El Ensayo De La Ciencia

BIBLIOTECA VIRTUAL OEI •

Estudio sobre Tendencias y Experiencias Innovadoras en la

Enseñanza de las Ciencias y la Matemática

Los trabajos que aquí se presentan cumplen con los objetivos propuestos

del proyecto en el área de planes y programas de estudio.

Estos estudios se elaboraron para ser presentados en los talleres subregionales (Montevideo, 9 al12 de julio de 1991; Bogotá, 17 al20 de septiembre de 1991 y Santo Domingo, 22 al 25 de octubre de 1991) en los que participaron los responsables de currículum de las áreas de matemática y ciencias de los Ministerios de Educación iberoamericanos y que sirvieron para completar la información necesaria para elaborar los análisis comparados de los currículos de biología, física, química y matemática, en el nivel medio en Iberoamérica.

En las páginas que siguen se nos presentan cuáles son las actuales tendencias internacionales en la enseñanza de las ciencias y la matemática y los nuevos problemas, frente a los cuales la sociedad demanda respuestas de la ciencia y de la educación.

Enseñanza de las Ciencias

Daniel Gil Pérez

Universidad de Valencia

Parte I: Algunas tendencias innovadoras espontáneas: Aportes y limitaciones

Resumen 1.1 ¿El trabajo de laboratorio como eje central de la renovación de

la enseñanza de las ciencias?

Se presentan aquí las propuestas de aprendizaje «por descubrimiento» como, quizás, la tendencia innovadora más espontánea entre el profesorado de ciencias.

Dichas propuestas se centran en un trabajo experimental y autónomo de los alumnos, dando preeminencia a los «procesos de la ciencia» sobre los contenidos.

Se analiza brevemente el origen de esta orientación, las concepciones epistemológicas que subyacen y los resultados -en gran parte negativos- que su aplicación ha producido.

La enseñanza experimental: una «revolución pendiente».

Cuando se plantea a los profesores y a los estudiantes de materias científicas qué orientación habría que dar a dichos estudios, surge como idea central la conveniencia de realizar abundantes trabajos prácticos para romper con una enseñanza puramente libresca. Ello constituye, sin duda, una intuición básica de la generalidad de los profesores, que contemplan el paso a una enseñanza de las ciencias eminentemente experimental como una especie de «revolución pendiente», dificultada en nuestros países por la falta de instalaciones y material adecuado, un excesivo número de alumnos, el carácter enciclopédico de los currícula, etc, etc.

Una imagen distorsionada de la ciencia

Es preciso prestar atención a esta idea de buscar en la metodología científica -y, más concretamente, en la realización de abundantes trabajos prácticos- la solución a las dificultades en el aprendizaje de las ciencias y las actitudes negativas que dicho aprendizaje genera. Se trata, quizás, de la tendencia innovadora más espontánea, aquella a la que se refieren en primer lugar los profesores deseosos de mejorar la enseñanza. Hoy poseemos, sin embargo, abundantes resultados que cuestionan -al menos parcialmente- esta orientación innovadora, cuya influencia ha sido particularmente notable en el mundo anglosajón durante las décadas 60 y 70, concretándose en propuestas de «aprendizaje por descubrimiento». Dichas propuestas se basan a menudo, como señala Ausubel (1978) «en la ingenua premisa de que la solución autónoma de problemas ocurre necesariamente con fundamento en el razonamiento inductivo a partir de datos empíricos». Se incurre así en visiones simplistas, muy alejadas de la forma en que realmente se elaboran los conocimientos científicos (Gil 1983), evidenciando la persistencia entre los profesores de concepciones epistemológicamente ingenuas (Giordan 1978) que olvidan el papel central que las hipótesis y todo el pensamiento divergente desempeñan en el trabajo científico, así como el carácter social y dirigido de dicha actividad. Se transmite, pues, una visión incorrecta de un «Método Científico» caracterizado exclusivamente por el rigor y la objetividad, que «se limita a los hechos y evita las suposiciones»; la imaginación, los riesgos, quedan excluidos. La creatividad corresponde, según esta visión, tan sólo al dominio de las actividades artísticas, y la ciencia es considerada como una búsqueda objetiva, metódica, desapasionada. De este modo se refuerzan concepciones espontáneas, plagadas de tópicos, acerca de la ciencia y los científicos (Schibecci 1986). Por otra parte, coherentemente con esta orientación

inductivista, se produjo una falta de atención a los contenidos, en la creencia de que estos carecen de importancia frente al «Método» o de que la ejecución de los experimentos pueden proporcionar al alumno, incidentalmente, lo fundamental de la materia.

Los resultados de más de dos décadas de aplicación de esta orientación quedan reflejados en estas palabras de Ausubel (1978): «Como los términos laboratorio y método científico se volvieron sacrosantos en las preparatorias y universidades norteamericanas, los estudiantes fueron obligados a remedar los aspectos exteriormente conspicuos e inherentemente triviales del método científico (... ). En realidad con este procedimiento aprendieron poco de la materia y menos aún del método científico». Y no se trata, en modo alguno, de una exageración: si nos limitamos al objetivo fundamental de favorecer la adquisición de aptitudes científicas, una detenida evaluación de la enseñanza de las ciencias impartida en EEUU durante el periodo 1955-1980 llega a la conclusión de que «la mayoría de los cursos no incluyen un sólo experimento en que los estudiante puedan identificar y definir un problema, proponer procedimientos, recoger e interpretar resultados o tomar alguna decisión» (Yager y Penick 1983).

La situación es similar e incluso más grave en lo que se refiere a la resolución de problemas de lápiz y papel, el otro campo que, junto a los trabajos prácticos, es concebido como ocasión privilegiada para la adquisición y desarrollo de las aptitudes científicas. Como se ha mostrado repetidamente, los alumnos no aprenden a resolver problemas, sino que, a lo sumo, memorizan soluciones explicadas por el profesor como simples ejercicios de aplicación: los alumnos se limitan a «reconocer» problemas que ya han sido resueltos o a abandonar. La gravedad de la situación ha convertido desde hace años la investigación sobre problem-solving, junto a las prácticas de laboratorio, en una de las prioridades en el campo de la didáctica de las ciencias (Yager y Kahle 1982). Estas investigaciones muestran hasta que punto la propia didáctica de la resolución utilizada por el profesorado se aleja de las características del trabajo científico, convirtiendo los problemas -es decir, las situaciones para las que no existe de entrada una solución evidente- en ejercicios que el profesor resuelve de forma lineal, sin dudas ni ensayos sobre lo que se busca o el camino a seguir y, a menudo, sin siquiera contrastación e interpretación de resultados.

La enseñanza de <<los procesos de la ciencia>> en cuestión.

La corriente innovadora que pretende convertir el aprendizaje en situaciones de «aplicar los procesos científicos» ha incurrido, pues, en graves errores que es preciso conocer para evitar reincidir en los mismos. No es de extrañar que en los países donde efectivamente esta orientación estuvo vigente se generara un rechazo que condujo a reconsiderar la conveniencia de una enseñanza por transmisión de conocimientos, debidamente expurgada de algunos defectos. Abordaremos seguidamente esta corriente de renovación y terminaremos aquí resaltando que, pese a los errores cometidos, la enseñanza por descubrimiento supuso el inicio de un proceso de transformación de la enseñanza de las ciencias que llega hasta nuestros días. Por otra parte, la intuición de aproximar el aprendizaje de las ciencias a los procesos de construcción de conocimientos científicos resultó ser, como mostraremos más adelante, básicamente justa, aunque una visión incorrecta del trabajo científico frustrara inicialmente la fecundidad potencial de esta aproximación.

Resumen 1.2 ¿La enseñanza por transmisión de conocimientos como garantía de un aprendizaje significativo?

Este apartado resume la reacción que generó el fracaso de la enseñanza orientada al «descubrimiento autónomo» de los alumnos. Dicha reacción se tradujo en un retorno a las propuestas de enseñanza por transmisión de conocimientos, debidamente revisados.

Se resaltan algunas aportaciones de esta orientación -muy particularmente el esfuerzo de fundamentación teórica- y se señalan igualmente sus limitaciones.

Un esfuerzo de fundamentación teórica.

La crítica, muy justificada, de la enseñanza por descubrimiento, se vio acompañada por una defensa renovada del «aprendizaje por recepción», es decir, de la enseñanza por transmisión de conocimientos ya elaborados. Esta orientación –en la que destacan los nombres de Ausubel (1978) y Novak (1979)- resaltó adecuadamente aspectos como el papel de guía del profesor (para evitar las adquisiciones dispersas que proporciona el descubrimiento incidental) o la importancia de las estructuras conceptuales de los alumnos en la adquisición de nuevos conocimientos.

La innovación en la enseñanza se orientó así al estudio de las jerarquías de los conceptos a introducir y a la elaboración de «mapas conceptuales» (Moreira y Novak 1988) para presentar ordenadamente los conocimientos, de forma que pudieran integrarse significativamente -es decir, de forma no arbitraria, sustancial e intencionada-

en las estructuras conceptuales de los alumnos.

La principal aportación del trabajo de Ausubel fue, sin duda, el esfuerzo explícito de fundamentación teórica; ello permitió cuestionar las propuestas ingenuas del «aprendizaje por descubrimiento» y mostrar que, tras la idea vaga y peyorativa de «enseñanza tradicional» existía un modelo coherente de enseñanza/ aprendizaje por transmisión/ recepción. Por lo demás, algunas de las aportaciones de Ausubel -como, p.e., la distinción entre aprendizaje significativo y aprendizaje memorístico- forman parte hoy del bagaje común de todos los educadores.

Las limitaciones del aprendizaje por recepción.

La renovación de la enseñanza por transmisión de conocimientos, no resolvió los problemas de aprendizaje, ni siquiera en lo que se refiere a la adquisición de conceptos. Como veremos en el apartado 11.1., el problema de los «errores conceptuales» cometidos por los alumnos de todos los niveles en dominios reiteradamente enseñados (Viennot 1979), vino a confirmar de forma contundente la ineficacia de las estrategias de transmisión de conocimientos, que siguen siendo las utilizadas mayoritariamente por el profesorado. Se podía así dudar de que la transmisión de conocimientos se traduzca en asimilación significativa para la mayoría de los alumnos.

En efecto, como señala el mismo Ausubel, la verdadera asimilación de conocimientos

exige un proceso activo de «relación, diferenciación y reconciliación integradora con los conceptos pertinentes que ya existían» (AusubeI1978) y «cuanto más activo sea este proceso, tanto más significativos y útiles serán los conceptos asimilados». Pero ello exigiría, si más no, tener en cuenta las necesidades de tiempo propio para que los alumnos puedan trabajar los conceptos hasta ligarlos a su estructura conceptual. Y habría que plantear las actividades que favorezcan dicho trabajo de relación, diferenciación... e introducir los mecanismos de retroalimentación para constatar hasta qué punto los alumnos han asimilado y se puede seguir adelante, etc, etc.

En definitiva, hacer activo el proceso de asimilación en la clase supondría romper el discurso profesoral con más trabajo de los alumnos y más tiempo propio para estos. Ello sin plantearnos hasta qué punto pueden resultar significativos unos conocimientos que no respondan a problemas que los alumnos hayan tenido ocasión, al menos, de plantearse previamente (Otero 1985 y 1989).

Más grave parece, sin embargo, la defensa de la enseñanza por transmisión en base a criterios de falta de capacidad de la mayoría de los alumnos para «descubrir autónomamente» todo lo que deben saber (Ausubel 1978).

En definitiva, si bien la crítica de Ausubel al aprendizaje «por descubrimiento» parece justa y bien fundamentada, el simple retorno a la enseñanza por transmisión, liberada de algunos errores, tal como se propone desde el «Reception learning paradigm» (Novak 1979) plantea serias dudas. En cualquier caso, como el mismo Ausubel reconoce, la actividad de los alumnos durante la asimilación de conceptos es menos rica que durante la formación de conceptos. Y ello incluso en lo que se refiere a aspectos considerados como ocasión privilegiada para la iniciativa de los alumnos como son los trabajos prácticos o la resolución de problemas.

En efecto, en una enseñanza por transmisión de conocimientos ya elaborados, los trabajos prácticos juegan un papel de simple ilustración y se limitan a manipulaciones siguiendo recetas muy pormenorizadas en las que falta la mínima posibilidad de emitir

hipótesis, diseñar experimentos o incluso analizar los resultados (Rachelson 1977; Tamir 1977). Los resultados no pueden ser más lógicos: los alumnos reconocen obtener poco beneficio de los experimentos realizados cuando los montajes están completamente dispuestos o las experiencias completamente preparadas (Leboutet 1973).

En lo que se refiere a la resolución de problemas de lápiz y papel, la situación es en todo comparable (Gilbert 1980; Larkin y Reif 1979). De hecho no se enseña a resolver problemas sino a comprender soluciones explicadas por el profesor como ejercicios de «aplicación de la teoría». Y es aquí, quizás, donde el fracaso de la enseñanza por transmisión resulta más evidente, puesto que el grado de transferencia es mínimo y los alumnos se limitan a reconocer problemas ya resueltos o a abandonar (Melles et al 1980).

El modelo de enseñanza/aprendizaje por transmisión/recepción no parece, pues, resolver estos y otros graves problemas de la educación científica. Sin embargo ha supuesto, insistimos, un serio esfuerzo de fundamentación teórica y perfeccionamiento del modelo de enseñanza que sigue siendo hoy mayoritariamente utilizado. Ello resulta esencial si tenemos en cuenta que los esfuerzos de renovación de la enseñanza de las ciencias realizados hasta mediados de los 70 parten del rechazo simplista de una «enseñanza tradicional» caricaturizada y, aparentemente, de muy fácil sustitución. De hecho, durante bastante tiempo, los intentos de renovación no parecían tener en cuenta la necesidad de un marco teórico, como si la transformación de la enseñanza dependiera sólo de posturas ideológicas o pudiera abordarse con tratamientos puntuales. La fundamentación realizada por Ausubel, Novak, etc, del modelo de enseñanza/ aprendizaje por transmisión/ recepción de conocimientos, rompe con estas formas simplistas de aproximación.

Resumen 1.3 ¿La enseñanza integrada de las ciencias como superación de planteamientos alejados de la realidad y carentes de interés?

Se exponen y analizan críticamente los argumentos en favor de una enseñanza integrada de las ciencias.

Se fundamenta la necesidad de una enseñanza disciplinar, dirigida a la construcción de concepciones unitarias, integradas.

A favor de una enseñanza integrada de las ciencias.

Una de las formas con que se ha intentado innovar en la enseñanza de las ciencias y romper con el creciente rechazo de los alumnos, ha sido la introducción de currícula de ciencia integrada (Haggis y Adey 1979), con una orientación menos parcializada, más global, de los conocimientos científicos. Se trata de propuestas que parten de la crítica a los currícula actuales de ciencia por su carácter operativista, centrados en situaciones artificiales, sin apenas conexión con la realidad, carentes de significado para los alumnos, etc (Báez 1977). Una crítica sin duda fundamentada, apoyada en una abundante investigación sobre los contenidos de los textos y sobre lo que se hace (y no se hace) en la clase de ciencias (Yager y Penick 1983).

Pero, como intentaremos mostrar, dichas críticas no siempre apuntan a los auténticos

obstáculos. Las razones aducidas en favor de una ciencia integrada son bien conocidas y parecen convincentes:

Existe una única realidad -se dice- y las diferentes disciplinas rompen artificialmente dicha unidad, proporcionando visiones parcializadas, desconexas.

Se señala además que, si se pretende conectar con los intereses de los niños y niñas y partir de problemas de su entorno, hay que tener en cuenta que su percepción de dichos problemas es, sin duda, globalizadora y no entiende de divisiones en asignaturas. Por último, otra de las razones generalmente apuntadas a favor de la orientación de ciencia integrada se refiere a la existencia de una metodología común, independiente del contenido y la aceptación de que la familiarización con dicha metodología general -transferible de un dominio a otro- es un objetivo fundamental.

¿En qué medida este tipo de consideraciones resulta aceptable?, o, dicho de otro modo, ¿hasta qué punto la substitución de las asignaturas clásicas (Biología, Física, etc.) por unas Ciencias Integradas puede contribuir a una mejor preparación de los alumnos y a generar una actitud más positiva hacia las ciencias? Sintetizaremos brevemente nuestros argumentos (Gil et al 1991):

Cuestionando las propuestas de «ciencia integrada».

En primer lugar, la idea de unidad de la materia como apoyo de una visión global, no parcializada, debe ser cuidadosamente matizada: el establecimiento de dicha unidad es, sin duda, una de las conquistas mayores del desarrollo científico, pero se trata de una conquista muy reciente y nada fácil. Pensemos, por ejemplo, que los principios de conservación y transformación de la materia y de la energía, fueron establecidos, respectivamente, en los siglos XVIII y XIX; o que la fusión de la Optica, la Electricidad y el Magnetismo en la Teoría Electromagnética, se produce también en el siglo XIX. Recordemos, por otra parte, la fuerte oposición a las concepciones unitarias en Astronomía (Heliocentrismo), en Biología (Evolucionismo) o en Química (Síntesis orgánica), que sigue presente en las preconcepciones de muchos alumnos.

La unidad de la materia aparece así como un resultado y no como un punto de partida. Además, dicha unidad no debe ser interpretada de manera reduccionista: es cierto que, por ejemplo, todas las substancias están constituidas por átomos y que las leyes físicas son omnipresentes; pero no basta con ellas para comprender el mundo de los seres vivos, que es un nivel de organización de la materia más complejo, con leyes propias. Esconder la existencia de niveles distintos de organización dotados de leyes propias, y colocar al mismo nivel un aborde físico, biológico,... de la realidad, mediante un tratamiento simultáneo de los diferentes aspectos, conduce a una visión confusa, empobrecida y equívoca de esa realidad.

Es preciso, por otra parte, tener presente que una característica esencial de una aproximación científica es la voluntad explícita de simplificación y de control riguroso en condiciones preestablecidas, lo que introduce elementos de artificialidad indudables que no deben ser ignorados ni ocultados: los científicos deciden abordar problemas resolubles y comienzan, para ello, ignorando consciente y voluntariamente muchas de las características de las situaciones estudiadas, lo que evidentemente les «aleja» de la realidad; y continúan «alejándose» mediante lo que sin duda hay que considerar como la esencia del trabajo científico: la invención de hipótesis, la construcción de modelos imaginarios. La esencia misma del trabajo científico exige tratamientos analíticos, simplificatorios, artificiales. Pero la historia del pensamiento científico es una constante confirmación de que ésta es la forma correcta de hacer ciencia, de profundizar en el conocimiento de la realidad en campos definidos, limitados, y de llegar posteriormente a establecer lazos entre campos aparentemente desligados. La metodología científica no resulta así un apoyo de tratamientos inicialmente globales integrados, sino que, muy al contrario, exige comenzar estudiando en profundidad dominios acotados, tendiendo a la construcción de cuerpos coherentes de conocimientos.

Argumentos similares pueden encontrarse en una reciente y muy interesante revisión de lo que han aportado 20 años de enseñanza integrada de la ciencia, realizada con un talante claramente autocrítico por Frey (1989), uno de los pioneros de dicha orientación.

Una globalización necesaria.

Este rechazo de las «Ciencias integradas» no puede suponer, sin embargo, la aceptación de las orientaciones de la actual enseñanza disciplinar de las ciencias: los problemas del fracaso escolar y de la actitud negativa de los alumnos siguen vigentes; y conviene no olvidar que las propuestas de ciencia integrada constituían un intento de respuesta a dicha situación y, por tanto, un índice de la necesidad de cambios. No queremos por ello terminar sin manifestar nuestro convencimiento de que en este debate entre disciplinariedad y ciencia integrada se hace necesario un esfuerzo por comprender las razones recíprocas y superar las lecturas simplistas que sólo prestan atención -magnificandolos- a los defectos posibles de la propuesta contraria.

Por nuestra parte reconocemos que los defensores de una orientación integrada han sabido detectar y criticar las visiones parcializadas, desconexas, que la enseñanza disciplinar habitual proporciona, sin ni siquiera contribuir a mostrar el carácter de cuerpos coherentes de conocimientos de las disciplinas clásicas. Es preciso, además, si se quiere dar una imagen real de lo que constituye la ciencia, romper con los habituales tratamientos puramente operativos que hacen total abstracción del contexto en el que una ciencia se desarrolla. Las complejas relaciones ciencia/sociedad deben ser incluidas (Solbes y Vilches 1989; Jiménez y Otero 1990) para transmitir el carácter de aventura colectiva que la construcción de la ciencia posee, en la que los conflictos de intereses y la lucha por la libertad de pensamiento han jugado un papel esencial y en la que no han faltado ni las persecuciones ni las condenas. Toda una amplia corriente de la investigación en la didáctica de las ciencias se esfuerza hoy en devolver a su aprendizaje la vitalidad que el propio desarrollo científico tiene, resaltando el papel de la toma de decisiones (Aikenhead 1985) o el carácter dramático de dicho desarrollo.

Es en estos aspectos en los que la globalización resulta absolutamente necesaria,

tanto para favorecer una actitud más positiva -críticamente positiva- hacia el aprendizaje de las ciencias, como para proporcionar una visión correcta del trabajo científico. Si al hablar de integración se está haciendo referencia a la necesidad de construir una visión unitaria de la realidad (esa gran conquista de la ciencia contra tantas barreras), a la necesidad de estudiar la ciencia en su contexto, atendiendo a las relaciones Ciencia/ Técnica/ Sociedad, a la necesidad de estudios interdisciplinares de los problemas frontera, ... , en ese caso nos manifestamos fervorosos «integracionistas». Pero si por enseñanza integrada de las ciencias se entiende tomar la unidad de la materia como punto de partida, escondiendo además la existencia de distintos niveles de organización y rechazando los tratamientos simplificados, acotados, esenciales en los orígenes de una ciencia, ... , en ese caso rechazamos con igual contundencia la integración. En definitiva, nuestra postura es defender una enseñanza disciplinar que no conduzca a visiones parcializadas, sino que dé igual importancia a los análisis simplificatorios que a las síntesis unificadoras, a los problemas precisos, acotados, iniciales, que a los tratamientos

interdisciplinares de los problemas frontera.

Resumen 1.4 Las nuevas tecnologías como base de la renovación de la enseñanza?

Se reconoce el interés de la incorporación de las nuevas tecnologías como contenido curricular y como medio didáctico. Se llama la atención, sin embargo, contra visiones simplistas que ven en el uso de las nuevas tecnologías el fundamento de innovaciones radicales de la enseñanza de las ciencias.

La incorporación de las nuevas tecnologías a la enseñanza.

La utilización de las nuevas tecnologías en la enseñanza está, sin duda, plenamente justificada si tenemos en cuenta que uno de los objetivos básicos de la educación ha de ser «la preparación de los adolescentes para ser ciudadanos de una sociedad plural, democrática y tecnológicamente avanzada» o, cabría matizar, que aspire a serlo (MEC 1989). Así, las nuevas orientaciones curriculares recién aprobadas en España, contemplan acertadamente la incorporación de «las Nuevas Tecnologías de la información como contenido curricular y también como medio didáctico» (MEC 1989).

Son bien conocidas las posibilidades que los ordenadores ofrecen para recabar informaciones y contrastarlas, para proporcionar rápida retroalimentación, para simular situaciones... y, muy particularmente, para conectar con el interés que los nuevos medios despiertan en los alumnos (Barberá y Sanjosé 1990).

Nada, pues, que objetar -muy al contrario- a la utilización de los ordenadores como medio

didáctico. por otra parte, la posibilidad de simular con ordenador conductas inteligentes, ha conducido a los modelos de «procesamiento de información», basados en la metáfora de la mente humana como ordenador. Esta orientación teórica ha hecho aportaciones de indudable interés, sobre todo en lo que se refiere a la comprensión de cómo se organizan los conocimientos adquiridos en la «memoria a largo plazo» y cómo se recuerdan dichos conocimientos para utilizarlos en un momento dado (concretamente en la resolución de problemas). Para algunos (Kempa 1991), los modelos de procesamiento de la información, junto a los modelos constructivistas, constituyen hoy las dos perspectivas fundamentales de la investigación e innovación en la enseñanza de las ciencias. Y aunque, en nuestra opinión, la perspectiva constructivista -de la que nos ocuparemos extensamente en la segunda parte de este trabajo- ha resultado mucho más fructífera para la renovación de la enseñanza de las ciencias que la basada en el procesamiento de información, no pueden ignorarse, repetimos, los aportes teóricos y prácticos del uso de los ordenadores... y sus limitaciones.

Unas expectativas simplistas.

Creemos necesario llamar la atención contra visione

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