Análisis metacognitivo en estudiantes de básica, durante la resolución de dos situaciones experimentales en la clase de Ciencias Naturales

Metodología

La investigación fue realizada durante el segundo semestre del 2015. La muestra estuvo conformada por 33 niños en un rango de edad de 10 a 12 años, pertenecientes a una institución educativa de carácter público en la ciudad de Manizales. Los estudiantes participantes, matriculados durante el año 2015, no tenían historial de repitencia escolar ni de trastorno neurológico, comportamental o de aprendizaje.

Los datos se obtuvieron mediante la resolución de dos situaciones experimentales, una tarea de combustión y otra de movimiento pendular. El análisis de la información se realizó desde la perspectiva del análisis de contenido, proceso realizado en torno a 330 declaraciones dadas por los estudiantes a las tareas de evaluación propuestas. Se ubicaron las respuestas dadas por los estudiantes en dos categorías centrales de análisis: conocimiento metacognitivo y regulación metacognitiva. Para el análisis del contenido, se utilizó el software científico Atlas/ti (versión 6). La investigación es de carácter cualitativo con un alcance descriptivo-interpretativo.

La participación de los estudiantes se acordó en una reunión con los padres de familia para informar acerca del proyecto de investigación. Se incluyeron en la muestra los casos con el debido consentimiento informado por parte de los padres de familia o acudientes.

Instrumentos

Situaciones experimentales diseñadas en torno a dos problemas (tarea 1: la combustión, y tarea 2: el movimiento pendular, tabla 2) para resolver de manera concurrente a un protocolo de observación del investigador. Las tareas experimentales fueron diseñadas según la postura teórica de Jacobson y Paris (1987), investigadores para los cuales evaluar la metacognición en los niños implica crear tareas y situaciones que permitan al investigador superar la dificultad que manifiestan los niños para responder preguntas sobre situaciones hipotéticas, dificultad característica del desarrollo metacognitivo en los niños. Los autores citados recomiendan el uso de registros de observación a partir de los cuales el investigador pueda inferir el conocimiento y la regulación, con base en demostraciones del uso reflexivo o planificado de las habilidades cognitivas de los niños en el marco de tareas de aula concretas (Jacobson y Paris, 1987) (véase el modelo de instrumento tarea 1).

Tabla 2: Categorías del análisis cualitativo

Fuente: Elaboración propia.

Evidencia de los procesos de planeación, monitoreo en línea y evaluación que se realiza en torno a la tarea antes, durante y después que esta se ha realizado.

Evidencia de los procesos de monitoreo y control sobre su progreso personal, incluso cuando se trabaja en un entorno cooperativo (Gunstone, y Mitchell, 1998; Hartman, 2001).

Mediante el análisis hermenéutico de las 330 declaraciones, se categorizaron e identificaron las características del desarrollo metacognitivo de la muestra de niños evaluados con los que se trabajaron las dos situaciones experimentales en un momento transversal. Así, el análisis que se realizó se centró en las categorías de conocimiento metacognitivo (declarativo, procedimental y condicional) y regulación metacognitiva (planeación, búsqueda de fuentes, monitoreo, depuración y evaluación). Dichas descripciones de las características del desarrollo metacognitivo implicadas en la resolución de las situaciones se identificaron en los registros de las verbalizaciones de los estudiantes que diligenciaron los profesores, protocolos desde los cuales se infirieron los procesos que llevaron a cabo los estudiantes cuando se enfrentaron al desarrollo de las situaciones experimentales propuestas.

Tabla 2: Tipología de las preguntas diseñadas para identificar las categorías de investigación planteadas y las situaciones experimentales

Fuente: Elaboración propia.

Resultados

La red semántica 1 presenta la caracterización del conocimiento metacognitivo (declarativo) de los estudiantes, cuando se enfrentan al desarrollo de diferentes tareas específicamente en el experimento de combustión. La primera situación experimental que se les plantea consiste en la predicción de lo que ocurrirá cuando la vela se acerque al papel, de acuerdo con la pregunta que el profesor formula: ¿qué crees que sucederá cuando pones el papel en contacto con la llama? Los estudiantes responden:

E.1 “Se quema”

E.2 “El papel se quema” [… ]

E.7 “Se quema”

E.8 “Se quema”

E.24 “Se quema”

E.25 “Se quema”

Estas respuestas se refieren de manera específica a aspectos relacionados con el fenómeno estudiado. Son respuestas explicativas de tipo causa-efecto (Martí, 1995; Pozo, Gómez y Limón, 1991) que corresponden a declaraciones derivadas de procesos sensoriales y perceptivos en los que aún no se evidencia la presencia de procesos metacognitivos que se refieran de manera explícita, por ejemplo, a la planeación, al monitoreo y a la conciencia de sus propios procesos de pensamiento en relación con la tarea realizada.

La respuesta “el papel se quema” presentó una densidad de 27-2¹ (figura 1), es decir, que 27 de los 33 estudiantes evaluados describieron el fenómeno a partir de aspectos sensoriales y perceptivos.

Figura 1: Red semántica caracterización conocimiento metacognitivo (declarativo).

Elaboración propia

En otras palabras, el tipo de respuestas planteadas permite inferir la presencia en los estudiantes de un tipo de conocimiento declarativo-perceptual, referido exclusivamente a información de naturaleza sensorial acerca del fenómeno presentado, en la que no se evidencia conocimiento sobre la propia capacidad cognitiva ni acerca de la tarea o la estrategia o, si se tiene, al menos no se enuncia. Si bien este conocimiento declarativo sobre el fenómeno en sí mismo no hace referencia a los procesos de pensamiento de los estudiantes, sí se considera un detonante de futuras reflexiones metacognitivas de ellos.

Desde la presente investigación, se evidencia que el escaso conocimiento metacognitivo representa una verdadera limitación en las posibilidades de aprendizaje de la ciencia. En cuanto se ha considerado que para que los estudiantes sean exitosos en su aprendizaje no es suficiente con que entiendan y conozcan qué estrategias deben ser aplicadas, sino que es necesario que sepan aplicarlas eficazmente en situaciones de aprendizaje, lo que evidencia dominio del conocimiento condicional (Valle et al., 2009). Asimismo, se identificaron en los estudiantes algunas nociones científicas relacionadas con el fenómeno químico presentado (combustión), como se ilustra a continuación:

E.1 “Porque le pone fuego”

E.24 “Porque a el papel le ponen fuego y se quema”

E.3 “Porque la llama del fuego [… ]”

E.32 “Porque el fuego [… ] y el papel es más delicado”

E.4 “Porque es fuego”

E.9 “Por el calor de la vela hace que el papel se prenda”

Estas primeras aproximaciones conceptuales son importantes para reconocer algunos de los factores que intervienen en el proceso de la combustión. Se evidencia, debido seguramente al nivel de formación de los niños, la ausencia de análisis del fenómeno a nivel microscópico (presencia del oxígeno y de carbono), frente a lo cual autores como Pozo et al. (1991) han identificado que “usualmente en su comprensión de los fenómenos químicos, los alumnos buscan explicaciones a los cambios aparentes, pero no a los estados, lo que les va a generar dificultad para comprender todos aquellos conceptos que impliquen conservaciones no observables” (p. 86). Un escaso dominio del conocimiento metacognitivo es considerado por algunos autores esencial en el desarrollo de las habilidades metacognitivas, que serían necesarias para el logro de un aprendizaje profundo y transferible (Panadero y Alonso-Tapia, 2014).

En relación con el análisis del conocimiento declarativo, en la presente investigación en torno al reconocimiento de las características de la situación experimental propuesta, se plantea una actividad conocida como el poe (predecir, observar, explicar) (White, 1999), donde los estudiantes inicialmente deben predecir qué sucederá cuando se acerque una vela a una caja de papel con agua, luego se observa el experimento y posteriormente el estudiante explica lo sucedido. White (1999) considera que este tipo de actividades se convierten en una estrategia de comprensión adecuada para temas científicos, la cual, a su vez, promueve la reflexión metacognitiva (Bajar-Sales, Atendido y Camacho, 2015). La tabla 3 resume las ideas más recurrentes de los estudiantes ante la pregunta “¿Qué crees que sucederá cuando la llama de la vela entra en contacto con la caja de papel que contiene agua? Justifica tu respuesta (predicción)”; los estudiantes presentan respuestas como “el agua se evaporará” (figura 1 [16-2]) y que “la caja de papel se quemará” (figura 1 [222]). Este último código representa la predicción más alta; después de que los estudiantes observaron el experimento realizado por el docente, respondieron a la pregunta “¿Qué sucedió cuando la llama entró en contacto con la caja que contiene agua?”, con afirmaciones como “el agua no se sale” (11-1) y “la caja de papel no se quema” (figura 1 [15-4]).

Tabla 3: Datos cualitativos ideas de los estudiantes antes y después de observar la situación experimental

Fuente: Elaboración propia.

Se asume como un aspecto interesante en las respuestas dadas por los estudiantes la discrepancia que se evidencia entre las ideas iniciales (antes de observar el fenómeno) y las reflexiones que sobre el problema establecen los estudiantes después de observar el fenómeno. Al parecer, el diseño de ambientes de aula que promuevan la reflexión y toma de conciencia metacognitiva, respecto a los procesos cognitivos involucrados en una tarea, evitan respuestas mediadas por el sensual-empirísmo. Al respecto, Driver (1986) considera que una característica de este tipo de esquemas conceptuales de los estudiantes es su persistencia y resistencia al cambio en el contexto de un modelo de enseñanza tradicional. Son claras y evidentes las nociones sensoriales de los estudiantes (Pozo y Gómez, 2006), durante la predicción y explicación de un fenómeno científico, ideas generadas a partir del intento de dar significado a la situación presentada. Este análisis del conocimiento declarativo puede ser entendido como un tipo de conocimiento metacognitivo anclado a lo sensorial (Pozo et al., 1991), en cuanto se desconoce un tipo de metacognición dialética desde la cual pueda considerarse que “adquirir una actitud científica, implica hacerse preguntas sobre los estados de las cosas, sobre lo normal y lo cotidiano” (p. 86).

El análisis de la conciencia metacognitiva que poseen los estudiantes respecto a la validez o no de sus ideas sobre combustión promueve la reflexión sobre su progreso personal, tanto de manera individual como a través del trabajo cooperativo. La figura 2 presenta la caracterización de la toma de conciencia de los estudiantes respecto a su progreso personal.

Figura 2: Caracterización conciencia intrapersonal e interpersonal-combustión.

Elaboración propia.

Cuando se les pide a los estudiantes que justifiquen si sus respuestas son correctas o incorrectas, en un intento por develar la toma de conciencia de tipo intrapersonal, ellos analizan la validez de sus respuestas (figura 2, validez de sus respuestas: 16-2) desde lo que puede ser considerado como un sustento de tipo experiencial, argumentando “lo vimos en la clase” (figura 2, validez de sus respuestas 11-1).

E.3 “son correctas porque eso fue lo que sucedió”

E.10 “son correctas porque ya viví la…experiencia”

E.18 “son correctas porque he visto el experimento”

E.28 “si son correctas porque yo lo observé todo y puse atención”.

La población restante de estudiantes (17) proporcionó declaraciones desde las cuales se dificulta evidenciar la evaluación que hacen los estudiantes de sus respuestas, por ejemplo: “Cuando la vela entra en contacto con la caja de papel que contenía H₂0”:

E.3 “son correctas”

E.4 “son correctas porque eso pasaría”

E.30 “todas son correctas”

E.13 “correctas porque soy inteligente”

E.7 “sí, porque son de lógica”

En los estudiantes evaluados se observa escaso desarrollo de su capacidad para analizar sus propias respuestas desde una perspectiva científica. Puede señalarse que no existe un análisis riguroso y sistémico de posibles variables, incluso cuando se evidencia en sus declaraciones divergencia entre lo pensado y lo percibido; lo anterior se considera una característica notable del tipo de ideas de origen sensorial, basadas en un proceso de causalidad lineal simple (Crespo y Pozo, 2006; Pozo et al., 1991).

Finalmente, un número muy bajo de estudiantes se refiere de manera explícita al código: reflexión de aprendizajes adquiridos (figura 2 [11-4]), mostrando un nivel inicial de toma de conciencia sobre lo aprendido con respuestas como “el agua no se sale” (figura 2 [3-1]). Los resultados muestran que más de la mitad de los estudiantes no monitorean sus procesos cognitivos, probablemente por el poco conocimiento metacognitivo y el escaso uso de estrategias metacognitivas por parte de los docentes en el aula. Asimismo, se considera importante desde la presente investigación señalar la importancia de potenciar de manera cooperativa, probablemente mediante el trabajo en pequeños grupos, el desarrollo de una conciencia metacognitiva de naturaleza interpsicológica que permita el aprendizaje de pares y la referenciación del estudiante desde el nivel de conciencia metacognitiva del otro, respecto a los aprendizajes adquiridos en el aula de clase (Tamayo, 2006; Winne y Azevedo, 2014). La ausencia de conocimiento metacognitivo por parte de los estudiantes genera obstáculos en los procesos de aprendizaje de conceptos científicos. Este tipo de conocimiento estaría a la base del desarrollo de habilidades metacognitivas y de la conciencia metacognitiva (Blöte et al., 2004; Pennequin et al., 2010; Weil et al., 2013). Al respecto, Driver (1989) considera que, desde una visión constructivista del aprendizaje, se toman en cuenta estas ideas iniciales de los estudiantes, respecto al conocimiento científico, con el fin de diseñar procesos metodológicos en el aula que permitan la modificación gradual de esas ideas desde un desempeño metacognitivo que permita la autorregulación del aprendizaje por parte del estudiante.

En la medida que el estudiante sea capaz de monitorear (esto es realizar supervisión, desde la generación de conciencia), controlar (o regular, esto es tomar los resultados del monitoreo para dirigir el pensamiento y la conducta hacia una meta) y finalmente autorregular (capacidad para promover la integración entre el monitoreo y control metacognitivo), podrá desarrollar su propia capacidad de agencia desde procesos que favorezcan el monitoreo (supervisión) y el control (autorregulación) de sus propios procesos de aprendizaje. Estos tipos de pensamiento metacognitivo (Winne y Azevedo, 2014) solo se lograrían en la medida que los docentes incorporen el desarrollo de habilidades metacognitivas en la enseñanza y en el aprendizaje de las ciencias de manera intencional (Veenman, 2012).

Con el fin de validar las características de los procesos metacognitivos de los estudiantes presentados anteriormente, se analizan de nuevo estos procesos en relación con una segunda situación experimental que involucra el estudio del fenómeno de movimiento pendular (figura 3).

Figura 3: Caracterización conocimiento declarativo y conciencia-movimiento pendular.

Elaboración propia

Después de que los estudiantes construyeron tres bolas de plastilina del mismo tamaño, las ataron a cuerdas de 20, 40 y 60 centímetros y realizaron un movimiento pendular, se planteó la siguiente pregunta con el fin de caracterizar el conocimiento declarativo en relación a la tarea propuesta. “¿Por qué unas bolas se mueven más rápido que otras? (Explicación)”. Se corrobora la tendencia de los estudiantes a explicar el fenómeno adoptando un tipo de razonamiento causa-efecto derivado de su proceso sensorial. Los estudiantes asumen, entonces, que el movimiento de las bolas se relaciona con la longitud de los hilos, “hilos cortos movimiento rápido” (figura 3 [10-1]) e “hilos largos-movimiento lento” (figura 3 [7-1]).

El análisis de la toma de conciencia del estudiante evidencia, de nuevo, la ausencia de reflexión acerca de la validez de sus respuestas. El principal sustento que proveen para apoyar sus explicaciones se basa en un argumento de tipo experiencial, por ejemplo, ante la pregunta “¿Crees que tus explicaciones son ciertas o falsas, por qué? Justifica tu respuesta”; los estudiantes responden que son ciertas, porque “vieron lo que sucedió” (figura 3 [19-1]).

La observación, por ella misma, brinda una aparente credibilidad a sus respuestas, dejando de lado, como se planteó anteriormente, el análisis de otras variables como la cuantificación del periodo de oscilación de los péndulos. La población restante de los estudiantes “no analiza la validez de sus respuestas” (figura 3 [8-2]). Además de lo anterior, puede señalarse que, al analizar la conciencia de tipo interpsicológica, se concluye que la mayoría de los estudiantes poseen dificultades en reconocer los aprendizajes adquiridos durante el trabajo en pequeños grupos (figura 3 [29-1]).

Discusión

Desde los resultados encontrados en esta investigación, y desde el desempeño de los estudiantes en el tipo de experimentos propuestos (tareas de combustión y del péndulo), se confirma lo ya planteado en estudios previos en los que se señala que los estudiantes de estas edades (últimos cursos de educación primaria) serían principalmente “ejecutivos” inmediatistas, en el sentido de que dedican la mayor parte de sus esfuerzos a la ejecución de la tarea en lugar de dedicar también recursos cognitivos al diseño de un plan previo y a la evaluación posterior de los resultados, esto implicaría los mecanismos de planeación y autorreflexión (Cleary y Chen, 2009; García et al., 2016; Kramarski y Gutman, 2006; Montague, Enders, & Dietz, 2011, Panadero y Alonso-Tapia, 2014; Zimmerman y Moylan, 2009).

El tipo de respuestas dadas por los estudiantes, centradas en un tipo de conocimiento metacognitivo sensorial y en un escaso desarrollo de la conciencia metacognitiva, coinciden con lo señalado en otros estudios en los que se evidencian tareas y problemas de clase, en los que muchos estudiantes tienden a mostrar escasas habilidades metacognitivas en las situaciones de aprendizaje. Son estudiantes que pasan directamente a la acción, dan respuestas impulsivas y emplean la misma estrategia una y otra vez, incluso cuando esta no resulta adecuada, lo que les lleva a acudir a menudo a estrategias de ensayo y error, sin conocer y usar estrategias metacognitivas diferentes para las fases de planeación, ejecución y evaluación del aprendizaje (García et al., 2016).

Estos resultados encontrados en el presente ejercicio investigativo ponen en evidencia la débil relación entre el nivel de desarrollo del conocimiento metacognitivo y las habilidades metacognitivas, así como la necesidad de fomentar el desarrollo de ambos componentes desde edades tempranas del desarrollo, al tiempo que se enseñan y se aprenden los conceptos en la ciencia.

Dos aspectos se destacan: primero, se evidencia la necesidad de promover el desarrollo del conocimiento metacognitivo como base para el desarrollo posterior de las habilidades metacognitivas; y, segundo, la necesidad de aplicar estas estrategias en tareas reales, donde el estudiante y el docente evidencien la efectividad de las mismas. Se ha demostrado que la enseñanza intencionada de estrategias favorece la autorregulación del aprendizaje, y da resultados en la propia capacidad de agencia del estudiante, especialmente para el caso de estudiantes con dificultades de aprendizaje, con bajo rendimiento académico o incluso con deficiencias cognitivas (Brown y Palincsar, 1987; González-Pienda, Fernández, Bernardo, Núñez, y Rosario, 2014; Moos y Ringdal, 2012; Rincón, Sanabria y López, 2016; Stoeger y Ziegler, 2008).

Conclusiones

El auge en las últimas décadas de los estudios sobre la metacognición tanto en sus categorías fundantes (conocimiento, conciencia y regulación) como en otros campos emergentes (como los juicios metacognitivos y procesos de calibración del aprendizaje) continúa mostrando lo fascinante de este campo y, asimismo, lo complejo de su estudio, dados los diversos enfoques teóricos y metodológicos que constituyen este campo de conocimiento. De manera específica en el campo de la educación, hay coincidencia en un grupo importante de investigadores y profesores en cuanto al aporte de la metacognición a la buena enseñanza, así como en lo relacionado con el logro de aprendizajes en profundidad en los estudiantes. A continuación, se describen los principales hallazgos relacionados con el conocimiento y la regulación metacognitiva realizada por estudiantes en el proceso de aprendizaje de conceptos científicos.

Las explicaciones proporcionadas por los estudiantes representan un tipo de razonamiento causal-lineal orientado por una aproximación sensual-empirista del fenómeno analizado. Esta explicación fenoménica a la situación presentada no incluye otro tipo de variables que permitan una mejor explicación del fenómeno y, también, adolece de un proceso de reflexión metacognitiva que dé muestra del conocimiento y control del estudiante de sus procesos de pensamiento y de acción.

En las respuestas dadas por los estudiantes incluidos en el estudio, se infiere la dificultad para reflexionar sobre su conocimiento declarativo (creencias sobre sí mismos como aprendices) (Flavell, 1979, 1987), y para el desarrollo de la conciencia metacognitiva. Así los estudiantes evidencien discrepancias entre sus ideas antes y después del experimento, no emplean estrategias metacognitivas con el propósito de comprender lo sucedido; es decir, se evidencian limitaciones en el tipo de conocimiento declarativo el cual es orientado esencialmente por la información de su sistema sensorial.

El nivel de desarrollo del estado metacognitivo de los estudiantes no se corresponde con el desarrollo esperado para la edad y el rango madurativo, de acuerdo con las descripciones del desarrollo metacognitivo dadas por la literatura científica (Chernocova, 2014; García et al., 2016), con lo cual se evidencia la necesidad de seguir promoviendo en las aulas procesos de formación en los cuales los estudiantes encuentren oportunidades para favorecer el desarrollo del conocimiento y la conciencia metacognitiva desde edades tempranas.