Ciencias de la Tierra y el Espacio (CTE) Visión, Enfoques y Desafíos Carlos M. Martínez Sección Oceanología Facultad de Ciencias, Iguá 4225 Montevideo, Uruguay carmar@glaucus.fcien.edu.uy

Ciencias de la Tierra y el Espacio Conceptos básicos y definiciones operativas Ciencias del Sistema Tierra (CST) Enfoque sistémico Ejemplos Vínculo con las Ciencias del Espacio Aspectos pedagógicos

Ciencias de la Tierra y el Espacio (CTE): dos puntos de vista complementarios A: CTE es un conjunto de disciplinas integradas sobre una base de conocimientos y de una metodología /s comunes B: CTE es un enfoque de las Ciencias en base a una misma visión integradora de la Naturaleza

CONCEPTOS BASICOS Y DEFINICIONES - 2 La Ciencia del Sistema Tierra (CST) ve a la Tierra como un sistema físico sinérgico constituído por fenómenos interrelacionados, y gobernado por procesos complejos que incluyen la litosfera, la atmósfera, la hidrósfera y la biosfera. Como consecuencia el concepto de ESFERA constituye un elemento básico.

CONCEPTOS BASICOS Y DEFINICIONES - 3 Es fundamental el énfasis en las interacciones, y en consecuencia en los flujos de materia y energía, en un amplio rango de escalas espaciales y temporales. Consecuentemente, los problemas se plantean en términos de la Teoría General de Sistemas.

CONCEPTOS BASICOS Y DEFINICIONES - 4 Constituye un enfoque que permite plantear cuestiones disciplinarias e interdisciplinarias, incluyendo los aspectos sociales y económicos. Por lo tanto, la metodología de estudio parte de la definición de un problema de carácter interdisciplinario.

Historia (1) - Una nueva visión (1969)

Historia (1)

Historia (2) - Variabilidad y Cambio Climático

Historia (3) 1986 - “Earth System Science - A Closer View”. Report of the Earth System Science Committee NASA Advisory Council. 1992 - Agenda 21: Visión holística que reconoce las interrelaciones entre las dimensiones humana, ambiental y económica, a los efectos de lograr un desarrollo sustentable. 1994 - “International Networks for Addressing Issues of Global Change”, Sigma Xi.

Cambio Global (Global Change) “El Cambio Global concierne a la naturaleza y consecuencias de las perturbaciones antrópicas en el conjunto interactuante de sistemas físicos, químicos y biológicos, y sociales, que regulan el ambiente que soporta la vida humana e influencia la calidad de la vida sobre el planeta Tierra”

ENFOQUE SISTEMICO - TEORIA GENERAL DE SISTEMAS Propiedades leyes entrada salida Generalización de los conceptos científicos Jerarquización de las estructuras Interdisciplinariedad metodológica

Ejemplo: Cambio Global

Diagrama de Bretherton

Diagrama de Bretherton

Las Ciencias del Espacio y el desarrollo de CST (1) La dinámica terrestre no puede ser entendida sin considerar los forzantes externos a la Tierra, ya que la Tierra no es un sistema aislado.

Las Ciencias del Espacio y el desarrollo de CST (2) Desarrollo de las tecnologías observacionales de gran escala - Teledetección

General Focus Areas Comparative Planetology: Establishing a Virtual Presence in the Solar System Studying the Universe with Space Observatories Search for Astronomical Origins in the Invisible Universe Astrobiology: Life in Extreme Environments Earth System Science Online Slater, T. et. al (2001). A Systemic Approach to Improving K-12 Astronomy Education Using the Internet, Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching (in press for summer, 2001)

ASPECTOS PEDAGOGICOS (1) El mayor énfasis en los aspectos dinámicos no debe ir en detrimento del enfoque analítico, disciplinar y descriptivo. En consecuencia, se requiere una coordinación de los objetivos pedagógicos, y las modalidades de enseñanza a escala disciplinar. Problema: barreras inter-disciplinas.

Cooperative University-based Earth System Science Education (ESSE) http://www.usra.edu/esse

ASPECTOS PEDAGOGICOS (2) Los desarrollos modulares están basados en la resolución de problemas (problem-based learning). Es entonces necesario seleccionar los problemas en función de su potencial pedagógico.

1 7 2 6 3 4 5 Modelo Constructivista de Aprendizaje Basado en Hipótesis, ideas 7 Resultados 2 Qué sabemos? Modelo Constructivista de Aprendizaje 6 Recopilar, organizar, analizar, e interpretar la información 3 Qué necesitamos conocer? Basado en el aprendizaje por medio de la resolución de problemas 4 5 Definición del problema Qué debemos hacer?

Disminución de la capa de Ozono PROBLEMA Disminución de la capa de Ozono Atmósfera Biosfera Litosfera Hidrosfera

PROBLEMA Atmosfera Biosfera Litosfera Hidrosfera Erupción Monte Pinatubo Atmosfera Biosfera Litosfera Hidrosfera

PROBLEMA El agua potable Atmosfera Biosfera Litosfera Hidrosfera

ASPECTOS PEDAGOGICOS (3) Los aspectos sociales y económicos deben ser incluídos en el análisis. Por lo tanto, CST (Ciencia del Sistema Tierra) es un enfoque que contiene a la temática CTS (Ciencia, Tecnología y Sociedad). Problema: más barreras inter-disciplinas.

Análisis vs. Síntesis? - Reduccionismo vs. Integración? El mayor énfasis en los aspectos dinámicos no debe ir en detrimento del enfoque analítico, disciplinar y descriptivo El reduccionismo metodológico no es eliminado Coordinación de objetivos pedagógicos a escala disciplinar La integración requiere de un aprendizaje del método científico más allá de lo operativo

Modalidad Los desarrollos modulares están basados en la resolución de problemas (problem-based learning). Es entonces necesario seleccionar los problemas en función de su potencial pedagógico. En Enseñanza Secundaria, se deben priorizar los problemas que sean más accesibles a las condiciones locales y luego vincularlos a las escalas mayores. Inundaciones/Sequías -> Régimen hidrológico -> Variabilidad Climática

Qué nivel de integración Los aspectos sociales y económicos son también integrados en el tratamiento de los temas. Esta integración fuerza la búsqueda de un lenguaje común. Ej: que es un “modelo”?

El rol de la Enseñanza de la Historia de la Ciencia La Historia permite posicionar al alumno en el marco conceptual previo al descubrimiento Sin embargo, una historia “événementielle” no es apropiada a estos fines La enseñanza de la Historia de las Ideas Científicas debe por tanto compartir la misma visión integradora

La utilización de Internet y el WWW Permite una rápida difusión de los materiales pedagógicos Enseñanza asistida por Internet Enseñanza basada en Internet Sistema de consulta para los profesores

Características de la enseñanza modular en CTE - CST Los tópicos son muy diversos Los objetivos pedagógicos son diferentes en función de la etapa (primaria, secundaria, universidad) No es posible un único punto de vista que satisfaga las diferentes necesidades Los ejemplos de problemas pueden ser de importancia local o global, pero debe mostrarse la relación entre ambas escalas. Los materiales pedagógicos deben evolucionar y actualizarse.

Cooperative University-based Earth System Science Education (ESSE) http://www.usra.edu/esse

Sitios útiles Universities Space Research Association (USRA) - www.usra.edu Cooperative University-based Earth System Science Education (ESSE) - www.usra.edu/esse Earth System Science Education Alliance (ESSEA) - www.cet.edu/essea

Elementos iniciales para el desarrollo de la enseñanza en CTE Desarrollo de recursos educativos (conceptos, habilidades) Definición de problemas (locales/globales) Cooperación inter-institucional Sistema de consulta (WWW) para estudiantes y profesores

Ciencia del Sistema Tierra (Earth System Science) La meta: Obtener un entendimiento científico del Sistema Tierra a escala global, a través del conocimiento de cómo sus partes componentes y sus interacciones han evolucionado, cómo funcionan, y cómo se espera que contínuen evolucionando en todas las escalas temporales. El desafío: Desarrollar la capacidad de predecir los cambios que ocurrirán en las siguientes décadas - siglos, tanto en forma natural como en respuesta a las actividades humanas.

... “La importancia de los acoplamientos entre la atmósfera, el océano, y la biosfera como forzantes de la variabilidad y los cambios en el sistema climático han motivado un enfoque interdisciplinario, y resultado de hecho en una lenta reorganización de las estructuras intelectuales en las Ciencias de la Tierra, reduciendo las distinciones entre las ciencias atmosféricas, oceánicas e hidrológicas, e incluyendo la ecología terrestre y marina como componentes de la Tierra y no como solamente “Ciencias de la Vida”. Esta tendencia se ha acelerado en los últimos cuatro años y aparecen como las características dominantes en las Ciencias de la Tierra para el futuro” “Variability in the Earth Climate System: Decadal and longer timescales”. Reporte de la American Geophysical Union, 1991-1994.