La Actividad Científica escolar (ACE) en pensar, hacer (actuar), comunicar

La ciencia escolar (Izquierdo et al, 1999; Izquierdo y Aduriz, 2003) es la que corresponde a los conocimientos construidos y elaborados en el entorno escolar. No es la ciencia tal cual de los científicos, sino una reconstrucción de ésta, al mismo tiempo que tampoco es un reflejo de los saberes cotidianos de los alumnos.

Según Izquierdo et al., (1999) la actividad científica escolar (ACE) será el resultado de la interacción entre lo que se ha de enseñar, el profesor, y lo que han de aprender los alumnos que constituyen los elementos de un sistema didáctico. Aquí la idea principal es la de transposición didáctica (Chevallard, 1997), que indica los procesos por medio de los cuales el conocimiento científico se transforma de manera que sea posible su aprendizaje por los alumnos, independientemente de su edad y de sus condiciones socioculturales. (Ver figura 4)

Figura 4 Transposición didáctica de la actividad científica escolar en el modelo MCC

La transposición didáctica ha de crear el escenario adecuado para que lo que el alumno haga, piense y escriba esté relacionado significativamente y, a la vez, sea lo que requiere el currículo.

Si esto se consigue, el alumnado estará haciendo ciencia según el MCE, puesto que estará actuando con una meta y utilizando el pensamiento abstracto para intervenir en el mundo.

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En esta transposición didáctica el profesor deberá diseñar en primer lugar las actividades que introducen el modelo y generan el hecho científico, concediendo así más atención a la etapa precientífica o de iniciación. Las prácticas de iniciación han de dar sentido tanto a la manipulación y a los instrumentos que se utilizan como al lenguaje teórico escrito y hablado.

Han de ofrecer situaciones diseñadas cuidadosamente a partir de lo que sabemos sobre conocimientos previos de los alumnos, para ofrecerles los modelos teóricos adecuados y para que se puedan formular auténticas preguntas que puedan hacer evolucionar el modelo.

Por su parte según Chamizo (2010) podrían reconocerse dos tiempos y/o dos subconjuntos de los modelos didácticos: los que corresponden a la enseñanza, es decir tal como son presentados por los profesores en el ambiente escolar y los que corresponden al aprendizaje, que son los expresados por los aprendices.

1.3.1 Actividad científica escolar para pensar en modelos

Giere, (1988; 1992) nos propone en su modelo cognitivo de ciencias prudentes conexiones entre los modelos teóricos (el mundo de las ideas), y el sistema real (trabajo experimental, manipulación de lo real) del estudiantado, los profesores y los científicos. Este autor concibe la ciencia como el resultado de una actividad cognitiva, como lo son también los aprendizajes, por ello, los conceptos y métodos de las ciencias cognitivas pueden ser tan útiles para el diseño de la ciencia escolar como lo son para elaborar un modelo científico.

El modelo cognitivo de ciencias permite establecer prudentes conexiones, entre los modelos teóricos (el mundo de las ideas), y el sistema real (trabajo experimental, manipulación, de lo real) del estudiantado, los profesores y los científicos (Giere, 1999; Quintanilla, 2006) (Ver figua 5)

Figura 5 Modelo cognitivo de ciencias basado en Izquierdo et al, (1999)

Visto de esta forma, según Izquierdo, Sanmarti y Espinet (1999) , la finalidad de la prácticas escolares desde el punto de vista del profesor, se sustenta sobre los tres pilares de la actividad científica escolar: los hechos del mundo a conocer, que deben transformarse en hechos científicos en el marco de los modelos teóricos; los métodos (manipulaciones e instrumentos); el lenguaje y los signos en general, que deberán servir para la comunicación (y por ello deben generarse en el diálogo y la discusión), pero que también son normativos, según las reglas de las ciencias.

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Por su parte Osborne (2014).propone en su modelo de actividad científica sugiere que el razonamiento científico tiene tres distintas fases: la actividad de investigar del mundo real;

la actividad de desarrollar teorías y modelos de lo que se observa y se encuentra; y la actividad de evaluar tanto los datos como las teorías y modelos que se ofrecen como explicaciones. Estas mismas fases se identifican en los problemas que han que resolver los estudiantes y se basan requieren distintas formas de razonamiento: deducción, inducción y la abducción. En la figura 6 se muestran en detalle las fases de actividad científica.

Figura 6 La actividad científica, la combinación de Klahr y Dunbar (1988) y Giere et al. (2006).

Este diagrama se publicó por primera vez en Osborne (2011) y, posteriormente, en el Marco para la Educación Científica de K-12 (NRC, 2012)

Osborne (2014), destaca el hecho de que un grupo de -académicos de dos disciplinas distintas (Klahr y Dunbar (1988) y Giere et al. (2006)- hayan llegado independientemente a modelos similares es significativo, (investigar, desarrollar explicaciones y soluciones, argumentar para evaluar) pues nos indica que hay una cierta estructura subyacente a toda actividad científica. Este autor propone argumentos a favor de la vuelta de las prácticas científicas, (ver figura 6) y el modelo sitúa en el centro del proceso de enseñanza y aprendizaje de la ciencia las habilidades de orden superior,el pensamiento crítico y evaluación con argumentación .

Por su parte Windscihtl, Thompson y Braaten,( 2008) proponen enseñar ciencia, como una práctica centrada en modelizar, ya que la investigación propone continuas conexiones entre los aspectos fenomenológicos y los objetivos conceptuales mediante una indagación centrada en modelos, es decir, “representaciones que abstraen y simplifican un sistema, que hacen explícitas y visibles sus características fundamentales y pueden ser usados para generar explicaciones y predicciones” (Schwarz et al., 2007).

Según Windscihtl et al., (2008) estos autores es preciso evitar que la indagación escolar se reduzca a una aplicación simplista del denominado método científico, por lo que proponen realizar la práctica de ciencia a través de 5 “conversaciones” en el aula, según la cual es necesario: establecer los parámetros generales (entre otros, la elección del profesor del tema a estudiar y su esfuerzo por compartirlo de forma relevante con los estudiantes); organizar lo que sabemos y queremos saber; generar hipótesis (incluyendo hipótesis que compiten entre ellas); buscar pruebas (incluyendo pruebas secundarias, experimentos, modelos mentales) y construir un argumentos (incluyendo contraargumentos). Estos autores sustentan esta práctica de ciencia como una indagación centrada en modelizar.

Estos investigadores aunque en tiempos diferentes y contextos teóricos, comparten similitudes sobre cómo hacer ciencia escolar, los cuales hemos considerado como referentes hacia un cambio en la formación inicial de los profesores de ciencias y se resume sus coincidencias en la figura 7.

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Figura 7 La actividad científica escolar en Pensar, hacer, modelar y argumentar. (Autores) Con trazos de línea (- - -) se muestra, que todos los autores consideran que la práctica científica, ha de partir desde mundo real, y es el profesor el que debe buscar hechos relevantes e interesantes, para que los alumnos, lleguen a conectarse con estos. La línea punteada (…) señala que con estos hechos paradigmáticos, el alumno como “científico escolar” aprende a actuar, guiándose por una representación abstracta, del fenómeno en el que interviene, que le es proporcionado por el profesor, esta representación es su modelo teórico (artilugio para pensar relacionado a las leyes o teorías). La línea continua (-) indica que gracias al lenguaje, los alumnos construyen los hechos, hablan, discuten, escriben sobre los fenómenos y establecen las relaciones entre los modelos y los hechos, para elaborar sus propios argumentos , según las leyes de la lógica y según las limitaciones que imponen los modelos científicos y sus leyes.

1.3.2 Actividad científica escolar en el hacer

Los autores mencionados coinciden en que las prácticas científicas son fundamentales para investigar los fenómenos y relacionarlos con los modelos teóricos de la ciencia. Para que este proceso se realice se necesita poner en acción las competencias científicas, porque es en el contexto donde estas se manifiestan por los alumnos, siendo clave la elección del contexto por parte del profesor en su adecuación , puesto que competencias en diferentes contextos requieren diferentes combinaciones de conocimientos, habilidades y actitudes.

En razón de lo anterior Osborne (2014) propone volver sobre 8 prácticas científicas en la clase de ciencias (1) Crear preguntas y definir problemas;(2) Desarrollar y utilizar los modelos: Elaborar explicaciones, interpretar datos a partir de modelos, hechos, principios;(3)Planificar y llevar a cabo investigaciones;(4)Analizar e interpretar los datos: Seleccionar información relevante de datos, identificar variables, problemas(5)Utilizar las matemática y el pensamiento computacional;(6)Construir explicaciones y plantear soluciones al diseño investigación;(7)Participar de la discusión con argumentos basados en la evidencia;(8)Obtener, evaluar y comunicar la información.

La práctica científica en nuestro estudio de didáctico en formación inicial, la hemos realizado con el diagrama V como instrumento de andamiaje en el que se apoya el alumno para desarrollar el proceso de indagación y modelización sobre un problema. En la tabla 1 se

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presenta la relación entre estos procesos y las habilidades científicas que demanda al alumno el completar cada componente didáctico del diagrama V.

Tabla 1 Relación entre procesos de actividad científica escolar, prácticas científicas y HIC.

Procesos en

Formular predicciones sobre los fenómenos y problemas Formular hipótesis en función de las variables identificadas.

Obtener evidencias teóricas, conocimientos teóricos, experimental en procesos de medición, registro, análisis a través de investigación.

Diseñar y conducir una investigación para verificar Hipótesis.

Procesar y analizar la evidencia.

Elaborar modelos o la explicación de fenómenos

Representar información a partir de modelos, mapas, dibujos, esquemas, gráficos.

Organizar e interpretar datos para formular explicaciones en relación a los modelos teóricos científicos.

Comunicar ^{Evaluar y}

Comunicar

Comunicar sus resultados de evidencias con rigurosidad científica

Formular conclusiones con argumentos y explicaciones sobre los fenómenos o problemas planteados (modelo escolar final)

Uno de los Objetivos de Aprendizaje de Ciencias Naturales (Bases curriculares, 2012) es promover la comprensión de las grandes ideas de la ciencia y la adquisición progresiva de habilidades de pensamiento científico y métodos propios del quehacer de estas disciplinas para alcanzar la alfabetización científica.

El camino no es fácil y estamos más cerca de percibirlo como una meta que de ser una realidad en el aula, puesto que para alcanzarlo se requiere primero de profesores en ejercicio y en formación inicial que posean competencias científicas. Realizar una actividad escolar en indagación requiere no sólo conocimientos, sino la capacidad de poner en acción las habilidades de investigación científica involucradas en este proceso, es decir saber usar esas habilidades en un contexto dado.

Las habilidades de investigación científica (HIC) que se expresan en el Programa de Estudio Ciencias Naturales. (Mineduc ,2009) se proponen para desarrollarse de forma progresiva en los sucesivos niveles de enseñanza desde enseñanza básica a media y están referidas a

 Formular preguntas que puedan ser constatadas con la evidencia obtenida en una investigación.

 Plantear hipótesis sobre cómo se pueden explicar los eventos y las relaciones.

 Hacer predicciones basándose en las hipótesis.

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 Utilizar la observación y la medición para reunir datos.

 Interpretar los datos y sacar conclusiones válidas a partir de las pruebas.

 Comunicar e informar los procedimientos y conclusiones, y reflexionar sobre los mismos.

Estas habilidades de investigación (HIC) mencionadas son concordantes con cada uno de elementos didácticos que considera el diagrama en V de nuestro estudio y éstas se van desarrollando por los estudiantes en las actividades o contextos de aprendizaje mediante procesos de investigación intencionados por el profesor como son: Observar y plantear preguntas, diseñar una investigación, procesar y analizar la evidencia, evaluar y comunicar (ver tabla 1)

Las habilidades según Tishman, Perkins y Eileen, (1997) se desarrollan con el tiempo, por ello, deben aprenderse, ejercitarse y recrearse para que se conviertan en competencias socio-cognitivas.

1.3.3 Actividad científica escolar en comunicar

El lenguaje científico, es como el literario, un instrumento para crear y comprender el mundo (Izquierdo & Sanmartí, 2000). El lenguaje científico y particularmente los estudios sobre las narrativas científicas escolares (Izquierdo, 2004; Ramos y Espinet, 2007, Avraamidou &

Osborne, 2009), han tenido un papel importante dentro de la educación en ciencias.

Estos estudios puntualizan sobre el valor de la narrativa en el aprendizaje de las ciencias y muestran que existe una necesidad de explorar nuevos modelos de comunicación científica. En este sentido, según Millar y Osborne, (1998) citado por Ramos y Espinet, (2007), las narrativas representan un medio para facilitar los procesos de modelización, además de ser, según lo que plantea Eisner (1994) un instrumento que permite reflejar la estructura fundamental de nuestra mente: hacer público lo privado, y no solo la parte académica que frecuentemente se trabaja en el aula, sino también la emotiva y valórica.

Por ello no deja de sorprendernos que en las clases de ciencias, las exigencias con el lenguaje vayan disminuyendo. ¿Y por qué decimos esto? porque si revisamos actividades o exámenes de los alumnos sus respuestas son cortas (a modo de mensaje de texto), más como sus opiniones, con muy pocas frases explicativas, con monosílabos como respuesta, con frases incompletas, descriptivas, con falta de justificaciones y argumentos.

Según Martín-Díaz, (2013).los profesores tenemos la obligación de ofrecer espacios para que los alumnos hablen y escriban sobre sus conocimientos, si pretendemos que vayan comprendiendo el mundo de la ciencia. Un buen resumen de estas ideas aparece en la frase atribuida a Einstein: “No entiendes realmente algo a menos que seas capaz de explicárselo a tu abuela.”

Siguiendo con Einstein, nos gustaría reseñar otra frase suya: “Si no puedo dibujarlo, es que no lo entiendo.”, porque nos ofrece oportunidades para hablar de otro lenguaje, el lenguaje gráfico.

Este lenguaje es otra forma de dar luz a nuestros pensamientos, a nuestros conocimientos. Hay que pedirles a los alumnos que plasmen el enunciado de los ejercicios en un dibujo. En muchas ocasiones nos daremos cuenta de que no son capaces de hacerlo. Si después de haberles enseñado y tener una cierta práctica, no saben representar mediante un dibujo el enunciado de un problema es porque realmente no comprenden dicho enunciado. (Kempa, y Nicholls, 1983;

Kempa 1986).

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Creemos que hablar y escribir es fundamental en el aprendizaje de ciencias, porque constituye una manera de poner en orden los conocimientos (ideas, conceptos, modelos, teorías), de darles sentido y relacionarlos. Edelman y Tononi (2002) señalan que cuando tratan de describir la conciencia en términos científicos señalan: “Primero hacer y después comprender”, que podríamos ampliar diciendo: “Hablar y escribir, para ir comprendiendo “o “hablar sobre lo experimentado, para ir relacionando los conceptos”

Argumentar en actividad científica escolar

Desde la psicología cognitiva por Kuhn (1991) que considera la argumentación como un proceso cognitivo en el que la persona ha de ser consciente de sus propias teorías para poder reflejarlas y evaluar las de otros usando pruebas para ello. Kuhn (1991) sugiere que se pueden utilizar los “argumentos” como una "ventana" a través de la cual poder ver no solo como piensa la gente sino también cómo y por qué piensa de esa manera y no de otra (Bricker y Bell, 2008).

Desde su primer trabajo hasta sus publicaciones más recientes “Education for thinking” Kuhn (2005) hace una distinción entre argumento como producto y argumentación como proceso.

La consideración de argumentación como co-construcción en una situación de diálogo es discutida por Andriessen (2006, citado en Bricker y Bell, 2008) quien propone la noción de argumentación colaborativa como un proceso en el que el objetivo final es el de resolver un problema llegando a encontrar un acuerdo entre las partes. De esta forma, la participación de los estudiantes en la argumentación haría que se involucrasen en prácticas de elaboración de conocimiento, reflexión y razonamiento.

La argumentación es parte de los procesos de construcción, evaluación y comunicación del conocimiento (Kelly 2008a; 2011).Es importante como parte de las prácticas epistémicas, que según Kelly (2008b) comprenden el producir, evaluar y comunicar el conocimiento.

Para Jiménez Aleixandre (2010, p.23) la argumentación en ciencias “consiste en ser capaz de evaluar los enunciados en base a las pruebas, es decir reconocer que las conclusiones y los a enunciados científicos deben estar justificados, en otras palabras sustentados en pruebas”.

Consideramos como Jiménez Aleixandre y Erduran (2008), que la introducción de la argumentación en las clases de ciencias supone contribuciones a la alfabetización científica.