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.
| Tabla 1. Visión sinóptica de la unidad didáctica que analizamos en este capítulo (Gasparrou y Tomsin, 2001). | ||||
| Clase y duración: | 1. Modelos científicos. | 2. Discontinuidad de la materia. | 3. Modelos atómicos. | 4. Sistematización de lo hecho. |
| Actividades principales: | Juego: la “caja negra”. | Experimento pensado: la “ultralupa”.Maquetas: los estados de agregación | Cuestionario: la serie de modelos.Maquetas: los modelos atómicos. | Síntesis: Reflexión evaluativa por escrito. |
| Directriz ejemplificada: | Reflexión epistemológica. | Uso de representaciones concretas.Metacognición sobre las analogías. | Modelos y analogías. Análisis epistemológico. | Regulación metacognitiva. |
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.
Las analogías de la unidad, trabajadas en consonancia con las recomendaciones del MDA, se constituyen en conocimiento de anclaje en la estructura cognitiva de los estudiantes. El conocimiento analógico construido contiene los conceptos que facilitarán el procesamiento de la información científica relacionada con los modelos didácticos que se están trabajando para la estructura de la materia. En la unidad, por tanto, los modelos analógicos fungen de “puente” (Clement, 1993) para el procesamiento de la información científica que es amplia y compleja.
El trabajo articulado que la unidad propone entre modelos analógicos y didácticos supone conceptualizar ambas herramientas como representaciones, “vigilarlas” metacognitivamente y reflexionar, desde un nivel metateórico, sobre la función que cumplen en la empresa científica.
En esta breve sección final queremos también destacar que la construcción de este capítulo nos ha obligado a una sistematización de las ideas de nuestro grupo de investigación. En el camino hemos podido determinar, por ejemplo, que estamos utilizando las analogías en diversas estrategias didácticas más o menos formalizadas, que incluyen la modelización y la argumentación.
Por último, una reflexión fuertemente autocrítica es que aún nos faltan diseños de investigación evaluativa rigurosos para poder valorar la incidencia de estas innovaciones didácticas “basadas en directrices” en la enseñanza y en el aprendizaje de los modelos didácticos y en la profesionalización del profesorado de ciencias naturales.
Bibliografía comentada
Adúriz-Bravo, A. (2005). Una introducción a la naturaleza de la ciencia; La epistemología en la enseñanza de las ciencias naturales.