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EL DESARROLLO DE PROGRAMAS EN

LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA

P.L. Lijnse, Centre for Science and Mathematics Education, Université d'Utrecht, Pays Bas



Introducción
En el prefacio de su célebre obra « The Process of Educaction » (1960), el psicólogo Bruner escribió sobre la convicción de estar en el comienzo de un periodo de un nuevo progreso y de interés relativo a la creación de programas y de métodos de enseñanza científica. Considera que una evaluación de este progreso e interés pueden permitir guiar mejor los desarrollos futuros.
En esta época, pareciera que un cierto optimismo se expande en otros países, conduciendo a una onda bien conocida de programas de los años sesenta y setenta que inundó el mundo de la educación científica. Hoy 35 años más tarde, parece oportuno mirar este periodo del pasado, y preguntarnos cuáles son los progresos resultantes de este desarrollo de programas y de las investigaciones asociadas.
Para guiar esta reflexión, puede ser instructivo mirar en detalle lo que ha sido considerado como los principales problemas y perspectivas en 1960. Resumamos en principio brevemente algunas de las principales conclusiones de Bruner.
En lo que concierne a la “importancia de la estructura” enunció que: “…para un sujeto dado, el programa debería ser definido por las nociones fundamentales que emanan de los principios subyacentes estructurando el sujeto en cuestión. Enseñar temas específicos o de competencias, sin clarificar su contenido en la estructura fundamental del dominio del conocimiento, se revela poco rentable a muchos títulos. En primer lugar, una tal enseñanza resulta excesivamente difícil al estudiante, la generalización de lo que aprendió a lo que se enfrentará mas adelante. En segundo lugar, el aprendizaje que no llega a atender los principios generales tiene poca oportunidad de llegar a un interés intelectual (…). Tercero, el conocimiento adquirido, sin la estructura suficiente para ser puesta en relación, será muy fácilmente olvidado.
Por cuanto que la selección de los contenidos está concernidoa, esta idea de insistir en la “estructura de la disciplina” parece corresponder a lo que los físicos teóricos estiman habitualmente importante en la enseñanza de su dominio. Bruner agregó sin embargo una argumentación psicológica a esta proposición de base.
En relación a un segundo tema, la “disposición de aprender”, Bruner avanza su célebre y muy controversial hipótesis según la cual es posible enseñar de manera eficaz bajo una forma intelectualmente honesta a cualquier niño, sin importar el dominio, ni el estadio de desarrollo. Se considera que esta hipótesis pone en juego tres aspectos: el proceso de desarrollo intelectual del niño, el acto de aprendizaje (en particular el acto de “descubrimiento”) y la noción de “programa en espiral”. Desde entonces, estos aspectos han recibido una atención considerable en el desarrollo de programas, como lo vamos a contatar.
Un tercer tema de Bruner es el relativo al hecho que “en muchos aprendizajes de la escuela y en los exámenes, el acento es puesto en las formulaciones explícitas, sobre las capacidades de los alumnos en reproducir formulas literales o numéricas. En la ausencia de investigación, no es evidente que este acento sea desfavorable al desarrollo ulterior de una buena comprensión intuitiva , además que lo que constituye una comprensión intuitiva tampoco está muy clara.
Él anuncia que “normalmente el pensamiento intuitivo responde a la familiaridad con el dominio de conocimiento en juego y con su estructura”. Cualquiera que sea la complementariedad de la naturaleza intuitiva y analítica del pensamiento debería ser reconocida”, y en particular “el formalismo del aprendizaje escolar tiene de alguna manera devaluada la intuición.
¿Entonces, qué hacer con ella? Es lo que la enseñanza de ciertos procesos heurísticos podrían favorecer el pensamiento intuitivo? Por ejemplo, Es lo que se debería explícitamente enseñar a los alumnos que “cuando no legamos a ver cómo tratar el problema, se intenta simplemente de pensar en un problema similar más simple; utiliza enseguida el método empleado para resolver el problema más simple como un plan para resolver el problema más complicado?”. En estas aserciones, se puede ver una prefiguración de un viraje cognitivo que la psicología tomó después de los años sesenta, y que a influido mucho la investigación en didáctica de la física.
Para introducir el cuarto tema, el autor afirma que “evaluando lo que debe ser hecho para mejorar el estado del arte de los programas, es inevitable llevar a la discusión la naturaleza de las motivaciones en el aprendizaje y de los objetivos que se pueden esperar obtener educando a la juventud”. Esta discusión es pertinente para todos los niveles en juego, desde el profesor como individuo y el alumno en clase de física, hasta el rol geenral de la enseñanza de la física en la sociedad. Así, este tema amerita siempre una atención especial.
Finalmente, en lo que concierne a las “ayudas a la enseñanza”, la conclusión es que “la tarea de la enseñanza como alguien que comunica, que es un modelo y una figura de identificación puede ser facilitada por la utilización de una gran variedad de medios que refuerzan la experiencia, la clarifica, y le da su significación personal”. Cuando comparamos el computador personal con la “maquina d enseñar” de los años sesenta, se puede ver cuento este tema, desde que Bruner escribió este libro, a adquirido una significación completamente nueva en la enseñanza de la física.
Es impresionante el darse cuenta de cuanto de lo que se ha presentado adelante se aplica siempre desde nuestros días. En el desarrollo de los programas de física y en las investigaciones sobre la enseñanza, se debate siempre con esas mismas dificultades. Sin embargo, en los últimos 35 años, se ha hecho mucho trabajo. La mayoría de los progresos que han sido realizados, si se pueden llamar así, deberían aparecer en la lectura de este libro.

En este capítulo, yo me limitaré a las principales experiencias relativas al desarrollo de los programas de física (tal como los considero). Numerosas preguntas pueden surgir. Por ejemplo, ¿Se enseñan hoy en día (o siempre) la estructura de las disciplinas, como lo preconizaba Bruner? ¿Se adaptan los programas al desarrollo intelectual de los niños? Y si este es el caso, ¿De qué manera? ¿ Es siempre el aprendizaje por descubrimiento sobre una lista de estrategias de enseñanza corriente en física? ¿Cuáles son los fines y objetivos que se definen hoy en día? Y cómo se abordan los problemas de la motivación para aprender?


Tratando ciertas de estas preguntas, se estructura la descripción según tres elementos directores: Los fines y los contenidos, la enseñanza y el aprendizaje, y los tipos de desarrollo y de aplicación de los programas.
Como lo sabemos todos, la enseñanza de la física no es una constante, es más bien una variable. Cambia en relación directa con los desarrollos de la sociedad de la cual hace parte, con las evoluciones de los puntos de vista de la sociedad sobre la educación y las ciencias y con las evoluciones de la física y de la tecnología misma (Lijnse, 1983). Después de la escritura de los manuales escolares tradicionales, el desarrollo profesional de los programas apareció como un medio para adaptar la enseñanza a estos cambios perpetuos. A pesar de que esto no sea habitualmente considerado como una investigación en sí, ha conllevado al desarrollo de numerosas investigaciones (Fensham, 1994).
Objetivos y contenidos
La estructura de la disciplina”
El primer gran proyecto, el curso de física PSSC, en principio destinado a aquellos alumnos de un nivel escolar adecuado que tenían la posibilidad cierta de acceder a la educación superior (French, 1986), tuvo una influencia internacional considerable (PSSC 1960). Como lo describe Matthews (1994): “su intención era la de centrarse en la estructura conceptual de la física, y de enseñar el sujeto como una disciplina: Las aplicaciones estaban casi totalmente ausentes en el texto. La presión del aire, por ejemplo, no aparece mencionada en el índice, esta es tratada en el capítulo “la naturaleza de los gases”, y el capítulo se desarrolla enteramente sin citar los barómetros o las máquina a vapor, el primero de los mencionados hace su aparición sólo en las notas del capítulo”. El tipo de enseñanza del PSSC incluye un gran número de experiencias, cuyo objetivo es de hacer del alumno “un científico del día”. Esta última característica parece aplicarse aún más en el influyente proyecto inglés Nuffield-Physics (O-nivel, de 11 a 16 años; A-nivel de 16 a 18 años). Estos proyectos, de manera diferentes, están generalmente centrados en la estructura disciplinaria de base (ogborn, 1978). Como Rogers (1966), quien fue al inicio del Nuffield de física para el 0-nivel, indica: “ para las cosas que se enseñan, se deberían escoger sujetos de utilización variada. Yo no quiere hablar de aplicaciones prácticas, más bien se hace necesario hablar de nexos con las otras partes de la física. La ciencia debería aparecer ante nuestros alumnos como una estructura creciente de saberes, en la cual un fragmento que ha sido aprendido reaccione con los otros fragmentos para construir un saber más completo.
El proyecto para el O-nivel plantea “enseñar para comprender” y a “una física para todos” (“un curso apropiado la educación general del hombre o de la mujer”). Ulteriormente sin embargo, se ha tomado conciencia que estos programas no estaban verdaderamente adaptados a “la física para todos”, sin embargo convenían más a los alumnos más dotados de las especialidades científicas. Así, la racionalidad de tales programas estaban mejor descritos en la posición de Rogers “la física para los espíritus curiosos”.
Uno de los aspectos particulares de estos programas es que ellos han jugado un rol ejemplar en su manera de abordar el problema de la puesta al día de la enseñanza de la física desde un punto de vista disciplinario, y más particularmente en relación con el problema de la enseñanza de la “física moderna”. French describe algunos de los principios seleccionados por el PSSC de la manera siguiente: Se insiste en las características más fundamentales y universales de la descripción de la naturaleza por parte del físico, tales como el dominio del orden de magnitud y de los efectos del cambio de escala. Se debería tener un tema unificador en la presentación de un sujeto, como el de la descripción atómica y particular del universo. Por otra parte en el interés de llegar a tratamientos profundos, fueron omitidos dominios sustanciales de la enseñanza tradicional (como el sonido). Y como lo señalan los que desarrollaron el proyecto Nuffield A-nivel: “una de nuestras decisiones esenciales ha sido sacrificar grandes campos de conocimientos con la idea de comprender un campo más limitado”. En efecto, siguiendo este principio, se llegó a desarrollar introducciones a temas como la física cuántica, la mecánica estadística y la electrónica ( a nivel “avanzado”).
A pesar de la considerable influencia internacional de estos proyectos, y de otras innovaciones similares que han sido aplicadas por numerosos paises (GIREP, 1973; Aubrecht, 1987; Fischler, 1993), aún no se ha podido obtener una verdadera conclusión. Se piensa que a nivel de la enseñanza secundaria, el problema didáctico del por qué, qué y cómo incluir la física moderna no ha sido resuelto de manera satisfactoria. Tanto más que, del hecho de las evoluciones rápidas de la física, no llegamos a tratar sino solamente las ideas básicas de la física cuántica y de la relatividad. Existen otros temas que son necesarios ser incluidos en los programas, como la teoría del caos, la física de la materia condensada, física computaconal, las altas energías y la cosmología (GIREP 1995, 1993, 1991, etc.). En efecto, esta rápida evolución lleva a los programas de física a experimentar una presión contínua, con un riesgo real de ser saturados cada día más. De acuerdo a esta consideración, en razón de su naturaleza fuertemente jerárquica, la estructura de la física puede ser considerada no solamente como una guía para los programas, sino tambien en cierta medida como un obstáculo, puesto que ella da siempre los indicios de lo que debe ser incorporado, más de lo que debe ser dejado a un lado.
Así, pareciera no existir consenso en la manera de tratar esta presión en los programas. A la vista del tiempo necesario para alcanzar la comprensión, Arons (1990), por ejemplo, siempre ha aceptado algo tal como que el átomo de Bohr puede ser un punto final en un curso introductorio de física. “Lo que me parece factible y altamente deseable en un curso introductorio de física es de llegar a lo que ha sido comprendido al comienzo del siglo veinte: los electrones, los fotones, los núcleos, la estructura atómica y (podría ser) los primeros aspectos cualitativos de la relatividad”. Inclusive para ello, se deben hacer selecciones muy difíciles: “Para tener éxito en esto, es imposible incluir todos los sujetos tratados habitualmente en un curso introductorio de física. Se deben dejar algunas lagunas, a pesar de que ello podría parecer lamentable. ¿Cómo decidir en lo que no se debe tomar en cuenta? Uno de los medios, a mi conocimiento, sería definir lo que se llama “el hilo conductor de la historia”. Si se desea, digamos explicar el átomo de Bohr, se deben identificar en principio los conceptos fundamentales y sujetos de dominio de la mecánica, de la electricidad, y del magnetismo que permitirán comprender las experiencias y los razonamientos que definen el electrón, el núcleo atómica y el protón. El hilo conductor de la historia seleccionado permitirá desarrollar los niveles necesarios y dejará de lado los sujetos innecesarios a la comprensión del aspecto planteado. Para los alumnos que siguen estudios de física, esas lagunas deberán ser reconocidas, aceptadas, guardadas en memoria y consideradas en cursos ulteriores”.
Desde mi punto de vista, el problema de cómo un programa de física como un todo comporta un conjunto de hilos conductores fuertemente ligados y que uno desarrolla poco a poco, necesita, sin embargo, una atención renovada (Ogborn, 1978). En otros términos, debemos una vez más preguntarnos cómo la estructura de la física (en sentido amplio) puede ser arreglada en una estructura de programa que se pueda enseñar más fácilmente (de Vos et al.,1994).
Un proceso y los procesos
En los proyectos mencionados arriba, la atención se inclina esencialmente hacia los “procesos de la física” y en el hecho de dejar experimentar a los alumnos el “proceso de descubrimiento (o de la investigación)”. En el manual del PSSC “la física es presentada no como un simple conjunto de hechos, sino fundamentalmente como un proceso contínuo por el cual el hombre busca comprender la naturaleza del mundo físico”.
Pero los alumnos no deben solamente aprender un proceso sino todos aquellos que han recorrido los “grandes” físicos, ellos deben igualmente hacer la experiencia que implica este proceso. Para citar una vez más a Rogers (1996): los trabajos prácticos no son solamente para aprender el contenido efectivo, sino también para que los alumnos puedan construir un reporte personal del trabajo científico, con sus alegrías y penas. Ellos tienen necesidad de ser confrontados a sus propias dificultades al igual que cualquier otro científico profesional y de saborear sus propios éxitos, para que la relación del saber científico a la experimentación sea algo que comprendan fehacientemente.
Así, se podría decir que esta insistencia sobre los procesos está justificada en primer lugar por razones internas. Es una parte de la comprensión de la física conocer cómo es producido el saber y cómo se desarrolla. Y como la física es una ciencia empírica, se considera que una parte inherente de ella es de aprender la naturaleza descubriéndola, planteando hipótesis, probando y experimentando por si misma, es decir, que los alumnos aprendan la física haciendo física. La utilización de los trabajos prácticos en la enseñanza de la física ha crecido considerablemente y ha llegado a ser una parte integrante de muchos programas y de textos. Esta tendencia se ha desarrollado de tal manera que el aprendizaje del saber hacer experimental parece a veces devenir un objetivo en si mismo, casi sin relación con el objetivo de la experimentación, es decir el desarrollo de nuevos conocimientos (Woolnough and Allsop, 1985, Woolnough, 1989; Hegarty-Hazel, 1990; Hodson, 1993).
A partir de investigaciones sobre el aprendizaje de la física, es muy evidente que la idea original del aprendizaje por descubrimiento era un poco ingenuo (Driver, 1983). Por otra parte, el aprendizaje de la física por la acción ha adqwuirido una dimensión suplementaria en razón de las posibilidades de modelización de los “mundos artificiales” que han visto el día gracias a los medios informáticos (Mellar et al. , 1994).
Regresando a la historia, otro proyecto americano, que recibió un gran reconocimiento internacional, El Harvard Project Physics (1970), se centró en el proceso interno de la física y se posicionó en una perspectiva intelectual mucho más larga puesto que las influencias externas eran igualmente tomadas en cuenta. Según las celebres palabras de Rabi: Yo propongo de enseñar la ciencia sin importar el nivel, de lo más débil a lo más elevado, de manera humanista. Ella debería ser enseñada en un proceso de comprensión histórica, con una aprehensión de los aspectos sociales y humanos en el sentido de la biografía, de la naturaleza de la gente habiendo participado en esta construcción, triunfos, ensayos, tribulaciones”. Por esta insistencia particular, este proyecto esperaba incluir un gran número de alumnos ( y particularmente alumnas). Desde el punto de vista del físico, este proyecto desarrolla materiales de enseñanza extraordinarios. Sin embargo, este proyecto no llegó a tener un éxito significativo en la atracción de alumnos (French, 1989): durante largo tiempo, su aproximación histórica y filosófica pareció no haber sido adoptado por un pequeño número de docentes. Fue recientemente que este programa, centrado en la historia y la filosofía, adquirió un nuevo impulso (Mathews, 1994). La naturaleza de la física, y más particularmente estos aspectos históricos, epistemológicos y metodológicos, han sido actualmente integrados poco a poco como una parte normal de los programas de física (Aikenhead, 1991; Salomón, 1991). En Inglaterra, han sido incluidos en los programas nacionales preconizados, mientras que, por ejemplo, en los paises bajos, un nuevo programa toma en cuenta esta perspectiva y lo desarrolla en el “general science” (la enseñanza general científica).
Históricamente, esta perspectiva más general significaría que el énfasis era (parcialmente) realizado de una enseñanza a partir de las investigaciones hacia una enseñanza sobre la investigación. Un cambio aún más radical, desde mi punto de vista, resalta lo que Shulman y Tamir (1993) han llamado la enseñanza de la investigación. Esta etapa ha sido superada por una tercera posición influyente, desarrollada por le “U.S. Project” SAPA, que significa Science A Process Approach (La ciencia, una posición en términos de procesos). En los términos de la psicología de Gagné, este proyecto “lamenta la idea de “una posición por contenidos” del aprendizaje sobre hechos específicos o de principios relativos a una ciencia cualquiera o a un conjunto de ciencias. Por el contrario, la posición SAPA se apoya en la idea de hacer aprender a los niños del saber – hacer, relativos a los procesos, generalizables que corresponden a comportamientos específicos, pero que contienen la promesa de “una gran posibilidad de transferencia hacia otros sujetos.
El comportamiento científico ha sido analizado en los términos de su constituyente más simple, “el saber hacer científico relativo a los procesos” considerados como el objeto de un aprendizaje y de una enseñanza que contienen: observar, clasificar, medir, comunicar, hacer inferencias. Aún así continúa el debate relativo a la insistencia sobre el saber científico y/o los procesos científicos (Millar y Driver, 1987). Hoy más que nunca, se trata de un debate de actualidad al extremo que muchos psicólogos cognitivos toman el aprendizaje del “saber hacer general” de una manera más amplia (y no solamente el saber hacer científico, ver más abajo), non solamente como un objetivo en si mismo, sino tambien, como lo ha propuesto Gagné, como el medio apropiado de hacer cara a la amenaza ya menionada de la “elefantiasis” de los programas.
Ampliación de los objetivos

Como se ha indicado anteriormente, han aparecido últimamente los programas que están centrados en la física como disciplina, en su razonamiento y sus exigencias cognitivas (ver a continuación), como más adaptados a los alumnos dotados de un interés por la ciencia que en la llamada “física para todos”. Esto implica carencias en estos programas para los alumnos menos dotados y para aquellos que demuestran menos interés por la ciencia. Para estos últimos, han sido desarrollados una ciencia, (más) integrada y proyectos de tecnología (ver por ejemplo Brown, 1977). Estos pueden ser interpretados, en el espíritu de este periodo, como el paso de un punto de vista centrado en la disciplina a otro centrado en la educación del alumno. Uno de los principales argumentos subyacentes a la ciencia integrada era que la separación entre disciplinas distintas no coincide con la manera como los alumnos experimentan el mundo (no obstante, como Black (1985), la defendió, los alumnos no experimentan más el mundo como lo presenta una ciencia integrada). De este hecho, esta ciencia integrada ha sido puesta en aplicación en numerosos paises, a pesar de que parecieran volver a una ciencia coordenada. En otros paises ha habido resistencia a esta tendencia negándose a adoptar esta tendencia.


Los primeros proyectos tecnológicos fueron principalmente desarrollados como actividades suplementarias a los programas de física, reflejando una visión de la tecnología como una aplicación de la física (por ejemplo, Schools Councils, 1975). Hoy en día esta visión de la tecnología no es considerada adecuada, lo que acarrea una enmancipación gradual de la tecnología a ser considerada como una materia aprate de la escuela (Layton, 1993).
En los años setenta, otra tendencia fue poco a poco desarrollada hasta lo que hoy en día es llamado STS (ver por ejemplo Solomon y Aikenhead, 1994), este acrónimo puede ser unido a un número considerable de posiciones diferentes. Una de ellas concierne a la reflexión explícita sobre la relación entre ciencia, tecnología y sociedad (por ejemplo, el proyecto de la English Science Society SiS), que insiste sobre las aplicaciones y los contenidos de orden social). Otra posición da más importancia a la pertinencia de los contenidos para los alumnos, enseñando la ciencia de la vida cotidiana y los sujetos relativos a este contexto (por ejemplo, el proyecto Duth PLON para la física; Satis, 1992). De manera general, las dos posiciones son conocidas como “la ciencia para el ciudadano” y “la ciencia para la acción”, o la ciencia (física) contextualizada.
El proyecto SiS es un ejemplo en el cual la dimensión social es tratada como un agregado al programa tradicional. En el Proyecto PLON por el contrario, la consideración de los aspectos sociales de los contenidos científicos, “la física del consumidor” y otros contextos pertinentes para el alumno son integrados en los programas de física. Si, sin embargo, los límites del programa son tales que la física guarda su identidad como física “correcta”, esta posición puede dar nacimiento a una tensión considerable entre los saberes que parecen pertinentes para el contexto seleccionado y aquellos que son necesarios incluir en la perspectiva de la física. En otros términos, debe ser buscado el equilibrio entre la “estructura de la física” y la estructura de los contextos (Lijnse y al., 1990)
No obstante, las dos posiciones implican una ampliación de los objetivos tradicionales (Fensham, 1988), siempre en relación con la idea de una “ciencia para todos”, mismo si, en este contexto, esta expresión est interpretada de manera diferente que precedentemente. En relación con esta ampliación, en los años ochenta, numerosos temas como la educación relativa al ambiente y la tecnología de la información deben encontrar su puesto en lo programas. El hecho que estos temas sean enseñados en el seno de la enseñanza tradicional de física o como sujetos separados ha sido y es siempre materia de discusión.
Numerosos problemas surgen desde un punto de vista social, como por ejemplo la adaptación de la enseñanza de la física a las necesidades de las chicas (Bentley y Watts, 1986) y a las necesidades de una sociedad pluri-cultural (Reiss, 1993). En efecto, ¿en qué medida podemos ampliar nuestros objetivos permenaciendo siempre en los límites de la enseñanza de la física? O ¿podría ser más perjudicial de suprimir la física de los usos del tiempo escolar?
Esto está igualmente en relación con otra tendencia que atrae hoy en día una gran atención, el nuevo acento sobre la cultura científica y tecnológica para todos, incluyendo medios extraescolares de educación para todos los públicos.
Aunque se está conforme, seguido de esta tendencia a la ampliación (el espíritu de fin de los años 70 y del comienzo de los años 80), se observa el diseño de una nueva tendencia centrándose en la física para el “citadino”, y más en la utilidad de la física en la educación de una mano de obra altamente calificada (en el espíritu de fin de los años 80 y los 90). Las cualificaciones profesionales son formuladas y la enseñanza de la física es requerida para contribuir en la adquisición de las cualificaciones. En consecuencia, se observa aun un cambio en las discusiones de los programas, caracterizado por el paso de una atención centrada en el alumno y sobre la pertinencia a una atención centrada en el “cliente” y la realización, con una atención particular para los niños mejor dotados. Esta tendencia puede conducir a una presión reduciendo los contenidos de los programas de física a su “nudo duro” (describe de manera preferencial en objetivos de adquisiciones que pueden ser evaluados regularmente). Sin embargo, el contenido de este “nudo duro” no es decidido por los físicos teóricos “puros” o por los docentes de física (como en el pasado), sino por aquellos que constituyen el “mercado” para lo cual educamos nuestros alumnos (como los empleadores y los institutos de enseñanza superior).


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