Ingeniero Civil Matemático / Esta memoria fue concebida con el intento de ser un aporte a la Educación desde la Modelación Matemática de Procesos Cognitivos. En el Capítulo 1, se hace un recorrido por los principales aspectos de la Cognición Matemática y el Sentido Numérico, analizando el porqué de su importancia y los distintos enfoques para su estudio. El Capítulo 2 trata del problema de Representación de Estímulos y cómo medir su grado de similaridad. Junto con mostrar resultados clásicos de Psicofísica, se analizan los dos modelos de representación numérica más conocidos; el modelo de escala comprimida y el modelo lineal con variabilidad escalar. Se demuestra que ambos modelos pertenecen a una familia más general de representaciones que cumplen con las mismas propiedades fundamentales. Además, se describe una situación experimental en donde los modelos hacen predicciones distintas. En el Capítulo 3 se trabaja el problema de estimación de cantidades, esto es, frente a un determinado estímulo numérico no simbólico, por ejemplo, nubes de puntos, secuencias de tonos, etc. se pide estimar la numerosidad del estímulo. Para ello se propone y estudian dos modelos para explicar dicho fenómeno. Para uno de estos modelos, se obtiene predicciones acordes con los principales resultados experimentales conocidos. Finalmente, en el Capítulo 4, se aborda el tema del Aprendizaje de Fracciones. Para ello, se realizó un estudio con más de 200 niñas y niños de cuarto básico, con el fi n de comparar tres métodos de enseñanza. Se comparó la representación Geométrica de fracción (por ejemplo, 1/2 es equivalente a la mitad de un cuadrado), con una representación Temporal (1/2 equivale a recibir un dulce cada dos días) y con una representación de Intercambio (1/2 equivale a recibir un objeto por cada dos monedas que doy). La primera es una de las más utilizadas en textos escolares y en el aula, mientras que las otras son poco conocidas o se suelen presentar en otros contextos. Se encontraron diferencias en desempeño a favor de las representaciones Temporal y de Intercambio en la tarea de comparación de fracciones, siendo un hallazgo promisorio para la educación. Junto con esto, aprovechando la información se proponen tres metodologías para representar estímulos en una escala numérica y se construyó un modelo que permite estimar el impacto de cada método de enseñanza en el cambio de estrategias que los estudiantes utilizan para comparar fracciones. Se concluye que con períodos de entrenamiento breves, los estudiantes son capaces de cambiar la manera de contestar preguntas de fracciones fuera de un contexto metafórico, siendo esto una extensión de las investigaciones en torno a este tema.

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Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / This thesis studies a human cognitive phenomenon called Conceptual Metaphor in the context of mathematics learning and reasoning. Metaphor enables the understanding of an abstract concept called target, e.g. numbers, in terms of a more concrete concept called source, e.g. piles of can-dies. Often, inferences from the source are carried to the target and applied there yielding some conclusions about the target. This is known as reasoning by analogy. Empirical evidence indicates that metaphor enhances learning. Converging evidence is pro-vided by working scientists who report the use of analogies while developing their theories. On the other hand, some people advise against its usage in education. They argue that politicians and communicators often lead people into erroneous conclusions by using metaphor, and then, analo-gies undermine objective reasoning. This discussion highlights the need for research to shed light into the learning mechanics underlying metaphor in order to understand its scope and limitations. This work presents a formal model of metaphor which can be used as a framework to study learning by analogy. Since the model is abstract, we use Chapter 1 to make ideas more concrete: we use our formalism for analize deeply a well known example. Along these lines, Chapter 5 presents formalizations of other metaphors frequently encountered in mathematics teaching. The model is built in Chapter 4 where the source and the target of a metaphor are formalized by a key concept named domain. Some results of this chapter are accompanied by cognitive in-terpretations, as for example, Theorems 40, 41, 42, and Proposition 26 can be seen as descriptions of how an analogy carries reasonings from its source to its target. Also, Theorems 30 and 31 sug-gest models for the process of learning by analogy. Finally, Chapter 4 presents some theoretical constructions such as products and coproducts of domains. Our metaphor model relates two domains, each one defined as a mixture of language and semantics. Most results of Chapter 4 need the premise that the two involved languages are compatible . Mathematically, they need a map able to preserve the structure determined by a syntactical operation called substitution. This compatibility notion is characterized for the case of language terms in Chapter 2 by applying unification theory and graph theory. And in Chapter 3, this compatibilitynotion is characterized for the case of the language formulas by adapting the methods of Chapter 2. Finally, one Appendix (Relational Spaces) presents another approach to study metaphor. There, domains are defined with semantics only, leaving language aside. Most of the results emphasized above are lost or at least weakened suggesting that the abstract information provided by symbols and the recursion provided by the grammar of the language are necessary to mimic metaphor s behavior. This observation, together with other results of this thesis, might point to a relation between the recursion property of human languages1 and the ability of learning by analogy. 1 The linguist Noam Chomsky claims that recursion is the only human component of the faculty of language [49].