesta didctica que contempla eldiseo conceptual de la nutricin humana de maneraglobal e integrada, a la vez que plantea su enseanzasiguiendo una secuencia acorde con el constructivismoorientado a la consecucin del cambio conceptual(Driver, 1988; Posner, Strike, Hewson y Gertzog, 1982,entre otros).Los resultados obtenidos como consecuencia de supuesta en prctica en aulas de 8" de EGB muestran queuna amplia mayora de las y los estudiantes participantesen nuestra intervencin didctica establecen relacio-nes adecuadas entre los diversos procesos de nutri-cin, adquiriendo, al mismo tiempo, una visin glo-bal e integrada de dicha funcin. En un prximotrabajo daremos cuenta de las caractersticas de lapropuesta didctica y ofreceremos una mayor concre-cin de estos resultados.

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BNSEANZA DE LAS CIENCIAS, 1996, 14 (3)


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[Artculo recibido en marzo de 1995 y aceptado en mayo d e 1995.1

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A N E X O 1Ejemplo d e tems incluidos en e l cuest ionario.

l .Una vez que la sangre, con todas las sustancias que transporta, l lega al os rganos (como los msculos, por ejemplo), qu ocurre?(Escribe V o F segn sea verdadero o falso lo que s e dice en cada frase.):

v a s o sO La sa ngre circula en el interior de los vasos sanguneos(arterias, capilares) que llegan a los rganos : las sustanciasnutritivas que lleva la sangre no salen de los vasos paraquedarse en los rganos.

JasoS La sangre circula en el interior de los vasos sanguneos(arterias, capilares): las sustancias nutritivas pasan a lasclulas que las utilizarn para realizar sus funciones.

UI'. vasos La sangre circula en el interior de los vasos sanguneos(arterias, capilares): las sustancias nutritivas pasan d e losvasos a los rganos, que las utilizarn para realizar susfunciones.

La sangre circula en el interior de los vasos sanguneos(ar ter ias cap ilares) : a s sus tancias nu t r it ivas no sa len de/ los vasos, ya que fueron el iminadas por el ano.

Q n o HUSU&

He entendido la pregunta? s . A MEDIAS.O NO.

Estoy seguro de m i respuesta.O Estoy casi seguro de mi respuesta.O Estoy poco seguro d e mi respuesta.

He contestado al azar.

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2. Al terminar d e correr una carrera de 200 metros, respiramos ms rpido:

A cul d e estas causas crees que se debe?1 Algunos rganos del cuerpo necesitan ms oxgeno. 1

No son algunos rgano s del cuerpo los qu e necesitanoxgeno, sino qu e lo necesitan los pulmones.Es la sangre quien necesita o xgeno.

Indica la frase que mejor expliqu e tu respuesta anterior:O La may or parte del oxgeno que entra se necesita y seconsume en los pulmones para poder correr y el quesobra pasa a la sangre.

Todo el oxgeno que entra se consume en los pulmonespara correr y podernos recuperar despus, sin que pasea la sangre.Casi todo el oxgeno qu e entra pasa de los pulmones a lasangre y se lleva a los rganos que lo han gastado alcorrer.

,He entendido la pregu nta?Cl S. O A MEDIAS.O NO.

Estoy seguro de mi respuesta.O Estoy casi seguro de mi respuesta.Estoy poco seguro de mi respuesta.

He contestado a l azar.

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