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El concepto de gen y cromosoma, conocimientoestructurante de la Biología. Algunas aportaciones
desde la investigación en enseñanza de las ciencias
The concept of gene and chromosome, strcture-knowledgeof the Biology. Some contributions from investigations in
sciences teaching
Dalia Diez de [email protected]
Universidad Pedagógica Experimental LibertadorInstituto Pedagógico de Caracas
RESUMEN
Se refiere a una investigación de tipo documental descriptiva,sobre la importancia del concepto de gen y cromosoma en la Biología delsiglo XXI, como concepto en tensión según filósofos e historiadores de laBiología durante el siglo XX, así como sus repercusiones en laenseñanza de esta disciplina para diferentes niveles educativos (básica,media y superior). Gen y cromosoma son considerados conceptosestructurantes de la Biología, por lo que se presentan resultados deinvestigaciones realizadas por cerca de una década en enseñanza de laBiología, se plantean recomendaciones a docentes e investigadorespara futuras investigaciones en el campo.
Palabras clave: Investigaciones en enseñanza de la biología; conceptosestructurantes de la Biología; gen y cromosoma; historia y filosofía de labiología
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El concepto de gen y cromosoma, conocimiento estructurante de la Biología. Algunas apor-taciones desde la investigación en enseñanza de las ciencias
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ABSTRACT
Investigation of type descriptive documentary about to theimportance of the concept of gene and chromosome in the Biology ofcentury XXI, like concept in “tension” for philosopher and historians of theBiology in the XX century whit repercussions in teaching for differenteducative levels. Gene and chromosome are considered structure-concepts of the Biology, reason why results of investigations made bynear of ten years on the science teaching and biology teaching; raiseseducational and investigating recommendations to for in the field.
Key words: Investigations in biology teaching; structure-concepts of theBiology; gene and chromosome; history and philosophy of biology
INTRODUCCIÓN
La presente investigación, de tipo documental- descriptiva, trata elestudio sistemático de investigaciones publicadas en revistas de recono-cido prestigio sobre la enseñanza de las ciencias, en relación a los con-ceptos de gen y cromosoma, por ser considerados conocimientos esen-ciales para el aprendizaje de la biología y por su actual relevancia en elcampo de esta ciencia.
El propósito de la misma es formular algunas recomendacionespara atender, desde el área de la enseñanza de la biología, la dificultadque confrontan estudiantes de diferentes niveles educativos en el apren-dizaje de dichos conceptos y sus implicaciones en la transferencia deconocimientos a otros campos o áreas de las ciencias, tales comoGenética, Genómica, Biotecnología, Evolución, entre otras.
En los programas de formación inicial de docentes de Biología ypara actividades de formación profesional de profesores en ejercicio, eltratamiento de éstos conceptos debe ser cuidadoso, ya que sus concep-
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ciones previas pueden incidir notablemente al momento de organizar laenseñanza con sus estudiantes y de manera importante afectar su apren-dizaje significativo.
En biología, al igual que otras ciencias, existen conceptos clave oestructurantes sobre los cuales se edifica un conocimiento más integral ycomplejo (Gagliardi, 1986; García, 1988) por lo cual el concepto de genes considerado uno de ellos (Jouve,1995; Banet y Ayuso, 1998). Por otraparte, en la propia Biología este concepto ha pasado por procesos decambio y transformaciones y que según señala Charbell (2005), para elsiglo XX el gen es considerado como uno de los referentes o conceptomarco en la historia de la ciencia. De la misma manera, Falk (2000) plan-tea que el gen es considerado por los filósofos e historiadores de las cien-cias como uno de los conceptos en “tensión” para el siglo XXI.
En la enseñaza formal de la biología los contenidos de gen y cro-mosoma son tratados en una variedad de investigaciones educativas enlas que se han realizado diferentes tipos de desarrollos instruccionales,se han elaborado una variedad de materiales didácticos donde se emple-an imágenes externas, analogías, proposiciones, etc. y sobre los que sehan diseñado y aplicado estrategias y actividades para mejorar su ense-ñanza (Saddler, Troy y otros, 2005; Andrioli y Mudry, 2005; Juárez yManresa, 2005; Codina, 2005; Kurvink y Bowser, 2004: Chinnick, Yue yTorres, 2004; Zohar y Nemet, 2002; Ayuso y Banet, 2002; Carrero yReyes ,2000; San Valero, 1995). Todo ello, con el fin de tratar de favore-cer en el estudiante la construcción de representaciones mentales ade-cuadas que le permitan lograr un aprendizaje significativo.
La revisión de investigaciones realizadas con estudiantes de dife-rentes niveles educativos (media, básica y superior) sobre gen, ADN ycromosoma señalan que para lograr su aprendizaje se requiere tenerconocimientos previos provenientes de otras ciencias, como, por ejem-plo, de la Química. En este sentido, Pino (2003) aborda en su investiga-
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ción aspectos del proceso mental que emplean los estudiantes paraaprender los conceptos de ADN, gen y cromosoma, usando como estra-tegia instruccional la elaboración de mapas conceptuales por parte deestudiantes del 9° grado de Educación Básica en Venezuela. Esta auto-ra señala entre sus hallazgos, que los estudiantes requieren conocer pre-viamente sobre compuestos químicos específicos, así como tener cono-cimientos de estructura, entre otros, para llegar a comprender la molécu-la del ADN como constituyente del gen y del cromosoma.
Otros investigadores señalan que, entre los contenidos biológicosque ocupan una mayor atención de docentes e investigadores en la ense-ñanza de la Biología están los relacionados con la Genética (Banet yAyuso, 2000; Ayuso y Banet, 2002). La mayoría de los conceptos genéti-cos se basan en entidades teóricas construidas dentro de sistemas con-ceptuales abstractos, hipotéticos deductivos y, dentro de ellos, los cientí-ficos han derivado mecanismos para tratar de comprender las funcionesque cumplen dentro de los sistemas vivos (Baker y Lawson, 2001).
Gen concepto en tensión para el siglo XXI
Desde el punto de vista de la Biología como ciencia, el gen es con-siderado como un concepto clave, con un alto grado de abstracción ysobre el que se fundamenta la mayoría de los conocimientos actuales deesta ciencia. La biotecnología, biodiversidad, evolución, clonación, bioé-tica, entre otros, son sólo algunos campos en donde la comprensión deeste concepto es primordial para tratar la relación entre el conocimientocientífico, la tecnología y su repercusión en la sociedad (Bugallo, 1995;Jouve, 1995; Banet y Ayuso, 1998,2000). Por otro lado, historiadores yfilósofos de la Biología también plantean la necesidad de debatir sobre elconcepto de gen, debido a que es un concepto controversial que tieneimplicaciones para la enseñanza y el aprendizaje de la Genética(Charbell, 2005).
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Desde 1953, con el modelo planteado de estructura de doble héli-ce de la molécula de ADN por Watson y Crick, se logró un importanteavance en la comprensión físico – química de todo el conjunto de requi-sitos sobre el material genético establecidos por la genética clásica y quefueron, junto a la explicación de la secuencia lineal de los genes, basepara las explicaciones químicas de las mutaciones y las recombinacio-nes, señalándolas como fenómenos del nivel molecular. Es por ello, quesegún Charbell (2005) el modelo de ADN implicó un triunfo de la visiónrealista sobre una visión instrumentalista de gen, consolidándose la ideadel ADN como material genético de la herencia.
Es así, como a partir del modelo de doble hélice del ADN y laemergencia de la biología molecular, el gen pasó a ser tratado como uni-dad estructural que permitió introducir en el ámbito de la biología mole-cular y de la Genética un vocabulario informacional. De allí, el uso deexpresiones como: información genética, código genético, trascripción,traducción, entre otros, que dieron paso a la idea del gen como unidadde información.
De acuerdo a Fogle, (citado en Charbell, 2005) la actualizaciónde la comprensión mendeliana de gen (“factores”) por aquella en la cuallos genes tienen como función biológica permitir en los sistemas vivos lasíntesis bioquímica de las proteínas, sirvió de fundamento funcional a labiología molecular clásica e hizo que se superpusieran las ideas de gencomo unidad de estructura, de función y posteriormente se introdujeraen la visión de la Biología Molecular y en la Genética como unidad deinformación.
Esto ha llevado a plantear una “crisis” en la comprensión del con-cepto de gen, debido a : 1. Proliferación de significados que se le atribu-yen, muchas veces superpuestos, 2. La dificultad de acomodar la com-plejidad y diversidad de la arquitectura genética (que hoy se conoce gra-cias a los avances en el proyecto genoma) a la estructura clásica mole-
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cular “científicamente aceptada” de la molécula de ADN como componen-te químico – físico de los genes que tiene funciones simples, directas ycon un mecanismo hasta entonces comprensible, por una serie de ele-mentos que señalan, por ejemplo, la existencia de genes sin funciónespecifica para la síntesis de proteínas y de polipéptidos que son sinteti-zados por diversos genes, entre otras.
En este mismo sentido, este autor señala que la comprensión delgen como unidad estructural y funcional relacionada además con informa-cional, en la cual se le considera como unidad material de la informacióndefinida por una secuencia particular de nucleótidos, ha comenzado aconfrontar dificultades, debido a que se ha determinado que ciertos seg-mentos de la molécula de ADN, a pesar de ser transcritos no son traduci-dos (por ejemplo, los genes de ARN ribosómico, ARN de transferencia) yotros segmentos de dicha molécula ni siquiera son transcritos, como es elcaso de los pseudos genes. Ello ha llevado además, a presentar dificulta-des con el concepto de gen cuando se pretende comprender sobre la pre-sencia de genes estructurales y reguladores (Keller, 2005).
El desarrollo del conocimiento de la Biología actual y de la genó-mica sobre el gen, esta conduciendo a plantear dudas, no solamenteentre filósofos e historiadores, sino también entre los propios biólogosquienes señalan la necesidad de hacer actualizaciones sobre él en la bio-logía molecular, y que ha llevado a considerarlo como un concepto en“tensión” (Falk, 2000). Esto requiere ser reconsiderado para ser tratadodentro del ámbito de la célula, por ser ella, la unidad viva morfo-génicafundamental donde se les ubica (Keller, 2005).
En síntesis, podemos referir que el conocimiento sobre gen en losúltimos años, producto del desarrollo del genoma, ha producido un “colap-so” en la superposición que existen de las concepciones de gen, cuyopunto inicial de partida se había dado con el concepto mendeliano estruc-tural (factores), que ha sido aceptado y considerado como concepto fun-
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cional por la Biología Molecular y posteriormente se le ha dado un signifi-cado informacional. Hoy en día, se maneja la existencia de diferentes tiposde genes estructurales y funcionales, como por ejemplo: genes super-puestos y nidados, intrones y exones, aquellos que no tienen localizaciónconstante (transpones), los pseudos- genes y genes con funciones alter-nativas, genes que codifican proteínas multi-funcionales, así como la exis-tencia de una dependencia de la acción génica asociada a los contextoscelular y supra-celular (Cohen, 2002).
MÉTODO
Para procesar la información obtenida a partir de investigacionespublicadas en enseñanza de las ciencia, específicamente en la enseñan-za de la Biología sobre los conceptos de gen y cromosoma, se localiza-ron aquellas publicaciones periódicas del tipo de revistas, revistas enlínea y documentos presentados en Congresos y Encuentros donde serefieren resultados considerando los conceptos de gen y cromosoma. Eneste sentido, se estableció como período de búsqueda de una década(1995 a 2005) y se decidió organizar la información tomando en cuenta,la población o la muestra de estudio, técnicas y otros instrumentosempleados, así como sus resultados y conclusiones.
Los estudios seleccionados, a partir de tales criterios, se procesa-ron y registraron a partir de las fuentes originales y trabajos en extensoen cuadros y tablas de registro.
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RESULTADOS
A continuación, la Tabla 1 presenta la información de investigacio-nes en enseñanza de la Biología sobre gen, cromosoma y otros concep-tos relacionados que han sido reportadas y publicadas en revistas espe-cializadas en enseñanza de las ciencias, lo cual nos ha permitido siste-matizar la información sobre el tipo de investigación que en este sentidose ha llevado a cabo por cerca de una década.
La información se ha organizado cronológicamente tomando encuenta la fecha de los primeros trabajos publicados, para mostrar lainvestigación llevada a cabo entre 1995 y 2005.
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Revista de Investigación Nº 59. 2006205
El concepto de gen y cromosoma, conocimiento estructurante de la Biología. Algunas apor-taciones desde la investigación en enseñanza de las ciencias
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Revista de Investigación Nº 59. 2006 206
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Revista de Investigación Nº 59. 2006207
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Como se evidencia, la década referida en la revisión de investi-gaciones educativas en el campo de la biología muestra el interés de losbiólogos y docentes por el aprendizaje de la Genética y de sus concep-tos claves. Por otra parte, desde la óptica de la Historia y Filosofía de laBiología el concepto de gen también ha sido considerado en los debates,llegando a considerarlo como uno de los conceptos marco del siglo XX,producto de los avances científicos de las tres últimas décadas a partirdel estudio del genoma, que lo ha colocado ante importantes desafíos yque ha requerido plantear nuevos conceptos asociados, tales como:genes interrumpidos, genes alternativos, genes superpuestos, así comonuevas consideraciones sobre el papel del ARN mensajero visto comounidad funcional (Charbell, 2005).
La información de las investigaciones revisadas y consideradasanteriormente, puede ser agrupada en categorías como investigaciones:
1. Referidas a la enseñanza de contenidos de genética y sobre elconocimiento que tienen los estudiantes, las dificultades para elaprendizaje que se atribuyen al concepto de gen y otros conceptosasociados.
2. Sobre propuestas instruccionales o unidades didácticas para mejorarel aprendizaje de la genética, donde los conceptos de gen ycromosoma son determinantes.
3. Acerca del uso de estrategias instruccionales y enfoques innovadores(Biología y Sociedad; CTS, entre otros) para tratar de mejorar laenseñanza de la Genética y por consiguiente el aprendizaje de gen ycromosoma.
4. Acerca del uso de recursos de enseñanza, como los mapasconceptuales, para favorecer el aprendizaje significativo del conceptode gen, ADN y cromosoma.
5. En relación a la resolución de problemas, sus características ycondiciones para el aprendizaje de la genética.
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El concepto de gen y cromosoma, conocimiento estructurante de la Biología. Algunas apor-taciones desde la investigación en enseñanza de las ciencias
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6. Que consideran la revisión de trabajos realizados en este campo.7. En historia y filosofía de la biología con implicaciones en la enseñanza
del concepto de gen y de cromosoma.
En análisis de las investigaciones nos lleva a plantear que latemática de las mismas se refieren a:
Conocimientos de los estudiantes que se inician en el aprendizaje formalde la genética. Conocimiento que tienen acerca de la naturaleza de losgenes. Conocimiento que tienen los estudiantes de las relaciones entrecromosomas, meiosis, mitosis y fertilización. Comprensión de losestudiantes acerca de la relación entre los conocimientos de célula ygenética.
Conceptualizaciones que tienen los biólogos sobre el concepto de gen.Exploración del aprendizaje de los estudiantes y la comprensión deconceptos de genética, a partir de una perspectiva ontológica yepistemológica.
Dificultades de los estudiantes de diferentes niveles educativos en lacomprensión de gen y alelos; en la resolución de problemas degenética; en contenidos asociados a la división celular (mitosis,meiosis); entre otros.
Desarrollo del concepto de gen. Epistemología del concepto de gen.Procesos de aprendizaje en contenidos de genética. Formación demodelos mentales en la resolución de problemas de genética.
Desarrollo del currículo de biología, Introducción de genética en laenseñanza secundaria y el bachillerato. Enseñanza de la herenciamendeliana en educación secundaria, conocimientos de genética quetienen niños y niñas través de educación extraescolar o noescolarizada.
Didáctica de la genética. Programas para la enseñanza de contenidosde genética por diversos sistemas educativos.El Genoma Humano y enfoque CTS. Uso de la prensa escrita /enseñanza de la genética con enfoque CTS. Juegos y simulaciones
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Dalia Diez de Tancredi
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para la enseñanza de la genética. Construcción de maquetas sobre laMolécula de ADN. Juegos Instruccionales para el aprendizaje decontenidos del proyecto: Genoma Humano.Análisis de textos escolares sobre contenido de genética.Caracterización de imágenes sobre gen y cromosoma usadas en loslibros de texto de básica, media y superior. Contenidos de ingeniaríagenética en los libros de texto.
Enseñanza de la Biotecnología. Contenidos específicos de: Biotecnología, su importancia. Tópicos deBiología. Relaciones Genética, Evolución, Ecología. Genéticahumana.
Aplicaciones de la genética al estudio de la contaminación ambiental.Aplicación de conocimientos de genética en problemas de ingenieríagenética.
Uso de mapas conceptuales para enseñanza y aprendizaje de ADN ygen.
Tipos de actividades: Resolución de problemas o ejercicios.Revisiones sobre trabajos de investigación en enseñanza yaprendizaje de contenidos de genética.
Enseñanza de la genética mendeliana basada en fundamentos de laepistemología de la biologíaHistoria del concepto de gen. Concepto de gen su desarrollo yevolución, una perspectiva histórica y epistemológica. Conflictosactuales con el concepto de gen y sus implicaciones en la enseñanzade la biología.
A partir de la organización planteada, es posible señalar que:
En las investigaciones reportadas entre los años de 1995 y 2005,aquellas que se encuentran con mayor frecuencia, son las relacionadascon contenidos de genética, con el conocimiento que tienen los estudian-tes y sobre las dificultades que ellos tienen en el aprendizaje de los con-ceptos de gen y cromosoma.
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Entre las investigaciones acerca de las dificultades que se atribu-yen al aprendizaje de estos conceptos referimos la investigación desarro-llada por Southerland, Abrams, Cummins y Anselmo (2001) quienes plan-tean la importancia de explorar el conocimiento previo de los estudiantesy sus explicaciones ante diferentes fenómenos biológicos, señalando quepara tener un adecuado conocimiento de los procesos biológicos, serequiere que los estudiantes comprendan los conceptos de gen y cro-mosoma.
Aunque consideramos importantes la realización de este tipo deinvestigaciones, pensamos que es necesario llevar a cabo estudios quepermitan profundizar para tratar de comprender acerca del proceso deaprendizaje de esta ciencia, planteando investigaciones, que ahonden enla exploración del desarrollo de los procesos conceptuales y específica-mente aquellas que se refieren al aprendizaje significativo de contenidosclaves estructurantes de la biología, desde la óptica de la construcción derepresentaciones mentales.
A partir de los resultados de las investigaciones presentadas enla tabla 1 en cuanto a las dificultades que tienen los estudiantes en lacomprensión de contenidos de genética, podemos señalar que las mis-mas están referidas a : la comprensión del proceso de meiosis, los con-ceptos de cromosoma, gen, alelos, ya que ello incide en la inadecuadainterpretación de otros conceptos biológicos, como por el ejemplo, el sig-nificado de homocigotos y heterocigotos y su necesidad para la interpre-tación de características de las poblaciones biológicas y en la resoluciónde problemas.
Las dificultades, que se presentan al resolver problemas degenética están referidas a los cálculos de las probabilidades, el significa-do de las frecuencias y proporciones para los genotipos y fenotipos enlos cruces y al tipo de ejercicios que se utilizan cuando se requiere resol-ver problemas genéticos o hereditarios, entre otros. Además, según estos
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estudios, la falta de comprensión sobre gen incide también en el apren-dizaje de otros contenidos de biología, por lo cual se sospecha que laenseñanza llevada a cabo en las aulas, sólo se ha logrado entre los estu-diantes realizar un trabajo de rutina memorística, de poca relevancia ycarente de significado.
Se plantea entonces, que es necesario realizar una enseñanzade la genética que considere los conocimientos previos de los estudian-tes, incluyendo la información que adquieren fuera de la escuela, el plan-teamiento de situaciones de aprendizaje que favorezcan la construccióndel conocimiento y el uso de materiales apropiados y diversos para tal fin.Ello podría lograr que los estudiantes reestructuraran sus concepcionesiniciales sobre la información hereditaria, su ubicación en la célula, elpapel de los cromosomas, etc y, de esta manera, posiblemente lograrconocimientos más coherentes con los conceptos científicos actualmen-te aceptados en esta nueva era de la biología.
Otros autores, interesados en el apren