Investigación en enseñanza de las ciencias en la Universidad de Cornell : esquemas teóricos, cuestiones centrales y abordes metodológicos

INVESTIGACION EXPERIENCIAS DIDACTICAS INVESTIGACION EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EN LA UNIVERSIDAD DE CORNELL: ESQUEMAS TEORICOS, CUESTIONES CENTRALES Y ABORDES METODOLOGICOS* MOREIRA, M.A.', NOVAK, J.D.' (1) Profesor de Educación Física; Instituto de Física-UFRGS, Porto Alegre, Brasil. (Actualmente Profesor Visitante del Departamento de Educación de Cornell, con patrocinio del CNPq/Brasil. (2) Profesor de Educación en Ciencias; Director del Programa de Enseñanza de las Ciencias de Cornell University. * Trabajo presentado en el 11 Congreso Internacional sobre la Didáctica de las Ciencias y de las Matemáticas, Valencia-España, 23 a 25 de septiembre de 1987. Adaptado de una propuesta de investigación preparada por J.D. Novak. SUMMARY This paper provides a description of the kinds of telling questions, guiding theories, and research methodologies involved in the science education program at Cornell University in recent years, and that will continue to be in the research agenda in the near future. Given its research bias, it does not focus directly on matters such as curriculum development, instructional practices, and teacher preparation -which are also being carried out at Cornellbut rather on implications of research findings on these matters. By doing this, the authors attempt to be coherent with the fact that the program is theory-based and that in its development there has been a continuous effort to design both research and new instructional practices from a theoretical foundation, and in turn construct, modify, and elaborate the theoretical frameworks. An English version of this paper is available from the authors upon request. INTRODUCCION El programa de enseñanza de las ciencias en la Unición empezaron a principios de siglo en la Facultad de versidad de Cornell es un programa del Departamento Agricultura. Había en esa época una necesidad de ende Educación de la Facultad de Agricultura y Ciencias frentarse a los problemas de educación asociados con de la Vida (FACV). En Cornell, los estudios de educala vida en las haciendas y, en consecuencia, los ((estuENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (l), 3-18 3 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS dios de la naturaleza» desempeñaron un papel clave en los primeros trabajos. En años subsiguientes los estudios de educación fueron ampliados y fue creada una Facultad de Educación para incluir estudios en artes, humanidades y matemáticas. Sim embargo, a causa de una disminución en la demanda de nuevos maestros y de cambios de perspectiva en la investigación educativa, laFacultad de Educación fue cerrada en 1967 y un Departamento de Educación fue creado en lo que hoy es la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida (FACV). La Universidad de Cornell tiene nueve escuelas y facultades, cinco soportadas por dotaciones y pagos de matricula y cuatro, incluyendo la FACV, opera bajo contrato con el estado de Nueva York. La FACV es una facultad grande con 3.000 estudiantes de pregrado, 1,000 estudiantes de postgrado y 450 profesores trabajando en diecinueve departamentos, incluyendo el Departamento de Educación. En los últimos años la FACV ha sido clasificada por distintas encuestas como la mejor facultad de agricultura de los Estados Unidos. Hasta ahora, el Departamento de Educación tenía programas de graduación de profesores solamente en agricultura, pero actualmente está empezando un nuevo programa de cinco años en enseñanza de las ciencias. En realidad ya existía un programa de graduación de profesores en enseñanza de las ciencias en Cornell, pero se interrumpió en 1974 en que había exceso de profesores en dicha área y cambió parte del personal docente del Departamento. El nuevo programa será diferente del anterior en el sentido de que todos los futuros profesores, tanto los de pregrado como los de «Masten>, estarán implicados en proyectos de investigación en escuelas de la región. Todo el programa estará integrado pues, con proyectos de investigación en curso e incluirá estudios relevantes en psicología cognoscitiva, filosofía de las ciencias y epistemología, teoría y práctica del currículum, y manejo de situaciones de clase. Además, se espera continuar y expandir una estrecha cooperación con profesores que se han destacado en la enseñanza de las ciencias. El Departamento está fuertemente comprometido con investigaciones y estudios de postgrado. Existen veinticuatro puestos de profesores a tiempo completo, cerca de 100 estudiantes de postgrado, 85 estudiantes de pregrado y dieciocho miembros del personal de apoyo en. el Departamento. Cada miembro del cuerpo docente participa en dos o más de los seis programas del Departamento y siete de ellos están activamente implicados en el Programa de Educación en Ciencias y Matemáticas (PECM). En este trabajo no se enfocará el Programa de Educación en Matemáticas (PEM), pero hay un paralelismo muy próximo entre los dos programas. Además de los profesores del Departamento, el PECM cuenta también con la colaboración de profesores de otros departamentos. Todos los estudiantes en el Programa cursan estudios de ciencias y matemáticas y muchos de ellos también estudian con profesores de Recursos Naturales, Psicología, Desarrollo Humano y Estudios de la Familia, Servicios Sociales, Filosofía y Relaciones Industriales y Obreras. Muchos profesores de esos departamentos trabajan como miembros de comités de orientación de Masters y doctorados de estudiantes del Programa y algunos de ellos participan activamente en el desarrollo de proyectos de investigación del PECM. El programa de investigación del PECM representa la continilación de un esfuerzo sistemático de tres decenios para estudiar problemas asociados con la adquisición y el uso del conocimiento científico por parte de los alumnos y con su comprensión acerca del trabajo científico. El Director del Programa (J.D. Novak), junto con sus colegas y estudiantes de postgrado se han interesado en cuestiones sobre cómo aprenden los alumnos, sobre la naturaleza del conocimiento, la construcción del conocimiento en ciencias, planes de estudio que incorporan inquietudes tanto de aprendizaje como de epistemología, y nuevos enfoques a la enseñanza, incluyendo el sistema audiotutorial (Postlethwait, Novak y Murray, 1972) y otros sistemas de instrucción individualizada. Ha existido un esfuerzo continuo para planear tanto la investigación como las nuevas prácticas instruccionales desde unos fundamentos teóricos y, a la vez, construir, modificar y elaborar los esquemas teóricos. Estos esfuerzos de investigación han variado mucho tanto en términos de la materia de enseñanza como del ambiente educativo, pero siempre han tenido como compromiso central mejorar los fundamentos teóricos a fin de mejorar la práctica. Tal como señaló Schwab (1973), la mejora de los programas instruccionales requiere que sean considerados los cuatro ((lugares comunes)) de la educación: (1) el alumno, (2) el profesor, (3) la materia de enseñanza y (4) el medio social. Ninguno de esos ((lugares comunes)) puede ser ignorado; cada uno de ellos debe ser deliberada y sistemáticamente considerado en cualquier esfuerzo para mejorar la práctica educativa. Además, trabajos con escuelas de todos niveles han mostrado que los métodos de evaluación juegan un papel tan importante en la determinación de la naturaleza de los esfuerzos de los maestros y de los alumnos que un quinto ((lugar común» -evaluaciónfue añadido a la lista de Schwab, teniéndose éste muy en cuenta en todas las actividades instruccionales y de investigación desarrolladas en el Programa. Las principales cuestiones investigadas por los profesores del PECM en los últimos años, y que continuarán en los planes de investigación están en el Apéndice 1. Esas cuestiones están clasificadas según los cuatro «lugares comunes» de Schwab -alumno, profesor, materia de enseñanza y medio socialmás el quinto «lugar común», evaluación, dado que este último juega ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS un papel crucial no sólo en la limitación o en el aumento jetivos de desarrollo del profesor? (12) ¿Que prácticas de las posibilidades de investigación sino también en son prometedoras para enfrentar el desafío de la crelas prácticas escolares. ciente escasez de profesores cualificados de ciencias y Los cinco ((lugares comunes)) serán usados como sisde matemáticas? terna de referencia para describir el plan de trabajo geEstas cuestiones de investigación son profundas. La esneral del Programa de Ciencias. E1 Apéndice 1 muesperanza de progresar en ellas tiene su raíz en la potentra esquemáticamente las relaciones entre los diferencia que supone una investigación teóricamente fundates proyectos específicos y 10s ((lugares comunes)). En mentada que puede también servir para mejorar la las secciones siguientes serán también categorizadas sepráctica. El programa está comprometido.con un engún los ((lugares comunes)), breves descripciones de alfoque teórico que ya ha conseguido reconocidos progunos proyectos, a pesar de que cada proyecto puede gresos en dirección a respuestas para cada una de esas referirse y ser importante para dos o más de dichos lucuestiones. gares. Cada cuestión o problema educativo está de alguna manera relacionado con todas las demás cuestioEn las secciones siguientes se relacionan proyectos e nes y problemas educativos. A pesar de eso, si quereideas que abarcan el trabajo de investigación del Promas progresar en educación tenemos que encontrar cagrama de Ciencias tanto en e' pasado como en '0s próminos en el pantano de los problemas educativos. La ximos idea de ((lugares comunes)) de Schwab, juntamente con una continua búsqueda de mejores teorías para guiar ESTUDIOS SOBRE EL ALUMNO nuestras prácticas, es una manera de intentar encontrar mejores SO~UC~O~~S para problemas instniccionales. E, 1971 se inició un estudio de doce años sobre el Aunque exista una saludable diversidad en los intereaprendizaje de conceptos con 191 estudiantes de prises de investigación y en 10s compromisos teóricos de mer año, los cuales recibieron lecciones audiotutorialos profesores del PECM, todos están comprometidos (A-T) de ciencias durante dos años, y 48 estudiantes con la epistemología constructivista (van Glaserfeld, que en lugar de esas lecciones tuvieron instrucción tra1984; Rorty, 1979) y con teorías cognoscitivas del dicional, esencialmente desprovista de consideraciones aprendizaje. formales sobre cambios materia-energía y sobre estructuras de sistemas vivos y no vivos incluidas en el proLas pricipales cuestiones de investigación que serán esgrama A-T. Los estudiantes fueron periódicamente entudiadas en el Programa de Educación en Ciencias intrevistados desde el primer año hasta el duodécimo de cluyen las siguientes: (1) ¿Cómo el conocimiento preescolaridad de tal manera que ahora se dispone de gray sus contextualmente erróbaciones y transcripciones de con estudiantes neos (((misconceptions))) influyen en la adquisición de relativos a ese período de tiempo. Varias tesis de maes- (2) iCórn0 pueden ser mOdifitría y doctorado se basaron en ese programa de invescados los estilos de aprendizaje en dirección a estratetigación y se publicaron algunos informes de investigias más significativas, más funcionales? (3) ¿Qué heugación, (Hibbard y Novak, 1975; Nussbaum y Novak, rísticas Y otros abordes pueden ser efectivos en cam1976; Novak, 1977 a,b). Esos estudios han mostrado biar las estrategias de aprendizaje de los alumnos? (4) que los niños pueden adquirir conceptos científicos bá- ¿Cómo pueden ser utilizados los sentimientos y los vasicos de una forma significativa y que algunos de los lores en enfoques de aprendizaje más funcionales? (5) ¿Cómo pueden ser ayudados más eficientemente los esquemas conceptuales desarrollados por los niños, a una edad tan temprana como la de seis años, son noprofesores para que faciliten el aprendizaje significatablemente estables durante ese período de doce años tivo Y el desarrollo de actitudes positivas? (6) ¿Cómo de escolaridad. posteriormente se realizan estudios puede organizarse mejor la materia de enseñanza a fin complementarios con alumnos de ese grupo, que se anade facilitar el aprendizaje significativo y una mejor lizan ((caso a caso)) individualmente, pues algunos de sobre cómo los humanos producen 'Onoellos prosiguen sus estudios en la universidad. Las leccimientos? (7) ¿Qué heurísticas de aprendizaje pueden ciones A-T fueron planificadas bajo la teoria cognosa los alumnos a comprender mejor la naturalecitiva del de David Ausubel (1968) y los za del conocimiento y de la producción de conocimienresultados de la investigación han corroborado elementos? (8) ¿Qué nuevos recursos de evaluación pueden tos clave de esa teoría y han contribuido para el refiser usados para (a) estimular el aprendizaje significanamiento de la teona de la (Ausubel, Notivo y (b) medir con más validez las ((habilidades de vak y Hanesian, 1978, 1981, 1986). razonamiento de orden superior))? (9) ¿Qué instrumentos tienen validez para medir cambios de actitud y de Un problema incómodo al comienzo del trabajo era cóvalores? (10) ¿Qué modelos de organización escolar son mo representar el conocimiento conceptual de los alumrentables para fomentar el aprendizaje significativo y nos y cómo ilustrar cambios cognoscitivos a lo largo el crecimiento afectivo positivo? (1 1) ¿Qué modelos de de los años. Entrevistas clínicas piagetianas modificaformación de profesores, tanto «inicial» como aperdas (Pines et al. 1978) fueron útiles en la caracterizamanente)), son más eficaces para el alcance de los obción del conocimiento conceptual de los estudiantes y ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) 5 l INVESTIGACION X EXPERIENCIAS DIDACTICAS de sus habilidades en aplicar el conocimiento en nuevos contextos, pero las transcripciones de entrevistas son difíciles de usar para analizar los cambios en el entendimiento de los alumnos y para presentar resultados de investigación. Vanas formas de «mapas conceptuales)) empezaron entonces a ser utilizadas en 1974 y gradualmente la técnica del diseño de «mapas conceptuales)) fue desarrollada como instrumento útil para representar y resumir el esquema conceptual (los significados) en un momento determinado de un individuo en una área de conocimiento. Más tarde esa técnica pasó también a ser utilizada como una herramienta para la planificación de la instrucción y de los planes de estudio, como un instrumento de evaluación y como una manera de ayudar los alumnos a ((aprender a aprenden) (Novak y Gowin, 1984). Para ilustrar el uso de los mapas conceptuales así como para representar datos de entrevistas, la Figura 1 muestra dos mapas conceptuales trazados a partir de entrevistas hechas con un mismo alumno en el segundo y en el duodécimo grado. El análisis de los mismos sugiere que mientras que algunos nuevos conceptos fueron integrados en la estructura cognoscitiva del alumno (e.g., el concepto de átomo), un concepto contextualmente erróneo persistió a lo largo de diez años de escolaridad que incluyeron ciencias en la escuela intermedia y biología, química y física en la escuela secundaria. Este alumno aún consideraba algunas cosas (e. g., olores) como materia no constituida de partículas que es absorbida en el interior de moléculas de agua. También presentaba confusiones entre los conceptos de moléculas y de átomo en relación a los estados físicos de la materia y a la estructura de la misma. Sin embargo, aún permanecen en los estudios cognosfigura 1 Dos mapas conceptuales construidos a partir de entrevistas con un estudiante de segundo grado (arriba) y diez aRos después en duodécimo grado (abajo). Los mapas muestran «corrección» de conceptos contextualmente erróneos y diferenciación progresiva y reconciliación integradora de conceptos. Phil - Grado 2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS citivos las incómodas cuestiones relativas a (a) cómo puede hacer con el conocimiento anterior; además deson adquiridos los conceptos contextualmente erróneos ben encajar en los supuestos metafísicos y epistemoló- («misconceptions»), (b) por qué son tan resistentes ingicos de los alumnos (Strike y Posner, 1982). cluso en el caso de instrucción aparentemente apropiada, y (c) qué procedimientos educativos, si es que existen, pueden convertir o corregir conceptos contextualmente erróneos de los estudiantes (Helm y Novak, 1983). La gran cantidad de datos disponibles en ese estudio de doce años puede ser minada para buscar respuestas a aspectos relevantes a las cuestiones (a), (b) y (c) y continúa siendo parte del plan de investigación del Programa de Ciencias. Algunas investigaciones sobre intervención instruccional fueron hechas por estudiantes de posgrado (Presnell, 1971; Randorf, 1971; Hibbard y Novak, 1975; Nussbaum y Novak, 1976; Hallowell, 1985) y por exalumnos y profesores visitantes (Smith y Lott, 1983; Erickson, 1983; Nussbaum y Novick, 1983; Wandersee, 1983, 1985). Lo que hicieron la mayona de esos estudios fue, confirmar la existencia de conceptos contextualmente err& neos mantenidos por los alumnos presentes en todos los campos de las ciencias y su tenaz resistencia al capibio. Sin embargo, están siendo realizados nuevos estudios en los cuales se usa el ((mapeamiento conceptual» como una estrategia de instrucción y de evaluación para ayudar a hacer conscientes a los alumnos sobre los esquemas cognoscitivos contextualmente inapropiados y procurar estrategias de aprendizaje más significativas (Feldsine, 1983; en curso). Esas estrategias parecen ser prometedoras como soluciones para el problema de clarificar y «desarraigar» conceptos contextualmente erróneos. En el programa de ciencias se llevará a cabo más trabajo sobre diferentes estrategias para facilitar el aprendizaje significativo y, además, ese trabajo se dirigirá explícitamente a problemas asociados con conceptos contextualmente erróneos. Trabajos de Posner (1983) y de Strike y Posner (1982) conciernen directamente al desarrollo de un modelo de cambio conceptual y su aplicabilidad al aprendizaje. Ese modelo está basado en gran parte en el de Kuhn para el desarrollo del conocimiento científico como un proceso en el que alternan períodos de acceptación del conocimiento corriente y de superación del mismo. Para que los científicos y los estudiantes acomoden nuevas ideas (y por tanto superen el status quo) deben ser satisfechas cuatro condiciones: 1. Debe existir un descontento con las concepciones existentes. 2. La nueva concepción tiene que ser mínimamente comprendida. 3. La nueva concepción debe aparecer mínimamente plausible. 4. La nueva concepción debe parecer fructífera (Posner, 1983). Para que los nuevos conceptos sean adquiridos, deben resolver algún problema existente mejor de lo que se El trabajo de Posner y Strike con estudiantes universitarios continúa desarrollándose y se espera que con el creciente acceso a las escuelas públicas (resultante de la expansión del programa de preparación de maestros de ciencias) se lleven a cabo otros estudios similares con estudiantes más jóvenes. Otra herramienta instruccional que surgió de estudios sobre el alumno y sobre la materia de enseñanza es la «V h'eurística)) (ver Figura 2). En algunos trabajos de laboratorio en la universidad quedó claro que muchos estudiantes veían poca relación entre los conceptos, principios y teorías que se suponía que estuviesen aprendiendo en las clases teóricas o en lecturas y actividades de las cuales se ocupaban en el laboratorio. No relacionaban las actividades de «pensar» con la de «hacer». En resumen. en la meior de las hipótesis esos estudiantes tenían una pobre comprensión de la naturaleza del trabajo científico y de los métodos a través de los cuales los científicos producen nuevos conocimientos. Este es un problema común en la enseñanza de las ciencias del cual se ocuparon Schwab y otros hace ya muchos años. Schwab caracterizó la mayor parte del aprendizaje de ciencias como la memorización de una ((retórica de conclusiones» en vez de penetrar más en la naturaleza de la investigación científica. Los estudios epistemológicos de Gowin (1970) y su preocupación con problemas pedagógicos le llevaron a inventar en 1977 la «V epistemológica)) (ver Gowin, 1981). Desde 1977, este instrumento heurístico está siendo empleado en varios programas instruccionales en ciencias así como en otras disciplinas (Buchweitz, 198 1 ; Levandowski, 1981; Colling, 1983; Novak, Gowin y Johansen, 1983; Robertson, 1984; Robertson-Taylor, 1985). De los estudios completados hasta el momento, se deduce que la mayoría de los alumnos (y de los profesores) no están preocupados explícitamente con su comprensión sobre la naturaleza de la producción de conocimientos. En efecto, la mayoría de ellos alberga puntos de vista esencialmente «positivistas» y cree que la ciencia encuentra respuestas «correctas» y «erradas» l sobre cómo funciona el mundo. Puntos de vista constructivistas que ven la ciencia constantemente construyendo y modificando conceptos, principios y teorías explicativos, son mantenidos sólo por una pequeña proporción de alumnos y profesores. Sin embargo, muchos de ellos no tienen una imagen clara del proceso de construcción del conocimiento. La V heurística se presenta como un instrumento capaz de ayudar a profesores y alumnos a profundizar su comprensión sobre la naturaleza del conocimiento científico y del proceso de construcción del conocimiento. Uno de los problemas de la educación agudizado por los puntos de vista científico-positivistas es que el papel de los sentimientos en la producción de conocimienENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS figura 2 La V epistemológica de Gowin ilustrando elementos implicados en la producción de nuevos conocimientos Elementos del lado izquierdo (conceptual) guían la selección de sucesos y cuestiones así como de procedimientos en el lado derecho (metodológico). Existe una continua acción recíproca entre todos los elementos a medida que nuevos conocimientos y aserciones de valor son producidos y conceptos, principios, teorías, filosofías y modos de ver el mundo son modificados gradualmente. CONCEPTUAL i CUESTIONES FOCO METODOLOGICO r Modos de Ver el Mundo: Aserciones de Valor: El (e.g., la naturaleza es ordo Inician la actividad entre los dos dovalor, tanto en el campo nada y conocible) mínios y están encajadas en, o genecomo fuera de él, de los reradas por, teorías concentran la atensultados de la investigación. Füosofias: (e.g., «E1 Entención en eventos y objetos. dimiento Humano» de Aserciones de Conocimiento: Toulmin) Nuevas generalizaciones, en respuesta a las cuestiones foco, Teorías: Conjuntos de concepproducidas en el contexto de la tos lógicamente relacionados investigación de acuerdo con cripermitiendo modos de razona- - terios de excelencia apropiados y mientos conducentes a explícitos. explcaciones. Interpretaciones, Explicaciones y Principios: Reglas conceptuales goGeneralizaciones: Productos de mebernando la conexión de regularidatodologías y de conocimientos antedes en «fenómenos» en formato pronores usados para garantizar porcional; derivados de aserciones aserciones. de conocimiento anteriores. Resultados: Representaciones de datos en Constructos: Ideas que soportan teotablas, cuadros y gráficas. rías fiables, pero sin referentes directos Transformaciones: Hechos ordenados goen objetos o eventos. bernados por teorías de medida y Estructuras Conceptuales: Subconjuntos clasificación. de teorías usados directamente en la invesFactos: Juicio, basado en confianza en el tigación. método, de que los registros de sucesos u obConceptos: Signos o símbolos indicando rejetos son vhlidos. gularidades en eventos. SUCESOS/OBJETOS Registros de Sucesos u Objetos. Fenómenos de interés aprehendidos a través de conceptos y registros: ocurrencias, objetos. tos es negado o ignorado. No obstante, hasta el momento diversos estudios han mostrado cada vez más que pensar, sentir y actuar' están siempre integrados y que mejorar la práctica educativa requiere métodos que ayuden a los alumnos a integrar sus razonamientos, sentimientos y acciones de maneras más constructivas (Le., habilitadoras para ellos). Para el programa de investigación en ciencias es central el compromiso con la idea de que una buena educación habilita al alumno para comprender lo que sabe o no sabe y le confiere medios para que avance progresivamente en dirección a una mayor ((liberación)) en relación a la autoridad y, al mismo tiempo, en dirección a su propia acción pensada y autónoma. (1) El verbo actuar es usado con el propósito de indicar que la mayor parte de la actividad humana es pensada y deliberada, consideraciones en general ignoradas por puntos de vista conductivista. ESTUDIOS SOBRE PROFESORES Los estudios sobre profesores han sido mucho más limitados en el programa que los estudios sobre alumnos. Esta es un área que se espera ampliar significativamente a medida que el nuevo programa de preparación de profesores sea llevado a cabo. Gran parte del trabajo hecho en los Últimos dos decenios fue con profesores universitarios y, en realidad, la introducción de nuevas estrategias tales como mapas conceptuales y diagramas V fue hecha por primera vez en clases para profesores universitarios. Por otro lado, se observó que muchos de los problemas asociados con la introducción de nuevas estrategias pedagógicas en nivel universitario son muy similares a los problemas encontrados en nivel de escuela secundaria. Por tanto, la investigación en la mejora de la enseñanza superior condujo a nuevas estrategias para el mejoramien8 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS to de la enseñanza en la escuela secundaria y de la preparación de profesores. Se espera que esta relación simbiótica entre investigación y enseñanza en el Programa continúe en el futuro. Posner hace explícito el proceso de reflexión que es necesario para que el profesor en formación se convierta en un profesional consciente. Su libro (1985) será un recurso vital en el programa de preparación de profesores de ciencias teniendo en cuenta que los estudiantes serán estimulados a considerar cuestiones que son fundamentales para la enseñanza. Análisis e inquietud en relación a la naturaleza de la situación enseñanzdaprendizaje son requisitos básicos para el docente que intenta enseñar bajo una perspectiva constructivista del proceso de aprendizaje. Mucho del trabajo sobre cambio conceptual mencionado en la sección sobre el alumno tiene claras implicaciones para los profesores y su papel en el aula. Primero y por encima de todo, está la necesidad de que el maestro perciba a los alumnos como constructores de su propio conocimiento. Después de eso, la enseñanza se convierte en u11 proceso de introducción de anomalías, de ayudar a los alumnos a darse cuenta de las limitaciones de su conocimiento previo, de orientación en el uso de información existente apropiada, y de acompañamiento del proceso de acomodación (Posner, 1982). El profesor puede ser adversario, facilitador o fuente de información, pero debe insistir en la ((consistencia entre creencias)) (Strike y Posner, 1982). Además de eso se debe dedicar mucho tiempo a la diagnosis y corrección de errores en el pensamiento del alumno. Algunas técnicas empleadas en el análisis de las preconcepciones de los alumnos y su proceso de aprendizaje son entrevistas clínicas (Posner y Gertzog, 1982), cuestionarios (Posner et al., 1981) y diseño de mapas conceptuales (Novak y Gowin, 1984). Algunos de los trabajos anteriores del Programa de Ciencias trataron de problemas asociados a la introducción de la instrucción tipo aprendizaje para el dominio («mastery learning)); Bloom, 1968). Por ejemplo, en un trabajo conjunto con el Departamento de Física, se desarrolló un nuevo curso introductorio en e1 formato ((paso-propio)) («seIf-paced))) usando estrategias audio-tutoriales (Postlethwait, Novak y Murray, 1972). Más recientemente, ha habido una implicación con estudios llevados a cabo en cursos universitarios de ciencias para explorar estrategias de ((aprender a aprender» e instrucción asistida por ordenador (IAO). Un proyecto en marcha con estudiantes de primer año de biología, con apoyo de la IBM, implica el desarrollo de programas de microordenadores que simulan y amplían estudios de laboratorio sobre genética poblacional y ecología de arroyos, así como programas sobre mapas conceptuales y diagramas V. Las cuestiones asociadas con la eficacia de estrategias alternativas para la introducción de la IAO son claves para los proyectos en curso en ese área. Los programas desarrollados con el apoyo de la IBM han sido usados también con estudiantes de escuela secundaria para ampliar estudios anteriores relativos al uso de estrategias de ((aprender a aprender)) (Novak, Gowin y Johansen, 1983; Gurley, 1982). De particular interés ha sido la evaluación de procedimientos alternativos sobre cómo llevar una clase y su eficacia en la utilización tanto de nueva tecnología como de estrategias heuristicas de aprendizaje. Una de las metodologías de investigación desarrolladas para el estudio de la enseñanza es la grabación en videos (Vídeo-Recall). Los primeros trabajos en esa área estaban basados en los métodos de Kagan (1975) usando episodios grabados en vídeo para entrenar consejeros. Más tarde los procedimientos fueron modificados de modo que en general seguían el siguiente modelo: (a) un episodio de enseñanza es grabado (episodio de 15 a 30 minutos), (b) monitor ve la grabación con el profesor y le pide sus reflexiones y opiniones respecto a varios segmentos del episodio vídeograbado, parando la grabación a veces para tener bastante tiempo para respuesta/discusión, (c) un monitor ve la grabación con uno o más alumnos, pidiéndoles sus reflexiones y opiniones. Tanto los maestros como los alumnos responden muy bien a esa metodología y las discusiones grabadas en vídeo durante las sesiones son una rica fuente de datos sobre éxitos y fracasos en el compartir de significados entre profesores y alumnos. Utilizada en clase, la grabación en vídeo puede ayudar a los profesores a ser conscientes de prácticas eficaces y no eficaces, y a los estudiantes a aprender que para ser «buenos alumnos)) deben insistir en compartir significados con sus profesores y que es válido compartir también sus sentimientos. Cuando la grabación es usada conjuntamente con programas de formación de profesores que incluyen la discusión de teorías y principios educativos, se observan cambios positivos en el desempeño de las funciones tanto del profesor como del alumno (Taylor-Way, 1981; Robertson, 1984; Tan 1986). En el nuevo programa de graduación de profesores de ciencias se espera que la grabación en video juegue un papel importante en la formación inicial y permanente del profesorado participante en el programa. E1 trabajo de doctorado de Tan (1986) mostró que incluso los profesores de física muy experimentados pueden fre- , cuentemente ser incapaces de comunicar significados de conceptos y principios básicos y que gran parte del fracaso de los alumnos no es debido a limitaciones intelectuales de los mismos sino a fallos de comunicación en el aula. El libro de texto raramente sirve para remediar problemas del aprendizaje. La mayor esperanza para mejorar el aprendizaje parece estar en prácticas instruccionales significativamente mejores. Al combinar esas prácticas con el uso de estrategias de «aprender a aprender)) se han observado mejoras significativas tanto cognoscitivas como afectivas. (RobertsonTaylor, 1985). El trabajo de investigación en curso de Posner y StriENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) 9 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ke procura explorar las relaciones entre creencias epistemológicas y competencia científica a fin de mejorar la calidad de la instrucción tanto a nivel secundario como superior. Beneficiarse de la instrucción puede depender en alguna medida de basarse en un conjunto de ideas sobre la naturaleza del conocimiento científico y de la investigación científica. Si eso es cierto, un conocimiento detallado de la relación entre creencias epistemológicas y competencia científica debe mostrarse útil en la mejora de la enseñanza de las ciencias en todos niveles. Dos tesis de doctorado basadas en un estudio de las relaciones entre estrategias de aprendizaje de los alumnos y sus creencias epistemológicas están casi listas bajo la orientación de Novak (Donn, en curso; Edmondson, en curso). La reinstitución del programa de graduación de profesores de ciencias se basó en parte en una encuesta con estudiantes de biología de pregrado en Cornell, de los cuales el diez por ciento indicó un interés en la enseñanza de las ciencias en la escuela secundaria (Rockcastle, 1982). Se espera mantener ficheros detallados de todos los candidatos que se inscriben en el programa y de los que completan el mismo. Esos ficheros deberán proveer una base, en el futuro, para mejorar el reclutamiento y la preparación de profesores de ciencias así como para resolver problemas asociados con la retención de profesores altamente calificados. Existen planes de recoger datos acerca de las percepciones de los graduados sobre el valor relativo de las metodologías educativas teóricamente fundamentadas, desarrolladas en el Programa de Ciencias, y de sus reflexiones sobre la preparación de la materia de enseñanza en cursos de ciencias con diferentes orientaciones dirigidas hacia la «enseñanza de hechos)) en oposición a cursos comprometidos con puntos de vista más amplios sobre la naturaleza de las ciencias y de la enseñanza de las ciencias. La insistencia en mantener cuidadosos ficheros se ve como una característica importante del nuevo programa de graduación de profesores de ciencias: quién se inscribe y por qué; quién es aceptado; quién busca empleo en las escuelas; quién no lo hace y por qué; quién se destaca en la profesión. La disponibilidad de ordenadores con fichas de todos los candidatos, estudiantes y graduados debe proveer la base de datos necesaria para una variedad de estudios sobre profesores de ciencias que de alguna manera estuvieron implicados con el programa. ESTUDIOS SOBRE LA MATERIA DE ENSEÑANZA El Programa está comprometido con la idea de que las personas piensan con conceptos. La materia de enseñanza en cualquier disciplina se concibe como el con junto de conceptos (principios, teorías) que son construidos por especialistas creativos, junto con procedimientos respecto a instrumentación, técnicas y protocolos de investigación. Se piensa que las ideas epistemológicas constructivistas subyacentes al Programa tienen importancia no solamente para la comprensión de la naturaleza de la producción de conocimientos sino tambidn para la selección, secuenciación y exposición de conceptos y principios claves de una disciplina. La mayor parte de los estudios de investigación relativos a cuestiones sobre la materia de enseñanza realizados hasta el momento se han llevado a cabo en el nivel universitario (Moreira, 1977; Chen, 1980; Buchweitz, 1981; Levandowski, 1981; Cullen, 1983; Feldsine, rn curso). Sin embargo, en trabajos anteriores sobre la enseñanza de las ciencias en la escuela elemental (Novak, 1966) y en planes de estudio hasta 12' grado, se han usado estructuras organizativas tipo ((esquemas conceptuales)). Es necesaria más investigación sistemática sobre cómo y por qué ciertas secuencias de la organización de la materia de enseñanza tienen más o menos efecto en la facilitación del aprendizaje del alumno. En el Programa de Ciencias, se promoverá realizar estos tipos de investigación. Tales estudios estarán basados en trabajos anteriores (mencionados en la sección sobre los alumnos) y considerarán no solamente los conceptos contextualmente erróneos más comunes de los alumnos sino también secuencias y estructuras, jerárquicas alternativas de la materia de enseñanza. Con este último propósito se han utilizado mapas conceptuales y diagramas V en niveles superiores / educación de adultos (e.g., Loher et al., 1979) y existe optimismo respecto al uso de esas herramientas en la enseñanza de las ciencias en nivel primario y secundario (Novak y Gowin, 1984, cap. 4). Mientras que el análisis conceptual de la materia de enseñanza es relativamente fácil con los instrumentos disponibles hoy, el análisis de los sentimientos y valores, que deben ser parte integrante de metas educacionales relevantes, es más difícil. Sin embargo, se construyeron con éxito procedimientos para cambios de valor en niveles universitarios (Pepi, 1982; Hopp, 1983; Taylor, 1985; Worth, 1987) y lo que falta hacer ahora es ampliar este trabajo a los niveles de escuela primaria y secundaria. En realidad, algunos trabajos enfocando cambios en los valores de los estudiantes de escuela primaria han sido ya completados (Mardiney, 1985; Hallowell, 1985) mientras que otros se están llevando a cabo. Bajo la suposición básica de que pensar, sentir y actuar están siempre integrados en el aprendizaje significativo, la materia de enseñanza juega un papel clave no sólo como un instrumento para organizar y elaborar la capacidad de pensar sino también en el dominio afectivo y en modelos alternativos de organización escolar (ver medio social). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ESTUDIOS SOBRE EVALUACION dos ya existentes en la estructura cognoscitiva (AusuEl Programa de Ciencias dirigirá un gran esfuerzo ha: cia el estudio de la representación del conocimiento. Se utilizará un amplio espectro de estrategias de evaluación, algunas de las cuales ya fueron discutidas en secciones anteriores de ese trabajo. En esta sección se abordará una descripción de los estudios diseñados para investigar principalmente cuestiones de evaluación. Las teorías de asimilación del aprendizaje cognoscitivo tienen como principio central la idea de que los nuevos conocimientos son asimilados en sistemas de referencia cognoscitivos ya existentes. Hay dudas respecto a las propiedades estructurales de esos sistemas, pero en general se supone que existe alguna forma de jerarquía. La suposición es que las relaciones conceptuales y proposicionales son conjuntos de «árboles» o estructuras que van desde la superordenación hasta la subordinación y que el nuevo aprendizaje es más efectivo cuando la nueva información puede ser incluida (((subsumed») bajo conceptos o proposiciones superordenabel, i963, 1968; Keil, 1979; Meyer, 1983). También se reconoce que cualesquiera que sean las redes neurobiológicas y los códigos neuronales de información, la estructura cognoscitiva funciona de forma dependiente del contexto. El mismo concepto o proposición puede funcionar tanto como subordinado como supeordenado dependiente del contexto específico del nuevo aprendizaje o del uso del conocimiento. Esta propiedad de la organización cognoscitiva es conocida como «mapa de goma» (Novak y Gowin, 1984) toda vez que puede ser vista como lo que ocurriría si el mismo conjunto de conceptos y proposiciones fuese conectado de manera superordenada-subordinada cuando diferentes conceptos son ((elevados a otro nivel» un «mapa conceptual de goma» con dos dimensiones. La estructura cognoscitiva N-dimensional sería entonces representada en distintas estructuras tridimensionales dependiendo del contexto. Un ejemplo de mapa «primario» y de dos configuraciones «mapa de goma» se presentan en la Figura 3. figura 3 Tres mapas conceptuales indicando cómo los mismos conceptos asumen nuevas relaciones de significado cuando diferentes conceptos son «elevados» a un estado superordenado, ilustrando la naturaleza de «mapa de goma de la organización cognoscitiva. \ vivas J agua a necesaria hecha de cambios e.g. I un roble aumentffdo por ,<uedz ser G~eDadeo líquido plantas animalrs @.B. 0.g. l nevada I Cayuga ENSERANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1) 11 l INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS b. Variables relativas a edad y género (Refs. 54,73,82). c. Formas de representación del conocimiento y adquisición comparativa. (Refs. 1, 53, 66). d. Influencia de estrategias para ((aprender a aprender)). (Refs. 28, 43, 54). e. Efecto de secuencias curriculares alternativas. (Refs. 32, 37). f. Variables relacionadas; e.g. QI, actuación previa actitudes. (Refs. 50, 54, 81). 4. Integración de Pensar, Sentir y Actuar: a. Actuación comparativa y grados de integración. (Refs. 28, 74, 83). b. Estrategias de ((aprender a aprender)) y facilitación de la integración. (Refs. 33, 43, 53, 74, 83). c. Posición efiistemológica del aprendiz y grado de integración. (Refs. 66, 74, 82, 83). 5. Adquisición de Valores: a. 1ntegració; cognoscitiva/afectiva y cambio de valores. (Refs. 25, 49, 74; 83). b. Efecto de enfoques alternativos de aprendizaje en el cambio de valores. (Refs. 28). c. Cuestiones de valor en la selección del conocimiento. (Refs. 1,25). PROFESOR 1. Características: a. Reconocimiento y compromiso con aprendizaje significativo en vez de mecánico. (Refs. 11,62,64). b. Postura constructivista o positivista tal como relacionada con: (la) arriba, (2) el trabajo de laboratorios, (3) enfoques, (4) aceptación del alumno. (Refs. 12,13,15,35,62,63). c. Afectividad/sensibilidad emocional tal como relacionada con: lb (1-4) arriba. (Refs. 47,63). d. Variables de fondo y actuación del alumno, e.g. Conocimientos previos en ciencias, experiencia, género, minoría/mayoría. (Refs. 11,12,28,73). e. Habilidades: e.g. ((tiempo de espera)), manejo de la computadora, utilización de audiovisuales, manejo de instrucción individualizada. (Refs. 42,48,57). 2. Preparación: a. Determinación de factores de formación inicial; e.g. duración de la practica dirigida de enseñanza; experiencia en investigación en ciencias o en enseñanza de las ciencias. (Refs. 52,58,84). b. Determinación de factores de formación permanente; e.g., cursos cortos, talleres, formación mediada por IAC. (Refs. 38,52). 3. Cuestiones Demográficas: a. Edad/Tiempo de servicio. b. MoviXidad/Retención/Compensación económica. c.'Características administrativas/organizativas. (Refs. 48,52). MATERIA DE ENSEÑANZA 1. Estructura del conocimiento a. Naturaleza del conocimiento -conceptos y evolución conceptual. (Refs. 1,13,62,81,82). b. Estructuras semánticas y estructuras del mundo real. (Refs. 23,35 33). c. Estructura del conocimiento y significados: conceptos, proposiciones, jerarquías. (Refs. 1,9,25,86,89). d. Conocimiento académico/conocimiento innato? (Refs. 25,53,88). e. Relaciones entre conocimiento y habilidades. (Refs. 8,9,27,43). 2. Construcción del Conocimiento: a. Estrategias para enseñar puntos de vista constructivistas. (Refs. 14,25 33). b. Interacción entre cuestiones, registros, conceptos, principios, teorías, filosofías y modos de ver el mundo. (Refs. 1,2,5,86). c. Conocimiento de la disciplina tal como relacionado con la evolución de las conceptualizaciones del estudiante (e.g., paralelos entre historia de las ciencias y conceptos contextualmente erróneos. (Refs. 16,82,87). d. Interacción entre conocimientos y métodos en la producción de nuevo conocimiento. (Refs. 25,49,53). 3. Organización del conocimiento: a. Estrategias alternativas para traducir el conocimiento disciplina. (Refs. 1,37,82). b. Heurísticas para organizar el conocimiento. (Refs. 1,25,53). c. Cuestiones de valor en la selección del conocimiento. (Refs. 25,26,59). 1. Evaluación del Conocimiento: a ¿Cómo pueden modelos alternativos de representación del con@ cimiento meiorar los roced di mi en tos de evaluación? IRefs. b. ¿Qué métodos de evaluación de cambios cognoscitivos tienen validez y fiabilidad relativamente mayores? (Refs. 44,49,61). c. ¿Cómo puede el uso de instrumentos heunsticos de aprendizaje enriquecedmejorar los métodos de evaluación? (Refs. 21,37,53,19). d. ¿Qué combinación de tiempo de estudio/evaluación es más eficiente para (1) mejorar de orden inferion) y (2) de ((orden superion)? (Refs. 10,42). 2. Evaluación Afectiva: a. ~Cúal es la relativa eficiencia de cuestiones, entrevistas clínicas y estrategias de audio o vídeo revisión para producir cambios afectivos? (Refs. 11,85). 7% ¿Qué estrategias instruccionales conducen a mejorar a largo plazo? (Refs. 11,28,53,83). c. ¿Cómo pueden las estrategias de interacción alumno/profesor llevar a mejorar a largo plazo? (Refs. 28,29,83). 3. Evaluación de valores: a. ¿Qué criterios definen medidas efectivas de cambios de valor? . (Refs. 26,33,53,59). , b. ¿Qué combinación de elementos cognoscitivos y afectivos es mejor para indicar los valores corrientes o los valores en cambio? (Refs. 11,39). c. ¿Cómo se relacionan compromisos epistemológicos y valores? (Refs. 25,53,59,18,19). MEDIO SOCIAL l. Organización de la escuela: a. ¿Cómo afectaría al aprendizaje cognoscitivo y afectivo en ciencias el ((seguimiento del flujo)) (straaming)? b. ¿Qué contribuciones pueden los profesores hacer en formación o en ejercicio para la planificación de la escuela y del currículum? c. ¿Cómo pueden ser usadas las computadoras para facilitar métodos instruccionales dirigidos hacia el dominio? (Refs. 53). d. ¿Cómo se pueden mejorar las comunicaciones verticales entre estudiantes, maestros, directores, administradores y consejos superiores para intensificar el crecimiento cognoscitivo y afectivo de todos (Ref. 48). 2. Asignación a. ¿Cuáles son los costes/beneficios resultantes de diferentes distribuciones de recursos personales/instruccionales? (Refs. 8,41). b. ¿Cuáles son los resultados costes beneficio del aumento de experimentos de laboratorio, de excursiones y/o experiencias de campo? (Refs. 47,72). c. ¿Qué razón entre taller y estudio resulta en mayores ganancias? d. ¿Qué prácticas de socialización pueden disminuir el sexismo en las escuelas? (Refs. 53,83). ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (1)