Kitabı oxu: «Enseñanza de las ciencias para una nueva cultura docente»

INTRODUCCIÓN

Hace ya dieciséis años señalaba que una cuestión fundamental para comprender el actual proceso de vertiginosa transformación económica, política, social, cultural y científica de los países en vías de desarrollo era, entre otros fenómenos relevantes, el crecimiento exponencial de los conocimientos, junto con el impacto de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC) en las modalidades de apropiación, uso y gestión del conocimiento, así como los diversos y complejos cambios de los sistemas productivos nacionales y regionales (Quintanilla, 2006).

Al respecto, quince años después y consolidadas nuevas investigaciones, aún más complejas que las anteriores, sigo sosteniendo lo mismo y con mayores convicciones y argumentos (Quintanilla y Vauras, 2019). La evidencia de que no estamos en una “época de cambios”, sino en un “cambio de época” y la incertidumbre de nuestra especie mutilada por la barbarie y el egoísmo en contextos sociales e institucionales de formación inicial y continua del profesorado y del aprendizaje de las ciencias en diferentes contextos socio geográficos e institucionales, nos está diciendo algo y debemos escuchar atentamente. Y es que la educación científica y tecnológica actual continúa insistiendo con matices en nuestros países y en diferentes niveles educativos, en un referente curricular de la ciencia como de la enseñanza de las ciencias de tipo racionalista, empirista e instrumental, que se fue configurando desde la Sociedad Industrial a fines del siglo XIX. Ello ha sido un obstáculo evidente para promover en el estudiantado habilidades cognitivo-lingüísticas de nivel superior que le permitan interpretar teóricamente el mundo en el que viven para intervenirlo y transformarlo con una mirada de ciudadanía crítica y responsable (Izquierdo, M., García, Á., Quintanilla, M. y Adúriz-Bravo, A., 2016).

Considerando lo anterior, la principal finalidad de este capítulo lo constituye la fundamentación teórico-epistemológica acerca de la promoción y desarrollo de competencias de pensamiento científico (CPC) en el aula desde la investigación avanzada en didáctica de las ciencias naturales. Mi propósito, como hace dieciséis años, es introducir al profesorado en cómo identificar, caracterizar, promover y desarrollar las CPC en el estudiantado según las orientaciones que nos ofrecen las metaciencias como la epistemología, la historia de la ciencia y la didáctica de las ciencias. Pienso que este análisis es de suyo relevante, puesto que hoy, luego de más de una década, contamos con investigaciones específicas que nos permiten vincular de manera interesante y prometedora el conocimiento epistemológico de los profesores de ciencias naturales con sus prácticas evaluativas y formativas originales para la promoción y el desarrollo de CPC en el estudiantado, utilizando como ejemplo la historia y la filosofía de la ciencia en esta tarea (Izquierdo, M., García, Á., Quintanilla, M. y Adúriz-Bravo, A., 2016).

Mi idea es profundizar preliminarmente en algunas dimensiones teóricas acerca de la promoción y desarrollo de CPC en estudiantado de secundaria y en profesorado de ciencias en formación y en ejercicio en diferentes ambientes y condiciones de aprendizaje, desde una visión naturalizada de la ciencia las cuales hemos venido adelantando en distintas investigaciones durante la última década1. En el desarrollo de este capítulo me referiré, por tanto, a los siguientes apartados para facilitar la comprensión del tema y la complejidad que ello tiene para el trabajo en el aula.

•Naturaleza de la ciencia y aprendizaje por (y de) CPC

•Formación del profesorado de ciencia y aprendizaje competencial de las ciencias

•Bases teóricas y debate acerca de las CPC

•El lenguaje como problema e instrumento para promover CPC

•El lenguaje y los planos del pensamiento científico, articuladores de CPC

•Orientaciones para promover CPC

Al finalizar el capítulo sugiero algunos instrumentos y métodos que pueden colaborar con la promoción y desarrollo de sujetos competentes en el aula. Comencemos entonces.

NATURALEZA DE LA CIENCIA Y APRENDIZAJE POR (Y DE) CPC

Durante los últimos cincuenta años se han producido cambios importantes en la manera de concebir y de llevar adelante la educación científica formal, no formal e informal. La llamada nueva enseñanza de las ciencias (NEC) se dirige ahora a todos los públicos y audiencias y niveles educativos, planteándose objetivos ambiciosos, no exentos de cierta cuota de utopía, alrededor de la necesidad de formar ciudadanos y ciudadanas de pleno derecho, capaces de intervenir en el mundo para colaborar en su transformación. Actualmente existe, en la comunidad académica de la didáctica de las ciencias naturales, consenso acerca de que estos objetivos requieren de un nuevo componente curricular, llamado naturaleza de la ciencia (Mathew, 1994; Adúriz-Bravo, 2005). Entendemos por naturaleza de la ciencia un conjunto de contenidos metacientíficos (principalmente, de la epistemología, la historia de la ciencia y la sociología de la ciencia), ecléctica y pragmáticamente seleccionados y fuertemente transpuestos, que pueden tener valor para una educación científica de calidad para todos y todas (Hopkins, 1996; Quintanilla et al., 2017). Así, las investigaciones de la última década en didáctica de las ciencias naturales sobre formación docente plantean la necesidad de que el profesor conozca qué es la ciencia, por qué es enseñada, cuál es la naturaleza de la ciencia (NOS), cómo se aprende la ciencia y cuáles son los métodos o estrategias de enseñanza que facilitan profundizar en el desarrollo de competencias de pensamiento científico (en adelante CPC). Los resultados muestran que el profesorado de ciencia le da poca o escasa importancia a los aspectos filosóficos que entraña la didáctica de las ciencias como disciplina a la hora de promover y desarrollar CPC en el estudiantado.

Ahora bien, el análisis de las imágenes de ciencia, el aprendizaje y la enseñanza son persistentes en los profesores, y manifiesta la existencia de formas diferentes de entender y actuar frente a estos aspectos, a saber: Un número significativo de profesores y profesoras consideran que la ciencia es un conjunto de conocimientos constituidos, hechos, leyes y fórmulas establecidas por un tipo especial de personas: los científicos, además de promover el androcentrismo cultural en la ciencia (Quintanilla y Solsona, 2019).También suponen que la ciencia explica perfectamente la realidad y en consecuencia “dice la verdad”. Respecto al estudiantado, creen que llegan al aula con la “mente vacía” en lo que a conocimientos científicos se refiere, así que su forma de enseñar las ciencias consiste en exponer lo más claramente posible los contenidos, las demostraciones experimentales, utilizando todos los recursos didácticos necesarios, preguntando y corrigiendo los “errores” de los alumnos en cuanto aparecen; unas clases bien preparadas por parte del profesorado y la responsabilidad del estudiantado para estudiar, es garantía de que aprenden ciencias, sin comprender la complejidad del conocimiento científico en todas las disciplinas, como propone Caamaño et al. (2020) para la enseñanza de la química en particular. Este es un modelo tradicional de enseñanza de las ciencias que favorece una postura más bien reproductiva y simplista del conocimiento científico. Otros profesores/as interpretan la ciencia como forma de aprendizaje por descubrimiento que se puede aplicar de tres formas diferentes según las finalidades del currículo: (i) inductivo, acumulación y ordenación de los datos que conducen a conclusiones nuevas o generalidades, (ii) deductivo, combinación y análisis de ideas generales para producir definiciones específicas y (iii) transductivo, relacionando dos elementos o conceptos, destacando aquellos aspectos en los que son iguales. En este sentido profesores y profesoras son conscientes de que como no puede aprenderse conocimiento científico “fácilmente”, lo más importante es enseñarle al alumnado a trabajar el método científico para que lo pueda aplicar y, por tanto, al enseñar ciencias les proporcionan los materiales y actividades que los motivan a comprobar, curiosear y preguntar sobre los temas que se les enseñan y demuestran cada paso en forma ordenada; diseñan el trabajo de laboratorio donde el (la) alumno (a) practica y el (la) profesor(a) observa si este (a) comprende adecuadamente el método científico. También consideran que el pensamiento del alumnado madura con la edad (según principios piagetanos), de manera que, si no aprende, es porque aún no llega a la etapa correspondiente de desarrollo de las operaciones que le permiten acceder a ese conocimiento específico y formal, no considerando aspectos culturales, lingüísticos o de contexto social en el aprendizaje de las ciencias (Quintanilla et al., 2017). En consecuencia, es necesario adecuar los contenidos científicos a la etapa evolutiva del estudiantado y enseñarles la metodología científica, ya que, en condiciones ideales, puede llegar a redescubrir la ciencia. A este modelo de enseñanza se le ha llamado modelo del descubrimiento y ha sido ampliamente controversial para el aprendizaje de las ciencias.

Frente a este modelo, surge una alternativa filosófica de corte más protagónico del estudiantado, donde se considera que la ciencia es una construcción humana con carácter temporal pues depende del momento histórico, político y social en el que se construye ese conocimiento, que intenta explicar la realidad a partir de las elaboraciones de los científicos, las cuales a su vez son validadas dentro de su comunidad, a través de criterios de tipo racional, empírico y de utilidad tanto conocida como consensuada (Izquierdo, García-Martínez, Quintanilla y Adúriz-Bravo, 2016). La concepción de aprendizaje que subyace a esta imagen de ciencia considera que la mente del alumnado está llena de ideas y que aprende si es capaz de relacionarlas con las nuevas informaciones que el profesorado intenciona oportunamente. Al docente le interesa conocer estas ideas, hacerlas explícitas y conscientes en el sujeto que aprende, así dichas actividades donde se favorece la duda, el conflicto, la interacción entre sus ideas y las de los demás, lo desafía a predecir y explicar, todo lo cual le permite desarrollar progresivamente argumentaciones y explicaciones más complejas y elaboradas frente a las teorías que explican los distintos fenómenos, que se asemejan así a las generadas por la comunidad científica en la propia historia de la ciencia (Quintanilla, Daza y Cabrera, 2014; Izquierdo, García-Martínez, Quintanilla y Adúriz-Bravo, 2016).

La carencia de un cuerpo teórico robusto y coherente de conocimientos en didáctica de las ciencias, y que orienten al profesorado, es quizá uno de los mayores problemas que evidencian esta situación, manifestándose continuamente en las incoherencias de las prácticas de enseñanza, aprendizaje y evaluación a la hora de promover aprendizaje competencial de calidad en sus estudiantes, cuestión que desarrollaré más adelante. Creemos, por tanto, que la naturaleza de la ciencia, como componente curricular emergente, nos ayudaría a desarrollar en las clases una genuina actividad científica escolar (Izquierdo, 2000; Izquierdo y Adúriz-Bravo, 2003), en la cual se activan y desarrollan diferentes procesos cognitivos y lingüísticos superiores, usuales de la investigación científica, que pueden contribuir al desarrollo de potentes competencias de pensamiento científico, y al mismo tiempo desarrollar aprendizajes superiores que faciliten en el estudiantado el pensar con teoría los hechos del mundo (Izquierdo, García-Martínez, Quintanilla y Adúriz-Bravo, 2016; Sanmartí e Izquierdo, 1997). Entre estos procesos sicológicos superiores (procedimientos, habilidades, actitudes, capacidades, competencias), podrían mencionarse varios que nos parecen sumamente relevantes: la explicación, la argumentación, la analogía, los razonamientos (deductivos, inductivos, abductivos); la generación y puesta a prueba de hipótesis; la resolución de problemas, el ordenamiento, categorización y tratamiento de datos y la presentación de información científica, la modelización y la narrativa, que son el sustento más evidente del desarrollo de CPC y que pueden ser orientadas en la gestión del aula, y constituirse en un marco metodológico y epistemológico sustancial para modificar los procesos y sistemas evaluativos así como las actitudes hacia la clase de ciencias (Jiménez-Aleixandre, M. P. y Gallástegui, J. R., 2011; Muñoz, Quintanilla y Manzanilla, 2019). Desde este punto de vista, hemos asumido desde hace más de una década que la Teoría de los modelos de Giere (1992) puede encontrar un camino apropiado y educativo para la transposición del saber erudito en la clase de ciencias, que parece ser muy interesante y prometedor para enfrentar la enseñanza, aprendizaje y evaluación como un proceso de desarrollo del sujeto que aprende, ya que promueve razonables conexiones entre los modelos teóricos (el mundo de las ideas, el pensamiento), y el sistema real (trabajo experimental, manipulación de lo real, actividad, experiencia) buscando establecer similitudes a través de las hipótesis teóricas y entidades lingüísticas que los relacionan (Giere, 1994; Quintanilla, 2012). De esta forma, se piensa, se hace y se expresa la ciencia, conectando permanentemente estos tres componentes sin separar la teoría de lo empírico, ya que como plantea Izquierdo (1992), asumimos la elaboración de modelos teóricos tanto de los fenómenos con que estamos trabajando o modelo fenomenológico, de los instrumentos que estamos usando o modelo instrumental y de nuestra intervención sobre el mundo real o modelo cotidiano. Una idea interesante que postula este modelo o imagen de ciencia es el racionalismo hipotético o racionalismo moderado que significa que si yo tengo una meta voy hacia ella planteando cómo hacerlo “en el camino” (Izquierdo, 1992). En definiva, las comunidades científicas y las personas saben valorar si se acercan “adecuadamente” más o menos a la meta que se han propuesto, sobre la base de una construcción en común de un hecho paradigmático y de la interpretación de este a partir de diferentes miradas del mismo fenómeno, por ejemplo, diversidad de explicaciones científicas en el alumnado frente a por qué combustiona una vela. En este sentido, el estudio de cómo funciona una comunidad científica, cuáles son sus “criterios de racionalidad”, etc. nos acercan a esta racionalidad moderada para comprender la ciencia que enseñamos, y la variedad de objetivos que proponemos a la enseñanza, el aprendizaje y la evaluación de CPC. Creemos que una de las finalidades principales de la educación científica de hoy es el lograr que niños y niñas, adolescentes y jóvenes, sean capaces de poner en marcha, de forma autónoma y crítica, estos procesos cognitivo lingüísticos para dar coherencia a su pensamiento teórico, discurso y acción sobre el mundo natural, de modo de darle sentido, intervenir activamente en él, tomar decisiones fundamentadas y establecer juicios de valor robustos que contribuyan a la cultura ciudadana y a la promoción de la paz y la democracia. Resulta ineludible el abordaje del sistema de CPC y cómo ellas aparecen en el proceso formativo; es decir, la formación del pensamiento como tarea pedagógica y didáctica, que no puede realizarse plenamente si no se cuenta con el sistema de situaciones y dispositivos de evaluación, que hagan factible tanto la identificación como el correspondiente proceso formativo y formador (Quintanilla, 2012). Esta tarea solo puede llevarse a cabo satisfactoriamente apoyados en una concepción y acción didáctica formativa, que incorpore el aprendizaje de las ciencias naturales, en todos los niveles de escolaridad desde la etapa inicial hasta el universitario, de una manera diferente a como ha venido haciéndose históricamente en nuestros países, en las que las situaciones evaluativas sean reales y profundamente educativas y emancipadoras; esto es, que formen personas con las capacidades de saber, saber hacer, saber ser y saber vivir juntos. En esta línea, es urgente la emergencia de un modelo de ciencia y de desarrollo del pensamiento científico, como actividades profundamente humanas: hechas por humanos y para humanos (Izquierdo,2000; Henao, B., Stipcich, M., Moreira, M., 2010).

FORMACIÓN DEL PROFESORADO DE CIENCIA Y APRENDIZAJE COMPETENCIAL DE LAS CIENCIAS

Hoy en día, nadie duda de que el conocimiento científico y tecnológico constituye una razón y finalidad relevante y trascendente en la promoción y desarrollo de la calidad de vida que debiera ser a escala humana. En sí mismo, constituye un estatus particular y extraordinario en la toma de decisiones relacionadas con diferentes aspectos de nuestra vida cotidiana y con la vida planetaria cuando discutimos temas tan prioritarios, polémicos y complejos como el cambio climático, el calentamiento global u otros problemas socio científicos (Díaz, N. y Jiménez, R., 2014). El conocimiento científico y profesional adquirido por el profesorado debería ser valorado por su complejidad y genuino compromiso e intervención y transformación social en lo que se ha llamado la era antropocena (Equihua, M., Hernández, A., Pérez, O., Benítez, G. y Ibáñez, S., 2016) lo que, desde la evidencia que nos proporciona la investigación avanzada en didáctica de las ciencias experimentales, así como las tendencias internacionales sobre modelos de formación profesional en el área del profesorado de ciencias, se lograría a través de un proceso de construcción activo, continuo, dinámico, permanente y protagónico de cada sujeto, donde las concepciones previas y su propia historia como aprendiz, resultarían ser fundamentales para la comprensión de las teorías y modelos explicativos tanto acerca de y sobre la naturaleza de la ciencia en los procesos de aprendizaje, como en la construcción de conocimiento especializado. Así, el aprendizaje científico escolar (ACE) puede promoverse y desarrollarse en la confrontación sistemática con base en el error, la autocorrección y por aproximaciones sucesivas que parten de las ideas previas de los estudiantes en relación con tópicos científicos específicos y que tienden a modificarlas hasta llegar a elaboraciones conceptuales más cercanas a las científicas, siendo conscientes cada vez más de cómo y para qué lograrlo (Kind, 2004). Así, este proceso se identifica con una actividad racional y razonable, emocional, cultural, lingüística y pragmática, contribuyendo al desarrollo del pensamiento y comprensión del conocimiento científico con todas sus aristas y complejas dimensiones. Desde estas orientaciones valoramos la autonomía y autorregulación en el aprendizaje: el estudiantado se concibe como un pensador o pensadora activo(a) que construye significados personales y desarrolla su sistema de pensamiento a través de un ejercicio intelectual individual y social que le permite plantearse preguntas y explicaciones, discutir sus ideas y argumentos, cometer errores y encontrar sus propias soluciones al problema en diferentes planos de análisis del pensamiento que, de manera intencionada, propone el profesor para retos intelectuales valiosos (Alzate, 2012; Labarrere y Quintanilla, 2002; Labarrere, 2012).

Del mismo modo, es necesario que todo ello posibilite al estudiantado comprender cómo van desarrollando su pensamiento, no solamente para aprender (o conocer) teorías, métodos y lenguajes específicos sobre y acerca de la ciencias, sino que también para prepararles para la vida y el éxito profesional, atendiendo entre otras cosas a la diversidad y heterogeneidad de los contextos socioeducativos y culturales del aula de ciencias en espacios inclusivos y multiculturales (Quintanilla y Vauras, 2019; Quintanilla et al., 2017). Si las ciencias naturales en todos los procesos de enseñanza formal han dejado de verse como un excentricismo o una sofisticación propia de propuestas o contextos que buscan diferenciarse en diferentes niveles educativos para favorecer aprendizajes de calidad, como lo hemos señalado en otras publicaciones recientes (Quintanilla et al., 2017) hoy se hace evidente que esta enseñanza y esta ciencia, debe responder a un imperativo ético que emana desde la concepción de que nuestra infancia, adolescencia y juventud requieren ser valoradas como ciudadanos (sujetos de derecho) y de la ciencia como parte integrante de nuestra cultura, actividad humana clave; creación de la humanidad y al servicio de la humanidad así como instrumento para conocer, comprender, apreciar y convivir en nuestro mundo, en permanente y compleja transformación, donde los problemas socio científicos son un tremendo aporte para la clase de ciencias (Díaz, E. y Sierra, J., 2019; Quintanilla, Orellana y Daza, 2011).

Los aportes de la investigación avanzada en la didáctica de las ciencias y su transferencia al aula vienen desafiando la formación y el desarrollo profesional del profesorado de ciencias por varias décadas. La transformación que se ha producido en lo que implica aprender ciencias y su propósito educativo, nos hace cuestionar el tipo de conocimiento requerido por el profesorado de ciencias, y en los principios y orientaciones para implementar una enseñanza acorde a los contextos y tiempos tecnocientíficos en los que vivimos (Ocelli, García, Valeiras y Quintanilla, 2019). Ello no ha estado ajeno en Chile a estas demandas y desde el retorno a la democracia en los noventa se han implementado reformas y potenciado la innovación en la formación y desarrollo profesional a través de iniciativas de políticas públicas y diferentes proyectos de fortalecimiento de la formación inicial docente2. Sin embargo, los esfuerzos e innovaciones desplegados, al parecer, no han impactado lo suficiente para las transformaciones requeridas.

Nuestros aportes a esta línea de investigación son fruto de un trabajo iniciado hace ya hace más de dos décadas en la Pontificia Universidad Católica de Chile con diversos proyectos de formación, investigación y divulgación científica similares de carácter nacional e internacional3 que han permitido delimitar qué CPC debiera desarrollar el estudiantado en el contexto de aprendizaje de las ciencias preescolar y escolar, así como en la formación inicial y continua del profesorado de las disciplinas específicas (química, biología, física); diseñar e implementar secuencias de enseñanza de diversos contenidos científicos y validar estrategias de evaluación que permitan caracterizar de qué manera el estudiantado va desarrollado estas competencias de manera continua, dinámica y permanente. Este trabajo de investigación nos ha permitido dar cuenta de los diversos modos de pensar que el estudiantado y profesorado ponen en juego (y disputan) a la hora de (re)construir significados científicos en la clase de ciencias, corroborando que persisten planteamientos epistemológicos que responden a visiones reduccionistas de la ciencia, su método y enseñanza. A su vez, considerando el rol fundamental del profesorado en el desarrollo de las CPC, hemos propuesto un modelo de formación continua de profesores orientado al desarrollo profesional docente de educadores de párvulos y profesorado de ciencias de básica y media, que ha dejado en evidencia sus diferentes racionalidades científicas a la hora de enseñar, aprender y concebir el mundo (Orellana y Quintanilla, 2018). En el contexto de este espacio de formación y desarrollo profesional, hemos reportado que el análisis de aspectos metacientíficos (históricos, socioculturales, epistemológicos y didácticos) constituye un aporte significativo para los educadores y profesores, que favorece la transformación de sus prácticas de enseñanza, y que puede contribuir al desarrollo de aprendizajes de calidad y con equidad (Quintanilla, Daza y Cabrera, 2014; Quintanilla y Solsona, 2019). A partir de estas experiencias desarrolladas por nuestro laboratorio (www.laboratoriogrecia.cl), que se han centrado en la formación continua del profesorado de ciencias, hemos identificado aspectos clave para promover la formación de sujetos competentes en ciencias, entre los que podemos destacar los siguientes: insuficiente representación en torno a las competencias y al sujeto competente; una conceptualización individual del desarrollo de las competencias, en detrimento de los componentes colectivos de la competencia y del actuar competente; un marcado acento en los productos y no en los procesos; el diseño de situaciones formativas que involucran tareas y situaciones que no corresponden a verdaderos problemas; andamiajes para el desarrollo de la competencia que generan automatismos que obstaculizan una conducta flexible y creativa de los estudiantes y un insuficiente trabajo con los productos del actuar competente, inscribiéndolo solamente en el contexto académico, sin poner de relieve sus proyecciones en el contexto de la ciencia y restringiendo las posibilidades de cambio a nivel personal y en los espacios culturales donde tiene lugar la acción de los estudiantes (Quintanilla 2012ª, Quintanilla et al., 2017). Por su parte, Cofré y Vergara (2010) plantean que la mayoría de los programas de formación mantienen una visión tradicional de la enseñanza de las ciencias, centrada en el contenido más que en el desarrollo de habilidades y el pensamiento crítico, y una comprensión descontextualizada de la actividad científica, lejos de la vida cotidiana y sin relación con los aspectos históricos de la ciencia. Reportan que, en los programas de formación de profesores de ciencias de educación media, la proporción de cursos relacionada con las disciplinas científicas representa en promedio un 45% del plan de estudios y con una variación importante entre las diferentes instituciones formadoras, carreras con un 30% y carreras con más de un 60%. Que la formación pedagógica corresponde en promedio a un 18% del plan y su variación en las universidades es entre el 9 y 30%. También denotan que áreas como la investigación y la didáctica representan un porcentaje aún menor, alrededor de un 6% en los planes de estudio, aun cuando éstos son reconocidos como temas centrales para la formación de los profesores de ciencias en otras investigaciones previas (Carrascosa et al., 2008; González et al., 2009).

Desde otra perspectiva, un estudio sobre profesores de ciencias principiantes, realizado por Gaete y Camacho (2017) reporta algunas conclusiones provisorias sobre sus experiencias iniciales en el ejercicio profesional. La primera de ellas se refiere a que independiente de la trayectoria formativa realizada, concurrente o consecutiva, de si se trata de una formación pedagógica reflexiva o basada en estándares o la experiencia laboral vivenciada, ninguno de los principiantes imagina nuevas posibilidades de las ciencias en la escuela que no sea el “pasar materia”. No se plantean desde perspectivas transformadoras, ni proyectan su enseñanza con la finalidad de formar ciudadanos críticos. En sus prácticas quedan ausentes cuestiones sociocientíficas, ambientales y/o socioculturales, incluso en aquellos que egresan de carreras cuyos perfiles de egreso y sus planes de estudio intentan fomentar dichos posicionamientos (Gaete y Camacho, 2017).

Las autoras proyectan lo anterior como una evidencia de la prevalencia de prácticas comunes de la educación científica en los programas de formación del profesorado chileno, que obedecería a una concepción más bien tradicional del conocimiento científico y de las prácticas de sus profesionales, la cual se permea a través de la formación con independencia del perfil y sello establecido para orientar la formación no muy diferente en todas las universidades del país y de la región. En este contexto de transición en que se encuentra la formación de docentes de ciencia en Chile, donde los esfuerzos y acciones implementadas aún resultan insuficientes para abordar las demandas de la visión y propósitos actuales de la educación en ciencias para la formación de los y las jóvenes que cursan la enseñanza media, la elaboración de los estándares de formación inicial de profesores de química para educación media constituye un tema controversial que espera explicitar y ejemplificar, de manera concreta, los saberes mínimos y desempeños que, a nuestro juicio, requiere un profesor novel y sirva de orientación a las instituciones formadoras para asumir los desafíos que, actualmente, presenta la formación inicial de profesores especialistas en esta área disciplinar.

A partir de lo expuesto hasta ahora, podemos inferir que los diferentes enfoques dados al pensamiento científico y sus competencias, provienen de varias áreas de investigación, de las cuales se destacan la psicología cognitiva y disciplinas metacientíficas como la didáctica de las ciencias naturales. La preocupación en el asunto no es reciente; en los años sesenta, podemos encontrar en Khan (1962) trabajos que abordan dos métodos efectivos para el desarrollo de actitudes científicas, las excursiones y el método inductivo-deductivo. Hoy se propone un tercero: el análisis de acontecimientos comunes, otorgando una relevancia emergente a la creatividad en la ciencia y su enseñanza (Labarrere y Quintanilla, 1999). Maudsley y Strivens (2000) plantean que es preferible desarrollar una formación científica como una actividad durable, un proceso positivo, flexible, con control metacognitivo (como aprender mejor), sensible al contexto, emotivo y racional, que responde a acontecimientos positivos y negativos, diferenciándose del pensamiento académico que es normativamente pasivo, receptivo, descriptivo y contemplativo. Los autores mencionan que un profesional competente debe tener una amplia visión del mundo, incluyendo nociones realistas de la evidencia científica, manteniéndola vigilada por el escepticismo reflexivo a través de la metacognición (Angulo, 2012; Labarrere,20012; Quintanilla et al., 2010).

En este ámbito de nuevas miradas e innovaciones en la formación profesional y en las finalidades de la educación, se justifica la emergencia de un “cambio de época” como lo han venido sosteniendo en los últimos tiempos intelectuales latinoamericanos de vasta trayectoria como Frei Beto4 y de la necesidad de una “nueva cultura docente de la enseñanza de las ciencias”, la formación inicial y continua del profesorado para una nueva sociedad. El aula debiera superar las opciones reduccionistas y dogmáticas del aprendizaje y promover en el estudiantado el desarrollo de competencias de pensamiento científico (CPC) y habilidades cognitivo lingüísticas (HCL) de nivel superior, con la finalidad de propiciar la integración social, el desarrollo del pensamiento creador y de una ciudadanía comprometida con el dinámico engranaje del crecimiento social y económico, con la democratización no solo de procesos políticos, sino que también, como ya lo mencioné anteriormente, de cuestiones socio científicas.

En consecuencia, la configuración de un nuevo marco educativo planetario nos provoca de manera genuina a dar un paso adelante en la perspectiva de superar la dependencia de la formación, la enseñanza y el aprendizaje respecto de los hábitos y modelos o visiones teóricas del aprendizaje de las ciencias “clásicamente académicos”. La actividad que el estudiantado desarrolla lo hace consciente de sus errores y estos se transforman en un vínculo para acceder y re-construir (o reconfigurar) un conocimiento científico de mayor complejidad, evitando que en un primer momento, lo que parece comprendido e integrado, sea olvidado, dejando resurgir las representaciones que se creían superadas inicialmente. A menudo, es difícil para el profesorado profundizar en las ideas que tienen sus estudiantes sobre diferentes conocimientos o nociones científicas específicas; además, habitualmente se dedica poco tiempo a interpretar el significado que tienen para ellos(as) una afirmación inesperada que surge en un intercambio o debate natural de ideas. Por eso se recomienda recurrir a los instrumentos que se han diseñado desde la investigación en didáctica de las ciencias naturales y desarrollar competencias y habilidades para la interacción social y asegurar así la regulación de los aprendizajes en un marco estratégico evaluativo más amplio y significativo para el estudiantado (Angulo, 2012, Labarrere, 2012). A continuación, me referiré a los aportes teóricos para el debate sobre las competencias de pensamiento científico.

BASES TEÓRICAS Y DEBATE ACERCA DE LAS CPC

Dentro del marco de la actividad científica escolar (ACE), nos interesa particularmente el desarrollo de CPC de nivel superior en el estudiantado. Pese a que las CPC se han conceptualizado desde las más diversas direcciones epistemológicas y presentan una naturaleza elusiva, nuestro intento ha estado dirigido a conformar una representación de estas que no se limita a determinar la manera de hacer, sino a poner de manifiesto las cualidades de lo que hemos denominado sujeto competente (Labarrere, 2012). En este contexto, la formación, promoción y desarrollo de CPC del estudiantado desempeña un papel primordial; de ahí la urgencia y legitimidad de su tratamiento en el contexto de la enseñanza de las ciencias y la matemática. Mucho de la inercia creativa y de las dificultades que se presentan en el pensamiento de los estudiantes, se debe a un insuficiente tratamiento de la solución de problemas en las diversas asignaturas y particularmente en las ciencias, situación que ha prevalecido a través del tiempo y ha tenido por consecuencia estudiantes sumamente pasivos, que la mayoría de las veces se mantienen trabajando en los márgenes de la receptividad, eludiendo toda situación que pueda significar esfuerzo cognitivo de nivel superior y necesidad de búsqueda individual, incapaz de avanzar más allá de lo que “directamente” ponen en sus manos (le “entregan”) sus profesores (Labarrere, 2012). Debido a ello, durante más de una década hemos insistido en nuestras investigaciones y lo continuaremos haciendo, en la relevancia de promover CPC que permitan al estudiantado enfrentarse a situaciones problemáticas interesantes intelectualmente y diversas en la actividad científica escolar, que promuevan pensar, explorar, argumentar, explicar, formular, manipular y comunicar conocimiento científico de una manera intelectualmente desafiante y genuina. Las CPC, por tanto, representan o se refieren una combinación dinámica de atributos con relación a conocimientos, habilidades, actitudes, valores, responsabilidades y contextos que nos permiten interpretar procesos de desarrollo de aprendizajes científicos en un ambiente educativo mucho más motivador y enriquecedor intelectualmente enseñando a interpretar con teoría fenómenos cotidianos (Cubillos, M., De la Fuente, R., Manrique, F. y Quintanilla, M., 2013; De La Fuente, Astroza, Manrique, Quintanilla, 2013).

La determinación, identificación y distinción de CPC a través de procesos de investigación-acción y de prácticas evaluativas de metacognición en el área de ciencias naturales nos ha entregado suficientes y diversas evidencias que nos permiten adelantar su función cognitiva y cultural como proceso de desarrollo profesional en diferentes ambientes y condiciones de niveles educativos, contextos socio geográficos, culturales y lingüísticos (Angulo, 2012; Ravanal, 2012, Joglar y Quintanilla, 2012; Quintanilla et al., 2017). Ello ha sido prometedor teóricamente para explicar y comprender mejor el conocimiento profesional del profesorado de ciencias experimentales, promoviendo el desarrollo de su pensamiento de manera sistemática, continua y permanente. Desde nuestra mirada, el sujeto competente en ciencias (SCC) se constituye como un actor capaz de identificar situaciones polémicas (u obstáculos) en la clase de ciencias y de abordarlas con los recursos propios en la gestión del conocimiento y aprendizaje científicos. Desde esta consideración la CPC emerge como un atributo del sujeto determinado por una actuación permanente y sistemáticamente dirigida a poner de evidencia el sustrato personal del actuar competente, valorando y evaluando la manera en que los distintos sujetos identifican, enfocan y resuelven las situaciones a las que se enfrentan en diferentes condiciones y ambientes de aprendizaje (Labarrere, 2009; Quintanilla, 2012).

En una de nuestras publicaciones vinculantes con proyectos de investigación desarrollados en Chile (Quintanilla, 2012) señalábamos que, durante los noventa, el énfasis por el desarrollo de las competencias de pensamiento científico en el estudiantado creció significativamente. Algunas investigaciones han sugerido nuevas metodologías para su promoción y desarrollo, como, por ejemplo, los asistentes personales en la enseñanza de la informática (Quintanilla y Vauras, 2019). Maudsley y Strivens (2000) plantean que es preferible desarrollar una formación científica como una actividad durable, un proceso positivo, flexible, con control metacognitivo (cómo aprender mejor), sensible al contexto, emotivo y racional, que responde a acontecimientos positivos y negativos, diferenciándose del pensamiento académico que es pasivo, receptivo, descriptivo y contemplativo. Los autores mencionan que un profesional competente debe tener una amplia visión del mundo, incluyendo nociones realistas de la evidencia científica, manteniéndola vigilada por el escepticismo reflexivo a través de la promoción continua de procesos metacognitivos (Angulo, 2012; Labarrere, 2012; Joglar y Quintanilla, 2012). Sin embargo, la perspectiva del racionalismo moderado de la ciencia escolar se presenta como una alternativa valiosísima para promover el desarrollo competencial de la ciencia a través de la modelización y su enseñanza basada en proyectos (Gómez y Quintanilla, 2015).

Como lo hemos adelantado en las secciones anteriores, la noción de CPC nos remite a un sujeto que tiene una capacidad reconocida para afrontar una situación problemática específica, que posee un cierto grado de dominio teórico, de habilidades y recursos particulares, que ha desarrollado su pensamiento (entre otras finalidades) para explorar, explicar, argumentar, describir, justificar, percibir, formular, manipular e introducir nuevas ideas que permiten realizar una interacción competente en un determinado contexto, ambiente y condición de aprendizaje. Intentamos así superar la época de las preguntas e instrumentos, materiales y recursos cuyos diseños son directivos, normativos o estructurales, por aquellos que favorezcan al estudiantado ser protagonista “real y permanente” del proceso de desarrollo del aprendizaje (Quintanilla, 2012ª). Así, el profesorado se convierte en modelizador de los procesos de comunicación y aprendizaje científico, donde además las preguntas científicas que se formulan en el aula tienen mucho sentido y valor y son promotoras de nuevas y mejores actitudes hacia la ciencia (Ravel, 2014; Candela, 2018). Hemos venido sosteniendo en nuestro programa de investigación desde hace más de dos décadas y en diversas publicaciones más recientes, que entendemos la CPC como aquella capacidad de responder con éxito a las exigencias y desafíos personales y sociales que nos plantea una actividad (científica en este caso) o una tarea o demanda cualquiera en el contexto del ejercicio profesional e implica dimensiones de tipo cognitivo como no cognitivo para un sujeto (profesor o estudiante) configurando la idea de Sujeto Competente en Ciencias (SCC) tal y cual lo ha planteado Labarrere (2012).

Cada CPC se basa en una combinación de dimensiones prácticas y cognitivas, de orden diverso, que conjuntamente ponen en funcionamiento la realización eficaz de una acción: conocimientos, motivaciones, valores, actitudes, emociones y otros elementos sociales y culturales. Una competencia es un tipo de conocimiento complejo que siempre se ejerce en un contexto específico de manera eficiente. Cuatro serían las dimensiones que configuran una competencia de pensamiento científico (CPC): conocimiento, contexto, habilidades y valores, según se ilustra en la Figura 1.

Nuestra idea es proporcionar orientaciones teóricas e instrumentos epistemológicamente fundamentados con la finalidad de que el profesorado pueda identificar y caracterizar las competencias de pensamiento científico (CPC) lo más densamente posible, y establecer las finalidades didácticas de cada una de ellas en diferentes disciplinas, ámbitos, condiciones y ambientes de la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia escolar. Un número significativo de los esfuerzos por el mejoramiento de la calidad de la educación científica se han centrado en la exploración de las ideas de los alumnos frente a la ciencia y a los conceptos científicos que se enseñan en los diferentes niveles. Intentamos establecer una base epistemológica para la enseñanza de las ciencias a la luz de las nociones contemporáneas sobre la naturaleza de la ciencia y de cómo aprenden niños y adolescentes no solo sobre la base de sus funciones cognitivas, sino que además por los ambientes culturales y valóricos que les dan cabida, lo cual constituye un aporte muy valioso a la reforma curricular desde las metaciencias complementarias y convergentes entre sí: filosofía e historia de la ciencia, psicología del aprendizaje y didáctica, así como los aportes de la sociología y la multiculturalidad de la ciencia (García, Izquierdo, Quintanilla, Adúriz-Bravo, 2016; Quintanilla et al., 2017).

Figura 1. Dimensiones de una Competencia de Pensamiento Científico (diseño propio).

En uno de nuestros trabajos “históricos” (Quintanilla, Izquierdo, Adúriz-Bravo, 2005) señalábamos que, a nuestro juicio, se habría de poner el foco en la generación –entre el estudiantado– de competencias de orden superior epitómicas (esto es, características o ejemplares) de las ciencias, competencias que podríamos llamar “cognitivolingüísticas” (Sanmartí, 2003), puesto que demandan la activación de habilidades de pensamiento complejas y la producción de textos de alto nivel de elaboración. Entre estas competencias, como dijimos, estarían la formulación y la contrastación de hipótesis; la explicación y la argumentación científicas escolares; el uso del pensamiento analógico (a través de modelos analógicos, análogos concretos, epítomes, símiles y metáforas); los diferentes modos de inferencia; y la narrativa. Por tanto, una de las finalidades principales de la educación científica de hoy en día habría de ser el lograr niños y niñas, adolescentes y jóvenes capaces de dar sentido a su intervención activa en el mundo, de tomar decisiones fundamentadas, y de establecer juicios de valor robustos poniendo en marcha, de forma autónoma y crítica, esas competencias cognitivolingüísticas para dar coherencia a su pensamiento, su discurso y su acción sobre el mundo natural. De ahí el valorar el lenguaje en los procesos de comunicación educativa, no solo como un instrumento, sino también como un problema, cuestión que desarrollo a continuación.

EL LENGUAJE COMO PROBLEMA E INSTRUMENTO PARA PROMOVER CPC

Desde hace ya varias décadas que investigadores e investigadoras desde diferentes campos del conocimiento, tanto sea o no meta teórico, coinciden en valorar el lenguaje como un componente más que relevante en la enseñanza de las ciencias experimentales. Las diferentes evidencias de la investigación en didactología (Candela, 1999; Mortimer, 2000; Izquierdo y Sanmartí, 2000; Galagovsky, L. R., Bekerman, D., Giacomo, M. A. Di y Alí, S., 2014) han demostrado que el lenguaje es un problema no solo lingüístico, sino que también cultural y social al que tributan emociones, historias personales, ideologías y diferentes maneras de ver el mundo con finalidades también diversas que van desde su legado descriptivo hasta visiones de intervención y transformación social. Ya Vygotsky (1996) nos anticipaba hace más de 100 años que nuestras ideas se filtran en nuestras palabras y transmiten no solo conocimiento, sino que también sentimientos y emociones. Desde esta consideración previa, las palabras configuran realidades y sentidos, pero también operan con una carga emocional que condiciona y determina al sujeto individual y también al sujeto colectivo en diferentes culturas en las que enseñamos ciencia (Molina, A. Niño, Ch. Sánchez, J., 2014). En consecuencia, operamos con un lenguaje dinámico cuya riqueza semántica favorece o desfavorece comprender el mundo y sentirse parte importante de su intervención y transformación, de una aventura humana permanente5. Sutton (2203) señala que “…una parte importante de la educación científica debería orientarse a ayudar a los estudiantes a recuperar algunas de las luchas pasadas y a oír las voces auténticas de aquéllos que participaron en el proceso de formular una nueva forma de pensar…” (p. 5). Al respecto, lo que he venido planteando hasta ahora implica por parte del profesorado de ciencias, en particular, comprometerse a identificar y desarrollar actividades de aprendizaje y evaluación que dejen en evidencia el proceso de desarrollo de las habilidades cognitivo lingüísticas y/o competencias de pensamiento científico en las decisiones de diseño didáctico y en la propia “actividad discursiva escolar de la ciencia” que promueva la argumentación, la explicación, la justificación, la modelización, entre otras (Revel Chion, 2014). Ello implica que el profesorado reconoce, valida y legitima su práctica docente desde el estatuto meta científico de la didáctica de las ciencias naturales (Quintanilla, 2011). Se trata, por tanto, de comprender que el “lenguaje es un problema no solo didáctico”, está imbricado de emociones, historias de vida y cultura. Es esa palabra genuina que nos estimula a pensar y a sentir nuestras clases como estrategias de desarrollo del pensamiento científico y valoración del conocimiento para promover ciudadanía, paz y democracia. Es decir, de entender los procesos sociales y políticos y el entramado que se teje con la ciencia y la cultura; que enseñe al estudiantado a desarrollar habilidades cognitivo-lingüísticas con finalidades superiores, estimulando la creatividad, la convivencia social, los derechos humanos, la equidad, la justicia, promoviendo así la transformación de sus ideas en un proceso que no comienza ni termina con la cultura de los símbolos y las fórmulas de las teorías científicas.

La promoción de habilidades cognitivo lingüísticas o competencias de pensamiento científico tales como la explicación de la combustión de una vela, la idea de vacío, la argumentación acerca del aborto terapéutico, la justificación de los viajes espaciales o de la investigación en células madre, debe permitir a profesores y estudiantes enriquecer, expandir y profundizar las diferentes experiencias de vida como sujetos individuales y colectivos que potencian el conocer y comprender, explicar e interpretar la realidad, para luego recrearla y transformarla mediante el uso razonable de la ciencia, entendida como actividad profundamente humana, que modeliza, contextualiza e interpreta el mundo con teoría (Quintanilla y Camacho, 2008; Izquierdo, Caamaño y Quintanilla, 2007).

Lo que he descrito hasta ahora de manera muy discreta e inacabada, cobra especial sentido en el contexto actual de América Latina donde las condiciones y los ambientes educativos para promover estas habilidades cognitivo-lingüísticas, están en la mayoría de los contextos “cercenados” por una economía salvaje y despiadada. Al respecto, existe consenso en la academia y en las comunidades científicas, así como en algunos organismos internacionales (UNESCO, FAO, OEA) que la mayoría de los problemas sociales, ambientales, de salud, entre otros, podrían enfrentarse efectivamente con capital humano consciente del drama del futuro y de las nefastas consecuencias de la acción depredadora del homo sapiens, en la hoy llamada era antropocena (Equihua, M.; Hernández, A.; Pérez O.; Benítez, G; Ibáñez, S., 2016). Este capital humano debe recibir una educación científica comprometida con la calidad de la vida de las personas, respecto de lo cual se ha establecido que existe consenso en cuanto a la importancia que tienen los primeros años de vida de una persona para su futuro desarrollo y desempeño en la vida adulta, dado que las experiencias tempranas de los niños basadas en interacciones estables y sensibles con el conocimiento científico (el huerto, el agua, la alimentación, la salud, la convivencia), que enriquecen las experiencias de aprendizaje durante la crianza, contribuyen a brindar efectos positivos duraderos (Banco Mundial). Sin embargo, para avanzar en esta línea, se requieren en nuestros países mejores políticas públicas que impulsen una educación científica de calidad, promotora de estas habilidades cognitivo-lingüísticas desde las primeras edades y de manera permanente, sistemática y continua a lo largo de todo el proceso educativo formal, no formal e informal, es decir, a lo largo de toda la vida. Investigar cómo situaciones de intervención en el desarrollo profesional temprano o tardío pueden posibilitar la promoción de estas competencias metacognitivas dentro de contextos teóricos amplios, sin perder de vista aspectos científicos, valóricos y sociales (Henao y Stipcich, 2008; Quintanilla et al., 2016). A continuación, me referiré a un aspecto esencial del pensar teórico y que es posible identificarlo y caracterizarlo a través del lenguaje, su sentido, estructura y contenido, cuestión que hemos venido trabajando en diferentes proyectos de investigación desde el 2002 (Labarrere y Quintanilla, 2002; Labarrere, 2012) y que se relaciona con los planos del pensamiento científico que contribuyen a una comprensión superior, más estimulante y prometedora sobre el conocimiento y el aprendizaje de las ciencias, así como su vínculo con el mundo “real” para intervenirlo y transformarlo.

EL LENGUAJE Y LOS PLANOS DE PENSAMIENTO CIENTÍFICO, ARTICULADORES DE CPC

Es común representarse el proceso de resolución solo como un enfrentamiento del alumno con el problema científico que plantea el profesor (Labarrere y Quintanilla, 2002). En este enfrentamiento, la mayoría de las veces tensionante, el estudiantado trata de penetrar cada vez más profundamente en los aspectos desconocidos de la situación, de comprender mejor de lo que se trata en el problema científico y de hallar los instrumentos (o estrategias) más adecuados, que le permitan tener acceso a la resolución deseada por el profesorado. En esta visión del proceso de resolución de problemas científicos escolares (PCE), los hechos que resultan relevantes para la acción pedagógica y didáctica del docente tienen que ver solo con lo que ocurre en la interacción del alumnado con el problema o la situación que le ha sido planteada o que ellos o ellas han concluido. Sin embargo, uno puede cuestionarse si en realidad esta forma de comprender los procesos de resolución de problemas científicos en la escuela, como actividad que transcurre solo como enfrentamiento del alumno con la situación (mediada por el lenguaje normalmente de fórmulas), se ajusta a lo que en realidad ocurre cuando él resuelve los problemas. Nosotros hemos diferenciado tres planos fundamentales en el abordaje de problemas científicos en el aula: el instrumental-operativo (I-O), el personal significativo (PS) y el relacional-social o plano cultural (RS) que hemos situado teóricamente en numerosas publicaciones derivadas de proyectos de investigación (Labarrere, 2012; Quintanilla, 2012, Quintanilla et al., 2017).

El plano instrumental-operativo, identifica aquellos momentos o fragmentos del enfrentamiento y solución de los problemas en que los recursos del sujeto o del grupo que los resuelve, están centrados en aspectos tales como el contenido (científico), las relaciones que lo caracterizan, las soluciones posibles y las estrategias, procedimientos, etcétera. Es un plano más bien formal y axiomático desde el punto de vista de la enseñanza de las ciencias, es decir los instrumentos que convencionalmente posibilitan la solución de dichos problemas de acuerdo a la formalización característica de la ciencia en este plano (fórmulas, cálculos, gráficos, etc,). En este plano, por estar la atención del alumno dirigida hacia el problema, los procesos de control consciente procuran mantener el dominio de la ejecución que está teniendo lugar y suelen expresarse también en la anticipación del curso de la solución, sobre todo cuando se ha “mecanizado” la solución o la técnica para solucionarlo. Esto está muy vinculado a la evaluación de los aprendizajes científicos, puesto que el producto resultante de un problema pudiera estar correcto, sin que el sujeto que lo resolvió sea consciente de la estructuración lógica que subyace a la explicación científica o comprensión interpretativa del modelo teórico del mismo (Labarrere y Quintanilla, 2002). Algunos ejemplos: Graficar la pendiente volumen/temperatura; ¿Cuál es la valencia del calcio?; Definir célula; Calcular la cantidad de masa del solvente; ¿Qué es el cambio químico?

El movimiento por el plano personal-significativo indica otro ángulo de la resolución de un problema científico. En este, los procesos y estados personales de quien resuelve el problema resultan ser los relevantes y la atención del sujeto deja a un lado el análisis de la situación, la búsqueda activa de instrumentos, las representaciones de finalidades vinculadas con la solución esperada y se centra en la persona, como sujeto de la solución. Lo que resulta relevante es todo el repertorio cognitivo del sujeto que se pone en marcha para vincular sus experiencias personales con el objeto de conocimiento al que se ve enfrentado, superando la mirada simplemente algorítmica de la resolución del problema. Algunos ejemplos: Grafica la pendiente volumen/temperatura, ¿Cuál es de acuerdo con lo que has leído, la valencia del calcio?; Define célula; Calcula la cantidad de masa del solvente; ¿Cómo explicas la combustión de una vela? En el plano personal se construyen los significados y sentidos de los “contenidos problémicos”. Aquí adquieren relevancia los por qué y para qué del enfrentamiento y la resolución de los problemas científicos; también desempeñan un papel importante los puntos de vista, las representaciones y creencias que, sobre los problemas, la solución y ellos mismos, como solucionadores, tienen los sujetos, aunque en muchos casos los mismos sean inestables o poco coherentes desde la lógica de la ciencia, su método y naturaleza. Desde nuestro punto de vista, cuando se habla de la existencia del plano personal y del movimiento del sujeto por él, se introduce la existencia de un espacio en el que actúan y se generan los sentidos o significados personales de quien soluciona el problema y que tiene que ver con el contexto significativo de su cotidiano o experiencia personal en relación con el contenido del problema y cómo abordarlo. Este aspecto es clave para potenciar la creatividad de los sujetos que aprenden, aun cuando los ambientes de aprendizaje a los que se enfrenten sean limitados o restrictivos (Labarrere y Quintanilla, 2002).

En el plano relacional-social (o cultural), identificado como espacio generado en la solución grupal o colectiva de problemas o en la interacción netamente pedagógica centrada en la solución, se hace referencia no solo a las relaciones que constituyen la trama que se teje en los procesos comunicativos, sino también y acaso sobre todo, al conocimiento y la representación que los sujetos tienen de esas interacciones, así como al dominio y la conciencia que ellos alcanzan respecto a la producción de relaciones deseables, ya sea para la solución de los problemas en cuestión, o para los propios procesos formativos en los cuales están involucrados. Aquí radica también la historia del sujeto como individuo y la historia del colectivo como grupo, puesto que de estas interacciones (memoria compartida) surgen nuevas miradas, más complejas y abarcadoras para enfrentarse a la resolución del problema científico, cuyo abordaje final puede tener una significativa dosis de consenso resultado de la convergencia de ideas, supuestos, relaciones, experiencias, etc., entre todos los sujetos del grupo. Grafiquen la pendiente volumen/temperatura; ¿Cuál es de acuerdo con lo que han leído la valencia del calcio?; Definan célula; Calculen la cantidad de masa del solvente; ¿Cómo explicarían la combustión de una vela?

El desplazamiento del sujeto por los planos del pensamiento científico (PPC) o espacios de la resolución de un problema para la promoción de CPC, puede tener lugar en un solo plano o como tránsito de uno a otro o coexistiendo; de manera que si, a partir de los fragmentos del discurso, o de la observación de la actividad de resolución, se elabora un determinado perfil del movimiento, se observa una línea quebrada donde se suceden fragmentos de la solución, y en los que se evidencia que en momentos diferentes, quienes resuelven un problema persiguen objetivos diversos, aun cuando se hayan explicitado los objetivos comunes del grupo. Esto es muy importante, porque supone orientar la autorregulación de los procesos de aprendizaje científico y del control de los planos del desarrollo para abordarlos de manera diferente por cada uno de los estudiantes. Por ejemplo, si un alumno que resuelve un problema de química está tratando de establecer cuál es el contenido “científico” de este, si se puede referir o no a la teoría atómica y si es posible coordinarle determinado procedimiento de resolución, entonces él se está moviendo en el plano instrumental operativo; en este caso, los objetivos que actúan se refieren a la comprensión de la estructura del problema, el conjunto de relaciones que la singularizan, sus partes y los instrumentos de solución que pueden resultar viables según “la densidad y coherencia” del modelo que tenga acerca del contenido específico (teoría atómica). En un sentido bastante relativizado, puede asumirse que el desplazamiento del “pensar teórico y práctico” del estudiantado por alguno de los planos o de un plano a otro presupone cierta desconexión o coexistencia más o menos duradera de los otros planos. Así, cuando un estudiante está tratando de establecer el contenido científico de un problema, sus tramas (o redes) estructurales y los posibles instrumentos de acceso, no podrá situarse al mismo tiempo en los significados científicos de la actividad, ni tampoco en el plano relacional en el que estos contenidos y significados cobran valor sobre los supuestos didácticos de la actividad científica que estamos sustentando en estas ideas. Podría pensarse que los casos en que se pide ayuda para solucionar un problema científico, es decir, cuando se busca la resolución mediante el soporte del otro (el grupo/el profesor), sean evidencias del desplazamiento, por los planos instrumental operativo y social, a la vez; pero aunque asumiéramos que la ocurrencia de los hechos, aquí, resulta simultánea, debemos recordar que la acción en el plano relacional cultural, como la hemos definido, requiere de un acceso más o menos consciente, y por tanto es imposible que ambas finalidades emerjan al unísono en la conciencia tanto del sujeto que aprende como en el marco lógico del profesor de ciencia o de sus propios compañeros (Labarrere y Quintanilla, 2002).

En un sentido aún más complejo, pensamos que el camino de la formación científica requiere necesariamente una argumentación didáctica conectada al análisis de los diversos factores que han condicionado, sino determinado, las maneras en que se aprende a enseñar y a divulgar el conocimiento científico, en distintas épocas y culturas. En su libro La comprensión humana, Toulmin (1977) instala una discusión interesante acerca del “cambio conceptual” y del “cambio científico” utilizando como fundamento los “problemas a los que se enfrentan los científicos’ identificando tres métodos que permiten discriminarlos y resolverlos: Estos modos o métodos serían: (a) Mejorar la representación o los modelos teóricos (Pensamiento, P), (b) Introducir nuevos sistemas de comunicación (Lenguaje, L) y (c) Refinar los métodos experimentales en los fenómenos (Experiencia, E). En la Tabla 1, sintetizo estas ideas a continuación6:

En la Tabla 2, entrego algunos ejemplos que permiten al profesor identificar las relaciones entre los planos del pensamiento y la actividad científica que orienta la tarea escolar y que puede utilizarse como instrumento para “elaborar preguntas con sentido competencial o bien orientar la tarea a un nivel especifico de resolución de manera análoga a cómo lo resuelve la comunidad científica” (Tolumin, 1977). Es evidente que pueden existir matices en la manera que pensamos una pregunta o una actividad porque los modelos teóricos que construimos están determinados a la vez por la manera en que los hemos aprendido.

Entonces ¿Cómo enseñar al estudiantado a enfrentarse a resolver un problema y promover, por ejemplo, la argumentación o la explicación científica? ¿Cómo evaluar (no medir) el desarrollo competencial en el estudiantado? En la actualidad existe bastante consenso respecto a que la enseñanza de la resolución de problemas científicos en el aula es uno de los medios principales para el desarrollo del “pensar teórico”, así como para promover y desarrollar CPC específicos como argumentar, explicar, justificar. Ello propicia y favorece una “cultura científica escolar” en el alumnado, generando así mismo ambientes de aprendizaje creadores y ricos en densidad metacognitiva (Angulo, 2012). El tránsito al pensamiento científico y la cultura en este dominio del conocimiento, como aspectos primarios a atender en la transposición didáctica, marca una toma de conciencia de que el aprendizaje orientado básicamente al plano instrumental-operativo y teórico-conceptual de la ciencia resultan insuficientes, para que el alumnado alcance una verdadera competencia en la comprensión de los fenómenos científicos. En este sentido, también se reconoce la necesidad de trascender la representación del estudiantado como sujeto del aprendizaje y se comienza a considerar un “sujeto colectivo”, es decir el grupo que trabaja en equipo y actúa como comunidad generadora de conocimientos y procesos básicos a partir de los cuales se debe llevar a cabo la educación científica del estudiantado (plano personal, plano social). Bajo esta perspectiva, resulta evidente la necesidad de orientar oportuna e intencionadamente al estudiantado hacia ámbitos más amplios, y a la vez profundos, acerca de la naturaleza de la ciencia, su método y lenguajes. En esta dirección (consciente y por tanto intencionada teóricamente), el enfrentamiento y resolución de problemas científicos desempeña una función clave, puesto que nos interesa potenciar un marco lógico que contribuya a una explicación científica escolar teóricamente fundamentada y autorregulada por los alumnos y el ejercicio profesional del docente. Sin embargo, estamos seguros de que la cuestión principal radica en trascender la simple preparación de los estudiantes para enfrentar y solucionar problemas (medir, pesar, calcular, definir), y pasar a un contexto de actividad científica escolar más interesante y desafiante para el alumnado (Tabla 2). Para ello, resulta también urgente comprender que la evaluación de aprendizajes es un proceso de desarrollo del sujeto que configura realidades y modeliza lo que aprende. No es difícil percibir que alrededor de la evaluación formal e informal giran prácticas pedagógicas normativas, pero, sobre todo, sistemas de creencias y concepciones epistemológicas del profesorado de ciencia que son resistentes al cambio conceptual epistemológico, pedagógico y didáctico (Quintanilla, 2012).

ORIENTACIONES PARA PROMOVER CPC

Hace ya algún tiempo hemos planteado en otras publicaciones e innovaciones con docentes en ejercicio, algunas directrices metodológicas para identificar, caracterizar y promover competencias científicas en el aula mediante el enfrentamiento a la resolución de problemas científicos específicos (Quintanilla et al., 2012; Camacho y Quintanilla, 2008). Como lo he señalado también en los párrafos anteriores, el movimiento del sujeto que aprende por los planos de análisis o espacios de la resolución de un problema científico determinado, puede tener lugar en uno solo de ellos o como tránsito de uno a otro; de manera que si, a partir de los fragmentos del discurso, o de la observación de la “actividad científica” de resolución esta incluye entre otros, los criterios de análisis del problema, los modelos teóricos involucrados y los mecanismos y estrategias cognitivas que anticipan la acción de resolución y su sentido (Labarrere y Quintanilla, 2002). Esto es muy importante, porque supone orientar la autorregulación de los procesos de aprendizaje científico y del control de los planos del desarrollo por parte del sujeto que aprende de manera intencionada para abordarlos y desarrollar competencias científicas escolares (CCE).

A continuación, en la Tabla 3 y con base en las orientaciones teóricas que he desarrollado y profundizado discretamente hasta ahora, propongo al profesorado una “ruta didáctica para su plan de clases” en tres etapas secuenciadas metodológicamente (inicial, intermedia y de cierre), que colabore en promover y desarrollar competencias de pensamiento científico (CPC) en el estudiantado, señalando las actividades del profesorado, preguntas orientadoras y finalidades en cada etapa de las actividades.

Una estrategia que ha sido ampliamente investigada y trabajada por nosotros es el uso de la historia de la ciencia en la promoción de CPC, lo que hemos compartido con la comunidad internacional en diversas publicaciones (Quintanilla, Daza y Cabrera, 2014; García, Izquierdo, Quintanilla, Adúriz-Bravo, 2016; Quintanilla et al., 2017). Un ejemplo publicado ya hace algunos años nos permite orientar competencialmente la enseñanza de la noción de vacío a partir de un análisis histórico (Camacho y Quintanilla, 2008). En el siglo XVII en Alemania, Otto von Guericke, durante una demostración que llevó a cabo en Magdeburgo, adaptó a un tonel de madera una bomba de agua, lo llenó de agua y cerró. Luego con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua y dado a que el bombeo se había prolongado después de vaciado el tonel, se ocasionó la precipitación del aire a través de los poros de la madera. Este experimento motivó a Guericke a uno nuevo: la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba, esta vez omitió el agua y bombeó directamente el aire. Cuando había extraído aparentemente todo el aire, la esfera se deformó de manera repentina (sufrió un efecto de compresión) debido a la presión atmosférica, así variando las condiciones iba creando nuevas situaciones que le permitían dar cuenta del vacío. (Camacho y Quintanilla, 2008). Sugiero leer el artículo para comprender la propuesta metodológica adaptada y seleccionar razonablemente las actividades de aprendizaje que se indican en la Tabla 4:

ALGUNAS REFLEXIONES FINALES

Las tendencias internacionales actuales en investigación e innovación acerca de la enseñanza, el aprendizaje, la evaluación y la promoción de habilidades cognitivo-lingüísticas muestran que así como el estudiantado llega a las clases de ciencia con ideas personales, respecto a los conceptos y los fenómenos, el profesorado de ciencias especializado o no también desarrolla sus propias concepciones frente a la ciencia, su enseñanza, evaluación y aprendizaje de los diferentes contenidos específicos. Durante la formación inicial y continua, dichas visiones raramente son consideradas y en consecuencia, no se le prepara para asumir puntos de vista críticos frente al saber erudito o conocimiento científico formal y mucho menos, frente a su actuación docente, lo cual sería posible si durante los procesos de desarrollo profesional hubiese ambientes y condiciones permanentes para la reflexión, la interacción social y la regulación de aprendizajes de manera continua y sistemática favoreciendo la comunicación de la ciencia en contextos desafiantes intelectualmente. Donde, como lo he planteado en este capítulo, el lenguaje, las emociones, los valores, la cultura de cada uno y el pensamiento teórico tienen una importancia relevante. En este orden de ideas, las investigaciones de los últimos años enfatizan la relación entre la metacognición y aprender a enseñar para el logro de competencias de pensamiento científico de nivel superior, pues se argumenta que la metacognición es central para promover los cambios apropiados en el desarrollo del profesorado, no solo en lo relativo a sus ideas acerca de la enseñanza y el aprendizaje, sino también acerca del contenido de la disciplina, sus habilidades docentes y los fundamentos epistemológicos básicos que debe dominar y que deben ser coherentes con sus orientaciones y prácticas de aula que promuevan el desarrollo de dichas competencias científicas en sus estudiantes, particularmente hoy en un mundo perturbado, convulsionado e incierto donde aprender ciencia es también un derecho de todas y todos los ciudadanos libre pensadores/as.

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INTRODUCCIÓN Y CONSIDERACIONES TEÓRICAS

En este trabajo se pretende estudiar algunos procesos de construcción del conocimiento científico en el contexto natural del aula escolar. Trabajos de orientación sociocultural, cada vez con mayor consenso dentro de la investigación educativa, plantean que el aprendizaje significativo no solo depende de las ideas previas de los sujetos y de su evolución espontánea, como ha mostrado la investigación psicogenética, sino del contexto sociocultural interactivo en el que se produce (Bruner, 1984; Vygotsky, 1987; Lave, 2011). Por lo tanto, para entender cómo se enseña y se aprende la ciencia en el aula es necesario estudiar los procesos de construcción de una comprensión compartida, (Edwards y Mercer, 1987) a través del discurso entre docentes y alumnos, característico de la situación escolar en las aulas. El interés creciente por los contextos sociales de construcción del contenido hace que el lenguaje, como el medio por el que se manifiesta públicamente el conocimiento, ocupe un lugar cada vez más importante para la investigación educativa. Interesa entonces develar la forma social, contextualizada, pragmática y pedagógica del pensamiento que se puede obtener a través del análisis del discurso en situación escolar. Para esto resulta también fundamental adoptar la perspectiva teórica de la etnografía que desde una posición cualitativa e interpretativa pretende comprender la lógica de los actores (maestros y alumnos, en este caso) en el proceso de interacción, evitando una postura evaluativa (Lave, 2011).

La ciencia, como cualquier otra forma de describir la realidad, para que sea inteligible socialmente, supone la comunicación dentro de un conjunto de suposiciones y conocimientos compartidos en una comunidad (Phillips, 1985; Latour y Woolgar, 1986; Longino, 1990; Gilbert y Mulkay, 1984; Potter y Mulkay, 1985). Así mismo la escuela es un espacio social donde existen ciertas formas particulares de comunicación y donde el discurso tiene una estructura distinguible y un lenguaje específico (Candela, 1998). Este lenguaje forma parte importante de lo que es la construcción de la ciencia y necesita ser comunicado a los alumnos por lo que es estudiado como un factor importante del aprendizaje (Sutton, 1992; Lemke, 1990).

En esta línea de reflexión, estudio diversas características de la construcción discursiva de la ciencia en la interacción social entre docentes y alumnos en el aula escolar, considerando el habla como acción situada en un contexto específico, como la establece, entre otras orientaciones, la psicología discursiva (Edwards y Potter, 1992). Es este proceso de comunicación socio-cultural, en el que se construyen significados compartidos, así como versiones paralelas y alternativas del contenido, el que constituye mi objeto de estudio, dado que asumo que este proceso muestra las características del conocimiento científico co-construido y en el que se puede distinguir la participación de los alumnos y su proceso de apropiación del conocimiento escolar. En el estudio de estos procesos de interacción sociocultural convergen varias perspectivas disciplinarias cuyos aportes contribuyen a esta investigación. Este es el caso de los desarrollos de antropología que exploran la relación entre cultura, lenguaje y cognición y que consideran el desarrollo cognitivo y lingüístico como una forma de socialización y aprendizaje cultural (Lave, 1990; Ochs y Schieffelin, 1984). Se concibe al lenguaje como una mediación cultural para el pensamiento y la acción expresados en prácticas cotidianas (Edwards y Mercer, 1987; Scribner y Cole, 1981). Dentro de la concepción vygotskiana también se otorga un papel central al discurso y a la comunicación en la construcción del conocimiento científico y se asume el carácter socio-cultural de este proceso de construcción (Vygotsky, 1987).

La argumentación y el consenso como partes complementarias de lo que se ha llamado habla conflictiva (Grimshaw, 1990), permiten recoger aquellos momentos en los que resaltan de manera más nítida las versiones alternativas y la competencia discursiva (Gumpertz, 1981) de los participantes para defenderlas y negociarlas. Interesa especialmente, por tanto, analizar los recursos discursivos que los alumnos utilizan en situación de conflicto. Sin embargo, la contribución de los alumnos no se puede entender sin ubicarla en el contexto de la interacción discursiva entre pares y sobre todo con el docente. Esto implica la necesidad de estudiar el proceso de comunicación, lo cual realizo a través del análisis de las intervenciones discursivas entre el docente y los alumnos. Entendida el habla como acción social que construye realidades, identidades y a la misma cognición (Edwards y Potter, 1992), en este caso estudio el proceso de construcción de la ciencia en el marco de una situación institucionalizada, intencional y asimétrica como es la escolar, a través de la interacción discursiva entre el docente y los alumnos. El análisis detallado de la secuencia de los turnos que aporta el análisis conversacional (Sacks, Shegloff y Jefferson, 1974; Atkinson y Heritage, 1984) permite develar de manera muy precisa, la organización social en el contexto y la relación entre los actores y el contenido. Varias son las características de este proceso de construcción que he investigado (Candela, 1999): a) los procedimientos discursivos a través de los cuales se legitima en el aula un hecho como hecho científico y el papel que se le asigna discursivamente a la “evidencia” (Candela, 2002), b) la estructura argumentativa del discurso del aula y la forma en que los alumnos contribuyen a esta construcción argumentativa del contenido y del contexto interactivo (Candela, 1991 y 1996), c) la orientación del discurso escolar hacia la construcción de consensos a pesar de su carácter argumentativo (Candela, 1995) y d) los procesos discursivos a través de los cuales se reconstruye y modifica momento a momento la asimetría local de poder en el aula (Candela, 1997). En este trabajo solo mostraré ejemplos de las dos primeras características.

La investigación empírica se realizó en varios salones de clases de escuelas primarias públicas, de una zona marginal en la Ciudad de México y de escuelas rurales comunitarias. También incluyo un ejemplo de interacción entre pares de alumnos de física de nivel universitario, por ser pertinente al argumento que se plantea en este trabajo. Se observaron clases de ciencias de 5º grado de primaria y sesiones de trabajo en grupo para la resolución de problemas de tarea de 3er semestre de la carrera de física, Se tomó registro etnográfico, video y grabación en audio de cada clase y grabaciones de audio de las reuniones en grupo de estudio para trabajar después con las transcripciones de dichas grabaciones y con las referencias al video, sobre todo de aquellas situaciones en las que se encontró mayor riqueza en la interacción discursiva entre docentes y los alumnos, en el primer caso y entre los alumnos de física, en el segundo.

¿OBJETIVIDAD DE LA EVIDENCIA?

Partiendo de la importancia que en la ciencia tiene la “evidencia empírica” en el establecimiento de lo que es un hecho científico como el factor aparentemente más objetivo, en esta sección se analizan los procedimientos discursivos por los que se establece la legitimidad de diversas fuentes de conocimiento y cómo se plantean los hechos científicos y su relación con la “evidencia”. Los hechos científicos son aquellas descripciones a las que los participantes en el discurso les otorgan un carácter impersonal y que adquieren realidad por su aparente objetividad. En especial en la ciencia, el hecho científico es aquél fenómeno discursivo que es producido con una forma de aparente neutralidad, como independiente de los sujetos y de las condiciones sociales de producción y que, por tanto, se establece como verdad (Gilbert y Mulkay, 1984; Potter, 1996). El carácter impersonal de las descripciones de los hechos científicos ha sido estudiado, sobre todo, en los textos y en las presentaciones públicas de los científicos (Gilbert y Mulkay, 1984).

Para estudiar cómo se establece discursivamente el carácter de la “evidencia empírica” y qué hay de su pretendida objetividad, analizo la construcción discursiva de lo que “se ve” en las actividades experimentales en clases de ciencias. Este tipo de análisis se muestra en el siguiente ejemplo de un experimento realizado para observar cómo se opaca el agua de cal al contacto con el bióxido de carbono de la combustión:

Extracto 1: “No se ve”

910 Ao: ya se apagó ((se refiere al algodón))

911 Mo: ah sí se apagó° (.) debían de poner en el

912 libro actividades más fáciles para uno que no

913 sabe entender (.2) cosas

914 * As: ji ji ji

915 * Mo: hay que inventar alguien que se dedique a hacer

916 * incendios ((mientras dice esto el maestro está

917 * echando agua de cal en los dos vasos, uno con un

918 * algodón quemado y otro sin quemar. Muchos niños

919 * comentan entre ellos en tono jocoso…))

920 * Mo: y ahora sí:: (.2) vamos a ver qué diferencia hay

921 entre las dos aguas de cal (.) sí? (.3) ESTO ES

922 para que no digan ustedes que el algodón se

923 despinto (.) que el algodón (.) hizo (.) que

924 el agua de cal se pusiera lechosa sino que fue

925 exclusivamente la combustión (.2) de este lado (.5)

927 => Aoj: NO SE VE

928 As: je je

929 Mo: de este lado (.) está casi transparente el agua de

930 cal Javier (.2) sí?

931 => Aoj: no

932 Mo: y de este lado se ve mas blanco (.2) a pesar de

933 que tie[ne pedazos de papel quemado (.2) y vamos a

934 =>* Ao: [yo no veo maestro

935 * ((hay otros comentarios incomprensibles pero el maestro

936 * no deja de hablar))

937 * Mo: pasar por sus lugares para que los vean (.2) sí?

938 * vamos a poner aquí (.2) un poquito más de agua de

939 * cal (.4) ahí está vamos (.) a pasar por acá

940 * (.2) ¿ya vieron? (.) aquí se ve un poquito >más

941 * blanca< el agua que aquí (.2) aquí se ve todavía

942 * transparente (.5)

943 * ((hay muchos comentarios de los niños pero en voz muy

944 * baja))

945 * Mo: véanlo los dos (.) ya lo vieron los dos?

946 =>* Ao: no

947 * Mo: sí mira aquí se ve más blanca y aquí se ve casi

948 * transparente todavía (.) como la hicimos en un

949 * principio (.) sí Maricela? (.2) ^SIMON (.) GUARDEN

950 * SILENCIO SI? por favor(.) ¿ya viste? (.) de este

951 * lado (.) se ve más blanca el agua más lechosa

952 * que de este lado, de este lado está completamente

953 * transparente como cuando comenzamos(.3) ya vieron?

954 * (.5) está mas clara é:sta verdad?

955 =>* Aa: no ((muchos niños hablan pero en voz baja y no se entiende))

En este extracto “lo que se ve” para el maestro, nunca “se ve” para los alumnos a pesar de las múltiples “pistas”, orientaciones e incluso descripciones, de “lo que se ve”, que hace el docente. El maestro no solo plantea desde el principio lo que se supone que tienen que ver en el experimento, sino que repite en varias ocasiones lo que según él se está viendo. Sin embargo, los alumnos y a pesar de la autoridad del maestro en el aula, niegan una y otra vez que se vea lo que él dice que se ve. De aquí se puede deducir que la “evidencia empírica” no parece ser un dato objetivo. La gente interpreta lo que ve a partir de las concepciones que tiene y depende de dichas concepciones que se puedan o no ver ciertos aspectos de la realidad. Por lo cual en el aula la “evidencia” lejos de tener un carácter objetivo y único, aparece como una construcción social que se elabora en la interacción entre los alumnos y el maestro, a veces en un proceso de enriquecimiento discursivo de “lo que se ve” y en otras ocasiones contraponiéndose puntos de vista de “lo que se ve” o de “lo que se siente”. La autoridad del docente o la de la letra escrita en el Libro de Texto no es suficiente para que los alumnos “vean” lo que se supone que debe verse.

En los estudios realizados encuentro que “la evidencia” no es la única fuente legítima de conocimiento que el docente establece en el aula (Candela, 1999, 2002). También aparecen formas alternativas de legitimar el conocimiento como son: la analogía como forma de mostrar la validez de una explicación frente a un hecho de difícil acceso; la opinión mayoritaria; la autoridad de “los que saben más” (padres, el libro, los especialistas); el razonamiento (la argumentación lógica) y el consenso en el grupo. Los docentes estudiados parecen sustentar su versión de los hechos científicos en una referencia al libro de texto, esto es, en lo que sería el consenso científico en el aula o lo que sería la fuente textualmente legitimada del conocimiento escolar. Todas estas formas de legitimación aparecen en debate con lo que se considera “la evidencia” en lo que es el proceso de construcción del hecho científico.

Para los niños los criterios de verdad y las fuentes legítimas de conocimiento para definir hechos como “lo que está bien” son variables. A veces el maestro es tomado como poseedor de la verdad, pero no siempre. En ocasiones demandan el consenso como criterio de verdad. Pero existen situaciones en las que la opinión mayoritaria, e incluso la versión respaldada en la autoridad del docente o del libro de texto es cuestionada en base a fuentes de conocimiento establecidas como “empíricas”. Estos mecanismos discursivos que en el aula se utilizan para validar un hecho como científico tienen grandes similitudes con los mecanismos que los científicos utilizan para legitimar el conocimiento: la analogía, la argumentación, el consenso entre la comunidad científica o el juicio de los “expertos” (Elkana, 1983).

CONSTRUCCIÓN ARGUMENTATIVA DE LA CIENCIA

La ciencia no es solo contenido, es también procedimiento, es una forma de estructuración de las ideas que está basada en una lógica que para Marcelo Pera (1994) es una lógica dialéctica, y por lo tanto tiene que ver con la estructura paradigmática a diferencia de otras formas de organizar la realidad como es la narrativa (Bruner, 1988).

Asumiendo que el discurso de la ciencia tiene una organización retórica o argumentativa (Billig, 1987), interesa también analizar la organización argumentativa y las características retóricas del discurso escolar sobre temas científicos. De manera más estructural, este análisis retórico se fundamenta en que la ciencia no es un espejo de la naturaleza ni tampoco un constructo cultural arbitrario, sino que sus conceptualizaciones no se aceptan si no persuaden a una comunidad que contrargumenta en base a factores teóricos, técnicos y a estrategias específicas, haciendo de la retórica un elemento constitutivo (Pera, 1994).

Dado que el científico es un apasionado por explicar (Einstein), un buen científico tiene altamente desarrollada la capacidad argumentativa. En una argumentación las intervenciones están enlazadas por medio de la confrontación y, por tanto, lo que alguien dice se vincula, en un debate, con lo que otro expresa (Billig, 1987). A continuación planteo un extracto en el que se muestra de qué manera proceden unos alumnos de física en una universidad mexicana (UNAM) para resolver problemas de tarea en el grupo de estudio que ellos formaron para apoyarse y trabajar colectivamente (Candela, 2018).

Extracto 2.

Lola le hace una pregunta a Pedro señalando el problema que ella resolvió de tarea. Él le explica cómo lo resolvió. Después Lola le pregunta a Daniel si lo hizo igual que Pedro. Los tres ven las notas de clase en el cuaderno de Lola y hablan sobre el problema argumentando sobre las diferencias entre el procedimiento de Daniel y Pedro, con el de Lola y las razones por las que lo realizaron de esa manera. Ella parece convencida “en parte” porque corrige un signo y le va haciendo cambios a su resolución mientras los otros dos la observan. Luego decide borrarlo todo y volver a hacerlo porque no le sale el resultado esperado (cero). Daniel y Pedro regresan a sus tareas. Cuando Lola termina y obtiene el resultado de cero les dice “ahora sí les creo”.

Esta interacción entre los tres alumnos muestra elementos significativos de la práctica de trabajo de los grupos de estudio que tiene que ver con la formación que reciben los físicos hacia la argumentación. En primer lugar, se muestra que cada alumno hace un esfuerzo individual por resolver el problema. En segundo lugar, parece evidente que los alumnos tienen la capacidad de juzgar sus propios resultados en función de criterios generales que les permiten evaluar como “posible” la solución obtenida (debería salir cero). Esto requiere tener una idea del proceso físico más que matemático por el que la solución “debe tener ciertas características”. En tercer lugar, en esta secuencia como en otras, es clara la práctica de corroborar los resultados con los compañeros para verificar si los resultados propios son adecuados, sobre todo cuando se tiene dudas como es el caso de Lola. En cuarto lugar, se mantiene la actitud crítica frente a las respuestas aportadas por otros alumnos, aun en el caso de que varios compañeros den las mismas respuestas y se argumenta frente a las diferencias de procedimiento poniendo en juego todos los recursos al alcance (como las notas de clase). Así, aunque un alumno o alumna no esté seguro de su procedimiento o solución, y aunque varios compañeros aporten una solución distinta, esto no es suficiente para aceptar la respuesta alternativa que es aportada por otros hasta que el primero la comprueba. Un quinto elemento interesante en esta secuencia es la coherencia que los tres estudiantes parecen buscar entre las notas de clase y el procedimiento que lleva a la solución del problema, pero esto lo hacen argumentando porque no hay una relación directa entre ambos, como se muestra en que los tres tratan de interpretar el significado y la relación. Y finalmente resulta notable que Lola solo acepte el punto de vista de sus compañeros después de que ella vuelve a realizar las operaciones repetidas veces, borrando todo para empezar desde el principio hasta llegar al resultado esperado. Esta situación ejemplifica el grado de autonomía que es común encontrar entre los estudiantes aunque reciban ayuda de sus pares y el papel de la argumentación entre ellos como procedimiento orientador que sin embargo, en este nivel, no sustituye a la verificación matemática.

A continuación, mostraré un ejemplo de interacción argumentativa que se desarrolla durante una actividad en un grupo de 5º grado de primaria en el que los alumnos tienen que enlistar varios materiales en orden descendente de densidades. Con el análisis de este extracto ejemplificaré la información que sobre los detalles de la interacción y sobre la negociación turno a turno de la construcción del conocimiento, permite el análisis conversacional.

Extracto 2: “¿El plomo o el acero?”

147 Ao26: el plomo

148 Ma: ^el plomo es más pesado:? (.2)

149 por qué:?

150 Ao: ay no::

151 Ao26: porque tiene más materia::?

152 Ma: [Si:::?

153 Aa: [más materia

154 Ao29: no:: (.) el plomo casi no pesa (.) maestra

155 Ma: >el plomo no pesa mu:cho<

156 ((la maestra dice esto en tono de confirmación mirando a Ao26.))

158 Aos: ja ja ja ja ja::: ((mirando a Ao26))

159 ** Ao4: TAMPOCO EL ACERO

160 ** Ao19: yo dije el cobre

161 ** Ao: °el co[bre tampoco pesa (.) maestra°

162 ** Ao19: [yo dije el cobre

163 ** Ma: ^EL ACERO TAMPOCO PESA::? (.2)

164 ** Aa16: /si pesa (.2)

165 ** Ao4: /no mucho

166 ** ((muchos niños comentan entre ellos))

167 ** Ma: A VER (.) ENTONCES (.) <CUAL VA A SER MÁS PESADO>?

168 ** Ao19: el cobre::?

169 ** Ao: el [acero

170 ** Aa: [el acero

171 ** Ma: EL ACERO O EL COBRE?

172 ** As: EL ACERO ((la mayoría a coro))

173 * Ao: /por qué::? (.3)

En el inicio de este extracto, Ao26 propone el plomo como el material más pesado y, como respuesta, la maestra pide una justificación (^el plomo es más pesado:? (.2) por qué:?). Dos alumnos responden de manera diferente. Mientras el primer alumno parece retractarse, Ao26 produce una argumentación a favor de su propuesta del plomo (porque tiene más materia:?). La misma situación se vuelve a repetir con la pregunta de la maestra (línea 152) y las dos respuestas, un confirmando el argumento a favor del plomo y otra planteando que el plomo casi no pesa.

Sin pausa de por medio, la maestra repite la respuesta del niño, reformulándola, (cambia “casi no pesa” por “no pesa mu:cho”). La repetición, sin pausa de por medio, de una aseveración es una forma de aceptación del contenido del turno previo establecida en análisis conversacional (Pomerantz, 1984). La manifestación explícita de la maestra contra el plomo, no impide que un alumno utilice el mismo argumento con el que Ao29 y la maestra habían rechazado al plomo (>el plomo no pesa mu:cho<), pero dirigiéndolo ahora contra el acero (TAMPOCO EL ACERO). La intervención de Ao4 parece ser de abierta oposición a la maestra en la forma de contra-argumento, no solicitado, a la afirmación de ella.

Después de algunas intervenciones a favor y en contra del cobre, como tercera opción, la maestra cuestiona, y con voz muy alta, la intervención de la línea 159 que afirmaba que el acero tampoco pesa (^EL ACERO TAMPOCO PESA::?). Repetir una afirmación en tono de pregunta es una forma de rechazo (Pomerantz, 1984). Con este cuestionamiento la maestra parece centrar su intervención en el debate entre el acero y el plomo tratando de que no se descarte al acero. Las siguientes intervenciones de los alumnos son distintas formas de acomodación ante la intervención de la maestra, mientras la niña apoya a la maestra afirmando que el acero sí pesa, Ao4 suaviza su posición de la línea 159 pero no renuncia a ella (pasa de TAMPOCO EL ACERO a /no mucho).

Un aspecto interesante desde el punto de vista de la argumentación es que a partir de la línea 159, en que Ao4 rechaza abiertamente la posición de la maestra, el ruido en el salón de clases (indicado con la notación **) se incrementa significativamente. Muchos niños comentan en ese momento entre ellos en lo que pareciera ser una generalización del debate. Los recursos discursivos de la maestra, para orientar hacia un cierto orden de los materiales, parecen conducir el discurso a una confrontación entre versiones más que acercarlo al consenso.

En este contexto, la maestra, en voz alta, pide una recapitulación, planteando la pregunta inicial: A VER (.) ENTONCES (.) <CUÁL VA A SER MÁS PESADO>?. Esta pregunta, después de que la maestra argumenta en contra del plomo y cuestiona el argumento contra el acero parece tener el efecto sobre el grupo de eliminar al plomo como opción al primer lugar de los materiales y las respuestas solo mencionan al cobre o al acero. La maestra les pide que opten entre estos dos materiales y los alumnos se manifiestan a coro por el acero, en lo que pareciera ser, por fín, una resolución del debate con una respuesta de consenso a favor del acero (línea 173).

Sin embargo, un niño interviene inmediatamente después de la respuesta colectiva preguntando:

/por qué::?. Esta pregunta con la forma de demanda de justificación, rompe con lo que parecía ser un acuerdo general, esto es, vuelve a orientar el discurso hacia la argumentación. Ya que esta intervención, según la estructura preferencial, actúa como un rechazo del turno anterior. Es interesante que, a pesar de la jerarquía escolar y la asimetría de poder en el aula, en este caso el alumno no solo es el que hace la pregunta, y no solo demanda una justificación de la misma manera como lo hizo anteriormente la maestra (¿por qué:?, línea 149) para mostrar desacuerdo con una versión individual, sino que parece apropiarse del recurso discursivo, inicialmente utilizado por la maestra para demandar una explicación y rechazar la versión previa, utilizándolo contra una versión colectiva a favor del acero.

En varios trabajos realizados (Candela, 1991; 1996 y 1997a) encuentro que la argumentación entre versiones alternativas aparece con frecuencia en las aulas y contribuye a la creación de actitudes científicas. Entre otros, algunos ejemplos de la forma en que aparece la argumentación están los siguientes: a) El maestro promueve argumentaciones al preguntar frecuentemente “¿por qué?”, b) los alumnos también demandan argumentos que los convenzan (“¿por qué se hunde el fierro aunque sea chiquito y un tronco no, aunque pese mucho? yo lo he visto”), c) los alumnos argumentan aunque no se les solicite d) el maestro también argumenta y justifica su versión fomentando con esto las intervenciones argumentativas de los alumnos.

En otros análisis de transcripciones de clases de ciencias que, por razones de espacio, no es posible reproducir aquí (Candela, 1999) se plantea también la dialéctica relación entre la argumentación y la construcción de consensos a partir de versiones alternativas que los maestros y alumnos sostienen sobre el conocimiento científico. El aula es un espacio de construcción de acuerdos y los procedimientos para lograrlo son parte de la tarea docente. Así lo demandan los alumnos y lo negocian los maestros. Para poder educar hay que saber convencer.

CONCLUSIONES

El análisis de la interacción discursiva en clases de ciencias de la escuela primaria mexicana muestra la riqueza de versiones de los hechos científicos construida en la interacción, riqueza a la que los alumnos contribuyen de manera importante con sus interrogantes, razonamientos y versiones alternativas que hace de la ciencia en el aula una ciencia viva y en construcción más que una ciencia acabada y de verdades incuestionables. La participación de los alumnos aparece compartiendo sentidos de la tarea escolar y debatiendo activamente sobre versiones distintas del contenido científico, apropiándose para para ello, con evidente competencia comunicativa, de los recursos discursivos puestos en juego por los docentes.

En el caso de los alumnos universitarios de física, en el ejemplo planteado sobre el discurso entre pares, se puede ver que ya se han apropiado de recursos como la capacidad crítica, el razonamiento autónomo y la argumentación sobre la teoría que explica los fenómenos físicos y que argumentan sobre la interpretación de la misma en relación con un problema particular, así como la aplicación de recursos matemáticos en coherencia con lo anterior, para la resolución del problema.

En cuanto a los alumnos de primaria, parece que, si el discurso se orienta hacia una opción que comparten, pueden aceptar la orientación del docente hacia una construcción de consenso, pero en caso contrario pueden orientarse hacia mantener el contexto argumentativo, aún rompiendo la estructura de participación social que la maestra trata de conducir. Por tanto, tampoco se asumen a sí mismos, al menos en todos los casos, como los que “no saben”. Construyen una identidad como los que a veces conocen el contenido y por tanto lo negocian con los maestros. Nos muestran a los alumnos como comunicadores competentes, como sujetos dispuestos a defender sus puntos de vista y además como conocedores de muchos de los contenidos abordados en la clase.

Aspectos concretos que pueden derivarse de esta investigación es la importancia de la experimentación en el aula como espacio en el que se abre la posibilidad de construcciones alternativas de los hechos. Sin embargo, los estudios realizados me muestran que más importante que la experimentación es el debate sobre las diversas alternativas explicativas de los fenómenos naturales, ya sea que estos se deriven de experimentos realizados en el aula o que formen parte del conocimiento extraescolar de los alumnos.

La discusión sobre un mismo fenómeno en diferentes contextos puede llevar a desarrollar actitudes científicas importantes. Es conveniente impulsar la expresión de todas las versiones posibles sobre un “hecho” para desarrollar la capacidad de explicación de los alumnos. Confrontar versiones distintas contribuye a desarrollar las capacidades argumentativas de los alumnos y con ello una actitud importante para la construcción del conocimiento científico. En todos estos estudios de caso existe una importante actividad de los alumnos de imitación y de apropiación de los recursos que los docentes ponen en juego, más que de improvisación o descubrimiento autónomo, actividad que parece conducirlos a procesos de construcción del conocimiento científico que tienen importantes semejanzas con los procesos sociales de construcción de la ciencia.

Tomar en cuenta la investigación sobre la construcción del conocimiento científico en el aula es necesario como el puente que permite conocer lo que es posible modificar en la enseñanza de ciencias a partir de lo que se hace en el aula y, por tanto, de lo que es capaz de implementar un docente con la formación y los recursos que se pueden desarrollar en esa práctica profesional y en relación con las necesidades de desarrollo integral de los alumnos como sujetos sociales y culturalmente diversos. Para eso resulta de fundamental relevancia comprender y tomar en cuenta lo que los alumnos saben o lo que pueden hacer en un nivel comunicativo, así como las características de los procesos socioculturales de construcción del conocimiento y, en especial, los que ocurren en una institución social como es la escuela. Estos aspectos más apegados a las condiciones locales de las aulas, presentan tensiones con la tendencia actual para desarrollar “competencias” poco precisas o frecuentemente definidas externamente y desde las necesidades del desarrollo del sistema económico actual.

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INTRODUCCIÓN

Este capítulo presenta ideas y propuestas inscritas en una de las líneas de investigación e innovación de nuestro grupo GEHyD, aquella que se ocupa de la naturaleza y función de la “modelización científica escolar”. Algunos de los resultados que hemos venido obteniendo en esa línea aparecen en presentaciones del grupo en diversas ediciones de la REF (Reunión Nacional de Educación en Física)7 y en publicaciones realizadas en distintos formatos (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003; Adúriz-Bravo, 2011, 2012, 2013, 2015b; Adúriz-Bravo et al., 2014; Ariza et al., 2016; Díaz Guevara et al., 2019). En todos esos trabajos hacemos reflexiones teóricamente fundamentadas desde la didáctica de las ciencias naturales en torno al papel que juegan las representaciones, los modelos, las analogías y las metáforas en la construcción y la comunicación del conocimiento científico escolar en los procesos de enseñanza formal de las ciencias naturales dentro de la educación obligatoria.

Consideramos importante relacionar este capítulo con algunos de los desarrollos anteriores del grupo, puesto que ello nos permite ubicar a los lectores en el punto de partida desde el cual estamos formulando recomendaciones de aula por medio de nuestra noción de directrices didácticas. Además, se trata de un ejercicio metacognitivo interesante porque nos exige revisar y sintetizar formulaciones previas, y de esta manera hacer explícitos algunos presupuestos y elementos teóricos subyacentes.

Para iniciar, es necesario mencionar que actualmente la literatura sobre modelos en la didáctica de las ciencias naturales es muy extensa y diversa; por tanto, es recomendable, en primer lugar, ubicarnos en una perspectiva de investigación que recoja nuestros intereses y posteriormente seleccionar algunas de las producciones que respondan a esa perspectiva desde determinados criterios teóricos. Teniendo en cuenta lo anterior, en este capítulo recuperamos las categorías de modelo científico, modelo didáctico y modelo analógico, ampliamente utilizadas en nuestra disciplina por cuatro décadas (Duit, 1991; Gilbert, 1997; Gilbert y Boulter, 2000; Chamizo, 2010; Gouvea y Passmore, 2017).

Algunos autores usan la expresión “modelo didáctico” para referirse a analogías u otros recursos “mediadores” entre el contenido a aprender y el conocimiento del sentido común; en este sentido, el concepto de modelo didáctico constituye un instrumento fundamental para abordar los problemas de la enseñanza de las ciencias en los distintos niveles educativos, en tanto contribuye a establecer los vínculos entre el análisis teórico y la práctica docente. Nosotros, por nuestra parte, inscritos en el llamado “modelo cognitivo de ciencia escolar” (Izquierdo-Aymerich et al., 1999; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003), definimos los modelos didácticos como las transposiciones didácticas de los modelos científicos eruditos, cuya enseñanza está prescrita en el currículo de ciencias naturales de los diferentes niveles educativos. En este sentido, hablaríamos de modelos didácticos (o “modelos científicos escolares”) para referirnos a los contenidos científicos enseñados incluso en el nivel universitario (Bonan, 2002).

También hablamos de modelos analógicos, en el entendimiento de que estos no comparten el contenido con sus “analogandos” (los modelos didácticos), sino que, desde un campo semántico externo, sirven de vehículo para engarzar o anclar las significaciones complejas y abstractas del contenido científico escolar en los contenidos más simples y concretos disponibles en la estructura cognitiva (situada) de los estudiantes. Un ejemplo bien conocido de esto es la analogía del “budín de pasas” para el modelo atómico de Thomson. Estas formas expresivas permiten representaciones más significativas del contenido del modelo y la transferencia de este a otros campos de problemas.

Las reflexiones que hacemos en este capítulo se inscriben en una visión de la enseñanza de las ciencias naturales que recupera la importancia del “hablar y escribir ciencias” (Lemke, 1997; Sanmartí, 2003). Esta visión pone especial acento en la argumentación científica escolar como competencia central para la enseñanza de las ciencias. Para nosotros, el uso de un modelo científico para estructurar un argumento (con el fin de explicar) permitiría garantizar la calidad lógica del “ascenso” de datos a conclusiones. La vinculación que estamos postulando entre argumentos y modelos va de la mano con la definición de argumentación a la que adherimos en nuestro grupo, que la concibe como una actividad social situada que se dirige a validar o refutar una opinión, y que consiste en presentar apoyos teniendo en cuenta al receptor y la finalidad con la cual se emiten. Para argumentar hace falta elegir entre diferentes explicaciones modeloteóricas y examinar los criterios que permiten evaluar como más adecuada la opción elegida (Sanmartí, 2003).

En esta definición de argumentación aparecen distintos elementos teóricos: un “acto de habla” socialmente situado, la audiencia, el propósito de convencer por parte del emisor, y el “razonamiento” mediante el modelo propuesto. Resumidamente, la argumentación, vista como una competencia cognitivolingüística nodal para la actividad científica (ya sea erudita como escolar), “soldaría” cuatro componentes: retórico, pragmático, teórico y lógico, que remiten a que el argumento generado persigue el convencimiento de la audiencia, está contextualizado en una determinada praxis, remite a un modelo teórico que sirve de referencia para el proceso explicativo y se estructura mediante una arquitectura sintáctica compleja y elaborada (Adúriz-Bravo y Revel Chion, 2014).

Desde nuestra perspectiva, entonces, la puesta en marcha de la competencia argumentativa da por resultado la producción de un texto explicativo; precisamente este tipo de texto supone mayores desafíos cognitivos a los estudiantes porque les exige analizar e identificar las relaciones existentes entre las ideas teóricas que definen el modelo científico que se está utilizando para explicar. Adherimos, entonces, a la idea de una “naturaleza argumentativa de la ciencia”: desde un posicionamiento epistemológico fuerte, consideramos la argumentación como una de las prácticas epistémicas centrales de la ciencia. Esta práctica se desarrollaría al interior de comunidades de conocimiento con sus propias reglas y valores, con el propósito de construir significados sobre el mundo natural mediante el uso de modelos.

Por otra parte, nuestra recuperación de las analogías como herramienta didáctica de importancia central no es novedosa (Linares, 2002), pero hacemos uso de dicha herramienta pretendiendo explotar más a fondo su potencial mediante la inclusión de la metacognición y de la epistemología (o filosofía de la ciencia) como elementos de fundamentación importantes. Una propuesta a la que nos remitimos por su utilidad para las clases de ciencias naturales es la secuencia de pasos que se ha llamado modelo didáctico analógico (MDA) (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001).

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

En esta sección esbozamos aquellas miradas teóricas, provenientes de la epistemología y de la didáctica de las ciencias naturales, que nos han permitido explorar el complejo campo de las representaciones científicas (dentro del cual se sitúan modelos y analogías). El propósito es fundamentar teóricamente nuestra propuesta de directrices didácticas.

La “concepción basada en modelos”

El modelo epistemológico que nos sirve de referencia para nuestras innovaciones didácticas proviene de la llamada epistemología semántica y cognitiva, del último cuarto del siglo XX. De entre los aportes de esta escuela epistemológica, seleccionamos la concepción basada en modelos (“model based view”), en especial tal como es desarrollada por el filósofo estadounidense Ronald Giere (1992, 1999).

Muy resumidamente, podemos decir que la epistemología reciente se caracteriza por proponer el modelo como unidad estructural y funcional del análisis metateórico, desplazando así la teoría, que era la unidad clásicamente elegida (por ejemplo, por el positivismo lógico). Giere habla de los “modelos teóricos” como entidades no lingüísticas abstractas que se conectan analógicamente con la realidad (por su grado de semejanza), dando así cuenta de solo algunos aspectos de los sistemas representados, y que “satisfacen” las proposiciones que las definen en distintos lenguajes. La suposición de que existe un ajuste parcial y pragmático entre realidad y modelo, mediado por el problema teórico al que se quiere dar respuesta, se conoce como realismo perspectivo (Giere, 1999).

En este marco de ideas, los modelos se pueden entender como representaciones idealizadas de sistemas reales que incluyen aspectos generales (características y descripciones) y específicos (estructura y función) “capturados” de tales sistemas. Todos esos aspectos son organizados en base a sistemas de proposiciones de carácter hipotético. Por tanto, un modelo adquiere relevancia en la medida en que permite prima facie la descripción, el análisis y la interpretación del sistema modelizado.

Finalmente, los modelos son una clase particularmente elaborada de representaciones abstractas de objetos, sistemas, fenómenos o procesos. Un modelo siempre es un modelo de algo y necesariamente simplifica lo que representa y pretende entender a través de un uso muy sofisticado de la trama teórica (Adúriz-Bravo, 2011, 2012, 2013); por tanto, se puede afirmar que la relación entre el mundo real y los modelos teóricos es de “similitud” (Giere, 1992): el modelo es similar al sistema real en algunos aspectos y grados, solo representa algunas entidades y relaciones de dicho sistema y las idealiza para que se acoplen a la teoría.

En la visión epistemológica a la que adherimos, las teorías científicas son familias de modelos enlazados por su afinidad temática e “interpretados” en los sistemas reales para los cuales funcionan como análogos. En este sentido, cada teoría contiene, además de su núcleo formal, el conjunto de sus aplicaciones sobre la realidad y un “saber hacer” metodológico. Las aplicaciones, además, son desplazamientos analógicos de un modelo teórico paradigmático a diversos ámbitos de la realidad entre los cuales se van encontrando semejanzas.

La formulación de Giere (1999) también admite considerar los modelos analógicos como mediadores en esta exploración teórica de la realidad, y de allí el valor que le encontramos para la enseñanza de las ciencias naturales.

El razonamiento analógico en la ciencia y en la enseñanza de las ciencias

El estudio en profundidad del lenguaje científico es una línea relativamente reciente en la reflexión metateórica sobre las ciencias que ha permitido ver las dificultades del ambicioso proyecto positivista lógico de encontrar un lenguaje científico formal unívoco y exacto. Actualmente se piensa en el lenguaje científico desde categorías aportadas por la pragmática y la retórica (Izquierdo-Aymerich, 2000, 2017). En este contexto, el razonamiento analógico cobra un papel importante; se valorizan las analogías y metáforas que los científicos usan para construir y comunicar conocimiento.

En el contexto escolar, adherimos a la visión de Lemke (1997) de que es necesario aprender a hablar y escribir ciencias como forma de interiorizar, comunicar y aplicar el saber y el saber hacer sobre los fenómenos naturales en los distintos ámbitos de la ciencia escolar. El razonamiento analógico es una importante herramienta facilitadora de este proceso, puesto que permite relacionar de manera no arbitraria los modelos científicos a aprender con las significaciones o concepciones de las que ya disponen los estudiantes.

Entendido en forma amplia, el razonamiento analógico es una búsqueda de semejanzas entre dos campos de contenido; partiendo de uno conocido (la “fuente”) se quiere explicar otro novedoso (el “blanco”) elaborando proyecciones que, con frecuencia, son de naturaleza estructural o funcional. Hay numerosos tipos de transporte analógico con interés para la enseñanza de las ciencias naturales; nosotros hemos distinguido entre los modelos analógicos, los análogos concretos y los epítomes (Adúriz-Bravo, 2005).

La modelización científica escolar

El modelo cognitivo de ciencia escolar, desarrollado con particular énfasis en la Universitat Autònoma de Barcelona (España), sugiere la importancia de considerar la actividad científica escolar como un proceso de modelización (Izquierdo-Aymerich et al., 1999; Izquierdo-Aymerich, 2000; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003). Tal consideración surge de la convergencia de varias líneas de trabajo en didáctica de las ciencias naturales, que destacan el papel del lenguaje, los modelos, la autorregulación, los contextos y los valores y finalidades en las clases de ciencias naturales.

Para este trabajo, entendemos la actividad científica escolar como una actividad de aula diseñada intencionalmente por el profesorado que apunta a establecer relaciones coherentes entre hacer, pensar, razonar, argumentar y estructurar, expresar y aplicar el conocimiento. Nuestra noción de actividad científica escolar requiere de una enseñanza de las ciencias basada en prácticas de indagación que transformen un hecho real en un hecho científico para otorgar sentido teórico a las intervenciones y al lenguaje que se emplea (Marchán-Carvajal y Sanmartí, 2015).

Asimismo, autores como Mercè Izquierdo-Aymerich (Izquierdo-Aymerich, 2004; Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003) consideran que la actividad científica escolar tiene la exigencia de conectar firmemente los hechos del mundo con los modelos apropiados para explicarlos y con los lenguajes (en distintos medios semióticos) que nos sirven para argumentar sobre las relaciones sustantivas entre hechos y modelos. Por tanto, el diseño de la actividad científica escolar ha de tener en cuenta aquellos hechos que pueden cobrar sentido para los estudiantes, a fin de transformarlos, mediante el conocimiento teórico, en “hechos paradigmáticos” que funcionarán a modo de modelos teóricos escolares.

En este sentido, consideramos deseable un currículo escolar de ciencias naturales basado en los modelos “irreducibles”, es decir, los más esenciales y vertebrales, que representan la endoestructura profunda de las disciplinas científicas (Adúriz-Bravo et al., 2001). Postulamos así la necesidad de una transposición didáctica que respete los “campos estructurantes” de las ciencias naturales.

Para llegar a una reconstrucción de los modelos didácticos en los estudiantes, esta línea de investigación sugiere, como dijimos, la construcción de hechos paradigmáticos. Estos hechos funcionan a modo de protomodelos teóricos à la Giere y su construcción se ve facilitada por los modelos analógicos, que permiten introducir más significativamente unos primeros modelos teóricos escolares junto con sus ámbitos de aplicación, surgidos de las intervenciones (observaciones, experimentos) propias de la actividad científica escolar (Izquierdo-Aymerich et al., 1999).

Este valor epistémico de las analogías ha sido destacado por numerosos autores quienes, no obstante, han señalado algunos de los problemas que aparecen al utilizarlas (ver una revisión en Linares, 2002). Esto ha llevado a los investigadores de nuestro grupo a intentar diversas estrategias de uso de las analogías (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003) que tienen como elemento común el enfoque metacognitivo y autorregulatorio de “vigilancia epistemológica”.

DIRECTRICES PARA EL DISEÑO DE UNA UNIDAD DIDÁCTICA

Los autores de este capítulo, otros miembros del grupo de investigación y distintos colaboradores hemos venido llevando adelante sucesivas intervenciones didácticas, diversas en lo que al nivel educativo de implementación se refiere. En esas intervenciones hemos intentado poner a prueba algunas de las hipótesis teóricas que subyacen a nuestra idea de cómo planificar una unidad didáctica para la enseñanza de las ciencias naturales. En este sentido, las aulas donde trabajan nuestros profesores en prácticas y graduados recientes son el campo de prueba de nuestras formulaciones teóricas.

En la planificación de todas esas intervenciones hemos puesto en marcha una serie de estrategias muy variadas, pero que comparten algunos elementos teóricos fundantes que sirven como directrices didácticas8, es decir, como ejes que guían, desde el cuerpo teórico de la didáctica de las ciencias naturales, la tarea de planificar.

En este capítulo hablaremos de tres directrices, que hemos llegado a enunciar a partir del trabajo de investigación e innovación de nuestro grupo. En esta sección describiremos y explicaremos, tanto desde el punto de vista del conocimiento teórico como de las recomendaciones específicas de aula que conlleva tal conocimiento, en qué consisten tales directrices, llamadas niveles de representación, conceptualización metacognitiva de las analogías, y aprender los modelos y aprender sobre los modelos. En la siguiente sección concretaremos esas tres directrices en una unidad didáctica para ciencias naturales de nivel secundario.

Los niveles de representación

Adherimos a la hipótesis de trabajo de que la diferencia entre expertos y novatos radica, entre otras cosas, en la riqueza y movilidad de sus sistemas de representaciones sobre la realidad natural (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001, 2004). Los expertos son capaces de manejar representaciones concretas y abstractas de la realidad que son simbólicas, esto es, no son un reflejo o copia de la realidad, sino, una reelaboración mediada por categorías teóricas y sostenida en relaciones de inferencia.

En el conjunto de estas representaciones que los expertos en un contenido científico manejan, se cuentan el modelo teórico de referencia (modelo científico erudito) y sus múltiples transposiciones, a las que hemos llamado modelos didácticos. Los expertos son también capaces de usar modelos analógicos, analogías, metáforas y representaciones concretas (y otras clases de representaciones de segundo orden sobre el modelo) en gran cantidad y variedad.

Todo este conjunto de herramientas de representación aparece, en los expertos, autorregulado por un sistema de monitoreo metacognitivo muy desarrollado. Esto permite que los expertos puedan hacer explícitos los alcances y límites de los modelos sobre los sistemas (modelos científicos) y de los modelos sobre los modelos (modelos didácticos y modelos analógicos).

Convengamos que el conocimiento experto se evidencia cuando se expresa en algún lenguaje. Las mentes de los expertos tienen gran movilidad representacional, que demuestran explícitamente al utilizar complementariamente diferentes recursos expresivos. Los estudiantes en principio perciben el aspecto sintáctico del discurso del profesor como experto, y a partir de este deben construir su propio conocimiento, asignando a la sintaxis una semántica (Galagovsky, 2004). Los estudiantes, para utilizar competentemente las representaciones que constituyen los modelos didácticos disponen de sus propias representaciones mentales de partida, seguramente muy diferentes a las de los expertos en ciencias naturales, pero también disponen de los modelos analógicos presentados por el profesorado.

La recomendación (primera directriz) que hemos derivado de estos resultados de investigación reportados en la literatura didáctica es que, en el aula de ciencias naturales, el trabajo consciente y verbalizado sobre diversas representaciones convergentes de un fenómeno puede favorecer en los estudiantes la apropiación del modelo didáctico que da cuenta de ese fenómeno. Por ello, nos parece importante trabajar en la línea de convertir algunos fenómenos naturales cuidadosamente seleccionados para su estudio en “hechos científicos escolares” que funcionen a modo de primera versión de los modelos didácticos prescritos en el currículo (Izquierdo-Aymerich y Adúriz-Bravo, 2003) y nucleen en torno a ellos diversos modos de representación.

La conceptualización metacognitiva de las analogías

Son muy numerosos los trabajos que alientan el uso del razonamiento analógico en las clases de ciencias naturales de los distintos niveles educativos (Clement, 1993; Glynn, 1995; Aubusson et al., 2006, entre otros muchos). En este sentido, nuestra recomendación no es original. Sin embargo, teniendo en cuenta las dificultades que los investigadores han reconocido en las analogías para la enseñanza, se han propuesto secuencias de actividades para trabajar los modelos analógicos en forma más rica y provechosa. Una de estas secuencias es el modelo didáctico analógico (MDA) o analogical model for science teaching (AMST) (Galagovsky y Adúriz-Bravo, 2001; Adúriz-Bravo y Galagovsky, 2003).

El MDA se apoya en dos ideas fuerza. Por una parte, que una forma fructífera de trabajar sobre la analogía debería “emular” los procedimientos cognitivolingüísticos de los científicos, entre ellos, la identificación del problema, la emisión de hipótesis, la abducción de modelos y la selección de la mejor explicación. En segundo lugar, que es necesario un constante “ida y vuelta” metacognitivo entre analogía y modelo didáctico (contenido científico escolar), de modo que ambos se resignifiquen y enriquezcan mutuamente.

Para lograr lo anterior, el MDA se enfoca en cuatro momentos (Galagovsky y Greco, 2009): 1. un momento anecdótico, donde la analogía se presenta en forma de problema, con consignas que los estudiantes deberán resolver; 2. un momento de conceptualización sobre la analogía, donde se buscan consensos sobre cuáles fueron los conceptos fundamentales trabajados en la resolución del problema analógico; 3. un momento de correlación conceptual, donde el contenido científico a aprender encuentra significado por comparación con los sentidos discutidos con la información analógica; y 4. un momento de metacognición, donde cada estudiante toma conciencia de los puentes que construyó, los símiles erróneos o improductivos que descartó y las nuevas relaciones sustantivas aprendidas. Es en este último momento donde se discuten los alcances y las limitaciones del modelo analógico.

Más allá del uso de esta secuencia en concreto, recomendamos (como segunda directriz para la planificación de unidades didácticas) generar espacios explícitos para una suerte de “vigilancia metacognitiva” sobre las analogías: fomentar que los estudiantes sean capaces de realizar transferencias estructurales y funcionales entre análogo (fuente) y analogado (blanco) sin trasladar caracteres anecdóticos o superficiales. Y al mismo tiempo, que ellos reflexionen sobre la potencialidad de la analogía como acceso al modelo didáctico y sobre su naturaleza como representación científica.

Aprender modelos y aprender sobre modelos y modelización

Otro de los elementos centrales de nuestra aproximación a la planificación de unidades didácticas es la atención que prestamos a la dimensión epistemológica en la educación científica, lo que se ha dado en llamar “naturaleza de la ciencia” (Matthews, 1994; McComas, 1998; Adúriz-Bravo, 2005). Nos parece importante que los estudiantes reflexionen, por medio de “metamodelos” (esto es, modelos epistemológicos), sobre qué es la ciencia, cómo ha cambiado a lo largo de la historia y cómo se relaciona con la sociedad y la cultura (Adúriz-Bravo, 2005).

En este sentido, sugerimos (como tercera directriz didáctica) que es importante trabajar explícitamente sobre los procesos cognitivos, lingüísticos, materiales y sociales que se ponen en juego en la clase de ciencias naturales, para luego explorar sus semejanzas y diferencias con la actividad científica erudita (de los científicos) (Lozano et al., 2013). Estaríamos construyendo así una genuina actividad científica escolar en la que se rescate el papel epistémico central que modelos y argumentos tienen para el avance del conocimiento científico en su contexto de producción.

Por otra parte, nos parece que, en la planificación de cualquier unidad didáctica de ciencias naturales, debe darse un espacio destacado a la discusión del rol que ha jugado la modelización a lo largo de la historia de la ciencia. En este sentido, durante el trabajo alrededor de algún modelo importante de las ciencias naturales podría crearse el contexto idóneo para establecer una discusión epistemológica sobre el propio constructo de modelo.

UN EJEMPLO: LOS MODELOS ATÓMICOS

Uno de los temas de ciencias naturales que hemos venido trabajando más en profundidad desde esta perspectiva de modelos y analogías es el de la estructura de la materia. El currículo de ciencias naturales de nivel secundario básico y superior (en Argentina, con estudiantes de entre 12 y 18 años) prescribe para este tema una clásica aproximación histórica, a menudo muy lineal, que transpone algunos de los diversos modelos atómicos postulados por la ciencia desde la antigua Grecia hasta la Segunda Guerra Mundial.