La búsqueda de los artículos, se llevó a cabo en las bases de datos Web of Science y Scopus, empleando la opción de búsqueda avanzada, para el caso de Scopus Titulo-Abstract-Palabras clave y para Web of Science se emplearon las siglas TS = para la búsqueda de los documentos por tópico. Las ecuaciones de búsqueda emplearon el operador boleano AND, así mismo, se utilizaron operadores de truncamiento y caracteres comodín como los paréntesis “()” con el fin de introducir más de dos términos en la misma ecuación, utilizando un operador lógico y el asterisco “*” al final de las palabras con el propósito de encontrar todas las formas posibles. A continuación, se presenta las ecuaciones de búsqueda empleadas (Conceptual Change) AND (chemistry Learning) (Conceptual Change) AND Science education* AND chemistry Learn

La tabla 1, presenta el número total de artículos encontrados para cada una de las ecuaciones, teniendo en cuenta los criterios de búsqueda y el número final de artículos seleccionados después de aplicar el rango de tiempo establecido 20092019. Durante el análisis y limpieza de datos, se excluyeron aquellos artículos que, por ejemplo, enfocaron su estudio en el aprendizaje de la física o la biología, ya que, al emplear la primera ecuación de búsqueda, la palabra Science education, nos mostraba estudios que involucraban temas en biología, física e incluso astronomía. Por tal motivo, la segunda ecuación de búsqueda nos permitió focalizar la búsqueda en artículos relacionados exclusivamente con el aprendizaje de la química

Tabla 1
Compilación de los datos

La fase 1 hace referencia a la primera tendencia de investigación encontrada, la denominaremos de naturaleza epistemológica o unidimensional. Acá ubicamos aquellos estudios que se interesaron por explorar la naturaleza conceptual de las ideas de los estudiantes, durante el aprendizaje de diferentes temas en química como (estructura de la materia, átomo, energía de ionización, entre otros) y sus procesos de cambio, producto de un método de enseñanza determinado.

Los estudios de (Posner, Strike, Hewson & Gertzog 1982; Margel, Eylon & Scherz, 2008; Adadan, Trundle & Irving, 2010; She & Liao, 2010; Talanquer, 2010; Taber & Tan, 2011; Hadenfeldt, Liu & Neumann, 2014; Adadan & Yavuzkaya, 2018; Freire, Talanquer & Amaral, 2019), se caracterizan por indagar estas ideas empleando pruebas de pre-test, post-test y retención 3 en estudiantes de secundaria, media y universitarios. El objetivo principal de los pretest, en su mayoría cuestionarios validados y estandarizados por expertos o diseñados por los mismos investigadores, es caracterizar las ideas iniciales de los estudiantes, sobre el tema estudiado en cuestión, ello permite establecer una línea base, sobre los conocimientos iniciales de los estudiantes. Los post-test, tienen como finalidad reconocer las variaciones o cambios en los puntajes, o en el número de respuestas correctas, para establecer el cambio o transformación de las ideas iniciales de los estudiantes. Por último, los test de retención, aplicados usualmente tres meses después de los procesos de enseñanza, miden la retención de los conceptos científicos de los estudiantes, con relación al tema estudiado y la presencia de concepciones alternativas que pueden emerger de nuevo.

Por ejemplo, en el estudio de Adadan et al. (2010) a pesar de usar los pre-test, post-test y test de retención, encontraron que tres meses después de la enseñanza solo siete de los diecinueve estudiantes mantuvieron una compresión científica. Sugieren, además, que los maestros deben incorporar otro tipo de estrategias para la externalización de las ideas de los estudiantes, fomentando el uso y la construcción de representaciones pictóricas por parte estos estudiantes, donde se presenta una explicación o justificación del contenido. Por su parte, Harrison y Treagust (2001) argumentan que las calificaciones que obtienen los estudiantes en los exámenes estandarizados, no son indicadores certeros para indicar o aseverar una comprensión conceptual. Por último, Tseng et al. (2010) investigadores que también emplearon los pretest, post-test y test de retención, señalan que, si bien 127 estudiantes involucrados en su estudio sobre el concepto de ácido, base y sal habían participado de manera activa en las clases, la mayoría de estos estudiantes, conservaban, concepciones alternativas, lo anterior asociado a procesos de enseñanza enmarcados en modelos tradicionales. Resumiendo lo expuesto anteriormente, si bien estos estudiantes permiten evidenciar procesos de cambios conceptual, los autores planteando la necesidad de pensar en ambientes de aula, que desborden los modelos de enseñanza tradicional, también hacen un llamado a dudar de los resultados obtenidos en las pruebas que solo proveen datos cuantitativos (Tseng et al., 2010).

De los 12 artículos analizados en la presente revisión, 10 son estudios que se encuentran en la fase uno de los estudios del cambio conceptual. Con excepción de los textos de (Hadenfeldt et al., 2014; Talanquer, 2009) quienes hacen una revisión analítica de la literatura, por ejemplo, de las concepciones alternativas identificadas en los estudiantes sobre la naturaleza particulada de la materia. Para el caso concreto del estudio de Hadenfeldt et al. (2014) y Talanquer (2009), estos autores proponen identificar, rastrear y proponer un modelo que identifique las concepciones alternativas de los estudiantes con relación a la naturaleza particulada de la materia. En estos artículos, la población que más se estudió, fueron los estudiantes de básica secundaria, desde los grados 7, 8, 9 y 10. Solo en tres estudios se explora la población universitaria (Freire et al., 2019, Adadan & Yavuzkaya, 2018, Cooper et al., 2013). Población que consideramos ha sido poco explorada.

Con relación a los temas de química más estudiados, encontramos el tema de estructura particulada de la materia, donde de los 10 artículos, 5 pesquisas estudian este tema (Hadenfeldt, et al., 2014; Adadan & Trundle, 2010; Talanquer, 2009, 2010; Margel et al., 2008). Para estos autores la importancia del estudio de la naturaleza particulada de la materia, se debe a que, es un concepto nuclear en química, para Adadan y Trundle (2010) “es el concepto más central en el currículo de ciencias en términos de su potencial para proporcionar una base para explicar una variedad de temas en química, como lo enlace químico, el cambio químico, la disolución” (p. 1006). De allí la importancia, de que, los docentes de química, conozcan de primera mano las concepciones alternativas o ideas implícitas de los estudiantes, en el aula de química, con el fin de diseñar escenarios y espacios de aula que propenda por la transformación de estas ideas. Hadenfeldt, et al. (2014) señalan que, para una adecuada compresión de la estructura particulada de la materia, se requiere una interrelación profunda de 4 aspectos principales (estructura y composición, propiedades físicas y cambio, propiedades químicas y cambio y conservación). Por otra parte, los demás temas examinados fueron: conceptos térmicos como; calor, temperatura, equilibrio térmico, la conductividad térmica y los cambios de fase (Adadan & Yavuzkaya, 2018), geometría molecular (Cooper et al., 2013), energía de ionización (Taber & Tan, 2011).

En síntesis, lo que deseamos resaltar de esta primera tendencia de investigación es que, se explora los procesos de cambio conceptual desde una perspectiva unidimensional, o puramente epistemológica, solo da cuenta del progreso conceptual de los estudiantes, basados en el análisis de los resultados iniciales, finales y de las pruebas de retención, producto de tratamiento de los datos a través de paquetes estadísticos. Estos estudios, limitan la posibilidad de indagar por otros factores externos que pueden estar implicados en los procesos de cambio conceptual. Tamayo (2010) señala que la mayoría de los estudios del cambio conceptual se circunscriben casi de manera exclusiva en la dimensión conceptual o epistemológica, por lo tanto, deben darse cabida a dimensiones como la afectiva, la sociocultural y la socio-histórica.

La segunda tendencia la denominaremos estudios multidimensionales (estudios que exploran la dimensión epistemológico, ontológico y motivacional), en estas pesquisas no solo se analiza el cambio o transformación de las ideas desde un aspecto epistemológico, sino que reconocen que las motivaciones, los factores sociales y la dimensión ontológica inciden en los procesos de cambio conceptual. De los artículos seleccionados en esta revisión, solo 2 de los 12 se encuentran en esta fase o perspectiva (Harrison & Treagust, 2001; Tseng, Tuan & Chin, 2010). Lo anterior es inquietante, ya que, al interior del cambio conceptual existe estudios que dan cuenta de la importancia de vincular la dimensión emotiva-afectiva, autorreguladora, como, por ejemplo, los estudios de (Vosniadou, 1994; Pea 1994; Ebenezer & Gaskell, 1995; Basili & Sanford, 1991Sinatra & Pintrich, 2003).

En el estudio de Harrison y Treagust (2001), el cual se desarrolló durante 36 semanas, los estudiantes tuvieron la oportunidad de representar la estructura de átomos y moléculas, así mismo, se les pedía explicar las características y componentes de su dibujo, a través de las grabaciones de audio y video, se podía captar las interacciones de los estudiantes con el material de estudio y con el docente. Sus hallazgos dan cuenta que los factores personales e intereses influyen significativamente en los resultados de aprendizaje. En el análisis de uno de los dos estudiantes, que hicieron parte del estudio de caso en profundidad, encontraron que si bien, Dan era un estudiante aplicado, capaz e inteligente, fuertemente comprometido con la obtención de altas calificaciones, sin ser esto un aspecto negativo, solo se restringía a desarrollar las actividades en las que se obtuviera alguna nota, no se comprometía con otro tipo de actividades que involucraran el desarrollo de una forma científica de pensar.

Para Sinatra y Pintrich (2003) el cambio conceptual no puede restringirse al cambio o transformación de las estructuras cognitivas internas del sujeto cognoscente, este al parecer está fuertemente influenciado por aspectos externos también. Motivaciones, entorno social y cultural. Agregan estos autores que, debemos permitirle al estudiante tomar un rol activo en su propio proceso de aprendizaje, un aprendiz intencionado es aquel estudiante que hace uso deliberado de su conocimiento y creencias, para lograr objetivos claros y definidos, en los que la autorregulación de los procesos cognitivos y ciertas disposiciones cognitivas y afectivas incidan en logro de una actividad concreta.

Con relación a la investigación de Tseng, Tuan y Chin (2010), emplean dos tipos de cuestionarios, uno para diagnosticar e identificar las ideas de los estudiantes sobre el tema de ácidos, bases y sales (CDT) y otro cuestionario para indagar el estado motivacional de los estudiantes hacia el aprendizaje, por último, las actividades de aprendizaje se desarrollan a través de un modelo de aprendizaje digital de construcción y reconstrucción digital del concepto científico. Comienzan planteando que, el cambio conceptual demanda que los estudiantes re-evalúen su conocimiento. Adicional a lo anterior, consideran que los factores afectivos y motivacionales deben incluirse en el estudio de cambio conceptual.

Dentro del componente motivacional, algunas de las preguntas que se les plantearon a los estudiantes fueron las siguientes: Autoeficacia: “no tengo confianza en aprender conceptos difíciles”; Aprendizaje activo: “cuando aprendo algo nuevo, trato de conectarlo con mis experiencias previas”; Valor del aprendizaje de las ciencias: “pienso que la naturaleza y la tecnología, son importantes porque se pueden usar en la vida cotidiana”; Desempeño en las tareas: “participo en las actividades para mejorar, puedo hacerlo mejor que otros”, entre otras. Para establecer la relación entre el cambio conceptual y la dimensión motivacional, se realizó un análisis de correlación de Pearson entre las seis escalas SMTSL (cuestionario del estado motivacional de los estudiantes hacia el aprendizaje y la cantidad de cambio conceptual). Los resultados mostraron que, después de experimentar el aprendizaje digital DSLM, los puntajes post-test-CDT y test- CDT (de retención) de los estudiantes fueron significativamente más altos que los puntajes pre-test CDT. Además, el análisis de correlación de Pearson indicó que el cambio conceptual de los estudiantes se correlacionó significativamente con factores motivacionales como la autoeficacia (SE), la estrategia de aprendizaje activo (ALS), el valor del aprendizaje de las ciencias (SLV), el Desempeño de las tareas (AG) y estimulación del ambiente de aprendizaje. Adicional a lo anterior, encuentran presencia de concepciones alternativas en los estudiantes con relación al tema estudiado, derivado de ello plantean la necesidad del diseño de entornos de aprendizaje que desborden los modelos de enseñanza tradicional.

Resumiendo lo antes expuesto, queremos resaltar en esta fase 2, el punto de partida de estos estudios es la indagación e identificación de las ideas o concepciones iniciales de los estudiantes. En esta fase los estudios cualitativos toman fuerza, ya que se desea comprender el fenómeno del cambio conceptual desde el reconocimiento de lo que dicen, hacen, sienten y representan los estudiantes en su entorno social. Por ejemplo, los análisis descriptivos y comprensivos como los estudios de caso (Harrison & Treagust, 2001), el uso intensivo de entrevistas semi-estructuradas (Cooper, Corley & Underwood, 2013) y la fenomenografía (Ebenezer & Gaskell, 1995).

En esta línea multidimensional los autores consideran que el cambio conceptual no puede solo restringirse a los aspectos cognitivos. Por ejemplo, los aspectos motivacionales y metacognitivos implican un compromiso por parte del estudiante (Sinatra & Pintrich, 2003; Tamayo, 2010) como ya se mencionó. Así mismo, el trabajo grupal cooperativo genera un entorno viable para que los estudiantes superen conceptos erróneos, ya que, permiten la discusión y revisión de las ideas (Basili & Sanford, 1991. Por último, Harrison & Treagust (2001) plantean la necesidad de evaluar la comprensión conceptual desde diversas fuentes con el fin de conocer los niveles de comprensión en tareas que demandan procesos cognitivos diferentes a la memorización.

Algunos de los obstáculos detectados en el aprendizaje de la química se relacionan en términos de Furió y Furió (2018) con la visión realista ingenua desde la cual los estudiantes interpretan los fenómenos naturales y químicos, los estudiantes rara vez dudan de tal percepción. Agregan los autores que no basta con identificar, caracterizar y clasificar las ideas de los estudiantes, es necesario ir más allá. Con relación a lo anterior, Vosniadou (2007) plantea la necesidad de ayudar a los estudiantes a desarrollar una conciencia metaconceptual. Por ello consideramos que, en los estudios del cambio conceptual al interior del aula de química, los docentes y los investigadores debemos fortalecer más este aspecto. No podemos ver el cambio conceptual como la simple sustitución de una idea por otra.

Por otra parte, autores como (Johnstone, 1991; Furió & Furió, 2018; Gois & Giordan, 2003; Gilbert & Treagust, 2009) destacan la importancia de que los docentes de química, incorporemos las tres dimensiones del conocimiento químico a nivel macroscópico, submicroscópico y simbólico. Entendiendo la dimensión macroscópica, como aquella que se ocupa de los fenómenos y procesos que son percibidos a través de los sentidos (color, olores, texturas), por su parte, la dimensión submicroscópica como ese conocimiento químico, que se ocupa a nivel molecular de entender la interacción entre las partículas y la dimensión simbólica, implica la comprensión e interpretación de las representaciones cuantitativas, por ejemplo, cuando se emplea un ecuación química, con valores numéricos o gráficos. Consideramos teniendo en cuenta la revisión realizada, que las investigaciones sobre cambio conceptual en química, han olvidado la importancia de incorporar de manera consciente e intencionada, estos tres niveles, con el fin de contribuir a la comprensión de los fenómenos químicos. Talanquer (2009) señala que, las explicaciones y predicciones de los alumnos, sobre, por ejemplo, las propiedades de las sustancias, que se fundamentan en supuestos implícitos, trasladan muchas de las propiedades macroscópicas al nivel submicroscópico.

Por último, otro aspecto desconocido o poco estudiado por estas investigaciones, es la importancia del desarrollo de habilidades visoespaciales para el aprendizaje de la química tal como lo plantea Bodner y Pribyl (1987); Wu y Shah (2004); Harle y Towns (2011). En síntesis, estos autores plantean, la necesidad de hacer explícitas las relaciones espaciales de las representaciones que se usan en las clases, para promover las habilidades de visualización de los estudiantes de estructuras 2D-3D, lo anterior puede lograrse a través de la enseñanza de las características de diferentes representaciones moleculares (2D-3D). Consideramos que este aspecto debe ser fundamental, en los estudios del cambio conceptual al interior del aula de química.