Nueva propuesta teórica sobre obstáculos epistemológicos de aprendizaje.

Nueva propuesta teórica sobre obstáculos epistemológicos de aprendizaje. El caso del metabolismo de los carbohidratos

INTRODUCCIÓN

Los hidratos de carbono y su metabolismo constituyen uno de los temas más importantes enseñados reiteradamente en el nivel secundario y, muy especialmente, en el nivel universitario en carreras rela­cionadas con la biología, la química, la medicina y la nutrición.

El tema «Metabolismo de los Hidratos de Carbono» (MHC) resulta estructurante (Gagliardi, 1986) para la interpretación e integración de conocimientos bioquímicos, celulares y fisiológicos en los seres vivos. Su enseñanza involucra el estudio de variadas estructuras moleculares y de sus reacciones químicas, el papel de los enzimas específicos involucrados, de los mecanismos de transporte a través de la membrana, la captación específica de tejido y las regulaciones de vías metabólicas como la glucólisis, glucogenogénesis, glucogenólisis, gluconeogénesis o de las pentosas (Campbell y Reece, 2005; Berg et al., 2007).

Numerosas investigaciones han demostrado graves dificultades para la comprensión del MHC, tanto para estudiantes de secundaria como universitarios. Por ejemplo, Songer y Mintzes (1994) han mostrado problemas de aprendizaje del tema en estudiantes de Biología (nivel College, de Estados Uni­dos). Banet Hernández (2001) detalló un amplio panorama de las distintas dificultades que presentan estudiantes de escuela media española respecto de la nutrición, sus aspectos fisiológicos y bioquímicos, y sobre el proceso de respiración celular.

En investigaciones recientes (Oliveira et al., 2003; Luz, 2008; Luz et al., 2008) se detectaron fallos en el aprendizaje del MHC en estudiantes y docentes de ocho carreras universitarias –de las áreas bio­médica, humanística y tecnológicas– de seis universidades públicas de Río de Janeiro (Brasil). Asimis­mo, Cliff (2006), en un estudio realizado en estudiantes de la Universidad de Niágara (Estados Uni­dos), ha señalado que, a pesar del uso de estrategias de enseñanza específicas, son difíciles de erradicar las concepciones erróneas acerca de los procesos fisiológicos de respiración celular.

La preocupación de educadores de niveles universitarios ha originado propuestas didácticas para la enseñanza del MHC. Por ejemplo, se ha sugerido trabajar sobre dietas con diversos contenidos en hidratos de carbono (Pogozelski et al., 2005); o detectar en sangre –de estudiantes voluntarios– valores de glucosa y triacilgliceroles, antes y después de comer pizza o pasta (Passos et al., 2006), o realizar juegos de rol para proporcionar a los estudiantes una visión macroscópica y animada de los procesos de glucólisis y del ciclo de Krebs (Ross et al., 2008). En ninguna de estas publicaciones se analizaron resultados de aprendizaje, pues el énfasis estuvo puesto en la motivación que generaban tales propues­tas didácticas.

En el presente trabajo se han investigado errores de aprendizaje del tema MHC en estudiantes universitarios de la asignatura Biología –pertenecientes al primer año de diversas carreras de la Univer­sidad de Buenos Aires– en función de fallos en la construcción de tres modelos que estructurarían con­ceptualmente el tema: el Modelo Fisiológico del Ciclo del Carbono en los Heterótrofos (MFCCHet); el Modelo Fisiológico de la Disponibilidad de Metabolitos (MFDMet), y el Modelo Fisiológico de la Captación y Homeostasis de la Glucosa en Sangre (MFCHGSang). Los resultados llevaron a proponer la existencia de dos tipos de obstáculos epistemológicos subyacentes al aprendizaje del MHC: los de tipo brecha y los de tipo puente. Esta nueva propuesta teórica sobre obstáculos podrá servir como base para futuras investigaciones sobre fallos en el aprendizaje de otras temáticas.

MODELOS CIENTÍFICOS Y MODELOS MENTALES

El término modelo presenta carácter polisémico (Moreira et al.; 2002; Justi, 2006; Adúriz-Bravo, 2010; Lombardi, 2010). Estany (1993) señala: «... hay una norma clara referente a la utilización del término modelo, a saber, no utilizarla nunca sin antes delimitar en qué sentido se utiliza». El presente trabajo no pretende hacer una revisión de la amplia variedad de significados y sentidos de dicho término, pero requiere distinguir cuatro categorías diferentes:

El «modelo científico explícito» es un recorte y secuenciación de contenidos complejos e imbri­cados que remiten a concepciones eruditas presentes en textos o discursos tales como publicaciones, libros de textos, exposiciones de clase, etc. (Galagovsky et al., 2009; Garófalo et al., 2013). Estos mo­delos científicos explícitos se expresan mediante diversos lenguajes –verbal, gráfico, de fórmulas, ma­temático, etc.–, que se complementan y retroalimentan para conformar explicaciones temáticas. Así, estos modelos científicos explícitos están constituidos por elementos informativos, secuencialmente organizados, que son la interfase necesaria para establecer la comunicación entre los sujetos expertos y los novatos. Para el MHC se reconocen en la literatura numerosos modelos científicos explícitos, entre los que se destacan los procesos de glucólisis, ciclo de Krebs y respiración celular, que se encuentran en la bibliografía de referencia de la asignatura Biología y que habían sido enseñados y tomados en la evaluación parcial de los estudiantes de la muestra analizada en este trabajo.

Por otro lado, resulta interesante la definición de modelo mental como un mecanismo del pensa­miento mediante el cual un ser humano intenta explicar cómo funciona el mundo real (Gutiérrez, 2005; Johnson Laird, 2005). Los sujetos expertos habrían construido sus «modelos mentales expertos» a lo largo de su formación profesional específica, tras años de estudio y apropiación de los modelos aceptados por la comunidad científica. Claramente, estos modelos mentales difieren de aquellos que construyen los estudiantes novatos a partir de recibir la enseñanza secuencial de partes de los modelos científicos explícitos; los estudiantes novatos construyen en sus mentes «modelos mentales idiosincrá­sicos» (Galagovsky et al., 2009; Garófalo et al., 2013).

Finalmente, en este trabajo definimos «modelos científicos ad hoc» a tres entramados particulares de modelos científicos explícitos sobre el MHC que permiten articular ideas químicas, bioquímicas y fisiológicas relevantes sobre el tema. Es decir, indagar sobre estos modelos científicos ad hoc permitiría detectar si el aprendizaje de diferentes modelos científicos explícitos separados impediría a los estu­diantes construir en sus mentes estos modelos integradores.

Tres modelos científicos ad hoc integradores del tema metabolismo de hidratos de carbono

En las clases universitarias observadas, se presentó gran cantidad de información sobre el MHC, que se corresponde con el listado de temas de textos, como el de Alberts et al. (2002), Campbell y Reece (2005) y Curtis et al. (2008). Esta información incluyó los tradicionales modelos científicos explícitos fundamentales del tema, y los estudiantes fueron posteriormente evaluados en un examen parcial en el que se solicitaban respuestas de tipo semejante a las que habían sido presentadas durante la enseñanza.

En el presente trabajo, la compleja temática del MHC fue organizada en torno a tres modelos científicos ad hoc cuyas características fundamentales dieran cuenta de enfoques fisiológicos y químicos subyacentes a cuestiones biológicas. Es decir, estos tres modelos constituyen enlaces entre enfoques bioquímicos y aquellos otros provenientes de la biología celular, que permiten en conjunto interpretar los fenómenos fisiológicos macroscópicos implicados en el MHC. Los modelos propuestos son los siguientes:1

Modelo Fisiológico del Ciclo del Carbono en los Heterótrofos (MFCCHet)

Modelo Fisiológico de la Disponibilidad de Metabolitos (MFDMet)

Modelo Fisiológico de la Captación y Homeostasis de la Glucosa en Sangre (MFCHGSang)

1. Esta propuesta es original, no tiene antecedentes bibliográficos.

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