aplicación de una metodología de resolución de problemas como una investigación para el ...

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UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE EDUCACIÓN

Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales

APLICACIÓN DE UNA METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN
DE PROBLEMAS COMO UNA INVESTIGACIÓN PARA EL
DESARROLLO DE UN ENFOQUE CIENCIA –
TECNOLOGÍA – SOCIEDAD EN EL CURRICULO DE
BIOLOGÍA DE EDUCACIÓN SECUNDARIA

MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR
PRESENTADA POR
María Teresa Ibáñez Orcajo

Bajo la dirección de la doctora
María Mercedes Martínez Aznar

Madrid, 2003

ISBN:84-669-2343-8
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
CENTRO DE FORMACIÓN DEL PROFESORADO
DEPARTAMENTO DE DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES

APLICACIÓN DE UNA METODOLOGÍA DE
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMO UNA
INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO DE
UN ENFOQUE CIENCIA-TECNOLOGÍA-
SOCIEDAD EN EL CURRÍCULO DE BIOLOGÍA
DE EDUCACIÓN SECUNDARIA

TESIS DOCTORAL

Mª TERESA IBÁÑEZ ORCAJO
Madrid, 2002
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
CENTRO DE FORMACIÓN DEL PROFESORADO
DEPARTAMENTO DE DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES

APLICACIÓN DE UNA METODOLOGÍA DE
RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMO UNA
INVESTIGACIÓN PARA EL DESARROLLO DE
UN ENFOQUE CIENCIA-TECNOLOGÍA-
SOCIEDAD EN EL CURRÍCULO DE BIOLOGÍA
DE EDUCACIÓN SECUNDARIA

Memoria presentada por
Mª TERESA IBÁÑEZ ORCAJO
para optar al grado de Doctor

Dirigida por
Dra. Mª MERCEDES MARTÍNEZ AZNAR
Profesora Titular de Universidad
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE EDUCACIÓN - CENTRO DE FORMACIÓN DEL
PROFESORADO

DEPARTAMENTO DE DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS
EXPERIMENTALES

APLICACIÓN DE UNA METODOLOGÍA
DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
COMO UNA INVESTIGACIÓN PARA EL
DESARROLLO DE UN ENFOQUE
CIENCIA-TECNOLOGÍA-SOCIEDAD
EN EL CURRÍCULO DE BIOLOGÍA DE
EDUCACIÓN SECUNDARIA

Memoria presentada por

Mª TERESA IBÁÑEZ ORCAJO

para optar al título de Doctor

DIRECTORA: Dra. Mª MERCEDES MARTÍNEZ AZNAR
Profesora Titular de Universidad
AGRADECIMIENTOS

Es difícil ordenar un listado de personas que me han acompañado a lo largo de
mi proceso de formación como investigadora en didáctica, y sobre todo es imposible
conocer qué personas y qué momentos me influyeron a la hora de decidir ser profesora.

En primer lugar, tengo que agradecer a mi directora de Tesis, la Dra. Mª
Mercedes Martínez Aznar, no sólo su magnífico trabajo como guía en el desarrollo de
este trabajo y la dedicación que me ha prestado, sino, también, la valentía de aceptar el
reto de dirigir a una extraña, con unas poquitas referencias y, además, ‘bióloga’.

A lo largo de este trabajo he estado acompañada y arropada por la Dra. Mª
Paloma Varela y otros compañeros de tesis, Ana Isabel Bárcena y Andrés Raviolo, con
los que, además de compartir esfuerzos e intereses, he tenido momentos muy bonitos.
Igualmente quiero agradecer al Departamento de Didáctica de las Ciencias
Experimentales la posibilidad de realizar esta Tesis.

Volviendo la vista atrás, no puedo olvidar que mis inicios en la Didáctica fue de
manos del IEPS. Fue durante mi formación en el Master de Educación Secundaria
Obligatoria (1992/94), cuando supe que yo también quería aportar mi grano de arena en
esta difícil tarea de la enseñanza. En especial, dentro de todas las personas con las que
trabajé en el IEPS, deseo expresar mi más profundo agradecimiento a la Dra. Berta
Marco-Stiefel porque, además de ser la directora de mi Tesis de Maestría, me ha
ofrecido siempre su sabiduría y amistad.

Además quiero recordar que parte de este trabajo de investigación se ha
desarrollado con una subvención del CIDE a través de la Convocatoria Nacional de
Ayudas Educativas de 1997.

Por último, debo agradecer a la Dra. Mª Teresa Pérez Pérez, profesora titular de
Escuela Universitaria del Departamento de Estadística Investigación Operativa III, su
inestimable ayuda a la hora del análisis estadístico de los resultados. En recuerdo de un
fin de semana atrapados por la nieve, que dedicamos a esta tesis entre otros muchos
momentos, y a nuestra amistad, muchas gracias.
Para Javi,
porque el tiempo que he dedicado
a este trabajo, también era tuyo.
Gracias por todo.
ÍNDICE

PRESENTACIÓN

EL INICIO DE LA BÚSQUEDA DE UNA RESPUESTA: EL PROBLEMA A
RESOLVER 3

CONSIDERACIONES INICIALES: RESOLVER UN PROBLEMA ES 5
COMO JUGAR CON UNA MUÑECA RUSA

ESTRUCTURA DEL TRABAJO 8

PARTE I: MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO 1. EL PUNTO DE PARTIDA

INTRODUCCIÓN 19

1.1. VISIÓN ACTUALIZADA DE LA CIENCIA 20

1.2. ¿CÓMO SE APRENDE? MODELOS CONSTRUCTIVISTAS 25

1.2.1. La distintas caras del constructivismo 26
1.2.2. Las concepciones alternativas de los estudiantes 29
1.2.3. Los modelos de cambio conceptual 34

1.3. EL CONTEXTO CURRICULAR 41

CAPÍTULO 2. LA METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN DE
PROBLEMAS COMO UNA INVESTIGACIÓN (MRPI) Y LA
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS

INTRODUCCIÓN 55

2.1. UNA CUESTIÓN DE CONCEPTOS: ¿QUÉ ES UN PROBLEMA? 56

2.2. APORTACIONES DE LA INVESTIGACIÓN SOBRE RESOLUCIÓN DE
PROBLEMAS 62

2.2.1. ¿Cómo resuelven problemas los expertos? 63
2.2.2. Tipos de problemas para trabajar en el aula y habilidades de
resolución 66
A. Tipos de problemas
B. Habilidades que se desarrollan en la resolución de problemas
C. El proceso de enseñanza aprendizaje de resolución de problemas
y sus dificultades
2.3. MODELOS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS PARA LA
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 84

2.3.1. Problemas algorítmicos o problemas-ejercicio de enunciado
numérico 84
El modelo de resolución de Polya
P.A.M. (Programa de acciones y métodos)
Los mapas direccionales
2.3.2. Problemas investigativos 88
A.P.U. (Assesment of Performance Unit)
Modelo PROPHY
Modelo de resolución de problemas como una investigación

2.4. LA METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMO
UNA INVESTIGACIÓN (MRPI) 91

CAPÍTULO 3. APROXIMACIÓN AL ENFOQUE CIENCIA-
TECNOLOGÍA-SOCIEDAD (C-T-S)

INTRODUCCIÓN 101

3.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL MOVIMIENTO C-T-S 103

3.2. LAS METAS DEL ENFOQUE C-T-S Y DE LA ENSEÑANZA DE LAS
CIENCIAS 109

3.3. APROXIMACIÓN CURRICULAR A LA EDUCACIÓN C-T-S 113

3.3.1. Los temas sociales y la alfabetización científica y tecnológica 115
A. Alfabetización básica, escolar o funcional
B. Alfabetización cívica o ciudadana
C. Alfabetización científica cultural
3.3.2. Los aspectos sociales de la ciencia y su naturaleza 123
3.3.3. Las diferencias entre los cursos de ciencias estándar y los cursos de
ciencias C-T-S. 133

PARTE II: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

CAPÍTULO 4. DISEÑO Y METODOLOGÍA DE LA
INVESTIGACIÓN

INTRODUCCIÓN 141

4.1. SECUENCIA DE LA INVESTIGACIÓN 145

4.1.1. Fase preliminar 145
4.1.2. Fase experimental 147
4.1.3. Fase de análisis de resultados 148
4.2. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 150

4.2.1. Hipótesis Inicial 153
4.2.2. Hipótesis de Intervención en el aula 154
4.2.3. Hipótesis Final I 156
4.2.4. Hipótesis Final II 157

4.3. NATURALEZA Y ENTORNO DE LAS MUESTRAS 158

4.4. METODOLOGÍA E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA
INVESTIGACIÓN 161

4.4.1. Metodología y tipo de investigación 161
4.4.2. Instrumentos de recogida de información 164
A. Pruebas para el contraste de la Hipótesis Inicial
B. Pruebas para el contraste de las Hipótesis de Intervención en el
aula
C. Pruebas para el contraste de la Hipótesis Final I
D. Pruebas para el contraste de la Hipótesis Final II
E. Prueba sobre la actitud de los estudiantes hacia la Metodología de
Resolución de Problemas como una Investigación
4.4.3. Técnicas de análisis 203

CAPÍTULO 5. ELABORACIÓN DE LA UNIDAD
DIDÁCTICA: “¿SOY ASÍ POR PURO AZAR?”

INTRODUCCIÓN 209

5.1. EL MODELO DE UNIDAD DIDÁCTICA 210

5.2. ANÁLISIS CIENTÍFICO DE LOS CONTENIDOS DE GENÉTICA 214

5.2.1. La importancia de la Genética en la Sociedad actual 215
5.2.2. La unidad didáctica dentro del currículo de la Educación Secundaria
Obligatoria 218
A. Los contenidos de Genética en la E.S.O.
B. Introducción de la Metodología de Resolución de Problemas
como una Investigación en la E.S.O.
C. Introducción de un enfoque C-T-S en la E.S.O.
5.2.3. Construcción de los conocimientos científicos relativos a la Genética
y su desarrollo histórico 229
5.2.4. Selección y estructuración de contenidos escolares 233
A. Conceptos trabajados en la unidad didáctica
B. Procedimientos trabajados en la unidad didáctica
C. Actitudes trabajadas en la unidad didáctica

5.3. ANÁLISIS DIDÁCTICO DE LOS CONTENIDOS DE GENÉTICA 249

5.3.1. Las dificultades de la enseñanza-aprendizaje de la Genética 250
5.3.2. La ideas alternativas de los estudiantes sobre la herencia 254
5.3.3. Las ideas alternativas de los estudiantes sobre la Naturaleza de la
Ciencia y las relaciones C-T-S 259
5.3.4. La influencia en el aprendizaje de la actitud hacia el estudio de la
Ciencia 261
5.3.5. El nivel de desarrollo cognitivo de los estudiantes de Secundaria y las
exigencias cognitivas de los contenidos de Genética 265
5.3.6. ¿Qué aporta de novedoso la unidad didáctica “Soy así por puro
azar”? 267

5.4. SELECCIÓN DE OBJETIVOS DE LA UNIDAD DIDÁCTICA 271

5.5. SELECCIÓN DE ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS 273

5.5.1. Planteamiento metodológico 273
5.5.2. Diseño y secuencia de actividades para la unidad didáctica 275
A. Diseño de actividades
B. Secuencia de actividades

5.6. SELECCIÓN DE ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN 283

PARTE III: DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
Y RESULTADOS

CAPÍTULO 6. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

INTRODUCCIÓN 289

6.1. FASE PRELIMINAR: PRUEBAS PILOTO 289

6.2. FASE EXPERIMENTAL PREVIA: APRENDIZAJE DE LA
METODOLOGÍA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMO UNA
INVESTIGACIÓN 268

6.2.1. Justificación del proceso de aprendizaje previo 268
6.2.2. Diseño y secuencia del proceso de aprendizaje previo 270

6.3. FASE EXPERIMENTAL EMPÍRICA: TRABAJO EN EL AULA 286

6.3.1. Descripción general del trabajo en el aula con el grupo experimental 286
6.3.2. Diferencias en el trabajo de aula de los grupos de investigación 303

CAPÍTULO 7. RECOGIDA DE INFORMACIÓN Y ANÁLISIS
DE RESULTADOS

INTRODUCCIÓN 335

7.1. LA HOMOGENEIDAD DE LOS GRUPOS INVESTIGADOS:
HIPÓTESIS INICIAL 340