Naturaleza de la ciencia e indagación: cuestiones fundamentales para la educación científica del ciudadano




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Naturaleza de la ciencia e indagación: cuestiones fundamentales para la educación científica del ciudadano

Andoni Garritz *

Aunque existe una necesidad perenne de enseñar a los jóvenes que posteriormente harán ciencia, éstos siempre serán una minoría. Es más importante enseñar ciencia a quienes deberían reflexionar sobre ella, y esto incluye casi a todos, especialmente a los poetas, pero también a los músicos, filósofos, historiadores y escritores. Al menos algunos de ellos podrán imaginar estratos de significado que se nos escapan al resto.
L. Thomas

SÍNTESIS: En este trabajo se presentan las características de la naturaleza de la ciencia (NdC, en adelante), de la indagación y del fomento del escepticismo como cuestiones fundamentales para la educación científica del ciudadano, ya que implican aprender acerca de la ciencia "...desarrollar una cierta comprensión de la naturaleza de la ciencia, sus métodos y sus complejas interacciones con la sociedad..." (Hodson, 1992; Solbes, Vilches y Gil, 2001). Finalmente, se propone cómo podrían incorporarse estos aspectos en los libros de texto de ciencias.

SÍNTESE: Neste trabalho, apresentam-se as características de natureza da ciência (NdC, em diante), da indagação e do fomento do ceticismo como questões fundamentais para a educação cientifica do cidadão, já que implicam aprender sobre a ciência "...desenvolver uma certa compreensão da natureza da ciência, seus métodos e suas complexas interações com a sociedade..." (Hodson, 1992; Solbes Vilches e Gil, 2001). Finalmente, propõe-se, como estes aspectos poderiam ser incorporados nos livros escolares de ciências.

1. Introducción

En los estándares para la educación científica estadounidense (National Research Council, 1996) se señala en la primera página:

En un mundo repleto de productos de la indagación científica, la alfabetización científica se ha convertido en una necesidad para todos: todos necesitamos utilizar la información científica para realizar opciones que se plantean cada día; todos necesitamos ser capaces de implicarnos en discusiones públicas acerca de asuntos importantes que se relacionan con la ciencia y la tecnología; y todos merecemos compartir la emoción y la realización personal que puede producir la comprensión del mundo natural.

Como veremos más adelante, la NdC forma parte explícita de dichos estándares en tanto la indagación se define primorosamente y se incorpora como fuente central para la enseñanza. Bell y Lederman (2003) mencionan lo siguiente al explicar su apoyo a la enseñanza de la NdC:

Desde una perspectiva educacional, la mayoría está de acuerdo en que enseñar a los estudiantes a repetir hechos científicos, leyes y teorías no es suficiente. Más bien, los profesores y los educadores de ciencia quieren que los estudiantes sepan por qué el conocimiento y las ideas científicas tienen méritos y debemos confiar en ellos [...].

Entonces, el entendimiento público de la naturaleza de la ciencia ha sido indirectamente dirigido como una componente crítica de la democracia, en la cual la gente debe tomar decisiones en aspectos basados en ciencia y tecnología.

Cuando hablamos de la educación científica para todos los ciudadanos nos estamos refiriendo a los objetivos de la corriente Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS), plasmados, por ejemplo, en el reciente artículo de Vázquez y Manasero (2006) sobre la educación química:

Las relaciones CTS deben formar parte esencial del currículo científico aportando la discusión de problemas socio-técnicos reales y con incidencia e importancia para la sociedad y la educación para la toma de decisiones en temas socio-científicos. Estas relaciones implican también una enseñanza explícita de la historia, la epistemología y la sociología de la química y con énfasis especial en los aspectos actitudinales relacionados con la química (Acevedo y otros, 2003). La educación química debe enseñar conocimientos, procedimientos y actitudes; pero el énfasis no debe estar en los primeros, sino en las últimas, ya que son éstas las que dirigen la conducta.

El investigador australiano en Didáctica de la Ciencia Peter Fensham ha escrito recientemente que hoy el principal problema de la enseñanza y aprendizaje de la ciencia es la falta de interés de los estudiantes; y que la solución requiere una especial y vigorosa atención a los aspectos actitudinales, afectivos y emocionales del currículo de ciencias. En consecuencia, el objetivo prioritario de la enseñanza y aprendizaje de la ciencia debe ser promover una actitud positiva de los estudiantes hacia la ciencia escolar, que mantenga la curiosidad y mejore la motivación con el fin de generar apego y vinculación hacia la educación científica, no sólo a lo largo del período escolar, sino también a lo largo de toda la vida (Fensham, 2004).

La propuesta original de Fensham (1985) en su artículo seminal "Ciencia para todos" es dar a todos los alumnos en la enseñanza primaria y secundaria otro tipo de educación científica, dejando para los años superiores de la educación preuniversitaria los cursos de Ciencia para la elite, con los contenidos canónicos y la formación de las habilidades científicas tradicionales que intentan la selección de los alumnos más capaces para el desarrollo de las ciencias, las ciencias de la salud y las ingenierías. Por su parte, los cursos de "Ciencia para todos" deben desarrollar contenidos vinculados con aquellos aspectos de la vida humana que mejorarán con el estudio de las ciencias.

Los objetivos de esa nueva educación en ciencias se contraponen a los que caracterizaron a la educación en "Ciencias para la elite":

1. Los contenidos revestirán una obvia e inmediata relevancia social y personal para los aprendices, partiendo de lo que ya saben, de su experiencia previa a la escuela.

2. Las habilidades prácticas y el conocimiento tendrán criterios de logros que todos los aprendices puedan alcanzar hasta algún nivel.

3. Los temas, tópicos o secciones serán visibles constantemente para poder elucidar las partes componentes del aprendizaje.

4. La pedagogía explotará las demostraciones y las prácticas que son inherentes a las ciencias y al aprendizaje cultural que se obtiene en forma previa o fuera de la escuela.

5. El aprendizaje de habilidades prácticas y cognitivas surgirá como consecuencia fluida de la relevancia y significatividad de los tópicos de la naturaleza de la ciencia, más que como motivo primario del aprendizaje.

6. La evaluación reconocerá tanto los conocimientos previos que los aprendices tienen sobre la ciencia, como sus logros subsecuentes en el resto de los criterios que componen el currículo.

Como se puede observar, los puntos 4 y 5 ensalzan la enseñanza experimental y la NdC, atreviéndose a plantear, como Schwab (1966), que sea posicionada por delante de la instrucción en la teoría y con un fuerte impacto de indagación.

En el mismo artículo, Fensham indica que el contenido de la educación en "Ciencia para todos" estará compuesto por diferentes tipos de aprendizaje:

a) Conocimientos. Hechos, conceptos y principios usados en ciencia.

b) Aplicaciones del conocimiento. Empleo directo e indirecto de los conceptos y principios científicos en situaciones reales o idealizadas.

c) Habilidades. Funciones intelectuales como clasificar, controlar variables, usar modelos, predecir a partir de datos, etcétera, que son comúnmente usados en la ciencia.

d) Habilidades prácticas. Operaciones psicomotrices que involucran varias clases de equipo e instrumentos.

e) Resolución de problemas. Combinación de conocimiento científico y habilidades intelectuales para resolver problemas presentados teóricamente.

f) Rasgos y actitudes científicas. Búsqueda de conocimientos asociados a rasgos como la honestidad, la mente abierta para la explicación de fenómenos, la socialización de resultados, la capacidad de observación cuidadosa, la pulcra elaboración de informes, etcétera.

g) Aplicaciones de ciencia y tecnología. Inclusión de las implicaciones y los orígenes sociales de dichas aplicaciones.

h) Necesidades personales y sociales. Cumplimiento con equidad de necesidades de ese orden.

i) Evolución del conocimiento científico. Noción de cambio y de transformación que el alumno debe adquirir respecto de la ciencia.

j) Fronteras y limitaciones de la ciencia. Contribución limitada de la ciencia a la resolución de problemáticas actuales, en función del sentido de oportunidad con que se apliquen y la utilidad que proporcione la aplicación de los conocimientos científicos, en situaciones puntuales.

Como se puede observar, los puntos d, h, i y j tienen que ver con la NdC. Pero conviene empezar por definir qué entendemos por "naturaleza de la ciencia" y por "indagación" para luego ir entreverando los beneficios que tendría su inclusión en la educación científica del ciudadano.

2. Naturaleza de la ciencia

La NdC es un metaconocimiento sobre la ciencia que surge de las reflexiones interdisciplinarias realizadas desde la historia, la filosofía y la sociología por especialistas de estas disciplinas, pero también por algunos científicos insignes.

Ángel Vázquez-Alonso

Los libros de texto tradicionales sólo desarrollan conocimientos científicos y se rigen por la lógica interna de la ciencia, sin preguntarse acerca de qué es la ciencia, cómo funciona internamente, cómo se desarrolla, cuál es el origen de los conocimientos, cuál su grado de fiabilidad, cómo se obtuvieron, qué implicaciones tiene el juicio de los pares, para qué se utilizan comúnmente los conocimientos, qué beneficios aportan a la sociedad, y otras cuestiones relacionadas con el concepto de "naturaleza de la ciencia". Debido a lo que se le escapa a la enseñanza tradicional, la imagen de la ciencia transmitida resulta trasnochada y deformada; ya que se trata de una ciencia del pasado y no de la ciencia -y sobre todo de la tecnociencia- contemporánea, la que se hace hoy en día en los laboratorios de diversas instituciones (universidades, hospitales, fundaciones, ejército, etc.) y en las empresas privadas (industrias, corporaciones farmacéuticas, etc.) (Vázquez, Acevedo y Manassero, 2004).

Estos mismos autores incluyen en diversos pasajes varias notas sobre lo que debe considerarse como NdC:

La NdC incluye la reflexión sobre los métodos para validar el conocimiento científico, los valores implicados en las actividades de la ciencia, las relaciones con la tecnología, la naturaleza de la comunidad científica, las relaciones de la sociedad con el sistema tecnocientífico y las aportaciones de éste a la cultura y al progreso de la sociedad [...]. También se deberían entender como propios de la NdC todos aquellos asuntos que van más allá de los productos o resultados de la ciencia -los contenidos fácticos y conceptuales-, tales como los procesos y diseños de la ciencia, los valores que impregnan a éstos, las relaciones mutuas entre ciencia, tecnología y sociedad, las relaciones sociales internas a la comunidad científica, las relaciones entre la ciencia escolar y la ciencia en elaboración, etcétera.

José Luis Córdova (1992) dirá, igualmente, que la dimensión humana de la ciencia forma parte también de la NdC; es decir, el entusiasmo creador del investigador, los antecedentes ideológicos de las teorías científicas, la influencia de colegios invisibles y de modas, la amistad y el debate entre colegas, el orgullo del oficio, la paciencia, las pasiones, las preocupaciones educativas de los investigadores, etc.

Rutherford y Ahlgren (1989) desarrollan la NdC en el primer capítulo de su libro Science for all americans, que sirvió a la American Association for the Advancement of Science para plantearlo también como tema del primer capítulo de los Benchmarks for Science Literacy (AAAS, 1993) y como estudio iniciador del "Proyecto 2061" sobre las reformas en la educación de ciencias, matemáticas y tecnología para lograr la culturización científica (AAAS, 2006).

El entendimiento público de la NdC ha sido señalado indirectamente como un componente crítico de la democracia, en la cual las personas deben tomar sus propias decisiones sobre aspectos basados en ciencia y tecnología (Bell y Lederman, 2003; Acevedo y otros, 2005). Es conveniente recordar también el trabajo de Osborne y otros (2003), que presenta las opiniones de expertos acerca de las ideas sobre la ciencia que deben incorporarse en la educación, entre las cuales destacamos las siguientes:

Ciencia y certidumbre.
Métodos experimentales y pruebas críticas.
Análisis e interpretación de datos.
Métodos específicos de la ciencia.
Diversidad del método científico.
Desarrollo histórico del conocimiento científico.
Dimensiones moral y ética en el desarrollo del conocimiento científico.
Ciencia y cuestionamiento.
Naturaleza acumulativa y corregida del conocimiento científico.
Creatividad.
Hipótesis y predicción.
Cooperación y colaboración en el desarrollo del conocimiento científico.
Observación y medición.
Ciencia y tecnología.
Características del conocimiento científico.
Causa y correlación.
Bases empíricas del conocimiento científico.

En el segundo artículo de la serie, Bartholomew, Osborne y Ratcliffe (2004) nos indican que la enseñanza de la ciencia debe ser hecha explícitamente y especifican los extremos entre los que se mueven los profesores alrededor de la misma.

En relación con el impacto de la NdC en la formación de nuevos profesores, Aguirre, Haggerty y Linder (1990) concluyen que un tratamiento más balanceado de la historia/filosofía de la ciencia, y específicamente la enseñanza con objetivos de comportamientos/capacidades, resulta necesario en la educación del maestro de ciencia, pues esto será lo que permita la promoción de concepciones más adecuadas acerca de la naturaleza de la ciencia entre nuestros estudiantes.

Vicente Mellado (2003), reconocido estudioso español del proceso de formación de profesores de ciencias, se basa en modelos análogos con el cambio científico, según distintas teorías de la filosofía de la ciencia, para concluir con varias implicaciones para la formación inicial y permanente del profesorado. Otro investigador de la NdC muy comprometido con la formación de profesores, Fouad Abd-El-Khalick (2005), nos plantea los problemas, pero también los aciertos, de impartir un curso de Filosofía de la Ciencia sobre la visión de la NdC a 56 profesores de secundaria en formación.

Uno de los trabajos más representativos, que aborda lo realizado en un periodo de treinta años acerca de las concepciones de la ciencia, es el de Lederman (1992). Este autor concluye que el conocimiento que tienen los profesores y los alumnos sobre la NdC es tan tentativo o más que el conocimiento científico mismo. Además, encuentra diferencias fundamentales en las concepciones que tienen los representantes de cada disciplina científica. Cierra su trabajo mencionando que el desarrollo de las nociones acerca de la NdC forma parte del que hace falta para reunir el conocimiento pedagógico de los profesores, de acuerdo con Shulman (1986).

La imagen que tienen los estudiantes y los investigadores sobre la NdC fue estudiada por Solomon (1992). Este investigador detectó que si los estudiantes aprenden algo de historia de la ciencia, esto los puede llevar al entendimiento de la ciencia escolar. Asimismo, descubrió que ayudar a los estudiantes a enfocarse en las razones para aceptar una teoría en lugar de otra era más efectivo que sólo enseñar una teoría aceptada.

Otro trabajo importante sobre la NdC y la imagen de la ciencia que tienen los jóvenes es el de Driver, Leach, Millar y Scott (1996). En él, los autores plantean los diversos argumentos que pueden utilizarse en la promoción pública de la ciencia y que a continuación mencionamos:

El argumento económico. Se requiere de los científicos calificados para mantener y desarrollar los procesos industriales de los cuales depende la prosperidad nacional.

El argumento utilitario. Se necesita comprender algo de ciencia para manejar los objetos y procesos tecnológicos que encontramos en nuestra vida diaria.

El argumento democrático. En una democracia es deseable que la mayor cantidad posible de personas puedan participar en la discusión, debate y toma de decisiones; y muchos asuntos importantes involucran ciencia y tecnología.

El argumento cultural. La ciencia es un logro mayor de orden cultural y todos deberíamos estar capacitados para apreciarlo.

El argumento moral. La práctica científica incorpora normas y compromisos que son de amplio valor.

El argumento de aprendizaje de la ciencia. El entendimiento de la naturaleza de la ciencia contribuye al aprendizaje exitoso del contenido científico.

El National Research Council (1996) de los EE.UU. ha reunido los estándares nacionales de la educación científica en ese país. Hemos creído conveniente transcribir un estándar en particular (el G) que tiene que ver con la NdC, para alumnos de preescolar y primaria (grados K-4, p. 141) y otro para los estudiantes de bachillerato (grados 9-12, pp. 200-201). Resulta muy grato constatar la preocupación estadounidense por establecer estándares de alto nivel desde el kindergarten.

Veamos los siguientes estándares de estudio de la Historia y NdC, diseñados para que los alumnos, como resultado de las actividades, desarrollen la comprensión de las siguientes premisas:

Historia y naturaleza de la ciencia: la ciencia como un esfuerzo humano

Grados K-4

- La ciencia y la tecnología han sido practicadas por muchas personas durante mucho tiempo.

- Los hombres y las mujeres han hecho una variedad de contribuciones a través de la historia de la ciencia y la tecnología.

- Aun cuando los hombres y las mujeres que utilizan la indagación científica han aprendido mucho acerca de los objetos, acontecimientos y fenómenos de la naturaleza, mucho más permanece todavía sin ser comprendido. La ciencia nunca concluirá.

- Muchas personas eligen la ciencia como una carrera y dedican sus vidas completas a estudiarla. Mucha gente obtiene gran placer en hacer ciencia.

Grados 9-12

- La ciencia como un esfuerzo humano.

- La naturaleza del conocimiento científico.

- Las perspectivas históricas.

A continuación, presentamos la guía de contenidos relativa al tema de la naturaleza del conocimiento científico para alumnos del bachillerato:

Naturaleza del conocimiento científico.

La ciencia se distingue a sí misma de otras formas de conocer y de otros cuerpos de conocimiento a través del uso de estándares empíricos, argumentos lógicos y el escepticismo como actitud; con esto, los científicos se esfuerzan por alcanzar las mejores explicaciones posibles acerca del mundo natural.

Las explicaciones científicas deben cumplir ciertos criterios. Primero y sobre todo, deben ser consistentes con la evidencia experimental y observacional acerca de la naturaleza y deben hacer predicciones precisas y pertinentes acerca de los sistemas en estudio. Ellas también deben ser lógicas, estar relacionadas con las reglas de evidencia, ser abiertas a la crítica, informar los métodos y procedimientos y hacer público el conocimiento. Las explicaciones sobre cómo cambia el mundo natural basadas en mitos, creencias personales, valores religiosos, inspiración mística, superstición o autoridad, pueden ser útiles personalmente y socialmente relevantes, pero no son científicas.

Ya que todas las ideas científicas dependen de la confirmación experimental y observacional, todo el conocimiento científico está, en principio, sujeto a cambio, conforme se encuentra disponible nueva evidencia. Las ideas centrales de la ciencia, tales como las leyes de la conservación de la energía o las leyes del movimiento, han sido sometidas a una amplia variedad de confirmaciones y es, por tanto, improbable que cambien en las áreas en las cuales han sido probadas. En áreas donde la información o la comprensión son incompletas, tales como los detalles de la evolución humana o las cuestiones concernientes al calentamiento global, la nueva información bien puede conducir a cambios en las ideas vigentes o a resolver conflictos en curso. En situaciones donde la información todavía es fragmentaria, es normal que las ideas científicas sean incompletas, pero también es el espacio en el que pueden darse mayores oportunidades de hacer nuevos avances.

Lederman, Wade y Bell (1998) analizaron los instrumentos utilizados en cuatro décadas para evaluar las concepciones de los estudiantes y de los maestros, y llegaron a la conclusión de que los esfuerzos por mejorar las concepciones de estos últimos sobre la NdC habían alcanzado algún éxito cuando se habían incluido aspectos históricos del conocimiento científico o se le había prestado una atención directa a este tópico.

Niaz (2005) nos proporciona un decálogo a partir de un pentálogo de Smith y Scharmann (1999), en el que resume la posición actual de consenso en relación con la NdC (véase el cuadro1). Sin duda, esta posición contrasta mucho con la visión positivista que hasta hace unas pocas décadas tenía buena parte de los científicos.

En lo que respecta a la inclusión curricular de la NdC, es interesante la opinión planteada por Acevedo y otros (2005, p. 123) cuando afirman que:

Otra importante dificultad señalada para la inclusión de la NdC en el currículo de ciencias es que los propios filósofos y sociólogos de la ciencia tienen grandes desacuerdos sobre los principios básicos de esta, debido al carácter dialéctico y controvertido de los asuntos puestos en juego y […] a la mayor tendencia a la polémica de esos profesionales.

Por su parte, Driver, Leach, Millar y Scott (1996, pp. 41-44) insisten en que tres temas acerca de la NdC pueden guiar las discusiones sobre la cuestión, sin entrar en las diversas y complejas perspectivas de la naturaleza de la ciencia:

Un entendimiento de los propósitos del trabajo científico.
Un entendimiento de la naturaleza y el estatus del conocimiento científico.
Un entendimiento de la ciencia como empresa humana.
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