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La Enseñanza Basada en Tópicos o Problemas en la Educación en Ciencias

Susan E. Lewis

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El utilizar tópicos o problemas de actualidad en las aulas de ciencia ayuda a los estudiantes a:

  • desarrollar habilidades para el análisis crítico y para el aprendizaje de por vida
  • poder lidiar con la naturaleza cambiante de la ciencia en la sociedad
  • tomar decisiones sobre los tópicos científicos a los cuales se enfrentarán en el futuro hacer que la ciencia “tome vida”

September 2003

Los temas científicos en los medios de comunicación nos retan casi a diario.
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Una amplia variedad de temas de ciencia para la enseñanza pueden ser encontrados en los periódicos. Foto: Microsoft Image.

  • “La vacuna contra el ántrax: Controversia sobre su seguridad y eficacia”
  • “Shangai emite una nueva regulación sobre SARS”
  • “Los EEUU se retiran del Tratado de Kyoto sobre Calentamiento Global”
  • “¿Está en peligro el Tratado de Especies en Peligro de Extinción?”
  • “La enfermedad del cerebro aumenta en venados, asustando a los cazadores”
  • “La renacida Quagga reta a la extinción”
  • “El Presidente Bush y los ambientalistas no están de acuerdo con las políticas de fuego en los bosques”
Atacar a los problemas hace que la ciencia “cobre vida.”

Uno solo necesita abrir un periódico para identificar una gran variedad de tópicos basados en ciencia que pueden servir como un excelente vehículo para hacer que la ciencia “tome vida” para los estudiantes. Utilizando tópicos de actualidad en las aulas también le permite al instructor fomentar las habilidades de los estudiantes en el análisis crítico y en el aprendizaje de por vida que ellos necesitan para poder lidiar con la naturaleza cambiante de la ciencia en la sociedad. El proveer a los estudiantes de las herramientas necesarias para evaluar críticamente y tomas decisiones sobre los futuros temas científicos que los retarán es central para la educación sobre el conocimiento en ciencias.

Primer caso estudio: el tema de la gasolina reformulada

Un tópico que afecte a nuestro diario vivir genera un debate científico interesante.

En un curso introductorio en Ciencias Ambientales para estudiantes de pregrado (principalmente para estudiantes que no van a especialidades en ciencia) en nuestro Programa de Honores, yo hice la pregunta:

“¿Ha debido la Agencia de Protección Ambiental (EPA) dejar de aplicar en el año 2000 los requerimientos de reformulación de la gasolina para la ciudad de Milwaukee (Wisconsin)?”

La gasolina reformulada (RFG en sus siglas en inglés) posee aditivos oxigenados como etanol o MTBE que, por lo menos en teoría, disminuyen las emisiones dañinas al ozono y a los precursores del ozono (por ejemplo, el monóxido de carbono y los óxidos nitrogenados). Las ciudades con niveles de ozono al nivel del suelo que exceden los niveles aceptables están mandados por el EPA a usar RFG. En el verano del año 2000, los precios de la gasolina subieron precipitosamente a más de $2.00 por galón, con el aumento atribuido en su mayor parte al requerimiento del RFG. Como respuesta, varios gobiernos locales demandaron al EPA para que retirara el mandato de aplicación debido al impacto económico generalizado que resultó del aumento de los costos del combustible, combinado con dudas acerca de la efectividad del RFG.

El tópico fue escogido por cuatro razones principales:

  • El curso fue enseñado en el otoño del 2000, de manera que el tema todavía estaba muy al día y relevante en las mentes de los estudiantes. Ellos sintieron un interés directo en el tema cada vez que ponían gasolina en sus vehículos.
Un tema científico puede tener ramificaciones políticas, económicas y sociales.
  • El tema involucró una gran cantidad de ciencia. Los estudiantes debían entender qué es la gasolina y cómo se fabrica, la química básica de la combustión, los productos secundarios de la combustión, las implicaciones biológicas de la contaminación, etc. Tal y como pasa con muchos temas científicos, el tema también involucró un cierto nivel de incertidumbre con la cual los estudiantes debieron lidiar.

  • El tema tenía ramificaciones políticas, económicas y sociales. Los estudiantes reconocieron una ramificación clave cuando vieron los precios de la gasolina volar sobre los $2.00 por galón, pero también aprendieron como se toman las decisiones políticas y sobre la relación entre la evidencia científica y las políticas públicas.

  • El problema no tenía una respuesta clara. Esto permitió que los estudiantes entendieran que no hay siempre una respuesta “correcta” y reforzó la importancia de tomar decisiones informadas que estén bien apoyadas por la evidencia.

La unidad fue estructurada para enfatizar la investigación liderada por estudiantes. Los estudiantes desarrollaron una lista de lo que ellos debían entender para poder responder a la pregunta frente a ellos y pensaron y discutieron fuentes potenciales de información. Las sesiones de clase incluyeron dictados de clase, instructores invitados, salidas de campo y discusiones de clase. Grupos de estudiantes tuvieron la responsabilidad de investigar tópicos tales como:

Un tema puede involucrar a una variedad de puntos.
  • regulaciones sobre la calidad del aire
  • etanol y MBTE
  • el suministro y la distribución de la gasolina reformulada
  • la economía de la gasolina reformulada

y después dar presentaciones a la clase entera. Las sesiones de clase fueron complementadas con lecturas del informe sobre la gasolina reformulada de la Academia Nacional de Ciencias y con lecturas de un libro de texto general de ciencias ambientales. Las sesiones de laboratorio durante esta unidad investigaron los efectos del ozono a nivel del suelo en las hojas del algodoncillo (Asclepias syriaca) lo cual le dio a los estudiantes una oportunidad de experimentar el proceso de la investigación científica y el por qué la incertidumbre es parte de todos los esfuerzos científicos.

Yo analicé el aprendizaje de los estudiantes evaluando:

El aprendizaje no solo se enfoca en los conceptos científicos, sino que también en el pensamiento crítico y en la habilidad de tomar decisiones.
  • presentaciones a la clase
  • participación en las discusiones
  • informes de laboratorio
  • informes finales en los cuales ellos presentaron su “decisión” sobre si el EPA ha debido dejar de aplicar el requerimiento de la gasolina reformulada
  • un examen escrito sobre los conceptos científicos presentados en la unidad
Cuando analizan un problema, los estudiantes se ven forzados a luchar contra la ambigüedad, la falta de certeza y los datos incompletos.

Vale la pena anotar que mis propios antecedentes con respecto al tema fueron mínimos, de manera que yo estuve aprendiendo junto con los estudiantes. Esto fue ventajoso en que yo pude modelar el valor del aprendizaje de por vida y pude claramente identificarme con sus esfuerzos en lidiar con las ambigüedades del tópico. Por otra parte, los estudiantes ciertamente hubieran cambiado mi identificación con ellos por más ayuda y guía en su lucha con lo que resultó ser un tema sumamente difícil.

  • La unidad “gasolina reformulada” empujó a los estudiantes a analizar críticamente un problema ambiental contemporáneo.
  • Durante el trabajo, ellos tuvieron que aprender una variedad de conceptos científicos y también aprender cómo se lleva a cabo la ciencia.
  • Más vividamente, ellos lidiaron con el papel de la incertidumbre en la ciencia y como la incertidumbre se comporta en la interfase entre la ciencia y las políticas públicas.

Esta unidad fue difícil y frustrante para la mayoría de los estudiantes que no se iban a especializar en ciencias. Sin embargo, mis evaluaciones y mis propias impresiones sugirieron que a pesar de la frustración, muchos estudiantes encontraron valor en la experiencia y llegaron a apreciar que a menudo las decisiones sobre políticas necesitan ser tomadas aunque los datos que las apoyen sean incompletos o cuando no hay tiempo de hacer más investigaciones.

Quizás más importante, el enfocar la unidad en un tema de actualidad le permitió a los estudiantes trabajar en el tipo de proceso que ellos tendrán que adoptar cuando tengan que analizar un tema que lean en los periódicos algún día, pero hacerlo con una variedad de estructuras de apoyo académico en su lugar.

Segundo caso estudio: temas zoológicos

Al delegar en estudiantes el papel de “expertos” en un tema dado promueve la investigación en todos los aspectos de ese tema.

Durante un curso de zoología de vertebrados, y con el fin de ayudar a los estudiantes (principalmente de la especialización en ciencias) a obtener habilidades en encontrar y evaluar evidencia y permitirles construir conexiones entre el material de la clase y el “mundo real,” yo les asigné una serie de tópicos de discusión a lo largo del curso que duró un semestre. Los estudiantes seleccionaron tres tópicos durante el semestre, sobre los cuales ellos se convertirían en los “expertos.” Los expertos tenían la responsabilidad de investigar la evidencia de todos los lados del problema, preparar un resumen que explicara el problema, usando evidencia para apoyar a una posición particular en el tópico, y, trabajando con otros expertos, facilitar una discusión en la clase sobre el tema.

El curso estuvo organizado en unidades que se enfocaron en cada una de las clases principales de vertebrados. Yo asigné un tópico o tema a cada unidad. Esta regla a veces hizo difícil encontrar un tema fuerte en el cual existiera verdadero desacuerdo. Una muestra de los tópicos seleccionados para el curso incluyó:

Un tema o problema puede ser emparejado con una unidad de estudio.
  • “Especies acuáticas exóticas. ¿Por qué tanto alboroto?” el cual enfocó en los problemas de definir y medir el impacto de especies de peces introducidas.
  • “¿De verdad son las aves dinosaurios con plumas?” el cual analizó la evidencia del origen de las aves.
  • “No le disparen a Bambi! Dispárenle a su mamá!” el cual analizó las fortalezas y las debilidades de varias prácticas de manejo de manadas del venado cola blanca.

En sus presentaciones orales y escritas, se examinó la evidencia de los siguientes criterios:

Los criterios de evaluación incluyen a la investigación y a las habilidades para el pensamiento crítico, así como también a la calidad de la discusión.
  • investigación rigurosa
  • un claro entendimiento del tema y de las fuentes utilizadas
  • análisis crítico
  • preparación y habilidad de enseñar a sus compañeros sobre el tema
  • una estructura lógica al artículo y a la discusión

Todos los estudiantes estuvieron de acuerdo en que las discusiones sobre los tópicos fueron una parte valiosa de la clase, tanto que les permitió alcanzar el objetivo del curso de poder “localizar, sintetizar y discutir información científica semitécnica sobre temas de actualidad en zoología de vertebrados.” La crítica más común de las discusiones de temas fue que los “expertos” tuvieron la tendencia a enfocarse más en la presentación que en la discusión del material.

¿Qué constituye un buen tema?

Los tópicos no tienen una respuesta o resultado claro o definido.
Los tópicos pueden ser enmarcados como casos de estudio o como problemas.

Un tema o problema se define básicamente como un tópico sin un resultado o respuesta única claramente definida. Es algo sobre lo cual se espera que la gente razonable no esté de acuerdo. Los temas también pueden enmarcarse en términos de estudios de caso, particularmente aquellos conocidos como “casos de decisiones” o “casos de dilema,” o también como problemas (es decir, aprendizaje basado en problemas.) Los temas más útiles para la enseñanza de la ciencia están caracterizados por ser muy ricos en datos, de manera que los estudiantes tienen la oportunidad de considerar y evaluar evidencia potencialmente contradictoria, así como entender como se genera la evidencia. A menudo las bases de datos se pueden extraer de la literatura publicada de manera que los estudiantes pueden experimentar las mismas estrategias de decisión que siguieron los investigadores originales. Los temas deben estar claramente conectados a los objetivos del curso con respecto al contenido y a las habilidades requeridas y los instructores deben reforzar y apoyar estas conexiones a través de todas las fases del proceso educativo.

La ventaja de los tópicos contemporáneos: A menudo capturan mejor el interés de los estudiantes.
Ventaja de los tópicos históricos: Se puede estudiar cómo se solucionó el problema.

A pesar de que los temas con relevancia contemporánea a menudo capturan el interés de los estudiantes, algunos temas históricos también proveen oportunidades educativas útiles. Por ejemplo, la revista American Biology Teacher publicó un artículo titulado “La Tragedia y el Triunfo de Minamata: El Paradigma para Entender las Interacciones Ecológicas, Humana-Ambientales y Culturales-Tecnológicas.” La enfermedad de Minamata es un desorden neurológico causado por el envenenamiento con metilmercurio, el cual proviene de los desechos industriales botados a los ambientes marinos en donde existe una industria pesquera activa. Los estudiantes pueden investigar una variedad de consideraciones biológicas (así como también sociales, políticas y legales) en conexión a este tópico. Dada la naturaleza histórica de este desastre de los años 1950 y 1960, los estudiantes pueden también ver como los temas que sobresalieron en este caso fueron resueltos, lo cual es difícil de hacer con temas contemporáneos.

Otros temas históricos excelentes incluyen:

  • la controversia sobre el ADN recombinante al final de los años 1960
  • a regulación de los clorofluorocarbones en los años 1970 y 1980
  • la respuesta de las poblaciones de venado de la mesa de Kaibab en Arizona después de la remoción de los depredadores principales
  • el intento de la Biosfera 2 de servir como un modelo para el ambiente de la Tierra
  • la extinción de los dinosaurios y el significado del cráter de Chicxulub en Méjico
  • el debate del pequeño búho moteado en el Noroeste del Pacífico de los EEUU

Los temas utilizados en los cursos de ciencia pueden ser simples o complejos, dependiendo de las metas del curso. El tema puede ser examinado en una sola sesión de clase, a lo largo de varias sesiones del curso, durante una unidad completa, o hasta durante el curso completo. Los temas pueden ser enseñados con una dependencia fuerte en dictados de clase y discusiones o desde el enfoque de la investigación individual o colaborativa.

Reflexiones sobre la enseñanza y el aprendizaje con temas de importancia

El conocimiento científico debe incluir problemas real del mundo y tópicos.

En 1996, el Concejo Nacional de Investigaciones preparó un bosquejo de los objetivos clave para el aprendizaje de la ciencia a nivel de pregrado universitario, indicando que los estudiantes deben:

  • entender los principios básicos utilizados en la explicación de fenómenos naturales
  • conectar a la ciencia, las matemáticas, la ingeniería y la tecnología a problemas y temas del mundo real
  • entender los procesos por medio de los cuales los científicos, los matemáticos y los ingenieros investigan y resuelven problemas
  • ser expuestos a información amplia y de actualidad
  • adquirir la habilidad de continuar aprendiendo durante toda la vida sobre estos tópicos2
La educación basada en tópicos conecta evidencia científica a perspectivas sociales y políticas.

Este nivel de conocimiento científico es visto como crítico, tanto para mantener y fomentar el interés de estudiantes con talento a seguir carreras en ciencia, como para educar a una ciudadanía para que esté preparada a evaluar y responder críticamente a los continuos cambios de la sociedad en un futuro tecnológico creciente. “La ciencia, las matemáticas y la tecnología se definen tanto como por lo que hacen y como lo hacen como por los resultados que ellas alcanzan.”3 Dado esto, el proveer a los estudiantes de un fuerte entendimiento de las ciencias implica más que darles un cuerpo de contenido. Necesitamos motivar a los estudiantes a hacer preguntas y a responder a sus propias preguntas, a evaluar y usar evidencia, a relacionar perspectivas históricas con condiciones corrientes, y a conectar a la evidencia científica con las perspectivas sociales y políticas.3 La educación a base de temas de importancia provee un vehículo excelente para alcanzar estas metas.

Para incorporar temas en un curso se requiere revisar muchos aspectos de la enseñanza y del proceso de aprendizaje.

Para incorporar tópicos, los maestros deben reestructurar su metodología.
  • Preparación: A fin de encontrar temas apropiados, los instructores necesitan investigar un diverso grupo de fuentes de información, incluyendo revistas científicas, revistas generales, el Internet y los periódicos. Los instructores también deben aprovechar el creciente número de recursos ahora disponibles que proveen temas ya preparados en el formato de casos estudio o actividades de aprendizaje basadas en problemas (ver la sección “learn more” al final del artículo en inglés).

  • Desarrollando habilidades: La educación a base de temas debe construir un juego de habilidades básicas en los estudiantes, las cuales consisten de:

  • lectura crítica
  • identificación de información importante y discriminación de lo que es hecho y lo que es opinión
  • identificación de lo que es conocido y lo que no es
  • localización y evaluación de fuentes de evidencia
  • entendimiento del método científico y reconocimiento de las debilidades en el diseño de investigaciones científicas (por ejemplo, falta de replicación o de controles inadecuados)
  • enmarcado de argumentos basados en abundantes datos (por ejemplo, uso efectivo de gráficos)

Los instructores deben construir intencionalmente estas habilidades por medio del modelaje de los procesos que ellos quieren que los estudiantes sigan, o por medio de hacer que los estudiantes trabajen en temas de complejidad creciente a medida que sus habilidades aumentan.

  • Liderando la discusión: Los estudiantes necesitan un “mapa de caminos” para poder saber como encontrar la información que necesitan para enfrentarse al caso; esto cambia el papel del instructor, quien ya no recoge y disemina el material directamente. Los estudiantes que no se sienten cómodos analizando datos difíciles y evidencias en un caso basado en ciencia, pueden tener la tendencia a enfocar su atención más en los aspectos sociales o políticos del caso. Los instructores deben estar preparados para guiar y dirigir a estos estudiantes a alcanzar los objetivos del ejercicio. Los instructores también deben estar preparados a ceder un gran nivel de control sobre la clase, de manera de dar a los estudiantes la libertad de forcejear con el tema en su propio estilo.
Los estudiantes deben tomar una decisión y ser evaluados en la calidad de su análisis.
  • Midiendo los resultados: Es crítico que los instructores desarrollen métodos de análisis directamente conectados a los objetivos de la experiencia, lo cual fortalece la motivación en los estudiantes de adquirir las habilidades analíticas esenciales del ejercicio. Al estructurar un resultado formal donde los estudiantes deben tomas decisiones y apoyarlas ayuda a los estudiantes a encontrar un cierre al tema, aún cuando no se llegue a una “respuesta correcta” satisfactoria. Al mismo tiempo, un buen sistema de evaluación del ejercicio ayudará a los estudiantes a comprender que están siendo evaluados en la calidad de sus análisis, en vez de si están de acuerdo o no con las perspectivas del instructor.
Conclusión: La enseñanza basada en tópicos promueve el conocimiento científico y las habilidades de pensamiento de alto nivel.

A menudo los educadores en ciencias se sienten empujados a concentrarse en la enseñanza de vocabulario, hechos y conceptos. Como resultado ellos se basan fuertemente en el método de presentación del tipo dictado en clase. Sin embargo, si estamos verdaderamente comprometidos a los objetivos del aprendizaje de la ciencia, necesitamos también incorporar estrategias que enseñen habilidades de pensar a altos niveles. El Dr. C. F. Herreid, Director del Centro de Educación en Ciencias con el Uso de Casos Estudio en la Universidad Estadal de Nueva York, en Búfalo, notó que los casos estudio basados en temas de importancia en las ciencias:

“…involucran aprender haciendo, el desarrollo de habilidades analíticas y de toma de decisiones, la internalización del aprendizaje, el aprender cómo lidiar con problemas reales complicados, el desarrollo de habilidades de comunicación oral, y a menudo, trabajo en equipo. Es una práctica para la vida.”1

Susan E. Lewis, Ph.D., es Profesora Asociada y Presidente de Cátedra de la Facultad de Desarrollo en Carroll College en Waukesha, Wisconsin. Ella enseña cursos de Comportamiento Animal, Ecología y Evolución, Ciencias Ambientales y Zoología de Vertebrados. Además, la Dra. Lewis estuvo involucrada en el Proyecto Calidoscopio (PKAL en su siglas en inglés), una alianza nacional informal de individuos, instituciones y organizaciones comprometidas a robustecer la enseñanza de las ciencias a nivel de pregrado, las matemáticas, la ingeniería y la educación en tecnología. La Dra. Lewis recibió su Ph.D. en Ecología del Comportamiento de la Universidad de Minnesota.
http://www.carrollu.edu/programs/biology/faculty_profile.asp?id=2E3D0E4C04

La Enseñanza Basada en Tópicos o Problemas en la Educación en Ciencias

Estas referencias están en inglés. Las referencias no han sido traducidas al español dado que la mayoría de los artículos citan fuentes en el idioma inglés.

  1. Herreid, C. F. 1994. “Case studies in science: A novel method of science education.” Journal of College Science Teaching 23:221-229.
  2. NRC 1996. “From analysis to action: Undergraduate education in science, mathematics, engineering, and technology.” National Research Council. National Academy Press (Washington, D.C.).
  3. Project 2061. 1990. Science for All Americans. American Association for the Advancement of Science. Oxford University Press (New York, Oxford).

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