Los materiales

Los nifios confunden a veces el nombre de un objeto con el nombre delmaterial del que esti hecho1• Jones y Lynch2 encontraron que los alumnos perci-ben a menudo las muestras de materiales (como madera, cera 0 vidrio) comoobjetos. VogelezangJ ha sugerido que los profesores deberfan ayudar a los nifios adiscriminar entre un objeto y los materiales de que esti hecho. Desgraciada-mente, el uso cotidiano de algunas palabras (por ejemplo «crista!») da lugar aconfusiones: algunas veces la palabra «cristal» se refiere a un objeto como el cris-tal de una ventana y en otras ocasiones la misma palabra «cristal» se refiere almaterial de que estin hechos los cristales de las ventanas*.

Smith et aL 1 hicieron un estudio con 32 nifios con edades entre 4 y 9 afios paraencontrar en que medida distinguian entre un objeto y el material del que estihecho. Se mostraban a los nifios objetos como tazas de papd y cucharas de metal yluego se les preguntaba que eran y de que estaban hechos: luego se rompian en tro-ws esos objetos y se repetian las preguntas. Las respuestas mostraban que nifios des610 4 afios tenian alguna noci6n de material que es diferente de su noci6n deobjeto. Entre los 4 y los 7 afios se basaban en las cualidades de los trows rotos,como el brillo 0 la transparencia, para explicar por que sigue siendo d mismo mate-rial. Los alumnos de mas edad expresaban principios explicitos como «d cortarlo noafecta al material» y «sigue siendo papel porque la taza estaba hecha de papeh>.

Aunque en ciencia la palabra «material» se utiliza para designar cualquier tipode materia 0 «cosa» que se pueda observar 0 detectar en el mundo que nos rodea,

* Nota de la T.: En el original ingles el ejemplo que aparece es la palabra «glass» que puede serun vaso para beber 0 el vidrio de que est<!hecho el vaso.

10s nifios inicia1mente pueden utilizar 1a pa1abra para representar 1as cosas que senecesitan para hacer objetos -por ejemp10, tejidos para 1a ropa 0 ladrillos para 10sedificios.

Bouma et al.4 estudiaron 10s significados que dab an 10s alumnos a 1a palabra«materia». Encontraron que a 10s 13 afios solo el 20 por 100 de 10s a1umnos 1aexp1icaban como algo que se puede coger con 1a mana y ocupa sitio. A 10s 16afios, esta proporcion era del 66 por 100. E1 resto dab a a 1a palabra un signifi-cado no tangible, no 1a exp1icaba 0 daba una exp1icacion confusa. Estos investi-gadores encontraron tambien que el primer significado de 1a palabra «material»para 10s a1umnos era un tejido para hacer prendas de vestir. Otros significadosque ofredan incluian «materiales de dibujo» y «materia1es de construccion».

Aunque 1a palabra «cosa» puede no ser aceptada como una palabra cientifica,tiene connotaciones tangibles para 10s alumnos y, por tanto, es util en el desarro-llo de 1a idea de que hay diferentes tipos de «cosa» y que se reconocen por susdiferentes propiedades4•

Diversos estudios sobre 1a concepcion inicia1 de 10s alumnos respecto a un~itomo muestran que 10 perciben como «un trozo pequefio de un material» 0como «el pedazo ultimo de material que se obtiene cuando se subdivide progresi-vamente una porcion de material»5 67. Pi ens an que tares «pedazos» varian entamafio y forma, no tienen espacio entre ellos y poseen propiedades similares a1as de 10s materiales de origen. Asi, por ejemp10, 10s nifios consideran frecuente-mente que 10s :itomos de un solido tienen todas 0 1a mayoria de 1as propiedadesmacroscopicas que ellos asocian con el solido. En consecuencia, 10s nifios atribu-yen a menudo a 10s atomos propiedades como dureza, calidez/frialdad, color yestado fisico567. Su vision contrasta con 1a de 1a ciencia esco1ar en 1a que 10s ato-mos son «los componentes basicos preformados» de 1a sustancia material.

La mayoria de 10s materiales que 10s nifios encuentran en 1avida cotidiana sonmezclas y por tanto, desde un punto de vista cientifico, no se pueden considerarcomo «puros». Sin embargo, algunos materiales (como el aire, el agua, 1a miel, elyogur y otros alimentos) se etiquetan frecuentemente como «puros», aunque real-mente son mezclas de sustancias. En consecuencia, puede surgir el conflicto designificado 10 mismo para 10s esco1ares48 que para 10s estudiantes de magisteri09•

La tendencia de 10s alumnos a considerar 10s materia1es cotidianos como sus-tancias simples era evidente en un esrudio de entrevistas en el que muchos suje-tos de 15 afios eran incapaces de dar ejemp10s de mezclas 0 de exp1icarlos 10. Losnifios podian reconocer mas facilmente 1as mezclas heterogeneas como el granitoque 1ashomogeneas, como 1asdiso1uciones.

A diferencia de una sustancia pura que tiene propiedades constantes (bajounas condiciones dadas), una mezcla tiene propiedades que dependen de las can-tidades relativas de sus sustancias componentes. Los nifios no siempre aprecianque sus afirmaciones sobre las propiedades de una mezcla tienen poco valor amenos que definan tambien la composicion de la mezcla. Cosgrovell ha sugeridovias por las que los nifios pueden desarrollar una concepcion cientifica de lasmezclas.

Cuando Meheut et alY permitieron a nifios franceses de 11 a 12 afios obser-var y comentar la combustion de diferentes materiales en el aire, la mayoria delos nifios llegaron a la opinion de que el aire es una mezcla de gases en la que eloxigeno tan solo es una parte.

Se encontro que entre el 60 y el 70 por 100 de una muestra de alumnos bel-gas y holandeses de 13 afios entendian el termino «sustancia pura» como «no esuna mezcla». Sin embargo el significado, para algunos de ellos (13 a 17 por 100),era «sin contenido dafiino»4. Cuando se investigo el significado de la palabra«puro» en si misma, solo el 45 por 100 tenia la idea de transparente 0 sin mezclay el 48 par 100 tenia ideas que incluian «limpio», «brillante», «bonito», «comodebe ser» y «correcto».

Mientras, en ciencia, la palabra «material» da una vision muy amplia, lapalabra «sustancia (quimica)>> tiene el significado espedfico de una clase demateria homogenea que tiene una composicion definida. Briggs y HoldinglO

recomiendan el uso temprano del termino «sustancia pura» 0 «sustancia unica»para ayudar a los nifios a desarrollar el significado cientifico de «sustancia qui-mIca».

Vogelezang3 ha sefialado que el concepto de «sustancia quimica» ocupa unaposicion fundamental entre los conceptos de quimica y sugiere que se debe pres-tar una cuidadosa atencion a su desarrollo cuando se da clase a los nifios.Reclama un uso cuidadoso de las palabras relacionadas con los objetos, con losmateriales y con las sustancias puras, con una distincion temprana entre «objeto»y «sustancia»; luego una progresion desde la idea de «sustancia» a la de «sustanciahomogenea» y, mas tarde, a la de «sustancia quimica». Sostiene que cuando sehabla con los nifios es facil usar la palabra «sustancia» de forma ambigua. Unprofesor podria decir «aqui hay una serie de sustancias cotidianas: un trozo demarmol, un ladrillo, un tarro de azucar ...» y una afirmacion asi deja a los alum-nos en duda sobre el centro de atencion -~los objetos? ~los materiales? 0 ~las sus-tancias quimicas?- aunque el profesor este seguro de cual es el centro de atencionque pretende3•

Aunque, en ciencia, se consideran los compuestos quimicos como sustanciaspuras que tienen dos 0 mas elementos combinados quimicamente segun unaproporcion de masas fija, varios estudios han encontrado que los nifios describenfrecuentemente los compuestos como si fueran mezclas de elementos4 10 13. Estopuede deberse a que no han formado una concepcion cientifica de combinacionquimica de los elementos que esra incluida en el nombre de un compuesto. Ben-Zvi et at.14 15 encontraron que las ideas de los nifios sobre los compuestos a nivelmicroscopico son similares a las de nivel macroscopico, es decir que consideranlos atomos componentes como «mezclados» 0 «unidos con cola». Briggs y Hol-dinglO encontraron que much os sujetos de 15 afios, a pesar de la experiencia convarias tareas cientificas relacionadas con ello, parecian no ser conscientes de queen la mayoria de los compuestos las proporciones de los elementos que se combi-nan son fijas.

Mucho antes de presentarles la idea de que un elemento quimico contiene ato-mos de una sola clase (es decir, que tienen el mismo numero atomico), se presentageneralmente a los nifios la idea operativa de que un elemento quimico es una sus-tancia que no se puede descomponer. Aunque esta concepcion se presenta general-mente a los 11 0 12 afios, Briggs y HoldingJO han mostrado que solo en torno al25por 100 de una muestra de poblacion de unos 300 sujetos britanicos de 15 afiosera capaz de aplicarla. Herron et at.16 sugieren que los alumnos encuentran estaconcepcion dificil de aplicar porque se basa en el conocimiento previo del compor-tamiento de las sustancias mas que en cualidades directamente observables comoestado fisico, color 0 punto de fusion. Como se podria esperar, algunos nifios apli-can criterios perceptibles mas que de comportamiento, y generan, por tanto, con-cepciones alternativas como: «un elemento es un solido» y «la sal es un elemento».

Briggs y HoldinglO exploraron, entre sujetos de 15 afios, la frecuencia de laidea de que un elemento esra formado por una sola clase de atomos. Alrededordel 75 por 100 de la muestra era capaz de reconocer un:vrepresentacion de unelemento gaseoso en un diagrama. Sin embargo, algunos nifios experimentabandificultades para entender que tanto la forma polimorfica como la poliatomicade un elemento tienen status de «elemento». Las dificultades parecen surgir por-que individuos diferentes tienen concepciones diferentes de un elemento como el«tipo de sustancia mas simple».

Los alumnos pueden reconocer facilmente los metales por sus cualidades per-ceptibles como la capacidad de reflejar la luz, de ser transformado en alambre, de

ser extendido en laminas, de conducir bien el calor y 1a electricidad, de mostrargran resistencia cuando se Ie estira, y de permanecer liquido en un amp1io margende temperatura (despues de fundirlo). Sin embargo, Ben-Zvi et al.5 han mostradoque 10s alumnos no siempre aprecian que estas propiedades «metilicas» son atri-buros del estado de agregacion de 10s ;itomos de unos elementos concretos en vezde atributos de 10s ;itomos en si mismos. En una tarea de diagnostico relacionadacon 10s metales, se 1es dieron a 10s nifios israelies 1as propiedades Fisicas de untrozo de alambre de cobre y 1uego se 1es pregunto cuiles de esas propiedades ten-dria un unico atomo de cobre (si se imaginaba que ese atomo estaba ais1ado delalambre de cobre). De 1a misma forma, dadas 1as propiedades del metal vapori-zado, se 1es pidio cuales de esas propiedades tendria un unico atomo de cobrevaporizado. Casi el 50 por 100 de 1a muestra de 288 sujetos de 15 afios atribuia1asmismas propiedades a un unico atomo de cobre que al alambre de cobre: pare-cian considerar que un atomo tiene 1as mismas caracteristicas que un trozopequefio de metal. Tambien, el 66 por 100 de 1a muestra decia que un atomo devapor de cobre tiene propiedades diferentes de un atomo de cobre solido: parecianconsiderar que un cambio en el estado Fisico de un metal es debido a un cambiodentro de 10s atomos en 1ugar de a un cambio en 1aorganizacion de 10s atomos.

Muchos nifios parecen tener dificultades para restringir el uso del termino«no metal» a su senti do cientifico que solo corresponde a elementos. Cuando se1es pide que den ejemp10s de no metales, 10s nifios con frecuencia ofrecen ejem-pIos como azucar y madera5•

Como parte de una exp10racion sobre 1a comprension de 1a estequiometriapor parte de 530 israelies de 15 a 16 afios, Ben-Zvi etal.141es preguntaron «~Cua1es 1a masa de un atomo de hidrogeno?» Casi el 40 por 100 respondio, «Ungramo».

Varios estudios han mostrado que 1a forma en que 10s alumnos perciben uncambio quimico 0 Fisico puede determinar el que consideren 0 no que 1a sustan-cia material se conserva durante ese cambi0617 18. Por ejemp10, si su vision de uncambio determinado esta dominada por 1a aparente desaparicion de algun mate-rial 0 materiales, entonces es poco probable que conserven 1a masa. Ademas, seencuentra que 1as ideas de 10s alumnos sobre el estado Fisico de un material influ-yen en como interpretan un cambio. Si, por ejemp10, consideran que 10s gases notienen peso, entonces es menos probable que conserven el peso 0 1amasa total enreacciones que inc1uyan gases.

Las ideas de 10s alumnos sobre conservacion tambien parecen estar influidaspor el hecho de que consideren 10s materia1es como continuos 0 como disconti-

nuos619• Holding6 encontro que, aunque los alumnos pueden ser cap aces de con-servar la materia cuando tienen una vision inicial continua de ella, las visionesatomisticas recien construidas pueden, durante un tiempo, minar su habilidadpara conservar la masa durante un cambio. Por ejemplo, en cambios en que unalumno imagina que un material se dispersa en particulas muy pequenas, puedeconsiderar que tales particulas tienen un peso individual despreciable 0 que estinmas extendidas y aparentemente son menos densas (pesadas).

Los investigadores ha encontrado que, desde una edad temprana, los ninos sedan cuenta de como se diferencian los objetos en la forma en que parecen «apre-tar» sobre las manos, los hombros 0 la cabeza: aprenden a «percibir el peso» delos objetos. Los ninos comparan los objetos por el «peso percibido» y, con eltiempo, generan una idea de que el «peso percibido» es una propiedad caracteris-tica de un objeto620•

Holding6 investigo el desarrollo de la idea de que una fuerza tira hacia abajode los objetos (en vez de que el objeto empuje hacia abajo), y tambien el desarro-llo del concepto de masa. Ambos cambios conceptuales parecen desarrollarse len-tamente. La masa se asociaba a menudo con la palabra foneticamente similar«masivo» y, en esa linea, se combinaba con tamano 0 volumen. En ese caso losalumnos a menu do estimaban la masa de un material en funcion de 10 volumi-noso de su apariencia.

Smith et at. I encontraron que la primera idea de densidad de los ninos puededescribirse con la frase «pesado para su tamano». Esta nocion empieza a aparecerentre los 5 y los 7 anos. Antes de esta edad los ninos paredan tener concepcionesseparadas de peso (es decir «peso percibido») y tamano. Par ejemplo, cuandodeciden que bloques podrian hacer que un puente se caiga, los ninos pequenosjuzgaban «el peso» levantando los objetos en vez de observar su tamano. Paraellos, el tamano no formaba parte todavia de su concepto de peso; podian cen-trarse selectivamente en el tamano -ignorando el «peso percibido»- y viceversa,pero no reunian las dos cosas. Sin embargo, entre los 5 y 7 anos la nocion dedensidad (<<pesadopara su tamano») parece anadirse a la nocion de «peso» delnino, de forma que «peso» y «densidad» no se diferencian sino que se incluyen enuna nocion general de «pesadez».

Piagee1 encontro que 1as nociones de peso y densidad se desarrollan cuando10s nifios empiezan a tener en cuenta puntos de vista diferentes a 10s suyos. Ini-cia1mente 10s nifios pueden considerar que una piedra es «ligera», pero a1guntiempo despues pueden expresar 1aopinion de que 1a piedra es «ligera para ellos»pero «pesada para el agua». A 10s 9 y 10 afios empiezan a relacionar 1a densidadde un material con 1a de otro. Par ejemp10, 10s nifios dicen que un material flotaporque es «mas 1igero que el agua».

Investigando 1a ap1icacion de un modelo de pardcu1as para 1a densidad,Hewson:2 mostro que, aunque algunos estudiantes de 14 a 22 afios relacionan 1adensidad de 10s materiales con 10 densamente empaquetadas que esten 1as pard-cu1as, 1as exp1icaciones pueden ser inadecuadas 0 incomp1etas: sus concepcionesde masa y vo1umen dependen de sus concepciones de 1a disposicion, la concen-tracion y 1amasa de 1asparticu1as.

Rowell et al.23 en su estudio con 60 alumnos australianos de 11 afios encon-traron que mas del 80 por 100 tenian concepciones erroneas sobre el vo1umenque podrian p1antear serias dificultades para comprender 1adensidad.

En el estudio de materia1es, se esperaba que 10s a1umnos desarrollaran habili-dades no solo en 1a c1asificacion de varios tipos de materia1es encontrados a dia-rio sino tambien de 10s cambios que 10s materia1es experimentan. James yNelson24 sugieren que 10s alum nos necesitan reconocer items que encajen en masde una c1ase 0 que no puedan encajarse satisfactoriamente en ninguna de 1as c1a-ses reconocidas.