La enseñanza de la ciencia en una sociedad con incertidumbre y cambios acelerados

1. La enseñanza de la ciencia en una sociedad con incertidumbre y cambios acelerados (Science education in an uncertain and brisk changes society) Andoni Garritz, UNAM, México Conferencia Inaugural VIII Congreso Internacional sobre Investigación en la Didáctica de las Ciencias Correo Electrónico: andoni@unam.mx

2. No es la primera vez que pensamos en cambios acelerados y sobre la necesidad de modernizar la educación.

3. Richard Buckminster Fuller (inventor del domo geodésico) “Nací en un año extraordinario, 1895, el mismo en que se inventaron los rayos X y lo invisible se hizo visible. Cuando tenía dos años se des-cubrió el electrón. A los siete, el primer automóvil circuló por las calles de Boston, y a los ocho, los hermanos Wright volaron por el cielo. Lo imposible ocurría cada día, aceleramos a una velocidad tremenda.”

4. ¿Por qué hay cambios acelerados? Siempre han existido épocas de cambios acelerados y percep-ción de incertidumbre, pero habían sido atribuibles a los designios de los astros, la voluntad divina, poderes sobrehumanos o las fuerzas de la Naturaleza. En la actualidad, es la conciencia de la influencia humana sobre el futuro lo que hace percibirlos tan omi-nosos. Antes se culpaba al destino de las desgracias, ahora es el género humano el responsable, por acción u omisión.

5. La sociedad de la imaginación No obstante, hay varios ras-gos de la sociedad nueva que nos obligan a reflexionar: 1) Los ritmos. El proceso de cambio es vertiginoso. El ciclo de vida de todo se ha acorta-do, con la excepción del ciclo de la vida humana. 2) Densidad de información. El entorno es accesible desde cualquier punto de la Red. Se produce una inversión de la idea de poder. 3) Las distancias. Significan ahora poco o nada. 4) Las materias primas. Los aspectos tradicionales han sido superados. Hoy hace falta inteligencia, creatividad, emoción e imaginación. 5) Las diferencias. Imaginar tiene ahora mucho sentido; innovar radicalmente no es un capricho. Lo importante no es ser eficiente, sino ser diferente y, de ser posible, único. En breve, en la nueva so-ciedad lo que cuenta es la inteligencia, la osadía, el riesgo, la diversidad y la imaginación. ¿Qué debemos hacer para transformar la educación? ¿Hacia dónde cambian las expectativas de aprendizaje?

6. De la ponencia inaugural de Linda Darling-Hammond en la Conferencia NARST Abril 2009, Garden Grove, CA, USA Las expectativas del aprendizaje están cambiando: Aptitud para comunicarse; Adaptabilidad para el cambio; Capacidad para trabajar en grupo; Preparación para resolver problemas; Aptitud para analizar y conceptualizar; Capacidad para meditar y mejorar el desempeño; Aptitud para auto-administrarse; Capacidad para crear, innovar y criticar; Aptitud para involucrarseenaprender cosas nuevas, siempre; Capacidad para cruzarlas fronteras de los especialistas. Referencia Chris Wardlaw,“Mathematics in Hong Kong/China – Impro-ving on Being First in PISA"

7. ¿Cuáles son los paradigmas de la enseñanza de la ciencia? • Afectividad • Analogías • Argumentación • Asuntos socio-científicos • Ciencia y tecnología de frontera • Competencias • Conocimiento Didáctico del contenido • Incertidumbre • Indagación • Modelos y modelaje • Naturaleza, historia y filosofía de la ciencia • Riesgo • Tecnologías de la comunicación y la información

8. “De nada sirve que el entendimiento se adelante si el corazón se queda” Baltasar Gracián (1601-1658) Afectividad

9. El aspecto afectivo habrá de ser resaltado en la investigación y en la práctica Tell me and I forget. Teach me and I remember. Involve me and I learn. Benjamín Franklin (1706-1790) Autoestima: “Cariño, aprecio y estimación a sí mismo/a. La capacidad (yo puedo) y el sentimiento de confianza (creo y confío en mí), respeto y valoración (yo valgo) que cada persona posee de sí misma” (Pilar Acevedo, 1999)

10. ¿Un profesor real o apócrifo? Yo os enseño —en fin— o pretendo enseñaros, el amor al prójimo y al distante, al semejante y al diferente, y un amor que exceda un poco al que os profesáis a vosotros mismos, que pudiera ser insuficiente. (Machado, 1957, Vol II, P. 100). Referencia Machado, Antonio (1936). Juan de Mairena. Sentencias, donaires, apuntes y recuerdos de un profesor apócrifo, Madrid: Espasa-Calpe.

11. Pablo Latapí (1927-2009) “La educación... ni empieza ni termina en los territorios de la razón. Abraza otras formas de desarrollo de nuestro espíritu”. Referencia Latapí, Pablo. Texto al recibir el doctorado Honoris Causa en la UAM en 2007.

12. Paul R. Pintrich (1953-2003) School of Education, University of Michigan, USA Su artículo de la cognición caliente con Ron Marx y Robert Boyle cambió la investigación sobre el cambio conceptual más que ningu-na otra publicación; destacó a la motivación como factor determinante. “Four general motivational constructs (goals, values, self-efficacy and control beliefs) are suggested aspotential mediators of the process of conceptual change” Referencia Pintrich, P. R.; Marx, R. W. and Boyle, R. A. (1993).Beyond cold conceptual change: the role of motivational beliefs and classroom contextual factors in the process of conceptual change,Review of Educational Research, 63(2), 167–199.

13. Analogías “Analogies make new, abstract information more concrete and easier to imagi-ne by using what the student already knows and is familiar with, and linking it to new, unfamiliar ideas”. (Treagust & Chittleborough, 2001).

14. ¿Para qué de una analogía? Contesta George Bodner Ninguna situación con la que nos encontramos es exacta-mente como una situación con la que nos hemos encontra-do previamente, y nuestra capacidad de aprender y sobre-vivir en el mundo está basada en la de encontrar similitu-des entre situaciones pasadas y presentes, y utilizar el co-nocimiento que hemos ganado de situaciones en el pasado para manejar las situaciones actuales. La analogía es po-derosa ya que nos permite crear similitudes para una varie-dad de propósitos, tales como resolver problemas, crear explicaciones o construir argumentos. Referencia Orgill, M. K. and Bodner, G. (2005). The Role of Analogies in Chemistry Teaching. In T. Greenbowe, N. Pienta & M. Cooper (eds.) Chemists’ Guide to Effective Teaching. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education. Pp. 90-105.

15. Las analogías pueden considerarse como un subconjunto de los modelos, ya que el razonamiento analógico es la compa-ración de estructuras o funciones entre un campo bien cono-cido y un dominio de conocimiento nuevo o parcialmente nue-vo. Los modelos y el modelaje son aspectos clave de la cien-cia y, consecuentemente, de la educación en la ciencia. Referencia Raviolo, A. y Garritz, A., Analogies in the teaching of chemical equilibrium: a synthesis/ analysis of the literature, Chemistry Education: Research and Practice 10(1), 5-13, 2009

16. Argumentación “Argumentar es una operación mental inter-na que puede o no ser manifestada exterior-mente. Consiste en buscar y presentar datos y prue-bas para fundamentar, demostrar y hacer creíble algo (conocimientos, problemas, re-sultados, hechos, fenómenos, contradiccio-nes…). Los usos de la argumentación son diversos. Argumentamos para demostrar o debatir ofreciendo evidencias y razonamien-tos lo más completos y estructurados posible para mostrar o convencer de algo.” http://educacionquimica.info/ Referencia De la Chaussée, M. E., (2009). Las estrategias argumentativas en la enseñanza y el aprendizaje de la química, Educación Química, 20(2), 132-144.

17. Mostraré cómo los cuatroelementos esenciales de cualquier educación científica: • El desarrollode la compresión conceptual; • La mejora del razonamiento cognitivo; • El incrementode la comprensión de los estudiantes acer-ca de la naturalezaepistémica de la ciencia, y • Proporcionar una experiencia afectivaque sea tanto po-sitiva comoatractiva; • pueden todosellos ser facilitados a través de enfo-carse en la argumentación. Referencia Osborne, J. (2007). Towards a more social pedagogy in science education: the role of ar- gumentation, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, 7(1).

18. Desde la perspectiva socio-lingüística aprender dentro de una disciplina re-quiere adoptar las normas del lengua-je de esa disciplina. Para gente joven que aprende ciencia, esto requiere su participación a través de hablar y es-cribir, para que tengan sentido y pien-sen a través de los hechos científicos, los experimentos y las explicaciones a los que se les introduce. Rosalind Driver Referencia Newton, P., Driver, R. y Osborne, J. (1999). The place of argumentation in the pedagogy of school science, International Journal of Science Education, 21(5), 553– 576.

19. Asuntos socio-científicos • Esta corriente de los aspectossocio-científicos y el razo-na-miento moral estáhoy encabezada primordialmente por Dana Zeidler (2003):“Hoy se reconoce la importancia deconceptualizar laalfabetización científica al contemplar la toma de decisiones informada, la capacidad de analizar, sintetizar y evaluarinformación, vérselas sensiblemente con el razonamientomoral y los aspectos éticos, y enten-der las conexionesinherentes a los aspectos socio-científicos.”

20. Para sostener una democracia saludable y vibrante se requiere un público aquiescente, no hostil ni sospechoso, sino uno con un entendimiento amplio de la mayor parte de las ideas científicas que, a la vez que aprecie el valor de la ciencia y su contribución a nuestra cultura, pueda vérselas críticamente con aspectos y argumentos que in-volucren al conocimiento científico…; que aprecie igual-mente las fortalezas y límites de la evidencia científica; que sea capaz de hacer una evaluación sensible del ries-go y reconocer las implicaciones éticas y morales de las alternativas que la ciencia ofrece para la acción (Millar & Osborne, 1998, p. 2004). Referencia Millar, R. & Osborne, J. (Eds.), (1998). Beyond 2000: Science education for the future. London: King's College School of Education.

21. Derek Hodson (2009) • El enfoque basado en aspectos socio-científicos tiene cuatro niveles paulatinos de complejidad: • Apreciar el impacto social del cambio de CyT y reconocer que ambas son determinadas culturalmente; • Reconocer que las decisiones sobre CyT se toman en vir-tud de intereses particulares y los beneficios que se acu-mulan para algunos ocurren a expensas de otros. • Desarrollar las visiones propias de uno mismo y establecer las posiciones sobre valores. • Prepararse para tomar acción en aspectos sociocientíficos y ambientales. Referencia HODSON, D. (2009). Putting Your Money Where Your Mouth Is: Towards an Action- oriented Science Curriculum, Journal for Activist Science & Technology Education, 1(1). Versión electrónica disponible en http://www.wepaste.org/journal.html.

22. Aspectos de importancia pública • Los ciudadanos van a ser consultados cada vez con más frecuencia en aspectos que tengan que ver con la participación pública de los afectados debido a: • La representación imperfecta de las instituciones • Aspectos de riesgo • Cambio climático y otros temas en los que domina la incertidumbre

23. Aspectos de riesgo Nanotecnología Biotecnología Clonación

24. Calentamiento global Hay quien vive para el asunto Hay a quien no le preocupaba mucho…

25. Las nieves del Kilimanjaro en 1993 y 2000

26. La catástrofe del Katrina

27. Ciencia y tecnología de frontera ¿Cómo recapturar el CO2? 5/04/2009 Se rompe el puente de hielo que unía la placa Wilkins a la Antártida

28. Hubble, desde 1990

29. Avances en el origen de la vida Referencias Tracey A. Lincoln & Gerald F. Joyce. (2009). Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme, Science 323, 1229-1232. • Se han logrado cuatro avances recientes: • Las protocélulas de Jack Szostak • Autoreplicación de ARN (G. F. Joyce) • Síntesis de nucleótidos(J. Sutherland) • Explicación de lateralidad (D. Blackmond) Powner, et al. (2009). Synthesis of activated py- rimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions, Nature, 459, 239-242.. Klussmann, M. et al., (2006). Thermodynamic control of asymmetric amplification in amino acid catalysis, Nature,441, 621-623.

30. El hoyo de ozono (1974) Mario Molina y Sherwood Rowland fueron capaces de proponer la detección de algo que ocurre a 20 km de altura y revelar sus causas debidas a la emisión de gases propelentes y refrigerantes producidos sobre la superficie de la Tierra.

31. El problema de la conciencia • Es un rompecabezas para las ciencias cognitivas y para el trabajo de los neurobiólogos reconocer el fluir de la conciencia y los procesos de conducta que integran el comportamiento expresivo. El cerebro, en analogía con la máquina de Turing, es un órgano especializado en manejar información mediante la representación de un conjunto de símbolos. • La conciencia surge como un aspecto subjetivo muy complejo del procesamiento cerebral, que se puede concebir como “conectividad dinámica intermodular”. Referencia Díaz, J. L. (2007). La conciencia viviente. México, D.F.: Fondo de Cultura Económica.

32. Nanociencia y nanotecnología Si uno pregunta al azar a ciudadanos informados que identi-fiquen los retos presentes y futuros de carácter global con arreglo potencialmente tecnológico, la lista quizás incluya: • obtener energía limpia y barata; • atender la demanda de agua potable; • reducir la polución ambiental; • incrementar la potencia computacional; • atender el hambre mundial; • proporcionar seguridad y • encontrar curas para diversas enfermedades, como el cáncer. El campo de la nanotecnología pudiera enfrentar todos estos retos en unos pocos años. Referencia Kulinowski, Kristen (2003). Nanotechnology, Rice University.

33.  8  8 N = 4096 n = 1352 n/N = 33.0 % S/V = 6/L N = 4096 n = 2386 n/N = 58% S/V = 96/L N = 4096 n = 3584 n/N = 88% S/V = 1536/L

34. Energías renovables 2004-2008 • La energía solar fotovoltaica creció seis veces, hasta alcanzar 16 GW; • La potencia eólica se levantó dos veces y media, a 121 GW; • La energía solar por calentamiento se dobló hasta 145 GW; • La producción de biodiesel se incre-mentó doce veces a 12 x 109 litros/año • La producción de etanol se dobló hasta 67 x 109 litros/año (REN21, 2009). Referencia REN21 (2009). Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Renewables Global Status Report 2009 update. Puede accederse en la URL http://www.ren21.net/pdf/RE_GSR_2009_Update.pdf

35. Mal de Alzheimer • La enfermedad de Alzheimer está asociada con la presencia de placas de una proteína, llamada ß-amiloide, y de marañas (filamentos helicoidales) de neurofibrillas intracelulares de la proteína- en la corteza cerebral y en la materia gris subcortical. Referencia Mencacci, C. y Cerveri, G. (2008). Alzheimer Review, documento electrónico disponible en http://www.leadershipmedica.com/sommari/2005/numero_10/medicina/articolo_1/articolo_ing/interfaccia.htm

36. Técnicas empleadas Tomografía de Emisión de Positrones Espectroscopia de Resonancia Raman Imagen por Resonancia Magnética Nuclear Fluorescencia

37. Genética: ¿hacia dónde vamos? Primer Borrador del Genoma Humano, Febrero de 2001

38. Competencias • Desde el siglo XV nos encontramos con dos verbos en castellano “competir” y “competer” que, proviniendo del mismo verbo latino (“competere”), se diferencian signifi-cativamente (Urzúa & Garritz, 2008): 1. “Competer”: pertenecer o incumbir, dando lugar al sus-tantivo «competencia» y al adjetivo «competente» (apto, adecuado). 2. “Competir”: pugnar, rivalizar, dando lugar también al sus-tantivo «competencia», «competitividad», y al adjetivo «competitivo». Referencia Urzúa, C. & Garritz, A. (2008).Evaluación de competencias en el nivel universitario. Ideas@CONCYTEG 3(39), 138-154. Revista del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología del Edo. de Guanajuato. Puede consultarse en la URL http://octi.guanajuato.gob.mx/gaceta/Gacetaideas/frmPrincipal.php

39. PISA 2006. Competencias y actitudes hacia la ciencia Referencia PISA (2007). Programme for International Student Assessment, PISA 2006. Science competencies for tomorrow’s world. Volume I: Analysis. Paris: Organisation for Economic Co-Operation and Development. • El máximo nivel contemplado es el 6, con la descripción: Los estudiantes pueden consistentemente identificar, explicar y aplicar el conocimiento científico y conocimiento sobre la ciencia en una variedad de situaciones complejas de la vida real. Relacionan distintas fuentes de información y explicación, y hacen uso de evidencias a partir de esas fuentes para justificar sus decisiones. • El nivel mínimo es 0, que implica desconocimiento, mientras que el nivel 1 es el que se describe como: Los estudiantes tienen un conocimiento científico limitado que sólo es aplicable a pocas situaciones familiares. Dan explicaciones científicas obvias que se obtienen directamente de la evidencia dada.

40. PISA 2006. Países ordenados por % de estudiantes en niveles 2 a 6

41. Resultados de PISA 2006 en España, Portugal y en los seis países participantes de Latinoamérica. Están ordenados en orden creciente de la suma de los niveles >=2.

42. Conocimiento didáctico del contenido • Autores como Klafki (1958) han insistido hace medio siglo en la importancia de plantear “hechos, fenóme-nos, situaciones, experimentos, controversias, intui-ciones, imágenes, indicaciones, relatos, situaciones, observaciones, experimentos, modelos y tareas” apro-piados para ayudar al alumnado a responder de la manera más autónoma posible sus preguntas dirigi-das a los aspectos esenciales del tema. • Pero quizás porque lo hizo en alemán no recibió el re-conocimiento que cultivó Shulman (1986) con el PCK. Referencia Klafki, W. (1958). Didaktische Analyse als Kern der Unterrichtsvorbereitung. Basel: Wienheim. Shulman, L. S. (1986). Those Who Understand: Knowledge Growth in Teaching, Educational Researcher, 15(2), 4–14.

43. Un buen ejemplo de CDC: una metáfora Vamos a tomar prestado el ejemplo a Richard Feyn-man (1963/1995), de esos casos de investigadores de primera que fueron también señeros profesores: • “Si una manzana fuera alargada hasta el tamaño de la Tierra, entonces sus átomos alcanzarían aproximada-mente el tamaño de la manzana original”. Referencia Feynman, R.P. (1963/1995). Six easy pieces: Essentials of physics explained by its most brilliant teacher. New York: Addison-Wesley.

44. Magnusson, Krajcik & Borko(1999). Identifican cinco elementos clave del CDC: • Visión y propósito de la enseñanza de la ciencia; • Conocimiento y creencias sobre el currículo de ciencia; • Conocimiento y creencias acerca del entendimiento estudiantil sobre tópicos específicos de ciencia; • Conocimiento y creencias sobre estrategias instruccionalespa-ra enseñar ciencia; • Conocimiento y creencias sobre evaluación en ciencia. En agosto de 2008 se publicó un número espe-cial del IJSE sobre este tema. Referencias Magnusson, S., et al. (1999). Nature, sources, and development of the PCK for science teaching. In J. Gess-Newsome, and N. G. Lederman (Eds.). Examining pedagogical content knowledge. Dordrecht: Kluwer. Berry, A., Loughran, J. & van Driel, J. (eds., 2008) International Journal of Science Education, vol. 30 No. 10.

45. Incertidumbre en la ciencia • Todo conocimiento científico es incierto. Esta experiencia con la duda y la incerti-dumbre es importante… Creo que para resolver cualquier problema que no haya sido resuelto nunca antes tenemos que dejar la puerta entreabierta a lo desco-nocido. Tenemos que admitir la posibili-dad de que no tengamos toda la razón. De lo contrario, si uno ha tomado ya su decisión, es muy probable que no lo resuelva. Volvamos a Richard Feynman (1981)

46. Karl Popper (1902-1994) • La ciencia no es un sistema de aseveraciones ciertas que avanza uniformemente hacia un estado de irrevocabilidad … La exigencia de objetividad científica hace inevitable que cada aseveración deba ser provisional por siempre. • El viejo ideal científico del epistēmē, del conocimiento ab-solutamente cierto y demostrable, ha resultado ser un ído-lo… esta visión de la ciencia se traiciona a sí misma en su avidez por acertar; ya que lo que hace al científico no es su posesión del conocimiento, de la verdad irrefutable, si-no su búsqueda persistente y temerariamente crítica de la verdad. Referencia Popper, K. (1934). Logik der Forschung. Springer. Vienna.

47. Incertidumbre, el término clave Las ciencias nos han hecho adquirir muchas certezas, pero de la misma manera nos han revelado […] innume-rables campos de incertidumbre. La conciencia del carácter incierto del acto cognitivo constituye la oportuni-dad para llegar a un conocimiento per-tinente, el cual necesita exámenes, verificaciones y convergencia de indi-cios […] Repitámoslo una vez más: el conocimiento es na-vegar en un océano de incer-tidumbres a través de archi-piélagos de certezas. Referencia Edgar Morin, Los siete saberes necesarios para la educación del futuro, México: UNESCO, 1999

48. Una duda, nada metódica • Yo os enseño una duda sincera, nada metódica por ende, pues si yo tuviera un método, tendría un camino conducente a la verdad y mi duda sería pura simulación. Yo os enseño una duda integral, que no puede excluirse a sí misma, dejar de convertirse en objeto de duda, con lo cual os señalo la úni-ca posible salida del lóbrego ca-llejón del escepticismo. Volvamos también a Machado con Juan de Mairena.

49. Daniel Innerarity, filósofo bilbaino Nuestros grandes dilemas van a girar sobre cómo decidir sin tener certezas. Tomado de “El retorno de la incertidumbre”, El País, 7-10-2008 La sociedad del conocimiento ha efectuado una trans-formación radical de la idea de saber, hasta el punto de que cabría denominarla con propiedad la sociedad del desconocimiento, es decir una sociedad que es ca-da vez más consciente de su no-saber y que progresa, más que aumentando sus conocimientos, aprendiendo a gestionar el desconocimiento en sus diversas mani-festaciones: inseguridad, verosimilitud, riesgo e incerti-dumbre.

50. Interés en la ciencia = IBSE: Inquiry based science education • El llamado “Informe Rocard” pretendió reconocer có-mo lograr un cambio radical en el interés de la gente joven por la ciencia. • Su recomendación más importante es: Una reversa a la pedagogía de la enseñan-za de la ciencia escolar nos dará los me-dios para incrementar el interés en la cien-cia: de principalmente deductiva hacia los métodos basados en la indagación. Referencia Rocard, Michel; Csermely, Peter; Jorde, Doris; Lenzen, Dieter; Wallberg-Henriksson, Harriet; Hemmo, Valérie (2007). Science Education now: a Renewed Pedagogy for the Future of Europe. Brussels: European Commission, Directorate-General for Research.