Una visión de la investigación en didáctica de las ciencias experimentales Vicente Sanjosé Polibienestar. Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universitat de València

Educación y ciencia didáctica Importancia de la labor educativa. Diferencias entre educar e instruir. Diferencias entre la labor educativa y la labor científica. Los tres tipos de conocimiento según Jorge Wagensberg: las características del conocimiento científico.

Algunos fenómenos didácticos comunes (1) Los estudiantes no tienen interés (no prestan atención, no se esfuerzan) ó/y suscitan problemas de convivencia. Los estudiantes utilizan modos de pensamiento superficial. Los estudiantes no comprenden la información suministrada, aunque ésta esté muy trabajada ó explicitada.

Algunos fenómenos didácticos comunes (2) Los estudiantes explican fenómenos de la vida cotidiana usando esquemas conceptuales alternativos, no científicos, pero de modo coherente, reiterado y con cierta seguridad. Es muy costoso modificar los esquemas conceptuales de los estudiantes mediante la instrucción.

Algunos fenómenos didácticos comunes (3) Los estudiantes no transfieren la ciencia aprendida a situaciones diferentes. Los estudiantes no desarrollan compe-tencias de resolución de problemas. Los estudiantes no desarrollan capacidades básicas necesarias, como la memoria, la comprensión lectora ó la capacidad para controlar su propia comprensión.

Algunos fenómenos didácticos comunes (4) Los estudiantes no formulan ni se formulan preguntas. Los estudiantes deben interaccionar y comunicarse de un modo eficiente. Los estudiantes carecen de bases operativas para realizar cálculos, transfor-maciones algebraicas, interpretar gráficos, etc. Los profesores son ineficientes.

La investigación didáctica (1) Hay un acuerdo mundial en la importancia de la educación científica, pero disminuye el interés por la ciencia en los estudiantes. Vázquez, A. y Manassero, M.A. (2007). La relevancia de la educación científica. Palma de Mallorca: Universitat de les Illes Balears. Espinosa, J.; Román, T. (1993). Actitudes hacia la ciencia en estudiantes universitarios de ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 11, 297-300. Vázquez, A. y Manassero, M.A. (2008). El declive de las actitudes hacia la ciencia de los estudiantes: un indicador inquietante para la educación científica. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 5(3), 274-292. Una actitud es un concepto complejo, que depende de la libertad del estudiante para decidir interesarse o no hacerlo.

La investigación didáctica (2a) Sagan, C. (1997). El mundo y sus demonios. La ciencia como una luz en la oscuridad. Madrid: Planeta, pp. 229-242. Ad hominem: «contra el hombre», atacar al que discute y no a su argumentación. Selección de la observación, contar los aciertos y olvidar los fallos. Estadísticas de números pequeños y generalizaciones acríticas. Exclusión del medio o falsa dicotomía. Prueba suprimida, o media verdad. Palabras equívocas Inconsistencia. Non sequitur: «no sigue», en latín. Post hoc, ergo propter hoc: en latín, «después de esto, luego a consecuencia de esto». Confusión de correlación y causa.

La investigación didáctica (2b) Siempre que sea posible tiene que haber una confirmación independiente de los «hechos». Los argumentos de la autoridad tienen poco peso. Baraje más de una hipótesis. Intente no comprometerse en exceso con una hipótesis porque es la suya. Cuantifique. El rasero de Occam. Pregúntese siempre si la hipótesis, al menos en principio, es susceptible de demostrarse falsa. Las proposiciones que no pueden comprobarse ni demostrarse falsas, no valen mucho.

La investigación didáctica (3) ¿Qué es “comprender”? Kintsch W. & van Dijk, T. A. (1978). Towards a Model of Text Comprehension and Production. Psychological Review, 85, 363-394. Van Dijk, T. A., & Kintsch, W. (1983). Strategies of Discourse Comprehension. New York: Academic Press. Kintsch,. W. (1998). Comprehension. A Paradigm for Cognition. Cambridge , UK: Cambridge University Press. Johnson-Laird, P. N. (2000). The current state of the mental model theory. In J. A. García-Madruga, N. Carriedo & M. J. González-Labra (Eds.), Mental models in reasoning (pp. 16-40). Madrid: UNED. Algunos resultados fiables para mejorar la comprensión de textos de ciencias. Sanjosé, V.; Solaz, J.J.; Vidal-Abarca, E. (1993) Mejorando la efectividad instruccional del texto educativo en ciencias: Primeros resultados. Enseñanza de las Ciencias, 11, 137-148. Muchos modelos didácticos, ante la dificultad de estudiar los procesos cognitivos, tratan a los estudiantes como “cajas negras”.

La investigación didáctica (4) Logros de la didáctica de las ciencias: Descripción de esquemas conceptuales. Driver, R. Guesne, E. y Tiberguien, A. (1989) Ideas científicas en la infancia y en la adolescencia. Madrid: MEC y Morata. Bishop, B. y Anderson, C.W. (1990) Student Conceptions of Natural Selection and it’s role in Evolution. Journal of Research in Science Teaching, 27(5) 415-427. Pfundt, H., & Duit, R. (1994). Bibliography: Students’ alternative frameworks and science education (4th ed). Kiel: IPN. Diferenciación entre la lógica de la materia, y la forma en que los estudiantes construyen el conocimiento. Necesidad de tomar en cuenta estos esquemas para organizar la instrucción. La teoría de Aprendizaje Significativo. Moreira, M. A. (2000). Aprendizaje Significativo: teoría y práctica. Ed. Visor. Madrid. Novak, J. D. (1988). Teoría y práctica de la educación. Ed. Alianza Universidad. Productos derivados del Aprendizaje Significativo: Mapas conceptuales y V-Epistemológica de Gowin. Novak, J. y Gowin, B. (1988). Aprendiendo a aprender. Martínez Roca: Barcelona. Izquierdo, M. (1994) La V de Gowin, un instrumento para aprender a aprender (y a pensar). Alambique, 1, 114-124. González, F.M., Iraizoz, N. (2001) Los mapas conceptuales y el aprendizaje significativo. Enseñanza de las Ciencias, 28, 39-51.

La investigación didáctica (5) Modelo de Cambio Conceptual. Condiciones: 1. Debe existir insatisfacción con las concepciones actuales. 2. La nueva concepción debe ser inteligible… 3. … y debe ser inicialmente plausible. 4. La nueva concepción debe abrir nuevas posibilidades fructíferas de aprendizaje (describir, explicar, predecir). Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Towards a theory of conceptual change. Science Education, 66 (2), 211-227. Resultados confusos, baja eficiencia. Variedad en las posturas teóricas. Abordajes metodológicos dificultosos y largos. Dependencia de las formas de trabajo: Cambio conceptual y Metodológico. Estudiante como investigador novato. Gil, D. y Carrascosa, (1985). Science Learning as a Conceptual and Methodological Change, European Journal of Science Education, 7(3), 231-236. Gil, D.; Carrascosa, J.; Furió, C.; Martínez-Torregrosa, J. (1991) La enseñanza de las ciencias en la educación secundaria, ICE, Universitat de Barcelona: Barcelona.

La investigación didáctica (6) La transferencia requiere del recono-cimiento de analogías superficiales y/o estructurales. La analogía estructural es muy dificil y propia de expertos. Gick M.L. y K.J. Holyoak (1983). Schema induction and analogical transfer. Cognitive Psychology, 15, 1-38. Rebello, N.S., Cui, L., Bennet, A.G., Zollman, D.A. y D.J. Ozimek (2007). Transfer of learning in problem solving in the context of mathematics and physics. En D. Jonassen (Ed.), Learning to solve complex scientific problems. Hillsdale, NJ: L.Earlbaum.

La investigación didáctica (7a) Teoría clásica de R.P. Dos fases: comprensión + resolución. Comprensión: representación mental de la situación inicial y final. Integración de ambas situaciones en un esquema común. Resolución: movimientos en el “espacio del problema” con reducción de distancia a la meta. Newel, A. y H.A. Simon (1972). Human problem solving. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall. La comprensión es condición sine qua non para una resolución adecuada. Bodner, G. M. & Domin, D. S. (2000). Mental models: The role of representations in problem solving in Chemistry. University Chemistry Education, 4, 24-30. Jonassen, D.H. (2003). Using cognitive tools to represent problems. Journal of Research on Technology in Education, 35(3), 362-381. Koedinger, K.R. y Nathan, M.J. (2004). The Real Story Behind Story Problems: Effects of Representations on Quantitative Reasoning. Journal of the Learning Sciences, 13(2), 129-164.

La investigación didáctica (7b) Muchas propuestas para mejorar RP: estudios de dificultades; análisis de expertos, comparación experto-novato; criticas a metodologías inapropiadas … Larkin, J. y F. Reif (1979). Understanding and teaching problem solving in physics. European Journal of Science Education, 1(2), 191-203. Chi, M.T.H., Feltovich, P.J. y R. Glaser (1981). Categorization and representation of physics problems by novices and experts. Cognitive Science, 5, 121-152. Gil, D. y J.Martínez-Torregrosa (1983). A model for problem-solving in accordance with scientific methodology. European Journal of Science Education, 5(4),447-455. Ferguson-Hessler, M.G. y T. de Jong (1990). Studying Physics Texts: Differences in study processes between good and poor performers. Cognition and Instruction, 7, 41-54. Mayer, R.E. (1992). Thinking, problem solving and cognition. New York: Freeman. Nakhleh. M.B. (1993). Are our students conceptual thinkers or algorithmic problem solvers? Journal of Chemical Education, 70 (1), 52-55. Solaz‑Portoles, J.J. & Sanjosé, V. (2007). Cognitive variables in science problem solving: A review of research. Journal of Physics Teacher Education Online, 4(2), 25-32.

La investigación didáctica (8a) Dificultad para estudiar la cognición. Propuestas de arquitecturas de la mente: Sistema Perceptivo  WM  MLP. Anderson, J.R. (1983) The architecture of cognition, Harvard University Press: Cambridge, Massachusetts (USA). MLP: mejora con la repetición (mejor 10 veces 1 minuto que 1 vez 10 minutos) WM: capacidad 7 ± 2 ‘chunks’. Mejora cuando los chunks son grandes  esquemas expertos. Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63, 81-97 Alloway, T.P. (2006). How does working memory work in the classroom? Educational Research Review,1, 134-139. Importancia del Control de la propia Comprensión. Otero, J.C.; Campanario, J.M. (1990). Comprehension evaluation and regulation in learning from science texts. Journal of Research in Science Teaching, 27, 447-460. Campanario, J.M. (2000) El desarrollo de la metacognición en el aprendizaje de las ciencias: Estrategias para el profesor y actividades orientadas al alumno. Enseñanza de las Ciencias, 18, 369-380. Campanario, J.M. y Otero, J.C. (2000) Más allá de las ideas previas como dificultades de aprendizaje: las pautas de pensamiento, las concepciones epistemológicas y las estrategias metacognitivas de los alumnos de ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 18, 155-169.

La investigación didáctica (8b) Importancia del Control de la propia Comprensión. Categoría de las variables Efecto Gestión de clase (alertas, uso de preguntas y otras estrategias para mantener la participación activa de los estudiantes). -Metacognitivas (control de la comprensión) -Cognitivas (nivel de conocimiento en el tema) -Cantidad de instrucción (tiempo en que los alumnos están activos en actividades de aprendizaje) -Clima de aula (buena cooperación entre alumnos, intereses compartidos) -Instruccionales (instrucción directa, clara y organizada) 64,8 63,0 61,3 53,7 52,3 52,1 Wang, M.C., Haertel, G.D. and Walberg, H.J. (1993). Toward a Knowledge Base for School Learning. Review of Educational Research, 63 (3), 249-294.

La investigación didáctica (9) Las preguntas son el comienzo del nuevo conocimiento. Saber plantearse preguntas es una capacidad científica. En ciencias interesan las preguntas destinadas a obtener información (ISQ’s). Chinn, C. A., & Malhotra, B. A. (2002). Epistemologically Authentic Inquiry in Schools: A Theoretical Framework for Evaluating Inquiry Tasks. Science Education 86, 175–218. Preguntar está asociado a un aprendizaje profundo. Rosenshine, B., Meister, C., & Chapman, S. (1996). Teaching students to generate questions: A review of the intervention studies. Review of Educational Research, 66, 181–221. Los estudiantes formulan muy pocas preguntas en situación de clase. Dillon, J.T. (1988). The remedial status of student questioning. Journal of Curriculum Studies, 20, 197-210. ¿En qué condiciones se favorecen las preguntas? Hipótesis obstáculo-meta. Ishiwa, K.; Otero, J. & Sanjosé, V. (2009). Generation of Information-Seeking Questions on Scientific Texts under Different Reading Goals. Manuscrito pendiente de revisión.

La investigación didáctica (10) El trabajo interactivo, la comunicación y el lenguaje son importantes en el aprendizaje de las ciencias. Coll, C. (1984) Estructura grupal, interacción entre alumnos y aprendizaje escolar. Infancia y Aprendizaje, 27/28, 119-138. Llorens, J.A. , De Jaime, M.C. y Llopis, R. (1989). La función del lenguaje en un enfoque constructivista de la enseñanza de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 7, 111-119. Basili, P.A. y Sandford, J.P. (1991). Conceptual change strategies and cooperative group work in chemistry. Journal of Research in Science Teaching, 28(4), 293-304.

La investigación didáctica (11) Los profesores tienen ideas preconcebidas sobre cómo se debe enseñar. Calatayud, M.L.; Gil, D.; Gimeno, J.V. (1992) Cuestionando el pensamiento docente espontáneo del profesorado universitario: ¿Las deficiencias en la enseñanza como origen de las dificultades de los estudiantes? Revista Interuniversitaria de Formación del Profesorado, 14, 71-81. Fernández, J.; Elortegui, N. (1996) Qué piensan los profesores acerca de cómo se debe enseñar. Enseñanza de las Ciencias, 14, 331-342. Saber enseñar es algo más que dominar el contenido + capacidad de comunicación. Gil D. (1983). Tres paradigmas básicos en la enseñanza de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 1 (1), 26-33. Driver R. (1988). Un enfoque constructivista para el desarrollo del currículo en ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 6 (2), 109-120. Gil, D. (1991) ¿Qué hemos de saber y saber hacer los profesores de ciencias? Enseñanza de las Ciencias, 9, 66-77. García, J.J.; Cañal, P. (1995) ¿Cómo enseñar? Hacia una definición de las estrategias de enseñanza por investigación. Investigación en la Escuela, 25, 5-16.

Propuestas articuladas para la enseñanza de las ciencias (1) Aprendizaje receptivo. Novak J.D. (1979). The reception learning paradigm. Journal of Research in Science Teaching, 16, 4881-488 . Novak, J.D. (1982). Teoría y práctica de la educación. Madrid: Alianza ed. Enseñanza basada en la teoría de Piaget. Shayer, M.; Adey, P. (1984) La ciencia de enseñar ciencias, Narcea: Madrid. Atherton, J.S. (2009). Learning and Teaching; Piaget's developmental theory [On-line] UK: Available: http://www.learningandteaching.info/learning/piaget.htm. Accessed: 20 September 2009. Constructivismo. Bodner, G. M. (1986). Constructivism: theory of knowledge. Journal of Chemical Education, 63(10), 873-877. Cambio conceptual. M. Limon & L. Mason (2002), Reconsidering conceptual change: Issues in theory and practice. Dordrecht: Kluwer.

Propuestas articuladas para la enseñanza de las ciencias (2) Aprendizaje por investigación guiada. Gil, D.; Carrascosa, J.; Furió, C.; Martínez-Torregrosa, J. (1991). La enseñanza de las ciencias en la educación secundaria, ICE, Universitat de Barcelona: Barcelona. Problem Based Learning (PBL). Hmelo-Silver, C. E. (2004). Problem-based learning: What and how do students learn? Educational Psychology Review, 16(3), 235-266. Kirschner, P.A., Sweller, J., Clark, R.E. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching. Educational Psychologist, 41(2), 75–86. Aprendizaje Multimedia. Mayer, R. E. (Ed). (2005). Cambridge Handbook of Multimedia Learning. New York: Cambridge University Press.

Una pequeña crítica Debate sobre el estatus de la educación como ciencia social y la validez de los resultados de la investigación educativa. Escasa incidencia de los resultados de la investigación educativa en la práctica profesional.

...debilidad o la ausencia de teorías, acumulaciones de anécdotas disfrazadas de pruebas, estudios con poca relevancia obvia para el diseño de políticas, discusiones aparentemente interminables en torno a las metas deseables de la educación, bajos niveles de replicabilidad, grandes márgenes de error, opacidad de los datos y las fuentes, rechazo o incapacidad para acordar un conjunto común de medidas, y la inevitable intrusión de la ideología en el terreno básico. Feuer, M.J., Towne, L., Shavelson, R.J. (2002). Scientific Culture and Educational Research. Educational Researcher, 31(8), 13-25. (p. 5)

(…) las escuelas primarias se movían cada vez mas hacia una enseñanza centrada en el alumno...Esto no ocurrió especialmente como resultado de la “investigación” cuyo impacto real es con frecuencia difícil de identificar. (…) fueron resultado de los movimientos de los sindicatos de profesores y de los profesionales de la educación, y no especialmente porque la ‘investigación’ tuviese una influencia poderosa en la toma de decisiones. Reese, W. (1999). What History Teaches About the Impact of Educational Research on Practice. En Review of Research in Education, 24. Washington: American Educational Research Association. (p. 15) (…) nunca ha sido el curso más largo, ni han gastado tanto los alumnos en material escolar, ni la administración en mantener a expertos, equipos, gabinetes y psicólogos que asesoren a estudiantes y profesores, y nunca han sido los conocimientos de los primeros tan ridículos ni el desánimo de los segundos tan grande. Moreno Castillo. “Panfleto antipedagógico” p. 2

Tres preguntas importantes La investigación en didáctica de las ciencias: ¿Está construyendo conocimiento científico u otros tipos de conocimiento? ¿Garantiza el rigor necesario para ganar la confianza de la comunidad científica ante la creación de nuevo conocimiento? ¿Ha alcanzado suficiente grado de desarrollo científico para crear conocimiento profesional efectivo y fiable?

“Lamentablemente en la investigación educativa de hoy día, más que subscribir los principios del método científico de teoría, hipótesis/predicción, manipulación sistemática, observación, análisis, e interpretación, más y más investigadores están suscribiendo lo que podrían llamarse los principios ESP de Examinar, Seleccionar y Prescribir. Por ejemplo, un investigador puede decidir examinar el proceso de enseñanza y aprendizaje en una o más clases... El investigador no tiene nociones bien definidas sobre los procesos específicos que se deben observar... Con base en sus observaciones, el investigador selecciona ciertos casos... para analizarlos (típicamente en profundidad). A continuación el investigador, pasa a prescribir, digamos, ciertos materiales de enseñanza, métodos de gestión de la clase, o estrategias de interacción que se siguen del análisis.” Levin, J., O’Donnell, A. (1999). What to do about educational research credibility gaps? Issues in Education, 5, 177-229. (p. 193)

Algunas ideas que no ayudan Las personas son subjetivas  la ciencia es subjetiva  ¡defendamos la subjetividad! El comportamiento humano es complejo  La única ciencia válida se construye desde la complejidad de los fenómenos  ¡construyamos la DCCEE desde la complejidad! Hay que resolver cuanto antes los problemas de los profesores, aunque no sepamos exactamente qué hacer ni por qué hacerlo. Todo estudio profundo, dilatado en el tiempo, es válido. Todo profesor debe ser investigador en su aula. Las replicaciones no son interesantes.

Errores metodológicos comunes Amenazas a la objetividad: Sesgos diversos p.e. investigador = profesor (no doble-ciego), muestras de conveniencia; criterios de valoración difíciles de reproducir. Trabajo desde la excesiva complejidad (p.e. en situaciones de aula): factores que implican muchas variables (p.e. “metodología tradicional”); ausencia de factorización; falta de consideración de variables influyentes (p.e. variables del profesor). Contrastación experimental deficiente: sujetos de conveniencia; diseños de baja validez (p.e. 1 sólo grupo; 2 grupos sin pre-test, etc.); Instrumentos poco fiables y/o sin control de su error. Intentos de crear conocimiento profesional sobre bases endebles: ausencia de muestreo pero se dan recomendaciones didácticas; conclusiones optimistas a partir de efectos pequeños.

Resultados a cambiar Fundamentos triviales de las propuestas. “Mayor esfuerzo  mejor resultado”. Demasiadas “ideologías pedagógicas”.“Los estudiantes no aprenden lo que ‘yo’ creo que deben aprender + los libros de texto y los profesores no enseñan lo que ‘yo’ creo que hay que enseñar  Es posible modificar la instrucción para que los estudiantes aprendan lo que ‘yo’ creo que deben aprender”. Pocas leyes ó regularidades en el comporta-miento de las personas cuando aprenden ciencia. Pocas propuestas basadas en este tipo de leyes.

Resumen Más allá de la identificación y descripción del fenómeno del razonamiento espontáneo de los estudiantes, la didáctica de las ciencias no ha logrado construir propuestas fundamentadas en leyes. Sin embargo, la didáctica de las ciencias sí ha producido propuestas interesantes, que parecen funcionar bastante bien y que podrían mejorar mucho la actividad de los profesores dentro de las aulas. Estas propuestas, basadas en ideologías pedagógicas, suponen un avance respecto de las “pedagogías artesanales”, aunque no son todavía (a mi juicio) propuestas científicas consistentes.

¡Muchas gracias!