La Indagación en la Ciencia y en las Aulas (Primer Capítulo)

LA INDAGACIÓN Y LOS ESTÁNDARES NACIONALES
PARA LA ENSEÑANZA DE CIENCIAS

Libro de la National Academies Press, editorial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos. Publicación que explica e ilustra cómo estudiantes y profesores pueden utilizar la indagación para aprender a hacer Ciencia y aprender sobre la naturaleza de la Ciencia y su contenido.EDUTEKA se enorgullece de poner al alcance de los educadores hispano parlantes la traducción al español del primer capítulo de este libro, el cual se puede leer (en inglés) en su totalidad en el sitio [1]: http://books.nap.edu/html/inquiry_addendum/

CAPÍTULO 1
LA INDAGACIÓN EN LA CIENCIA Y EN LAS AULAS DE CLASE

La indagación científica hace referencia a las diversas formas en las que los científicos estudian el mundo natural y proponen explicaciones basadas en la evidencia que derivan de su trabajo. También se refiere la indagación a las actividades que llevan a cabo los estudiantes para desarrollar conocimiento y comprensión sobre las ideas científicas, y además, para entender la forma en que los científicos estudian el mundo natural. National Science Education Standards, (Estándares Nacionales para la Enseñanza de Ciencias capítulo 2, página 23 [2])

Como se señaló en los Estándares Nacionales para la Enseñanza de Ciencias [2] del Consejo Nacional de Investigación (1996), los estudiantes que utilizan la indagación para aprender Ciencia emplean muchas de las actividades y procesos mentales de los científicos, que buscan ampliar el conocimiento humano del mundo natural; sin embargo, el educador con deseo de incorporar el uso de la indagación en el aula no siempre conoce las actividades y procesos mentales que usan los científicos. Al describir la indagación tanto en la Ciencia como en las aulas, este libro explora las numerosas facetas que esta tiene en la enseñanza de la Ciencia. Por medio de ejemplos y discusiones, se puede demostrar la forma en que estudiantes y profesores pueden usar la indagación para aprender a hacer Ciencia y aprender sobre la naturaleza de la Ciencia y su contenido.

Un buen punto de partida para esta investigación es comparar los métodos y procesos mentales de un científico activo con las actividades de una lección basada en indagación. Las historias de este capítulo preparan el terreno para muchos de los temas que siguen. Los recuadros sugieren algunos aspectos importantes de las investigaciones, tanto de los científicos como de los estudiantes.

LA INDAGACIÓN EN LA CIENCIA

Un geólogo que estaba registrando la ubicación de depósitos de sedimentos costeros en el estado de Washington (USA) se sorprendió al descubrir cerca de la playa un bosque de cedros muertos. Gran parte de ellos todavía estaba en pie, pero claramente habían muerto hacía muchos años; además, encontró grupos similares de árboles muertos en otros lugares a lo largo la costa, de los estados de Oregon y Washington. El geólogo se preguntaba: "¿Qué pudo haber causado la muerte de tantos árboles en un área tan grande?"

Al reflexionar sobre sus conocimientos en materia de terremotos, límites de las placas de la corteza terrestre y subsidencia de estas a lo largo de las costas, el geólogo buscó posibles explicaciones. "¿Murieron todos los árboles al mismo tiempo?" "¿Se podría relacionar esta muerte con alguna actividad volcánica en el área adyacente o con algún tipo de plaga biológica?" "Dada su localización costera, ¿habría alguna relación entre el agua salada y la destrucción de los bosques?"

El geólogo comenzó a buscar respuestas a su primera pregunta determinando la edad de los anillos exteriores de los árboles, mediante el uso de métodos radiométricos con carbono 14, y encontró que todos habían muerto hacía cerca de 300 años. Sobre la causa de la muerte de los árboles, su registro no mostró evidencia de depósitos volcánicos generalizados en las áreas de bosques muertos. Además, los árboles no se quemaron ni el examen cuidadoso mostró certidumbre de infestación de insectos.

Comenzó a pensar sobre el posible papel del agua salada en la muerte de los árboles y recordó que un área muy grande de la costa de Alaska descendió bajo el nivel del mar en 1964, cuando la placa tectónica que se extiende debajo de gran parte del Océano Pacífico se hundió bajo la placa tectónica sobre la que está ubicada Alaska, como resultado de un gran "terremoto en la zona de subducción". Después del terremoto, bosques costeros muy extensos murieron cuando la costa de Alaska descendió y quedaron sumergidos en agua salada. El geólogo sabía que una zona de subducción parecida está situada bajo la costa de Washington y Oregon y da origen a los volcanes de los Montes “Cascade”; así que se preguntaba si los árboles en Washington y Oregon podrían haberse ahogado en el agua salada cuando una gran sección de la costa se hundió durante un terremoto hace 300 años.

Para verificar esta explicación, recogió más datos y examinó los sedimentos del área. Varias secciones de sedimento bien preservadas de esos grupos de árboles muertos, que estaban expuestas en las orillas de los arroyos lejos de la costa, mostraban una capa de arena limpia bajo el suelo, distinta de la tierra oscura y rica en arcilla de la tierra ubicada por encima y por debajo de la arena. Se preguntó entonces de dónde había salido la arena blanca.

El geólogo sabía que los terremotos en la zona de subducción ocasionan a menudo marejadas, y pensó que la capa de arena podría haber sido arrastrada hacia la tierra durante un tsunami. Si esto hubiera ocurrido, sería una evidencia adicional de un fuerte terremoto en la costa. Los fósiles que se recuperaron en la capa de arena indicaban que la arena provenía del océano en vez de haberse depositado desde el interior, confirmando la hipótesis del tsunami.

Publicó varios artículos en revistas científicas especializadas, revisados por algunos colegas, en los que planteaba la hipótesis de que los árboles muertos y la capa de arena encontrados a lo largo de la costa eran evidencias de un fuerte terremoto ocurrido hacía cerca de 300 años, justo antes de que los pobladores europeos llegaran a la región (Atwater, 1987; Nelson et al., 1995).

El informe de sus hallazgos publicado por el geólogo en la revista Nature

Varios años después, un sismólogo japonés, que estaba estudiando en Japón, los registros históricos de un mareógrafo para documentar tsunamis de orígenes distantes, identificó un gran terremoto en alguna parte a lo largo de la costa Pacífica el 17 de enero de 1700, pero el origen del terremoto suscitó debates; utilizando registros históricos pudo eliminar la posibilidad de un fuerte terremoto en la mayoría de las regiones donde usualmente se originan los terremotos alrededor del Océano Pacífico. Conciente del trabajo del geólogo sobre los bosques muertos en el Pacifico Noroeste, el sismólogo japonés sugirió que el origen del tsunami fue un fuerte terremoto en la zona de subducción subyacente a lo que hoy son los estados de Oregon y Washington (Satake et al., 1996).

Ahora el geólogo tenía más evidencia que podía confirmar su explicación de que la capa de arena había sido depositada por un tsunami que acompañó el terremoto. Un examen adicional de sedimentos reveló otros restos más antiguos, de árboles muertos y capas de arena; esto le hizo pensar que, terremotos que producen grandes tsunamis, como el primero que identificó, golpearon varias veces la costa Pacífica nororiental en los últimos mil años, de la misma forma en que estos grandes terremotos golpearon otras zonas de subducción bajo Japón, Filipinas, Alaska y gran parte del Occidente de Sur América. La subsidencia costera causada por el terremoto sumergió los árboles en agua salada, lo que los condujo a la muerte.

Como ocurre algunas veces con la investigación científica, los hallazgos del geólogo influyeron sobre las políticas públicas. Algunos funcionarios revisaron los códigos de construcción en Washington y Oregon, basándose en una mejor comprensión de los terremotos derivada de esta investigación. Los nuevos edificios deberán diseñarse para que puedan resistir fuerzas telúricas 50 % mayores de las que se tenían estipuladas bajo el código anterior.

Esta historia ilustra varias características importantes de la indagación científica. Un científico notó un fenómeno y sintió suficiente curiosidad como para hacerse preguntas sobre él. Sin duda, muchas otras personas habían notado también los árboles muertos, pero, o no se cuestionaron sobre la causa de la muerte, o no estaban en capacidad de responder la pregunta. Así, usando sus conocimientos sobre geología y lo que aprendió sobre los árboles y su hábitat, el geólogo estableció las conexiones entre los árboles muertos y otras características del medio ambiente, tal como la ubicación costera. Esas preguntas guiaron su investigación, que incluyó el uso de los métodos de carbono 14 para fechar los árboles muertos y la recopilación de información disponible sobre la geología de esa región. Así, desarrolló una explicación para la muerte de los árboles basándose en esta evidencia preliminar, y recopiló más evidencia para comprobar su explicación. Luego publicó artículos en los que consideró la relación entre la evidencia que acumuló y la explicación que propuso. Más adelante, un científico en otra parte del mundo leyó las publicaciones y, como los científicos utilizan descripciones y medidas universales, pudo comparar sus hallazgos con los del científico americano. El científico japonés obtuvo evidencia separada, la ocurrencia de un tsunami el 17 de enero de 1700, lo que dio soporte adicional a la hipótesis de que un terremoto en una zona de subducción ocurrió en esa fecha y condujo a la muerte de un gran número de árboles a lo largo de la costa Noroeste del Pacífico.

LA NATURALEZA DE LA INDAGACIÓN HUMANA

El interés del geólogo por entender el mundo natural es un buen ejemplo de las características humanas que hacen de la indagación un poderoso vehículo para aprender. Los humanos somos curiosos por naturaleza, como lo sabe cualquiera que haya observado un recién nacido. Desde el momento de nacer, los niños utilizan las técnicas de ensayo y error para aprender sobre el mundo que los rodea. Como niños y luego como adultos, cuando enfrentamos una situación desconocida tratamos de determinar qué está ocurriendo y predecimos qué sucederá después. Reflexionamos sobre el mundo que nos rodea por medio de la observación, recopilación, organización y síntesis de información, desarrollando y utilizando herramientas eficaces para medir y observar, así como para analizar la información y crear modelos. Revisamos y volvemos a revisar lo que creemos que pasará y comparamos resultados con lo que ya conocemos. Cambiamos nuestras ideas con base en lo que aprendemos.

Este conjunto completo de destrezas mentales, que ayudó a los primeros hombres a recolectar alimentos y a escapar del peligro, constituye una capacidad altamente desarrollada a la que nos referimos como indagación. En la historia reciente, algunas personas han dirigido su curiosidad hacia problemas distintos de la subsistencia y la supervivencia: por ejemplo el movimiento de objetos celestes, las causas de las estaciones, el comportamiento de los objetos en movimiento y los orígenes de los organismos. La curiosidad sobre estos problemas es exclusiva de los seres humanos; se estudiaron estos fenómenos, se desarrollaron hipótesis y se propusieron explicaciones. La comunicación de hipótesis, ideas y conceptos entre individuos dio origen a las estrategias, reglas, estándares y conocimientos que hoy se reconocen como científicos.

La indagación del mundo natural adopta gran variedad de formas que van desde la curiosidad de un niño sobre cómo pueden vivir las hormigas bajo tierra hasta la búsqueda de nuevas partículas atómicas que llevan a cabo grupos de físicos. La indagación en las aulas asume también formas variadas, pero cualquiera que esta sea, su papel en la educación es cada vez más el centro de atención. El mundo actual esta profundamente influenciado por los descubrimientos científicos. La gente necesita evaluar y tomar decisiones que requieren un cuestionamiento cuidadoso, la búsqueda de evidencia y el razonamiento crítico. Los ambientes de aprendizaje que se concentran en transmitir a los estudiantes lo que los científicos ya conocen no promueven la indagación; por el contrario, el énfasis en la indagación exige pensar sobre lo que sabemos, por qué lo sabemos y cómo llegamos a saberlo.

La indagación está en el centro de los Estándares Nacionales para la Enseñanza de Ciencias [2]. Estos estándares buscan promover modelos de currículo, enseñanza y evaluación que permitan a los profesores construir conocimientos a partir de la curiosidad natural y humana de los niños. Así, los profesores pueden ayudar a todos sus estudiantes a entender la Ciencia como el propósito humano de adquirir conocimiento científico y destrezas mentales importantes en la vida cotidiana y, si sus estudiantes así lo deciden, a forjarse una carrera en las Ciencias.

LA INDAGACIÓN EN LA CLASE DE CIENCIAS

Una de las mejores formas para entender la Ciencia escolar como forma de indagación es mediante visitas al aula donde se practica la indagación científica. La siguiente viñeta ejemplifica la situación en un curso particular pero la indagación en el aula puede ocurrir y tener lugar en todos los niveles escolares. Los recuadros especifican algunas formas en que se sucede la indagación.

Un día de otoño, varios alumnos del quinto grado, de la profesora Graham, regresaron muy agitados a su salón después del recreo. Llevaron a la profesora hasta la ventana, señalaron hacia afuera y dijeron: "Notamos algo en los árboles del patio de juegos. ¿Qué les pasa?" La profesora Graham no sabía qué preocupaba a sus estudiantes, así que les dijo: "Muéstrenme qué quieren decir".

Los estudiantes señalaron tres árboles que crecían uno al lado del otro. Uno había perdido todas sus hojas, el de la mitad tenía hojas multicolores, en su mayoría amarillas, y el tercero tenía hojas verdes y exuberantes. Los alumnos preguntaron: "¿Por qué son diferentes esos tres árboles? Solían verse igual, ¿no es cierto?" La profesora Graham no conocía la respuesta.

La profesora Graham sabía que su materia contemplaba, más adelante durante ese año, estudiar las plantas y esta era una oportunidad para que los estudiantes investigaran sobre el crecimiento de estas partiendo de preguntas que ellos mismo habían formulado y, por consiguiente, tenían una motivación especial para responderlas. Aunque no estaba segura adonde los llevarían las preguntas de sus estudiantes, la profesora Graham escogió asumir el riesgo de dejar que sus estudiantes bajo su orientación se dedicaran a investigar. Después de todo, habían tenido alguna experiencia el año anterior al examinar la forma en que crecen las semillas en distintas condiciones. Fijó una cartulina grande donde todos los estudiantes la pudieran ver y les dijo: "Hagamos una lista de las ideas que puedan explicar lo que les está sucediendo a esos tres árboles de afuera.”; inmediatamente se elevó un bosque de manos:

• Tiene algo que ver con la luz solar.
• Debe ser demasiada agua.
• No, debe ser poca agua.
• Los árboles se ven diferentes y antes se veían iguales.
• Es la estación, algunos árboles pierden sus hojas antes que otros.
• Hay veneno en la tierra.
• Los árboles tienen edades diferentes.
• Los insectos se están comiendo los árboles.
• Un árbol es más viejo que los otros.

Cuando los estudiantes consideraron que tenían suficientes ideas, la profesora Graham los animó a pensar cuáles de ellas servirían como posibles explicaciones que se pudieran investigar y que a la vez fueran descriptivas. Luego, pidió a cada estudiante que escogiera una explicación que a su juicio pudiera ser una respuesta, y luego los agrupó según las respuestas: había un grupo denominado "grupo del agua", uno "de las estaciones", otro "de los insectos" y así sucesivamente. Además, pidió a cada grupo que planificara y ejecutara una investigación sencilla para ver si podía hallar evidencia para responder a su pregunta. Mientras planeaban sus investigaciones, la profesora Graham visitaba cada grupo de estudiantes y escuchaba atentamente la formulación de sus planes. Luego solicitó que cada grupo explicara sus ideas al resto de la clase, lo que dio como resultado un refinamiento mayor. Mediante esta evaluación rápida y abierta del punto dónde se encontraban, logró ayudarlos a pensar en los procesos que estaban utilizando para enfrentar su pregunta y considerar si otras aproximaciones funcionarían mejor.

Durante las tres semanas siguientes, se reservaban períodos de la clase de Ciencia para que cada grupo llevara a cabo su investigación. Los grupos recopilaban información de múltiples fuentes sobre las características de los árboles, sus ciclos vitales y sus entornos. Por ejemplo, el grupo de "edades diferentes" respondió su pregunta con rapidez. Se pusieron en contacto con los miembros de la Asociación de Padres encargados de plantar esa parte del patio de juegos y con su ayuda hallaron los recibos originales por la compra de los árboles. Una verificación con el vivero que los vendió señaló que los tres árboles eran idénticos y de aproximadamente la misma edad en el momento de la compra. Como algunos grupos completaron antes su investigación, la profesora Graham invitó a sus miembros a vincularse a otros grupos que todavía estaban trabajando.

El grupo del agua decidió examinar la tierra alrededor de los árboles cada hora mientras fuera posible. Hicieron turnos y llevaron un diario conjunto de sus observaciones individuales. Como algunos estudiantes vivían cerca de la escuela, sus observaciones continuaban después de la jornada escolar y en fines de semana. Aunque no lograron hacer algunas de las observaciones programadas cada hora, consiguieron suficientes datos para informar a la clase. "El árbol sin hojas casi siempre está rodeado de agua, el árbol de la mitad a veces está rodeado de agua y el árbol verde tiene tierra húmeda pero nunca está rodeado de agua".

Uno de los estudiantes recordó que hacía varios meses las hojas en uno de los geranios de su mamá habían empezado a amarillearse y ella le dijo que el geranio estaba recibiendo demasiada agua. La profesora Graham le entregó al grupo un folleto de un vivero local cuyo título era "Cómo Cultivar Plantas Sanas". El grupo leyó el folleto y descubrió que cuando las raíces de las plantas están rodeadas de agua no pueden recibir aire del medio alrededor de las raíces y, en esencia, "se ahogan". Con base en sus observaciones y en la información obtenida del folleto, los estudiantes concluyeron que el árbol sin hojas se estaba ahogando, el árbol de la mitad estaba "más o menos" ahogándose y el tercero estaba "justo como debe ser".

El grupo del agua continuó su trabajo mediante la investigación del origen del agua. Encontraron que el vigilante de la escuela activaba un sistema de riego para césped tres veces por semana. Como lo dejaba funcionando más tiempo del necesario, el exceso de agua corría fuera del césped y se recogía en la base de los árboles. Como el suelo tenía pendiente, la mayor parte del agua se acumulaba en un extremo, en el área en la que crecían los árboles. En asocio con los otros grupos, informaron sus resultados al resto de la clase.

A medida que los distintos grupos presentaban sus informes, la clase aprendió que algunas observaciones e información, como las del grupo que investigaba si los árboles eran diferentes, no era una explicación adecuada para las observaciones realizadas. Los resultados de otras investigaciones, tales como la idea de que los árboles pudieran tener una enfermedad, respaldaban en parte las observaciones. Pero la explicación que parecía mas razonable a los estudiantes, se ajustaba a todas las observaciones y se ceñía a lo aprendido de otras fuentes, era la de exceso de agua. Luego de tres semanas de trabajo, la clase se sintió satisfecha de haber encontrado juntos una respuesta razonable a su pregunta. Por sugerencia de la profesora Graham, escribieron una carta al vigilante contándole lo que habían descubierto. El vigilante vino a la clase, les agradeció, les dijo que cambiaría el procedimiento de riego y así lo hizo. La profesora les preguntó a los estudiantes cómo podrían verificar que su explicación fuera correcta. Después de alguna discusión decidieron que tendrían que esperar hasta el año siguiente para ver si todos los árboles recuperaban su salud.

 

Estimado Señor Thompson, Nuestra clase ha notado que los tres árboles situados al lado de afuera de nuestra ventana se ven distintos uno de otro. Uno está totalmente sin hojas; en el segundo, las hojas son de colores distintos y el último tiene hojas verdes. Hemos contactado el vivero en el que la Asociación de Padres compró esos árboles y nos dijeron que todos los árboles eran de la misma clase y de la misma edad, así que esa no es la razón para que se vean tan diferentes. Descubrimos que el árbol sin hojas siempre está rodeado de agua. El árbol con hojas de distintos colores a veces está rodeado de agua y el árbol de hojas verdes en realidad nunca está rodeado de agua. Nuestra clase ha leído que en las plantas pueden ahogarse debido al exceso de agua y pensamos que esto podría ser la razón para que los árboles se vean diferentes.Hemos notado que usted pone a funcionar el sistema de riego muy a menudo y el agua se empoza en el lugar donde están el árbol sin hojas y el árbol con hojas de varios colores. Nos preguntamos si usted podría evitar regar las plantas tan a menudo. Atentamente, El 5to grado de la Profesora Graham

Al año siguiente, durante el mismo mes en que habían observado la discrepancia, los tres árboles estaban totalmente cubiertos de hojas verdes. Los antiguos estudiantes de la profesora Graham quedaron aún más convencidos de que su conclusión era una explicación válida para sus observaciones.

PARALELOS ENTRE LA INDAGACIÓN EN EDUCACIÓN Y LA INDAGACIÓN EN LA CIENCIA
Nos sorprenden los paralelos entre el curso de la profesora Graham y el geólogo curioso. El geólogo comenzó su investigación con una pregunta sobre una observación de la naturaleza poco usual y fascinante. Lo mismo hicieron los alumnos de la profesora Graham. Luego el científico procedió a efectuar un examen más detallado del entorno, formulando preguntas nuevas y más enfocadas, y propuso una explicación para lo que había observado, aplicando su conocimiento sobre placas tectónicas. Los alumnos aplicaron sus conocimientos para formular varias explicaciones y nuevas preguntas antes de llevar a cabo más investigaciones. El científico, que conocía las investigaciones de otros científicos, utilizó sus hallazgos para confirmar la validez de su explicación original. En el curso de la profesora Graham, los grupos cuyas explicaciones no se confirmaron reforzaron la explicación de "exceso de agua". El geólogo publicó sus hallazgos. Los alumnos "publicaron" los suyos en los informes a sus compañeros de clase y después en una carta al vigilante. Aunque la investigación científica no siempre influye en las políticas públicas, los descubrimientos del geólogo desembocaron en revisiones de las normas sobre construcción en los estados de Washington y Oregon. Las investigaciones de los alumnos desembocaron en la revisión de los procedimientos para regar el césped en su escuela.

La indagación en el aula puede tomar muchas formas. El profesor puede organizar detalladamente las investigaciones de manera que los estudiantes se dirijan hacia resultados conocidos, como el descubrimiento de regularidades en el movimiento de péndulos. De otra parte, las investigaciones pueden ser exploraciones sin límite de fenómenos no explicados, como el de las discrepancias entre las hojas de los árboles en el patio de la escuela de la profesora Graham. La forma de la indagación depende en buena parte de los objetivos educativos que se quieran alcanzar con los estudiantes y cómo esos objetivos son diferentes; indagaciones diversas, tanto muy ordenadas como más abiertas, tienen su espacio en las aulas de Ciencia.

Los siguientes capítulos [2] exploran las dimensiones de la enseñanza y el aprendizaje de la Ciencia como indagación que cubre un rango amplio de edades y temas científicos. La intención es mejorar la calidad del aprendizaje estudiantil permitiéndoles adquirir las destrezas de la indagación, desarrollar conocimiento de ideas científicas y entender el trabajo que llevan a cabo los científicos.

NOTAS DEL EDITOR:
[1] La Editorial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos permite el acceso a algunos de sus recursos electrónicos en forma gratuita para los usuarios ubicados en países en desarrollo. Ofrecen la descarga gratuita de más de 600 libros en formato PDF, entre los que se encuentra este libro, "Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning” http://books.nap.edu/catalog/9596.html

[2] EDUTEKA realizó la traducción de algunos apartes del Capítulo 2 del libro "Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning (2000)" La Indagación y los Estándares Nacionales de Educación en Ciencias: Una Guía para la Enseñanza y el Aprendizaje. En este capítulo se analizan los Estándares de Contenido para la Ciencia como Indagación http://www.eduteka.org/Inquiry2.php
National Science Education Standards (Estándares Nacionales para la Enseñanza de Ciencias) http://www.nap.edu/

CRÉDITOS:
Traducción realizada por EDUTEKA del Capítulo 1 del libro "Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning (2000)" La Indagación y los Estándares Nacionales de Educación en Ciencias: Una Guía para la Enseñanza y el Aprendizaje. Publicado por la Editorial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos. Editado por Steve Olson and Susan Loucks-Horsley. http://books.nap.edu/catalog/9596.html

Publicación de este documento en EDUTEKA: Marzo 06 de 2004.
Última modificación de este documento: Marzo 06 de 2004