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Capítulo 4

La Biología y la Naturaleza del Conocimiento Científico

Norman G. Lederman1

Resumen

Este capítulo describe la relación entre el estudio de la biología y la naturaleza del conocimiento científico (NOSK de ahora en adelante por sus siglas en inglés [nature of scientific knowledge]), también conocido como naturaleza de la ciencia (NOS del inglés nature of science). No se debiera asumir que los estudiantes entenderán NOSK como un producto de “hacer” actividades de investigación en biología, sino que debe ser planificado, enseñado explícitamente y evaluado. Los siete aspectos de NOSK que son considerados apropiados para ser aprendidos en la escuela primaria y secundaria son: su tentatividad (sujeta a cambios); el que incluye observación e inferencia; es subjetiva (o guiada por alguna teoría); es creativa; usa y distingue entre teorías y leyes; es social y culturalmente integrada; y tiene una base empírica. Aquí revisamos cada uno de estos aspectos y se dan ejemplos de cómo generar actividades que puedan promover de forma explícita su comprensión. Las actividades que trabajan NOSK solo necesitan incluir algunas preguntas bien planeadas que inviten a la reflexión de estos aspectos.

1. Introducción

Como profesor(a) de biología o ciencias de la vida, es probable que usted pase una parte del primer día de clases explicando a sus estudiantes qué es la biología y qué debieran estudiar durante el año. Normalmente, puede que usted les pregunte a sus alumnos qué piensan que es la biología y cuál será el enfoque de la asignatura. Si no les pregunta a sus estudiantes, puede que ellos hagan la pregunta o, al menos, se harán la pregunta mentalmente. Parece ser una pregunta fácil de responder. Después de todo, usted es un profesor de Biología. Sin embargo, lo más importante es que el enfoque de este capítulo será describir la relación entre el estudio de la biología y la naturaleza del conocimiento científico (NOSK). El nombre más común para este concepto es naturaleza de la ciencia (NOS), tal como se incluye en todos los documentos curriculares de Chile (ej. Mineduc, 2015, 2019). Sin embargo, NOSK fue la expresión original en los años sesenta y describe de manera más precisa el enfoque de NOS. Esto es, las características del conocimiento científico, que no es lo mismo que la diferencia entre la ciencia y otras formas de conocer (por ejemplo: arte, historia, religión). Los detalles de NOSK serán discutidos con mayor detalle posteriormente, así como también se presentarán ejemplos concretos de cómo puede ser abordada mientras se enseña la asignatura de Biología. Pero, lo primero es lo primero.

¿Qué es la Biología?

Prácticamente todos los textos y el currículum de Biología, independientemente del nivel o curso, comienzan con esta pregunta, y la respuesta simple es: la ciencia/estudio de la vida (Curtis, 2009; Lederman, 2007; Lederman y Lederman, 2014). Esto lógicamente nos lleva a una discusión sobre ¿qué es la Vida? Aquí es donde le explicamos a los estudiantes lo que aprenderán durante el año escolar. Pareciera ser, como ya se dijo, una pregunta fácil de responder, pero ¿lo es realmente? Un curso de biología generalmente se divide en las siguientes áreas de estudio principales:

1 ¿Qué es Biología?

2 Base de la Vida Física/Química

3 Estructura, Organización y Procesos Celulares

4 Flujo de Energía

5 ATP, Glucólisis y Respiración

6 Fotosíntesis

7 Genética

8 Clasificación de Organismos Vivos

9 Procariontes

10 Protistas

11 Hongos

12 Reino Animal

13 Reino Vegetal

14 Biología de la Población

15 Variabilidad y Evolución

16 Ecología

Estas áreas de estudio están expresadas en términos muy generales (los resultados de aprendizaje específicos no están delineados) y la secuencia de dichas áreas normalmente varía de un docente a otro y de currículum a currículum. Sin embargo, todo lo que ha sido presentado aquí es específico de lo que se incluye en el estudio de los seres vivos. No obstante, la pregunta más importante es: ¿Qué es la Vida? Esta pregunta relativamente simple pareciera tener una respuesta sencilla. Sin embargo, la respuesta es compleja e incluso profesores de Biología tienen dificultades para ofrecer una respuesta definitiva. Es mucho más fácil describir características de organismos vivos, en contraste con objetos inanimados, que ofrecer una definición clara. Una lista común de características normalmente contiene unos 12 elementos, la mayoría de los cuales los estudiantes pueden deducir conceptualmente al examinar seres vivientes e inanimados o imágenes disponibles. Una lista típica incluye los siguientes:

1 Las células son la base estructural de la vida y todas las células provienen de células preexistentes.

2 Reproducción

3 Metabolismo

4 Secreción

5 Excreción

6 Adaptación

7 Absorción

8 Irritabilidad

9 Digestión

10 Respiración

11 Asimilación

12 Locomoción

Reitero que esta lista no es exhaustiva o definitiva (por ejemplo, ¿están los virus vivos o no?), pero ayuda a los estudiantes a distinguir entre lo vivo y lo no vivo, y lo que será estudiado durante su curso de biología. Ahora que hemos discutido la parte Vida de la respuesta a la pregunta ¿qué es Biología?, nuestra atención debe volcarse a la parte que no hemos respondido aún.

2. Desarrollo

2.1 ¿Qué es Ciencia?

Nuevamente, esta es una pregunta engañosamente simple que los profesores de ciencias deberían ser capaces de responder. Sin embargo, desde la experiencia, sabemos que si se hace esta pregunta a un grupo de 30 profesores de ciencia, recibiremos alrededor de 20 respuestas distintas. Esta pregunta es tan difícil de responder como: ¿Qué es la vida? La respuesta que consideraremos aquí tiene tres partes: un cuerpo de conocimiento, la indagación o prácticas científicas, y NOSK. El cuerpo de conocimiento de ciencia (o biología en este caso), ha sido recientemente discutido. La indagación/prácticas científicas es lo que los científicos hacen para desarrollar un cuerpo de conocimiento (por ejemplo, desarrollar preguntas, observar, recolectar y analizar datos, generar conclusiones, etc.). Una discusión mucho más detallada de indagación/prácticas se presenta en el Capítulo 6 de este libro. Sin embargo, basta decir que la indagación/prácticas y NOSK son los dos aspectos de la ciencia que no están incluidos de manera adecuada en la enseñanza de la ciencia y el currículum de ciencias. También son los dos aspectos de la ciencia que, además del conocimiento de la disciplina, son claves para el logro de la alfabetización científica (Showalter, 1974).

Dada la forma en que los científicos desarrollan el conocimiento científico (por ejemplo, indagación/prácticas), ese conocimiento es generado con ciertas características. Estas características son lo que típicamente constituyen NOSK (Lederman, 2007). Hay una falta de consenso entre científicos, historiadores de la ciencia, filósofos de la ciencia, y educadores de ciencias, respecto de cuáles son los aspectos particulares de NOSK. Esta falta de consenso, sin embargo, no debería ser ni desconcertante ni sorprendente, dada la naturaleza multifacética y la complejidad del quehacer científico. Las concepciones de NOSK han cambiado a través del desarrollo de la ciencia y el pensamiento sistemático sobre ella, y se reflejan en la forma en que la comunidad científica y de educación en ciencias han definido la frase “naturaleza de la ciencia” (NOS) durante los pasados 100 años (por ejemplo, AAAS, 1990, 1993; Lederman, 2007; NSTA, 1982). Sin embargo, muchos de los desacuerdos respecto de la definición o el significado de NOSK que aún existen entre filósofos, historiadores y educadores en ciencias son irrelevantes para la enseñanza escolar primaria y secundaria. El problema de la existencia de una realidad objetiva comparada con las realidades fenomenológicas es un buen ejemplo. Hay un nivel aceptable de generalidad en relación con NOSK que es accesible a estudiantes de educación primaria y secundaria, y es relevante para sus vidas cotidianas. En este nivel, existe poco desacuerdo entre filósofos, historiadores y educadores en ciencias. Entre las características de la empresa científica que corresponden a este nivel de generalidad tenemos que el conocimiento científico es tentativo (sujeto a cambios); con base empírica (basado en y/o derivado de las observaciones del mundo natural); subjetivo (con una carga teórica); implica necesariamente inferencia, imaginación y creatividad humana (incluye la invención de explicaciones); y está inserto social y culturalmente. Dos importantes aspectos adicionales son: la distinción entre observación e inferencias, y las funciones de, y las relaciones entre las teorías y las leyes científicas. Lo que sigue es una breve consideración de estas características de la ciencia y del conocimiento científico. Estos siete aspectos de NOSK no deben ser considerados como una lista exhaustiva o “LA” lista, pero está filtrada en relación con la audiencia escolar primaria y secundaria.

2.2 Características de NOSK

Primero, los estudiantes deberían estar conscientes de la distinción clave entre la observación y la inferencia, y del hecho de que todo conocimiento científico se deriva de la observación y, al menos de manera parcial, de la inferencia. Las observaciones son declaraciones descriptivas sobre fenómenos naturales “directamente” accesibles a través de los sentidos (o de extensiones de estos) y sobre los cuales varios observadores pueden alcanzar un consenso con relativa facilidad. En contraste, las inferencias son declaraciones sobre fenómenos que no son “directamente” accesibles a los sentidos. Por ejemplo, los objetos tienden a caer al suelo debido a la “gravedad”. La noción de gravedad es inferencial en el sentido de que solo se puede acceder a ella y/o medir a través de sus manifestaciones o efectos. Ejemplos de tales efectos incluyen las perturbaciones en órbitas planetarias pronosticadas debido a “atracciones” interplanetarias, y la refracción de la luz proveniente de las estrellas que sucede cuando sus rayos pasan a través del campo “gravitacional” solar.

Segundo, la distinción entre las leyes y las teorías científicas es otra cosa de la que los estudiantes deben estar conscientes. Los individuos a menudo tienen una visión simplista, jerárquica, de la relación entre las teorías y las leyes a través de las cuales las teorías se convierten en leyes, dependiendo de la disponibilidad de la evidencia de respaldo. Se desprende de esta noción que las leyes científicas tienen un estatus más alto que las teorías científicas. Ambas nociones, sin embargo, son inapropiadas porque, entre otras cosas, las teorías y las leyes son diferentes tipos de conocimiento, y una no puede desarrollarse o ser transformada en la otra. Las leyes son declaraciones o descripciones de relaciones entre fenómenos observables. La ley de Boyle, que relaciona la presión de gas a su volumen a una temperatura constante, es un buen ejemplo (Lederman, 1998). Las teorías, en contraste, son explicaciones inferidas de fenómenos observables. La teoría molecular cinética, que explica la ley de Boyle, es un ejemplo. Además, tanto las teorías como las leyes son un legítimo producto de la ciencia. Los científicos normalmente no formulan teorías con la esperanza de que un día adquieran el estatus de “leyes”. Las teorías científicas, en sí mismas, tienen roles importantes, tales como guiar la investigación y generar nuevos problemas de investigación, además de explicar grandes grupos de observaciones aparentemente no relacionadas en más de un campo de investigación.

Tercero, aunque el conocimiento científico está, al menos en parte, basado en y/o derivado de observaciones del mundo natural (por ejemplo, empírico), un cuarto aspecto importante implica imaginación y creatividad humana. La ciencia, contrariamente a la creencia popular, no es una actividad carente de vida, y extremadamente racional y ordenada. La ciencia implica la invención de explicaciones, y esto requiere una gran cantidad de creatividad por parte de los científicos. El “salto” desde líneas espectrales atómicas al modelo atómico de Bohr, con sus órbitas elaboradas y niveles de energía, es otro buen ejemplo. Este aspecto de la ciencia, acompañado de su naturaleza inferencial, implica que los conceptos científicos, tales como átomos, agujeros negros y especies, son modelos teóricos funcionales, más que copias fieles de la realidad.

Quinto, el conocimiento científico es subjetivo o con carga teórica. Los compromisos teóricos de los científicos, así como sus creencias, conocimientos previos, formación, experiencias y expectativas, influyen en su trabajo. Todos estos factores contextuales forman una mentalidad que afecta los problemas que los científicos investigan y cómo conducen sus investigaciones, qué observan (y qué no observan), y cómo dan sentido e interpretan sus observaciones. Es digno de atención que, contrariamente a la creencia popular, la ciencia nunca comienza con observaciones neutrales (Chalmers, 1982). Las observaciones (e investigaciones) siempre son motivadas y guiadas por y adquieren significado en referencia a preguntas o problemas. Estas preguntas o problemas, a su vez, surgen desde ciertas perspectivas teóricas.

Sexto, la ciencia como una empresa humana se practica en el contexto de una determinada cultura, y quienes la practican (los científicos) son el producto de esa cultura. La ciencia, según esto, afecta y es afectada por varios de los elementos y esferas intelectuales de la cultura en la cual está inserta. Estos elementos incluyen, pero no se limitan a, el entramado social, las estructuras políticas y de poder, factores socioeconómicos, y religión. Un ejemplo puede ayudar a ilustrar cómo los factores sociales y culturales impactan el conocimiento científico. Contar la historia de la evolución de los humanos (Homo sapiens) durante el curso de siete millones de años es central para las ciencias biosociales. Los científicos han formulado distintos argumentos sobre esta evolución. Hasta hace poco, la historia dominante se centraba en el “hombre-cazador” y su rol clave en la evolución de los humanos hasta la forma que hoy conocemos (Lovejoy, 1981). Este escenario era consistente con la cultura del hombre blanco que dominó los círculos científicos hasta los años sesenta y comienzos de los 70’. A medida que el movimiento feminista se hizo más fuerte y las mujeres reclamaban reconocimiento en las distintas disciplinas científicas, la historia de la evolución del homínido comenzó a cambiar. Una historia que es más consistente con el enfoque feminista se centra en “la mujer recolectora” y su rol central en la evolución de los humanos (Hrdy, 1986).

Séptimo, se desprende de la discusión previa que el conocimiento científico nunca es absoluto o incuestionable. Este conocimiento, incluyendo “hechos”, teorías y leyes, es tentativo y sujeto a cambio. Las afirmaciones científicas cambian a medida que nueva evidencia —la cual es posible a través de los avances en la teoría y la tecnología— es aplicada a las teorías o leyes existentes, o a medida que una evidencia antigua es reinterpretada a la luz de nuevos avances teóricos o cambios en la dirección de programas de investigación establecidos.

En resumen, los siete aspectos de NOSK que son considerados apropiados para ser aprendidos previamente a la universidad son, en orden aleatorio:

1 Tentativa (sujeta a cambios)

2 Incluye observación e inferencia

3 Subjetiva

4 Creativa

5 Uso y distinción de teorías y leyes

6 Social y culturalmente integrada

7 Con base empírica

Basados en investigación empírica, Lederman y Lederman, (2014) y Lederman (2014) sostienen que los aspectos “uso y distinción de teorías y leyes” y “social y culturalmente integrada” no son en general accesibles a estudiantes de educación primaria (por ejemplo, desde kindergarten hasta sexto básico).

Ahora que el conocimiento clave de base relacionado con el tema de ciencia y NOSK ha sido presentado, daremos ejemplos concretos de cómo NOSK puede ser integrado a la enseñanza en la sala de clases. Los ejemplos abarcarán múltiples cursos/niveles y todos han sido probados con estudiantes de escuela alrededor del mundo.

2.3 Integrando el contenido y NOSK en la enseñanza, en la clase de Biología

Casi cualquier actividad de la clase de biología se puede modificar para enseñar de manera explícita algunos aspectos de NOSK, sin mucho esfuerzo, pérdida de tiempo de clases o pérdida de atención a contenido importante dentro del currículum de Biología. Primero se describe una actividad de laboratorio popular que es ampliamente usada por profesores de biología y es, aparentemente, lo más lejana posible a NOSK que alguien pudiera imaginar. Básicamente, NOSK no está explícitamente enfatizada. Luego, la misma actividad se presenta de manera reestructurada para ayudar a los estudiantes a aprender sobre NOSK. Esto debería ilustrar acerca de cómo cualquier actividad de ciencias puede ser corregida para integrar efectivamente la naturaleza de la ciencia. Las tres actividades que siguen son el resultado de actividades corregidas que ahora incluyen NOSK.

2.3.1 Tiempo de mitosis

La siguiente actividad puede ser encontrada prácticamente en cualquier manual de laboratorio de biología de escuela secundaria o primaria superior. La meta principal de la actividad es que los estudiantes aprendan las etapas de la mitosis y el tiempo restante del ciclo celular. Otras metas son lograr que los estudiantes se hagan diestros en identificar las etapas de la mitosis y en reconocer que la división celular es más rápida en células cancerosas que en células normales. Siguiendo una breve revisión de las diferentes etapas del ciclo celular y de cómo categorizar las etapas a partir de imágenes, los estudiantes, generalmente trabajando como mínimo en pares, deben contar el número de células de la punta de una raíz de cebolla (en una diapositiva preparada) en cada una de las etapas de la mitosis dentro de un campo de visión dado bajo alta potencia. Se les pide que hagan esto en tres campos de visión. Después de que las cuentas se ingresan en una tabla de datos, los alumnos usan las frecuencias relativas de las etapas para calcular el tiempo relativo requerido para cada etapa.

El ciclo celular toma en promedio 24 horas (1440 minutos) en células de cebolla, así es que los estudiantes usan las frecuencias para calcular las proporciones de tiempo. La suposición es que la etapa con el menor número de cuentas toma menos tiempo. La actividad es relativamente confiable para que los estudiantes concluyan que las etapas, de las más cortas hasta las más largas, son: anafase, telofase, metafase, profase e interfase. Luego se les muestra a los alumnos una tabla de datos en la que se comparan los requerimientos de tiempo para cada etapa de la mitosis en células normales y cancerosas del estómago de una gallina. A través de una serie de preguntas de revisión, los estudiantes son llevados a la conclusión general de que la mitosis ocurre mucho más rápido en células cancerosas. También son llevados a la conclusión general de que el tiempo relativo requerido para el ciclo celular es el mismo en todos los organismos. Esta conclusión posterior es más implícita que explícitamente declarada.

 Tiempo para la mitosis: con un enfoque integrado en NOSK

Esta actividad, de la manera en que normalmente es presentada, puede ser simple y en cierto modo poco interesante, pero ayuda a los estudiantes a adquirir conocimiento fundamental sobre la mitosis y el ciclo celular. La mitosis y los indicadores de sus etapas son conceptos centrales en la mayoría de los textos y currículum de biología (Figura 4.1). Así que ¿es posible ayudar a los estudiantes a aprender sobre NOSK durante esta actividad sin modificar la actividad al punto de que se comprometa el aprendizaje del contenido original?

Los diferentes aspectos de NOSK discutidos previamente no son algo que los estudiantes verán directamente en la actividad de mitosis o en cualquier otra actividad. Más bien, NOSK se vuelve visible a través del uso cuidadoso de preguntas de reflexión formuladas por el docente. Al comienzo de la actividad, cuando los estudiantes reciben un breve resumen de las etapas de la mitosis y del ciclo celular, se puede preguntar: “¿Cómo decidimos cuándo una etapa termina y comienza la siguiente?” “¿Cómo deciden eso los científicos?”. Las respuestas nos llevarán rápidamente a la arbitrariedad de la clasificación de las etapas (como es cierto de cualquier esquema de clasificación en biología o cualquier otra disciplina). Usando las distintas respuestas de los alumnos a las preguntas previas, el profesor puede preguntar por qué distintos estudiantes tienen diferentes respuestas. Esto naturalmente pondrá sobre la mesa la subjetividad involucrada en tales decisiones, como también la posibilidad de que las categorizaciones puedan cambiar en el futuro como resultado de un mayor conocimiento sobre la mitosis o si los científicos simplemente deciden que tiene más sentido “segmentar” el proceso de forma diferente. El objetivo es que estas ideas surjan de la discusión en clase en respuesta a las preguntas del docente, en contraste con una cátedra.

Durante los pocos ejemplos de práctica que los alumnos realizan como curso antes de comenzar el trabajo en grupos, asegúrese de preguntar sobre la etapa de una célula que no está totalmente clara, un ejemplar complicado. Pida a los estudiantes que defiendan sus diferencias respecto a cómo clasificaron esta célula en particular. Use esta discusión para hablar explícitamente sobre la decisión que tomaron y pregunte: “¿Por qué clasificaron las células de manera diferente?”. Asegúrese de enfatizar que no hay una respuesta específica correcta. Las personas con diferente trasfondo, perspectiva y conocimiento probablemente llegarán a diferentes conclusiones debido a interpretaciones diferentes. El punto que queremos destacar es que la subjetividad se ha incluido inevitablemente. Esto mismo es cierto entre los científicos cuando interpretan datos. Los estudiantes no usarán necesariamente la palabra “subjetividad”, pero se referirán a los científicos como personas distintas, con trasfondos y experiencias diferentes.

Figura 4.1 Ciclo celular generalizado de la célula eucariota.

Luego de la recolección de datos durante el laboratorio, pregunte a los estudiantes porqué diferentes grupos llegaron a diferentes frecuencias y tiempos calculados. Si los grupos no están de acuerdo en los tiempos relativos generales de las etapas, mejor aún. Así, nuevamente puede destacar el hecho de que explícitamente distintos estudiantes y grupos interpretaron los datos de diferentes formas. También pueden discutir respecto de si todos los grupos observaron las puntas de raíz en la misma ubicación exacta. Además, ¿qué hay de las implicancias de que cada grupo recolecte datos de distintas muestras? Las respuestas de los alumnos a estas preguntas les permitirán enfatizar cómo el conocimiento científico es tentativo e implica subjetividad. Una vez más, estas comprensiones conceptuales surgen de la discusión en clases, y no de que usted se las diga o enumere en una lista. También puede elegir enfocarse en la idea de que los estudiantes estaban haciendo observaciones con sus microscopios y usando estas observaciones para hacer inferencias sobre los requerimientos de tiempo relativo para cada etapa (naturalmente, este sería un buen momento para que los estudiantes rápidamente repitan su entendimiento de la diferencia entre observaciones e inferencias). Después de todo, solo instantáneas del proceso son vistas, sin que nadie tome el tiempo de cada etapa.

Ahora podría preguntar: “¿Podemos estar totalmente seguros de que los requerimientos de tiempo relativo que hemos determinado son correctos?” Los estudiantes reconocerán rápidamente que lo que ha sido concluido puede cambiar con datos adicionales, muestras diferentes, o diferentes marcos de trabajo para determinar las etapas de la mitosis. En este punto de la clase hemos podido hacer preguntas que le permiten a los estudiantes reflexionar en torno a los siguientes aspectos de NOSK: es tentativa, subjetiva, incluye observación v/s inferencia, y se realiza sobre la base de datos empíricos. Naturalmente, en cualquier momento durante la clase podría plantear la cuestión de que los estudiantes están intentando responder a la pregunta tal como lo hacen los científicos, no solo pensando en la situación, sino desde la recolección de datos empíricos. Deben recordar (con su ayuda) que el conocimiento científico está basado, al menos de forma parcial, en datos empíricos.

Durante la revisión de la actividad, puede preguntar a los estudiantes si los requerimientos de tiempo relativo para las etapas son las mismas en animales y en plantas, usando los ejemplos ya estudiados de la gallina y la cebolla. ¿Hay alguna razón para creer que las etapas son relativamente las mismas, pero no exactamente iguales? ¿Están haciendo inferencias los alumnos? ¿En qué están basadas sus inferencias? ¿Cómo pueden los alumnos encontrar una respuesta? Finalmente, durante el reporte de comparación de datos entre células cancerosas y normales, pida a los estudiantes que especulen sobre la razón por la que la actividad celular cancerosa es un problema. Después de todo, ¿qué hay de malo en que el ciclo celular ocurra a una velocidad más rápida de lo normal? Las respuestas de los estudiantes serán inferencias y esto le permitirá poner énfasis en que las inferencias de los científicos son un producto de la subjetividad y creatividad humanas. Si lo cree necesario puede preguntar incluso: “¿Está bien elaborar conclusiones sobre cáncer en humanos a partir de datos de células cancerosas del estómago de una gallina?” Esto puede llevar a una discusión, con estudiantes avanzados, sobre las inferencias que los científicos médicos hacen cuando realizan ensayos clínicos con organismos que sirven como modelos humanos.

 Una diferencia notable

Una comparación de los dos enfoques acerca de la actividad de la mitosis debería clarificar al menos una notable diferencia. El segundo enfoque integró ciertos aspectos de NOSK a través de las discusiones iniciadas con preguntas de reflexión cuidadosamente seleccionadas y formuladas. En este caso, se determinó que su naturaleza tentativa, subjetiva, que incluye observación/inferencia y que presenta base empírica eran la mejor alternativa para la clase en cuestión. La diferencia entre teoría y ley, y la integración cultural del conocimiento científico, no fueron abordadas mediante esta actividad. Todos los aspectos de NOSK no necesitan y no deberían ser abordados en cada clase o actividad. Enfocarse en algunos aspectos que mejor se ajustan a la clase en cuestión es mucho mejor.

Algunos estudiantes pueden reflexionar de manera independiente sobre lo que están haciendo y llegar a entender NOSK a través de la ejecución de la actividad original. Sin embargo, la investigación es bastante clara en relación con que la mayoría de los estudiantes no aprenden NOSK de manera implícita, sino simplemente por hacer actividades científicas (por ejemplo, en el primer enfoque). Más bien, los aspectos de NOSK que desee enfatizar deben ser planeados e integrados explícitamente a la lección. La mejor forma de hacer esto es a través de discusiones reflexivas obtenidas mediante la cuidadosa formulación de preguntas (Lederman y Lederman, 2014). Las siguientes tres actividades ya han sido corregidas para integrar NOSK de la misma forma en que fue ilustrada en el ejemplo de mitosis.

2.3.2 Huesos Misteriosos

Esta actividad toma 3 o 4 días (dependiendo del curso de los estudiantes) y es ideal para una clase de biología o ciencias de la vida cuando se presentan los sistemas óseos. El enfoque general está en la estructura y la función, en contraste con la memorización de los huesos y sus ubicaciones, bastante menos útil. A medida que los estudiantes aprenden sobre el sistema óseo, también aprenden sobre varios aspectos de NOSK. Aquí los estudiantes tienen la particular oportunidad de aprender que el conocimiento científico es tentativo, que las conclusiones científicas son el resultado de creatividad y subjetividad, derivadas de observación e inferencias, y el entendimiento de que las investigaciones científicas pueden tomar una variedad de formas, en contraste con un método científico que avanza un paso a la vez (que es de hecho un aspecto de la indagación científica).

1 En el primer día que los estudiantes comienzan su estudio del aparato óseo se les entrega un pellet de lechuza (ver Figuras 4.2 y 4.3). Se les pide luego que trabajen en pares mientras diseccionan los huesos encontrados dentro del pellet. Los pellets de lechuza son los alimentos no digeribles, y son regurgitados por la lechuza común, varias veces al día. Ya que los huesos no son digeribles por las lechuzas, están integrados dentro de los pellets. Estos pueden ser recolectados en el campo o comprados en alguna empresa de insumos biológicos.

2 Después de que todos los huesos son removidos de los pellets, se les instruye a los estudiantes para que busquen los huesos correspondientes en el diagrama del ratón silvestre y peguen los huesos diseccionados, en la posición apropiada, en el diagrama (ver Figura 4.4).

3 Al día siguiente, tenga una discusión con sus estudiantes sobre la estructura/forma de los distintos huesos y su ubicación en el esqueleto del ratón. Pregunte a los estudiantes dónde se encuentran los huesos más gruesos y grandes y dónde se encuentran los huesos más pequeños y delgados. La meta de la discusión es que los estudiantes se den cuenta de que la estructura/forma de los distintos huesos está relacionada con su función y ubicación (por ejemplo, para soportar peso, servir de protección, etc.).

4 Luego, los estudiantes reciben un esqueleto desarticulado de un animal no identificado y su tarea es trabajar en grupos de 4 o 5 para armar el esqueleto. Se espera que los estudiantes usen su conocimiento de esqueletos y lo que han aprendido del pellet de lechuza para inferir la estructura de este animal nuevo, no identificado (ver Figura 4.8). Hemos usado esqueletos desarticulados de conejos, gatos y visones que han sido comprados en una empresa de insumos biológicos o que han sido prestados por una universidad local.

5 A continuación, involucre a los estudiantes en otra discusión sobre la estructura y las funciones de los huesos en el esqueleto. No se espera que los estudiantes identifiquen de qué animal provienen los huesos, sino más bien, consolidar el conocimiento de la relación entre la estructura y las funciones de los huesos en el sistema óseo. Se les pregunta a los alumnos si lo que han estado haciendo está relacionado con el trabajo de los científicos. Esto es, ¿pasan tiempo los científicos analizando huesos fosilizados? También se les pregunta si es que este tipo de investigación científica sigue el “método científico” tal como es presentado en los libros de texto.

6 Para igualar el trabajo de los estudiantes al de los científicos, al día siguiente grupos de estudiantes reciben sobres que contienen láminas de huesos de un animal extinto, que se representan en papel laminado (ver Figura 4.6). Se les pide que usen su conocimiento de los sistemas óseos para construir el esqueleto del animal, tal como lo hacen los paleobiólogos.Figura 4.2 Un típico pellet de lechuza.Figura 4.3 Materiales comunes encontrados dentro de un pellet de lechuza.Figura 4.4 Huesos de ratón silvestre.

7 Los estudiantes deberían ser motivados a circular y ver las construcciones de los otros grupos, ya sea por curiosidad o para que les ayude en sus propias construcciones. A medida que la construcción se vaya completando, el profesor debería tomar fotos de las distintas construcciones mediante tecnología disponible para una futura proyección en la sala de clases.

8 Las construcciones de cada grupo se proyectan para una discusión en clases. Cada grupo explica las razones que tuvo para ubicar los huesos en el esqueleto construido. Mientras hacen esto, el profesor pregunta a los alumnos sobre el proceso y los distintos aspectos de NOSK que son evidentes para los estudiantes en la construcción del esqueleto (por ejemplo, creatividad, subjetividad, naturaleza tentativa, etc.).Figura 4.5 Esqueleto desarticulado (Gato, Conejo o Visón).

9 El o la docente debería ahora revelar la construcción del esqueleto por parte de los científicos y la apariencia inferida del animal con su piel (ver Figuras 4.7 y 4.8). Los estudiantes a menudo quedan sorprendidos al ver la disposición de los huesos extendiéndose desde el dedo del antebrazo del animal, porque solo han visto de manera previa esqueletos de animales terrestres.

10 El profesor explica que se creía que la especie fue uno de los primeros “dinosaurios” o reptiles que podían volar (o, más precisamente, planear). Esta criatura vivió en Europa durante el período Jurásico tardío. Desde su primer descubrimiento en 1831 siempre ha habido algo de confusión respecto de la naturaleza de esta especie.

11 Se les informa entonces a los estudiantes que, en décadas pasadas, los científicos han decidido que los huesos que soportan el ala en la Figura 4.7 deberían ser movidos al segundo dedo del antebrazo para un mejor soporte del ala. Se les pregunta a los estudiantes cómo esto se relaciona con NOSK y ellos discuten, el hecho de que el conocimiento científico está sujeto a cambios.Figura 4.7 Esqueleto reconstruido del Scaphognathus crassirostris.Figura 4.6 Huesos misteriosos.Figura 4.8 Scaphognathus crassirostris imaginado por un paleontólogo.Figura 4.9 Reconstrucción del Scaphognathus crassirostris por otro paleontólogo.

12 Muestre las figuras 4.8 y 4.9 a los estudiantes.

13 El profesor pregunta a los alumnos sobre la apariencia de la Figura 4.9 en contraste con la Figura 4.8. Los estudiantes rápidamente notan que la Figura 4.9 tiene más apariencia de un pájaro que de un reptil. El profesor explica que actualmente se cree que los dinosaurios están relacionados a las aves y que esto ha llevado a una diferente interpretación de como se ve el animal con piel. Si es una clase de educación secundaria que ha estudiado o está estudiando la evolución, el docente podría preguntar a los estudiantes porqué la apariencia inferida ha cambiado.

Esta actividad encaja bastante bien en una clase de biología durante el estudio de sistemas óseos y la forma y función de los huesos, o en el contexto de la evolución y sus evidencias fósiles. Al mismo tiempo, aspectos de NOSK son integrados fácilmente a los logros de los objetivos “típicos” de la disciplina.

3. Conclusiones

No puedo exagerar la importancia que tiene el tomarse un tiempo durante la conclusión de cualquier actividad, para indicar explícitamente a los estudiantes los aspectos de NOSK que se destacan. Inicialmente, puede que sea difícil, pero a medida que pasa el tiempo el profesor o la profesora deberían ser capaces de generar de manera más fácil discusiones sobre NOSK con sus estudiantes. Para motivar a la reflexión, los profesores deberán discutir con los estudiantes las implicancias que tales aspectos de NOSK tienen para la forma en que ven a los científicos, el conocimiento científico y la práctica de la ciencia.

No debiese ser asumido que los estudiantes entenderán NOSK como un producto de “realizar” actividades de indagación basadas en la ciencia. Si se espera que estudiantes de secundaria desarrollen concepciones más adecuadas de NOSK e indagación científica, entonces, como cualquier objetivo cognitivo, este resultado debiese ser planificado, enseñado explícitamente y evaluado (Lederman y Lederman, 2014). Además, debería estar claro que las actividades NOSK no necesitan ser elaboradas desde cero. Todo lo que se necesita es ubicar algunas preguntas bien planeadas dentro de las actividades que ya se están realizando. Si la actividad es una actividad científica, entonces contiene NOSK en su interior (implícitamente). Las preguntas y las posteriores discusiones deberían traer a NOSK a la superficie, para promover el aprendizaje de los estudiantes tanto del contenido biológico como el de los aspectos de NOSK que el profesor o la profesora ha escogido enfatizar.

4. Referencias

American Association for the Advancement of Science. (1990). Science for all Americans. New York: Oxford University Press.

American Association for the Advancement of Science. (1993). Benchmarks for science literacy. New York: Oxford University Press.

Chalmers, A. F. (1982). What is this thing called science? (2a ed.). Queensland, Australia: University of Queensland Press.

Curtis, H. (2009). Biology. New York: Worth Publishing.

Hrdy, S. B. (1986). Empathy, polyandry, and the myth of the coy female. En R. Bleier (Ed.), Feminist approaches to science (pp. 119-146). Perganon Publishers.

Kuhn, T. (1970). The structure of scientific revolutions, (2a ed.). Chicago, The University of Press.

Lederman, N.G. (1998). The state of science education: Subject matter without context. Electronic Journal of Science Education [On-Line], 3 (2), December. Available: http://unr.edu/homepage/jcannon/ejse/ejse.html

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