La Enseñanza de las Ciencias en Preguntas y Respuestas

Autor: Juan Miguel Campanario

2. LA FUNDAMENTACIÓN DE LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS.

2.2 Ciencia, tecnología y sociedad

¿Cuáles son las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad?

Las relaciones entre estos tres sistemas son complejas. Aunque son innegables las influencias de la ciencia y la técnica en la sociedad, hay mucha gente que cree que no existen influencias recíprocas. Sin embargo, es evidente que los procesos de descubrimiento científico tienen lugar en un determinado contexto social que influye de una o de otra manera en cómo los investigadores abordan los problemas de investigación y, sobretodo, en qué problemas se abordan.

Un ejemplo característico de las influencias sociales en la labor científica es la investigación en el terreno militar. No cabe duda de que sin un interés decidido por parte de las autoridades políticas, este tipo de investigación no tendría lugar. Otro ejemplo lo constituye la "exobiología", ciencia que aborda el estudio de la vida extraterrestre y que no tiene objeto conocido de estudio. Si esta ciencia existe es, sin duda, debido a las subvenciones por parte de determinadas agencias gubernamentales, como la NASA, que tienen interés en sus posibles resultados de cara a sus objetivos.

¿Por qué en los últimos años se viene prestando especial atención a los aspectos e implicaciones sociales de la ciencia en la enseñanza?

En los últimos años se viene prestando especial atención a los aspectos e implicaciones sociales de la ciencia en la enseñanza. Esto es así debido a varios factores:

1. La enseñanza secundaria ya no se concibe como un mero requisito para la Universidad.

2. La ciencia forma parte de nuestro sistema social.

1. Se entiende que un ciudadano educado y responsable tiene que participar directa o indirectamente en la toma de determinadas decisiones que afectan a toda la comunidad y que tienen una base o una implicación científica.

2. Se entiende que los modos de razonamiento y los procesos de justificación del conocimiento científico pueden contribuir a desarrollar hábitos y pautas de razonamiento más rigurosas en los ciudadanos.

3. La ciencia se concibe como parte de la cultura y, por tanto, es conveniente y necesario que los ciudadanos tengan acceso a ella.

3. Son innegables las influencias mutuas ciencia-tecnología-sociedad y su conocimiento se estima necesario.

¿Qué queremos decir cuando hablamos de la alfabetización científica de los ciudadanos?

Con este término queremos expresar la necesidad de que un ciudadano medio que se considere educado tenga unos conocimientos aceptables de la ciencia, sus procesos y sus hábitos de razonamiento, al igual que se estima conveniente que conozca la literatura, la historia y la geografía de su país. Estas consideraciones se desarrollan con más detalle en la sección en que se analiza el papel de la ciencia en la enseñanza secundaria.

Muchos profesores de universidad conciben la enseñanza secundaria como un mero trámite para llegar a la Universidad. Es evidente que estos puntos de vista son inadecuados y demuestran un grave desconocimiento de los objetivos de la enseñanza secundaria.

¿Por qué tanta gente cree que la ciencia no es una componente fundamental en la formación cultural de los ciudadanos?

Las razones para esta ignorancia concienzuda son diversas e investigar su origen es complicado. Probablemente las actitudes negativas hacia la ciencia tengan un origen diverso que, en parte, puede estar motivado por factores como los siguientes:

• Tradicionalmente se han favorecido siempre las disciplinas y asignaturas "humanísticas" frente a las científicas.

• La dificultad de comprender la ciencia se traduce en actitudes negativas hacia las asignaturas de ciencias.

• Los medios de comunicación, los generadores de opinión y los políticos priman las áreas sociales y humanas frente a las áreas científicas.

• Siempre se ha considerado la ciencia como un área de difícil comprensión por el ciudadano medio y, por tanto, reservada a expertos.

• El atraso científico español y nuestro tradicional rechazo a los avances e ideas exteriores agudizan el problema de la falta de conocimientos científicos en la población.

• Hasta hace muy poco tiempo, las profesiones relacionadas con la ciencia tenían pocas salidas profesionales en nuestro país. El modo tradicional de triunfo social consistía en estudiar carreras como derecho y otras similares.

Las razones anteriores son algunas de las causas que explican el aparente y tradicional desinterés de la sociedad por la enseñanza de unas disciplinas que están en la base del desarrollo tecnológico y económico.

¿Qué se pretende conseguir con los enfoques basados en ciencia, tecnología y sociedad?

Con los enfoques basados en ciencia, tecnología y sociedad se pretende conseguir un mayor acercamiento de los futuros ciudadanos a la ciencia, a la vez que se intenta favorecer el aprendizaje de las ciencias. Para ello se siguen enfoques docentes que enfatizan las aplicaciones de la ciencia a la sociedad, el conocimiento de las implicaciones de la ciencia en la sociedad, los peligros inherentes a determinadas líneas de investigación científica, etc. En definitiva, se busca una mayor alfabetización científica de los ciudadanos.

¿Por qué es necesario prestar interés a las relaciones ciencia-tecnología-sociedad?

Si durante la enseñanza obligatoria e incluso en la enseñanza universitaria abandonamos un aspecto tan importante como son las relaciones ciencia-tecnología-sociedad, estamos incurriendo en un error notable que tiene las siguientes consecuencias negativas (entre otras):

1. Se transmite a los alumnos una visión deformada de la ciencia como una actividad desligada del contexto social en el que se desarrolla.

2. Se transmite una visión descontextualizada en la que los problemas conceptuales que dan origen a los conceptos y principios no tienen relación con las circunstancias históricas y sociales que, muchas veces, están detrás de su origen.

3. Se pierden ocasiones de favorecer el aprendizaje significativo al no recurrir a ejemplos y aplicaciones de los conceptos y principios científicos al desarrollo de las disciplinas académicas.

4. Se desperdician ocasiones de aumentar el interés de los alumnos por los temas científicos y por las implicaciones sociales de la ciencia.

2.3 La Filosofía de la Ciencia en la enseñanza de las ciencias

¿Qué tiene que ver la Filosofía de la Ciencia con la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias?

Si tuviésemos que comparar la cultura actual con la de épocas anteriores probablemente una de las diferencias más notables sería el papel que en la nuestra desempeñan la ciencia y la tecnología. El conocimiento científico ha alcanzado un grado de desarrollo sin precedentes y la incidencia de la ciencia y de la tecnología en nuestras vidas cotidianas es de sobra conocida. El saber científico ha pasado casi a ser el paradigma de conocimiento pleno de rigor, fiabilidad y exactitud e incluso sirve como modelo para otras disciplinas que pugnan por añadir el adjetivo "científico" a sus métodos y conclusiones. Estas apreciaciones contrastan fuertemente con la escasa consideración que tienen la reflexión sobre la naturaleza de la ciencia y del propio conocimiento científico en los programas educativos. Paralelamente en la fundamentación de las asignaturas de ciencias experimentales se suele hacer a partir de los contenidos. Este enfoque es acorde con un modelo de enseñanza tradicional basado fundamentalmente en los contenidos puramente conceptuales.

Además de un conjunto de leyes, teorías, métodos, principios y técnicas, el profesor de ciencias, cuando enseña su asignatura, transmite y genera de manera explícita o implícita una serie de creencias, enfoques, formas de pensar y de concebir el mundo y la propia disciplina. Por ello, es fundamental realizar un ejercicio de reflexión y análisis sobre la naturaleza de la propia ciencia. Este ejercicio puede llevarse a cabo desde la Filosofía de la Ciencia y desde otras disciplinas afines como la Sociología de la Ciencia dado que, como señala Izquierdo, "los científicos ya no son los únicos que se preguntan qué es la ciencia" (Izquierdo, 2000, p. 38). La conveniencia de este tipo de reflexión se puede justificar, además, desde diversos puntos de vista adicionales que se desarrollan a continuación.

En primer lugar los problemas del aprendizaje están condicionados en gran medida por la especificidad de los contenidos de enseñanza (Coll, 1988). Si bien es cierto que la enseñanza y

aprendizaje de las ciencias tienen muchos puntos comunes con la enseñanza y aprendizaje de otras disciplinas, la especial naturaleza del conocimiento científico y de los procesos de producción del mismo condiciona la docencia y plantea problemas específicos. El conocimiento científico se produce y articula de una manera diferente a otros tipos de conocimientos académicos. Según Gil, uno de los inconvenientes más graves para el aprendizaje de las ciencias es la disparidad que existe entre las situaciones de enseñanza-aprendizaje y la forma en que se genera el conocimiento científico (Gil, 1993). Dado que no podemos cambiar la naturaleza de la ciencia, nos vemos obligados a tenerla en cuenta en la organización de la enseñanza.

En segundo lugar, es evidente que en los últimos años se ha prestado especial atención desde la Didáctica de las Ciencias Experimentales a los aspectos relacionados con la naturaleza del conocimiento científico y de los procesos de elaboración del mismo como un "elemento esencial para el análisis y fundamentación de las disciplinas científicas" (Mellado y Carracedo, 1993, pág. 332) y "una referencia obligada que ha de tener el profesor para planificar su enseñanza" (Sánchez y Valcárcel, 1993, pág. 34) que "puede clarificar qué es lo que conviene y podemos enseñar" (Gil, 1994a, pág. 18). Además, la Filosofía de la Ciencia "es una de las principales fuentes de hipótesis" sobre el modo en que tiene lugar el aprendizaje y el cambio conceptual (Posner, Strike, Hewson y Gertzog, 1982, pág. 211) hasta el extremo de que determinadas teorías en Filosofía de la Ciencia servirían como "modelos claros de como funciona el aprendizaje humano de conceptos científicos" (Pozo, 1987a, pág. 110). Lo cierto es que las relaciones entre Historia de la Ciencia, Filosofía de la Ciencia y enseñanza de las ciencias son un tema frecuente de reflexión (Izquierdo, 1996); (Campanario, 1998b).

Por último, la comprensión de la naturaleza de la ciencia junto con sus métodos y sus interacciones con la sociedad es uno de los elementos clave de lo que Hodson llama alfabetización científica y constituye un objetivo cultural valioso en sí mismo (Hodson, 1992). La intervención educativa en este sentido es necesaria dado que, los alumnos desarrollan sus propias concepciones acerca de la ciencia y del conocimiento científico. Estas concepciones son con frecuencia inadecuadas y reflejan unas ideas simples sobre cómo funciona la ciencia y cómo se genera el conocimiento científico. Esta realidad está en conflicto con uno de los objetivos generales que se suelen proponer para el aprendizaje, como es el que los alumnos consigan una visión más adecuada sobre la naturaleza de la ciencia y del conocimiento científico. La utilidad de este objetivo para el propio proceso de enseñanza se hace más evidente si se tiene en cuenta que las concepciones epistemológicas de los alumnos ejercen una influencia decisiva en el modo en que estos enfocan las tareas de aprendizaje. Si la ciencia se concibe como un cuerpo de conocimientos cerrado y de verdades probadas por la experiencia, lo más razonable es aprender tales contenidos y aplicarlos acríticamente. Si la ciencia se concibe como una construcción en continua revisión se invita al análisis, la crítica y la discusión.

¿Qué ventajas tiene para el profesor de ciencias analizar cómo se construye y articula el conocimiento científico?

Entre otros autores, Mellado y Carracedo han revisado las relaciones que existen entre las distintas concepciones en Filosofía de la Ciencia y las corrientes más difundidas sobre Didáctica de las Ciencias (Mellado y Carracedo, 1993). Este trabajo viene a confirmar que los enfoques docentes incorporan una concepción explícita o implícita sobre la naturaleza de la ciencia y del conocimiento científico. Incluso los libros de texto se suelen basar explícita o implícitamente en puntos de vista determinados sobre el conocimiento científico. Es muy difícil ser neutral en este aspecto porque la propia neutralidad ya implica un punto de vista.

La influencia que tienen en Didáctica de las Ciencias los modelos filosóficos que se han revisado en otro apartado y otros adicionales se pone de manifiesto, por ejemplo, en puntos de vista que defienden la necesidad de un cambio conceptual en los alumnos que, en cierta medida, es semejante a una revolución científica (Pozo, 1987a, pág. 112). La necesidad de un cambio metodológico que

acompañe al cambio conceptual ha sido señalada también desde posiciones constructivistas que tienen su punto de partida en los procesos de aprendizaje de los científicos noveles (Gil, 1993). Por último, los criterios que propone Lakatos para la sustitución de un programa de investigación por otro han sido fuente de inspiración para propuestas concretas de actuación en Didáctica de las Ciencias Experimentales que se basan en el cambio conceptual. De hecho, la sólida fundamentación epistemológica de las orientaciones llamadas constructivistas es uno de los rasgos más notables de este enfoque tan difundido en nuestros días.

Desde el punto de vista del aprendizaje, es posible identificar tres componentes del conocimiento científico: conceptual, procedimental y actitudinal (Coll, Pozo, Sarabia y Valls, 1992). Esta diferenciación ayuda a no concentrar toda la atención en la componente conceptual, como suele ser tradicional. Dado que la enseñanza debe proceder de un modo secuencial, se corre el peligro de concentrar la atención en cada una de las componentes de manera sucesiva con lo que se estaría construyendo una visión errónea del conocimiento científico. Es preciso, pues, explicitar las relaciones entre las componentes anteriores (Sánchez y Valcárcel, 1993). Los análisis de las distintas corrientes en Filosofía de la Ciencia contribuyen a ello.

¿Cómo se articula el conocimiento científico?

A veces se acusa a la Filosofía de la Ciencia de ser una especie de sucedáneo de la Epistemología (Meana, 1996). No en vano, uno de los temas principales de debate en Filosofía de la Ciencia tiene que ver con la naturaleza del conocimiento científico y la fundamentación del mismo. En la descripción del conocimiento científico se recurre a constructos tales como teorías, leyes, hipótesis y otros que están relacionados (Cornejo, 2000). La evolución y desarrollo de tales constructos está en el centro de un debate que está lejos de finalizar. El problema que subyace en dicho debate es la existencia o no de criterios válidos y universales que permitan evaluar las teorías científicas. Tal problema, en su versión más general referida a la fundamentación del conocimiento, no es nuevo en Filosofía. Para su aplicación a la Didáctica de las Ciencias Experimentales parece más apropiado revisar críticamente las posturas teóricas recientes que, en general, son las que han tenido mayor influencia en los enfoques y tendencias más influyentes en nuestra área. En la revisión que se lleva a cabo en otra sección se discuten brevemente los puntos fundamentales de las teorías más destacadas en Filosofía de la Ciencia y se recogen algunas de las críticas que se han formulado a dichas propuestas.

Características de la epistemología de "sentido común"

1. Aceptación acrítica del conocimiento declarativo asumido por todos como veraz.

2. Prioriza el conocimiento procedimental y explicativo de tipo empirista-inductivista (generalización a partir de ejemplos concretos).

3. Prima el uso de razonamientos cualitativos para sacar conclusiones generales.

4. Se favorece el pensamiento convergente al validar el conocimiento declarativo (búsqueda puntual de coherencia).

5. Se conforma con un conocimiento procedimental poco riguroso (una única estrategia).

6. Utiliza fundamentalmente razonamientos de tipo causal lineal y simple.

Características de la metodología científica

1. Aceptación de la naturaleza hipotética del conocimiento declarativo (se pone en duda lo obvio).

2. Prima los conocimientos procedimental y explicativo de tipo hipotético-deductivo (se parte del cuerpo teórico vigente).

3. No sólo emplea aproximaciones cualitativas sino que además trata de objetivarlas mediante observaciones cuantitativas.

4. Se vale del pensamiento convergente, pero prima el divergente para falsar el conocimiento declarativo (búsqueda global de coherencia).

5. Para ello idea conocimiento procedimental riguroso (diversas estrategias).

6. Usa razonamientos pluricausales más complejos.

¿Cómo evolucionan las teorías científicas y qué podemos aprender de ello para la enseñanza de las ciencias?

Una de las concepciones que históricamente ha ejercido una mayor influencia sobre nuestras ideas acerca de cómo evolucionan la ciencia y el conocimiento científico es la inductivista en sus diferentes versiones. Según este punto de vista, la investigación comienza con la observación mediante los órganos sensoriales. A partir de esta observación se generan enunciados observacionales que constituyen la base para formular las leyes, principios y teorías que articulan el conocimiento científico. Aunque la idea fundamental del inductivismo es que la observación proporciona una base segura a partir de la cual se puede derivar el conocimiento científico, las posiciones más sofisticadas hacen referencia a los principios combinados de inducción y deducción para explicar la validez de las afirmaciones científicas.

Chalmers es autor de uno de los análisis críticos más completos de las posturas inductivistas (Chalmers, 1982) en el que hace hincapié en el hecho de que la observación depende fuertemente de una teoría previa que la orienta. Es cierto, por otra parte, que las observaciones no siempre constituyen una base firme sobre la cual se pueden fundamentar las teorías. Diversos episodios en la Historia de la Ciencia demuestran cómo determinadas observaciones supuestamente impecables en realidad estaban sesgadas. Las visiones inductivistas sobre la ciencia han sido casi completamente abandonadas por los especialistas y si se citan aquí es porque muchas de las concepciones de los alumnos (y también a veces de los profesores) sobre la ciencia y el conocimiento científico son marcadamente inductivistas, al igual que sucede con frecuencia con algunas ideas sobre la ciencia que transmiten los libros de texto

El falsacionismo, con el filósofo Karl Popper como su principal representante, admite que la observación es guiada por la teoría y la presupone. Según los defensores de esta corriente, si bien es imposible demostrar que una afirmación es verdadera, si que es posible diseñar experimentos o planificar y realizar observaciones que, al menos en principio, pudiesen falsarla. El conocimiento científico se caracterizaría, pues, por la posibilidad de ser falsado mediante el experimento o la observación y sólo las afirmaciones falsables deben ser admitidas como científicas. Según Popper, las teorías han de ser comprobadas rigurosa e implacablemente mediante la experimentación (Popper, 1967). Las teorías que no superan las pruebas de observación y experimentación deberían ser eliminadas y reemplazadas por otras conjeturas especulativas. Como resultado, sólo sobrevivirían las teorías más aptas.

El dominio de las ideas poperianas se vio turbado, entre otros factores, por la aparición de la obra de Kuhn que, en palabras de Meana venía a recordar que la Historia de la Ciencia contradice de manera evidente al edificio lógico tan cuidadosamente construido por Popper (Meana, 1996). Tal vez la aportación a la Filosofía de la Ciencia más citada de Kuhn sea la noción de paradigma como un conjunto de creencias, valores y técnicas compartidos por una comunidad científica. Según la formulación inicial

de Kuhn, el desarrollo de una disciplina dada se caracteriza por períodos de ciencia normal y períodos de revolución científica (Kuhn, 1971). Durante los períodos de ciencia normal domina un determinado paradigma, mientras que en épocas de crisis éste es cuestionado y sustituido. Esta sustitución implica algo más que un mero cambio de teoría ya que, según Kuhn, los fundamentos, los métodos, las aplicaciones, la concepción del mundo y los métodos que subyacen en el nuevo paradigma son ahora radicalmente diferentes a los del anterior (son inconmensurables). Hasta la misma comunicación entre los defensores de ambos puntos de vista resultaría harto difícil. El cambio de un paradigma a otro no tendría lugar debido únicamente a factores racionales, sino, en gran parte, gracias a factores tales como la implicación de jóvenes científicos y la capacidad de persuasión de los proponentes del nuevo paradigma. Estos factores y otros similares harían de la ciencia, en la visión kuhniana, una actividad en cierta medida parecida a la política (Meana, 1996). No es raro que el cambio de un paradigma viejo a uno nuevo resulte difícil y encuentre resistencia en los defensores del viejo orden.

La crítica al modelo de Kuhn se articula en torno a diferentes cuestiones. Por una parte, existe una cierta ambigüedad en el concepto de paradigma: el propio Kuhn utiliza esta palabra con algunos sentidos ligeramente diferentes. Por otra parte, basándose en la Historia de la Ciencia, Toulmin ha cuestionado la afirmación de Kuhn de que los defensores de paradigmas distintos sean realmente incapaces de comunicarse entre sí. La idea de inconmesurabilidad ha sido uno de los puntos más discutidos por los filósofos de la ciencia (Hull, 1996). Según Toulmin, los defensores de un nuevo paradigma tienen motivos racionales para proponer el cambio y si acaban triunfando ello no se debe únicamente a su capacidad de persuasión (Toulmin, 1977). Estas y otras críticas motivaron una contestación de Kuhn que reformuló su modelo de tal manera que las devastadoras revoluciones científicas se transformaban en minirrevoluciones que tienen lugar de manera continua (Kuhn, 1975). Con ello, el punto de vista de Kuhn, veía seriamente cuestionado uno de sus pilares más atractivos.

Lakatos, otro influyente filósofo de la ciencia, mantiene que las teorías se articulan en forma de programa de investigación. Un programa de investigación consta de un núcleo conceptual central que no se cuestiona y de un cinturón protector de hipótesis auxiliares que pueden sustituirse más o menos fácilmente sin alterar lo esencial. Mientras el falsacionismo ingenuo de Popper mantiene que el cambio de ideas tiene lugar cuando se comprueba que estas son falsas, Lakatos sostiene que el cambio ocurre cuando existe un programa mejor (Lakatos, 1983). Por otra parte, es un hecho conocido en Psicología Cognitiva que las personas no cambian sus ideas sólo por que lleguen a la conclusión de que son falsas o porque reciban nueva información que las desacredite; es necesario que intervengan otros factores (Wilkes y Leatherbarrow, 1988), (van Oostendorp, Otero y Campanario, 2002).

La novedad de Lakatos es que propone tres criterios para decidir si un programa de investigación es mejor que otro (Lakatos, 1983):

1. La nueva teoría debe explicar todo lo que explicaba la teoría anterior.

2. La nueva teoría debe tener un exceso de contenido empírico con respecto a la teoría anterior, es decir, la nueva teoría debe predecir hechos nuevos que la teoría anterior no predecía.

3. La nueva teoría debe ser capaz de orientar a los científicos para que puedan comprobar empíricamente una parte al menos del nuevo contenido que ha sido capaz de predecir.

Aunque los puntos de vista de Lakatos han tenido una gran influencia en Filosofía de la Ciencia, hay trabajos que demuestran que uno de los elementos claves (el exceso de contenido empírico) no parece ser tan relevante como pudiera pensarse. Brush ha estudiado con detalle el proceso de cambio de teorías en ciencia analizando diversos episodios históricos, tales como son la aceptación de la teoría relativista de Dirac del electrón (y su predicción del positrón), la teoría de Yukawa de las fuerzas

nucleares, la teoría de Gell-Mann sobre los grupos de simetría (Brush, 1993), las teorías sobre la estructura del Benceno (Brush, 1999a); (Brush, 1999b), la recepción del sistema periódico de Mendeleev (Brush, 1996) y otras (Brush, 1990); (Brush, 1994). En todos los casos, la incidencia de las predicciones en la aceptación o rechazo de nuevas teorías parece ser mucho menor que la esperable y, en particular, menor que la incidencia de las explicaciones que ofrece una nueva teoría a hechos y problemas no resueltos en el momento de su aparición.

Desde posiciones autodenominadas de anarquismo intelectual, Feyerabend hace unas propuestas radicalmente diferentes (Feyerabend, 1974). Feyerabend defiende enérgicamente la idea de que ninguna de las corrientes en Filosofía de la Ciencia propuestas hasta ahora ha tenido éxito y respalda su defensa con una original interpretación de varios episodios de la Historia de la Física. Según Feyerabend, ninguna de las metodologías propuestas hasta la fecha sirve en la práctica para orientar el trabajo de los científicos, que muestran una asombrosa capacidad de adaptación y de elección entre diversas alternativas dependiendo de los objetivos de su trabajo. Feyerabend concluye que, en ausencia de reglas de validez universal, los investigadores escogen los enfoques que se adaptan mejor a sus fines. Según Feyerabend, los análisis de filósofos y epistemólogos pueden ser útiles para entender la evolución de la ciencia siempre que no se intente convertir sus conclusiones en directrices para los científicos que, según Feyerabend, han demostrado suficientemente que son capaces de decidir por sí mismos.

Toulmin establece una analogía entre la evolución de los organismos biológicos y la construcción del conocimiento científico (Toulmin, 1977). Según este autor, la generación y selección de los conceptos tiene un cierto parecido con la evolución de los organismos biológicos y se regiría por los mismos principios. El objetivo de Toulmin es demostrar que, en la selección de los sucesivos conceptos, los investigadores aplican criterios puramente racionales con el fin último de contribuir al desarrollo de su disciplina. El avance de una disciplina tendría su origen en problemas no resueltos que plantean unas exigencias intelectuales o una prácticas específicas que estarían en el origen de los nuevos conceptos. Esta aparición de nuevos conceptos viene acompañada de procesos de selección siempre en aras de un mejor servicio a la disciplina en cuestión. Aunque la teoría de Toulmin es atractiva, Thagard y otros filósofos cognitivos han criticado sus puntos de vista basándose en un análisis sobre las condiciones globales de coherencia de las teorías científicas. Una novedad del análisis de Thagard es el uso que hace del formalismo matemático de redes neuronales para analizar la coherencia global de las teorías en competencia (Thagard, 1993). Esta coherencia depende tanto del número de hechos conocidos y nuevos que explican las teorías, como de su grado de articulación.

Hempel, por su parte, ha analizado las explicaciones científicas y establece dos requisitos básicos que deben satisfacer: relevancia explicativa (los hechos y argumentos que se aducen en la explicación deben tener algún tipo de relevancia con lo que se quiere explicar) y contrastabilidad (los enunciados que constituyen una explicación científica deben ser susceptibles de contraste empírico) (Hempel, 1978). Además, este autor cita diversos criterios que aumentan la aceptabilidad de las explicaciones científicas y que se sintetizan a continuación:

a) Cantidad, variedad y precisión del apoyo empírico.

b) Confirmación mediante nuevas implicaciones contrastadoras.

c) Simplicidad frente a otras hipótesis más complejas.

d) Probabilidad de la hipótesis a la luz del conocimiento científico disponible.

A pesar de las dificultades para aclarar en qué consiste la ciencia, la Filosofía "ha contribuido en gran medida a aclarar qué cosa no es la ciencia" (Sánchez Ron, 1988, pág. 183). Aunque las diversas tendencias en Filosofía de la Ciencia mantienen puntos de vista que son a veces contradictorios, existe un cierto consenso en que la investigación es un proceso cíclico que comienza con el planteamiento de un problema y que termina de nuevo con el planteamiento de nuevos problemas a partir del conocimiento

existente (Sánchez y Valcárcel, 1993). El papel que juegan la observación y la experimentación en la investigación no es tan relevante como el que desempeñan la emisión de hipótesis, el diseño de experimentos o los conocimientos iniciales. Las teorías establecidas son resistentes al cambio y la mera falsación no basta para descartarlas. Algunas teorías incluso nacen falsadas o están en conflicto con otras teorías establecidas y sin embargo dan lugar a programas de investigación fructíferos.

¿Por qué se dice que el cambio conceptual en ciencia puede ser un proceso difícil?

El problema de la evaluación de las teorías científicas que ha sido uno de los ejes del debate en Epistemología y Filosofía de la Ciencia, también ha sido abordado por los sociólogos de la ciencia aunque desde perspectivas diferentes. Así, mientras los filósofos y epistemólogos de la ciencia debaten sobre la naturaleza del conocimiento científico y sobre la existencia o no de criterios generales que permitan evaluar las teorías, los sociólogos de la ciencia llaman la atención sobre el hecho de que los propios investigadores, ajenos en general a tales debates, evalúan continuamente las contribuciones de sus colegas en lo que constituye uno de los actos clave de la creación de conocimiento: la elección científica.

En su descripción inicial del cambio en un paradigma, Kuhn explica cómo los defensores de un nuevo punto de vista a menudo encuentran dificultades para que sus ideas sean aceptadas (Kuhn, 1971). Según Kuhn, en la aceptación de un nuevo paradigma influyen factores tales como la capacidad de convicción de los defensores de estas ideas y su habilidad para ocupar los puestos académicos más influyentes para, desde ahí, difundir y aplicar sus nuevas teorías. En su descripción del cambio, Kuhn cita la conocida frase atribuida a Planck, según la cual, una nueva verdad no se impone porque finalmente convenza a sus oponentes, sino porque estos desaparecen progresivamente y son sustituidos por una nueva generación que se ha educado en el seno del nuevo paradigma. Por su parte, Toulmin describe una actitud común en muchos científicos que él denomina odio profesional, que se traduce en una reacción fuertemente negativa de la nomenclatura científica hacia los defensores de teorías heterodoxas (Toulmin, 1977). Es evidente que estos y otros autores clásicos introducen estas ideas sobre la resistencia al cambio motivados, en parte, por la evidencia que ofrece la Historia de la Ciencia.

El origen de la resistencia de los científicos a las nuevas teorías es complejo y constituye todavía una asignatura pendiente de los estudios sobre dinámica de la ciencia y sobre la psicología de los científicos (Mahoney, 1979); (Campanario, 1997); (Campanario, 1999). Kuhn destacó el papel de los paradigmas como marcos conceptuales activos que sesgan y limitan la percepción de la realidad (Kuhn, 1971). Un paradigma no sólo incluye conocimientos, sino ideas acerca de las metodologías y procedimientos válidos y aceptables en una determinada disciplina o línea de investigación o puntos de vista sobre el alcance de las teorías y principios. El paradigma orienta la investigación, pero también la limita en una determinada dirección. Toulmin, por su parte, insiste en la idea de límites de aplicabilidad de los conceptos científicos. Los conceptos y principios nacen con un ámbito de aplicabilidad determinado que puede irse ampliando a medida que dichos conceptos se utilizan en nuevas situaciones (Toulmin, 1977), pero ello no siempre es fácilmente aceptado porque altera, en cierta medida, la naturaleza de los propios conceptos. En cualquier caso parece claro que las concepciones de los científicos sobre cómo debe articularse una disciplina y sobre la naturaleza epistemológica del conocimiento propio de dicha disciplina desempeñan un papel fundamental en la resistencia a las nuevas ideas. Así, por ejemplo, Barber ha demostrado cómo los prejuicios de muchos biólogos retrasaron la aplicación de las Matemáticas a la Biología (Barber, 1961). De la misma manera, las diferentes concepciones de los científicos sobre el determinismo clásico ocasionaron los bien conocidos debates que tuvieron lugar en los primeros años de la Mecánica Cuántica.

Desde los estudios de comunicación y dinámica de la ciencia se ha profundizado en nuestro conocimiento sobre la resistencia al descubrimiento y al cambio conceptual por los propios científicos (Campanario, 1997). En consonancia con la idea (que no es nueva por otra parte) de que la ciencia es una actividad social, uno de los centros de interés reciente en Filosofía y Sociología de la Ciencia ha sido

el estudio de los procesos de comunicación en ciencia y en su influencia en la creación del conocimiento. Los científicos son conscientes de que los resultados que obtienen en su trabajo no existen plenamente hasta que no son conocidos y evaluados por el resto de la comunidad investigadora. En este proceso de comunicación desempeña un papel especial la publicación de artículos en revistas especializadas que, al igual que los congresos y reuniones académicas, sirven también como foro para la certificación y reclamación de prioridad en el descubrimiento.

En épocas pasadas la difusión de resultados se realizaba, fundamentalmente, mediante la publicación de libros y mediante la correspondencia personal. En nuestros días estos medios más rudimentarios han sido reemplazados por un complejo sistema editorial que permite la comunicación eficiente de los resultados y en el que los propios científicos sirven como árbitros y censores del trabajo de otros. Sin embargo, este sistema no está a salvo de interferencias de criterios particularistas (Merton, 1985) que tienen poco que ver con la calidad del trabajo que se evalúa (Campanario, 1996c). Factores como el prestigio personal o institucional, las orientaciones metodológicas, las relaciones con industrias y centros de investigación y la pertenencia a determinados departamentos universitarios pueden influir en la evaluación de los trabajos que se envían a una revista y, por tanto, en la orientación final de las disciplinas científicas (Campanario, 1996c). Como señala Toulmin la dinámica de la ciencia depende en gran parte del modo en que los científicos "intercambian información, arguyen y presentan sus resultados mediante una variedad de publicaciones y reuniones, compiten por cátedras y presidencias de academias, y tratan de sobresalir a la par que anhelan conquistar su mutua estima" (Toulmin, 1977).

El papel que desempeñan en el cambio científico los mecanismos de comunicación y evaluación en ciencia ha sido estudiado en los últimos años desde diversas perspectivas. Por ejemplo, existe amplia evidencia de que el avance en determinadas áreas de investigación se ha visto dificultado por errores en la apreciación del mérito de muchas contribuciones por los referees de las revistas científicas (Campanario, 1997). Teorías y aportaciones que resultarían muy influyentes en el desarrollo de determinadas disciplinas e incluso descubrimientos que serían galardonados posteriormente con el Premio Nobel fueron rechazados, en principio, por los referees y editores de las revistas especializadas o por la comunidad académica (Campanario, 1993a); (Campanario, 1995c); (Campanario, 1996b); (Campanario, 2002a); (Nissani, 1995). Tales impedimentos no son exclusivos de una disciplina determinada, sino que parecen ser un fenómeno común tanto en Ciencias Naturales como en las Ciencias Sociales (por ejemplo, (Gans y Shepherd, 1994)) y constituyen un ejemplo claro de la resistencia a nuevos descubrimientos por parte los propios científicos. Existe asimismo evidencia de que algunos de los artículos más citados e influyentes de todos los tiempos fueron rechazados inicialmente por los referees de las revistas científicas (Campanario, 1996b).

Entre los casos más notorios de rechazo por los editores y referees de las revistas académicas o por el resto de la comunidad investigadora podemos citar descubrimientos tales como la ley de Coulomb, el primer principio de la Termodinámica, el ciclo de Krebs, la teoría del complejo activado, la teoría de la disolución electrolítica y la superconductividad a alta temperatura, (Campanario, 1993a); (Campanario, 1995c); (Nissani, 1995). Queda así puesta en entredicho, también desde los estudios de los procesos de comunicación académica, la visión ingenua de la Historia de la Ciencia como un proceso lineal y simplista en el que la verdad se impone siempre por sus propios méritos. Por otra parte, se suele asociar comúnmente la resistencia al descubrimiento científico a otras épocas y a otras instituciones más intransigentes. Los casos de Galileo y Kepler son probablemente ejemplos paradigmáticos de tales situaciones que a veces se presentan como demostración del triunfo definitivo de la luz de la ciencia sobre la oscuridad y el dogmatismo (Campanario, 1997). Los resultados de las líneas de investigación que se revisan brevemente en esta sección demuestran que el dogmatismo no es raro en ciencia y puede influir negativamente en el desarrollo de las disciplinas. Existen numerosos ejemplos tomados de la Historia de la Ciencia que demuestran que la resistencia al descubrimiento por los propios científicos es más frecuente de lo que se suele pensar (Campanario, 1999).

En estrecha relación con lo anterior están los fenómenos de descubrimiento prematuro y de reconocimiento tardío (Garfield, 1989); (Stent, 1972); (Campanario, 1997). Algunos descubrimientos o teorías son demasiado avanzados y no encajan fácilmente en la matriz conceptual de un momento determinado y los científicos no están en condiciones de apreciar su potencial. De nuevo el papel de los marcos conceptuales en la apreciación del valor de los nuevos descubrimientos resulta fundamental. Aunque los descubrimientos prematuros no siempre sufran el rechazo del resto de la comunidad científica, pueden permanecer ignorados durante años hasta los desarrollos posteriores permiten apreciar la validez de los mismos. El reconocimiento tardío puede estar también motivado por un funcionamiento inadecuado de los procesos de comunicación en ciencia. Si un nuevo descubrimiento, método o enfoque teórico se da a conocer en revistas de escasa circulación o de bajo impacto; es probable que permanezca ignorado por la mayor parte de la comunidad científica y, a todos los efectos, es como si no hubiese existido. En los últimos años, los estudios bibliométricos han permitido identificar no pocos casos de reconocimiento tardío (Garfield, 1989); (Garfield, 1990); (Stent, 1972); (Campanario, 1997). Los retrasos que ocasiona el reconocimiento tardío en el desarrollo de una disciplina pueden llegar a ser considerables.

2.4 Los objetivos de la enseñanza de las ciencias

¿Cuál es el papel de las ciencias en la enseñanza obligatoria?

La enumeración, clasificación y justificación de los objetivos que se pueden y se deben alcanzar en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias ha sido objeto de un debate continuado en la literatura especializada. Vale la pena recordar algunas de las posiciones más influyentes.

Según Bloom, Hastings y Madaus, los objetivos generales del aprendizaje de las ciencias pueden clasificarse en algunas de las categorías siguientes (Bloom, Hastings y Madaus, 1975):

a) Logro de aptitudes y destrezas intelectuales y cognitivas tales como recoger, aplicar y evaluar información, resolver problemas, planificar y llevar a cabo experimentos, etc.

b) Logro de aptitudes y destrezas manipulativas o psicomotoras tales como manipular aparatos y materiales, realizar observaciones, etc.

d) Desarrollo de actitudes e intereses de los alumnos en relación a la ciencia y al estudio de la ciencia, tales como el valorar adecuadamente las opiniones de los científicos, las relaciones entre ciencia y sociedad, etc.

Los puntos de vista anteriores han tenido una influencia notable en Didáctica de las Ciencias Experimentales, aunque en los últimos años la realidad puesta de manifiesto por la investigación educativa ha dado como resultado que las posiciones excesivamente reduccionistas y otras que orientan la enseñanza a la consecución de objetivos operativos hayan sido fuertemente cuestionadas (Gil, Pessoa, Fortuny y Azcárate, 1994).

Abrams y Wandersee han diferenciado entre aprender ciencias, aprender sobre las ciencia y aprender a hacer ciencia (Abrams y Wandersee, 1995). Creemos que estas tres dimensiones pueden tratarse en principio, en una misma asignatura o en varias diferentes (por ejemplo, el aprender sobre las ciencias puede ser el objeto de una asignatura de Filosofía de la Ciencia). Por otra parte, si se decide incorporar todos los aspectos anteriores a una asignatura es posible abordar cada una de estas dimensiones en unidades didácticas o temas distintos o utilizar los diferentes temas o unidades didácticas de la asignatura para avanzar en el logro de los tres objetivos. Una posibilidad para ello consiste en utilizar los contenidos de las unidades didácticas o temas como ejemplos o ilustraciones de

determinados aspectos y cuestiones relacionadas con la propia ciencia, con el fin de aprender sobre la ciencia y aprender a hacer ciencia.

Igual importancia que a los conceptos debe concederse a los procedimientos. Al sistema conceptual altamente organizado de la ciencia están indisolublemente vinculadas pautas y reglas que caracterizan métodos científicos de indagación de la realidad (MEC, 1992, pág 15).

Otra división de los objetivos del aprendizaje de las ciencias (y de los contenidos) insiste en plantear la separación entre conceptos, procedimientos y actitudes. Según Coll, Pozo, Sarabia y Valls, la diferenciación del contenido en las componentes conceptual, procedimental y actitudinal tiene un carácter fundamentalmente pedagógico (Coll, Pozo, Sarabia y Valls, 1992). Los documentos de la reforma se refieren continuamente a estas tres componentes. Así, por ejemplo en el volumen publicado por el M.E.C. con la normativa y la información necesaria para el desarrollo del área de Ciencias de la Naturaleza de la Educación Secundaria Obligatoria puede leerse "los contenidos se organizan en torno a algunos conceptos fundamentales tales como energía, materia, interacción y cambio" (MEC, 1992, pág 15). No resulta raro que se espere que los alumnos conozcan y utilicen algunos de los métodos habituales en la actividad científica (ej: planteamiento y contraste de hipótesis, recogida, organización y análisis de datos, etc). En un extenso trabajo, Pro aborda el tema de los contenidos procedimentales en el aprendizaje de las ciencias y cita diversas taxonomías que permiten clasificarlos de acuerdo con su nivel de complejidad (Pro, 1998). Por último "junto a la adquisición de conceptos, uso y dominio de procedimientos, debe estimularse el desarrollo de actitudes de curiosidad e interés por todo lo relativo al medio y a su conservación, y también de cuidado del propio cuerpo, de flexibilidad intelectual y de una disposición de rigor metódico y crítico, de gusto por el conocimiento y la verdad, de aprecio del trabajo investigador en equipo, de exigencia de razones y argumentaciones en la discusión de las ideas y en la adopción de posturas propias, de rigor para distinguir los hechos comprobados de las meras opiniones" (MEC, 1992, pág 16). No en vano una de las razones tradicionales por las que se considera que es valioso aprender ciencias es por el desarrollo de actitudes y pautas de razonamiento científicas.

La división anterior permite que el docente tome conciencia de las diferentes facetas en el aprendizaje de las ciencias y que no se centre en uno de ellos (tradicionalmente la componente conceptual), a la vez que ayuda a recordar que el conocimiento científico supone la integración de los tres tipos (Sánchez, Pro y Valcárcel, 1997). Por lo tanto, el profesor debería evitar el error de considerar que las tres componentes anteriores pueden ser objeto de tratamientos diferenciados. Así, por ejemplo, cuando se elabora una gráfica, el sujeto que aprende debe movilizar sus conocimientos sobre conceptos para realizar un tratamiento de los datos. Además, un objetivo útil es que el alumno desarrolle actitudes críticas hacia el uso riguroso de gráficas y datos en argumentaciones y/o en comprobaciones de hipótesis. Las aplicaciones al contexto cotidiano de estos objetivos educativos son casi inmediatas: así, por ejemplo, se constata que, con frecuencia, la publicidad recurre para conseguir sus fines al uso de generalizaciones poco fundamentadas (Jiménez, DeManuel, González y Salinas, 2000) y de argumentaciones inadecuadas desde el punto de vista científico o incurre en errores flagrantes (Campanario, Moya y Otero, 1997); (Campanario, Moya y Otero, 2001).

Creemos que en una formulación de metas para el aprendizaje de las ciencias en los niveles obligatorios pueden tenerse en cuenta los cuatro aspectos anteriores prestando atención especial a los tres primeros. Todo ello debe hacerse, naturalmente, partiendo de los condicionantes propios de cada caso y de la realidad previsible de los estudiantes que van a cursar las asignaturas, lo cual obliga también a incluir otras metas relacionadas con la naturaleza de la propia ciencia y con el aprendizaje de las ciencias.

Desde otra perspectiva basada en la teoría de Piaget, se puede concebir que uno de los objetivos del aprendizaje de las ciencias debería consistir, precisamente, en el desarrollo del pensamiento formal.

En efecto, según Pozo y Carretero, diversos autores propusieron la idea de que el pensamiento formal es útil no sólo como condición necesaria sino como condición casi suficiente para alcanzar el conocimiento científico (Pozo y Carretero, 1987, pág. 37). La argumentación que subyace a este enfoque es como sigue: dado que el pensamiento formal actúa con independencia del contenido, su adquisición y dominio permitirá a los estudiantes aprender cualquier contenido. Así, entre las aplicaciones prácticas casi inmediatas de la teoría piagetana se cuenta el diseño de programas de estudio que fomentan prioritariamente el desarrollo evolutivo de los alumnos, facilitando su acceso al pensamiento formal. Incluso algunas de las tareas utilizadas por Piaget en sus investigaciones pasaron a formar parte de las actividades escolares. De acuerdo con este enfoque, la razón principal que justificaría el aprendizaje de las ciencias sería su supuesta capacidad para fomentar la adquisición de las capacidades formales (Pozo y Carretero, 1987, pág. 38). Sin embargo, la supuesta omnipotencia del pensamiento formal no es tal y ahora sabemos que los contenidos concretos que se aprenden son realmente importantes. Sin embargo, queda en pie la idea de que el aprendizaje de la ciencia pudiera tener como principal objetivo el desarrollo de determinadas destrezas generales de razonamiento y comprensión.

¿Qué son objetivos?

Para entender qué son objetivos educativos muchas veces se recurre a la conocida metáfora según la cual el proceso de enseñanza-aprendizaje se puede asimilar a un viaje. Desde este punto de vista, los objetivos constituyen el destino al que queremos que el alumno llegue.

Para los teóricos que seguían orientaciones conductistas, los objetivos son siempre cambios en las conductas observables. Esta definición es forzosamente limitada, dado que muchos aprendizajes no se traducen en conductas observables.

En general, un objetivo es un resultado que se espera que el alumno consiga durante el proceso de aprendizaje.

Como tal, el resultado puede ser más o menos amplio, más o menos observable y puede estar relacionado con valores, habilidades, contenidos conceptuales, etc.

La elaboración de objetivos es un proceso lento y difícil que se debe realizar de manera continua, a la vista de los resultados obtenidos en el proceso de enseñanza. En esta tarea es necesario contar con el resto de los profesores.

Dado que los objetivos son el punto de partida de la evaluación, las técnicas que empleemos en esta tarea deben ser coherentes con los objetivos.

Una clasificación ampliamente utilizada divide los objetivos en generales y específicos. El paso desde los objetivos generales a los objetivos específicos se lleva a cabo mediante un análisis de tareas que realiza un experto o equipo de expertos.

Por ejemplo, un objetivo general como: "El alumno será capaz de analizar un texto" se puede dividir en diversos objetivos específicos, dependiendo de qué se entienda y cómo se descomponga la tarea general de analizar un texto.

¿Cuáles son las fuentes de los objetivos de la enseñanza de las ciencias?

No hay que olvidar una dimensión importante de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias: contribuir a formar ciudadanos responsables que viven y se desenvuelven en una sociedad cada vez más compleja en la que la ciencia y la tecnología ocupa, sin duda, un lugar fundamental en sus vidas. Como señala Izquierdo, "la auténtica educación científica debe capacitar para la crítica y debe permitir que los jóvenes consideren que su intervención en la sociedad es necesaria y va a ser posible en una perspectiva de cambio para mejorar colectivamente" (Izquierdo, 2000, p. 37). Esta dimensión es probablemente la más importante y, en cierta medida, subyace de algún modo en otras propuestas revisadas. Sin embargo conviene hacerla explícita para evitar algunas de las posturas bastante extendidas que conciben toda la enseñanza secundaria como un requisito previo orientado casi exclusivamente al acceso futuro a la enseñanza universitaria.

La formación científica de los ciudadanos es un problema que está lejos de haber sido resuelto. Es posible que sea un asunto más político que técnico y, como tal, tal vez la investigación no sea el medio más adecuado para abordarlo. Baste decir que en un momento en el que surgen por muchas partes voces críticas sobre la formación cultural de los jóvenes tras acabar la enseñanza primaria y secundaria o en el que, por ejemplo, el adjetivo "científico" o el adverbio "científicamente" son utilizados sin rubor en anuncios publicitarios para promocionar productos "mágicos" que prometen resolver todos los problemas (Campanario, Moya y Otero, 1997), (Campanario, Moya y Otero, 2001), la capacidad y la disposición para analizar críticamente tales propuestas es, si cabe, aún más necesaria. Este tipo de logros es probablemente el reto más importante que tiene la enseñanza de las ciencias, al cual deberían supeditarse, sin duda, otras consideraciones. Es, por tanto, conveniente hacer explícita esta dimensión con el fin de no perderla de vista en el diseño de las estrategias docentes y en la elección de las orientaciones que nos ofrece la Didáctica de las Ciencias Experimentales. Como bien señala Marco-Stiefel, la comprensión pública de la ciencia es nuestro primer objetivo (Marco-Stiefel, 2000, p. 146).

¿Cuáles son los errores más frecuentes en la formulación de objetivos?

Es frecuente detectar errores en la formulación de objetivos. Los más comunes son:

1. Objetivos que no están orientados al estudiante.

En nuestra definición de objetivos, hemos insistido en que éstos son un logro del alumno. No pueden ser, por tanto, una tarea o un logro del profesor.

Ejemplos de objetivos bien formulados (orientados al alumno):

• Nombrar los números del 1 al 10.

• Citar los nombres de distintos elementos químicos.

• Analizar las causas del calentamiento global .

• Identificar la naturaleza, función y principales características de los diferentes tipos de reactivos analíticos.

Ejemplos de objetivos mal formulados (orientados al profesor):

• Motivar a los alumnos.

• Trabajar la formulación.

• Utilizar medios audiovisuales.

• Desarrollar la creatividad del alumno.

• Reforzar conductas positivas.

Si un profesor formula un objetivo como "Enseñar las leyes de Newton", el éxito está asegurado al 100% con sólo acudir a clase y "soltar el rollo". En efecto, el profesor ha "enseñado" las leyes de Newton.

Para evitar este tipo de errores que analizamos, se suelen emplear expresiones estereotipadas como:

• "Se pretende desarrollar en los alumnos las capacidades siguientes ..."

• "Se pretende que el alumno desarrolle..."

• "Una vez superado el curso/módulo/lección el alumno será capaz de ..."

• "Una vez superado el curso/módulo/lección el alumno habrá desarrollado las capacidades siguientes ..."

1. Confusión entre objetivos y actividades

Si bien es cierto que muchos objetivos se formulan mediante expresiones que pueden parecer actividades (ej: "Aplicar las leyes de Newton") está claro que en estos casos estamos pensando y nos referimos a logros que consigue el alumno (ej: "Al final del curso el alumno será capaz de aplicar las leyes de Newton"). Tanto en la formulación como en el contexto en que nos movemos, no existe duda de que nos referimos a resultados, no a actividades concretas a realizar en clase.

Sin embargo, muchas veces se enumeran como objetivos lo que son simples actividades de clase:

Ejemplos de supuestos objetivos que, en realidad, se refieren a actividades de los alumnos:

• Los alumnos trabajarán en equipo.

• Los alumnos leerán un libro.

• Practicarán los ejercicios.

• Realizar ejercicios de prácticas.

• Despertar interés en los estudiantes.

• Repasar la tabla de multiplicar.

• Ser inteligente.

• Discutir la importancia de escuchar atentamente.

• Escuchar la conferencia atentamente.

Peor aún: Ejemplos de objetivos que se refieren a actividades del profesor

• Enseñar las ecuaciones de Maxwell.

• Trabajar los quebrados con los alumnos.

• Repartir problemas entre los alumnos.

¿Cuáles son los objetivos de la enseñanza de las ciencias en los niveles obligatorios?

El Decreto por el que se fijan las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Primaria concreta los objetivos, contenidos y criterios de evaluación para cada área que son obligatorios para todo el país (Real Decreto 1006/1991 de 14 de junio, BOE de 26 de junio de 1991). Respetando estas enseñanzas mínimas, aunque concretando más los contenidos y objetivos de cada área, el Ministerio de Educación y las Comunidades Autónomas con competencias plenas establecen el currículo obligatorio para esta etapa en sus respectivos ámbitos de competencia. Tiene interés tomar como referencia los objetivos generales que propone el MEC para las áreas de ciencias en los niveles de enseñanza obligatoria. En este apartado se revisan dichos objetivos.

En la Educación Primaria existen las áreas siguientes: Conocimiento del Medio Natural, Social y Cultural, Educación Artística, Educación Física, Lengua Castellana y Literatura, Lenguas Extranjeras y Matemáticas.

Las ciencias se integran en el área de Conocimiento del Medio Natural, Social y Cultural. Los objetivos generales del área de Conocimiento del Medio relacionados con las ciencias son que los alumnos desarrollen las capacidades siguientes (MEC, 1989):

a) Plantearse y resolver problemas sencillos relacionados con los elementos de su entorno físico y social utilizando para ello estrategias progresivamente más sistemáticas y complejas de búsqueda, almacenamiento y tratamiento de información, de formulación de conjeturas, de puesta a prueba de las mismas y de exploración de soluciones alternativas.

b) Identificar los elementos principales de su entorno físico (accidentes geográficos, tiempo atmosférico, vegetación, fauna, etc.) situándolos en el espacio, analizando algunas de sus características más relevantes y estableciendo relaciones de diverso tipo (semejanzas y diferencias, interdependencia, causalidad, etc.) de los mismos.

c) Identificar los elementos principales de su entorno social (formas de organización, grupos, actividades humanas, relaciones entre los grupos y las personas, etc.) analizando algunas de sus características más relevantes y estableciendo relaciones de diverso tipo entre los mismos.

d) Reconocer en los elementos de su entorno físico el impacto de algunas actividades humanas (uso del suelo, alteración del curso de los ríos, urbanización, vías de comunicación, etc.), analizarlas desde esta perspectiva valorando críticamente la necesidad y alcance de dicho impacto y comportarse en las actividades cotidianas de forma coherente con la valoración realizada.

e) Diseñar y construir dispositivos y aparatos con una finalidad previamente establecida, utilizando su conocimiento de las propiedades elementales (peso, volumen, dureza, flexibilidad, evaporación, disolución, ...) de algunos materiales, substancias y objetos presentes en el medio.

f) Identificar algunos objetos y recursos tecnológicos presentes en el medio y valorar su contribución para satisfacer determinadas necesidades humanas (información, comunicación, transporte, alimentación, etc.), desarrollando al mismo tiempo una actitud crítica ante las posibles consecuencias negativas derivadas de un uso incorrecto e indiscriminado de los mismos (contaminación, consumismo, etc.).

g) Reconocer en los elementos de su entorno físico y social el impacto de cambios y transformaciones provocados por el paso del tiempo, indagar algunas relaciones de simultaneidad, sucesión y causalidad en dichos cambios y aplicar estos conceptos al análisis de otras épocas y momentos históricos.

h) Comportarse de acuerdo con los hábitos de salud y cuidado corporal que se derivan del conocimiento del cuerpo humano y de sus posibilidades y limitaciones, mostrando una actitud de aceptación y respeto por las diferencias individuales (edad, sexo, características físicas, personalidad, etc.).

En la Educación Secundaria Obligatoria, las ciencias se organizan como un área independiente para alumnos que, por su edad, van siendo capaces de comprender conceptos, razonamientos e inferencias de carácter abstracto, operando sobre símbolos y representaciones formalizadas. Las disciplinas que integran este área son Física, Química, Biología y Geología. La etapa de Educación Secundaria Obligatoria completa la enseñanza básica y abarca cuatro cursos académicos, entre los 12 y los 16 años. La LOGSE expresa la finalidad de esta etapa en los siguientes términos:

"Transmitir a todos los alumnos los elementos básicos de la cultura, formarles para asumir sus deberes y ejercer sus derechos y prepararles para la incorporación a la vida activa o para acceder a la formación profesional específica de grado medio o al Bachillerato".

Como objetivos generales del aprendizaje de las ciencias en la etapa de Educación Secundaria Obligatoria se busca que los alumnos sean capaces de:

a) Comprender y expresar mensajes científicos utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad, así como otros sistemas de notación y de representación cuando sea necesario.

b) Utilizar los conceptos básicos de las Ciencias de la Naturaleza para elaborar una interpretación científica de los principales fenómenos naturales, así como para analizar y valorar algunos desarrollos y aplicaciones tecnológicas de especial relevancia.

c) Aplicar estrategias personales, coherentes con los procedimientos de la Ciencia, en la resolución de problemas: identificación del problema, formulación de hipótesis, planificación y realización de actividades para contrastarlas, sistematización y análisis de los resultados y comunicación de los mismos.

d) Participar en la planificación y realización en equipo de actividades científicas, valorando las aportaciones propias y ajenas en función de los objetivos establecidos, mostrando una actitud flexible y de colaboración y asumiendo responsabilidades en el desarrollo de las tareas.

e) Elaborar criterios personales y razonados sobre cuestiones científicas y tecnológicas básicas de nuestra época mediante el contraste y evaluación de informaciones obtenidas en distintas fuentes.

f) Utilizar sus conocimientos sobre el funcionamiento del cuerpo humano para desarrollar y afianzar hábitos de cuidado y salud corporal que propicien un clima individual y social sano y saludable.

g) Utilizar sus conocimientos sobre los elementos físicos y los seres vivos para disfrutar del medio natural, así como proponer, valorar y, en su caso, participar en iniciativas encaminadas a conservarlo y mejorarlo.

h) Reconocer y valorar las aportaciones de la Ciencia para la mejora de las condiciones de existencia de los seres humanos, apreciar la importancia de la formación científica, utilizar en las actividades cotidianas los valores y actitudes propios del pensamiento científico, y adoptar una actitud crítica y fundamental ante los grandes problemas que hoy plantean las relaciones entre Ciencia y sociedad.

i) Valorar el conocimiento científico como un proceso de construcción ligado a las características y necesidades de la sociedad en cada momento histórico y sometido a evolución y revisión continua.

La ordenación general del Bachillerato se concreta en modalidades, que responden a amplios campos de estudio, de corte más académico unas y más profesional otras. La LOGSE ha establecido cuatro modalidades de Bachillerato: Artes, Ciencias de la Naturaleza y de la Salud, Humanidades y Ciencias Sociales, y Tecnología. Cada una de estas modalidades dará preferencia a determinadas carreras universitarias. Asimismo, para cursar ciertos módulos profesionales de la Formación Profesional

específica de grado superior se requerirá, según las condiciones de acceso que se establezcan en cada caso, el haber cursado una modalidad del Bachillerato específica.

Dos de los objetivos generales del Bachillerato hacen referencia a las asignaturas de ciencias. Estos objetivos son:

a) Comprender los elementos fundamentales de la investigación y del método científico.

b) Dominar los conocimientos científicos y tecnológicos fundamentales y las habilidades básicas propias de la modalidad escogida.

¿Cómo se traducen los objetivos generales de la enseñanza de las ciencias en objetivos específicos?

Los objetivos generales se trasladan a objetivos específicos mediante un análisis de tareas. Este análisis de tareas consiste en descomponer un objetivo general en las distintas componentes o en las distintas submetas que se pueden alcanzar. Evidentemente, el análisis de tareas debe realizarlo un experto.

En la tabla siguiente se presentan ejemplos de objetivos generales que se desarrollan en objetivos específicos. Se presentan ejemplos que NO tienen que ver con la enseñanza de las ciencias para resaltar el papel del conocimiento del experto necesario para el desarrollo de los objetivos generales.

El alumno será capaz de formular objetivos educativos.

• Diferenciar entre objetivos generales y específicos.

• Conocer los errores más frecuentes en la formulación de objetivos educativos.

• Corregir objetivos mal formulados.

• Realizar un análisis de tareas.

• Redactar correctamente objetivos de distinto nivel de generalidad.

El alumno será capaz de analizar un texto literario

• Situar el texto en una época o un movimiento literario.

• Identificar el tema del texto.

• Identificar las figuras y recursos literarios que utiliza el autor.

• Relacionar el uso de figuras y recursos literarios con el tema del texto.

El alumno conocerá los procesos psicológicos de comprensión de un texto.

• Conocer el funcionamiento del sistema cognitivo humano.

• Conocer los distintos niveles de procesamiento de un texto.

• Conocer las estructuras que se pueden identificar en un texto.

• Conocer los procesos de interacción entre los conocimientos previos y las información de un texto.

¿Qué es una taxonomía de objetivos?

No todos los objetivos pertenecen a la misma área (ámbito). Por ejemplo, los objetivos se pueden clasificar en tres grandes áreas o dominios:

a) Cognoscitivo (conocimientos, destrezas intelectuales, técnicas intelectuales, ...)

b) Afectivo (actitudes, hábitos, ...)

c) Psicomotor (destrezas motoras, mecanismos, ...)

Además, no todos los objetivos tienen el mismo nivel dentro de cada área. Por ejemplo, no es igual de importante "Conocer las leyes de Newton" que "Aplicar las leyes de Newton". Por tanto, podemos clasificar los objetivos de acuerdo con su importancia, su dificultad o el nivel al que se refieren.

Es importante no confundir esta clasificación referida al ámbito de aplicación con la clasificación en función del nivel de generalidad: un objetivo específico puede ser más difícil de conseguir que uno general (ej: General: "Conocer las ecuaciones de la Mecánica", Específico: "Resolver la ecuación del movimiento de tres objetos que se atraen entre sí").

Por otra parte, la concepción tradicional de la enseñanza se basa mucho en contenidos conceptuales, pero sabemos que las asignaturas y las disciplinas académicas se componen de algo más que contenidos conceptuales e incluyen procedimientos, estrategias de razonamiento, valores, actitudes, etc. Dado que el tiempo y los recursos son limitados, a veces nos vemos obligados a sacrificar algo. ¿Cómo podemos ayudarnos a decidir entre tantas posibilidades?, ¿Cómo podemos ordenar las posibles metas?

Una solución consiste en el uso de taxonomías. Una taxonomía no es ni más ni menos que un sistema de clasificación por niveles.

¿En qué consiste el problema de los objetivos afectivos?

Este problema se refiere a la atención o no a los objetivos afectivos y al modo de evaluarlo. Han sido muchos los autores que han tratado este tema. A continuación se resumen las cuestiones más generales:

a) Los objetivos afectivos son de difícil formulación y siempre admiten varias interpretaciones (ej: "El alumno desarrollará interés por la Química").

b) Sin embargo, este tipo de objetivos suele estar entre los más valiosos.

c) A veces existe cierto "pudor" a la hora de formular objetivos que se refieren al ámbito privado de la persona (actitudes, sentimientos, etc).

d) La evaluación de los objetivos afectivos es difícil.

e) La calificación de los objetivos afectivos es todavía más difícil y puede interferir en la evaluación (por ejemplo, si un alumno sabe que su profesor desea que demuestre interés por la Química y sabe que ese interés tendrá su reflejo en la calificación, es fácil que engañe al profesor: los alumnos "juegan a la escuela"). La solución muchas veces consiste en evaluar sin calificar estos objetivos.

f) Los objetivos afectivos no se consiguen fácilmente y su evaluación, con frecuencia, requiere observaciones a lo largo de períodos prolongados de tiempo e incluso a lo largo de cursos académicos sucesivos.

¿Es necesario que los alumnos conozcan los objetivos docentes?

¡Claro que si! La razón fundamental es que los objetivos son la guía que orienta la evaluación. Si el alumno sabe qué se espera de él podrá concentrarse en el aprendizaje relacionado con esos objetivos. Naturalmente, los objetivos reales del profesor no siempre coinciden con los formales que aparecen, a veces, en los programas de las asignaturas. En este caso obviamente priman los objetivos reales.

¿Cómo se relacionan los objetivos con los contenidos?

En teoría, a partir de los objetivos se deberían seleccionar los contenidos. Esto es así porque un objetivo determinado (ej: "Los alumnos serán capaces de analizar datos") se puede conseguir, en principio, con varios contenidos diferentes. En la práctica, se suele funcionar al revés: son los contenidos los que definen las asignaturas y los objetivos se elaboran en función de ellos.

3. PSICOLOGÍA Y APRENDIZAJE DE LAS CIENCIAS.

3.4 Las ideas previas de los alumnos

¿Es cierto que los alumnos acceden a la Enseñanza Secundaria y a la Universidad con muchos conocimientos previos inadecuados?

Durante muchos años los profesores han desempeñado su trabajo como si las mentes de sus pupilos fuesen receptáculos vacíos que había que llenar de conocimientos. Metáforas tales como el profesor como un transmisor del conocimiento o concepciones sobre el aprendizaje como un proceso similar a escribir en una pizarra vacía reflejan claramente estos puntos de vista hoy casi completamente abandonados. Según estas ideas, los estudiantes aprendían más o menos dependiendo de su capacidad y el aprendizaje se concebía, fundamentalmente, como un proceso de adquisición de información, y sólo en segundo lugar como un proceso de desarrollo de destrezas.

Tras años de investigación sobre las ideas alternativas de los alumnos la metáfora de la mente como un receptáculo vacío que el profesor debe llenar con conocimientos ya no se considera válida. Hoy se reconoce unánimemente que las ideas alternativas de los alumnos son uno de los factores clave que debemos tener en cuenta como condición necesaria (aunque no suficiente) para conseguir un aprendizaje significativo de las ciencias. Hoy sabemos que los estudiantes llegan a la enseñanza secundaria (y, a veces, la abandonan) con un conjunto de ideas alternativas sobre los contenidos científicos que casi siempre son erróneas.

¿Qué son las ideas previas de los alumnos y por qué todo el mundo habla de ellas?

Los investigadores en Didáctica de las Ciencias comenzaron a estudiar las ideas alternativas de los alumnos motivados, en parte, por la recomendación de Ausubel sobre la importancia de elegir los conocimientos previos del sujeto que aprende como punto de partida para la instrucción (Ausubel,

Novak y Hanesian, 1983). Parece claro, pues, que el profesor de ciencias debe contar con que sus alumnos ya poseen un conocimiento científico alternativo (Pozo y Gómez, 1998). Los resultados de más de 20 años de investigación en el área de ideas alternativas han puesto de manifiesto una variedad enorme de tales conocimientos alternativos. Desde las primeras observaciones sistemáticas de Viennot (Viennot, 1979) y otros investigadores hasta las recopilaciones e integraciones más actuales, se ha acumulado una gran cantidad de conocimientos en este terreno. Así, por ejemplo, se sabe que muchos estudiantes piensan que todo movimiento implica una fuerza (Pozo, 1987b) y que esta siempre actúa en la dirección y sentido de aquel (Disessa, 1982), que la corriente eléctrica se "gasta" en una bombilla (Saxena, 1992), que el calor está contenido en los cuerpos y se puede "almacenar" como un fluido (Rogan, 1988), que la temperatura cambia en un cambio de estado (Vázquez, 1990), etc.

Los alumnos desarrollan ideas sobre su mundo, construyen significados para las palabras que se usan en ciencia y despliegan estrategias para conseguir explicaciones sobre cómo y por qué las cosas se comportan como lo hacen (Osborne y Wittrock, 1983, pág. 490).

La coincidencia de resultados similares obtenidos en contextos y sistemas educativos diferentes hace difícil dudar de la validez general y fiabilidad de las conclusiones obtenidas en esta línea de investigación. Además, existen en la literatura revisiones e integraciones de los trabajos sobre ideas alternativas en dominios diversos con el objetivo de encontrar esquemas causales y principios comunes (Brown y Clement, 1987); (Liu, 2001); (Carrascosa y Gil, 1992); (Cervantes, 1987); (Duit, 1991); (Cros y Maurin, 1986); (Hierrezuelo y Montero, 1991); (Pintó, Aliberas y Gómez, 1996); (Driver y Erickson, 1983); (Pozo, Gómez, Limón, Sanz, 1991); (Driver, Guesne y Thibergien, 1989); (Rennströn, 1987).

Aunque, como señala Giordan, en un principio las ideas alternativas recibieron denominaciones con claras connotaciones negativas (por ejemplo concepciones erróneas, preconcepciones, errores conceptuales, ...), poco a poco se ha pasado a una terminología menos agresiva (por ejemplo ideas previas, teorías espontáneas, ciencia intuitiva, ciencia de los alumnos, marcos alternativos, concepciones espontáneas, ....) (Giordan, 1996). Posada ha recopilado recientemente muchas de las denominaciones antiguas y actuales que aparecen en la literatura (Posada, 2000). El cambio terminológico que se aprecia no es trivial y refleja el cambio de mentalidad que se ha producido entre la comunidad investigadora sobre la naturaleza de las ideas alternativas y su papel en el aprendizaje. Ello ha ido acompañado de un mayor conocimiento de los investigadores y de muchos profesores de la Epistemología de la Ciencia y de los mecanismos cognitivos mediante los que se procesa la información, lo cual se ha traducido en una mayor comprensión del origen casi inevitable de las ideas alternativas.

La opinión generalizada en la comunidad investigadora es que el profesor no puede esperar que sus pupilos aprendan ciencias de manera significativa sin tener en cuenta de alguna manera sus ideas alternativas . Precisamente, la búsqueda y experimentación de enfoques alternativos a la enseñanza tradicional que ayuden a los alumnos a construir concepciones más acordes con las ideas científicas ha dado lugar a amplios movimientos de renovación educativa, fundamentados en sólidas líneas de investigación y escuelas de pensamiento.

¿Qué características tienen las ideas alternativas de los alumnos?

Las ideas espontáneas se caracterizan, en primer lugar, por ser casi siempre científicamente incorrectas, lo cual ha contribuido sin duda al gran desarrollo de la investigación en este área. Aunque las ideas espontáneas son construcciones personales y propias de cada sujeto, existen muchas más semejanzas que diferencias entre ellas, lo que ha permitido identificar algunos esquemas comunes en estudiantes de países y sistemas educativos distintos (Pintó, Aliberas y Gómez, 1996). Otro rasgo de las

ideas alternativas es su carácter inconexo y a veces contradictorio: un mismo alumno puede explicar el mismo fenómeno desde varios puntos de vista inconsistentes entre sí (Pozo y Carretero, 1987); (Pozo y Gómez, 1998). A ello ayuda el carácter implícito de las mismas lo cual, por otra parte, dificulta su detección y erradicación (Posada, 2000). Muchas veces el sujeto no es consciente de que mantiene concepciones erróneas sobre los fenómenos científicos. Una característica notable de las ideas alternativas es el paralelismo que existe entre muchas de ellas y determinadas teorías históricas de otras épocas generalmente precientíficas (Pozo, 1987b); (Whitaker, 1983); (Pozo y Carretero, 1987); (Campanario, 1998b); (Posada, 2000); (Pozo y Gómez, 1998).

¿Cuál es el origen de las ideas alternativas?

Los investigadores han identificado fuentes diversas. Por una parte, parece que determinados esquemas conceptuales están ampliamente extendidos en todas las culturas. Esquemas tan sencillos y útiles como "a mayor causa, mayor efecto" chocan a veces con determinados fenómenos científicos (Campanario y Otero, 2000a). Este tipo de heurístico está ampliamente extendido entre los estudiantes de enseñanza secundaria e incluso entre los propios adultos. Trabajos recientes exploran la evolución de las concepciones de los alumnos en un dominio determinado mediante el cambio en los esquemas explicativos (Benaroch, 2001) y el paso por distintos niveles explicativos (Benaroch, 2000). Por otra parte, parece claro que muchas ideas alternativas tienen su origen en la experiencia cotidiana (Preece, 1984). El lenguaje común, con su característica falta de precisión, estaría en el origen de algunas ideas espontáneas que son reforzadas por aprendizajes inadecuados en el medio social o por los medios de comunicación (p. Ej: el "gasto" energético). Por último, algunas de las ideas alternativas sobre fenómenos científicos tienen su origen en el uso de analogías defectuosas en el propio medio escolar, (p. ej: ciertos modelos que consideran la corriente eléctrica como un fluido) (Duit, 1991); (Pozo, Sanz, Gómez y Limón, 1991).

¿Cómo debemos tener en cuenta las ideas previas de los alumnos en la enseñanza de las ciencias?

El efecto de las ideas alternativas en el aprendizaje es enorme dado que, como señala Giordan, son, más que un almacén para consultas posteriores, una especie de filtro conceptual que permite a los estudiantes entender, de alguna manera, el mundo que les rodea (Giordan, 1996, pág. 10). Estas ideas alternativas serían, pues, algo similar a lo que se ha dado en llamar teorías en acción (Karmiloff Smith e Inhelder, 1981); (Driver y Erickson, 1983) y funcionarían a la manera de los paradigmas (Thiberghien, Psillos y Koumaras, 1995, pág. 427). La existencia de ideas alternativas científicamente inadecuadas permite entender por qué los alumnos plantean ciertas preguntas aparentemente absurdas o incorrectas pero que para ellos están llenas de sentido (p. ej: ¿cómo influye la masa de un objeto en el tiempo en que tarda en caer desde cierta altura?). De esta manera, las ideas alternativas determinan en gran medida qué aspectos de la realidad son dignos de ser estudiados para entender una determinada situación (Pozo y Gómez, 1998). Como señalan Thiberghien, Psillos y Koumaras, el significado último de determinados conceptos (por ejemplo "calor") llega incluso a ser diferente para el profesor y sus discípulos (Thiberghien, Psillos y Koumaras, 1995, pág. 427). Por otra parte un trabajo reciente demuestra que, cuando los alumnos se enfrentan a la tarea de elaborar una argumentación científica, "tienen dificultades para seleccionar las evidencias significativas debido a que buscan razones en sus preconcepciones más que en los modelos de la ciencia" (Sardà y Sanmartí, 2000, pág. 421). Desafortunadamente, las predicciones que formulan los estudiantes sobre los fenómenos físicos a partir de sus ideas alternativas pueden ser acertadas, de ahí deriva en parte la dificultad de sustituirlas. Es perfectamente posible que un alumno conteste determinadas preguntas correctamente basándose en razonamientos incorrectos.

Dado que las ideas alternativas funcionan como marcos conceptuales, también dirigen y orientan el procesamiento de la información que se estudia en los libros o la interpretación de las explicaciones del profesor. Cualquier docente sabe que las distorsiones e interpretaciones erróneas de lo que él explica en clase son fenómenos comunes en el aula y éstos no resultan tan sorprendentes si se contase con el efecto de las ideas alternativas de los alumnos. Además, las ideas alternativas influyen en las observaciones y en las interpretaciones de estas observaciones. Como una consecuencia negativa, sus pupilos perciben muchas veces de manera sesgada las evidencias empíricas que contradicen a sus ideas alternativas y, aún en el caso de que las perciban correctamente, no siempre se convencen de que sus ideas propias son erróneas (Duit, 1991). A ello se une la tendencia común, que no es exclusiva los alumnos, a prestar atención preferente a los aspectos de los experimentos que apoyan los puntos de vista personales.

¿Por qué es difícil modificar las ideas previas de los alumnos?

Es frecuente que los enfoques tradicionales fracasen en el intento de "transmitir" a los estudiantes las concepciones científicas comúnmente aceptadas. Una enseñanza por transmisión que no tiene en cuenta las ideas alternativas de los alumnos no logra cambiarlas y, con frecuencia, ni siquiera lo consigue una instrucción que tenga como objetivo explícito modificarlas y sustituirlas por concepciones científicas adecuadas. Parece claro, pues, que las ideas alternativas son resistentes al cambio. El resultado es que los alumnos tienden a mantener dos sistemas de conocimientos: por una parte estarían sus conocimientos académicos sobre fenómenos, teorías, leyes, fórmulas y métodos para resolver problemas. Estos conocimientos académicos son útiles en el medio escolar dado que sirven para abordar ejercicios y para aprobar los exámenes tradicionales. Por otra parte los estudiantes mantienen casi intacto su arsenal de ideas alternativas que sirven para entender la realidad y para interaccionar con el entorno. Incluso es común encontrar estas ideas alternativas en universitarios y licenciados que han cursado carreras científicas (Pozo, 1987b); (Viennot, 1979); (Driver, 1988); (Kruger, Palacio y Summers, 1992)

La investigación en el área de ideas alternativas ha dado lugar a una robusta línea de trabajo que ha producido una cantidad considerable de resultados. Sirva como ejemplo del vigor de esta línea de investigación el dato de que la edición de 1994 de la recopilación de Pfundt y Duit (Students' Alternative Frameworks and Science Education) recoge más de 3600 referencias (Pfundt y Duit, 1994). Este notable desarrollo ha sido favorecido por factores diversos entre los que destaca el interés de muchos profesores por conocer las ideas alternativas de sus pupilos y la relativa facilidad con que este tipo de investigaciones puede llevarse a cabo.

¿Existe algún paralelismo entre la resistencia al cambio de ideas en ciencia y en el aprendizaje de las ciencias?

El paralelismo que parece existir entre la resistencia al cambio conceptual en los alumnos y en historia de la ciencia debe ser estudiado con mayor profundidad. Es evidente que en los últimos años se ha prestado especial atención desde la Didáctica de las Ciencias Experimentales a los aspectos relacionados con la naturaleza del conocimiento científico y de los procesos de elaboración del mismo como un "elemento esencial para el análisis y fundamentación de las disciplinas científicas" (Mellado y Carracedo, 1993, pág. 332) y "una referencia obligada que ha de tener el profesor para planificar su enseñanza" (Sánchez y Valcárcel, 1993, pág. 34) que "puede clarificar qué es lo que conviene y podemos enseñar" (Gil, 1994, pág. 18). Además, la Filosofía de la Ciencia "es una de las principales fuentes de hipótesis" sobre el modo en que tiene lugar el cambio conceptual (Posner, Strike, Hewson y Gertzog,

1982, pág. 211) hasta el extremo de que determinadas teorías en Filosofía de la Ciencia servirían como "modelos claros de como funciona el aprendizaje humano de conceptos científicos" (Pozo, 1987a, pág. 110). Sin embargo, no se ha profundizado mucho en la relación aparente que existe entre la resistencia al descubrimiento y al cambio conceptual por parte de los científicos y sus paralelismos el aprendizaje de las ciencias. Es interesante, pues, ahondar en el conocimiento de los procesos de resistencia al cambio conceptual en ciencia para intentar relacionar los aspectos macroscópicos y globales (resistencia al cambio conceptual en ciencias) con los aspectos microscópicos y personales (resistencia al cambio conceptual individual).

Por otra parte, el uso de la Historia de la Ciencia con una dimensión metacognitiva propone aprovechar la Historia de la Ciencia para que los alumnos sean conscientes de la existencia de sus ideas previas y preconcepciones y de la resistencia al abandono de las mismas. Desde este punto de vista, el conocimiento de los episodios que demuestran que la resistencia al cambio conceptual es algo de lo que no escapan los propios científicos se postula como una ayuda para minimizar las consecuencias afectivas negativas de darse cuenta de que uno está siempre equivocado con sus ideas (Campanario, 1997). Se trata de utilizar la Historia de la Ciencia para conseguir determinados objetivos afectivos y nuevas actitudes. Sin embargo, el profesor de ciencias que decida seguir esta orientación debería ser consciente tanto de las semejanzas como de las diferencias que existen entre los dos tipos de resistencia al cambio conceptual. Aunque existen factores comunes en ambos casos, como pueden ser el efecto de las concepciones epistemológicas y el uso de ideas simplistas y pautas de razonamiento inadecuadas, la dificultad para abandonar fácilmente las construcciones cognitivas propias, también hay que tener en cuenta factores diferenciales, como pueden ser los factores profesionales, académicos y otros. No cabe duda de que el debate en enseñanza de las ciencias sobre el uso de la Historia de la Ciencia debería intentar tender un puente entre la Psicología Cognitiva, que tiene que ver con el comportamiento de nuestros alumnos, y la Historia de la Ciencia, que nos ilustra sobre el comportamiento de los científicos.

Es bien conocido que los alumnos desarrollan sus propias concepciones acerca de la ciencia y del conocimiento científico. Estas concepciones son con frecuencia inadecuadas (Roth y Roychoudhury, 1994) y reflejan unas ideas simples sobre cómo funciona la ciencia y cómo se genera el conocimiento científico según las cuales, como se ha indicado más arriba, el "avance" de la ciencia es un proceso lineal en el que la verdad acaba por imponerse por sus propios méritos (Brush, 1974). Esta realidad está en conflicto con uno de los objetivos generales que se suelen proponer en la enseñanza de las ciencias como es el que los alumnos consigan una visión más adecuada sobre la naturaleza de la ciencia y del conocimiento científico (Hodson, 1992).

La resistencia al descubrimiento científico y al cambio conceptual en ciencia es un tema abierto que permite fomentar las discusiones en clase acerca de la construcción y elaboración de la propia ciencia. Este tema constituye una oportunidad inmejorable de plantear enfoques multidisciplinares en los que se mezclen la Historia de la Ciencia, la Sociología de la Ciencia y la Psicología. La influencia de los factores ajenos, en principio, al propio conocimiento científico en el proceso de creación, difusión y aceptación del nuevo conocimiento se pone más claramente de manifiesto cuando se tiene en cuenta que en la ciencia coexisten dos estructuras jerárquicas: una estructura de conocimientos y disciplinas y una estructura paralela de responsabilidades administrativas y posiciones académicas que, lejos de estar únicamente al servicio de la anterior, interactúa fuertemente con ella (Toulmin, 1977). Las decisiones y cambios en cada una de estas estructuras tiene influencia en la otra. Nuevos descubrimientos dan lugar a nuevas áreas de conocimiento que se corresponden con nuevos puestos docentes e investigadores e incluso departamentos universitarios. Desde estas nuevas posiciones académicas se impulsa o se deja de impulsar la investigación en líneas determinadas y ello da como resultado el progreso en una dirección o en otra lo que puede traducirse en nuevos descubrimientos que originan nuevos cambios en la estructura jerárquica de posiciones académicas en un ciclo que se realimenta a sí mismo. De ahí que la organización profesional y los mecanismos de evaluación y promoción de los científicos tengan su reflejo

en el establecimiento de nuevas líneas de investigación o en el abandono de las líneas actuales con las consiguientes implicaciones para la estructura del conocimiento en una disciplina determinada. Las relaciones de poder en el seno de una disciplina pueden ayudar a explicar a veces las resistencias que ofrecen los científicos al descubrimiento científico (Barber, 1961).

3.5 Las pautas de razonamiento de los alumnos

¿Cuáles son las pautas de razonamiento inadecuadas que aplican los alumnos en tareas propias de las ciencias?

En los últimos años se ha empezado a prestar más atención a las pautas de razonamiento inadecuadas que aplican los alumnos en tareas propias de la ciencia. Entre estas pautas de razonamiento inadecuadas destacan:

• El uso de metodologías superficiales.

• El uso de heurísticos y pautas de razonamiento importados del contexto cotidiano.

¿Qué es la "metodología de la superficialidad" y cómo se manifiesta?

Que los estudiantes cometen a menudo errores es una observación que difícilmente puede sorprender a cualquier profesor. Aunque los docentes suelen atribuir estos errores a comportamientos patológicos propios y casi exclusivos de los alumnos, los resultados de la investigación educativa han arrojado alguna luz sobre el origen de tales deficiencias de manera que habría que empezar a cuestionar explicaciones simplistas acerca de las mismas.

Carrascosa y Gil estudiaron los errores que cometen alumnos (y también profesores) cuando se enfrentan a situaciones problemáticas de una manera acrítica de acuerdo con lo que dieron en llamar "metodología de la superficialidad" (Carrascosa y Gil, 1985). Los sujetos que intervinieron en la investigación realizada por estos autores se enfrentaban a los problemas de ciencias con escaso rigor crítico, sin reparar a veces en las inconsistencias de los enunciados y con una comprensión superficial de las preguntas. Como una primera consecuencia, las respuestas se generaban en un intervalo de tiempo sorprendentemente corto, a pesar de que se invitaba explícitamente a una reflexión cuidadosa. Una llamada de atención a los sujetos acerca del riesgo de contestar erróneamente no alteró significativamente los resultados, lo que demuestra que estas pautas de actuación están profundamente arraigadas en alumnos y profesores. Para los autores citados, sin un cambio metodológico no es posible el cambio conceptual.

Una forma bien conocida de aplicación de metodologías superficiales es la llamada fijación funcional que consiste, esencialmente, en el uso de una receta o algoritmo estereotipado en una especie de asociación estímulo-respuesta que, si bien en muchas ocasiones permite dar con la solución correcta, se aplica sin plena comprensión o sin cuestionar su validez o ámbito de aplicabilidad (Furió, Calatayud, Bárcenas, Padilla, 2001). Así, por ejemplo, algunos alumnos extrapolan el valor de 22.4 litros del volumen de un mol de gas ideal en condiciones normales a cualquier otra condición e incluso a líquidos y sólidos (Furió, 1997).

Entre los factores de riesgo que conducen a pautas de comportamiento como las que se han descrito, cabe destacar la inmersión continua en un sistema educativo muchas veces competitivo en el que se valora, fundamentalmente, el resultado final en forma de respuesta correcta y rápida, más que los procesos cuidadosos de razonamiento y reflexión. Además de los efectos negativos que el abuso de dicha metodología produce en el aprendizaje, sus implicaciones en la motivación son también negativas al orientar la actuación hacia el producto más que al proceso. Peor aún, en otro estudio posterior, Gil y Carrascosa constataron que los estudiantes de cursos superiores suelen tener más seguridad en las respuestas erróneas que los de cursos inferiores (Gil y Carrascosa, 1990), un resultado que ha sido contrastado también por nosotros en otro contexto educativo (Campanario, 1995d).

¿Existen otros ejemplos de pautas de razonamiento inadecuadas por parte de los alumnos?

Los aspectos metodológicos de la comprensión de la ciencia no han recibido tanta atención como los conceptuales por parte de los investigadores en Didáctica de las Ciencias. Sin embargo, en la producción y comprensión del conocimiento científico son esenciales ciertas habilidades intelectuales tales como la elaboración de hipótesis a partir de un cuerpo de conocimientos y su comprobación posterior mediante la experimentación. Los puntos de vista actuales sobre las pautas de actuación cognitiva de los sujetos en general ponen un énfasis considerable en la noción de heurístico frente a regla formal y rigurosa (Pozo, Sanz, Gómez y Limón, 1991). A pesar de esta disminución del status, los heurísticos funcionarían de manera generalmente efectiva y en la mayoría de las situaciones cotidianas resultan muy adecuados para predecir el curso de los acontecimientos y fenómenos que tienen lugar en nuestro entorno. Al igual que sucede con los resultados en otras áreas, la investigación en este terreno ha demostrado que los sujetos se comportan en muchas ocasiones de una manera sesgada que choca con las pautas rigurosas que se suponen habituales en el pensamiento científico.

Numerosas situaciones docentes en los más diversos campos de la Física (electromagnetismo, óptica, termodinámica, mecánica) parecían mostrar que, cuando los estudiantes no razonan correctamente, tampoco construyen correctamente los significados de las concepciones (Cudmani, Pesa, Salinas, 2000, pág. 8)

Diversos autores han revisado los resultados de las investigaciones sobre los modos espontáneos de razonar de los estudiantes de enseñanza media y Universidad y han enumerado algunos de los heurísticos que suelen utilizar estos sujetos e incluso los adultos (Pozo, Sanz, Gómez y Limón, 1991); (Thiberghien, Psillos y Koumaras, 1995); (Salinas, Cudmani y Pesa, 1996); (Reif y Larkin, 1991); (Cudmani, Pesa y Salinas, 2000). La revista electrónica Psycholoquy (Behavioral and Brain Sciences) sirvió de foro a un interesante debate sobre la generalidad de este tipo de pautas espontáneas de razonamiento que parecen ser bastante comunes en la cultura occidental (Baron, 1993). A continuación se resumen las pautas espontáneas de razonamiento que tienen más relevancia para el aprendizaje de las ciencias:

• Se tiende a explicar los cambios en los sistemas, no los estados estacionarios (Cudmani, Pesa y Salinas, 2000).

• Cuando tiene lugar un cambio o una transformación, casi siempre se presta más atención al estado final que al inicial. Esta pauta de razonamiento ha sido detectada incluso en profesores de ciencias en formación (Martín, 2001).

• Se suele investigar un sistema sólo cuando éste sufre algún cambio que se aparta de su funcionamiento normal. El principio que subyace tras esta regla es: "si algo no se ha roto no lo arregles" (Baron, 1993).

• Se tiende a abordar los problemas de acuerdo con los conocimientos que más se dominan, no necesariamente con los más relevantes para su solución (Salinas, Cudmani y Pesa, 1996).

• Los estados de equilibrio se asocian a situaciones estáticas, los equilibrios dinámicos son difíciles de concebir, y ello tiene especial incidencia en el aprendizaje de la Química.

• La causalidad es con frecuencia la base del razonamiento de los alumnos, aunque entre causas y efectos suelen intervenir mediadores (Thiberghien, Psillos y Koumaras, 1995, pág. 429).

• El principio de causalidad se suele utilizar de manera lineal siguiendo la regla "a mayor causa, mayor efecto" (Anderson, 1986).

• Se intenta encontrar algún tipo de semejanza (en un sentido amplio) entre las causas y sus efectos.

• De entre las causas posibles de un cambio, se suelen tener más en cuenta las accesibles y aquellas que se recuperan más fácilmente de la memoria: las más recientes, las más cercanas espacialmente o las más frecuentes.

• Las causas que no se perciben directamente o se perciben con dificultad resultan difíciles de concebir y a menudo no se consideran cuando se analizan situaciones abiertas ("lo que no se percibe no se concibe") (Cudmani, Pesa y Salinas, 2000).

• En lugar de razonar en términos de diversidad de causas, se razona en términos de unos cuantos agentes causales que ponen en marcha un proceso (Solsona, Izquierdo y Gutiérrez, 2000).

• Es común la reducción funcional del número de variables que intervienen en la explicación de un fenómeno o una propiedad o en la resolución de problemas (por ejemplo, (Furió y Calatayud, 1996)).

• Ante fenómenos desconocidos, se aplican modelos correspondientes a fenómenos conocidos con los que existe algún tipo de semejanza (en muchas ocasiones esta semejanza tiene que ver con factores irrelevantes, pero fácilmente accesibles a la percepción).

• Se atribuyen propiedades anímicas a objetos o seres que no pueden tenerlas. Esta forma de pensar, tan propia de los niños, se puede detectar también en adultos.

• Cuando en un fenómeno complejo varias causas actúan de forma interactiva, se tiende a concebir su efecto de manera aditiva y secuencial.

• Existen excepciones a todo tipo de reglas, incluso cuando éstas son generales y sirven para todas las situaciones que pertenecen a una misma categoría. Esta pauta de razonamiento se puede asociar al dicho común "no hay regla sin excepción" (Otero y Campanario, 1990).

• Una acumulación de pequeñas explicaciones no totalmente satisfactorias constituye una explicación global aceptable (Reif y Larkin, 1991).

Los ejemplos reiterados de aplicación de los esquemas y heurísticos anteriores son de sobra conocidos por el profesor de ciencias. Por ejemplo:

• En general, los alumnos no consideran las fuerzas de rozamiento porque no se perciben fácilmente y, cuando se presta atención a ellas, su importancia no es la misma que el de las otras fuerzas más "visibles", como las que ejercen cuerdas o superficies.

• El reposo no necesita explicación, es el estado "natural" de un cuerpo.

• Es difícil concebir que un cambio en un punto de un circuito eléctrico afecte a zonas alejadas del mismo.

• Dado que el mundo macroscópico es continuo el microscópico debe serlo también.

• Cuando se asocian dos resistencias en paralelo, se espera que la resistencia total aumente.

El origen de las pautas espontáneas de razonamiento estaría en un largo proceso de evolución biológica y cultural. El ser humano debe tener la capacidad de responder de manera rápida y eficaz a las situaciones cambiantes de su entorno y no cabe duda de que un análisis sistemático de todos los factores que inciden en un fenómeno determinado exigiría un tiempo excesivo en el contexto cotidiano (Pozo y Carretero, 1987). Factores personales hacen que los adultos sean extraordinariamente selectivos cuando procesan la información que reciben de su entorno, hasta el punto de que sesgan activamente dicha información y, con frecuencia, ignoran datos que para otros observadores son evidentes (Mele, 1996). Además, otros factores derivados del aprendizaje (por ejemplo, determinadas causas suelen aparecer siempre asociadas a determinados efectos) hacen innecesario el análisis sistemático de las situaciones. En el contexto cotidiano los heurísticos como los que se han descrito más arriba resultan mucho más eficaces. La aplicación generalizada de este tipo de esquemas conceptuales estaría en el origen de muchas ideas alternativas de los alumnos de ciencias.

Reif y Larkin han analizado las diferencias entre el conocimiento científico y el cotidiano y entre las pautas de razonamiento científico y el uso de esquemas de razonamiento cotidiano de acuerdo con diversas dimensiones (Reif y Larkin, 1991).

El uso en el ámbito de las ciencias de heurísticos importados directamente del contexto cotidiano y el abuso de la metodología de la superficialidad pueden originar problemas adicionales en el aprendizaje y comprensión de la ciencia. Como consecuencia, algunos autores abogan por el cambio metodológico asociado necesariamente al cambio conceptual (Gil, 1987); (Gil, Martínez Torregrosa y Senent, 1988); (Segura, 1991) y sostienen que este cambio metodológico tendrá lugar si se expone a los sujetos a situaciones repetidas en las que tengan que emitir hipótesis consistentes con sus conocimientos previos y expectativas, diseñar experimentos, realizarlos y analizar los resultados, discutir situaciones abiertas y evaluar alternativas. Nuestra propuesta consiste en someter a los sujetos al análisis de situaciones que se presten al abuso, por su parte, de la metodología de la superficialidad con el fin de que detecten los errores que cometen y tomen conciencia del uso por su parte de enfoques inadecuados, esto se consigue con el uso de problemas con resultado contraintuitivo.

Referencias:

El texto completo “La Enseñanza de las Ciencias en Preguntas y Respuestas” puedes encontrarlo en: http://www2.uah.es/jmc/webens/portada.html

Las referencias citadas en este texto se encuentran en: http://www2.uah.es/jmc/webens/refs.htm