Contribución de Sarah Phillips
Básicamente, las ciencias tratan de explicar la interacción entre la energía y la materia. Por simple que parezca, el número y la variedad de interacciones, así como las numerosas escalas de tiempo, espacio y dimensiones que intervienen en dichas interacciones añaden una enorme complejidad al trabajo científico. Por eso, los modelos son herramientas fundamentales tanto para los científicos como para los alumnos de ciencias.
Los científicos utilizan los modelos de varias formas. Pueden crear un modelo en dos o tres dimensiones para explicar un fenómeno o para formular una hipótesis sobre la interacción entre los diferentes componentes de un sistema. Los científicos también elaboran modelos matemáticos para identificar relaciones en los datos cuantitativos que obtienen a través de sus experimentos, así como para describirlas. Estos modelos se pueden probar y perfeccionar con experimentos posteriores. Con el tiempo, los modelos pueden aceptarse como reglas o generalizaciones, como la ley de Boyle o las leyes de movimiento de Newton.
Los alumnos de Ciencias aprenden los modelos, reglas y generalizaciones que han establecido los científicos, pero también pueden aprender con modelos. Esto sucede cuando usan los modelos existentes para comprender y explicar el mundo que los rodea, y cuando elaboran sus propios modelos.
Los alumnos usan los modelos existentes para comprender fenómenos
Por ejemplo, pueden usar el modelo de partículas de la materia para explicar por qué el azúcar se disuelve más rápidamente en agua caliente que en agua fría.
Los alumnos también pueden elaborar modelos para explicar fenómenos
Por ejemplo, pueden utilizar un gráfico de los datos obtenidos en un experimento para mostrar cómo cambia la corriente de un circuito cuando se incrementa el voltaje. Los modelos permiten a los alumnos visualizar procesos que son complejos o invisibles, y así los ayudan a comprender y explicar los fenómenos. Asimismo, los modelos pueden ayudar a los alumnos a pasar de observaciones y experiencias concretas a relaciones y procesos abstractos.
“Los modelos son puentes que conectan el aprendizaje concreto mediante el uso de objetos físicos para representar ideas abstractas. Pasar del pensamiento concreto al abstracto implica percibir las semejanzas entre partes de una situación que a primera vista pueden parecer diferentes. Los modelos proporcionan una vía para esta transición y ayudan a los alumnos a construir relaciones que sirven de base para utilizar gráficos, tablas y fórmulas”. (Traducción libre de Carrejo y Reinhartz 2014, p. 11, en inglés).
Independientemente de si los alumnos utilizan modelos existentes o desarrollan los suyos propios, la manera en que se usan determina su valor. Los modelos son recursos muy habituales en muchos proyectos científicos. Se suelen ver modelos tridimensionales de volcanes, modelos que describen las diferencias entre las células vegetales y animales o modelos que describen el flujo de energía y nutrientes en un ecosistema local. Sin embargo, el hecho de que un proyecto incluya un modelo no implica necesariamente que el alumno vaya a desarrollar el tipo de pensamiento asociado al uso de modelos.
El uso de modelos implica ilustrar, explicar o predecir fenómenos. Construir un modelo para mostrar las partes de un volcán no es una actividad de uso de modelos, a menos que los alumnos lo utilicen para explicar algo relacionado con el volcán (por ejemplo, cómo se formó y qué origina una erupción).
| Modelo | Ejemplo de actividad de uso de modelos |
| Volcán tridimensional | Usar el modelo para explicar las causas de las erupciones volcánicas |
| Diagrama de una célula vegetal y una célula animal | Usar los modelos para ilustrar las diferencias entre las células vegetales y las animales |
| Red trófica | Usar el modelo para predecir que sucedería si un depredador desapareciera del ecosistema |
Como concepto relacionado de nuestros cursos de Ciencias del Programa de los Años Intermedios (PAI), los modelos se definen como “representaciones para comprobar teorías o propuestas científicas que pueden repetirse y validarse con precisión; simulaciones utilizadas para explicar o predecir procesos que pueden no ser observables, o para comprender la dinámica de los múltiples fenómenos subyacentes a un sistema complejo”. En esta definición se establece una conexión clara entre el modelo y su aplicación en pruebas, explicaciones y predicciones. Así pues, el uso de modelos está integrado en el marco de Ciencias del PAI.
El uso de modelos también guarda relación con muchos de los objetivos específicos del PAI. El marco operativo propuesto por Schwarz et al. (2009) (en inglés) proporciona una base para establecer conexiones:
| Elementos de la práctica del uso de modelos* | Ejemplos | Objetivos específicos del Ciencias del PAI relacionados |
| “Los alumnos elaboran modelos coherentes con pruebas y teorías previas para ilustrar, explicar o predecir fenómenos”. | Dibujar un modelo para mostrar cómo diferentes factores podrían afectar al crecimiento de las plantas; usar el modelo para formular una hipótesis que se pueda probar | Bi: Explicar un problema o una pregunta que se quieren comprobar mediante una investigación científica
Bii: Formular una hipótesis comprobable y explicarla mediante un razonamiento científico |
| Usar un modelo para resumir y explicar los datos y observaciones de un experimento | Cii: Interpretar los datos y explicar los resultados mediante un razonamiento científico | |
| “Los alumnos usan modelos para ilustrar, explicar o predecir fenómenos”. | Usar un modelo de Bohr para explicar la diferencia entre el enlace iónico y el enlace covalente | Ai: Explicar conocimientos científicos |
| Usar el modelo de partículas de la materia para predecir qué le sucederá a la densidad de un objeto cuando su temperatura cambie | Bii: Formular una hipótesis comprobable y explicarla mediante un razonamiento científico | |
| “Los alumnos comparan y evalúan la capacidad de diferentes modelos de representar y explicar con exactitud los patrones de los fenómenos, y de predecir nuevos fenómenos”. | Considerar cómo se han revisado a lo largo del tiempo los modelos científicos establecidos | Ai: Explicar conocimientos científicos |
| Comparar diferentes modelos del átomo (Rutherford, Bohr, Lewis, etc.) para evaluar con qué eficacia representa cada uno el enlace iónico y covalente | Aiii: Analizar y evaluar información para emitir juicios con base científica | |
| Comparar los datos obtenidos de un experimento con diferentes tipos de gráficos (lineal, exponencial, cuadrático) para determinar cuál es el más adecuado | Cii: Interpretar los datos y explicar los resultados mediante un razonamiento científico | |
| “Los alumnos revisan modelos para aumentar su potencial explicativo y predictivo teniendo en cuenta pruebas o aspectos adicionales de un fenómeno”. | Usar los datos obtenidos en el experimento para revisar al modelo que se utilizó para formular la hipótesis | Ciii: Evaluar la validez de una hipótesis según el resultado de la investigación científica |
*Schwarz et al. 2009, p. 635
La interfaz digital que se utiliza en los exámenes en pantalla del PAI proporciona una serie de herramientas que permiten a los alumnos realizar actividades de uso de modelos que serían imposibles de hacer en un examen en papel. En el video de demostración del examen de Ciencias del PAI, verá que los alumnos pueden usar simulaciones y varias herramientas de análisis de datos para desarrollar hipótesis y explicar sus hallazgos con referencia a modelos matemáticos.
El uso de modelos en las clases de Ciencias del PAI ayuda a los alumnos a aprender el contenido de la asignatura mientras desarrollan su capacidad de pensar y trabajar como los científicos. Las actividades de uso de modelos están estrechamente relacionadas con los objetivos específicos de Ciencias del PAI y se pueden utilizar para facilitar el aprendizaje de los alumnos en el aula y en el laboratorio.
¿Incorpora el uso modelos en su curso de Ciencias del PAI? Si es así, nos encantaría conocer su historia. Escriba a myp.curriculum@ibo.org.
Sarah Phillips es responsable curricular del equipo de desarrollo del Programa de los Años Intermedios del IB.