Mario Quintanilla - Enseñanza de las ciencias para una nueva cultura docente

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

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

La “concepción basada en modelos”

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

La modelización científica escolar

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

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

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

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

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