Palabras clave: cultura, cultura científica, cultura general integral, actitudes, caída de los cuerpos

1. INTRODUCCIÓN.

1. Acerca del término cultura científica

La primera década del siglo XXI está impuesta de un conjunto de necesidades sociales surgidas, entre otras cosas, por notables cambios en la vida social de todo el planeta, en gran medida determinados por el desarrollo de la ciencia y la tecnología, por ejemplo la presencia de los actuales sistemas de informática y comunicaciones, la existencia de modernos equipos para las acciones que se desarrollan en el hogar, el comercio, la salud y en todos los sectores de la sociedad, así como por la necesidad de solucionar científicamente un conjunto de problemas globales que hoy afectan, de un modo cada vez más acentuado, la vida en el planeta, (Travieso, 2003, Pág., 8)

La comunidad científica ha impuesto como reto para la solución de los problemas que afectan hoy día a la humanidad, el desarrollo de la cultura científica de toda la sociedad.

Al referirnos a la cultura científica, la consideramos como: “la parte de la cultura que posibilita al hombre conformar explicaciones, interpretaciones y predicciones acerca de los fenómenos y procesos, desde lo mejor y más actualizado de la ciencia, a fin de satisfacer necesidades e intereses. Ella incluye habilidades, sentimientos y modos de actuación, dirigidos a interactuar positiva y creadoramente con la naturaleza y la sociedad, lo que le permite asumir conscientemente sus responsabilidades sociales”, (Addine, 2006, Pág. 23)

Al sintetizar la realidad existente en relación a la cultura científica se considera:

• Un manifiesto carácter de objetivo social prioritario del desarrollo de la cultura científica y por tanto de su educación.

• “La falta de interés, e incluso rechazo hacia el estudio de las ciencias, asociado al fracaso escolar de un elevado porcentaje de estudiantes, constituye un problema que reviste una especial gravedad, tanto en el área iberoamericana como en el conjunto de países desarrollados”, (Gil, 2005, Pág. 7)

• Los estudiantes no aprenden ciencias y llegan a los estudios superiores con muy mala base.

• Disminución de candidatos para estudios superiores en el campo de las ciencias

• Existe una visión deformada de la ciencia y la tecnología transmitidas por la propia enseñanza y que están contribuyendo a las actitudes de rechazo

Este análisis muestra la necesidad de una reorientación de las estrategias educativas esbozando un nuevo modelo de aprendizaje de las ciencias como investigación orientada en torno a situaciones problemáticas de interés.

2. ¿Qué importancia tiene llevar a cabo un proceso educativo que desarrolle la cultura científica?

La educación preuniversitaria tiene como fin “Lograr la formación integral del joven en su forma de sentir, pensar y actuar en los contextos escuela-familia-comunidad, a partir del desarrollo de una cultura general, política y pre profesional sustentada en el principio martiano de vinculación estudio-trabajo, que garantice la participación protagónica e incondicional en la construcción y defensa del proyecto socialista cubano, y en la elección consciente de la continuidad de estudios superiores en carreras priorizadas territorialmente”, (MINED, 2006, Pág. 4)

La formación integral del estudiante a partir del desarrollo de una cultura general, necesariamente pasa por la apropiación del estudiante de una cultura científica, como parte integrante de la cultura general, que solo es posible mediante un proceso educativo direccionado.

Un proceso educativo direccionado hacia el desarrollo de la cultura científica en los estudiantes, debe propiciar, (Gil, 2005, Pág. 15 – 18)

• La comprensión del mundo natural,

• utilizar los conocimientos en la vida diaria con el fin de mejorar las condiciones de la sociedad,

• participar en discusiones públicas acerca de asuntos importantes que se relacionan con la ciencia y la tecnología,

• poder intervenir socialmente, con criterio científico, en decisiones políticas,

• relacionarse con los niveles de la naturaleza de la ciencia, con el significado de la ciencia y la tecnología y su incidencia en la configuración social.

3. ¿Qué se entiende por cultura científica desde el proceso de enseñanza aprendizaje de la Física y cómo potenciar su desarrollarlo?

Desarrollar la cultura científica desde el proceso de enseñanza aprendizaje de la asignatura Física, significa lograr la apropiación por parte de los estudiantes del sistema de conceptos, leyes, principios y habilidades que le permitan conformar descripciones, explicaciones, interpretaciones y predicciones acerca del surgimiento del universo, los cambios y procesos que experimentan los sistemas físicos, hasta la formación del cuadro físico del mundo, posibilitando actitudes y modos de actuación dentro de los que se destaca la percepción del estudiante hacia la ciencia, posibilitando participar creadoramente en las transformaciones de la localidad a fin de satisfacer necesidades e intereses sociales.

Todo lo anterior tendrá que estar en correspondencia con la puesta en práctica de un sistema de principios que debe cumplir la dirección del proceso (Addine, 2003):

1.- Unidad del carácter científico e ideológico,

2.- vinculación de la educación con la vida, el medio social y el trabajo;

3.- unidad de lo instructivo, lo educativo y lo desarrollador;

4.- unidad de lo afectivo y lo cognitivo,

5.- carácter colectivo e individual de la educación,

6.- unidad entre la actividad, la comunicación y el desarrollo de la personalidad.

4. Cultura científica desde un modelo de aprendizaje como investigación orientada:

Una posible concreción de estos principios consiste, en que el profesor asuma la dirección del proceso de enseñanza-aprendizaje sobre la base del modelo de aprendizaje como investigación orientada, que plantea el tratamiento de situaciones problémicas que los alumnos consideren de interés y que contempla los siguientes aspectos (Gil, 2005, Pág. 135 – 136):

• La discusión del posible interés y relevancia de las situaciones propuestas que dé sentido a su estudio y evite que los alumnos se vean sumergidos en el tratamiento de una situación sin haber podido siquiera formarse una primera idea motivadora o contemplado la necesaria toma de decisiones, por parte de la comunidad científica, acerca de la conveniencia o no de dicho trabajo (teniendo en cuenta su posible contribución a la comprensión y transformación del mundo, sus repercusiones sociales y medioambientales, etc.).

• El estudio cualitativo, significativo, de las situaciones problemáticas abordadas, que ayude a comprender y acotar dichas situaciones a la luz de los conocimientos disponibles, de los objetivos perseguidos... y a formular preguntas operativas sobre lo que se busca (ocasión para que los estudiantes comiencen a explicitar funcionalmente sus concepciones).

• La invención de conceptos y emisión de hipótesis fundamentadas, susceptibles de focalizar y orientar el tratamiento de las situaciones, al tiempo que permiten a los estudiantes utilizar sus “concepciones alternativas” para hacer predicciones susceptibles de ser sometidas a prueba.

• La elaboración y puesta en práctica de estrategias de resolución, incluyendo, en su caso, el diseño y realización de montajes experimentales para someter a prueba las hipótesis a la luz del cuerpo de conocimientos de que se dispone, lo que exige un trabajo de naturaleza tecnológica para la resolución de los problemas prácticos que suelen plantearse (como, p.e., la disminución de las incertidumbres en las mediciones). lamamos particularmente la atención sobre el interés de estos diseños y realización de experimentos que exigen (y ayudan a desarrollar) una multiplicidad de habilidades y conocimientos. Se rompe así con los aprendizajes mal llamados “teóricos” (en realidad, simplemente librescos) y se contribuye a mostrar la estrecha vinculación ciencia-tecnología.

• El análisis y comunicación de los resultados, cotejándolos con los obtenidos por otros grupos de estudiantes y por la comunidad científica. Ello puede convertirse en ocasión de conflicto cognoscitivo entre distintas concepciones (tomadas todas ellas como hipótesis) y favorecer la “autorregulación” de los estudiantes, obligando a concebir nuevas conjeturas, o nuevas soluciones técnicas, y a replantear la investigación. Es preciso detenerse aquí en la importancia de la comunicación como sustrato de la dimensión colectiva del trabajo científico y tecnológico. Ello supone que los estudiantes se familiaricen con la lectura y confección de memorias científicas y trabajos de divulgación.

• La consideración de las posibles perspectivas: conexión de los conocimientos construidos con otros ya conocidos, elaboración y perfeccionamiento de los productos tecnológicos que se buscaban o que son concebidos como resultado de las investigaciones realizadas, planteamiento de nuevos problemas... Todo ello se convierte en ocasión de manejo reiterado de los nuevos conocimientos en una variedad de situaciones, contribuyendo a su profundización y resaltando en particular las relaciones ciencia, tecnología sociedad y ambiente que enmarcan el desarrollo científico, con atención a las repercusiones de toda índole de los conocimientos científicos y tecnológicos, propiciando, a este respecto, la toma de decisiones.

A continuación relacionamos una serie de actitudes que serán trasmitidas desde la puesta en práctica del modelo de aprendizaje mencionado anteriormente (Travieso, 2004):

• Elaborar proposiciones (suposiciones) para explicar un fenómeno observado,

• participar en el diseño de modelos matemáticos, algoritmos e instalaciones experimentales,

• participar en la planificación de las acciones que se realizan con determinada instalación experimental,

• hallar independientemente en libros, revista, medios electrónicos y otros, información necesaria para solucionar un problema;

• planificar, construyendo una guía, la confección del informe sobre la solución de un problema en clases;

• buscar con tenacidad soluciones a los problemas planteados, hasta exponer coherentemente (de forma oral y o escrita) el resultado obtenido;

• solucionar problemas relacionados con la técnica, la producción y los servicios a la sociedad;

• establecer las ventajas y limitaciones de una idea teórica, de un experimento o estudio realizado,

• plantear nuevas cuestiones o preguntas para ampliar y profundizar en torno a determinado estudio realizado;

• abordar colectivamente la resolución de los problemas planteados.

2. DESARROLLO

1. Ejemplo ilustrativo:

ESTUDIO DE LA CAÍDA DE LOS CUERPOS

¿Por qué hemos elegido esta práctica tan conocida y al mismo tiempo, según una opinión bastante generalizada, tan poco atractiva? “¿Qué interés pueden tener los estudiantes, hoy en día –se suele preguntar–, en dejar caer bolitas por un plano inclinado?”.

¿En qué medida van a poder adquirir con ello una visión estimulante y actual de la ciencia? ¿Qué interés puede tener, en definitiva, esa “física prehistórica”?

Son esas mismas preguntas las que nos han movido a elegir una práctica tan “tradicional”, pues pretendemos mostrar que la falta de atractivo de este tipo de trabajos deriva de la orientación que habitualmente se les da, y que su replanteamiento como una investigación, en la forma que aquí presentaremos, puede generar auténtico interés y proporcionar también, a través de la incorporación de elementos de la tecnología moderna a los diseños experimentales y al tratamiento de los resultados, una visión más actual de la ciencia.

En lo que sigue reproducimos el programa de actividades que hemos concebido para orientar la investigación de los estudiantes (designadas con la notación A.1., A.2.,...), acompañadas de comentarios que intentan justificar dichas actividades, transcribir sintéticamente las contribuciones de los estudiantes, etc.

Digamos por último, antes de pasar a transcribir esta práctica de caída de cuerpos, que su realización se propone cuando se ha procedido ya a la construcción, planteada también como una investigación, de las magnitudes que permiten describir el movimiento de un objeto, así como las ecuaciones que resultan en el caso de que la velocidad sea constante o lo sea la aceleración. Precisamente dichos conceptos y ecuaciones tienen un carácter de construcciones tentativas, de hipótesis de trabajo, y se trata ahora de constatar su validez para el estudio de los movimientos reales, como el de caída de los graves que aquí se propone, es decir, de constatar su capacidad para describirlos y predecir resultados contrastables experimentalmente.

a) Consideración del posible interés de la situación planteada

A.1. Discutan el posible interés que tiene el estudio de la caída de los cuerpos.

Conviene insistir en la importancia de esta discusión previa acerca del interés del estudio planteado: una orientación investigadora como la que aquí se propone es incompatible con la inmersión de los estudiantes en una tarea cuya finalidad y sentido se les escape. Esto es lo que suele hacerse, sin embargo, incluso cuando existe la voluntad de plantear la tarea como una investigación. Se argumenta al respecto que los alumnos difícilmente podrán conocer las razones que muestran la relevancia del estudio planteado y su posible interés. De hecho, cuando se les plantea dicha reflexión en esta práctica, inicialmente apenas se les ocurre nada, más allá de algunos tópicos como “se trata de un movimiento habitual en la vida cotidiana” y otros del mismo estilo. Pero, una vez roto el “hielo inicial”, va surgiendo toda una variedad de argumentos –relativos al lanzamiento de objetos desde diferentes lugares, al movimiento de los proyectiles, etc., que, además de favorecer una actitud más positiva hacia la tarea, permiten una aproximación funcional a las relaciones CTSA y auspician la adquisición de una concepción preliminar de la tarea. Conviene puntualizar, sin embargo, que lo esencial no es que los estudiantes sean capaces de dar abundantes y valiosos argumentos sobre el interés de la situación planteada, sino que se modifique la actitud con que enfocan la tarea, haciéndola más relevante, menos “ejercicio escolar”.

El profesor tiene, claro está, un papel esencial en esta discusión: le corresponde resaltar y “amplificar” los argumentos dados por los estudiantes y añadir otros, intentando relacionarlos con los que ellos han utilizado. Así, la idea de que “se trata de un movimiento habitual en la vida cotidiana” puede dar lugar a que el profesor resalte algunos aspectos como, en primer lugar, la importancia de recurrir a un movimiento muy común, relativamente simple y fácil de reproducir, para comenzar a estudiar la validez de los conceptos introducidos hasta aquí. Se puede insistir, a ese respecto, en que los investigadores comienzan, en general, con el planteamiento de situaciones sencillas, acotadas, para pasar después a otras más complejas. Si queremos conocer un movimiento con importantes aplicaciones prácticas como el lanzamiento de un proyectil (por citar un ejemplo habitualmente mencionado por los estudiantes), es conveniente comenzar por la situación más elemental, que es, precisamente, la de su caída desde una cierta altura.

Por otra parte, el hecho de que se trate de un movimiento reiteradamente observado permite también hacer una predicción “inquietante”: su estudio permitirá constatar –puede anunciarse a los estudiantes - que muchas cosas que nos son familiares resultan sistemáticamente mal interpretadas. Ello les aproximará a una característica esencial de la actividad científica: la necesidad de cuestionar lo que parece obvio, evidente, “de sentido común”. Hemos podido comprobar que una predicción como ésta, realizada con cierto énfasis, genera un cierto “suspense” y refuerza el interés del trabajo que se va a realizar.

Cabe señalar, por último, que al evaluar la nueva orientación de los trabajos prácticos, los estudiantes valoran muy positivamente esta reflexión inicial y la consideran uno de sus elementos más importantes y motivadores.

b) Análisis cualitativo inicial de la situación y precisión del problema.

La discusión acerca de la importancia del estudio planteado contribuye, como ya hemos señalado, a que los estudiantes comiencen a formarse una concepción preliminar de la situación problemática. Ello les permite ahora –sin la brusquedad que supone “entrar en materia” directamente – realizar un análisis cualitativo más detenido, que les ayude a acotar la situación y transformarla en un problema preciso. A tal objeto se puede plantear la siguiente actividad:

A.2. Teniendo en cuenta las experiencias cotidianas, ¿qué puede decirse, a título de primeras conjeturas, acerca del movimiento de caída de los cuerpos?

En la discusión con los alumnos aparecen dos núcleos de ideas:

1) Muchos de ellos piensan que cuanto mayor sea la masa del cuerpo, más rápidamente llegará al suelo, aunque algunos otros puedan cuestionarlo, porque recuerdan haber estudiado en algún curso precedente que el tiempo de caída es independiente de la masa.

2) Se trata de un movimiento de velocidad creciente, tal vez uniformemente acelerado.

Conviene centrarse, en primer lugar, en la hipótesis de la influencia de la masa. Como vemos, el debate ha permitido sacar a la luz, de un modo natural, las preconcepciones que tienen los alumnos sobre el fenómeno estudiado. Diversas investigaciones han mostrado, en efecto, lo persistente que resulta la creencia, en estudiantes de distintos niveles de enseñanza, acerca de que la rapidez de la caída depende de la masa del cuerpo. Pero estas preconcepciones adquieren ahora el estatus de hipótesis que deben ser sometidas a prueba y, en caso de verse falsadas, sustituidas por otras, etc.

Cuando se pide a los estudiantes que fundamenten su hipótesis, avanzan argumentos que pueden ser parcialmente ciertos (como “el cuerpo que pesa más es atraído con una fuerza mayor”), pero que conducen a conclusiones incorrectas por incurrir en “reduccionismo funcional” (es decir, por no tener en cuenta otras posibles consecuencias de la modificación de la masa). El argumento principal, sin embargo, es la experiencia reiterada de ver caer, en general, lentamente a objetos muy ligeros y más rápidamente a los más pesados. Es esta “evidencia” la que se impone y la que merece ser cuestionada, sin detenerse, por ahora, en mayores fundamentaciones, que obligarían a consideraciones dinámicas prematuras y podrían debilitar el muy conveniente “choque” producido por la falsedad de la hipótesis.

A.3. Procedan a contrastar las hipótesis acerca de la influencia o no de la masa en el tiempo de caída. La experiencia que consiste en dejar caer dos cuerpos “pesados” que tienen masas muy diferentes permite a los estudiantes constatar que, en general, el tiempo de caída no depende de la masa, al menos de modo esencial. Pero se plantea también la discusión de por qué cuerpos “muy ligeros”, como una hoja de papel, una pluma, etc., caen tan lentamente, haciendo surgir la idea de que ello sea debido a la fricción con el aire. Conviene, pues, proponer la siguiente actividad:

A.4. Diseñen distintas experiencias para mostrar que, si se hace despreciable la fricción con el aire, todos los cuerpos caen prácticamente en el mismo tiempo.

Los alumnos sugieren, a menudo, la utilización de un tubo largo de vidrio del cual se pueda extraer el aire. Galileo no pudo realizar esta experiencia porque en aquella época aún no se había construido la bomba de vacío, y tampoco hoy muchas escuelas cuentan con tales bombas y con el tubo de vidrio adecuado para realizarla. Ello obliga a solicitar otros diseños, aunque valorando como se merece esta propuesta de los estudiantes, que constituye la forma de contrastación más directa.

Los estudiantes proponen entonces diversos e ingeniosos diseños para reducir la fricción de, por ejemplo, una hoja de papel con el aire, similares a los que recoge la historia de la ciencia: colocar la hoja de papel sobre un libro y dejarlos caer; hacer caer verticalmente la hoja de papel colocándola, para ello, junto a un libro también vertical; “arrugar” la hoja de papel hasta transformarla en una pequeña esfera. Los tres diseños, y particularmente el último, llevan a la conclusión de que, en ausencia de resistencia del aire, el tiempo de caída es independiente de la masa de los cuerpos. Los estudiantes se han visto obligados, pues, a modificar su hipótesis inicial y, al propio tiempo, a replantear la investigación, acotándola con mayor precisión: ahora se trata de estudiar la caída de los cuerpos en ausencia de resistencia del aire (o cuando ésta es despreciable). Esto es algo que merece ser resaltado, pues es una buena ocasión para que perciban el carácter no lineal de una investigación. Nos ocuparemos, en lo que sigue, de la segunda de las hipótesis inicialmente formuladas, teniendo ahora en cuenta las precisiones introducidas sobre la ausencia de resistencia del aire.

c) Operativización de la hipótesis acerca de que el movimiento de caída de los cuerpos es uniformemente acelerado.

Dado que no podemos medir directamente la aceleración de caída para comprobar si es constante o no, es necesario derivar consecuencias contrastables, que hagan dicha hipótesis operativa:

A.5. Deduzcan, a partir de la hipótesis de que la caída de los cuerpos tiene lugar con aceleración constante, alguna consecuencia directamente contrastable.

Esta derivación implica el manejo del cuerpo de conocimientos disponible, poniendo de manifiesto, una vez más, el importante papel que éste juega a lo largo de toda la investigación. Los estudiantes, tras concluir que las únicas medidas directas posibles, en el estudio de un movimiento, son las de distancias y tiempos, y habiendo deducido ya las ecuaciones del movimiento uniformemente acelerado, recurren a la ecuación h = 1/2at2, para el caso de que la velocidad inicial sea cero. La hipótesis operativa es, pues, que la relación entre los tiempos t de caída desde distintas alturas y los valores h de dichas alturas podrá ser descrita mediante la ecuación h = kt2.

Otra variante para operativizar la hipótesis consiste en construir el gráfico v = f (t) con el fin de comprobar si es una línea recta. Ello remite también, por supuesto, a medidas de distancias y tiempos, pero resulta conveniente mostrar que existen distintos caminos de contrastación, distintas consecuencias contrastables.

d) Elaboración de estrategias para someter a prueba las hipótesis formuladas

A.6. Diseñen experimentos para contrastar la hipótesis de que el movimiento de caída de los cuerpos es uniformemente acelerado.

Los estudiantes, de entrada, suelen proponer dejar caer una pequeña esfera, para evitar al máximo el rozamiento, desde distintas alturas y medir en cada caso el tiempo empleado en caer para ver si los valores obtenidos se ajustan a la relación prevista. Es necesario hacerles notar que los tiempos de caída son tan pequeños que no es posible realizar medidas precisas de los mismos en esas condiciones. Conciben entonces la posibilidad de fotografiar la caída de la esfera, al lado de una cinta métrica, “con una cámara que dispare automáticamente a intervalos de tiempo regulares y muy breves”. Éste es un procedimiento que se ha utilizado, con buenos resultados, conviene indicar a los estudiantes a modo de refuerzo de sus planteamientos, recurriendo a fotografías estroboscópicas.

La idea de la automatización aparece como algo básico para evitar los problemas de coordinación entre el instante de soltar la esferita y la puesta en marcha del cronómetro. En ese sentido surge también la propuesta de utilizar relojes electrónicos, que se pongan en marcha al soltarse la esfera y se paren al chocar ésta contra un tope.

Aquí es pertinente señalar que en calidad de reloj electrónico puede emplearse un ordenador, lo que permitiría, además, elevar el nivel de automatización en la realización del experimento (Guisasola et al., 1999). En particular, teniendo en cuenta su capacidad para almacenar datos en memoria, parece lógico intentar, utilizando determinados sensores, el registro de las distancias y los tiempos en un movimiento único, evitando así la necesidad de repetir varias veces las experiencias de caída. Por otra parte, el disponer de los datos en la memoria del ordenador posibilitaría, mediante un programa informático, elaborado al efecto o profesional, el procesamiento inmediato de ellos. Estas ideas merecen ser resaltadas como ejemplos de aproximación a los actuales principios tecnológicos de la automatización de experimentos, lo cual debe constituir uno de los objetivos de la enseñanza de las ciencias en la actualidad (Valdés y Valdés, 1994).

Pese al interés de las propuestas precedentes, conviene hacer notar a los estudiantes que en la época de Galileo no se disponía, obviamente, de medios adecuados ni para la medida precisa de los tiempos ni para la automatización. Ello le llevó a concebir la posibilidad de “debilitar” la caída, haciéndola más lenta. Se trataba de imaginar algún movimiento asociado a la caída de los cuerpos pero que tuviera lugar más lentamente (sin para ello, claro está, introducir fricción). Esto constituye una estrategia ingeniosa para “salir del impase” y merece la pena que los estudiantes se planteen dicha tarea como un ejemplo de la creatividad que exige, en todo momento, el desarrollo de una investigación.

A.7. Conciban varios procedimientos para “debilitar” la caída de los cuerpos, pero sin desvirtuar su naturaleza de caída en ausencia de fricción.

Cabe señalar que, en ocasiones, algunos estudiantes conocen ya el experimento del plano inclinado, de aquí que la actividad solicite varios procedimientos. Los estudiantes encuentran serias dificultades para imaginar un diseño adecuado, y sus primeras propuestas suelen incluir fuerzas de resistencia (“dejar caer la esferita en un tubo lleno de un líquido viscoso”, “colgar la esferita de un pequeño paracaídas”...). La discusión de estas propuestas y la insistencia del profesor en que se trata de lograr que el cuerpo caiga más lentamente sin introducir fuerzas de resistencia al movimiento conduce, sin embargo, a propuestas adecuadas –además de dejar caer la esferita por un plano inclinado– como, por ejemplo, colgar dos masas iguales de los extremos de un cordel que pasa por una polea sin rozamiento apreciable y colocar una pequeña sobrecarga en uno de los extremos.

Otro diseño parecido y habitualmente propuesto consiste en utilizar un carrito que pueda moverse por un plano horizontal con fricción despreciable, del que tira –con ayuda de una cuerda y polea fija al extremo del plano– un pequeño cuerpo que cae verticalmente.

Es preciso insistir en que merece la pena tener algo de paciencia y permitir a los estudiantes que lleguen a concebir estos diferentes diseños, pues ello constituye una excelente ocasión para que entren en contacto con una de las tareas más creativas y satisfactorias del trabajo científico (lamentablemente escamoteada en las prácticas habituales, cuyo diseño se da ya elaborado). Una tarea que, como ya hemos señalado, pone de relieve el papel central de la tecnología en el desarrollo científico.

Se puede proceder ahora a realizar alguno de los experimentos diseñados sin el peligro de que sean vistos como tareas tediosas, sin interés y sin vinculación con lo que es la ciencia actual.

e) Planificación y realización de los experimentos

Aunque al llegar a este punto se posee ya una concepción general de los diseños, ello no significa que ahora quede una actividad puramente manipulativa.

A.8. Realicen el experimento relativo a la caída de una esferita por un plano inclinado.

Incluso en un diseño tan elemental como éste, desde el punto de vista técnico, surgen numerosos problemas que deben ser resueltos. Por ejemplo, ¿cómo soltar la esfera para no comunicarle velocidad inicial?, o ¿cómo coordinar el inicio y final del movimiento con la puesta en marcha y detención del cronómetro? La dificultad de esta coordinación –que se traduce en dispersiones muy significativas de los tiempos, dada su brevedad– hace ver la conveniencia de automatizar el proceso, por ejemplo, con ayuda de un ordenador. Esto requiere –si los estudiantes carecen de experiencia en este campo– una intervención mucho más directa del profesor, pero la comprensión básica de los montajes y del programa informático requerido está al alcance de los estudiantes y permite la vinculación de esta investigación con elementos fundamentales de la tecnología moderna.

Utilizando la función TIMER del lenguaje BASIC, por ejemplo, es posible medir intervalos de tiempo con exactitud de unas cinco centésimas de segundo, lo que sería suficiente en el caso de la caída por un plano inclinado, y mediante un programa convenientemente elaborado dicha exactitud puede llegar hasta 10-5s (Valdés y Valdés, 1998). La entrada de información digital al ordenador se efectúa empleando sencillos interruptores: por ejemplo, la esfera puede estar cerrando inicialmente un circuito conectado al ordenador, y al soltarla, es decir, al abrir el circuito, se pone en marcha el reloj, luego, cuando choca contra un tope móvil, provocando la apertura de otro circuito, se realiza la lectura del tiempo transcurrido. El registro de la información puede hacerse a través del puerto de juegos mediante la función INP.

No es necesario, sin embargo, proceder en este momento a un estudio detenido de todo el proceso de automatización, programas informáticos, etc. Ello constituye, en sí mismo, una investigación tan exigente o más que el estudio del movimiento a que estamos procediendo. Por eso puede ser más adecuado aquí limitarse a utilizar los medios disponibles y dejar planteado, como perspectiva futura, el estudio detenido de sus fundamentos, aplicaciones generales, etc. Se trataría, pues, de presentar brevemente a los estudiantes el montaje que va a utilizarse -siguiendo su propuesta de automatización- y pedirles la realización del experimento, que ahora puede ser, directamente, la caída vertical, gracias a la mayor precisión alcanzada en la medida de los tiempos.

A.9. Lleven a cabo el experimento relativo a la caída vertical, automatizando las mediciones de tiempo con ayuda de un ordenador.

Por último, si se dispone del equipo que permita obtener la fotografía estroboscópica, se puede proceder a la realización de este experimento, aunque plantea dificultades que no son fáciles de resolver en el aula. Es posible, sin embargo, proporcionar a los estudiantes la fotografía obtenida “por otros investigadores”.

A.10. La figura que se proporciona muestra la fotografía estroboscópica de una esferita que se dejó caer desde cierta altura. Procedan a la construcción de una tabla de las posiciones, e, que va ocupando la esferita, en función del tiempo, t.

Los estudiantes han de efectuar la lectura cuidadosa de las distancias recorridas por la esferita (con ayuda de la cinta métrica que aparece en la misma foto) y el cálculo de los tiempos correspondientes.

Ésta puede ser una buena ocasión para recordar que la verificación de una hipótesis implica, en general, el trabajo de numerosos equipos, y que no tiene sentido pensar que un solo equipo ha de realizar todos los experimentos posibles. Lo que sí es necesario es poner en común los distintos resultados obtenidos y constatar en qué medida son coherentes entre sí. Ello nos remite, pues, al análisis de los resultados.

f) Análisis y comunicación de los resultados y de las perspectivas abiertas

A.11. Analicen e interpreten los resultados obtenidos en los experimentos realizados.

Para procesar los datos obtenidos también puede emplearse algún programa informático, por ejemplo, tabuladores electrónicos como Excel o Microcal Origin. Los resultados conseguidos con el plano inclinado utilizando un cronómetro manual parecen ajustarse a la relación e = kt2, aunque con elevados márgenes de imprecisión. La automatización de la medición del tiempo mejora muy sensiblemente esos resultados, incluso para la caída vertical desde pequeñas alturas. En este caso el gráfico de e = f(t2) es una clara línea recta, sin apenas desviaciones. Lo mismo ocurre con los valores que se obtienen a partir de la fotografía estroboscópica.

Se puede ir un poco más lejos en el análisis de los resultados y solicitar a los estudiantes que determinen el valor de la aceleración de caída libre y lo cotejen con el que se proporciona en los libros de texto.

A.12. Determinen el valor de la aceleración de caída libre de un cuerpo a partir de los datos obtenidos.

Los valores obtenidos para esta aceleración son, en general, muy próximos al valor aceptado por la comunidad científica, lo que tiene un efecto particularmente motivador para los estudiantes.

Todos los resultados apoyan, pues, la hipótesis de la aceleración de caída constante.

Ésta era, por lo demás, la hipótesis inicial. Podría pensarse, por ello, que quizás no era necesario un tratamiento tan detenido y que una simple verificación con un único experimento bastaba. Sin embargo, es preciso dejar bien patente que la aceptación de un resultado por la comunidad científica tiene muy serias exigencias que obligan a la obtención de una multiplicidad de resultados en distintas situaciones y a mostrar la coherencia de todos ellos. Ésta es la mejor forma de romper con aceptaciones acríticas de las “evidencias de sentido común” como, por ejemplo, la creencia de que los cuerpos caen tanto más aprisa cuanto mayor es su masa. Debemos ser conscientes, a este respecto, de que, aunque dicha hipótesis ha sido claramente falsada con los experimentos realizados en la primera parte de esta investigación, la superación permanente de estas ideas espontáneas no puede ser el resultado de algunos experimentos como los realizados, sino que exige la adquisición de un cuerpo de conocimientos coherente y global y, más aún, una nueva forma de razonar, de enfrentarse a los problemas.

De hecho, los estudiantes no pueden explicarse por qué cuerpos de distinta masa caen con la misma aceleración; y no lo harán mientras no se apropien del sistema de conceptos de la mecánica newtoniana. Por ello, a pesar de los resultados obtenidos en esta investigación, bastantes estudiantes vuelven a utilizar sus esquemas iniciales en cuanto se varía ligeramente el contexto. Dicho de otro modo, los cambios conceptuales no se producen con tratamientos puntuales, sino como resultado de la adquisición de un cuerpo de conocimientos capaz de desplazar, de forma global, las concepciones iniciales. Esto es algo que debe quedar claro al discutir las perspectivas abiertas por la investigación.

A.13. Consideren las perspectivas abiertas por esta investigación susceptibles de originar nuevos estudios.

Muchas de las perspectivas han sido consideradas ya en los momentos oportunos durante el desarrollo de la investigación, pero al finalizar ésta conviene recapitularlas. Podemos referirnos así, entre otras tareas que han quedado pendientes, a:

• explicar el hecho de que, en ausencia de resistencia del aire, todos los cuerpos caen con la misma aceleración;

• extender la investigación al estudio de otros movimientos de interés práctico, como el de los proyectiles;

• investigar los factores de los cuales depende la fuerza de resistencia que ofrece el aire durante la caída de un cuerpo;

• diseñar dispositivos que permitan elevar el nivel de automatización del registro de posiciones y tiempos durante el movimiento de un cuerpo, profundizando en las características de distintos tipos de sensores y en el funcionamiento, a este respecto, de un ordenador, diseñando sencillos programas que posibiliten el registro de información digital, etc.

Conviene, por último, que los estudiantes recojan el trabajo realizado en una memoria de la investigación, planteada como práctica de un aspecto esencial de la actividad científica: la comunicación.

A.14. Elaboren una memoria de la investigación realizada, destinada a ser publicada en las actas del curso.

Es preciso dar a esta actividad el sentido de la auténtica comunicación científica, superando su connotación habitual de simple ejercicio escolar, destinado a ser calificado por el profesor. En este sentido, puede ser muy conveniente hacer jugar el papel de “referees” a cada grupo de estudiantes, dándoles a analizar un cierto número de memorias para que sugieran modificaciones a los autores, etc. La “publicación” de unas actas del trabajo realizado durante el curso y la organización de sesiones de comunicación oral (con ayuda de transparencias, videos, simulaciones, etc.) y de sesiones “póster”, contribuye a dar interés a este esfuerzo de comunicación, además de proporcionar una visión más correcta del trabajo científico, buena parte del cual está centrado en dicha comunicación.

g) Recapitulación del estudio realizado acerca de la caída de los cuerpos

La orientación de los trabajos prácticos que hemos ilustrado con este ejemplo pretende que los estudiantes se familiaricen con la extraordinaria riqueza de la actividad científica, superando los reduccionismos habituales. Es conveniente, por ello, terminar solicitando una recapitulación de los aspectos más destacados del tratamiento realizado, con objeto de favorecer una meta-reflexión que refuerce la apropiación consciente de las estrategias del trabajo científico.

Puede ser conveniente también que los profesores procedamos a dicha recapitulación en cada práctica que preparemos, tanto para poder apoyar la que realicen los estudiantes como para analizar si el programa de actividades, diseñado para dirigir la investigación, es adecuado para proporcionar una visión de la ciencia como actividad abierta y creativa.

Invitamos a los lectores a realizar dicha recapitulación para el ejemplo que hemos trascrito, con la esperanza de que el resultado les parezca una propuesta inicialmente aceptable y suficientemente abierta para permitir su apropiación personal y perfeccionamiento, en un proceso que convierte también el trabajo docente en una actividad investigadora.

Antes de finalizar el capítulo queremos llamar la atención sobre otro tipo de “prácticas”, destinadas al diseño y elaboración de productos tecno científicos que han de funcionar, y que poseen un gran poder motivador para los estudiantes (¡y profesores!), por su naturaleza de reto, de problema abierto que va más allá de lo puramente escolar.

Se trata de tareas que pueden contribuir a introducir y manejar conceptos de forma sencilla y atractiva y que permiten aprovechar en el aula algunas de las características más positivas de una educación científica no formal: elaboración de productos, a partir de materiales de fácil acceso y como respuesta a problemas tecno científicos de interés, a menudo destinados a ser presentados en sesiones abiertas a un público amplio, etc.

En el proceso de dirección del PEA de la Física, es importante dominarlas técnicas de trabajo en grupos, para ello ofrecernos un resumen sobre aspectos teóricos relacionados con el método interactivo de trabajo en grupo.

2. El método interactivo de trabajo en grupo, reglas, roles y técnicas.

Una de las vías fundamentales para la aplicación de la dirección participativa la constituye el método interactivo de trabajo en grupo. El trabajo en grupo posibilita la participación, y por lo tanto la calidad.

El trabajo en grupo es una actividad que requiere de la reunión de dos o más personas que tienen objetivos, normas y metas comunes y su esencia consiste en la consecuente solución de tareas prácticas estrechamente interrelacionadas.

El trabajo en grupo permite:

• Aportar ideas para la solución de los problemas la inteligencia colectiva es superior a la individual.

• Buscar criterios.

• Facilitar y motivar la ejecución de las tareas

• Facilitar el control y el cambio

• Lograr la cohesión dentro del colectivo (uno para todos y todos para uno)

• Enriquecer ideas

• Disminuir errores, con una mayor efectividad en las soluciones, dada la utilización de la inteligencia colectiva.

No obstante, la efectividad de los resultados puede disminuir si se produce una actitud poco crítica, por falso sentido de la fidelidad y por temor a la crítica, lo cual implica que se dejen de plantear ideas valiosas. Para evitar que esto ocurra, se debe adiestrar al grupo en el cumplimiento de las siguientes reglas:

2.1. Algunas reglas para lograr una discusión efectiva en grupo.

1. Oír y respetar los puntos de vista de todos los miembros del grupo.

2. Ayudar a que todos se sienten parte de la discusión.

3. Nunca diga que usted personalmente no está de acuerdo con alguien, más bien diga que usted opina de distinta manera.

4. No se considere obligado a refutar a alguien que tenga opiniones distintas a la suya.

5. Ayude conscientemente a que otros participen.

6. Sea abierto y promueva que los demás digan lo que piensan.

7. Cada miembro es responsable del desarrollo y éxito de la discusión.

8. Mantenga su participación en los niveles mínimos, para que otros puedan participar.

9. La única pregunta estúpida es la que no se hace.

10. Manténgase abierto y busque los méritos en las ideas de los demás

11. Evite ser criticón y sarcástico con otros miembros del grupo.

12. Nunca subestime las ideas, preguntas, etc. de los demás.

13. Evite conversaciones y otras actividades que distraigan la atención del asunto que se está tratando.

14. Mantenga una actitud amistosa y de apoyo.

2.2. Roles que deben asumir los participantes del trabajo en grupo.

Los miembros del grupo deben asumir distintos roles, que facilitan la organización y dirección adecuada de la actividad (entre ellos, destacamos los siguientes)

• Jefe de grupo o facilitador: es el responsable del cumplimiento de la tarea asignada al grupo. Ayuda al grupo a enfocar sus energías en la tarea. Sugiere métodos y procedimiento para el trabajo. Protege a los miembros del grupo de los ataques personales y garantiza que todo tenga oportunidad de participar. Garantiza la lógica necesaria para la discusión. Cuando se trabaja a grupo completo generalmente este papel lo asume el profesor.

• Registrador: su función es la de resumir las ideas básicas emitidas por los integrantes del grupo, sin cambiar su esencia. Para ello puede usar signos, marcas, etc., ahorrando palabras. Este registro se llama “Memorias de grupo” y sirve para grabar el trabajo realizado.

• Controlador: controla el cumplimiento del tiempo asignado para la tarea y de los pasos a seguir para la discusión. Reencausa la discusión hacia los objetivos, cuando los participantes se desvíen a ellos. Interrumpe intervenciones dilatadas.

• Presentador: se selecciona por el grupo al finalizar el trabajo, atendiendo a la preparación lograda durante el mismo. Su función es trasladar al auditorio el resultado del trabajo del grupo para ello debe ofrecer una panorámica de las conclusiones que ha arribado su colectivo, en el tiempo que se haya asignado para ello, hablando directamente al auditorio, cuidando su lenguaje oral y gestual, de modo que logre una buena comunicación. Debe trasmitir con exactitud las ideas a las que el grupo haya logrado por consenso, aunque que personalmente no esté de acuerdo.

• El resto de los miembros del grupo: exigen que sus ideas sean registradas con exactitud hacen sugerencias de procedimientos para la solución de la tarea planteada. Centran su atención en el cumplimiento de la tarea. No atacan y respetan las ideas de los demás.

Es conveniente que los miembros del equipo como los roles que estos juegan varían periódicamente, para que todos aprendan a dirigir y ser dirigidos. También deben variarse la forma de constituir los equipos, utilizar procedimientos motivadores que mantengan a los alumnos a la expectativa de cómo los reunirán la próxima vez.

Debe tenerse en cuenta ir graduando desde un inicio las dificultades, asignando al principio tareas breves, fáciles de distribuir entre los integrantes, muy bien especificados y orientando claramente como trabajar en equipo. A medidas que los estudiantes se adaptan a esta forma de organización y se habitúan hablar en voz baja consultarse, ayudarse, compartir los materiales, aprovechar el tiempo, etc., se pueden ir asignando tareas cada vez más compleja y de mayor duración en ocasión pueden ocupar varios turnos de clases.

Las tareas a realizar por los equipos deben estar bien especificadas y orientadas pero con cierto margen para que los alumnos puedan tomar decisiones sobre las formas de realizarlas, las estrategias a emplear para consultar los materiales; de manera que, a la vez que realicen la tarea cognoscitiva, desarrollen habilidades docentes tales como: planificar, organizar el trabajo, ordenar los materiales y controlar los resultados.

Mientras los equipos trabajan en forma independiente, el profesor debe pasar por cada uno de ellos, quedarse unos minutos, observar como realizan las actividades, garantizar que todos trabajen. Si es indispensable, debe intervenir con preguntas orientadoras.

2.3. Técnicas a utilizar para el trabajo en grupo.

Entre las técnicas más utilizadas para logra los propósitos del trabajo en grupo, se encuentran las siguientes:

Presentación del grupo: Existen diversas formas de realizar la presentación de un grupo; pero una de las más utilizadas es la presentación individual: El profesor o uno de los profesores del grupo se presenta, ofreciéndose de modelo y después selecciona el alumno que debe presentarse, éste cuando termina su presentación selecciona a otro y así sucesivamente hasta que se hayan presentado todos.

Los aspectos a tener en cuenta en la presentación pueden ser también muy diversos y pueden contener elementos para reflexionar, elementos jocosos y otros que se quieran. Generalmente utilizamos los siguientes:

• Nombres y apellidos

• Promedio escolar (o experiencia docente, o como profesional, según la constitución del grupo).

• ¿Cómo es su familia?

• ¿A qué dedicas el tiempo libre?

• ¿Cuál es tu principal virtud y tu principal defecto como…. estudiante, como profesional, u otro? (en dependencia de la constitución del grupo)

Estos aspectos pueden aparecer muy generales, pero precisamente se trata de que cada cual exponga abiertamente lo que entienda en cada una de ellos.

Expectativas: Esta es una técnica muy útil para conocer los criterios de los participantes sobre lo que esperan del curso y permite enriquecer los objetivos del mismo, constituyéndose las expectativas de los alumnos en compromisos que los profesores deben cumplir, por ello, en aquellos casos en que a las expectativas no se les pueda dar cumplimiento, por ser ajenas a los objetivos del curso, se les debe hacer saber a los alumnos esa imposibilidad.

Anti-éxito: Esta técnica complementa a la anterior. Mediante ella los alumnos expresan sus criterios acerca de lo que pueden y hacer para que no se puedan lograr los objetivos del curso ni sus expectativas. Una vez que se han formulado todas las ideas anti – éxito, se convierte en un compromiso de los alumnos no incurrir en ninguna de esas acciones.

Auto evaluación: En la actividad introductoria al curso, se proponen a los participantes los indicadores para su propia evaluación, los cuales ellos pueden aceptar o modificar (aparecen en el programa) Los alumnos proponen además cuatro o cinco indicadores para evaluar el trabajo de los profesores. También se les informa que durante todo el curso cada alumno debe tener en cuenta estos indicadores, para al finalizar, calificar cada uno de ellos, evaluándose a si mismo, a cada uno de sus compañeros de grupo y a cada uno de los profesores.

Tormenta de ideas: Llamada también tormenta de cerebro, torbellino de ideas o “brainstorming”, consiste en la realización de una actividad, por medio de la cual se amontonan todas las ideas brindadas espontáneamente por los integrantes de un grupo, ante un problema específico.

La tormenta de ideas puede realizarse de tres modos diferentes:

a) En tira de papel: El que dirige la actividad pide a los participantes que escriban sus ideas en tiras de papel, posteriormente se recopilan las tiras, se organizan las ideas y se escriben en la pizarra u otro lugar observable para todos.

b) En rueda libre: los participantes exponen voluntariamente sus ideas y estas se escriben en lugar observable para todos.

c) En rueda dirigida: Se procede igual que en la anterior, pero en este caso, se designa directamente, pidiéndole sus ideas por orden a cada participante

Al igual que el resto de las técnicas de la creatividad la tormenta de ideas debe ser aplicada en aquellos casos los cuales no exista una solución establecida o la que exista no sea óptima. Se debe aplicar cuando no es imprescindible el criterio de expertos y cuando se requieren una alta creatividad a partir de un gran número de ideas generadas por un grupo de personas.

Para aplicar la tormenta de ideas, se comienza con exponer al grupo los aspectos y contenidos del problema que se requiere analizar y les pide que den sus criterios al respecto. Debe lograrse una atmósfera adecuada, para que las ideas fluyan libremente durante su generación se debe entrenar a un grupo para que puedan romper esquemas rígidos de pensamientos y lograr que todos sientan que sus ideas serán aceptadas sin críticas ni evaluación por los otros participantes. Las reglas que logran el relajamiento adecuado son:

• Relájese y deje que las ideas lleguen a Ud.

• No evalúe las ideas.

• Esté atento y perfeccione las ideas de los otros.

• Trate de producir la mayor cantidad de ideas.

Después que se han emitido y registrado todas las ideas, se procede a la evaluación de las mismas, es decir, el juicio crítico sobre las ideas es aplazado hasta el final y a partir de este análisis, se llega a la solución del problema planteado, elaborando un concepto o sistema de conceptos, un nuevo conocimiento, etc., con la gran ventaja de que los resultados obtenidos el grupo los siente como propios, ya que han sido “elaborados” colectivamente.

Positivo-Negativo-Interesante (PNI): Esta técnica se utiliza para evaluar la actividad realizada y es muy útil, pues sirve para conocer que aspectos llamaron más la atención de los alumnos por su calidad y cuales deben ser mejorados. Se emiten los criterios en tormenta de ideas y son registrados en la pizarra, para que todos lo observen. Los profesores llevan un registro de estas evaluaciones en su cuaderno.

Tu Amigo Secreto (TAS): Es una técnica muy motivadora. Cuando ya se ha estabilizado la matrícula del grupo (segunda o tercera sesión de trabajo), se escribe cada nombre de los participantes, incluyendo el de los profesores, en pequeños pedazos de papel, que se doblan para ocultar su contenido y se reparte al azar entre los miembros del grupo. No se admite que alguien cambie el nombre que le tocó (al no ser el suyo propio), para evitar la influencia de la simpatía entre compañeros, pues precisamente lo que se busca es estrechar los las relaciones entre todos.

Los amigos secretos se mandan mensajes anónimos unos a otros, los cuales firman “TAS”. Se trata de que se conserve este anonimato hasta que finalice el curso, es decir, cada cual sabe a quién le envía los mensajes, pero no quien se los envía. Cada persona puede enviar también mensajes a otros miembros del grupo, aunque no sean su amigo secreto. En este caso puede o no conservarse el anonimato y se firma “NOTAS”.

Se habilita un buzón, para recoger los mensajes y mantenerlos ocultos, para darle lectura en momentos intermedios de actividades, como una vía para el relajamiento y animación. La frecuencia y el momento de la lectura de los mensajes lo decide el profesor, según las posibilidades, en clase o extra clase. En la fiesta final, cada cual trata de adivinar, atendiendo los mensajes y otras pistas que se dejan voluntaria o involuntariamente, quien su amigo secreto.

Los mensajes pueden contener recomendaciones para ayudar al compañero, para criticarlos continuamente, para alabarlo, etc. Pueden ser escritos muy en serio, o en broma, en prosa o en versos, pueden acompañarse de dibujos o caricaturas, cualquier otra idea que creativamente se le ocurra al que los envía, pero siempre se forma respetuosa y que no hiera la sensibilidad del que lo recibe, usualmente, en la fiesta de fin de curso se realiza un intercambio de regalos, mediante el cual se descubren los amigos secretos.

Para poner en práctica en la escuela la dirección participativa y sus técnicas, recomendamos que en la primera semana del curso, en una sesión extra clase, se apliquen las técnicas a cada grupo, por el equipo de profesores que trabajarán con ellos y se les enseñen las reglas y roles para el trabajo en grupo en una actividad práctica que les sirva de adiestramiento inicial para el trabajo sistemático futuro en las clases. Esta actividad debe ser cuidadosamente preparada por el colectivo de profesores del grupo, para que resulte emocionante y efectiva.

CONCLUSIONES

• Los fundamentos que sustentan la estrategia metodológica que potencia el desarrollo de la cultura científica propuesta tiene en cuenta la experiencia internacional y nacional en el campo de la didáctica de las ciencias y en lo particular el enfoque investigativo y el aprendizaje desarrollador, con base en el enfoque histórico cultural.

• El ejemplo propuesto para potenciar el proceso de desarrollo de la cultura científica en los estudiantes de décimo grado integra coherentemente el enfoque investigativo y el aprendizaje desarrollador, donde el estudiante realiza actividades prácticas, gnoseológicas, valorativas y comunicativas, con sistematicidad y coherencia, lográndose la unidad del trabajo metodológico del colectivo pedagógico; todo lo cual implica elevar y mantener el interés durante dicho proceso.

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