Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio

Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS HACIA UN ENFOQUE MÁS CRÍTICO DEL TRABAJO DE LABORATORIO* HODSON, D. The Ontario Institute for Studies in Education, Toronto (Canadá). 1 SUMMARY , The tradition which has assumed since the past century the central role of practical work in science education, is argued in this paper. The author reviews the assumptions that justify the educational benefits of practical work, and he does a critica1 scrutiny of its use and misuse in science education. La idea predominante entre los educadores de ciencias es que la experiencia práctica es ia esencia del aprendizaje cientfico. Sin embargo, si tenemos en cuenta la importancia que se concede a la experiencia en el laboratorio, vemos que se han realizado pocos análisis sistemáticos de los logros que se pueden obtener en el laboratorio de ciencia. Nersessian 1989 Aunque ha sido periódicamente desacreditado -y en ocasiones calificado como «una pérdida de tiempo»-, la importancia que el trabajo de laboratorio tiene dentro de la educación en ciencias ha permanecido incontestada desde que el Education Department declaró, en el Código de 1882, que «la enseñanza de los alumnos en materias científicas se llevará a cabo principalmente con ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12.(3), 299-313 experimentos)). Con el paso de los años, se ha establecido «una fe profundamente inamovible en una tradición que ha asumido la condición de un absoluto sobre lo que es y debe ser la enseñanza de las ciencias» (Waring 1985). Resulta interesante comprobar que, pese al apoyo casi universal que recibe del colectivo de profesores de ciencias, se ha investigado muy poco para obtener evidencias convincentes que puedan corroborar su eficacia y justificar así la enorme inversión de tiempo, energía y recursos con razones más convincentes o tangibles que las meras «sensaciones profesionales)). Con la aparición de los National Curricula en Gran Bretaña y Nueva Zelanda, y el cambio de tendencia registrado en muchos países (incluido Canadá) adoptando métodos más rigurosos de evaluación basados en criterios, se ha vuelto a centrar la atención en el trabajo práctico1 y parece oportuno este momento para volver a realizar un examen crítico de su papel y de los supuestos beneficios educativos que pueden derivarse del mismo. EYPLORANDO LOS FUNDAMENTOS LOGICOS Lynch (1987) observó que «cuando un grupo de profesores muestra su aprobación sobre el trabajo práctico es probable que lo haga teniendo en mente objetivos muy dispares)). En efecto, al preguntar a los profesores acerca de sus razones para hacer que los estudiantes participen en actividades prácticas, se observa que el abanico de motivos es desconcertante. Teniendo en cuenta los objetivos de este artículo, podemos agruparlos en cinco categorías generales: 1. Para motivar, mediante la estimulación del interés y la diversión. 2. Para enseñar las técnicas de laboratorio. 3. Para intensificar el aprendizaje de los conocimientos científicos. 4. Para proporcionar una idea sobre el método científico y desarrollar la habilidad en su utilización. 5. Para desarrollar determinadas «actitudes científicas», tales como la consideración con las ideas y sugerencias de otras personas, la objetividad y la buena disposición para no emitir juicios apresurados. 1. ¿El trabajo de laboratorio motiva a los alumnos? ¿Existen otras formas alternativas o mejores de motivarlos? 2. ¿Los alumnos adquieren las técnicas de laboratorio a partir del trabajo práctico que realizan en la escuela? ¿La adquisición de estas técnicas es positiva desde un punto de vista educativo? 3. ¿El trabajo de laboratorio ayuda a los alumnos a comprender mejor los conceptos científicos? ¿Hay otros métodos más eficaces para conseguirlo? 4. ¿Cuál es la imagen que adquieren los alumnos sobre la ciencia y la actividad científica al trabajar en el laboratorio? ¿Se ajusta realmente esa imagen a la práctica científica habitual? 5. ¿Hasta qué punto el trabajo práctico que efectúan los alumnos puede favorecer las denominadas «actitudes científicas))? ¿Son éstas necesarias para practicar el correcto ejercicio de la ciencia? Aunque muchos alumnos disfrutan del tipo de actividades que les ofrecemos en clase y consecuentemente desarrollan actitudes positivas hacia la ciencia (Keys 1987), no ocurre lo mismo con un buen número de ellos y hay «una importante minoría que expresa su aversión al trabajo práctico)) (Head 1982, el énfasis es añadido). Tal como afirman Gardner y Gauld (1990), «los estudiantes normalmente disfrutan cuando trabajan en el laboratorio ... no todos de igual-manera, e incluso un estudiante que se deleite puede encontrar algunos de sus aspectos insatisfactorios». También hay que destacar que el entusiasmo por el trabajo práctico a menudo disminuye de forma significativa con la edad (Lynch y Ndyetabura 1984). A pesar de que no parece haber grandes y constantes diferencias entre chicos y chicas sobre las actitudes y el interés que muestran por el trabajo práctico (Kelly 1988, Murphy 1991), por lo visto, los chicos se «interesan más» y son más activos (Tobin 1988, Taber 1992), mientras que las chicas dan la impresión de tener menos seguridad y solicitar la ayuda del profesor con más frecuencia (Lock 1992). Si bien las chicas parecen estar menos seguras que los chicos en las «investigaciones abiertamente científicas)), abordan los problemas dentro de un «contexto cotidiano» con igual confianza (APU 1989). Aun cuando son citados por muchos profesores, Las preguntas que yo mismo formulé a alumnos de los motivos relacionados con el desarrollo de destreedades comprendidas entre 13 y 16 años pertenecientes zas sociales no han sido incluidos en esta lista debido a a escuelas de Auckland (Nueva Zelanda) revelaron que, que no están específicamente relacionados con la mientras que un 57% muestra una buena disposición ciencia. hacia el trabajo práctico, un 40% expresa su entusiasmo con comentarios como «me gusta cuando sé lo que estoy En una valoración crítica del trabajo práctico, lo primero haciendo», «me gusta cuando hacemos nuestros propios que se debería hacer es formular una serie de preguntas: experimentos» y «no me gusta cuando sale mal» 300 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTICAS (Hodson 1990). Con frecuencia lo que resulta atrayente es la oportunidad para poner en práctica métodos de aprendizaje más activos, para interactuar más libremente con el profesor y con otros alumnos y para organizar el trabajo como mejor se adapte al gusto del alumno, y no la ocasión de llevar a cabo una investigación de banco de laboratorio per se. No hay duda de que el punto en cuestión que aquí se debate es el tipo de trabajo práctico que ofrecemos. Es habitual que permitamos a los alumnos más jóvenes participar en investigaciones personales poco estructuradas, mientras que pedimos a los de mayor edad que realicen ejercicios prácticos de acuerdo con un conjunto de indicaciones explícitas (Pizzini et al. 1991) y en el momento de su vida en el que luchan por afirmar su propia individualidad. No es de extrañar que pierdan el interés y el entusiasmo. Lo que los estudiantes de todas las edades parecen valorar es el desafío cognitivo (aunque el trabajo no tiene que ser tan difícil que no pueda comprenderse y debe ser relativamente fácil de llevar a cabo): hacer un «experimento adecuado» (que tenga un objetivo claro y «funcione») y tener una medida de control e independencia suficientes (Watts y Ebbutt 1988, Bliss 1990, Ebenezer y Zoller 1993). Tradicionalmente, los argumentos a favor del trabajo práctico como un medio para desarrollar las destrezas de laboratorio han sido de dos tipos. En primer lugar figuran aquéllos relacionados con la adquisición de una serie de habilidades generalizables y libres de contenido, que se cree que son transferibles a otras áreas de estudio y válidas para todos los alumnos como un medio para enfrentarse a los problemas cotidianos que se dan fuera del laboratorio. En segundo lugar están aquellos argumentos que afirman desarrollar la destreza y las técnicas de investigación básicas consideradas como esenciales para futuros científicos y técnicos. Mientras que este último grupo de argumentos es éticamente dudoso (puesto que requiere que la educación de todos los niños esté subordinada a las necesidades percibidas de los pocos que lleguen a estudiar ciencias en un nivel avanzado o a trabajar en un laboratorio) y excesivamente ambicioso (exige que los profesores hagan predicciones acerca de las futuras oportunidades de empleo y de la demanda de trabajo de laboratorio), hay que decir que el primer grupo de argumentos raya en el absurdo. Resulta difícil reconocer, por ejemplo, en qué sentido la habilidad para usar correctamente una pipeta y una bureta, haciendo un análisis volumétrico, es transferible a un contexto de laboratorio en el que se va a emplear un osciloscopio o un microscopio, o en el que se va a disecar una pintarroja. Más difícil es incluso apreciar cómo dicha habilidad puede ser transferida a una situación de la vida diaria ajena al laboratorio. Sin embargo, es precisamente esta idea la que sostienen muchos defensores de la enseñanza basada en las destrezas. Es más, existen abundantes pruebas que demuestran que el tipo de experiencias prácticas que presentamos en clase no dan lugar a la adquisición de ninguna de tales destrezas (APU 1982 y 1985, Toothacker 1983, Newman 1985). Incluso después de varios años"de recibir clases de ciencias orientadas prácticamente, muchos alumnos son incapaces de llevar a cabo tareas sencillas de laboratorio de forma precisa, segura y entendiendo lo que hacen. El informe Science at Age 15 de la APU (1985) revela, por ejemplo, que sólo el 11% de los alumnos sabe leer correctamente un amperímetro programable, que únicamente el 14% es capaz de montar un circuito eléctrico según un determinado diagrama de circuitos y que no más del 57% puede realizar correctamente una sencilla técnica de filtración para separar el óxido de cobre sobrante durante la preparación del sulfato de cobre. En otra ocasión ya manifesté (Hodson 1990) que la adquisición de técnicas o destrezas de laboratorio tiene poco valor en sí misma, si es que tiene alguno. Más bien estas destrezas son un medio para alcanzar un fin -siendo ese fin la enseñanza superior-. Intentar justificar el trabajo práctico en la escuela en términos de desarrollo de ciertas destrezas es ser culpable de poner el carro delante del caballo. No se trata de que el trabajo práctico sea necesario para que los alumnos adquieran ciertas técnicas de laboratorio, sino de que estas habilidades particulares son necesarias si queremos que los estudiantes participen con éxito en el trabajo práctico. De esto se desprenden dos puntos: deberíamos enseñar sólo aquellas destrezas que resulten útiles para la enseñanza posterior y, cuando éste fuera el caso, deberíamos asegurarnos de que esas habilidades sean desarrolladas a un nivel de competencia satisfactorio. Mi opinión es que cuando la buena realización de un experimento exija una habilidad que los niños no van a volver a necesitar, o niveles de competencia que no pueden alcanzar rápidamente, se deben encontrar procedimientos alternativos, tales como el premontaje de aparatos, la demostración del profesor o la simulación con ordenador. Este punto de vista no está concebido en contra de la enseñanza de cualquier destreza de laboratorio. Es más bien un argumento a favor de ser más críticos sobre cuáles han de ser las habilidades que se enseñen, a favor de dejar claro a los estudiantes que algunas técnicas de laboratorio permiten realizar otras actividades de aprendizaje útiles, y a favor de asegurarse de que la carencia de determinadas habilidades no constituye una barrera adicional para el aprendizaje. APRENDER CONOC~IENTOS CIENTÍFICOS Y APRENDERLOS METODOS DE LA CIENCIA Los datos empíricos que hacen referencia a la eficacia del trabajo práctico como un medio para adquirir conocimientos científicos son difíciles de interpretar y poco concluyentes. Si reflexionamos acerca de esta cuestión, llegaremos a la conclusión de que no se puede afirmar que el trabajo práctico sea superior a otros métodos y, en ocasiones, parece ser menos útil (Hofstein y Lunetta 1982, Kirschner y Meester 1988, Gunstone y Champagne 1990 y Tobin 1990). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) 301 Hace unos años, un estudio norteamericano sobre tres maneras de enseñar biología (clase/discusión; trabajo de laboratorioldiscusión; clase/demostración de profesor1 discusión) reveló que el trabajo práctico demostraba ventajas significativas sobre otros métodos únicamente respecto al desarrollo de las técnicas de laboratorio (Yager et al. 1969). No se registraron diferencias significativas en lo referente a conceptos adquiridos, comprensión de la metodología científica o motivación. En otras palabras: ila única ventaja del trabajo práctico radica en conseguir ciertos objetivos de aprendizaje que los otros métodos ni siquiera se plantean! En un estudio sobre clases prácticas de física, Moreira (1980) encontró que los estudiantes a menudo llevan a cabo ejercicios en clase teniendo sólo una ligera idea de lo que están haciendo, sin apenas comprender el objetivo del experimento o las razones que han llevado a escoger tal o cuál práctica, y con escaso entendimiento de los conceptos subyacentes. Parece que estén haciendo poco más que «seguir unas recetas». En el mejor de los casos, estas actividades son una pérdida de tiempo. Y lo más probable es que causen confusión y resulten contraproducentes. Igualmente decepcionantes son los resultados aportados por la investigación sobre el conocimiento de los alumnos acerca de la naturaleza de la investigación científica: es frecuente que el trabajo práctico individual se revele contraproducente y dé lugar a una comprensión incoherente y distorsionada de la metodología científica (Millar 1989, Selley 1989, Klopfer 1990). Estos problemas son, en gran medida, la herencia que ha quedado de los métodos de aprendizaje enfocados al descubrimiento e introducidos con tanto entusiasmo y tantas esperanzas durante la década de 1960. Al parecer, el ímpetu demostrado por la enseñanza por descubrimiento ha sido 1s base para afirmar que los alumnos encuentran motivación en las prácticas directas y orientadas a la investigación, así como la creencia de que estos métodos están muy cerca de las «formas naturales de aprendizaje» de los niños. Según Kirschner (1992), estas suposiciones surgieron como consecuencia de una interpretación errónea de la obra de Ausubel sobre aprendizaje repetitivo y aprendizaje significativo, equiparando equivocadamente el aprendizaje repetitivo a los métodos de transmisión1 recepción y el aprendizaje significativo a los métodos basados en el descubrimiento. El resultado fue asumir que el mejor modo de aprender la ciencia es mediante actividades basadas en un modelo de actividad científica. Desgraciadamente, los cursos Nuffield sobre ciencias (y sus homólogos norteamericanos) agravaron esta suposición problemática al mezclar los puntos de vista progresistas centrados en el alumno, que ponían énfasis en la experiencia directa y en el aprendizaje mediante la investigación y el descubrimiento con anticuadas ideas inductivistas sobre la naturaleza de la investigación científica. Al fomentar el valor de la experiencia directa y los planes de estudio orientados a la investigación, al enfatizar el valor que sobre la motivación entraña el descubrimiento conseguido por uno mismo y al emplear términos como observación, experimento e investigación, se creó un modelo de aprendizaje que parecía encajar perfectamente con los puntos de vista inductivistas tradicionales del método científico. Así lo afirman Cawíhron y Rowell (1978): «Todo parecía encajar; la lógica del conocimiento y la psicología del conocimiento se habían fundido bajo el término mesmérico2 «descubrimiento» y los educadores no tenían muchas razones obvias para buscar más allá de las tradicionales explicaciones inductivistas-empiristas del proceso». Lo que empezó como una justificación psicológica del aprendizaje a través del descubrimiento, se transformó en una justificación de carácter epistemológico. Por desgracia, la visión de la ciencia promovida por el aprendizaje a través del descubrimiento era totalmente distorsionada y basaba en un número de suposiciones equivocadas acerca de la prioridad y la certeza de las observaciones. Varios escritores han estudiado la base teórica del aprendizaje centrado en el descubrimiento; otros han discutido los problemas con los que se han encontrado a la hora de poner en práctica en clase tales estrategias de aprendizaje. No podemos presentar aquí detaIladamente los argumentos y Ios hallazgos fruto de la investigación; basta con decir que existe una fuerte corriente de opinión cuyo mensaje es que el aprendizaje basado en el descubrimiento es epistemológicamente equivocado, psicológicamente erróneo y pedagógicamente impracticable (Driver 1975, Strike 1975, Atkinson y Delamont 1976, Stevens 1978 y Selley 1989). Aunque puede resultar relativamente fácil comprobar cómo los diseñadores de planes de estudios de los años sesenta -que no pudieron beneficiarse de los puntos de vista contemporáneo sobre la filosofía y la sociología de Ia ciencia o de los recientes hallazgos relativos al aprendizaje de la ciencia en los niñosse inclinaron por el aprendizaje basado en el descubrimiento de orientación inductiva, resulta mucho más complicado dar cuenta del uso continuado de este enfoque (Kyle et al. 1985, Harty et al. 1989, Meichtry 1992). Varios factores pueden servir para explicar este hecho. En primer lugar, su simplicidad aparente. La visión inductivista de la ciencia resumida en el aprendizaje basado en el descubrimiento es más «sencilla» que otros modelos de la ciencia y los alumnos pueden seguirla con «más facílidad~. De hecho, existen datos para sugerir que los profesores que adoptan modelos alternativos en grupos que se muestran con gran capacidad de solvencia vuelven a las posturas inductivistas en aquellas clases que demuestran ser menos capaces (Hodson 1993). En segundo lugar está el prestigio pedagógico de que gozan los métodos centrados en el alumno, los cuales, debido a características lingüísticas comunes (indagación, investigación, observación, descubrimiento, etc.), operan a favor de un modelo científico inductivista (Harris y Taylor 1983). En tercer lugar figuran los criterios inadecuados propios de los profesores acerca de la naturaleza de la ciencia, que se derivan de sus propias experiencias de aprendizaje en los cursos de ciencias a los que asistieron en la escuela y en la universidad, y que son reforzados por la mitificación que de tal naturaleza hacen los libros de texto y de materiales de ciencias (Smolicz y Nunan 1975, Cawthron y Rowell 1978, Nadeau y Desautels 1984). Por último, en cuarto lugar podemos señalar la comodidad resultante que produce la creencia en un método científico característico, o incluso en un 302 ENSERANZA DE LAS CIENCIAS, 1994,12 (3) algoritmo preciso, capaz de dirigir las investigaciones científicas. Esta última motivación es la que en parte respalda el conocido enfoque sobre los procesos para la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. Wellington (1989) presenta algunos datos históricos que hablan del aumento de planes de estudio orientados al proceso en Gran Bretaña y EEUU, y cita varios factores responsables entre los que incluye el fracaso de los planes de estudio basados en los contenidos, el crecimiento del movimiento Science for Al1 (que preconiza un enfoque «menos exigente»), la «explosión de la información» (que dio lugar a las primeras muestras de redundancia de la información científica y, por lo tanto, una menor demanda de su «conocimiento»), el desarrollo de la tecnología de la información (que hace «innecesario» que los estudiantes tengan que dominar un amplio cuerpo de conocimientos) y el impacto de la evaluación, sobre todo el interés surgido por la evaluación del trabajo práctico (Buchan y Jenkins 1992). Incluyendo todos estos factores está la aceptación sin reservas de la idea de que las destrezas y los procesos de la ciencia son genéricos (es decir, libres de contenido y generalizables) y que pueden ser transferidos a otros contextos, una posición que ha sido enérgicamente atacada por Millar y Driver (1987), Millar (1989, 1991), Wellington (1988), Jenkins (1989) y Woolnough (1989). Naturalmente, muchos planes de estudio orientados al proceso siguen fomentando el mismo modelo de ciencia inductivista carente de credibilidad que caracteriza el aprendizaje por descubrimiento. Aunque algunos planes de estudio de ciencias más recientes colocan la práctica de la formulación de hipótesis en el primer lugar de su lista de «procesos», incluso éstos tienden a proyectar una visión distorsionada de la ciencia, una visión estrictamente popperiana que pone demasiado énfasis en el experimento como un modo de tomar decisiones inequívocas sobre la validez o la falsedad de las teorías (Millar 1987, Hodson 1988). Hace algunos años, Gauld y Hukins (1980) trazaron una distinción fundamental entre «actitudes sobre la ciencia» y «actitudes científicas». La que aquí estamos tratando es precisamente esta última categoría, que puede ser definida como el conjunto de enfoques y actitudes respecto de la información, las ideas y los procedimientos considerados esenciales para los practicantes de la ciencia. No cabe duda de que la inculcación de actitudes científicas es una de las prioridades contempladas por la retórica que desarrolla los planes de estudio sobre ciencias (Fraser 1977, Schibeci 1984). Existe la creencia generalizada, por ejemplo, de que los estudiantes aprecian más las actividades de los científicos si adoptan una postura de objetividad libre de valores y teóricamente exenta de prejuicios, imparcial y una buena disposición paraconsiderar otras ideas y sugerencias evitando emitir juicios apresurados. Por otra parte, son muchos los que ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) creen que tales cualidades son deseables en sí mismas y extrapolables a otras áreas de interés fuera de la ciencia. Todo esto nos da pie a formular tres preguntas: l 1. ¿Pueden estimular estas actitudes las prácticas de laboratorio que ofrecemos en la escuela? 2. ¿Esta imagen de la ciencia animará a los alumnos a escoger carreras de ciencias? 3. ¿Los auténticos científicos poseen estas características? El esfuerzo por dar «respuestas correctas» y la preocupación por lo que «debería suceder» que caracterizan tantas prácticas de laboratorio en la escuela actúan firmemente contra la posibilidad de responder afirmativamente a la primera pregunta. Es difícil apreciar cómo la manipulación de los datos para asegurar la conformidad con la respuesta dada por el libro -una práctica fomentada por la mayor parte de las actividades prácticas convencionales-, puede ser considerada compatible con el favorecimiento de la «integridad intelectual», «el respeto por los datos» o «la disposición a no apresusarse en la emisión de un juicio». Es improbable que muchos estudiantes perciban favorablemente el alejamiento de la vida real y la aparente supresión de la individualidad resaltadas por el ideal estereotipado de las actitudes científicas (la imagen proporcionada por el Sr. Spock de la nave Enterprise). Por consiguiente, se hace igualmente improbable contestar afirmativamente a la segunda pregunta. Los jóvenes necesitan ver que los científicos pueden ser afectuosos, sensibles, divertidos y apasionados además de diligentes y persistentes. 0, lo que es más importante, necesitan darse cuenta de que las personas que son afectuosas, sensibles, divertidas y apasionadas pueden llegar a convertirse en científicos. En cuanto a la tercera pregunta, la respuesta es: «¡Probablemente no!». Hace más de treinta años, Roe (1961) sugirió que los científicos no poseen estas características especiales, aunque ellos lo crean. Ellos, asimismo, están conformes con los mitos que existen sobre la imparcialidad desinteresada del científico, o siguen fomentando una falsa imagen porque perciben que forma parte de sus intereses. Los profesores de ciencias también pueden sentir un interés personal en mantener esta imagen como un medio de destacar su posición en la escuela (Gaskell 1992). Al examinar hasta qué punto los científicos exhiben las características de la imagen estereotipada, Mahoney (1979) declara que éstos suelen trabajar de una manera ilógica, sobre todo cuando defienden su propio punto de vista o atacan a un rival. Afirma que los científicos son muy selectivos a la hora de informar de su trabajo y que en ocasiones llegan a distorsionar o suprimir datos (Holton 1986), y que se aferran tenazmente a sus ideas preferidas aun cuando los datos contradictorios sean abrumadores. Concluye que, lejos de «posponer opiniones», lo que el científico hace a menudo es «hilar la verdad impetuosamente» y apresurarse a elaborar hipótesis y teorías mucho antes de que los datos puedan ofrecer garantías. Mitroff y Mason (1974) distinguen dos tipos de científico: científicos extremadamente especulativos que «no dudarían en construir una teoría completa del sistema solar sin basarse en ningún dato», y cientlj%'cos que se basan únicamente en datos que «no serían capaces de salvar su propio pellejo si se declarase un incendio junto a ellos porque nunca tendrían datos suficientes para probar con seguridad que el fuego es real». Éstos y otros muchos estudios sociológicos muestran que, contrariamente al estereotipo del libro de texto, cuanto más importante es el científico, más probable es que se crea en el mito del científico desinteresado y no comprometido (Latour y Woolgar 1979, Knorr-Cetina 1983, Lynch 1985, Lynch y Woolgar 1990). EL PROBLEMA DE LAS INTERFERENCIAS A los estudiantes se les suele pedir frecuentemente que comprendan la naturaleza del problema y el procedimiento experimental (ninguno de los cuales les son consultados), que adopten la perspectiva teórica relacionada con el tema de estudio (con una ayuda mínima del profesor), que lean, asimilen y sigan las instrucciones del experimento, que manejen el aparato en cuestión, que recopilen los datos obtenidos, que reconozcan la diferencia entre los resultados conseguidos y los resultados que «deberían haberse obtenido», que interpreten tales resultados y escriban un informe del experimento (a menudo utilizando un lenguaje impersonal y curiosamente oscuro), y se les pide además que en todo momento se aseguren de comportarse razonablemente bien con el resto de compañeros. En resumidas cuentas, el trabajo práctico, tal como se lleva a cabo en la actualidad, plantea demasiadas barreras innecesarias que dificultan el aprendizaje (demasiadas interferencias). Esta serie de interferencias hace que los estudiantes a veces sufran una «sobrecarga de información» y sean incapaces de percibir claramente la «señal de aprendizaje». Consecuentemente, es posible que adopten una de estas estrategias (Johnstone y Wham 1982): - Adoptar un «enfoque de receta», siguiendo simplemente las instrucciones paso a paso. -Concentrarse en un único aspecto del experimento, con la virtual exclusión del resto. - Mostrar un comportamiento aleatorio que les hace «estar muy ocupados sin tener nada que hacer». - Mirar a su alrededor para copiar lo que están haciendo los demás. - Convertirse en «ayudantes» de un grupo organizado y dirigido por otros compañeros. En muchos casos, los experimentos pueden simplificarse mediante la eliminación de algunos pasos menos importantes y el empleo de aparatos y técnicas más sencillas. La cuestión del premontaje de aparatos es un tema que merece un amplio tratamiento. Muchos estudiantes se esfuerzan por montar complejos aparatos y sienten que ya han «hecho bastante» antes de que se haya iniciado la parte conceptualmente significativa de la actividad. Lo mismo se puede afirmar sobre la preparación y el pesaje previos de los materiales. Johnstone y Wham (1982) preconizan la «recalibración» de aparatos para reducir el número de unidades de información que deben ser procesadas o el número de medidas que deben ser tomadas. Describen, por ejemplo, cómo un aparato de corriente continua capaz de generar 10 mA1seg puede ser recalibrado para que registre 6,25 x 1016 e-Iseg a fin de simplificar un experimento para determinar el número de Avogadro mediante la electrólisis de ácido diluido. Asimismo, podemos encontrar una ampliación de esta idea en el uso de ordenadores y calculadoras programables para convertir los «datos brutos» en «resultados finales», reduciendo así lo que podríamos denominar interferencias matemáticas. En este sentido resulta incluso más eficaz el empleo de ordenadores para capturar, procesar y presentar los datos, así como para la supervisión y el control de experimentos, lo que permitiría llevar a cabo experimentos más complejos y de larga duración. RECONCEPTUALIZAR EL TRABAJO PRACTICO Muchas de las dificultades discutidas con anterioridad son debidas a la manera irreflexiva en que los diseñadores de planes de estudio y los profesores hacen uso del trabajo práctico. En pocas palabras, es sobreutilizado e infrautilizado. Es usado en demasía en el sentido de que los profesores emplean las prácticas como algo normal y no como algo extraordinario, con la idea de que servirá de ayuda para alcanzar todos los objetivos de aprendizaje. Es infrautilizado en el sentido de que sólo en contadas ocasiones se explota completamente su auténtico potencial. Por el contrario, gran parte de las prácticas que ofrecemos están mal concebidas, son confusas y carecen de valor educativo real. El primer paso necesario para planificar un currículo más válido desde el punto de vista filosófico (es decir, aquél que describa fielmente la práctica científica verdadera) y pedagógicamente más eficaz (esto es, aquél que asegure que todos los estudiantes consiguen aprender adecuadamente) es tener claro el propósito de una lección concreta. El segundo paso es escoger una actividad de aprendizaje que se adapte a estos objetivos. Una experiencia de aprendizaje pensada para facilitar el desarrollo conceptual necesitará a buen seguro ser diseñada de forma muy diferente a una cuyo propósito sea ayudar a los estudiantes a comprender aspectos particulares del método científico, o a generar interés por la ciencia, o a aportar información sobre la historia, el desarrollo y el impacto social de una idea, proceso o artefacto. A menudo resulta difícil determinar en la práctica la intención específica contenida en una lección concreta porque los profesores tienden a utilizar el trabaENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTIC jo práctico descrito por un manual de laboratorio como parte integral del curso. Este mismo enfoque es el que se emplea para satisfacer una serie de necesidades con un alto índice de fracaso, tal como atestiguan las pruebas aportadas por investigaciones llevadas a cabo en este campo. En mi opinión, los avances deben provenir de la redefinición y la reorientación del concepto de trabajo práctico y de una mejor adaptación de la actividad al objetivo marcado. En ocasiones, es conveniente considerar que la enseñanza de la ciencia consta de tres aspectos principales: - El aprendizaje de la ciencia, adquiriendo y desarro1 llando conocimientos teóricos y conceptuales. - El aprendizaje sobre la naturaleza de la ciencia, desarrollando un entendimiento de la naturaleza y los métodos de la ciencia, siendo conscientes de las interacciones complejas entre ciencia y sociedad. - La práctica de la ciencia, desarrollando los conocimientos técnicos sobre la investigación científica y la resolución de problemas. Se ha asumido con demasiada frecuencia que tales objetivos tan distintos pueden ser cubiertos por el mismo tipo de experiencia de aprendizaje. Dado que la ((experimentación~ es un elemento fundamental en la ciencia, muchos creen que debería ser igual de esencial para la educación científica. Al asumir este hecho, los profesores y diseñadores de planes de estudio no realizan la distinción crucial entre la práctica de la ciencia y la enseñanzalaprendizaje de la ciencia (Kirschner 1992). Además, existe la suposición general de que el trabajo práctico equivale necesariamente a trabajar sobre un banco de laboratorio y que este tipo de trabajo siempre incluye la experimentación (Hodson 1988). Yo pienso que cualquier método de aprendizaje que exija a los aprendices que sean activos en lugar de pasivos concuerda con la idea de que los estudiantes aprenden mejor a través de la experiencia directa, por lo que podría ser descrito como «trabajo práctico». En este sentido, el trabajo práctico no siempre necesita incluir actividades que se desarrollen en el banco de laboratorio. Existen otras alternativas válidas como las actividades interactivas basadas en el uso del ordenador, el trabajo con materiales de análisis de casos, las entrevistas, los debates y la representación de papeles, escribir tareas de diversos tipos, hacer modelos, carteles y álbumes de recortes, investigar en la biblioteca, hacer fotografías y vídeos. Para componer un currículo de ciencias filosóficamente válido y pedagógicamente razonable, es necesario utilizar una gama de métodos de aprendizaje y enseñanza mucho más amplia de la que se ha empleado con regularidad en las asignaturas de ciencias del nivel secundario, y adaptar las experiencias de aprendizaje más cuidadosamente y de forma más específica a los objetivos de las lecciones concretas, siendo totalmente conscientes de las distinciones fundamentales que existen entre el aprendizaje de la ciencia, el aprendizaje sobre la naturaleza de la ciencia y la práctica de la ciencia. EL APRENDIZAJE DE LA CIENCIA Si queremos que el objetivo del aprendizaje de la ciencia se vea cumplido, necesitamos tener en cuenta los últimos conocimientos aportados por la investigación sobre los conocimientos científicos de los niños, acerca de la adquisición y el desarrollo de conceptos, especialmente los datos que sostienen que el aprendizaje es un proceso activo en el que los estudiantes construyen y reconstruyen su propio entendimiento a la luz de sus experiencias (Osborne y Wittrock 1983 y 1985, Driver y Be11 1986, Shuell1987). Según Inhelder y Piaget (1958), el estímulo para alcanzar el desarrollo conceptual es reconocer que entre las ideas existen contradicciones e incongruencias, y sin embargo los profesores de ciencias concentran su atención en lo concreto, a través de los omnipresentes ejercicios de laboratorio, ofreciendo escasas oportunidades a los estudiantes para poder examinar los conceptos subyacentes. Más a menudo de lo que cabría desear, el profesor es el que proporciona el marco conceptual, y lo hace dejando poco espacio para la construcción del significado personal. El profesor es quien ejerce el control sobre la identificación del problema, la generación de hipótesis, el diseño experimental y los métodos para manipular e interpretar los datos obtenidos gracias a la observación, tal y como Zilbersztain y Gilbert (1981) afirman: «La interacción con el profesor es una excusa para que el profesor presente su conocimiento» (el énfasis es añadido). Peor aún es el caso en que los profesores son instados frecuentemente a presentar los experimentos sin una base teórica y a distinguir entre «fenómenos observados y explicaciones propuestas por el pensamiento creativo de la mente humana» (Revised Nuffield Chemistry 1975); una idea absurda que ha sido discutida detenidamente (Hodson 1986 a, b). Un enfoque alternativo implicaría: 1) procurar oportunidades enfocadas a que los estudiantes exploren la capacidad que tienen en un momento concreto de comprender y evaluar la firmeza de sus modelos y teorías para alcanzar los objetivos de la ciencia; y 2) ofrecer estímulos adecuados para el desarrollo y el cambio. Este enfoque parece constar de cuatro pasos principales: -Identificar las ideas y los puntos de vista de los niños. -Diseñar experiencias para explorar tales ideas y puntos de vista. - Ofrecer estímulos para que los alumnos desarrollen, y posiblemente modifiquen, sus ideas y puntos de vista. -Apoyar los intentos de los alumnos de volver a pensar y reelaborar sus ideas y puntos de vista. En el pasado, existía la tendencia a asumir que la mayoría de los niños no tiene ningún conocimiento científico antes de empezar a estudiar un nuevo tema o que, cuando lo tiene, no es difícil sustituir su conocimiento (inadecuado) por el nuestro (superior). Ninguna de estas suposiciones parece justificada. Los niños tienen ideas ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) INVESTIGACIÓN Y EXPERIENCIAS DIDÁCTIC científicas sobre muchos de los temas que se estudian en la escuela, aunque a menudo están en desacuerdo con las ideas de los científicos y con frecuencia se muestran reacios a renunciar a ellas (Gilbert et al. 1982, Osborne et al. 1983). Si ocurre así, hemos de adoptar una postura diferente sobre cómo enseñar y aprender la ciencia. Debería ser una postura basada en explorar, desarrollar y modificar las ideas de los niños, en lugar de intentar desplazarlas o reemplazarlas. De igual modo que la investigación científica que lleva al desarrollo o a la sustitución de teorías parte de la matriz teórica existente, también las actividades concebidas para producir el desarrollo conceptual en los aprendices deberían inspirarse en su comprensión. Si aceptamos que el objeto de elaborar teorías científicas es la explicación y la predicción, entonces los niños deberían ser estimulados para explorar sus opiniones poniendo a prueba su capacidad para la explicación y la predicción. Si se demuestra que sus ideas no son adecuadas, se les puede animar a que las cambien o a que produzcan otras nuevas (ora sin ayudarles, ora prestándoles la ayuda necesaria). Se puede argumentar que la misma concreción de las experiencias de laboratorio contribuye significativamente a las interferencias de gran parte del trabajo práctico convencional y sirve para distraer al aprendiz de los conceptos importantes, dificultando más que estimulando la adquisición y el desarrollo de conceptos. Aunque los estudiantes pasan gran parte del tiempo de las clases de laboratorio trabajando con materiales reales (magnesio y azufre, imanes y limaduras de hierro, geranios y jerbos), tienen que discutir e interpretar sus hallazgos y ofrecer explicaciones del comportamiento observado haciendo uso de conceptos abstractos (electrones, enlaces químicos, campos magnéticos, fotosíntesis, etc.). La mayoría de los planes de estudio contemporáneo contemplan esta familiaridad con tales conceptos abstractos como el auténtico objetivo de aprendizaje. A pesar de que el trabajo en el laboratorio es extenso, en el sentido de que ocupa gran parte del tiempo de clase, es a menudo breve en referencia al tiempo de contacto que permite mantener con la esencia conceptual del aprendizaje. Es más, muchas veces durante las clases de ciencia que se imparten en la escuela, resulta muy difícil separar los conceptos abstractos fundamentales que estamos buscando de los efectos observables: el movimiento browniano como prueba del movimiento aleatorio de las moléculas, los cambios de color durante la dilución progresiva de una disolución de manganato de potasio (VII) como evidencia de la existencia de partículas, el «comportamiento» de las limaduras de hierro como una prueba de la existencia de líneas de fuerza magnéticas, etc. De modo que, aunque los estudiantes perciben el laboratorio como un lugar donde están activos (en el sentido de «estar haciendo algo»), muchos son incapaces de establecer la conexión entre lo que están haciendo y lo que están aprendiendo (tanto en términos de conocimientos conceptuales como de conocimientos relativos al procedimiento). Las prácticas de laboratorio que se llevan a cabo en el colegio son consideradas a menudo por los profesores como un medio de obtener información/datos sobre hechos de los que más tarde se extraerán las conclusiones pertinentes. Por lo general, se ha asumido que estos datos son «puros», no están afectados por las ideas que tienen los estudiantes, por lo tanto, éstos no suelen participar ni en el diseño ni en la planificación de investigaciones experimentales. El fracaso a la hora de hacer que los estudiantes participen en la reflexión que precede a una investigación experimental convierte gran parte de la práctica de laboratorio siguiente en un trabajo inútil desde el punto de vista pedagógico. Un estudiante que carezca de la comprensión teórica apropiada no sabrá dónde o cómo mirar para efectuar las observaciones adecuadas a la tarea en cuestión, o no sabrá cómo interpretar lo que vea. Por consiguiente, la actividad resultará improductiva, lo cuál incitará a los profesores a dar las «respuestas». En la práctica, la situación puede llegar a ser mucho más compleja y bastante más perjudicial. No es que los niños no posean el marco teórico apropiado y necesario, sino que a menudo tienen uno diferente. Así pues, es posible que miren en el lugar «equivocado», de la forma «equivocada» y que hagan interpretaciones «equivocadas», en ocasiones incluso negando con vehemencia la evidencia arrojada por la observación que entra en conflicto con sus ideas anteriores al experimento (Gunstone 199 1). El resultado es que pueden pasarse toda la lección sin comprender correctamente el objetivo del experimento, el procedimiento y los hallazgos, mezclándolos con cualquier concepto erróneo que hayan aportado a la práctica. Naturalmente, tan pronto como se hace evidente que los marcos alternativos de comprensión de los estudiantes van a acabar por hacerles «terminar en otro punto diferente*, los profesores les hacen saber que su «resultado es equivocado», o que «han hecho el experimento mal», lo que inculca en el estudiante una preocupación por lo que «se suponía que debía suceder», más que por supercepción de lo que ha sucedido (Wellington 198 1). Mucho se puede decir de otros enfoques alternativos, como las tareas de predecir-observar-explicar desarrolladas por Gunstone et al. (1988), en las que se pide a los estudiantes que hagan una predicción por escrito razonando lo que creen que ocurrirá en determinadas situaciones. Durante la demostración siguiente que efectúa el profesor, los estudiantes apuntan lo que observan y a continuación se puede exponer cualquier discrepancia surgida entre las observaciones y su predicción. Tunnicliffe (1989) ha descrito actividades parecidas en una recopilación de estrategias que ella llama «ciencia basada en el desafío». La actividades realizadas con ordenador pueden facilitarnos un control aún mayor de los resultados. Hay muchos experimentos que son demasiado difíciles, demasiado caros, consumen demasiado tiempo o son demasiado peligrosos para realizarlos de otra manera. Además, el uso de simulaciones con ordenador, a diferencia de los experimentos directos, permite al profesor adaptar la experiencia de aprendizaje precisamente a los objetivos de enseñanzalaprendizaje, en lugar de lo que es más habitual: adaptar los objetivos de aprendizaje a ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) las complejidades de la realidad. Se puede disminuir o aumentar el nivel de complejidad, incluir o excluir ciertos aspectos, adoptar condiciones «idealizadas» y crear una situación experimental que permita a los estudiantes concentrarse en los conceptos fundamentales sin las distracciones, las dificultades y el aburrimiento que forman parte de tantos y tantos experimentos realizados con objetos reales. Al eliminar las interferencias de las experiencias concretas y facilitar la retroacción inmediata sobre la conveniencia de especulaciones y predicciones, las simulaciones con ordenador y las bases de datos hacen posible que los estudiantes pasen bastante más tiempo manipulando ideas como medio de construir conocimiento. Las actividades basadas en el uso del ordenador pueden resultar a menudo superiores al trabajo de banco convencional a la hora de colaborar en el desarrollo conceptual, dado que permiten a los estudiantes explorar su comprensión teórica y realizar de forma rápida, fiable y segura investigaciones que consideren relevantes para ese conocimiento. El vídeo interactivo y la realidad virtual ofrecen posibilidades aun más interesantes (Ferrington y Loge 1992, Leonard 1992). Estas experiencias de aprendizaje más «controladas» pueden ser empleadas con frecuencia para ayudar a los estudiantes a alcanzar el nivel de comprensión conceptual especificado en el plan de estudios. Después se puede emplear el trabajo de laboratorio de distintos tipos para que los estudiantes puedan comprobar su nuevo entendimiento del «mundo real)). i Este argumento a favor de disminuir el trabajo práctico y aumentar las actividades orientadas a la reflexión no debe ser interpretado como una postura que abogue por la sustitución total del trabajo de laboratorio por métodos alternativos de aprendizaje activo. Si convenimos en que la educación en ciencias debe girar en torno a descifrar las claves del mundo físico y comprender (y emplear) los conocimientos conceptuales y de procedimiento que los científicos han desarrollado para su ayuda en esa tarea, el primer paso que se debe dar en la enseñanza de la ciencia es la familiarización con ese mundo. En esta etapa, el trabajo de banco resulta esencial. Puede que quizá sea el único modo de experimentar directamente muchos de los fenómenos y los hechos que aborda la ciencia. No basta con leer que el magnesio arde formando una brillante llama blanca o que la luz se desvía al pasar por un prisma. Los estudiantes necesitan experimentar estas cosas directamente y manejar los objetos y los organismos por sí mismos para asídesarrollar un bagaje de experiencia personal. Es lo que Woolnough y Allsop (1985) llaman «acostumbrarse a los fenómenos» y White (1979, 1991) describe cómo desarrollar «conocimiento episódico)) o «recopilaciones de eventos)). Además, si se estimula el desarrollo y la intensificación conceptuales animando a los estudiantes a que exploren, elaboren y supervisen sus ideas existentes comparándolas con las aportadas por la experiencia -la experiencia «real» y la experiencia artificial del experimento científico-, entonces podemos afirmar que el trabajo de laboratorio y las investigaciones en el terreno tienen un importante papel que desempeñar, pero sólo cuando tales actividades tengan una base teórica y sean bien entendidas por el estudiante. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1994, 12 (3) EL APRENDIZAJE SOBRE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA Parece razonable suponer que la comprensión que un estudiante tiene sobre la naturaleza de la ciencia y la actividad científica proviene de la interacción de las experiencias que facilita el plan de estudios con las experiencias de aprendizaje informales que incluyen televisión, películas, libros, publicidad, visitas a museos, etc. En términos generales, las influencias del currículo son de dos tipos: las que son planificadas explícitamente y las que no. En ocasiones, los libros de texto presentan mensajes explícitos sobre la naturaleza de la ciencia (por ejemplo, los primeros capítulos que ofrecen una idea general de lo que es la ciencia). Otras veces, los profesores actúan para poner énfasis en aspectos concretos del método científico durante el trabajo de laboratorio y las discusiones de clase. No obstante, es más frecuente que los mensajes sobre la naturaleza de la ciencia sean transmitidos implícitamente, a través del lenguaje de la instrucción, el material biográfico y el diseño de experiencias de aprendizaje -sobre todo el trabajo de laboratorio y las tareas escritas-. En conjunto, tales mensajes integran un plan de estudios de ciencias «oculto» de gran potencialidad (Herron 1977). Para asegurar que los estudiantes tengan éxito en el aprendizaje sobre la naturaleza de la ciencia, el primer paso necesario es convertir lo implícito en explícito. El aprendizaje sobre la naturaleza de la ciencia es una parte clave del programa de estudios, por lo que hemos de programar tal objetivo con sumo cuidado. El segundo paso necesario es que efectuemos dicha planificación conforme a un modelo científico que sea válidofilosóficamente: no uno basado en el inductivismo, ni el que contemple la ciencia como una serie algorítmica de procesos discretos, ni el basado en estrictos puntos de vista popperianos, sino un modelo de ciencia que, como mínimo, reconozca la falibilidad y la dependencia teórica de la observación y del experimento, que aporte conciencia de cómo se transmiten los conocimientos dentro de la comunidad científica, que admita que la ciencia está influida por consideraciones socioeconómicas, culturales, políticas, éticas y morales, y que haga hincapié en la distinción entre teorías realistas -cuyo objetivo es explicary modelos instrumentalistas -que persiguen realizar predicciones y establecer una medida de control- (Hodson 1993b). Si permitimos que los estudiantes lleven a cabo sus propias investigaciones (véase más adelante), contribuiremos en gran medida a desarrollar su comprensión de la naturaleza de la ciencia. Asimismo, podemos obtener un gran beneficio si invitamos a los estudiantes a que reflexionen sobre el progreso de aprendizaje personal que hayan experimentado. Por ejemplo, cuando los estudiantes vuelven a examinar y a interpretar las actividades de laboratorio realizadas en la primera parte del curso, son capaces de trazar paralelos significativos entre el desarrollo de su comprensión personal y el desarrollo del conocimiento científico. Es de destacar que algunos sostienen que este tipo de actividades metacognitivas resultan especialmente beneficiosas para las estudiantes (Novak 1990).