Los niveles de representación como criterio de selección para textos escolares de química

Luisa Fernanda Toro Rodríguez[a] y Francisco Javier Ruiz Ortega[a]

Introducción

La investigación sobre los textos escolares ha evidenciado que éstos, deben ser vistos como recursos diseñados para facilitar los procesos de enseñanza y aprendizaje, dado que desempeñan una función fundamental al apoyar la comunicación del conocimiento científico en el entorno educativo, al tiempo que reflejan las perspectivas y enfoques académicos respaldados por los docentes (Lombardi, 2009). De igual manera, se ha señalado que, para aportar a una buena enseñanza, desde el uso de los textos escolares, es necesario que cada docente realice una adaptación crítica de los materiales y herramientas educativas que definen la intencionalidad de la clase y determinan los temas, estrategias y metodología para abordar un contenido (Gómez Mora, 2019). A pesar de ello, las investigaciones en este contexto temático señalan que los docentes siguen seleccionado los textos escolares desde la organización y estructuración del contenido, los elementos gráficos, que sean llamativos y se relacionen con el texto, la ejemplificación con diversas actividades y que el texto tenga una buena relación precio – calidad (Bezanilla & Villa, 2006), dejando a un lado la comprensión rigurosa y profunda de criterios de naturaleza histórica o epistemológica de los conceptos que se esperan comunicar y aprender por parte de los estudiantes. Sumado a lo anterior, se tienen investigaciones que han focalizado su preocupación sobre la información limitada de los conceptos y fenómenos químicos que se representa de manera tradicional (Tejada et al., 2015) situación que sin duda repercute en el aprendizaje de los estudiantes (Setyowati & Sutrisno, 2020).

Precisamente, este estudio, exploratorio, intenta develar las dificultades que se tienen en relación con el lenguaje y los niveles de representación utilizados para comunicar el tema reacciones químicas. La decisión de establecer como eje de discusión los niveles de representación, se sustenta en aceptar que: potenciar en el aula aprendizajes profundos en nuestros estudiantes, parte de una comprensión profunda sobre las diferentes maneras de representar un concepto (López et al., 2007) y de la posibilidad que se da a los estudiantes para transitar entre los niveles macro, micro y simbólico como escenarios de representación conceptual necesarios para los aprendizajes.

Desde la perspectiva de Johnstone (1993), son tres los niveles que se entrelazan para mejorar la comprensión de las ciencias naturales: el nivel macroscópico correspondiente a las percepciones sensoriales, el nivel microscópico a través del cual se explica de manera iónica, atómica y molecular, lo que se percibe en el nivel macroscópico y el nivel simbólico hace referencia a los modelos, ecuaciones y fórmulas que se utilizan para representar los otros dos niveles. Estos se representan de manera conjunta en un triángulo, donde cada esquina corresponde a uno de estos niveles (Santos & Arroio, 2016), como se representa en la figura 1.

Figura 1. Niveles de representación de la química (Johnstone, 1993, p.703).

Un ejemplo de lo anterior es la representación de una reacción de neutralización con un montaje de titulación, en el cual a nivel macroscópico se evidencia que ocurre una reacción química entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio porque se puede observar el cambio de pH siguiendo la lectura de esta propiedad con un pHmetro o utilizando un indicador como la fenolftaleína que cambia de incoloro a rosa a medida que avanza la reacción, este cambio se hace evidente debido a que a nivel microscópico tanto el ácido como la base en medio acuoso están disociadas en iones, y cuando entran en contacto los aniones cloruro con los iones de sodio forman cloruro de sodio, y los cationes de hidrógeno con los aniones hidroxilo forman agua, por lo tanto hay un aumento en el pH debido a la disminución de los iones de hidrógeno del ácido que pasaron a hacer parte de las moléculas de agua y esta reacción a la vez se representa a nivel simbólico por medio de la siguiente ecuación:

H+ Cl- + Na+ OH- → NaCl + H2O

La literatura sobre el tema de las representaciones indica que han sido objeto de estudio en diversas áreas de las ciencias naturales, con un enfoque particular en la química, convirtiéndolos en un componente esencial de la enseñanza y el aprendizaje de este campo (Caamaño, 2001). En este mismo sentido se señala que, el uso inapropiado de las relaciones entre los vértices de este triángulo puede dar lugar a dificultades en el interés y la comprensión por parte de los estudiantes, como sugiere (Caamaño Ros, 2014). En definitiva, los niveles de representación son especialmente importantes porque a menudo los estudiantes enfrentan dificultades para entender conceptos, fórmulas químicas y aspectos matemáticos, así como para relacionar estos componentes con sus experiencias sensoriales y conocimientos adquiridos de manera empírica (Ordaz González & Mostue, 2018).

Otro elemento que es importante mencionar y que fue parte constitutiva de esta investigación se vincula con las relaciones de cooperación y de especialización que podrían ser orientadoras a la hora de analizar los niveles de representación. Una relación de cooperación está constituida por lenguajes con elementos de similitud que comunican el mismo significado, es decir cumplen la misma función y una relación de especialización contribuye a enriquecer un mismo concepto partiendo de lenguajes que realizan funciones distintas (Marquez et al., 2003).

Esta investigación, de carácter exploratorio, intenta, desde el análisis de los diferentes niveles de representación de la química, identificar, en primer lugar, posibles dificultades al utilizar dichos niveles como herramienta de comunicación del concepto reacciones químicas en los textos escolares utilizados para la enseñanza de la química, y en segundo lugar, proponer posibles criterios de análisis de los niveles de representación con el fin de establecer los lineamientos con los que se van a analizar las representaciones de las reacciones químicas en los textos escolares.

Metodología

Esta investigación, de carácter exploratorio, intenta, desde el análisis de los diferentes niveles de representación de la química, identificar, en primer lugar, posibles dificultades al utilizar dichos niveles como herramienta de comunicación del concepto reacciones químicas en los textos escolares utilizados para la enseñanza de la química, y en segundo lugar, proponer posibles criterios de análisis de los niveles de representación con el fin de establecer los lineamientos con los que se van a analizar las representaciones de las reacciones químicas en los textos escolares.

Para lograr dichos objetivos, se analizaron 6 textos escolares seleccionados luego de una encuesta realizada a 15 docentes de instituciones públicas de la ciudad de Pereira - Colombia, en la cual los docentes debían proporcionar el nombre de los textos que utilizaban en sus clases, para la enseñanza del tema de reacciones químicas en grado décimo. De los 18 textos que afirmaron utilizar, se eligieron los que fueron más comunes: Hipertexto 1 de la editorial Santillana, Química de la editorial Mc Graw Hill, Hola química de la editorial Susaeta, Exploremos la química la editorial Prentice Hall, Química + Aprendizaje + Vida de la editorial Pearson, y se seleccionó también el objetivo digital de aprendizaje “¿Cuál es el significado de los coeficientes estequiométricos en las ecuaciones químicas?” de la capsula educativa “De que esta hecho todo lo que nos rodea” del material de Colombia aprende por ser un texto escolar propio del Ministerio de Educación Nacional.

Posteriormente para identificar los obstáculos que se tienen en relación con el lenguaje y los niveles de representación utilizados para comunicar el tema reacciones químicas, se hizo un análisis de contenido y se aplicó una adaptación de la propuesta de (Caamaño Ros, 2014; Gómez Mora, 2019; Valladares et al., 2001), que consiste en clasificar las representaciones tanto para el lenguaje gráfico como para el lenguaje escrito en cada nivel de representación, para luego caracterizar el lenguaje principal en cada una de ellas, dónde las características del lenguaje pueden ser: disciplinar, disciplinar-cotidiano, cotidiano-disciplinar o cotidiano, y a partir del análisis de las representaciones evidenciar posibles obstáculos.

Una vez identificados los obstáculos se realizó una discusión crítica que permitió construir una rúbrica de apoyo a los docentes para la selección de los textos escolares sustentada en criterios aplicados al lenguaje y los niveles de representación.

Resultados y discusión

Como se mencionó en la sección de la metodología, se aplicó una adaptación de la propuesta de Caamaño Ros, 2014; Gómez Mora, 2019; Valladares et al., 2001, la cual permitió identificar las representaciones correspondientes a cada vértice del triángulo de Johnstone, las características del lenguaje y los obstáculos, tanto para el lenguaje gráfico como para el lenguaje escrito. El resumen de los resultados se presenta en la tabla 1.

Se seleccionó la unidad correspondiente al tema de reacciones químicas en cada texto y se analizaron en total 216 representaciones gráficas correspondientes en un 40% al nivel macro, 14% al nivel micro, 27% al nivel simbólico y el porcentaje restante corresponde a combinaciones entre los niveles, y 210 representaciones en el componente escrito, correspondientes a bloques de texto compuestos principalmente por representaciones simbólicas con un 41%, representaciones macro con un 18%, representaciones micro con un 6% y el porcentaje restante corresponde a combinaciones entre los niveles.

La rúbrica anterior distingue dos aspectos fundamentales en el lenguaje. Por un lado, el lenguaje disciplinar, que se enfoca el uso de expresiones propias de la química, utilizando términos técnicos y precisos destinados a expertos en el tema. Por otro lado, contempla el lenguaje cotidiano, más flexible y comprensible para un público general con diversos conocimientos adquiridos de manera sensorial.

Tabla 1. Resumen de los resultados obtenidos del análisis de los textos. Nota: Ma: macroscópicos, Mi: Microscópico, S: simbólico, D: disciplinar, D.C: disciplinar – cotidiano, C.D: cotidiano – disciplinar, C: cotidiano.

La distinción entre el lenguaje disciplinar y el cotidiano radica en que el primero se centra en términos especializados, aunque ocasionalmente pueda incorporar expresiones de uso común (Disciplinar-cotidiano). En contraste, el segundo se basa principalmente en el lenguaje habitual, aunque ocasionalmente pueda incluir términos propios de una disciplina específica (Cotidiano-disciplinar).

En el contexto educativo, se producen interacciones entre las representaciones y el lenguaje utilizado para enseñar un fenómeno o concepto, esto ocasiona la coexistencia de los dos lenguajes mencionados anteriormente con diferentes representaciones que si bien, pueden potenciar los procesos de enseñanza y aprendizaje, también pueden generar dificultades, ocasionadas por algunos obstáculos como los que se presentan a continuación:

Obstáculo 1: subutilización explicativa

Se refiere a la utilización de representaciones gráficas, generalmente a nivel macroscópico, que carecen de un propósito claro en el contexto del texto.

En algunos casos como en los textos 3 y 5 el lenguaje gráfico no supera el 13% y en otros textos como en el 1 y el 2, las gráficas son abundantes, pero no es claro el objetivo de la presencia de la imagen en el texto, porque no hay una relación con el lenguaje escrito, como se puede observar en la figura 2.

Figura 2. Ejemplificación del obstáculo 1.

Obstáculo 2: brecha lingüística

Se refiere a una primera descripción o explicación de un fenómeno que está distante del uso del lenguaje común. La manifestación de esta dificultad se puede observar en los textos a través de la elección del lenguaje empleado para abordar el tema y el nivel de profundidad con el que se presenta la introducción al mismo.

En los textos 1, 2 y 3 la característica del lenguaje que predomina es la disciplinar, dando la impresión de que el tema es tratado sin hacer una transición recurrente entre lo que es conocido por el estudiante y el fenómeno que se quiere representar. Por el contrario, los textos: 4, 5 y 6 se acercan al componente macroscópico desde un lenguaje con características cotidianas o muy cercanas a la cotidianidad, no obstante, las prácticas de laboratorio propuestas involucran condiciones del lenguaje disciplinar muy propias de los laboratorios químicos, a continuación, se ejemplifica esta situación en la figura 3.

Figura 3. Ejemplificación del obstáculo 2.

Obstáculo 3: imprecisión en el lenguaje

Se refiere a una expresión que se utiliza para explicar un concepto y que puede ser interpretada de múltiples maneras. Se identifica en los textos con la presencia de términos que tienen significados distintos según el contexto y no se hace claridad frente al significado que tienen en el tema.

Esta dificultad, se observa en el texto 1 para el lenguaje gráfico y en los textos 2 y 3 para el lenguaje escrito, un ejemplo de este obstáculo se evidencia en el texto 3, en el que se utiliza la palabra “completa” como sinónimo de una ecuación balanceada e “incompleta” como un término correspondiente a una ecuación sin balancear, ocasionando una ambivalencia porque se podría interpretar como que una reacción “completa” es aquella en la cual todos los reactivos pasan a ser productos y una reacción “incompleta” cuando quedan reactivos sin reaccionar. A demás se identificaron imprecisiones del lenguaje “graves” que se ejemplifican en para cada tipo de lenguaje en las figuras 4 y 5.

Figura 4. Ejemplificación del obstáculo 3 para el lenguaje escrito.

Figura 5. Ejemplificación del obstáculo 3 para el lenguaje gráfico.

Obstáculo 4: representaciones fragmentadas

Consiste en priorizar un nivel de representación diferente para cada tipo de reacción química que se presenta en un mismo texto, sin articular este nivel con los otros dos, lo cual, imposibilita la comprensión completa de lo que se quiere comunicar. Este obstáculo se evidenció en tres de los textos analizados ya que presentan las reacciones de oxido reducción desde el nivel microscópico y luego se prioriza el nivel simbólico sin articular las representaciones anteriores con el nivel macroscópico, mientras que otro tipo de reacciones como las de precipitación o neutralización se abordan desde el componente macroscópico y luego se prioriza el nivel simbólico sin articular los conceptos con el nivel microscópico. Lo anterior se ejemplifica en la figura 6.

Figura 6. Ejemplificación del obstáculo 4.

Obstáculo 5: deficiencia microscópica

Se refiere a la falta de importancia otorgada a lo que sucede a nivel de partículas en una reacción química. Esto está relacionado con la elección de los modelos utilizados para representar el nivel microscópico.

En los 6 textos analizados, el modelo de Dalton es el que representa la microscopia de las reacciones para el lenguaje gráfico, sin embargo, este modelo puede ser interpretado como una representación simbólica alternativa, puesto que los símbolos son letras asociadas a cada elemento y a partir de ellas se crea una fórmula química que refleja la cantidad correspondiente de átomos en una molécula. De manera análoga, se asignan colores a las esferas que representan los átomos y a partir de ellas se construyen las moléculas con la cantidad de esferas correspondientes. Este obstáculo se ejemplifica en las figuras 7.

Figura 7. Ejemplificación del obstáculo 5.

Obstáculo 6: nivel desarticulado

Se refiere a la tendencia de priorizar uno de los niveles de representación, típicamente el simbólico, sin establecer conexiones adecuadas con los otros dos niveles. En la figura 8, se presenta un ejemplo para este obstáculo.

Figura 8. Ejemplificación del obstáculo 6.

Propuesta de una rúbrica orientadora para la selección de textos escolares de química:

Los obstáculos anteriores permitieron identificar el propósito de la rúbrica que se va a construir, y es determinar la aceptabilidad de un texto escolar para ser utilizado como herramienta de apoyo en la comunicación del tema de reacciones químicas.

Con base en los obstáculos 3 y 4 se propone el primer criterio para la rúbrica, establece relaciones intermodales entre los tres niveles, este criterio evalúa las relaciones de cooperación para ejemplificar, conectar o vincular los conceptos desde las diferentes formas de representación y las de especialización para dar información complementaria que amplie, extienda o realce las características del concepto comunicado. (Kress et al., 2001), entre el lenguaje escrito, el lenguaje gráfico y las representaciones en cada nivel, en consecuencia, el lenguaje gráfico debe contar con un propósito definido y relacionarse con el lenguaje escrito cuando este se presenta por medio de relaciones de cooperación, para, entre otras cosas ejemplificar la definición básica de una reacción, conectar los conceptos con el lenguaje escrito y posibilitar una mejor compresión del significado. También deben estar presentes las relaciones de especialización teniendo en cuenta que cada nivel enriquece el concepto de reacción química y ninguno debe obviarse.

El criterio dos, incluye actividades experimentales contextualizadas, vinculando lo disciplinar y lo cotidiano, surge como respuesta a los obstáculos 5 y 6, y determina el acercamiento a la temática desde el componente macroscópico utilizando un lenguaje con características cotidianas – disciplinares y sensoriales, por medio de las actividades experimentales que se consideran como un elemento de conexión entre los tres niveles de representación, ya que promueven una comprensión holística y significativa del tema (Vallejo, 2017).

El último criterio, utiliza un lenguaje cercano al lenguaje cotidiano que va involucrando aspectos disciplinares como la simbología química, responde a los obstáculos 1 y 2 por medio de la evaluación de las características del lenguaje, la claridad de este y la secuencia de las representaciones, iniciando por lo macroscópico, que permite el acercamiento al tema por medio de lo tangible, luego lo microscópico y posteriormente la articulación de estos dos niveles por medio de la simbología (Taber, 2009).

Tabla 2. Rubrica para la selección de textos escolares.

Al aplicar la rúbrica anterior a los 6 textos analizados inicialmente se obtiene que, para los textos 1 y 2 el nivel de aceptabilidad es medio – bajo – bajo con respecto a cada nivel, para el texto 3 se obtiene un nivel medio – bajo – medio, para los textos 4 y 6 medio – medio – medio y para el texto 5 alto – medio – alto.

Conclusiones

Los obstáculos identificados en los textos permiten concluir, que, si bien, son textos multi representacionales, presentan dificultades en cuanto a la articulación de las representaciones, debido a que enfocan el lenguaje a una característica disciplinar y privilegian el nivel simbólico, mostrando las reacciones desde una fórmula química, no desde la funcionalidad que tiene en un contexto cercano al estudiante, también se lograron identificar algunos errores conceptuales en los textos.

En relación con el lenguaje gráfico y el lenguaje escrito, los textos, de manera general, establecen muy pocas relaciones de especialización y cooperación, esto limita el potencial que tendrían las representaciones, especialmente las gráficas, para comunicar el concepto de reacción química más allá de una definición básica.

Los criterios establecidos para la rúbrica como instrumento de selección de textos escolares permiten evaluar la relación entre los niveles de representación y el lenguaje utilizado en el texto, por medio del análisis del complemento en las diferentes representaciones para explicar el tema, la contextualización de las actividades experimentales y el uso de un lenguaje que incluya gran nivel de detalle en los conceptos con términos más accesible al estudiante, analogías con situaciones cotidianas para hacer los conceptos más comprensibles, y esto atrape al estudiante y lo lleve a la alfabetización química.

Como recomendación, se sugiere que los docentes de química utilicen los criterios de análisis propuestos como una herramienta para seleccionar textos escolares que faciliten la comprensión de las reacciones químicas. Esto puede mejorar significativamente la calidad de la enseñanza y el aprendizaje de la química en el aula.

Referencias

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Recepción: 23/11/2023. Aceptación: 14/03/2024.

Cómo citar:

Toro Rodríguez, L. F., y Ruiz Ortega, F. J. (2024, julio-septiembre). Los niveles de representación como criterio de selección para textos escolares de química. Educación Química, 35(3). https://doi.org/10.22201/fq.18708404e.2024.3.87229.