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

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

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

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

UN EJEMPLO: LOS MODELOS ATÓMICOS

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

La idea de “seguir” los cambios teóricos en la ciencia nos parece muy adecuada para trabajar la dimensión epistemológica de los contenidos científicos escolares, y por ello la mantenemos en muchas de nuestras intervenciones didácticas. Encontramos que puede resultar conveniente reducir la diversidad de modelos atómicos históricos a la serie clásica: Demócrito-Dalton-Thomson-Rutherford-Bohr.

A esta presentación secuencial de los modelos atómicos le añadimos los tres ingredientes que presentamos en la sección anterior a modo de directrices didácticas:

1. el uso de una gran cantidad de representaciones (científicas, didácticas y analógicas) sobre la estructura de la materia, promoviendo una reflexión crítica (metacognitiva) sobre ellas;

2. la introducción epistemológicamente vigilada de modelos analógicos elaborados (con o sin la secuencia MDA presentada más arriba) para explorar las transiciones entre los distintos modelos atómicos; y

3. dentro de la dimensión epistemológica, una referencia a la provisionalidad de los modelos y a su carácter semejante respecto de los sistemas reales.

La unidad didáctica (“Estructura atómica de la materia”) que presentamos en este capítulo como ejemplo de implementación de nuestros desarrollos teóricos fue realizada por dos profesoras en formación, Cecilia Gasparrou y Ana Laura Tomsin, en el marco de un curso universitario de grado de didáctica de las ciencias naturales (en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires). La unidad está programada para cubrir cuatro clases de 80-90 minutos cada una. La tabla 1 presenta una visión sinóptica de la unidad (Gasparrou y Tomsin, 2001).

Rescataremos cuatro elementos incluidos por las autoras en su planificación, que creemos resultan de la concreción de nuestras directrices didácticas:

1. La primera clase está enteramente dedicada a la dimensión epistemológica, con el objetivo de que los estudiantes “comprendan qué es un modelo y cuál es su importancia en la ciencia”. Se trabaja con el tradicional juego de la “caja negra”; el acento está puesto en la formulación de hipótesis como competencia cognitivolingüística. Tras la lectura de un texto sencillo sobre la naturaleza de la ciencia, la clase acuerda en entender el modelo de la caja como el “conjunto de hipótesis” que se han propuesto para explicar su comportamiento haciendo inferencias (basadas en modelos) sobre su contenido no visible.

2. La segunda clase explora la estructura de la materia en dos niveles de organización: el microscópico y el submicroscópico. Se pide a los estudiantes que imaginen una “ultralupa” capaz de ver la estructura íntima de la materia y que dibujen el resultado de diversas observaciones que se realizarían con tal lupa. En esta actividad se trabaja con representaciones concretas (fotos, dibujos, imágenes con rayos X y microscopio electrónico). Posteriormente, se elaboran otras representaciones concretas (maquetas) de la explicación que daría el modelo de Demócrito a los estados de agregación de la materia.

3. La tercera clase introduce la secuencia histórica de modelos atómicos (desde Demócrito hasta el un modelo actual, altamente simbólico y matemático) mediante un texto escolar de dificultad mediana. El énfasis está puesto, por una parte, en dar sentido a la propuesta de Rutherford (de un átomo con núcleo) a partir de entender las limitaciones del modelo de Thomson y, por otra parte, en la construcción de “análogos concretos” de los diferentes “átomos” históricos (es decir, las unidades estructural-funcionales de la materia postuladas en las distintas épocas). Se propone siempre a los estudiantes explicitar las divergencias entre modelo teórico y representación.

4. La actividad de síntesis y evaluación es individual y consta de tres preguntas. En la segunda de ellas se pide a los estudiantes que elaboren un párrafo de no más de cinco renglones donde expliquen su postura acerca cómo se encuentra formada la materia. Para responder a esta pregunta se requiere una valoración crítica de los diferentes modelos atómicos con los cuales los estudiantes han tenido contacto. Al mismo tiempo, se fomenta una mirada metacognitiva sobre las posibles divergencias entre el modelo atómico prescrito como contenido a aprender (modelo didáctico) y el modelo mental que los estudiantes mantienen.

ALGUNAS REFLEXIONES FINALES

En la planificación de la unidad didáctica realizada por las dos profesoras en formación, se introdujeron nuestras tres directrices didácticas a partir de un proceso de tutoría, lo que permitió conseguir un producto de aula sustentado en principios teóricos de la actual didáctica de las ciencias naturales. La solidez de la fundamentación teórica de la unidad puede verse en el hecho de que buena parte de las consignas propuestas por las profesoras sugieren fuertemente la producción de argumentaciones científicas escolares. Otro punto que muestra que el diseño está apoyado en marcos teóricos es el hecho de que coincide en muchos aspectos con propuestas publicadas por Niaz y Rodríguez (2000), Oliva et al. (2001) y Marchán-Carvajal y Sanmartí (2015) para la enseñanza de esta misma temática.