Las ideas o explicaciones iniciales de los y las estudiantes en ciencias se han conceptualizado de diversas maneras, entremezclando con nociones como los preconceptos, modelos explicativos, concepciones alternativas o ideas intuitivas (Barke, Hazari y Yitbarek, 2009; Benarroch, 2001; Carrascosa, 2005; Concari, 2001; Driver, Newton y Osborne, 2000). Una posición posible en esta polisemia del constructo es entender que las “explicaciones iniciales” de los y las estudiantes son aquellas previas a la instrucción formal, mientras que el marco explicativo o explicación científica escolar se construyen mediadas por una enseñanza explícita e intencionada (Eberbach y Crowley, 2009; Márquez, Roca, Gómez, Sardá y Pujol, 2004). Las explicaciones científicas escolares son entendidas en este estudio como una construcción lingüística y cognitiva que hace una aplicación explícita de alguna teoría, que trasciende la descripción de patrones, para revelar las relaciones causales o mecanismos subyacentes a una situación o fenómeno (Yao y Guo, 2018). En la clase de ciencias, la explicación científica escolar apunta a que los y las estudiantes demuestren comprensión de los fenómenos naturales y no se refiere aclaraciones de conceptos o razonamientos aplicados a la resolución de problemas, empleados frecuentemente en clases de ciencias (Braaten y Windschitl, 2011). Los mismos autores indican que las explicaciones científicas escolares requieren, por tanto, de la sustentación teórica de las afirmaciones, aludiendo a entidades no visibles a simple vista, teorías o a grandes ideas científicas vinculadas con las causas del fenómeno. Estas entidades no visibles son, para Ogborn, Kress y Martins (1996) uno de los elementos clave que permiten diferenciar una descripción del fenómeno del nivel siguiente, en orden cognitivo, que es explicar la dinámica del fenómeno a partir de aquello invisible a los sentidos, es decir, el por qué subyacente al devenir del fenómeno).

En términos de investigación, en lenguaje español los estudios que abordan esta temática son insuficientes (Meneses et al., 2018). Los estudios en Chile sobre explicaciones científicas escolares han encontrado que los y las estudiantes de educación básica escasamente vinculan los fenómenos con principios subyacentes o evidencia científica en sus explicaciones iniciales (Cabello, 2016; Sommer y Cabello, 2018), lo que coincide con estudios internacionales en niveles similares de escolaridad (Forbes et al., 2014; Songer y Gotwals, 2012). Sin embargo, las explicaciones científicas escolares son susceptibles de ser enriquecidas en unidades pedagógicas intencionadas explícitamente hacia el lenguaje académico (Meneses et al., 2018). En estudiantes de enseñanza media, Moreira, Marzabal y Talanquer (2019), caracterizaron las explicaciones escolares en un tópico de química visibilizando el razonamiento que subyace a las producciones escritas, y, a su vez, describiendo un amplio rango de patrones de pensamiento de los y las estudiantes, el cual en varios casos difería del modelo científico escolar esperado por sus docentes. Consideramos que las explicaciones científicas escolares contribuirían a visibilizar el pensamiento de los y las estudiantes sobre diversos fenómenos -tanto aquellas explicaciones que son iniciales, es decir, previas a la instrucción formal como aquellas que se construyen en la escolaridad-, en especial cuando se utilizan estructuras de apoyo que contribuyen a tomar conciencia sobre las ideas y su estructuración en una producción textual disciplinar específica como lo es la explicación científica escolar.

En educación en ciencias las habilidades cognitivo-lingüísticas más importantes son la descripción, la explicación y argumentación (Jorba et al., 2000; Milne, 2012), las que se influyen mutuamente (Osborne y Patterson, 2011). La validez de una explicación usualmente requiere argumentación y el proceso de argumentación usualmente involucra múltiples explicaciones (Tang, 2016). La explicación busca generar entendimiento sobre un fenómeno basándose en conocimiento científico previo, formular nuevas teorías para comprender las causas o génesis de un fenómeno, mientras que la argumentación busca justificar un hallazgo del conocimiento, persuadir a alguien sobre éste o expandir una controversia a partir, por ejemplo, de un debate (Osborne y Patterson, 2011). La descripción delimita el fenómeno a partir de sus características perceptibles (Zangori y Forbes, 2013), por lo que la explicación supera en complejidad a la descripción y la argumentación implica un nivel distinto de organización y finalidad que la explicación. Al desglosar una explicación en una afirmación y en su fundamento científico, tal como lo proponen Braaten y Windschitl (2011), la tarea de relacionar la afirmación con las causas del fenómeno y con conceptos o teorías científicas se condice más con el concepto de explicación para representar(se) un fenómeno natural que con las habilidades necesarias para producir una explicación en el marco de la argumentación científica. Siguiendo esta línea conceptual, la explicación no se relacionaría directamente con el debate de ideas como la argumentación, sino más bien con la creación de sentido o construcción de conocimiento a partir del fenómeno, por ende, es relevante hacer la distinción a la hora de diseñar apoyos pedagógicos que permitan a los y las estudiantes desarrollar cada una de estas habilidades en su especificidad (Berland y McNeill, 2012).

Los andamios son apoyos que se van adaptando a los avances del proceso de aprendizaje de los y las estudiantes, destinados a satisfacer el objetivo de aprendizaje y pueden ayudarle en la conquista de su zona de desarrollo próximo (en adelante, ZDP) (McNeill, Lizotte, Krajcik y Marx, 2006). Este concepto es entendido como la distancia que existe entre el desarrollo cognitivo de la o del estudiante y su desarrollo potencial, zona en la que se favorece el aprendizaje mediante interacciones intencionadas con algún adulto o par más experimentado en la tarea específica (Cole, 1984; Vigotsky, 1979). Es justamente en esta zona donde los apoyos pedagógicos, entendidos en el marco vigotskiano como andamios (Guilar, 2009), pueden ser incluidos y luego retirados en el momento preciso en que el estudiante es capaz de desarrollar por si solo la tarea, práctica o actividad, con el fin de que el mismo desafío propuesto por el apoyo sea el que movilice el desarrollo de las habilidades que están en juego (Vigotsky, 1979).

Profundizando en los andamios van de Pol, Volman y Beishuizen (2010), en un estudio que recopila una década de investigación sobre andamiajes, argumentan que el concepto de andamio ha sido desvirtuado de su sentido original, confundiéndose muchas veces con recursos pedagógicos comunes que se mantienen sin variación aún si el estudiante ha avanzado en su aprendizaje. Estos autores sostienen que para que un andamio califique como tal debe cumplir con las siguientes características:

1. 1. Contingencia, es decir, incluye y/o permite una constante adaptación a los avances de cada estudiante.
2. 2. Retiro gradual, es decir, posibilidad de retiro adaptativo de estructuras en la medida que el estudiante vaya avanzando en su proceso de aprendizaje. Esto incluye la posibilidad de un retiro total, si la estructura del apoyo ha sido internalizada por el estudiante.
3. 3. Transferencia de responsabilidad, el dispositivo incluye gradualmente la toma de responsabilidad por parte del estudiante en relación con su proceso de aprendizaje. Es decir, mientras menos apoyo requiera el estudiante, mayor será la autonomía que se persiga, por ende, la autonomía que se quiere desarrollar en el estudiante se transfiere paulatinamente a través del retiro gradual de los andamios, proceso en el cual él puede decidir.

Los mismos autores reconocen que estas tres características, sobre todo, la contingencia, forman parte de una enseñanza personalizada, que puede ser difícil de implementar con grupos grandes de estudiantes especialmente para el desarrollo de habilidades de alto orden o complejas.

Construir explicaciones de fenómenos naturales con sustento científico es difícil para los y las estudiantes (Lee y Songer, 2004; McNeill et al., 2006; McNeill y Krajcik, 2009; Ruiz-Primo, Li, Tsai & Schneider, 2010; Zangori y Forbes, 2013). Que los y las docentes diseñen apoyos específicos a la construcción de explicaciones es una necesidad crítica, lo cual favorecería intervenciones pedagógicas específicas según las características de sus estudiantes (Braaten y Windschitl, 2011; Zangori y Forbes, 2013) y la naturaleza de la construcción de explicaciones científicas escolares (Meneses et al., 2018). De no ofrecerse dichos apoyos pedagógicos en la sala de clases, las tareas inherentes al desarrollo de habilidades científicas de complejidad creciente tales como describir, explicar y argumentar, podrían resultar alejadas de la ZDP de los y las estudiantes (Lee y Songer, 2004; McNeill et al., 2006).

Las investigaciones orientadas a apoyar pedagógicamente a los y las estudiantes con sistemas de andamios, ya sea con el fin de desarrollar sus conocimientos científicos y/o sus habilidades o prácticas científicas han ido en aumento internacionalmente en los últimos años (i.e Oktavianti, Handayanto, Wartono y Saniso, 2018; Tang, 2015, 2016). De aquellas investigaciones que sustentan sus conclusiones en evidencia, se han seleccionado elementos que vislumbran avances respecto a su efectividad, útiles para el diseño e implementación de sistemas de andamiaje, descritos a continuación.

Los andamios escritos han probado ser eficaces para el trabajo con grupos grandes de estudiantes. Aplicando diversas mediciones de la calidad de las explicaciones de estudiantes antes y después de un sistema secuenciado de andamios escritos de retiro gradual, se ha observado que existen avances tanto en la habilidad para explicar, como en la comprensión de los fenómenos naturales (Hsu, Lai y Hsu, 2015; Lee y Songer, 2004; McNeill y Krajcik, 2009; McNeill et al., 2006). En el trabajo en aula con grupos de entre 25 a 45 estudiantes, considerados en este estudio como grupos grandes, los andamios escritos entregados individualmente para que ellos y ellas escriban sus explicaciones, posibilitan al docente entregar una retroalimentación personalizada al revisar sus productos e ir ajustando la estructura de apoyo según el avance personal (Sommer y Cabello, 2018). Por ejemplo, a partir de los avances observados, se pueden volver a entregar los mismos apoyos escritos a quienes los requieran y apoyos reducidos a aquellos(as) estudiantes más avanzados(as).

También se ha determinado que el uso de andamiajes retirados gradualmente mientras los escolares internalizan la estructura explicativa, enriquece sus explicaciones (Sommer y Cabello, 2018), mientras que si se disminuye gradualmente el andamiaje mejora la habilidad de explicar solo si a la vez los niños logran una comprensión conceptual de los principios, ideas o teorías subyacentes al fenómeno (McNeill et al., 2006).

Sin embargo, proveer a los y las estudiantes solamente de un tipo de andamios no constituye necesariamente un apoyo eficaz (Hsu et al., 2015; McNeill y Krajcik, 2009). Es decir, la implementación de sistemas de andamiajes amplios y variados, llamados “distributivos” -por ejemplo, el apoyo directo del (de la) docente, trabajo entre pares o grupos pequeños, ejercicios metacognitivos, entre otros-, son positivos para generar una sinergia que contribuya en su conjunto a apoyar al estudiantado en sus progresos en la habilidad de explicar (Hsu et al., 2015; Park et al., 2020; Rappa y Tang, 2018). La condición de contingencia, es decir, la adaptación a los avances de cada individuo se potencia mediante los andamios distributivos al compensar las limitaciones de los andamios escritos cuando son aplicados como única alternativa (Hsu et al., 2015).

Dado lo anterior, un sistema de andamios adecuado para el desarrollo de explicaciones debiera incluir tanto andamios genéricos, es decir, que apoyen el desarrollo de la habilidad para explicar fenómenos, como andamios de contenidos, es decir, aquellos orientados a apoyar el aprendizaje de conceptos, teorías o postulados científicos involucrados y su aplicación a los fenómenos (McNeill y Krajcik, 2009). De hecho, estos mismos autores observaron avances en la explicación de fenómenos al realizar cambios de temática a explicar, gracias a un mayor apoyo mediante andamios de contenidos.

Adicionalmente, se ha planteado la utilidad de implementar sistemas de andamiajes enmarcados en los métodos de enseñanza que integren el ciclo indagatorio, ya sea, mediante el aprendizaje de las ciencias basado en indagación, en la resolución de problemas, en proyectos u otros (Hsu et al., 2015). Este ciclo se inserta en un enfoque metodológico que insta a los y las estudiantes a generar explicaciones como respuestas a problemas o preguntas (Hsu et al., 2015), haciendo uso de las formas en las cuales los científicos construyen conocimiento y proponen explicaciones (Garritz, 2010). Si bien el proceso indagatorio no necesariamente implica una secuencia lineal de pasos (Newman et al., 2004), incluye elementos relacionados con las habilidades científicas de identificación y focalización en un problema o pregunta, exploración de posibles respuestas o antecedentes, formulación de hipótesis, modelos y/o explicaciones junto a su puesta a prueba, y la aplicación de los nuevos conocimientos en función del problema o pregunta (Abd-El-Khalick et al., 2004). Estos procesos permiten ganar creciente autonomía en el estudiantado cuando da sustento a sus explicaciones, visibilizando su pensamiento y aproximándose sucesivamente a las prácticas científicas (Hsu et al., 2015; McNeill y Krajcik, 2009; McNeill et al., 2006).

A pesar de la efectividad demostrada en algunos estudios internacionales (Hsu et al., 2015; Lee y Songer, 2004; McNeill y Krajcik, 2009; McNeill et al., 2006), un desarrollo de sistemas de andamiaje diverso y adaptable a los avances de los y las estudiantes sin una adecuada preparación docente no es garantía de un proceso exitoso para desarrollar explicaciones científicas escolares. Una investigación realizada por Zangori y Forbes (2013) con futuros maestros y sus estudiantes concluyó que dependía de la preparación de las y los futuros profesores(as) el apoyo que podían proveer a sus estudiantes en la formulación de explicaciones. Observaron también que si las nociones acerca de lo que es -y no es- una explicación científica no estaba clara para el profesorado en formación y si, a su vez, las prácticas para apoyar a los y las estudiantes eran inadecuadas, sus intervenciones en clases de ciencias no fomentaban adecuadamente el desarrollo de explicaciones de fenómenos naturales por parte de los y las estudiantes.