Las representaciones gráficas cartesianas en el ámbito de biología de poblaciones. Análisis ontosemiótico de libros de texto intervención didáctica en estudiantes de educación secundaria

Resumen

representaciones -diagramas, ilustraciones, gráficas cartesianas, mapas, esquemas, ecuaciones, etc.- son imágenes o símbolos externos socialmente acordados. En este trabajo, estamos interesados en las Representaciones Gráficas Cartesianas (en adelante, RGC), en las que se relacionan dos o más variables en un espacio euclídeo, ya sea mediante relación de dependencia funcional (gráficas cartesianas propiamente dichas) o de correlación mutua (diagramas cartesianos). Las RGC son muy útiles en muchas ramas de las Ciencias Experimentales para expresar y comunicar las relaciones entre variables. Una de ellas es la Biología de Poblaciones (en adelante, BP) ámbito en el que es frecuente recurrir a modelos matemáticos para representar, por ejemplo, los cambios en el tiempo y en el espacio del número de individuos y la estructura genética de poblaciones, o la composición de especies en comunidades biológicas, entre otras. Las dependencias funcionales y las correlacionales pueden visualizarse utilizando diferentes formas entre las que se destacan las RGC, ya que constituyen una forma habitual de comunicación científica y una herramienta útil para el trabajo científico y didáctico en este contenido (García García, 2005).¿ La habilidad de interpretar y construir RGC es importante, no sólo para la enseñanza-aprendizaje de los conceptos asociados a la BP, sino también en el desarrollo de la competencia científica. Como herramienta transversal, resolver RGC favorece la transferencia del conocimiento, previa abstracción del mismo, y ayuda no sólo a la adquisición de nuevos conocimientos, sino a la formación integral de los estudiantes en su interacción con la sociedad contemporánea (Jorge y Márquez, 2009). El objetivo general del trabajo es tratar de mejorar la enseñanza de las RGC relacionadas con la BP. Para ello, nos centramos, aunque no exclusivamente, en el nivel secundario de la ciudad de Mendoza (Argentina). Algunas de las exploraciones realizadas, afectan a otros niveles y edades, en parte ocasionados por imperativos de los cambios curriculares argentinos, aunque en un principio pensamos que era un inconveniente, consideramos que ha generado beneficios didácticos, dado que la perspectiva holística ha permitido comprender mejor la realidad educativa. En el marco teórico se resolvió, entre otros aspectos, uno de los retos principales del trabajo: el instrumento de análisis de las RGC asociadas a la BP. En este sentido, se recurrió a un modelo ontosemiótico fundamentado en las teorías de Duval (1999), dado que las RGC son representaciones semióticas externas cuyo procesamiento implica las actividades semióticas formuladas por este autor e identificadas como formación, tratamiento y conversión (Duval, 1999). En el marco de la teoría de Duval (1998) sobre registros de representación semiótica, la operación llamada conversión consiste en la transformación de una representación a una representación en otro registro conservando la totalidad o solamente una parte del contenido de la representación inicial. Se trata de una actividad cognitiva necesaria para lograr una aprehensión conceptual de los objetos matemáticos. Fue necesario encontrar un instrumento de análisis de las RGC lo más objetivo posible que permitiera identificar las actividades semióticas activadas con indicadores específicos. Ello se hizo posible con las aportaciones de Postigo y Pozo (1999) y García García (2005). El producto final fue la Tabla 7 del capítulo 2, que asocia indicadores de análisis con las dimensiones cognitivas, las funciones cognitivas y las actividades semióticas de Duval (1999). Este instrumento ha posibilitado la caracterización de la actividad semiótica implicada en cada una de las cuestiones planteadas a los estudiantes sobre RGC asociadas a BP. En el trabajo de campo, se emprende: a- Un análisis exploratorio del uso de la imagen ¿para enmarcar el de las RGC- encontradas en los capítulos de BP de libros de texto de secundaria y de formación del profesorado de Biología. b- Un estudio diagnóstico de las dificultades cognitivas de los estudiantes de secundaria al enfrentarse a RGC relacionadas con BP. c- Un estudio diagnóstico de las dificultades cognitivas y didácticas de los estudiantes de formación del profesorado de Biología al enfrentarse a RGC relacionadas con BP. d- El diseño, implementación y evaluación de una intervención didáctica en estudiantes de secundaria para mejorar el aprendizaje de las RGC asociadas a BP. Nos referiremos a continuación de forma breve a cada uno de ellos. El análisis de libros de texto fue realizado sobre 10 manuales de Ciencias Naturales de Educación Secundaria (13 y 14 años) y 8 de Biología para futuros docentes. Cabe adelantar que sus resultados fueron bastante contrastables. Los textos universitarios presentan un lenguaje con mayor capacidad semiótica que los escolares. Particularmente, la relación entre texto e imágenes es más potente; y las imágenes son más variadas, funcionales y operativas. La variedad también se manifiesta en las gráficas propiamente dichas, donde se fomenta la conversión entre las mismas. En cuanto a las RGC (diagramas y gráficos cartesianos), únicamente hay aparición casi testimonial de algunos diagramas. Los gráficos cartesianos no aparecen en los textos de Secundaria, ni siquiera en estos capítulos de BP, propicios para fomentar su comprensión y construcción. Se puede concluir que los libros de texto de Profesorado de Biología hacen un uso más extendido de la potencialidad formativa de la multiplicidad del lenguaje que los textos de Educación Secundaria. El estudio diagnóstico de las dificultades de los estudiantes de Secundaria fue realizado durante los ciclos 2011 y 2012, sobre un total de 167 estudiantes de 12-14 años, usando tres instrumentos (uno en el 2011 y dos en el 2012), aplicados por los docentes para la evaluación de sus estudiantes en contextos naturales de aula. Estos instrumentos se describen en los Anexos 1 y 2 de esta tesis doctoral. De este estudio se extrajeron los principales conflictos semióticos de los estudiantes cuando se enfrentan a RGC relacionadas con BP. Así mismo, los resultados sugirieron que existe una relación entre el desempeño de los estudiantes respecto a las actividades semióticas de formación, tratamiento y conversión, y las destrezas y extensión con que dichas actividades se demandan en las aulas. Concretamente, fue pequeña la cantidad de ítems referidos a la actividad de conversión, y fue precisamente en dichos ítems donde se detectaron las mayores dificultades. El estudio diagnóstico fue también realizado con los futuros docentes. Pero en este caso, se diseñó un instrumento objetivo ad hoc, que constaba de dos partes, una de carácter más conceptual y la segunda de corte didáctico y profesional. El cuestionario inicial fue validado por 7 expertos internacionales. En los Anexos 3 y 4 se muestran los instrumentos de exploración inicial y final respectivamente y en el Anexo 5 se recogen los resultados de la validación. El cuestionario final mantenía la misma estructura dual del inicial. El instrumento posee buenas características psicométricas con un Alfa de Cronbach igual a 0,758, y fue aplicado a 23 futuros docentes de Biología de la ciudad de Mendoza, que estaban en su mayoría finalizando sus estudios. Los resultados de desempeño de estos estudiantes muestran que, a pesar de los mejores resultados, las dificultades coinciden en general con las encontradas con los estudiantes de Secundaria. De hecho, la actividad que menor porcentaje de aciertos recibe es la de conversión (50,72%). A través de la pequeña incursión didáctica, los futuros docentes reconocieron que las RGC son recursos de gran interés para la formación de los estudiantes de secundaria pero dudaron de que estos se beneficien de las fórmulas o funciones matemáticas asociadas a la representación. En el año 2013, se diseñó, aplicó y evaluó una Intervención didáctica para un grupo de estudiantes de 4º año de Educación Secundaria (edades entre 16-17 años) del colegio José Vicente Zapata en la ciudad de Mendoza, Argentina. Su finalidad fue mejorar las capacidades de los estudiantes en la resolución de actividades semióticas subyacentes en la interacción de conceptos específicos de BP y RGC. La misma estuvo conformada por un cuestionario Pretest-Postest, una Secuencia didáctica e Instrumentos de evaluación. Estos se describen en los Anexos 6, 7 y 8 respectivamente. El diseño experimental aplicado es un diseño cuasiexperimental del tipo pretest-postest con grupo de control no equivalente, dado que la regla de asignación a los grupos no es conocida, pues se trata de grupos ya formados. El estudio estadístico realizado con el programa estadístico SPSS IBM Statistics 20.0 confirma la efectividad de la intervención didáctica, dada la diferencia significativa entre el grupo experimental y el grupo control tanto en los resultados globales como en la actividad semiótica de conversión, diferencia que no existía entre ambos grupos antes de la intervención. Se confirma con ello las inferencias de otros trabajos (García et al., 2006) que afirmaban que ¿una mayor frecuencia en el uso de ciertos tipos de representaciones permite a los estudiantes ejecutar mejor las tareas de interpretación de este tipo de representaciones.¿ (p. 255). En términos competenciales, la intervención didáctica favorece la transferencia del conocimiento y la aplicación del mismo en contextos novedosos. En conclusión, mediante este estudio se aportan elementos clave para el diseño de secuencias de enseñanza optimizadoras del aprendizaje de las RGC asociadas a la BP de los estudiantes de Educación Secundaria. Algunas de ellas son: ¿ La construcción del conocimiento en BP se beneficia de la interacción de los estudiantes con RGC sencillas. ¿ A medida que se modifica la RGC, incrementando la información suministrada, se benefician las actividades semióticas subyacentes. ¿ Si se fomenta la conversión de las representaciones, utilizando diferentes registros semióticos, se confirma la ampliación de la aprehensión conceptual y, en consecuencia, la transferencia del conocimiento. ¿ El modelo ontosemiótico utilizado en este trabajo permite identificar y controlar las demandas cognitivas asociadas a las RGC, con el beneficio que ello reporta para el diseño de secuencias de aprendizaje paulatinamente dificultosas.