La Naturaleza de la Ciencia: Conceptos Fundamentales

Los tópicos son erróneos si se toman de forma literal. La observación y la experimentación no son inherentemente objetivas. Las ciencias sociales, por ejemplo, deben establecer una hipótesis, mientras que en las naturales no siempre es necesario partir de una. Las ciencias intentan ser objetivas, rigurosas en sus demarcaciones y en los datos recogidos, pero siempre pueden presentar fallos. Si se demuestra que algo es incompleto o erróneo, debe abandonarse en favor de nuevas teorías.

La ciencia busca ser objetiva, ya que el investigador procura no interferir en la realidad y obtener los datos de la mejor forma posible, aunque pueden existir errores. Las únicas fuentes de conocimiento no son exclusivamente la observación o la experimentación; siempre se parte de datos, pero no siempre se llega a ellos a través de estas. La ciencia siempre se guía por un método científico riguroso; siempre existe una metodología científica, aunque no siempre se parte de una hipótesis. El método científico es el único válido; la ciencia nunca alcanza una certeza o validez del 100%, pero sí es rigurosa.

Concepciones Criticadas sobre la Naturaleza de las Ciencias

1. La observación y experimentación son objetivas: al medir con un instrumento, a veces no percibimos los errores porque son pequeños.
2. La ciencia es objetiva porque el investigador no interfiere. Sin embargo, sí interfiere al observar y al realizar el experimento.
3. El conocimiento se descubre aplicando el método científico. (Ni con uno ni con otro). Método Inductivo: de lo particular a lo general.
4. Las únicas fuentes de conocimiento son la observación (concepción clásica) y la experimentación, o la razón (racionalismo). Todos los razonamientos lógicos son importantes.
5. La ciencia es una acumulación de hechos, fenómenos, leyes y teorías de carácter universal, y los conceptos son el fundamento del conocimiento científico. Son importantes, pero no es lo único, ya que la forma en que se valida y se responde a esto también es crucial.
6. La realidad es una y está regida por leyes y mecanismos naturales que la ciencia debe descubrir.
7. Los enunciados observacionales son los que poseen significado. FISICALISMO: describe los conocimientos observados.

Visiones Actuales de la Ciencia: Paradigmas y Programas

Falsacionismo (Popper)

Una hipótesis o una teoría no pueden ser demostradas, pero sí rechazadas o falsadas: es decir, que tiene fallos, es errónea o no válida. Una teoría debe ser falsable, lo que implica que aquello que se considera correcto debe poder ser refutado. La ciencia crece por sucesivas conjeturas y refutaciones.

Popper sostiene que una teoría no puede ser demostrada ni deducida; se demuestra en algunas observaciones, pero no en todas, y lo evidente no constituye ciencia. Si la ciencia resiste, aunque pueda ser falsada, es buena ciencia.

Programas de Investigación (Lakatos)

Critica la visión de Popper y se centra en la estructura de la ciencia. Los programas de investigación tienen un núcleo central resistente al cambio. Una teoría no es falsada simplemente por disponer de pruebas o experiencias en contra; una teoría desplaza a otra por su mayor poder explicativo. El progreso científico se produce por competencia entre programas de investigación.

Revolucionismo (Kuhn)

Se centra en el conjunto de ciencias. Existe la ciencia normal (acumulativa) y la revolucionaria (nuevos paradigmas). El cambio de paradigmas se produce por una crisis del viejo paradigma. Los nuevos paradigmas deben tener mayor capacidad para resolver problemas. Con esto, aparece un paradigma nuevo que resuelve todo lo anterior. Los nuevos paradigmas deben tener mayor capacidad para resolver problemas.

Tradiciones de Investigación (Laudan)

No se produce por competencia de paradigmas; Laudan sostiene que los problemas se observan con un cambio en la forma de trabajo y en las teorías. La ciencia tiene como fin dar respuesta a los problemas. Los cambios ontológicos y metodológicos en las tradiciones de investigación se producen a la vez. El progreso no se produce por competencia de tradiciones, sino por cambio de problema.

Evolucionismo (Toulmin)

Se centra en cómo evoluciona la especie en función de la ciencia. Existe una analogía entre la construcción del conocimiento y la evolución biológica (ecología intelectual). Las ideas científicas forman poblaciones conceptuales que evolucionan. Ante problemas no resueltos, las teorías científicas evolucionan por presión. Siempre coexisten conceptos de las viejas y nuevas teorías.

Actitudes Científicas y Valores en la Educación

Actitudes Específicas

Son aquellas que tratan de forma específica las ciencias sociales:

• Minerales y rocas: respeto por las entidades geológicas.
• Meteorología: a qué llamamos buen y mal tiempo.
• Materiales sintéticos: repercusiones en la economía de los países en desarrollo.
• Electricidad.
• Luz y sonido.
• Suelo.
• Nutrición.

Actitudes Generales

Presentes en toda la ciencia o actividad científica:

• Hacia las ciencias:
  • Interés por las ciencias.
  • Valoración del trabajo científico.
  • Apreciación de las limitaciones y provisionalidad de los conocimientos.
  • Valoración de la incidencia tecnológica y social del conocimiento.
• En la actividad científica:
  • Rigor y precisión en la recogida de información.
  • Honestidad intelectual.
  • Coherencia entre datos, análisis, inferencias o conclusiones.
  • Tolerancia y respeto hacia los demás.
  • Curiosidad.
  • Creatividad en la emisión de hipótesis.
• Respeto por el medio:
  • Valoración de las aportaciones de la ciencia en la mejora del medio.
  • Adopción de posturas críticas frente al deterioro del ambiente.
  • Preocupación por el desarrollo sostenible.
  • Conocimiento y uso de servicios de la comunidad.
• Hábitos Saludables:
  • Comportamientos saludables.
  • Posturas críticas frente a conductas no saludables.
  • Hábitos de higiene corporal y mental.
  • Conocimiento y uso de servicios de la comunidad relacionados con salud y consumo.

Actitudes o Valores Propios de la Ciencia

• Respeto a la veracidad.
• Honradez y honestidad intelectual.
• Imaginación.
• Coherencia.
• Ser crítico con las ideas propias y ajenas.
• Tolerancia.
• Creatividad.

Aspectos Clave de una Visión Actual de la Ciencia

Procesos y Productos del Conocimiento Científico

El pensamiento convergente, el razonamiento lógico-deductivo, el pensamiento divergente, la creatividad y la comunicación son factores intelectuales que forman parte de la construcción y de la evolución del conocimiento. La ciencia no es solo un conjunto de productos (conceptos, leyes y teorías) elaboradas y acumuladas; tanto los productos como los procesos son instrumentos inseparables del conocimiento científico. La observación y la experimentación no son los únicos ni los más importantes procesos usados por las ciencias en su evolución; la identificación de problemas, la emisión y el contraste de hipótesis, el lenguaje y la comunicación, la realización de explicaciones y predicciones han ocupado un lugar preferente en el desarrollo científico.

Epistemología

La ciencia suele construir teorías que son útiles para comprender el mundo. Cambiar una teoría antigua por una nueva implica la necesidad de modificarla, presentar una alternativa inicialmente mejor, aplicarla y valorar la mejora producida y explorar su potencial explicativo. La mayor parte de los descubrimientos se han apoyado en el trabajo en equipo, la discusión y el debate colectivo, y el contraste de ideas ha favorecido la evolución del conocimiento. No ha existido un método único y universal para llegar a todos los conocimientos.

La Comunidad de Científicos

La actividad de los científicos (programas o tradiciones de investigación, paradigmas, poblaciones conceptuales) se ha desarrollado con los mismos presupuestos de cualquier actividad humana: afiliación a líneas de trabajo o teorías, controversias en las explicaciones ante un mismo hecho, debates encontrados en la defensa de distintas posiciones. Las comunidades científicas han sido siempre bastante conservadoras; los cambios profundos no han sido fácilmente aceptados.

Otras Cuestiones Básicas

La ciencia se basa en la resolución de problemas de los que surge la necesidad de conceptos o leyes; los problemas no se plantean para aplicar la teoría previamente elaborada. Las ciencias no son un conjunto de conocimientos neutros, estáticos y alejados de los ciudadanos. A sus repercusiones en la calidad de vida o en el desarrollo tecnológico hay que añadir su influencia en la forma de pensar, en la organización social o en los cambios de hábitos de comportamiento. La observación y la experimentación son procedimientos importantes, aunque no necesariamente objetivos, ya que se ven condicionados por los conocimientos de la persona que las realiza.

Componentes del Conocimiento Científico

Conocimiento Científico como Proceso y Producto

La ciencia puede entenderse como un proceso de búsqueda y construcción de conocimiento.

• Conjunto de productos: leyes, conceptos, definiciones, clasificaciones y fórmulas.
• Conjunto de procesos: metodologías, actividades y procedimientos.
• Conjunto de valores: actitudes.

El conocimiento científico es sistemático (puede ser replicado por el investigador), reproducible e interdisciplinar (no siempre). Tiene características comunes con otros conocimientos y se alcanza de manera más compleja. La evaluación de este conocimiento se llama epistemología.

Conceptual

Productos: hechos, acontecimientos, leyes fenomenológicas, conceptos, leyes hipotético-deductivas. Cuerpo de conocimiento formado por hechos, fenómenos, estructuras conceptuales, leyes fenomenológicas, principios y teorías.

Procedimental

Procesos: metodología de investigación formada por procesos básicos de exploración, destrezas técnicas, destrezas de investigación y de comunicación.

Valores

Estos determinan formas de pensar y actuar que se manifiestan como actitudes, intenciones de conducta y acciones, y deben considerarse en relación con las ciencias, los descubrimientos, la actividad científica, la observación del medio y el desarrollo de hábitos saludables.

Destrezas Procedimentales

• Destrezas Técnicas:

  • Preparar y utilizar aparatos de medida.
  • Realización de montajes.
  • Construcción de maquetas y aparatos.
  • Utilización de técnicas informáticas.

• Destrezas Básicas:

  • Conocimientos básicos de ciencia:
  • Observación.
  • Clasificación.
  • Seriación.
  • Medición.
  • Contar.
  • Usar números.
  • Tabulación o representación de datos.

• Destrezas de Investigación:

  • Identificación de problemas.
  • Emisión de hipótesis y realización de predicciones.
  • Análisis e interpretación de datos y situaciones.
  • Relación entre variables: control y exclusión.
  • Diseño experimental.
  • Uso de modelos interpretativos.
  • Establecimiento de conclusiones.

• Destrezas de Comunicación:

  • Representación simbólica.
  • Uso de diversas fuentes.
  • Elaboración de informes o materiales.
  • Identificación de ideas en material escrito o audiovisual.
  • Utilización de comunicación de resultados.

Modelo Interpretativo

Nos ayudan a entender la ciencia; son modelos científicos que ofrecen una comprensión similar.

• Hipótesis/predicciones en puntos diferentes.
• La hipótesis: emisión y contrastación.
• Realización de procedimientos más sencillos.

Procesos Simples en la Enseñanza de las Ciencias

Se pueden trabajar en infantil, siendo poco complejos y adecuados para actividades científicas:

• Observación.
• Clasificación, identificar, componer.
• Comunicación.
• Seriación.
• Predicción.
• Utilización de números.
• Contar.
• Medición.
• Realizar montajes y maquetas.

Procesos Complejos en la Enseñanza de las Ciencias

• Hipótesis.
• Diseño de experimentos.
• Control de variables.
• Interpretación de datos.
• Elaboración de modelos.
• Definiciones operacionales.
• Búsqueda de información.

El Aprendizaje de las Ciencias en la Infancia

Consideraciones Generales sobre el Aprendizaje

La mente del niño no está vacía; él construye su propio conocimiento en interacción con el medio. El niño llega a su escolarización al aula con sus propios esquemas mentales o representaciones, y los ha ido construyendo en su actividad cotidiana y fuera del aula. La escuela le proporciona experiencias para enriquecer esta interacción: profesorado, compañeros, actividades, etc.

Aprendizaje Significativo

(Esquema)

Conocimiento Científico, Cotidiano y Escolar

Piaget es el precursor del constructivismo. El niño construye su propio conocimiento interactuando con el medio. Existe un paralelismo en la construcción del conocimiento: científicos/niños. La ciencia interactúa con el medio ambiente mediante un diseño experimental.

Diferencias entre el Conocimiento Científico y el Escolar

Ideas Previas y Concepciones Alternativas en el Aula

La Perspectiva de Rosario Cubero

Según Rosario Cubero, las ideas previas derivan de los conocimientos previos; la incorporación del nuevo conocimiento a aquello que ya teníamos implica una integración total o parcial de la nueva información con los esquemas del niño. No son al azar, se relacionan con aquello que conocen, son relativamente comunes entre los alumnos y reproducen ciertos aspectos de ideas científicas que estuvieron vigentes en el pasado y son implícitas.

Los niños no aprenden porque:

• No quieren aprender → motivación.
• No tienen capacidad intelectual → desarrollo cognitivo.
• No tienen conocimientos adecuados → conocimientos previos.
• Interpretan el mundo desde modelos distintos a los de las ciencias → ideas alternativas.

A veces estos problemas no son solo de los alumnos, sino también del profesor, los medios, el sistema educativo o la falta de medios tanto educativos como didácticos. Se manifiestan como esquemas conceptuales alternativos: ideas alternativas, representaciones, modelos mentales y preconceptos.

Exploración de las Concepciones de los Alumnos

Técnicas Básicas

Hay 3 técnicas básicas:

• Cuestionario.
• Entrevista.
• Observación.

Otras técnicas: mapas conceptuales.

Observación

Técnica espontánea y sintetizada. Recoge la información mientras se trabaja en el aula. Se deben anotar los datos que sirvan para conocer las concepciones de los niños. Lleva menos tiempo de elaboración y mayor análisis.

Cuestionario

Son una serie de preguntas. Ventajas: poder utilizar un mismo instrumento estándar para varios sujetos y recoger datos de una gran muestra. Consume poco tiempo de análisis y elaboración. Desventajas: pueden ser preguntas nuevas para el individuo y, ante la necesidad de dar una respuesta, puede responder de forma caprichosa; la pregunta puede orientar un tipo de respuestas en concreto.

Entrevista

Es una conversación dirigida a un propósito. Ventajas: permite el conocimiento del niño sobre un tema y también su razonamiento. Desventajas: imposible hacerlo con una muestra grande, requiere mucho tiempo de preparación, aunque el análisis posterior puede ser más rápido.

Consideraciones para la Preparación de Instrumentos

Para preparar estas entrevistas/cuestionarios es necesario:

• Que tengan sentido para los alumnos.
• Combinar varias técnicas.
• Sentido común.
• No pueden valer las mismas para infantil y primaria.
• Ambiente distendido.

Características de las Ideas Alternativas

Las ideas alternativas no son meros conocimientos previos, sino que se relacionan con ellos y poseen características específicas:

• Son estables en el tiempo.
• Tienen cierta coherencia interna.
• Son relativamente comunes entre alumnos.
• Reproducen aspectos de ideas científicas que estuvieron vigentes en el pasado.
• Son implícitas.

Técnicas para Abordar Ideas Alternativas en el Aula

1. Cuestionario:
   • Cerrados: verdadero/falso, opción múltiple.
   • Intermedios: completar, marcar, señalar.
   • Abiertas.
2. Entrevista:
   • Muy estructuradas: preguntas definidas, redactadas, en orden, tienen un guion.
   • Poco estructuradas: guion pero mucha más libertad.
3. Observación.
4. Categorizaciones.

Ejemplos de Actividades para Explorar Ideas Alternativas

1. Cuestionario de cómo llovería en la Tierra como planeta.
2. Que el niño haga un dibujo de objetos que tengan vida y objetos que no tengan vida.
3. ¿Cómo poner la sangre en las venas?

Desarrollo Cognitivo Infantil y la Comprensión Científica

Representación de Modelos: La Concepción de la Tierra

Egocentrismo Infantil

El egocentrismo se caracteriza por centrarse en el propio yo y en sus intereses. El niño proyecta lo que él conoce de sí mismo y lo aplica al entorno en el que se encuentra. Está inmerso en el medio y no se distingue de él. Percibe el mundo a su imagen, no es capaz de superar su punto de vista, y no es capaz de ponerse en el lugar del otro a nivel perceptivo. Hay que hacer que el niño se separe, distancie e interactúe con el mundo de forma objetiva.

Consecuencias o “Visiones Infantiles”

• Artificialismo infantil: el niño confunde lo natural con lo artificial. No entiende que los objetos naturales estén ahí, piensa que alguien los ha hecho. El niño es consciente de que hace cosas, por eso confunde lo natural y lo artificial. Solo lo artificial lo asocia a seres míticos (artificialismo mítico). El niño no puede explicar la razón de por qué se ha hecho eso; más adelante, pasan a hacer las cosas los humanos y no los seres de cuentos (artificialismo técnico).
• Finalismo infantil: el niño se pregunta el porqué de la causa y la consecuencia. Considera a los fenómenos naturales como provocados por un fin predeterminado, a imagen de sus propios actos intencionales. No distingue el fin ni la consecuencia.
• Animismo: el niño considera el mundo como animado, tal como él mismo lo está. No distingue lo vivo de lo inanimado.

Superación del Egocentrismo

Cuando supera el egocentrismo, el niño se da cuenta de que él y el mundo exterior están separados y son conceptos distintos. Esto se puede conseguir:

• Observando los objetos (artificialismo).
• Reconociendo al ser vivo (animismo).
• Descubriendo la causa de los fenómenos (finalismo).

Sincretismo Infantil

El niño percibe el espacio, pero no distingue unos elementos de otros. Percibe el medio como un todo conjunto. Percibe la realidad como un todo global (no distingue unos objetos de otros) y confuso (percepción imprecisa de cada objeto en sí mismo). Del sincretismo se deriva el realismo infantil. Para superar el sincretismo será necesario pasar por dos fases:

• Análisis (deductivo): distinguir las partes, componentes para analizarlos y los aspectos y características de la realidad.
• Síntesis (inductivo): estructurar las partes del todo y organizarlas para establecer relaciones entre las partes y volver al medio global.

Realismo Infantil

El niño no distingue en el objeto lo que es esencial y lo que no es más que una apariencia pasajera.

• Intelectual: el niño dibuja elementos que no están o que no se pueden ver, pero sabe que existen, encontrando cosas que ve en un dibujo.
• Perceptivo: es lo que el niño ve.

Aptitudes Fundamentales para la Enseñanza de las Ciencias

1. Observar el Objeto Físico

Debemos enseñar al niño a observar los objetos que hasta entonces imagina. El objeto percibido por el niño de 7 u 8 años es fruto de la percepción, imaginación y afectividad.

Observación Manipulada y Comparada

• Para superar las consecuencias del egocentrismo.
• Eliminar que la observación solo se hace por la vista, ya que se utilizan todos los sentidos.
• Enseñar que debe observar bien y afirmar solo lo que percibe; distinguir lo real de lo imaginario.
• Retener solo lo esencial: manipular el objeto y comparar objetos de una misma especie.

Observación para la Comprensión y el Análisis

• Para superar las consecuencias del sincretismo.
• Descomponer el objeto para diferenciar lo esencial de lo accidental, llevando a la comprensión del objeto.
• Llegar de la descripción de un objeto particular a la definición de un conjunto al que pertenece el objeto:
  1. Observación libre y manipulación de un objeto a la descripción de este.
  2. Observación comparada de varios objetos “a”.
  3. Reagrupar los elementos comunes de todos los objetos “a” y, observando, elaborar la definición de “A” como totalidad de los objetos “a”.

2. Aprender a Reconocer al Ser Vivo

Debe distinguir el mundo de lo vivo y de la materia muerta/inerte, y superar el animismo por el que dota de vida a lo inanimado.

Observación para Comprender al Ser Vivo (Secuencia Didáctica)

Búsqueda de la noción de la vida: primero distinguir lo vivo de lo inerte para superar el sincretismo y animismo; y luego la necesidad de conceptualización. La conceptualización tiene 3 pasos:

1. Conocer las funciones: nutrición, reproducción e intercambio y relación con el medio; ayudar al niño a conocer estas 3 funciones.
2. Ayudar al niño a conocer la anatomía que posibilita las funciones básicas; se busca una abstracción cada vez mayor.
3. Representación gráfica: esquema representando al ser vivo a partir de la observación para saber que ha retenido lo esencial.

Observación del Hombre como Ser Vivo

Importante por 3 razones:

• El niño muestra interés ya desde el conocimiento del mismo cuerpo.
• El objeto a observar está siempre al alcance del niño y del maestro en clase.
• Los niños tienen que tener clara la influencia del hombre en el medio.

En resumen:

1. Necesidad de reconocer lo viviente.
2. Observar para reconocer al ser vivo.
3. Observación del hombre como ser vivo.

3. Descubrir las Causas de los Fenómenos

Dificultades Comunes

• Por su mentalidad artificialista y su realismo perceptivo, se busca llegar a la causa objetiva de los fenómenos en el sentido de que no depende de ninguna voluntad.
• Es finalista porque es artificialista, y estos dos son lo contrario a la mente científica porque rechazan las causas naturales de los fenómenos.
• No distingue la causa fundamental de las secundarias.

Estrategias para Enseñar la Causalidad

¿Cómo se debe enseñar a descubrir la causa de los fenómenos?

• Descubrir la causa, manipulando y comparando: se formula una hipótesis y solo se verifica provocando la causa supuesta. Esta necesidad de acción se apoya en un rasgo característico de la psicología del niño. Produce un placer sentirse causa de los fenómenos, lo que lleva a sentir de forma confusa que la causa real no es única.
• Descubrir la causa de los fenómenos más allá de la primera experiencia: pedagogía comparativa. La reflexión realizada al comparar varias experiencias completa la observación inicial.
• Captar la permanencia de las cosas.

Propiedades de los Objetos y Materiales

Propiedades Extensivas

Tamaño (volumen), peso, forma, material (partes). Son propiedades observables con sentidos diferentes a la vista.

Propiedades Intensivas

Densidad, cambio de temperatura, sabor y olor, textura liso-rugoso (superficial), luz (color, transparente-opaco…), electricidad, imán, color, sonido, trabajo (duro-blando, flexible-rígido…).