DISEÑO Y APLICACIÓN DE PRACTICAS EXPERIMENTALES DESDE FISICA Y QUÍMICA PARA EL DESARROLLO DE LA ARGUMENTACIÓN BASADA EN PRUEBAS Dannia Eliza Rojas Jiménez1,2; Miguel Alfonso Valdivieso Colmenares1,3 ;Olga Lucia Castiblanco Abril4 1 Universidad Distrital Francisco José De Caldas. Grupo de Enseñanza y Aprendizaje de la Física. Colombia. 2Docente Colegio Colsubsidio Ciudadela. 3 Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central Colombia. 4Universidad Distrital Francisco José De Caldas. Grupo de Enseñanza y Aprendizaje de la Física. Colombia. [email protected], [email protected], [email protected] Resumen En el marco de la educación en ciencias, se plantean diferentes competencias científicas de acuerdo con la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos y al Instituto Colombiano para el Fomentos de la Educación Superior. Una de las habilidades a desarrollar en estas competencias es la de argumentación basada en pruebas, donde se busca la conexión y contrastación entre datos o evidencias y su relación con las conclusiones. Una forma de abordar el desarrollo de esta destreza es por medio de la intervención con diferentes tipos de experiencias prácticas o laboratorios en el aula de ciencias. La presente investigación busca desde una metodología de investigación acción y el esquema argumentativo de Toulmin analizar la relación de la argumentación y los diferentes tipos de experimento en dos contextos educativos diferentes, desde física y química. Palabras clave: Argumentación basada en pruebas, Prácticas experimentales, Esquema argumentativo de Toulmin, Enseñanza de la física, Enseñanza de la química. Abstract In the frame of Science education, there are different kinds of scientific skills, according to The Organisation for Economic Co-operation and Development and Colombian Institute for Higher Education. One of the habilities to develop in this skills is evidence based argumentation, where the connection and contrast between data or evidence and its relationship with the conclusions is sought. One way to address the development of this skill is through intervention with different types of practical experience or laboratories in the science classroom . This research seeks from an action research methodology and Toulmin argumentative pattern, analyze the relationship of argument and the different types of experiment in two different educational contexts, from physics and chemistry. 1. Introducción En este artículo se presentan las bases conceptuales de la investigación realizada en torno al como desde prácticas experimentales es posible incidir en los procesos de la argumentación basada en pruebas, entendiendo la argumentación como la forma en que se conectan datos y conclusiones y la forma de contrastar enunciados teóricos a la luz de las evidencias disponibles y se muestra como un elemento clave en las competencias científicas. De igual manera se plantearon una serie de ciclos en donde se desarrollaron las actividades prácticas que buscaba el distanciamiento de la usual “receta de cocina”

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en el laboratorio desde una perspectiva en química y en física con estudiantes de grado decimo. 2. Marco Teórico Argumentación Científica Escolar en el Marco de Toulmin Una propuesta para desarrollar la argumentación en el aula, está elaborada por Jiménez et al: “Por argumentación se entiende la capacidad de relacionar datos y conclusiones, de evaluar enunciados teóricos a la luz de los datos empíricos o procedentes de otras fuentes. La enseñanza de las ciencias debería dar la oportunidad de desarrollar, entre otras, la capacidad de razonar y argumentar, ya que uno de los fines de las ciencias es la generación y justificación de enunciados y acciones encaminados a la comprensión de la naturaleza. Para poder construir modelos, explicaciones del mundo natural y operar con ellos, las y los estudiantes, además de aprender significativamente los conceptos implicados, necesitan ser capaces de escoger entre distintas opciones o explicaciones y de razonar los criterios que permiten evaluar la opción más adecuada. En la comunidad científica, estas elecciones tienen lugar en el marco de debates; en clase, el diálogo argumentativo se lleva a cabo presentando posiciones opuestas y las pruebas o fuentes que las apoyan, estableciendo un tipo específico de comunicación.” Jiménez y Díaz (2003, pág. 345) Para articular la representación de datos y conclusiones se contempla el Modelo Argumentativo de Toulmin (2003). En este modelo, un argumento tiene los siguientes elementos (Sardà & Sanmartí, 2000), (Jiménez-Alexaindre, Gallastegui, Eirexas , & Puig, 2009) ● Conclusión: es la afirmación que se quiere probar o refutar. ● Pruebas o datos: Puede ser la observación, hechos, eventos o experimentos a los que se acuden para avalar la conclusión. ● Justificación: es una afirmación que conecta la explicación o conclusión con las pruebas. ● Fundamentación: respalda la justificación, citando teorías u otros hechos conocidos. ● Calificadores modales, los cuáles dan cuenta de tipo de certeza o incertidumbre del argumento. Puede ser “probablemente”, “a la fija”, “depende” etc. ● Refutación: Acorde a Toulmin, es el reconocimiento de las excepciones o anomalías de la conclusión. La interrelación de estos elementos se ve en la Figura 5 .

Figura 5. Descripción del esquema de Toulmin. Basada en (Sardà & Sanmartí, 2000).

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Rodríguez (2004) realiza una traducción de este modelo y plantea sus componentes como categorías en la investigación educativa: Toulmin

Traducción de Gutiérrez Pretensión

Traducción de Rodríguez Bello Aserción

Data (Toulmin, 1958). Grounds (Toulmin, Rieke & Janik, 1984)

Bases

Datos

warrants Backing Modal qualifiers

Justificación Respaldo Modalidad

Garantía Respaldo Cualificadores Modales

Rebuttals

Posibles Refutaciones

Reserva.

Claim

Términos afines Conclusión. Tesis. Aseveración. Proposición. Asunto. Causa. Demanda. Hipótesis. Fundamento. Argumento. Evidencia. Soporte. Base Apoyo Modalidad. Matización

Refutaciones Reserva Objeciones. Excepciones. Salvedad. Limitaciones. Tabla 1. Traducción al español de los términos del modelo argumentativo de Toulmin. (Luisa Rodríguez Bello).

Desde el marco de las pruebas Pisa (OCDE, 2007) a nivel internacional y en Colombia de las pruebas Saber en sus distintos grados 3°, 5° ,9° y la de cierre de la educación esencial en el País, la de 11° (ICFES, 2013), la competencia de argumentación se pone sobre la mesa como una de las metas en la educación en ciencias que todo ciudadano ha de manejar en su vida adulta. En la definición de las pruebas Pisa (OCDE, 2007) y el grupo RODA de la Universidad Santiago de Compostela (Jiménez-Alexaindre, Gallastegui, Eirexas , & Puig, 2009) se plantean tres tipos de competencias científicas. 1. Identificar asuntos o preguntas científicas, que puedan indagarse con una metodología propia de la ciencia. 2. Explicar o predecir fenómenos, al aplicar el conocimiento de la ciencia en situaciones específicas. 3. Usar las pruebas (o evidencia científica) para elaborar y comunicar conclusiones y para dar cuenta de las hipótesis, las pruebas y el razonamiento que las soportan. Con lo anterior, y dado que los estudiantes que son objeto de la investigación tienen entre 14 y 16 años, escogimos abordar el desarrollo de la argumentación por medio de prácticas28 experimentales, (Reigosa Castro, 2006). Con esto nuestro objeto de estudio es: Potencialidades que ofrecen las prácticas experimentales para el desarrollo del proceso de argumentación basado en Pruebas en la descripción de los gases desde química y física.

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Lo llamamos Prácticas Experimentales en vez de prácticas con guías de laboratorio. Consideramos que el aprendizaje de procedimientos y destrezas experimentales no se limita a un entorno especializado del aula de laboratorio de ciencias, sino que pueden darse estas exploraciones en entornos más abiertos y generales como el de aula de clase o en la casa de los estudiantes.

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Tipología de Experimentos Didácticos Tomamos los siguientes tipos de experimentos según su intencionalidad para colocar en diálogo los modelos de argumentación científica escolar y la investigación en aula. Acorde a Castiblanco (2013) seleccionamos y empleamos la catalogación de los mismos: Experimento Casero: Acá los estudiantes traen materiales para armar y construir el montaje. Al ser los materiales de tipo común, se pueden hacer todas las modificaciones que se consideren necesarias, en aras de explorar la creatividad, Caamaño (1992), Experimento Mental: Se arma un escenario de interacciones en donde se explora mentalmente siguiendo los principios científicos pertinentes, la secuencia de “el que pasaría si…”. Son exponentes de este tipo de experimento, el del gato de Schrödinger o el elevador mental de Einstein. Experimento Ilustrativo: Son actividades para ejemplificar principios, mejorar la comprensión de determinados conceptos operativos, al indagar sobre cuáles son los elementos observables, evidentes de la experiencia. Además, se busca mostrar que se puede explicar por medio de los conocimientos científicos. Experimento para demostrar una ley: En este experimento se busca demostrar las predicciones teóricas de alguna ley científica establecida. Experimentos Discrepantes: Son aquellos que producen un resultado contra intuitivo frente a la experiencia cotidiana y que permite generar un ¨ choque¨ entre lo esperado y lo observado, Liem (1987). 3. Metodología y Etapas de Investigación Descripción Secuencia Didáctica. Para resolver nuestro objeto de estudio desarrollamos una secuencia didáctica de Prácticas Experimentales en donde se abordarón los tópicos clave en torno a la temática común de descripción de gases en el programa de física y química de grado décimo en el sistema educativo colombiano. Los conceptos involucrados son, presión, temperatura, volumen de gases, difusión, leyes de los gases ideales. Metodología de Intervención. Investigación-acción (García-Carmona, 2009) en la forma de interacción con los grupos escogidos. Se abordó el mismo diseño inicial de las actividades en ambos colegios (con los correspondientes ajustes y diálogo entre los investigadores de cómo fue evolucionando el desarrollo de las prácticas) y se aplicaron en la misma semana en los dos grupos de estudiantes. Los ciclos están ajustados a cada una de las actividades de la secuencia didáctica, que enunciamos a continuación. Secuencia Didáctica. Nombre de la Actividad Pre Test

Tipo de Práctica Experimental Test Diagnóstico

ConceptosProcedimientos trabajados Leyes de los gases

Comentario El objetivo del pre – test es determinar en qué nivel de argumentación se encuentran los estudiantes antes de iniciar la secuencia, se evaluará la argumentación en distintos tipos de preguntas: análisis de gráficas, textos, selección con única respuesta, con varias respuestas, justificación de un postulado.

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1. Cama para transporte de Huevo

Proyecto AbiertoCasero

Presión

2. La muerte de Napoléon

Experimento mental

Difusión gases.

3.El dentro frasco

Experimento Ilustrativo

Ley de Boyle

Experimento para demostrar una ley

Ley de Charles

Experimento Discrepante

Ley de Gases Ideales

globo del

4. ¿Se puede cambiar el tamaño de un globo sin romperlo? 5.Balanceando dos globos

A partir de la construcción de un mecanismo para ¨transportar¨ uno o varios huevos con el número de jeringas que los estudiantes determinen se analizarán como relacionan la comprensión de las jeringas con el concepto de presión que es fundamental en las leyes de los gases. de

La lectura en torno a la muerte de Napoleón pretende que el estudiante realice deducciones lógicas con base en la comprensión de las leyes de los gases. La discusión en torno al experimento realizado busca que los estudiantes analicen ¿Qué está dentro del frasco además del agua?, ¿Qué está haciendo el agua si la hervimos? ¿Qué está haciendo al vapor al aire dentro del frasco?,¿Porque el globo va hacia a dentro del frasco? Dando explicaciones a partir del comportamiento de los gases. Evidenciar por medios experimentales, la ley de Charles, en donde la temperatura y el volumen son directamente proporcionales.

Esta vez la discusión será entorno a: ¿Hacia dónde se dio la fuga de aire?, ¿Funciona de la misma forma si se vuelve vertical el sistema?, ¿Qué sucede si se contrae el globo más grande y luego lo suelta? A partir de las discusiones generadas en los ciclos hasta este momento se llegara a la explicación de la ley de los gases ideales y sus características. Post Test Test Final Leyes de los Se determinaran las diferencias en torno a gases argumentación a partir de un análisis comparativo con los resultados del pre test. Tabla 2. Descripción de Actividades aplicadas en la investigación y su intencionalidad en el diseño de la investigación.

Recolección y procesamiento de información La intervención de aula, se realizó en los meses de septiembre, octubre y noviembre de 2015. Se recogieron diferentes materiales de intervención, entre ellos, grabaciones de audio y video de las discusiones grupales e individuales de cada curso escogido en cada colegio, material escrito que contiene información tanto en texto como en gráficos. El procesamiento de la información es la etapa actual en la que nos encontramos. Para ello estamos usando las técnicas de análisis de contenido (Strauss & Corbin, 2002) que involucran:  Primer momento: codificación y categorización de los hallazgos encontrados a partir de la información cruda.  Segundo momento: formulación y descripción de las categorías interpretativas.  Tercer momento: formulación del modelo teórico-explicativo Después de ello, se realizará una triangulación de los resultados encontrados en cada una de las asignaturas que a partir de Cisterna (2005) se tomará como un proceso que consta de tres aspectos fundamentales: a) Se cruzan los resultados obtenidos a partir de las respuestas dadas por los sujetos a las preguntas, por cada subcategoría, lo que da origen a las conclusiones de primer nivel, b) Se cruzan dichas conclusiones de primer nivel, agrupándolas por su pertenencia a una determinada categoría, y con ello se generan las conclusiones de segundo nivel, que en rigor corresponden a las conclusiones categoriales y c) Se derivan las conclusiones de tercer nivel, realizadas a partir del cruce 439

de las conclusiones categoriales y que estarían expresando los resultados a las preguntas que desde cada uno surgen a las interrogantes centrales que guían la investigación. 4. Observaciones y Conclusiones -El trabajo a nivel interdisciplinar involucra que los docentes se comuniquen constantemente sus aciertos y desaciertos dentro del aula. La aplicación efectiva de la secuencia de investigación-acción implicó a los investigadores para ajustar aspectos operativos de las sesiones, como para consultar elementos en el área donde cada docente no es experto. -Desde química se evidenció la fuerza de la prevalencia de teorías físicas para ejemplificar variables que el estudiante considera importantes para las leyes de los gases. -Desde la aplicación en física, los experimentos que aportaron más al desarrollo de la habilidad argumentativa fueron el discrepante por su naturaleza de sorpresa y el tipo casero por su carácter abierto y libre de la noción receta de cocina. -Es evidente que el trabajo experimental es una herramienta no solo interesante sino primordial para el desarrollo de competencias en ciencias y es un elemento que moviliza a los estudiantes en términos de la generación y comprobación autónoma de hipótesis de fenómenos que creían aislados en su contexto. 4. Referencias Caamaño, A. (1992). Los trabajos prácticos en ciencias experimentales. Aula de Innovación educativa, 9. Castiblanco, O. L. (2013). Uma estruturação para o ensino de didática da física na formação inicial de professores: contribuições da pesquisa na área. Tesis Doctoral. Bauru: Universidade Estadual Paulista. Cisterna, F. (2005). Categorización y triangulación como procesos en validación de conocimiento en investigación cualitativa. Theoria, 14(1), 61-71. García-Carmona, A. (2009). La investigación-acción en la enseñanza de la Física: un escenario idóneo para la formación y desarrollo profesional del profesorado. Latin American Journal of Physics Education, 3(2), 388-394. ICFES. (2013). Alineación del examen SABER 11°. Recuperado el 29 de Septiembre de 2014, de Sistema Nacional de Evaluación Estandarizada de la Educación.: http://www.icfes.gov.co/examenes/saber-11o/estudios-que-soportan-la-alineacion-delexamen Jiménez-Aleixandre, M. d., Caamaño, A., Oñorbe, A., Pedrinaci, E., & de Pro, A. (2009). Enseñar Ciencias. Barcelona: Grao. Jimenez-Aleixandre, M. P., & Diaz de Bustamante, J. (2003). Discurso de aula y argumentación en la clase de ciencias: cuestiones teóricas y metodológicas. Enseñanza de las Ciencias, 359-370. Jiménez-Alexaindre, M. d., Gallastegui, J. R., Eirexas , F., & Puig, B. (2009). Actividades para trabajar pruebas y la argumentación en ciencias. Danuu: Universidad Santiago de Compostela. Liem, T. L. (1987). Invitations to Science Inquiry. Lexington: Ginn Press. OCDE. (2007). El programa PISA de la OCDE. Qué es y para que sirve. Recuperado el 22 de octubre de 2014, de http://www.oecd.org/pisa/39730818.pdf

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