Consideraciones sobre la relación historia y enseñanza de las ciencias
Grupo de Educación en Ciencias Experimentales, Universidad de Antioquia, Colombia
Resumen:
Richard Matthews en un brillante ensayo ha planteado una aproximación a la interrelación Historia, Filosofía y Enseñanza de las Ciencias, fundamentando su perspectiva con los aportes de la didáctica, la sicología cognitiva, pero principalmente, de la Historia y la Filosofía de las Ciencias. Nosotros proponemos un acercamiento a este mismo tema pero haciendo un mayor énfasis en las interrelaciones propuestas desde los Programas de Investigación sobre Concepciones Alternativas y Cambio Conceptual, principalmente; las relaciones con la historia y filosofía de la ciencia son mencionados pero no se profundizan. El autor retoma la conclusión de Matthews y Carey sobre la necesidad de continuar abonado el camino para que Historiadores de la Ciencia, Filósofos de la Ciencia, Científicos Cognitivos e Investigadores en Didáctica de las Ciencias trabajen en proyectos conjuntos en beneficio de la Educación en Ciencias.
INTRODUCCION
Matthews (1994) hace una presentación muy completa de los principales aspectos de la relación Historia, Filosofía y Enseñanza de las Ciencias alrededor de los cuales la comunidad internacional ha venido trabajando en las tres últimas décadas. Una de las líneas de investigación que comenta Mathews, plantea la necesidad de una enseñanza "contextualizada" de la ciencia, que destaca los aportes de la historia y la filosofía de la ciencia en el mejoramiento de la enseñanza de las ciencias porque:
"1)motiva e interesa a los alumnos; 2) humaniza los contenidos; 3) proporciona una mejor comprensión de los conceptos científicos mostrando su desarrollo y perfeccionamiento; 4) tiene un valor intrínseco la comprensión de ciertos episodios cruciales en la historia de la ciencia: revolución científica, darwinismo, etc.; 5) demuestra que la ciencia es mutable y cambiante y que, en consecuencia, el conocimiento científico actual es susceptible de ser transformado; lo que 6) de esta manera, combate la ideología cientificista; y finalmente 7), la historia permite un conocimiento más rico del método científico y muestra las pautas de la metodología aceptada"(pág. 259).
Los "contextualistas" apoyan sus planteamientos en la premisa de que la enseñanza de las ciencias debe hacerse atendiendo a los contextos social, histórico, filosófico, ético y tecnológico en el cual el conocimiento se produjo, significando con esto que su aprendizaje tiene una carga ideológica que no es posible desestimar. Según Matthews esta idea es una reelaboración del viejo argumento:
"la enseñanza de las ciencias debería ser una enseñanza sobre la ciencia, así como en la ciencia"(pág. 256).
Los peligros, que al mismo tiempo son las críticas principales que se le hacen a la visión "contextualista" de la enseñanza de las ciencias, son reseñados por el mismo Matthews, al referirse al problema de las cuasi-historias que son escritas por historiadores y pedagogos con el fin de dar vida a los sucesos o acontecimientos más significativos de la ciencia, que tergiversan la historia acomodándola a la secuencia de los contenidos científicos, y agregamos, poniéndola al servicio de cuestionables aproximaciones pedagógicas con tal de justificar su introducción en los textos de divulgación y de enseñanza de las ciencias.
El punto central en el uso y abuso de las cuasi-historia, está en el hecho de que los historiadores, cuando asumen una reconstrucción racional de un episodio de la historia de la ciencia, tienen que echar mano de instrumentos teóricos para valorar y seleccionar los acontecimientos, los personajes y las implicaciones que se desprenden de un modo particular de racionalizar la historia. Este aspecto, que en el plano cognitivo tiene enormes ventajas si su uso es consciente y deliberado dentro un marco pedagógico explícito, en el caso de la historia de las ciencias introduce un efecto de gran distorsión y subjetividad. ¿Cuál es la verdadera historia? ¿Cuántas historias existen sobre un mismo acontecimiento histórico? Este elemento de relativización histórica es altamente "peligroso" para los mismos propósitos científicos y pedagógicos que una aproximación histórica puede ofrecer.
Una segunda crítica al enfoque "contextualista" la ilustra Matthews al referirse a la posibilidad de que una historia de las ciencias genuina, en los cursos de ciencia, pueda minar el espíritu del científico neófito. Existe la creencia de que la exposición de los estudiantes a la verdadera historia de la ciencia parece tener un efecto contraproducente en la medida que puede debilitar las convicciones científicas necesarias para conseguir el éxito del aprendizaje científico. Esta segunda crítica fue en parte alimentada por los planteamientos que Thomas Kuhn introdujo en su influyente libro sobre La Estructura de las Revoluciones Científicas. Según Matthews, la posición de Thomas Kuhn lleva a pensar que:
",…,en la clase de ciencias, la historia de la ciencia debería ser distorsionada y los científicos anteriores deberían ser presentados trabajando los mismos problemas que los científicos modernos.,,,. Esta distorsión pretende conseguir que el aprendiz de científico se sienta parte de una tradición de búsqueda exitosa de la verdad"(pág. 261)
Las anteriores dos críticas al enfoque "contextualista" resultan contradictorias; la crítica al uso y abuso de las cuasi-historias se hace desde la perspectiva de la perdida de objetividad histórica al introducir un elemento de relativización por parte de determinada reconstrucción racional de las ciencias, mientras la crítica al efecto negativo que una introducción genuina de las ciencias puede tener en el menoscabo de las convicciones científicas para el éxito del aprendizaje de las ciencias, se hace precisamente para defender la necesidad de tergiversar la historia con fines pedagógicos.
La propuesta que introduce Matthews para salir al paso a estas críticas la resume el autor al decir:
" Las objeciones de Klein [uno de los autores que hace la primera crítica]-Kuhn son serias, pero sus puntos principales pueden adaptarse sin desechar la historia en los cursos de ciencias. En pedagogía, como en la mayor parte de las cosas, la materia necesita ser frecuentemente simplificada. Esto es verdad tanto para la historia de la ciencia como para la economía o para la ciencia misma. El hecho que se simplifique la historia de la ciencia no es un golpe concluyente contra ella. La tarea pedagógica es producir una historia simplificada que ilustre la materia, pero sin que sea una caricatura del proceso histórico. La simplificación estará adecuada a la edad del grupo al que se enseña y al currículo que se presenta: la historia y la ciencia puede complicarse a medida que la situación educativa lo exija"(pág. 261)
Sobre esta última apreciación que introduce un autor tan influyente en el campo de la historia y la enseñanza de las ciencias, editor de Science and Education una de las principales revistas, por no decir la única, que aborda el tema de la historia y la filosofía y sus contribuciones para la educación en ciencias, merecen nuestra consideración y a continuación nos referiremos sobre el particular.
LAS APROXIMACIONES PEDAGOGICAS Y DIDÁCTICAS SOBRE LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS BAJO CRÍTICA.
Existe una creencia muy marcada entre las escuelas de pedagogía y didáctica al sustentar la idea de que la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias deben obedecer a procesos paulatinos de complejización del conocimiento, íntimamente ligados con los niveles educativos y los procesos de maduración cognitivos de los estudiantes. Matthews deja entrever que la historia y la ciencia deben simplificarse en los primeros niveles y complejizarse a medida que la situación educativa lo exija, es decir, a medida que el estudiante se promueve dentro del sistema educativo.
La tradición pedagógica y didáctica, clásica e incluso parte de la actual, ha privilegiado esta forma de entender la complejización del conocimiento. La búsqueda de enfoques históricos y filosóficos sobre la ciencia y el conocimiento científico que apoyen esta forma de entender la complejización ha encontrado como correlato, de sobrada influencia en el campo de la educación en ciencias, la aproximación piagetiana sobre el desarrollo cognitivo.
Piaget formula su principal hipótesis que da cuerpo a su Epistemología Genética diciendo:
"The fundamental hypothesis of Genetic Epistemology is that there is a parallelim between the progress made in the logical and rational organisation of knowedge and the corresponding formative psychological processes. […] the most fruitful, most obvious field of study would be reconstituting human history - the history of human thinking in prehistoric man […] Since this field of biogenesis is not available to us we shall do as biologists do and turn to ontogenesis."(Piaget, 1970, pág. 13: citado por Franco y Colinvaux-de-Dominguez, 1992, pág 255)
Esta interrelación entre la ontogenia cognitiva y la filogenia científica, en ambos sentidos, es decir, la ontogenia cognitiva puede recapitular la filogenia científica y su correlato la filogenia científica puede recapitular la ontogenia cognitiva, según Matthews también encuentra apoyo entre historiadores y filósofos de la ciencia como Kuhn y Koyre, respectivamente.
En el influyente trabajo que Piaget realizó en asocio con Garcia, Psychogenesis and the History of Science (Piaget y Garcia, 1989), se plantea de forma muy clara lo que a la postre vendría a constituirse en las principales debilidades de la epistemología genética a la luz de las nuevas conceptualizaciones en historia y filosofía de las ciencias. Estas debilidades se pueden resumir en los siguientes aspectos: a.) una marcada división entre factores internos y externos en el desarrollo de la ciencia; b.) la falta de un mejor entendimiento de las diferencias entre desarrollo individual e histórico; c.) el sobre énfasis en los aspectos estructurales de la teoría; y d.) el ambiguo uso del concepto de historia. Estos aspectos son presentados y debatidos por Franco y Colinvaux-de-Dominguez(1992).
Los anteriores aspectos están relacionados con una segunda hipótesis, no declarada formalmente por Piaget y Garcia, pero que se puede decantar de sus afirmaciones, y que tiene que ver con una supuesta continuidad en los planos cognitivos e históricos entre los pensamientos precientífico y científico.
"Our interpretation is undoubtly directly related to the position held by G. Bachelard, who was the first to have pointed to the importance of what he called 'epistemological obstacle'[…]. In our opinion, there is a greater continuity between prescientific and scientific thinking, to the extent that the mechanisms involved in the cognitive processes are the same. On the other hand, we also believe that there is a certain kind of 'rupture' each time a transition takes place between one state of knowledge to another, in science as well as in psychogenesis. It seems reasonable to accept the idea of rupture, if it is taken to mean a change in spistemic framework.
A pesar de la plausibilidad de esta explicación, en relación con el crecimiento continuo en el plano de los procesos cognitivos de los individuos a medida que avanzan en el conocimiento científico y la explicación de las discontinuidades históricas e individuales ligadas con cambios en la estructura epistemológica, se muestra claramente como para Piaget y Garcia los planos metodológicos y epistemológicos están separados. En la teoría piagetiana la metodología es un concepto conectado a los instrumentos universales de construcción de conocimiento, lo que en el campo de las ciencias experimentales tiene que ver con la lógica y las estrategias para conducir el trabajo experimental. Mientras la estructura epistemológica es un instrumento asociado con la visión de mundo que incluye problemas y concepciones ideológicas generadas dentro de contextos específicos.
Los educadores al llevar a la práctica las ideas piagetianas al campo de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias, optaron por entender la complejización de los conocimientos desde una doble perspectiva. Por un lado atendiendo a la perspectiva operacional, en relación con el tipo de estructuras intelectuales (operacional concreto y operacional forma, principalmente) que un estudiante de acuerdo a su edad debe tener, y en segundo lugar, atendiendo a la complejidad conceptual relacionada con los temas a enseñar; esta complejidad conceptual estaba dada por su orden histórico de aparición. Según Piaget el estadio por excelencia para el desarrollo del pensamiento hipotético- deductivo es el estadio formal, mientras el contenido de este estadio tiene su correlato con la estructura epistemológica de la mecánica clásica.
La idea de un desarrollo lineal, con un tránsito paulatino hasta las operaciones formales, encontró eco en una serie de propuestas que se desarrollaron en la década de los 70(as) y comienzos de los años 80(as) y que tuvieron su máxima concreción en un Congreso de neo-piagetianos y postpiagetianos organizado en Hardvard University, que tuvo como objeto adelantar planteamientos sobre los procesos de razonamiento y las estructuras epistemológicas que cabrían esperarse en la transición del adolescente al adulto (etapa no estudiada por Piaget), en algo que algunos autores denominaron la emergencia del pensamiento postformal (Commons, Richards y Armon, 1984).
La aplicación de las ideas sobre el pensamiento postformal no se dejan esperar y en un sugerente artículo escrito por Castro y Fernandez (1987) se llega a plantear que el aprendizaje de temas sobre Teoría de la Relatividad y Mecánica Cuántica, tendrían un mejor soporte cognitivo en la etapa adulta, en la medida que los procesos de razonamiento que se requieren para comprender estos contenidos están más allá de las simples operaciones formales, por lo que no sería lógico introducirlos en los cursos de la Educación Secundaria. Conclusiones de esta naturaleza al prosperar tuvieron como consecuencia que el énfasis en la educación básica y secundaria se subordinara a la consolidación de los procesos cognitivos, léase estadios piagetianos. El fin no fue entonces enseñar ciencias, si no desarrollar la estructura cognitiva de los estudiantes.
Gilbert y Watts (1983) comentan que a comienzos de la década de los años 70(as) emerge, sobre una base universal, un fuerte interés en investigar el aprendizaje dependiente del contenido y el contexto en ciencia. Paulatinamente esta "escuela invisible" como la denomina Gilbert y Swift (1985) fue adquiriendo cuerpo e identidad y se tradujo en lo que hoy se conoce como el Movimiento de Concepciones Alternativas (MCA), que sustenta su trabajo en un tipo de interrelación entre desarrollo individual e histórico, pero en donde el énfasis en la estructura cognitiva no viene a ser determinante para la construcción del conocimiento científico. Rosalind Driver y Gaalen Erickson dos de las autoras más influyentes en el surgimiento del MCA se demarcan de la tradición piagetiana al plantear:
"Whereas one strand of research studies undertaken within this constructivist perspective follows a Piagetian tradition in attempting to identify generalised, 'content independent' forms of thought,…, the research discussed here has focussed on the study of the individual's knowledge about specific content domains." (Driver y Erickson, 1983: pág, 39)
De tal manera que un cambio en la forma de abordar los problemas de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias es asumido por el MCA, al plantear que las acciones de los individuos, en interacción con el mundo natural cuando observan, experimentan o resuelven problemas, son influenciadas por sus estructuras conceptuales. Este planteamiento sirve para apoyar la idea de que los estudiantes tiene la capacidad de generar distintos significados para interpretar su experiencia; Driver y Erickson consideran que cada individuo posee una "Estructura Conceptual" que representa el marco intelectual que le permite organizar y dar sentido a sus acciones.
Un planteamiento central en el MCA es que la enseñanza de las ciencias en las escuelas debe involucrar, además de la familiarización de los estudiantes con los fenómenos naturales, el aprendizaje de conceptos y teorías científicas. Consecuentemente la manera en que los estudiantes progresan en estos dos frentes tiene un impacto significativo en la forma en que interpretan la instrucción en las clases de ciencias. Driver y Erickson en 1983 hacen un balance de los principales trabajos publicados a finales de los 70(as), pero principalmente a comienzos de los 80(as), sobre las concepciones alternativas que tienen los niños sobre fenómenos naturales en las ciencias físicas. Los tópicos abarcan temas de dinámica, gravedad, calor, luz, teoría corpuscular, densidad, electricidad y aire y presión de atmosférica. Esta lista se incrementa de forma increíble durante la década de los 80(as); prueba de ésto son los cerca de 1500 trabajos sobre concepciones previas o alternativas que documenta Pfundt y Duit en 1991 y los más de 3500 que los mismos autores reportan en 1994.
Gilbert y Swift (1985) haciendo uso del concepto de Programa de Investigación desarrollado por Lakatos, llegan a la conclusión de que el MCA, una escuela invisible para esa época, y la escuela piagetina representan dos programas de investigación rivales que trabajan en el marco de un problema común:
"why do students fail to learn the things we want them to learn?(pág. 690).
Cada programa se fundamenta en la filosofía constructivista pero sus explicaciones son diferentes. Gilbert y Watts(1983) dicen, refiriéndose al MCA en relación con la escuela piagetiana, que más que una investigación sobre invariantes (o universales) entre contenido conceptual y estado de desarrollo en el sujeto, el MCA mapea la "topografia" de los dominios locales de entendimiento del individuo con el fin de explorar los cambios en la estructura de referencia, de tal forma que la durabilidad, estabilidad, coherencia y consistencia de las construcciones conceptuales de los sujetos viene a constituirse en el punto de partida para la investigación y la enseñanza.
A pesar del reconocimiento de la rivalidad entre dos los dos Programas de Investigación, parte de la comunidad de investigadores consideró el MCA como un retorno a los trabajos iniciales que Piaget llevó a cabo alrededor de los 20(s). En muchas ocasiones los trabajos de investigación sobre concepciones alternativas fueron utilizados como una manera alterna de caracterizar los estados piagetianos, con lo que se desdibujó grande parte de la investigación y sus posibles aplicaciones en la enseñanza de las ciencias.
Durante las décadas de los 70(as) y los 80(as), el papel jugado por la historia y la filosofía de las ciencias se concentró en ser fuente de inspiración para reorientar las hipótesis de investigación sobre el aprendizaje de las ciencias. Gracias a los trabajos de Popper, Kuhn, Lakatos, Feyerabend, los investigadores y educadores pudieron hacer tránsito de una visión empirico-inductivista del conocimiento a una que, en mayor o menor extensión, puede ser calificada como una visión relativista del conocimiento. Dentro de los aspectos teóricos emergentes de estas perspectivas epistemológicas están: a.) la creencia en la naturaleza provisional del conocimiento; b.) una aceptación de que la observación está subordinada a la teoría; c.) una aproximación evolutiva a la construcción de la teoría; y d,) un desacuerdo sobre la naturaleza de, o la existencia de, el método científico. Este cambio del realismo al relativismo fue algo que se reflejó en las ciencias sociales durante este período (Gilbert y Watts, 1983).
Al mismo tiempo que el MCA se fue consolidando a lo largo de la década de los 80(as), paralelamente fueron emergiendo los primeros modelos de enseñanza y aprendizaje que representaron intentos coherentes dirigidos a producir el cambio de las creencias de los niños y adolescentes por concepciones más coherentes y válidas desde el punto de vista científico.
Driver y Erickson reseñan en 1983 diferentes modelos (alrededor de 8 modelos diferentes) inspirados en la idea de Cambio Conceptual. Algunos de estos modelos emplearon secuencias de enseñanza soportadas en la noción de conflicto cognitivo, ya sea dentro del marco de la teoría de la "equilibración cognitiva" piagetiana o inspirados en la teoría de la "disonancia cognitiva" de Festinger; ejemplos de este tipo de aproximaciones son dados por Nussbaum y Novick, Stavy y Berkovitz, ten Voorde y Vegting, y Minstrell. Otro grupo de modelos que de manera sistemática y explícita se inscriben dentro del Programa de Investigación de Cambio Conceptual son las aproximaciones de Champagne, Klopfer y Gunstone, Rowell y Dawson, Osborne y Wittrock y Posner, Strike, Hewson y Gerzot. Hay un aspecto común en estos modelos de cambio conceptual, que tiene que ver con la idea, no explícita en todos, de una supuesta incompatibilidad entre las ideas de los niños y los conceptos científicos.
De todos los modelos reseñados por Driver y Erickson el único que se fundamenta explícitamente en ideas tomadas de la historia y la filosofía de las ciencias es el propuesto por el grupo de Cornell University (Posner, Strike, Hewson y Gerzot, 1982). Este modelo en particular se constituye en fuente de inspiración de un grupo muy importante de modelos de cambio conceptual formulados en la decada de los 90(as) que son documentados por Dagher (1994) y Tyson (1997) y que inscriben su fundamentación epistemológica alrededor de dos tipos de cambio conceptual: Cambio conceptual por adición de conocimiento y/o cambio conceptual por revisión de conocimiento.
En un trabajo reciente de revisión del Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual se encontraron, entre otros, dos aspectos interesantes que vale la pena reseñar; el primero es que gran parte de la producción intelectual en este programa, más del 85%, se concentra en la década de los 90(as) y alrededor del 53% se reporta en los últimos seis años; el segundo aspecto está relacionado con la constatación de que el modelo más influyente por sus aplicaciones, por el debate generado y sus posteriores revisiones (Strike y Posner, 1992) resultó ser el Modelo de Cambio Conceptual (MCC) propuesto por Posner y cols.(1982) (Soto y Sanjosé, 2001).
El MCC se fundamenta filosóficamente en las ideas de Kuhn, Lakatos y Toulmin y en la teoría sicológica sobre procesamiento de la información (Lindsay, Rummelhart y Norman); son aspectos relevantes dentro del MCC la distinción entre cambios graduales, cambios evolutivo y discontinuo y cambios revolucionarios en la estructura conceptual; de manera desafortunada este grupo de investigadores etiquetó estas clases de cambios con los términos asimilación y acomodación respectivamente, con lo que muchos autores han conectado el MCC con el Programa de Investigación Piagetiano.
En sentido estricto el MCC es un modelo didáctico inspirado en principios epistemológicos sobre el aprendizaje de las ciencias; incorpora cuatro condiciones que permiten de forma a priori predecir sobre la posibilidad de que un nuevo conocimiento sea o no reconciliable con el conocimiento existente y de esta manera tomar en consideración el diseño de estrategias dirigidas a propiciar el cambio conceptual correspondiente. Cabría esperar que la investigación reportada sobre el MCC se fundamentará de manera explícita y amplia en la riqueza conceptual proporcionada por la historia y la filosofía de la ciencia; sin embargo, lo que se encuentra es que son escasas las contribuciones que han sido llevadas al aula de clase que toman en cuenta esta riqueza.
Es evidente la conexión entre el Programa de Investigación MCA y el Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual, de manera particular con el MCC, no obstante, ha faltado un proceso intermedio que permita recontextualizar, o redefinir, las estructuras alternativas para propiciar su inserción de manera más consistente como punto de partida en el Programa de Cambio Conceptual. En palabras de White (1994) existen dos preguntas sin resolver en relación con la investigación sobre concepciones alternativas:
"how do beliefs form, and how may they be brought into accord with scientist' descriptions and explanations? These questions are central to our understanding of learning, and are relevant to all subjects, not just science"(White, 1994: pág. 117)
Este cuestionamiento que introduce White valorado a la luz de los resultados reportados para los diferentes tratamientos que sobre Cambio Conceptual se registran en las más influyentes revistas internacionales del área de Science Education (Soto, 2001), deja claro que los investigadores no están interesados en responder a este tipo de cuestionamientos sobre los conocimientos previos; el trabajo experimental, en el mejor de los casos, se enfoca a la elicitación de las ideas previas sobre el tópico de la ciencia escogido, o en la aceptación acrítica de los resultados que la investigación llevada a cabo por el MCA ha reportado, para posteriormente proponer un tratamiento que permita cambiarlas por ideas más cercanas a la científicas.
Si bien es cierto que los diferentes tratamientos reportados en cambio conceptual, muestran resultados positivos, unos más que otros, en la promoción del Cambio Conceptual, resulta sintomático el hecho que autores como Pozo (Pozo y Gómez, 1988) y Tyson y cols. (1987) resalten por separado las mismas palabras de un investigador de gran influencia como es Duit a la hora de valorar los resultados del Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual.
"There is no single study listed in the leading bibliographies of research on studens' conceptions… in which a particular students' conception of the above deep rooted kind could be totally extinguished and replaced by a new idea… old ideas basically stay 'alive' in particular contexts" ( Duit: citado por Tyson et al (1997: pág 392); esta misma cita traducida al castellano la realiza Pozo y Gómez (1988: pág 135-136).
¿Qué es lo que hace que la cita de Duit se constituya en un hecho desconcertante para los investigadores de la enseñanza de las ciencias?¿ Qué está revelando este hallazgo y cómo puede leerse desde la perspectiva de los enfoques más recientes en el campo de la sicología y de la historia y la filosofía de las ciencias? A continuación intentaremos ofrecer una explicación a este problema para lo cual acudiremos a un nuevo planteamiento para la relación historia, filosofía y enseñanza de las ciencias.
LA RELACION HISTORIA, FILOSOFIA Y ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS DESDE LA PERSPECTIVA DE LA COMPLEJIZACION DE LOS CONOCIMIENTOS.
En una versión más contemporánea del debate cognitivo, Chinn y Brewer (1993) acuden a la historia de las ciencias, la sicología y los "hallazgos empíricos" de la didáctica de las ciencias para soportar la hipótesis de que existen similitudes entre la manera en que los científicos se enfrentan a los datos anómalos presentes en la investigación y la forma en que los estudiantes responden a la información científica que contradice sus creencias sobre como funciona el mundo físico. Según estos autores el estudio de esta similitud es esencial para entender la adquisición del conocimiento en las clases de ciencias.
Chinn y Brewer (1993) acuden a la Historia de la Ciencias por cuatro razones: a) la historia de la ciencia y la filosofía de la ciencia han sido fuentes fructíferas de ideas y evidencias para los educadores en ciencias; b) los ejemplos de la historia de las ciencias son particularmente claros y convincentes, c) una clasificación que intente dar cuenta sobre cómo la gente responde a los datos anómalos (evidencia en contra) sobre el mundo físico debe poder explicar o dar cuenta, tanto de las respuestas de los científicos como de los estudiantes de ciencias, y finalmente, d) la historia de la ciencia permite ilustrar similitudes entre científicos y estudiantes de ciencias.
Correlacionando investigaciones realizadas en los campos de la historia de la ciencia, la sicología y la didáctica de las ciencias, Chinn y Brewer (1993) proponen que existen siete formas distintas utilizadas tanto por los científicos como por los estudiantes para responder a los datos anómalos. Sin embargo, en un trabajo más reciente de indagación empírica, Chinn y Brewer (1998) amplían a ocho las similitudes entre los tipos de respuestas, a saber: a) ignorar los datos anómalos, b) rechazar los datos anómalos, c) manifestar incertidumbre sobre la validez de los datos, d) excluir los datos del dominio de la teoría actual, e) mantener los datos anómalos en suspenso, f) reinterpretar los datos anómalos, g) aceptar los datos y realizar cambios periféricos en la teoría actual y h) aceptar los datos y cambiar la teoría. Cada una de estas ocho formas de responder ante los datos anómalos tienen una importancia significativa para el Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual y de manera particular para el MCC.
Como ya hemos comentado previamente el MCC incorpora cuatro condiciones que permiten de forma a priori predecir sobre la posibilidad de que un nuevo conocimiento sea o no reconciliable con el conocimiento existente y de esta manera tomar en consideración el diseño de estrategias dirigidas a propiciar el cambio conceptual correspondiente. Estas cuatro condiciones son la insatisfacción con los conocimientos previos, la inteligibilidad de los nuevos conocimientos, la plausibilidad del nuevo conocimiento dentro de la estructura conceptual previa del individuo y la fructifibilidad de los nuevos conocimientos en relación con los nuevos campos de explicación que se presentan al individuo. Según Chinn y Brewer (1998):
"The instructional use of anomalous data assumes that anomalous data produce cognitive conflict or cognitive dissonance and that students will resolve the cognitive conflict by bringing their personal conceptions closer in line whit scientists' conceptions"(pág.624)
Los datos anómalos han jugado un papel importante en la historia de las ciencias como lo ilustra Thomas Kuhn en su influyente La Estructura de las Revoluciones Científicas y es plausible pensar que la introducción de un tipo similar de "datos anómalos" como parte de la instrucción en ciencias puede favorecer el debilitamiento o replanteamiento de las estructuras alternativas de los estudiantes. Chinn y Brewer (1998) dan cuatro argumentos distintos para apoyar la plausibilidad del uso de los datos anómalos en las clases de ciencias, a saber:
a) los estudiantes, de forma análoga a los científicos, poseen creencias sobre como funciona el mundo físico;
b) ambos, científicos como estudiantes, pueden detectar cuando los nuevos datos son incompatibles con sus creencias;
c) los estudiantes de forma semejante a los científicos, reconocen cuando estas anomalías amenazan sus teorías previas; y
d) semejante a los científicos, los estudiantes algunas veces adoptan una explicación alternativa para responder a los datos que son anómalos en el marco de sus teorías previas.
Chinn y Brewer sostienen estos paralelismos, al plantear que los niños poseen una capacidad para razonar y pensar sobre datos y teorías, lo mismo que para usar datos para seleccionar entre teorías
Hasta aquí se puede decir que el anterior planteamiento tiene la virtud de establecer una nueva relación entre la historia y la enseñanza de las ciencias. El papel que juega la historia se concentra en iluminar con sus aproximaciones las implicaciones que para el desarrollo de la ciencia ha conllevado la manera en que los científicos se enfrenta y resuelven los datos anómalos; esta información se constituye en un punto de referencia que sugiere a los investigadores en la enseñanza de las ciencias las posibles formas o estrategias didácticas que permitan abordar o promover el cambio conceptual de los estudiantes.
Sin embargo, este aspecto no tiene la pretensión de resolver el problema del cambio de las concepciones previas por cuanto aún queda sin resolver, al menos las dos preguntas que White (1994) ha formulado, en relación con: ¿Cómo se forman estas creencias? y ¿Cómo pueden conectarse con las descripciones y explicaciones científicas?. Existen algunos acercamientos que pueden ayudar a sugerir posibles respuestas; intentaremos presentarlas y mostrar como los aportes de la historia y la filosofía de la ciencia pueden llegar a ser fundamentales. Para tal efecto retomaremos algunos planteamientos y hallazgos empíricos relacionados con el tema de la ecología conceptual que es un concepto central en el MCC; luego retomaremos la estructura teórica planteada por Chinn y Brewer (1993), algunas de las contribuciones en historia y filosofía de las ciencias y el estado actual del panorama de investigación sobre cambio conceptual desde esta perspectiva.
La ecología conceptual y su relación con la estructuración de los conocimientos previos
En el MCC de Posner y cols. (1982), además de las ideas de Kuhn y Lakatos, son importantes los planteamientos de Toulmin (1972) sobre la ecología conceptual. Una ecología conceptual incluye fundamentalmente organización de concepciones que sirven de ambiente intelectual y actitudinal para que el cambio conceptual ocurra.
En un trabajo reciente llevado a cabo sobre ecología conceptual, Demastes, Good y Peebles (1995) introducen de manera explícita la preguntan sobre la utilidad de la teoría de cambio conceptual de Posner y cols(1982) y su revisión (Strike y Posner, 1992) para explicar los hallazgos empíricos relacionados con la ecología conceptual. Para responder a esta pregunta los autores adelantan un Estudio de Caso con un grupo de estudiantes de Educación Secundaria, tomando como referencia el tema de la evolución biológica.
Demastes, Good y Peebles (1995) proponen 6 facetas que complementan el marco conceptual que Posner y cols(1982) han propuesto para conceptualizar la ecología conceptual, a saber: a) las concepciones previas; b) las orientaciones científicas, c) la epistemología científica, d) las visiones sobre el mundo biológico; e) las orientaciones religiosas; y f) la teoría evolutiva aceptada por el aprendiz. Además explican como estas facetas influencian la reestructuración conceptual del tema de evolución en biología. Demastes, Good y Peebles resaltan la coherencia del MCC en la interpretación de los hallazgos empíricos, no obstante, consideran que este modelo debe revisarse con el fin de introducir las consideraciones extralógicas y afectivas empíricamente demostradas sobre el aprendizaje.
Al parecer las ecologías conceptuales varían de individuo a individuo, dependiendo de la estructura conceptual, los compromisos epistemológicos, las orientaciones científicas y religiosas, visión del mundo y la aceptación de una nueva teoría; alternativamente la ecología conceptual sufre transformaciones con el proceso de maduración del individuo. A pesar de que el estudio de Demastes y Good y Peecles (1995) se concentró en el tema de la evolución y las teorías que en el campo de la biología se han propuesto, no deja de ser interesante extender sus conclusiones a los diferentes dominios del conocimiento científico.
Resulta revelador el anterior hallazgo empírico en relación con la propuesta teórica que Chinn y Brewer(1993) han formulado para responder a la pregunta: ¿Por qué los estudiantes ignoran los datos anómalos en una instancia, rechazan los dato anómalos en otra instancia y abandonan su teoría preinstruccional en una tercera instancia? Lo que se traduce en la pregunta:
"What are the conditions that lead to different responses to anomalous data? (Chinn y Brewer, 1993: pág 3)
Replanteando el enfoque sobre el problema de los conocimientos previos
Chinn y Brewer (1993) haciendo uso de evidencia soportada en la historia de las ciencias, evidencia de la Sicología y evidencia de la Educación (Didáctica de las Ciencias) postulan que hay cuatro características de las creencias previas que son especialmente importantes y que influyen en la manera que un individuo responde la información anómala: a) la fortaleza de la teoría actual del individuo; b) las creencias ontológicas del individuo; c) los compromisos epistemológicos del individuo; y d) el conocimiento de base o conocimiento de soporte que un individuo posee. A continuación haremos una breve presentación de cada uno de estas cuatro características tomando como referencia a los autores mencionados.
a) La fortaleza de las teorías previas. Existen creencias producto de la interacción cultural que tienen la capacidad de modelar la forma de pensar y actuar de los sujetos, este tipo de creencias tiene un gran afianzamiento en la medida que encuentran una fuerte evidencia de soporte y sirve para apoyar un amplio marco de explicaciones que se requieren en distintos dominios. De esta manera una creencia puede tener una gran fortaleza en la medida que satisface fuertes metas personales y sociales.
Entre más fuerte es una creencia más difícil será su erradicación o cambio. De esta manera un individuo que es confrontado con datos anómalos y sostenga una creencia de las características comentadas, probablemente ignorará, rechazará, manifestará incertidumbre, excluirá, mantendrá en suspenso, o reinterpretará los datos, antes de aceptarlos, lo que significaría replantear sus creencias. Ahora bien si los datos anómalos ejercen la suficiente presión sobre las creencias, posiblemente el individuo tendrá que introducir cambios periféricos a la teoría, debilitando su fortaleza inicial. Sólo si se confronta con datos anómalos muy convincentes podrá el individuo abandonar una creencia.
Chinn y Brewer (1992) trabajando con estudiantes universitarios, presentándoles textos que contradicen creencias en dominios de la teoría de la relatividad y mecánica cuántica, encuentran que aunque muchos sujetos entienden las nuevas teorías, demostrado por su habilidad para responder preguntas, les resulta difícil dar crédito a estas ideas. Cuando los estudiantes son confrontados con datos anómalos, las respuestas de los sujetos fueron en algunos casos de rechazo, en otros de exclusión, suspenso, reinterpretación y en otros casos de cambios periféricos. Ningún sujeto dio evidencia de abandonar completamente sus creencias previas.
Paradójicamente entre más desarrollados y sofisticados sean los esquemas o las teorías previas, el cambio conceptual es más fácil de realizar, esto por cuanto los individuos tienen más posibilidad de realizar las distinciones necesarias para interpretar los datos anómalos. En el otro extremo están los individuos con un pobre desarrollo de modelos de explicación que no les permite hacer la distinción conceptual necesaria para interpretar los datos anómalos de manera significativa. En este sentido, es factible que un individuo pueda entender la descripción mecánico cuántica del universo a pesar de no creer en esta descripción. Tal vez aquí se encuentre la clave para entender las divergencias que Einstein sostuvo siempre, sobre la descripción mecánico cuántico de la Realidad, representado en una de las famosas polémicas que registra la historia de la ciencia.
b.) Creencias ontológicas. Se trata de un grupo de creencias que están profundamente conectadas con las teorías previas y determinan la manera en que los sujetos perciben y experimentan la existencia de los entes materiales y no materiales. Vosniadou (1994) ha planteado que las creencias ontológicas que gobiernan la racionalidad de las teorías previas de los estudiantes están revestidas de realismo, ubicadas en un mundo estable, sólido, con relaciones de causalidad específicas, mientras las creencias ontológicas propias de las ciencias experimentales están ubicadas en una dimensión complementaria de la realidad humana. El mundo de creencias ontológicas de la ciencia es un mundo por construir para el estudiante.
Según Chi, Slotta y deLeeuw (1994), el hecho que las categorías ontológicas en las que se inscribe el sentido común y en las que se inscriben los conceptos de la ciencia sea distintas, es lo que no permite la coincidencia entre las creencias de los niños con la conceptualización de los fenómenos científicos. Existe una incompatibilidad entre el mundo ontológico cotidiano y el mundo ontológico de los conceptos científicos. En la base de esta distinción se encuentra una creencia metafísica que hace ver los conceptos científicos desligados de referentes materiales, más cercanos a construcciones de naturaleza abstracta.
Ahora bien, el hombre de ciencia recurre a elementos del mundo material para "evidenciar" los conceptos, lo que no significa que exista algún punto de contacto entre las dos categorías. Chi, Slotta y deLeeuw (1994) ilustran esto con el concepto de corriente eléctrica y su diferencia con el dispositivo material ( batería, cable, interruptor, etc.). Mientras el concepto de corriente eléctrica pertenece a la categoría de procesos, mas específicamente a la categoría de interacciones basadas en restricciones, la pila, el cable y el interruptor pertenecen a la categoría de materia, más concretamente a la subcategoría de cosas no vivas.
Otro tanto ocurre cuando no se toman los componentes como elementos sueltos o aislados, o conformando un dispositivo experimental. El análisis de los componentes por separado se ubica en la categoría material, mientras el análisis del dispositivo como fenómeno experimental se ubica en una categoría distinta, más ligada a la categoría de procesos.
En este sentido están ontológicamente más cercanos entre sí el dispositivo experimental y el concepto de corriente eléctrica, que estos dos en relación con los componentes aislados. La idea central en el plano metafísico es entender que muchos de los conceptos científicos, si bien es cierto, requieren de medios materiales, de procedimientos y eventos que involucran acciones, su naturaleza íntima se encuentra en otro plano, el abstracto.
c.) Compromisos epistemológicos. Se trata de un grupo de creencias que tiene que ver con la naturaleza de la ciencia y la naturaleza del conocimiento científico. Este tipo de creencias, al igual que los compromisos ontológicos, también son relativamente inmunes a los cambios debido a que son usadas para soportar ideas en muchos subdominios diferentes y han sido afianzados por la misma instrucción en ciencias. Dentro de las creencias más extendidas entre los estudiantes de ciencias está la idea de que el método científico es un conjunto de pasos a seguir para buscar la verdad o que el conocimiento científico es una fiel copia de la naturaleza y que las preguntas científicas se elaboran a través de un proceso Baconiano de observación de hechos más que un proceso de construcción de teorías que toma en cuenta las observaciones empíricas, entre otros aspectos.
En este campo existen algunos trabajos interesantes que estudian las creencias epistemológicas que tanto estudiantes como profesores tienen sobre la ciencia y el conocimiento científico, incluso se han encontrados nexos claros con la forma en que interpretan la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias (Chambers, 1983).
d.) Conocimiento de soporte: Chinn y Brewer (1993) plantean que el conocimiento de soporte de un individuo es un factor extremadamente potente que determina la forma en que los individuos responden a los datos anómalos. Bajo esta denominación se enmarca el conocimiento que un individuo asume como válido pero que no tiene una relación directa con el conocimiento bajo consideración. Se denomina conocimiento de soporte para el estudiante en la medida que representa las herramientas conceptuales básicas que le permite incursionar en el mundo de las ideas científicas.
Dependiendo del tipo de contenido, el conocimiento de soporte puede tener diferentes efectos sobre como los individuos responden a los datos anómalos. Por un lado, el conocimiento de soporte puede conducir a que un individuo rechace o reinterprete los datos anómalos, mientras por otro lado, el conocimiento de soporte puede conducir a que el individuo acepte los datos anómalos y haga cambios periféricos o cambios estructurales en su teoría previa.
Si bien es cierto la identificación de cada uno de estas características de las creencias previas: la fortaleza de las teorías previas, las creencias ontológicas, los compromisos epistemológicos y el conocimiento de soporte, puede realizarse con los desarrollos alcanzados en sicología y en didáctica de las ciencias, su enfoque sigue siendo parcial con los inconvenientes que la tradición investigativa ha planteado. Desde los trabajos de Piaget hasta los más recientes, ha primado un enfoque de la enseñanza de las ciencias desde la perspectiva de las habilidades, capacidades y potencialidades del sujeto, optándose por un enfoque didáctico que tiene como premisa colocar el conocimiento científico al alcance de los niños, jóvenes y adultos, según sea el caso, con lo que la simplificación a la que aduce Matthews cumple sus objetivos.
Consideramos que se debe intentar un replanteamiento de este enfoque para lo cual los aportes de la historia en conjunción con la filosofía de las ciencias vienen a constituirsen en referentes imprescindibles y fundamentales de los acercamientos pedagógicos y didácticos. A continuación adelantaremos algunos de estos frentes en los que la historia y la filosofía tendrían un papel fundamental para el avance de la investigación teórica y experimental, como para la misma práctica de la educación en ciencias.
Las contribuciones de la historia y la filosofía para una práctica más coherente de la educación en ciencias.
Cuando nos referimos a la historia y filosofía de manera conjunta es porque entendemos que estos dos campos se articulan y autorregulan mutuamente. Como ha sido señalado por muchos autores: la filosofía sin la historia es vacía, como la historia sin filosofía es ciega (Matthews,1994). Es necesario teorizar y llevar a la práctica este reconocimiento, pues tiene consecuencias que están en mora de ser asumidas para la educación en ciencias.
A pesar de que se ha progresado en el entendimiento y comprensión de la ciencia, en su unidad metodológica y epistemológica, se ha asumido un enfoque global de su discurso y de su práctica que no permite abordar los problemas de conocimiento y su construcción atendiendo a las particularidades disciplinares e incluso a las particularidades de las escuelas de pensamiento. Los esfuerzos por desarrollar una imagen no distorsionada de la ciencia y sus procesos de construcción, son un discurso vacío si no se le ofrece un contenido disciplinar e incluso, en un plano más fino, si no se le inscribe en el marco histórico y filosófico de las escuelas de pensamiento científico.
Incluso es importante revisar el mismo concepto de disciplina científica que al parecer desde el campo de la historia de la ciencia ha tenido una amplia discusión, como nos lo hace ver un historiador de la ciencia:
"Buena parte de la vieja historia disciplinar, como la que escribieron muchos químicos del siglo XIX estaba dirigida a buscar en el pasado la sucesión de conocimientos que habían conducido a alcanzar la situación presente, sin plantearse los cambios de orientación o de límites de la propia disciplina. Tal planteamiento resulta especialmente problemático en el caso de la química, dado que, como ya señaló Hermann Kopp, sus límites disciplinares y objetos de estudio han sufrido grandes transformaciones a lo largo de la historia.,,,. Otra prueba de la importancia de esta cuestión es la reciente historia de la química publicada por Bernadette-Vincent y Isabelle Stengers. Estas historiadoras han señalado la necesidad de evitar la proyección hacia el pasado de la división entre disciplinas y especialidades existentes en la ciencia actual y, para solucionar este problema, han tomado precisamente el hilo conductor de su narración 'las identidades sucesivas de la química' a lo largo del tiempo." (Bertomeu, 2000)
No cabe duda que una aproximación al conocimiento científico desde los aportes que brinda la historia y la filosofía contemporánea, como marco de referencia para la investigación didáctica y la práctica educativa, demanda lo que muchos autores ya han planteado de manera reiterada sobre la necesidad de una estrecha colaboración entre Historiadores de la Ciencia, Filósofos de la Ciencia, Científicos Cognitivistas y Didáctas de la Ciencia, tal y como lo plantea Matthews(1994) retomando a Susan Carey:
",…, el éxito en captar la complejidad del cambio conceptual en los estudiantes de ciencias 'requerirá la colaboración de científicos cognitivos y profesores de ciencias, quienes conjuntamente deben conocer la ciencia proporcionada por los historiados y los filósofos de la ciencia'"(pág. 262)
Los contados acercamientos que se han produciendo entre la didáctica de las ciencias y los planteamientos Históricos y Filosóficos para la formulación de nuevas propuestas de cambio conceptual tienen un problema vinculado con la contemporaneidad de los presupuestos y fuentes utilizadas. Por ejemplo, Mortimer (1995) haciendo uso de la Historia de la Ciencia y de las contribuciones Bachelardianas sobre el perfil epistemológico en su influyente La Filosofía del No, construyó un modelo teórico sobre Cambio Conceptual. Si bien es cierto, estas reflexiones y aportes tomados de la Historia y la Filosofía de las Ciencias, permiten ampliar los planteamientos sobre los aspectos ontológicos y epistemológicos de las disciplinas científicas, las fuentes históricas que toma Mortimer para ejemplificar su modelo resultan francamente desactualizadas.
Este aspecto de la contemporaneidad de los planteamientos históricos es uno de los puntos más débiles que presenta la didáctica de las ciencias, pero incluso resulta aún más preocupante que la investigación didáctica, por lo menos en lo que se refiere al Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual, no tenga en cuenta cualquier tipo de contribución histórica. En un reciente trabajo de revisión del Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual (Soto, 2001) se pudo concluir que los investigadores no citan fuentes primarias o secundarias en historia de las ciencias, no hacen consideraciones históricas y no involucran dentro de sus preguntas de investigación cuestionamientos históricos ni filosóficos sobre la naturaleza del cambio conceptual. Con una excepción que vale la pena comentar (Jensen y Finley, 1995), la tradición en investigación en cambio conceptual no es permeable a este tipo de interrelaciones.
Jensen y Finley (1995) hacen una aplicación de la historia de la ciencia en el marco del MCC de Posner y cols (1982), principalmente en el contexto de las condiciones de cambio conceptual: Insatisfacción, inteligibilidad, plausibilidad y fructifibilidad. Para este propósito los autores retoman la historia de las ideas sobre evolución y se concentran en la comparación entre las teorías de Lamarck y Darwin. Jensen y Finley formulan su hipótesis en los siguientes términos:
"The overall thesis of this study was that if instruction recapitulated events in the development of the Darwinian theory of evolutions by natural selection, the students would replace their initial conceptions with more Darwinian conceptions"(pág.147)
Jensen y Finley reportan un incremento significativo en la habilidad de los estudiantes para responder preguntas sobre evolución, en términos de la teoría de Darwin, como consecuencia de un tratamiento fundamentado en la historia de la ciencia y en el MCC. Los resultados de este estudio sugieren que el uso de un curriculum soportado en la historia de los conceptos sobre evolución es prometedor; complementariamente el estudio proporciona evidencia específica sobre los tipos de cambio que se suceden de forma paulatina en las concepciones alternativas de los estudiantes.
El punto a resaltar aquí es lo prometedor que resulta la articulación de la historia de las ciencias dentro del esquema epistemológico del MCC planteado por Posner y cols.(1982). Al comparar los resultados que reportan Jensen y Finley (1995) con el estudio reportado por Demastes, Settlage y Good (1995), quienes replican el influyente trabajo de Bishop y Anderson(1990) en relación con el tratamiento de las ideas evolutivas utilizando el MCC, se encuentran que existen diferencias significativas en la eficacia y efectividad entre los dos tratamientos. En el caso del reporte realizado por Demastes, Settlage y Good (1995), una de las conclusiones que aportan estos autores es que los conceptos sobre evolución son difíciles de asimilar por los estudiantes. Si esta conclusión se analiza dentro del contexto del trabajo de Jensen y Finley (1995) cabría preguntarse si existe realmente esta dificultad, en el aprendizaje de las ideas sobre evolución, o en que medida el enfoque teórico-metodológico adoptado contribuye en el afianzamiento o desvanecimiento de esta creencia.
En cuanto al problema de las creencias epistemológicas, la investigación en cambio conceptual no las ha asumido de manera directa y consistente; sin embargo, el reporte de investigación que Windschitl y Andre (1998) hacen sobre la influencia de los ambientes de aprendizaje y el cambio conceptual, deja muy claro que una instrucción que se inspira en el MCC exige por parte de los estudiantes un alto nivel de sofistificación en sus creencias sobre la ciencia y el conocimiento científico. Los resultados encontrados soportan la idea de que una instrucción que involucre el MCC requiere de ambientes de aprendizaje exploratorios, los cuales son más adecuados para los estudiantes que exhiben un alto nivel de sofistificación de sus creencias epistemológicas. El efecto que produce un ambiente exploratorio sobre un estudiante con un bajo perfil de creencias epistemológicas es contraproducente para su aprendizaje.
En el plano de la exploración y tratamiento de las creencias ontológicas de los estudiantes sobre los fenómenos científicos, son bien conocidas las aproximaciones de Chi, Slotta y deLeeuw (1994) y Vosniadou (1994), quienes trabajan en el campo de la sicología cognitiva. Sin embargo, en el campo de la didáctica de las ciencias y cambio conceptual se encuentran algunos contribuciones (Venville y Treagust,1998; Tytler, 2000) que tratan en alguna medida este aspecto de las creencias previas pero sin ninguna relación con los aspectos históricos ni filosóficos de las disciplinas y teorías científicas.
Tytler (2000) haciendo eco a los llamados realizados por influyentes investigadores como Duschl y Gitomer (1991), White (1994) y Driver y cols. (1994) ha vuelto a poner de nuevo el tema sobre la necesidad de estudios que contribuyan a clarificar: a) la naturaleza del amplio rango de concepciones de estudiantes identificadas en las diferentes áreas del contenido científico: ¿cómo los niños usan los constructos para explicar el mundo de los fenómenos científicos?; b) los cambios ontológicos y epistemológicos que caracterizan a las concepciones cambiantes de los niños en diferentes áreas de los contenidos científicos; y c) la interrelación entre el progresivo desarrollo de las concepciones de los estudiantes y el aprendizaje en el aula de clase. Estas preguntas continúan en la agenda del Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual.
Avanzado en el plano de las propuestas, que dentro de un plano reflexivo de cambio de creencias en su conexión con los aportes de la historia y la filosofía, Chinn y Brewer (1993) presentan una serie de estrategias instruccionales que permitirían al profesor ayudar a forzar el Cambio Conceptual de una manera reflexiva. Estas estrategias están conectadas con las características de los conocimientos previos ya comentadas.
A continuación haremos una presentación de estas estrategias y comentaremos cuáles serían los aportes que la historia y la filosofía de las ciencias podrían brindar para el enriquecimiento de una visión de cambio conceptual desde una perspectiva reflexiva.
a.) Reduciendo la fortaleza de las teorías previas de los estudiantes. Para lo cual es importante identificar la naturaleza de las creencias con el fin de determinar la fuente de la fortaleza de las teorías previas como un todo coherente. En orden a incidir sobre la fortaleza de las teorías previas, es necesario tener claridad sobre cuáles son los componentes cruciales de la teoría que están más profundamente involucrados con esta fortaleza. Una estrategia que no tome en cuenta estos aspectos muy difícilmente puede contribuir al Cambio Conceptual.
Al parecer uno de los aportes de la historia de la ciencia en el tratamiento de las fortalezas de las teorías previas, está en la valiosa información que puede brindar sobre la forma en que los científicos, históricamente, han podido responder a los datos anómalos que se les presentan cuando abordan campos de investigación nuevos.
Otro frente de investigación que vincula ciencia cognitiva e historia y filosofía de las ciencias, tiene que ver con las famosas controversias, que históricamente se documentan, sobre las diferencias fundamentales entre creencias metafísicas y científicas en torno a la realidad. La discusión Einstein (Einstein, Podolsky y Rosen, 1935) - Escuela de Copenhague (Bohr, 1935) sobre la descripción mecánico-cuántica de la Realidad es un tema que está en la línea de preocupaciones didácticas, como lo mostró Hewson (1982), al estudiar las creencias metafísicas de un estudiante universitario en relación con las creencias metafísicas impuestas por la teoría de la relatividad.
b.) Ayudar a los estudiantes a construir apropiadas categorías ontológicas. Al parecer la manera más conveniente de llevar a cabo el cambio ontológico es a través de una explícita instrucción, en donde el profesor le permita entender al estudiante las diferencias ontológicas entre sus concepciones y las concepciones científicas. Este campo es bastante reciente y pocos aportes teóricos tiene, sin embargo, es posible entender las complejidades de lo que significa un cambio ontológico retomando algunos estudios realizados por filósofos de la ciencia.
Uno de estos estudios es el reportado por Alan Rocke (1984) en donde establece claramente la existencia de dos concepciones ontológicas sobre la materia, una física y otra química, en la teoría que desarrollo Dalton a comienzos del siglo XIX. Incluso Rocke llama la atención sobre la conveniencia que tendría para el entendimiento, desde el punto de vista cognitivo e histórico, que esta distinción fuera explícita en la enseñanza de las ciencias. Estany (1995), va más allá y señala que el principal aporte de la revolución química adelantada por Dalton es una revolución en el orden ontológico.
Anna Estany (1995) propone la idea de que la teoría atómica formulada a comienzos del siglo XIX tuvo como fundamento una revolución ontológica adelantada por Dalton; esta afirmación la soporta la autora en la contribución que hace A. Rocke (1984) sobre la existencia de dos tipos de atomismo en este siglo. Estany resume la propuesta de Rocke en los siguientes términos:
"El atomismo físico se refiere a la naturaleza de las substancias y sostiene que la materia está formada por átomos duros, con masa, indivisibles y esféricos, rodeados por un fluido de calórico que ejerce fuerzas sobre los átomos que tiene a su alrededor, llevándolos a reagrupamientos definidos. El atomismo químico dice que la teoría atómica química forma la base conceptual para asignar pesos relativos a los elementos y asignar formulas moleculares a los compuestos" (pág. 122)
Es importante resaltar que existió una comunidad científica que dio vida a la teoría atómica a comienzos del siglo XIX y que en su momento todos los científicos que realizaron aportes fueron contemporáneos ( Berthollet (1748-1794), Proust (1754-1826), Richter (1762-1807), Dalton (1766-1844)). Estos científicos compartieron un mismo programa metodológico de corte cuantitativo, con una fuerte influencia Lavoisieriana (Estany, 1995)
Es posible establecer períodos de ciencia revolucionaria y de ciencia normal en el desarrollo de la química en donde los aspectos ontológicos de las teorías químicas han tenido una influencia determinante. A título de ejemplo se puede mencionar:
- El programa de investigación de Berzelius sobre el enlace químico que tuvo una enorme influencia hasta la primera mitad del siglo XIX tanto en el campo de la química inorgánica como en la química orgánica;
- El desarrollo de la química orgánica con Dumas, Laurent y Gerardt con sus aportes a la clasificación de los compuestos orgánicos;
- El desarrollo de teoría estructural de la química con los aportes de Kekule y van't Hoff;
- La teoría de la valencia química propuesta y desarrollada por Lewis y Lagmuir;
- Las teorías modernas de Enlace de Valencia y Orbital Molecular con una fuerte influencia de la teoría cuántica.
En cada uno de estos períodos de desarrollo de la química la influencia de un cierta visión ontológica sobre la materia y concretamente sobre los átomos y las moléculas permitió el desarrollo conceptual de la química. En algunos casos fue la concepción ontológica de átomos químicos la que permitió el avance, como se vislumbra en la naciente química orgánica; en otros casos fue la concepción sobre los átomos físicos lo permitió avanzar la química como lo sucedido con los desarrollos de van't Hoff sobre la estructura tetraédrica de la molécula de metano. Pero incluso en los avances más recientes, comienzos del siglo XX, el cambio en la concepción ontológica de los átomos fue determinante para el desarrollo de la química cuántica.
Este tipo de estudios históricos y filosóficos tiene a nuestro juicio, enormes implicaciones para la enseñanza de las ciencias y están conectado con los aspectos de idealización de la ciencia que menciona Matthews (1994) y pueden agregar un ingrediente adicional relacionado con la posibilidad, por ejemplo, de hacer comprensible las diferencias en los planos ontológicos de la química clásica en relación con la química cuántica e incluso como lo ha planteado Weininger (1984), en la no posibilidad de reducir la descripción de la estructura molecular clásica en términos del formalismo matemático de la química cuántica.
Es muy sugestivo el reciente interés de una parte de la Comunidad Química Internacional en avanzar en la discusión de los problemas ontológicos de esta disciplina, debate que ha encontrado como foro la revista HYLE (An International Journal for the Philosophy of Chemistry ); un ejemplo de las discusiones adelantadas por esta revista es el planteamiento que hace Del Re(1998) sobre el estatus ontológico de la estructura molecular.
Bevilacqua y Giannetto (1995) han planteado que el cambio ontológico es un tipo de cambio de dimensiones más fuertes que el cambio epistemológico. Estos autores han propuesto que una forma de asumir las implicaciones ontológicas de las disciplinas científicas se puede hacer incorporar a la práctica de la educación en ciencias, los artículos originales escritos por los científicos, retomando los estudios sociológicos que dan cuenta de las condiciones de posibilidad de la construcción científica, los debates científicos registrados en los principales congresos que permitieron los consensos más transcendentales para el paradigma en particular, las biografías de los científicos y los contextos sociales, que desde una perspectiva histórica permiten configurar el mundo de la vida del científico. Esta caracterización del mundo de la vida del científico se realiza desde una reflexión ontológica (más propiamente hermenéutica), a diferencia del análisis que se realiza del mundo de la ciencia del científico el cual se realiza a partir de una reflexión epistemológica.
c.) Promover apropiados compromisos epistemológicos. Con respecto a este tema la investigación ha avanzado significativamente y se encuentran trabajos que indican formas de promover cambios en las creencias sobre la ciencia y el conocimiento. La clave de estos trabajos se centra en entender la enseñanza de las ciencias como un proceso de edu-culturización en donde se vive a pequeña escala las diferentes facetas de la vida científica, desde el planteamiento de los problemas, las formas de abordarlos hasta la participación en los debates y consensos de grupo. Indiscutiblemente es un espacio en donde la historia, la filosofía y la sociología de la ciencia pueden brindar elementos que permitan entender la naturaleza de la ciencia y el conocimiento científico (Matthews, 1994)
Una línea de investigación española que merece un reconocimiento en este campo de investigación es la que dirigen los profesores Daniel Gil y Carles Furió en la Universidad de Valencia, dentro de una perspectiva de cambio metodológico como premisa para el cambio conceptual (Gil y Carrascosa, 1985). Más que un enfoque histórico y filosófico sobre la ciencia, los autores retoman los aportes de la sociología de la ciencia, sus contribuciones al esclarecimiento de las particularidades del trabajo socialmente desarrollado tanto por los científicos como por las comunidades científicas, para de esta manera proponer un modelo didáctico de intervención en las clases de ciencias, con niños y adolescentes, e incluso con profesores de ciencias en formación y en activo. Uno de las metas de este enfoque es proporcionar un ambiente de producción colectiva de conocimientos que integre una perspectiva menos deformada de la ciencia y del conocimiento científico.
Un enfoque complementario al propuesto por el grupo de la Universidad de Valencia, que valdría la pena profundizar con los aportes de la sociología y la historia de las ciencias, está relacionado con la idea de que la actividad científica se realiza en el marco de subculturas científicas. En este marco los científicos desarrollan formas particulares de comunicación, de trabajo y de validación del conocimiento e incluso compromisos epistemológicos ligados con la naturaleza propia del trabajo científico y el tipo de conocimiento que construyen, con lo que la introducción de esta variedad de prácticas tendrían una importe validez didáctica para la enseñanza de las ciencias.
d.) Ayudar a los estudiantes a construir un necesario conocimiento de soporte. La pregunta relevante es ¿cuáles son los conocimientos de soporte que necesita un estudiante en la perspectiva de realizar un cambio reflexivo de sus teorías? Una respuesta a esta pregunta involucra una reflexión sobre el tipo de concepción, las fortalezas que posee, las creencias ontológicas que le subyacen e incluso los aspectos epistemológicos inherentes al contenido.
Sin embargo, el problema de los conocimientos de soporte para una disciplina, o en el plano más específico para un concepto o teoría científica, también es un asunto que desde el plano histórico y filosófico puede y debe ser asumido. ¿Cuáles son, por ejemplo, los conocimientos de soporte que requeriría una introducción a la teoría atómica moderna?, para responder esta pregunta se requiere un esclarecimiento sobre los aspectos conceptuales más significativos que dieron cuerpo a este tipo de planteamientos. Es muy corriente encontrar que los textos de ciencias hacen una presentación de los conocimientos de soporte sin justificar el o los por qué de su inclusión o su plausible relación con el conocimiento objeto de estudio.
COMENTARIOS FINALES
Es posible advertir que nos encontramos ante la puesta a prueba de una tercera hipótesis de relación entre conocimiento cotidianos y conocimientos científicos. Ya hicimos relación a que el Programa de Investigación Piagetiana nos propone una propuesta de continuidad en el plano metodológico y discontinuidades y cambios en el plano epistemológico; el Programa de Investigación sobre Cambio Conceptual hace explícita una hipótesis de incompatibilidad en el plano metodológico-epistemológico entre los conocimientos cotidianos y científicos; la propuesta que se hace aquí es avanzar en una visión de independencia histórica, filosófica y sicológica entre conocimientos cotidianos y científicos.
Sin embargo, la empresa que se ofrece requiere el trabajo concertado de distintos campos de investigación. La pretensión de que la didáctica de las ciencias puede ser un campo autosuficiente, que tiene la posibilidad de formularse sus propias preguntas y autorregularse a sí misma debe por el momento posponerse y en su lugar abrir la posibilidad para que profesionales e investigadores de la historia y la filosofía de las ciencias en conjunción con científicos cognitivistas e investigadores en didáctica de las ciencias, colaboremos en el propósito de mejorar la comprensión y el entendimiento de las ciencias en los distintos niveles educativos.
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