ciencia y pensamiento cient co: estrategias para el...

Ciencia y pensamiento cientıfico: estrategiaspara el aula

Ulises M. Alvarez<[email protected]>

Universidad Nacional Autonoma de Mexico

19 de marzo de 2014

Resumen

En esta platica se hablara de la ciencia y su metodo. Se abordaran,desde una perspectiva practica, la alfabetizacion cientıfica y la forma-cion del pensamiento cientıfico. Se revisara con detalle la propuestadel Proyecto Pedagogico Sophie de la UNAM, haciendo enfasis en suinstrumentacion. Se mostraran vıdeos que ilustran la importancia delos experimentos en el aula.

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Ulises M. Alvarez Proyecto Pedagogico Sophie

Indice

1. Introduccion 3

2. ¿Que es la ciencia? 32.1. Definicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2. Clasificacion de la ciencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3. Las ciencias naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. El Metodo cientıfico 43.1. Los pasos del metodo cientıfico . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1.1. Formular una pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1.2. Elaborar una hipotesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1.3. Diseno del experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1.4. Analisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. El proyecto pedagogico Sophie 74.1. Detalles tecnicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.1.1. ¿Comprension o conocimiento? . . . . . . . . . . . . . 84.1.2. Como evidenciar la comprension . . . . . . . . . . . . . 8

4.2. Instrumentacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2.1. El metodo Sophie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2.2. ¿Y el libro de texto? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.2.3. ¿Y con ninos pequenos? . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.3. Evaluacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

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1. Introduccion

La ciencia estudia sistematicamente nuestro entorno valiendose para ellode simplificaciones. Se define un problema (sistema), se eligen las variablesque parecen tener algun efecto sobre el sistema en estudio, se disena y ejecutaun experimento. Si el experimento fue bien disenado y ejecutado, obtendre-mos resultados que nos permitiran establecer y, tal vez cuantificar, el efectode las variables elegidas sobre el sistema.

Un punto central en el razonamiento anterior, es que se puede obtenerinformacion siempre y cuando el experimento haya sido bien disenado. Espor eso que se desarrollo el llamado metodo cientıfico.

2. ¿Que es la ciencia?

2.1. Definicion

El diccionario de la Real Academia Espanola define ciencia como:

Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observacion y el ra-zonamiento, sistematicamente estructurados y de los que se deducenprincipios y leyes generales.

Saber o erudicion.

Habilidad, maestrıa, conjunto de conocimientos en cualquier cosa.

Conjunto de conocimientos relativos a las ciencias exactas, fisicoquımi-cas y naturales.

2.2. Clasificacion de la ciencia

Las ciencias se pueden clasificar en:

Formales. Son aquellas que no estudian fenomenos empıricos. Utili-zan la deduccion como metodo de busqueda de la verdad: Logica -Matematica

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Sociales. Son todas las disciplinas que se ocupan de los aspectos del serhumano: Antropologıa - Demografıa- Economıa - Historia - Psicologıa- Sociologıa

Naturales. Las que tienen por objeto el estudio de la naturaleza. Si-guen el metodo cientıfico: Astronomıa - Biologıa - Fısica - Quımica -Geologıa

2.3. Las ciencias naturales

Las ciencias naturales se caracterizan por:

Ser empıricas, esto es, se basan en fenomenos observables.

Ser verificables, es decir, son reproducibles.

Se obtienen realizando investigacion.

Usan el metodo cientıfico.

3. El Metodo cientıfico

Se le llama metodo cientıfico a la serie de pasos que los investigadoresutilizamos para resolver un problema. Los pasos basicos del metodo cientıficoson:

1. Formular una pregunta

¿Que? ¿Como? ¿Por que?

2. Elaborar una hipotesis

Respuesta probable a mi pregunta

3. Disenar un(os) experimento(s) para probar la hipotesis

¿Que es lo que mas me interesa medir?

¿Que es lo que mas me interesa investigar?

4. Analizar los resultados

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¿Tienen logica mis resultados?

¿Son lo que yo esperaba?

¿Que han encontrando otros?

5. Concluir en base a las observaciones

A pesar de que los pasos del metodo cientıfico se presentan en un ordenlogico, no siempre se comienza a hacer investigacion planteando una pre-gunta. Muchas veces la investigacion se conduce en base a observaciones denuestro entorno, en base a peticiones especıficas de nuestros colegas, maes-tros, amigos, etc. Como se observa en la Fig. 1, el metodo cientıfico es unproceso cıclico, donde los experimentos bien planeados y ejecutados son laparte medular del proceso.

3.1. Los pasos del metodo cientıfico

3.1.1. Formular una pregunta

El tener claramente definida la pregunta que se desea responder, ayudaa identificar el objetivo central de la investigacion y a enfocarse en respon-der solamente lo que es importante para nosotros. Generalmente, se buscaresponder a las preguntas:

¿Que?,

¿Como?

¿Por que?

3.1.2. Elaborar una hipotesis

Una vez que se tiene identificada la pregunta a responder, se procedea pensar en una respuesta probable. Esto es, se procede a formular unahipotesis. Una buena hipotesis debe ser verificable por la vıa experimental.

3.1.3. Diseno del experimento

Hasta ahora se ha identificado la pregunta a responder y se a formula-do una hipotesis. Surgen, sin embargo, nuevas preguntas que es necesarioresponder:

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Preguntar

Elaborar unahipótesis

Experimentar

Conclusiones

Compartir

Los resultados soportanla hipótesis

Si

No

Analizarresultados

Figura 1: El metodo cientıfico

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¿Cuantos niveles se evaluaran en cada variable?

¿Cuantas replicas se realizaran?

¿Como evaluar las respuestas una vez que las obtengamos?

La respuesta a estas preguntas es el area de estudio del diseno de experi-mentos. Baste establecer ahora que las respuestas no son triviales, y que deestas depende la calidad de la informacion que arroje el experimento.

3.1.4. Analisis de resultados

Una vez ejecutado el experimento y registrados los datos, estos deben seranalizados para establecer si los resultados apoyan nuestra hipotesis de tra-bajo. La elaboracion de tablas y figuras que resuman la informacion obtenidaayuda al analisis. En esta etapa se hace uso intensivo de la estadıstica.

4. El proyecto pedagogico Sophie

La felicidad no esta en la ciencia,sino en la adquisicion de la ciencia.

Edgar Allan PoeEscritor

El Proyecto Sophie nace en septiembre del 2003. Sophie es un proyecto quebusca estimular la creatividad y curiosidad de los ninos mediante experimen-tos en las areas de fısica (Harry Potter), quımica (Mago Merlın), biologıa(Bichos) y matematicas (Acertijos). Las actividades se imparten en talleresque propician el analisis y la reflexion, al mismo tiempo que crean un espaciodonde los ninos pueden poner sus manos en la ciencia.

En los talleres se presentan una serie de experimentos que tienen comoprincipal objetivo:

Estimular la creatividad y curiosidad

Propiciar el analisis y la reflexion

Sophie esta registrado ante la UNESCO como programa oficial de la Uni-versidad Nacional Autonoma de Mexico.

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4.1. Detalles tecnicos.

What is wanted is not the will to believe,but the will to find out, which is the exact opposite.

(Lo que se busca no es la disposicion a creer,sino la disposicion a cuestionar, que es justamente lo contrario.)

Bertrand RussellSkeptical Essays, 1928

4.1.1. ¿Comprension o conocimiento?

¿Cual es el principal objetivo de la educacion: transmitir conocimiento olograr que se comprenda un tema? Partamos de la tesis que el objetivo eslograr que el tema sea comprendido. Pero, ¿que es comprension? De acuerdoal diccionario Webster’s II :

Comprension es la capacidad para pensar, aprender y juzgar; per-cepcion que permite hacer una interpretacion personal (Fig. 2).

4.1.2. Como evidenciar la comprension

Los cientıficos necesitamos especialmente la imaginacion.No bastan las matematicas ni la logica: necesitamos algo de estetica y poesıa.

Maria MitchellAstronoma

¿Como hacer evidente que el individuo ha comprendido? Disenando acti-vidades que permitan:

Estimular la creatividad y curiosidad

Propicien el analisis y la reflexion

Dichas actividades nos permitiran hacer evidente la capacidad o perspica-cia para entender las cosas; esto es, nos permitiran hacer evidente la habilidadpara comprender que ha alcanzado el individuo.

Un individuo que ha comprendido muestra creatividad e inteligencia ensus actos (Fig. 3).

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ComprensiónJuicio

Pensamiento crítico

Capacidad de aprendizaje

Estudio

Memorizar

Descubrir

Experiencia

Interpretación personal

Figura 2: Interpretacion grafica del concepto de comprension.

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Figura 3: La habilidad de comprension se manifiesta mediante la creatividady la inteligencia de actos; la comprension tambien se manifiesta cuando seaplica el conocimiento.

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Tres elementos que denotan inteligencia en las acciones del individuo son:

La capacidad para resolver problemas y dificultades

La habilidad para aprender

La capacidad de aplicar el conocimiento en un contexto diferente adonde fue adquirido

Por tanto, las actividades deberan plantear cierta dificultad; esto tienela ventaja adicional de despertar el interes. Adicionalmente, le permitiran alindividuo ejercitar su habilidad de aprendizaje mediante el descubrimiento,la deduccion o mediante la ejecucion de las actividades.

La creatividad exhibe como caracterısticas importantes:

Imaginatividad

inventividad

El individuo muestra inventividad cuando usa los materiales o concep-tos de manera poco comun, al proponer nuevas aplicaciones o actividades,mediante la deduccion apoyada en las observaciones. Por imaginatividad en-tendemos el uso constructivo de la imaginacion.

4.2. Instrumentacion.

4.2.1. El metodo Sophie

Si se desea que los individuos logren comprender un concepto, hay que di-senar actividades para que los alumnos puedan ejercitar las diferentes facetasde la comprension. Sophie, propone un proceso en cuatro etapas:

1. Inicie usando un experimento o vıdeo que ilustre de forma clara el con-cepto a estudiar. ¿No le es posible realizar el experimento?, use unvıdeo. ¿No le es posible usar un vıdeo?, use fotografıas. Tenga cuidadode usar solamente vıdeos o fotografıas que muestren lo que los alum-nos verıan si hicieran el experimento por ellos mismos. Cuide en todomomento de dirigir la atencion de los estudiantes hacia los hechos quedesea observen. Esta serıa la primera etapa de Sophie, vive.

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2. Use ahora un diagrama o ilustracion para esquematizar los hechos ob-servados. ¿Hicieron mediciones?, use graficas o tablas que muestren larelacion entre la(s) variable(s) estudiada(s) y la respuesta medida. Esimportante dar una interpretacion a los hechos observados y, en medidade lo posible, generalizar. Asegurese de que los estudiantes hagan lasgraficas/tablas y tomen nota de la interpretacion. Esta serıa la segundaetapa de Sophie, analiza.

3. ¿Que dice el libro de texto sobre lo que hemos observado? ¿Que di-cen otras fuentes, Internet, enciclopedias, etcetera, sobre el tema? ¿Loque observamos, y nuestra interpretacion, estan en concordancia connuestras fuentes? Use mapas mentales, ensayos, reportes, etc., para do-cumentar la investigacion y discusion. Esta serıa la tercera etapa deSophie, reflexiona.

4. Aplique el conocimiento adquirido. Disene/elija una actividad dondelos alumnos tengan que aplicar el concepto estudiado, la actividad de-be disenarse/elegirse de tal forma que plantee un escenario diferente alutilizado en la primera etapa. Proporcione Usted los materiales, esta-blezca claramente el objetivo y permita que los estudiantes apliquensu criterio y resuelvan las dificultades por sı mismos. El papel del ins-tructor es de guıa y supervisor. Esta serıa la ultima etapa de Sophie,ejecuta.

4.2.2. ¿Y el libro de texto?

Para responder a esta pregunta, me parece apropiado citar al Prof. WalterLewin:

Mis lecciones no seran, en general, una repeticion de su libro, sinoque seran complementarias al mismo. El libro servira de apoyoa mis lecciones, mis lecciones serviran de apoyo al libro [...] Yohare hincapie en los conceptos e intentare hacerlos ver mas alla delas ecuaciones, mas alla de los conceptos.

4.2.3. ¿Y con ninos pequenos?

Con ninos que todavıa no saben leer/escribir hay que tener presente losiguiente:

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Comenzar siempre haciendo un experimento, juego o actividad; losvıdeos solo deberıan usarse como ultimo recurso.

El vocabulario debe ser adecuado a la edad del grupo.

Todo debe girar alrededor de la actividad y de lo que estan observando.

Como suponemos que la mayorıa no sabe leer ni escribir, pueden pedirlesal final que compartan sus descubrimientos en un cırculo y que hagan algundibujo que represente lo que hicieron.

4.3. Evaluacion.

El diseno de actividades es tan solo una parte del esquema; tan importantecomo las actividades resulta el diseno de una herramienta para evaluar eldesempeno de los alumnos. Sophie propone temporalmente el uso del Cua-dro 1 para recopilar datos que permitan evaluar a los alumnos.

La evaluacion muestra nueve aspectos a observar durante el desarrollo yanalisis de los experimentos. Los nueve parametros estan agrupados, de tresen tres, en inventiva, pensamiento crıtico y persistencia (Cuadro 1). Adicio-nalmente, se proponen tres niveles para reportar la frecuencia de observacionde los nueve aspectos cognitivos: no observado, ocasionalmente y frecuen-temente. Esta herramienta tambien debe aplicarse durante el desarrollo delas actividades donde los alumnos tienen que aplicar los conocimientos enestudio.

En este punto resulta evidente que Sophie pone enfasis en la observaciondel desempeno de los alumnos.

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Cuadro 1: Herramienta de evaluacion de alumnos.

Aspecto Frecuencia decognitivo Parametro observaciona

Inventiva Usa los conceptos o equipos de manera No observadoconstructiva y poco comun.

Propone nuevas aplicaciones Ocasionalmenteo experimentos.

Saca nuevas conclusiones de sus Frecuentementeobservaciones.

Pensamiento Usa evidencia para justificar Ocasionalmentecrıtico conclusiones.

Senala contradicciones en el Frecuentementediseno experimental.

Cambia de idea en respuesta No observadoa la evidencia.

Persistencia Continua la investigacion despues Frecuentementede que la novedad se ha esfumado.

Repite el experimento a pesar No observadode un fracaso.

Completa una actividad aunque Ocasionalmenteotros hayan terminado antes.

a Las observaciones de frecuencia solo se incluyen con la finalidad de ilustrar.

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