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UNA FORMA DE TRABAJAR LA COMPETENCIA CIENTÍFICA EN EL AULA.

Autoras

Cañas Cortázar, Ana María* y Nieda Oterino, Juana**
*Catedrática de Física y Química
**Inspectora de Educación.

 

Resumen 

El artículo parte de una definición operativa de la competencia científica con sus distintas dimensiones. Posteriormente, se presenta un ejemplo de actividad de aula donde se relacionan las diferentes cuestiones con las dimensiones de la competencia. Asimismo, se establecen relaciones con las demás competencias básicas.

 

 

 

 

 

Introducción

Para trabajar la competencia científica en el aula debemos partir, en primer lugar, de su definición. En el programa internacional de evaluación de los alumnos PISA 2009 (MEC 2011) se concreta de la siguiente manera:

La capacidad de usar el conocimiento científico, de identificar cuestiones y extraer conclusiones basadas en pruebas científicas que les permita comprender y tomar decisiones sobre el medio natural y los cambios que sufre en relación con la acción humana

Asimismo, en la LOE (MEC, 2006a) en los Reales Decretos de Enseñanzas Mínimas de Primaria (MEC, 2006b) y de Secundaria Obligatoria (MEC 2007) se señalan algunas implicaciones que resultan de tener en cuenta el concepto de competencia científica en las programaciones de aula:

 

  • El aprendizaje de conceptos científicos y sobre la Ciencia.

  • La adquisición de destrezas y habilidades sobre la búsqueda de información; la forma de abordar y responder interrogantes sobre fenómenos de la naturaleza.

  • El desarrollo de un conjunto de valores, la toma de decisiones y la  participación en temas relacionados con la salud, el medio ambiente y la influencia de la Ciencia y la Tecnología en los grandes dilemas y debates que tiene la sociedad planteados.

 

En síntesis, trabajar la competencia científica supone plantear al alumnado actividades donde tenga ocasión de pasar del saber al saber hacer siendo además capaces de transferir los conocimientos adquiridos a la resolución de problemas reales.

Dimensiones de la competencia científica

Teniendo en cuenta el programa PISA, los Reales decretos de la LOE y nuestras reflexiones y aportaciones (Cañas, A.; Martín-Díaz, M.J. y Nieda, J. 2007), proponemos la siguiente concreción operativa del concepto de competencia científica.

 

COMPETENCIA CIENTÍFICA. DIMENSIONES
A. Identificación de cuestiones científicas
A.1 Reconocer cuestiones investigables desde la ciencia. Saber diferenciar problemas y explicaciones científicas de otras que no lo son
A.2 Utilizar estrategias de búsqueda de información científica de distintos tipos. Usar buscadores y programas sencillos. Comprender la información y saber resumirla. Seleccionar la información adecuada en diversas fuentes.
A.3 Reconocer los rasgos claves de la investigación científica. Comprender los problemas, controlar variables, realizar hipótesis, diseñar experiencias, analizar datos, detectar regularidades, realizar cálculos y estimaciones.
B. Explicación científica de los fenómenos
B.1 Comprender principios básicos y conceptos científicos y establecer diversas relaciones entre ellos: de causalidad, de influencia, cualitativas y cuantitativas.
B.2 Describir y explicar fenómenos científicamente y predecir cambios. Utilizar modelos explicativos
B.3. Aplicar los conocimientos de la ciencia a una situación determinada. Referir a un caso particular lo que se ha dicho en general.
C. Utilización de pruebas científicas
C.1 Interpretar datos y pruebas científicas. Relacionar la interpretación de pruebas con los modelos teóricos usados. Elaborar conclusiones y comunicarlas en distintos formatos de forma correcta, organizada y coherente.
C.2 Argumentar a favor o en contra de las conclusiones, e identificar los supuestos, las pruebas y los razonamientos en la obtención de los mismos
C.3 Reflexionar sobre las implicaciones sociales de los avances científicos y tecnológicos y viceversa. Tratar problemas científicos con implicaciones sociales. Utilizar los conocimientos científicos para la toma de decisiones.
D. Actitudes científicas y hacia la ciencia
D.1 Interesarse por la ciencia y apoyar su investigación. Reconocer la naturaleza abierta de la ciencia, y la influencia social en la investigación. Valorar el rigor, el antidogmatismo, el sentido crítico y cuestionar las ideas preconcebidas.
D.2 Tener responsabilidad sobre uno mismo, los recursos y el entorno. Conocer los hábitos saludables, personales comunitarios y ambientales basados en los avances científicos y tecnológicos. Valorar el principio de precaución

 

Si observamos el cuadro, en la competencia científica se pueden distinguir, según PISA, cuatro grandes tipos de capacidades: identificación de cuestiones científicas, explicación científica de los fenómenos, utilización de pruebas científicas y actitudes científicas y hacia la ciencia. En cada una de ellas aparecen, matizadas por nosotras, diferentes dimensiones que concretan su definición operativa.

La identificación de cuestiones científicas se refiere a las capacidades que tienen que ver con la forma de identificar y abordar el problema: reconocer si se puede afrontar desde la ciencia, buscar información en distintas fuentes sobre el estado de la cuestión, y dominar estrategias para su resolución.
La explicación científica de los fenómenos supone comprender y utilizar los conceptos científicos apropiados, saber describir y explicar fenómenos, identificando el uso de modelos explicativos, así como predecir cambios y además ser capaces de aplicar los conocimientos adquiridos a la explicación de situaciones concretas.
La utilización de pruebas científicas concede especial importancia a la interpretación de datos y pruebas, a la argumentación, a la elaboración de conclusiones y su comunicación de forma adecuada, sin olvidar el reconocimiento de las implicaciones sociales de los avances científicos.
Por último, en las actitudes científicas y hacia la ciencia se recalca la influencia de la ciencia en  los avances de la civilización, matizando sus limitaciones, su carácter abierto, así como el interés para los ciudadanos en la adquisición de actitudes científicas. Asimismo, se subraya el compromiso con la adquisición de hábitos saludables personales y ambientales basados en los conocimientos científicos.

Un ejemplo de actividad

Para ejemplificar cómo se pueden trabajar en el aula actividades que tengan en cuenta distintos aspectos de la competencia científica, proponemos la siguiente actividad a propósito de una noticia aparecida en la prensa sobre la enfermedad comúnmente denominada huesos de cristal. Esta actividad es apropiada para los alumnos y alumnas de 4º curso de la ESO (Biología y Geología y Física y Química) o para 1º de Bachillerato en Ciencias para el Mundo Contemporáneo)

Actividad sobre la enfermedad de los huesos de cristal:

1. Lee los dos textos y responde a las siguientes cuestiones

 

Texto 1 . Nace el primer bebé de España libre del mal de los huesos de cristal por selección genética.

 

altEUROPA PRESS. ALICANTE.

El primer bebé de España libre de osteogénesis imperfecta, también conocida como enfermedad de los huesos de cristal, gracias a la aplicación de las técnicas de Diagnóstico Genético Preimplantación (DGP) -selección genética de embriones-, nació este lunes en Alicante (…)  Imagen del laboratorio de embriología de Crea (Foto: Crea).
La madre de la niña y varios miembros de la familia están afectados por esta patología genética que se caracteriza por causar múltiples fracturas desde el nacimiento.
Las alteraciones que provoca la osteogénesis imperfecta al individuo comprenden desde la predisposición a las fracturas hasta baja estatura, deformaciones esqueléticas muy severas y la muerte perinatal en sus formas más agresivas. El riesgo de transmisión de la enfermedad a los descendientes alcanza el 50% […]

Así, mediante la aplicación de las técnicas DGP, que implica el uso combinado de técnicas de reproducción asistida y de genética molecular, se ha conseguido evitar que la pequeña nazca con esta enfermedad congénita.
El tratamiento de reproducción asistida para la obtención de embriones se llevó a cabo en Crea (Centro Médico de Reproducción Asistida). La pareja se sometió a un tratamiento de fecundación in vitro con microinyección espermática. Los embriones obtenidos fueron analizados en el Laboratorio de Diagnóstico Genético Preimplantación de Sistemas Genómicos donde se seleccionaron aquellos embriones libres de la mutación que causa la enfermedad.

Texto 2. El colágeno y los minerales, elementos esenciales de los huesos

 

La estructura del hueso suele compararse con el hormigón armado que se emplea en la construcción. El hormigón armado se hace echando el cemento sobre una estructura de barras de acero. Éstas aportan la elasticidad al hormigón armado, sin ellas el cemento se rompería más fácilmente ante un fuerte golpe o con pequeños movimientos del suelo. El cemento le da la fortaleza al hormigón armado. Sin el cemento, las barras de acero no se sostendrían y se doblarían. En los huesos el papel de las barras de acero lo hace el colágeno y el del cemento los minerales, fundamentalmente de calcio y de fósforo. Podríamos decir que los minerales dan la fortaleza a los huesos y el colágeno les proporciona la elasticidad.

Existen dos trastornos importantes de los huesos: el de las personas que nacen con el problema genético de los huesos de cristal relacionado con las deficiencias del colágeno, y la osteoporosis, que se da en las personas mayores, debida fundamentalmente a la pérdida de minerales.

Cuestiones:
1.    ¿Cuál es el nombre popular y el nombre científico de la enfermedad hereditaria por la que las personas que la sufren se rompen los huesos con mucha facilidad?
2.    De los dos componentes de los huesos -colágeno y minerales- cuál de ellos aporta elasticidad a los huesos y cuál le da la resistencia.
3.  Los niños con huesos de cristal y los mayores con osteoporosis se rompen los huesos con suma facilidad ¿En qué se parecen y en qué se diferencian estas dos enfermedades?
4.    ¿Qué significa que la enfermedad de los huesos de cristal sea genética y hereditaria?
5.    Explica la diferencia entre la fecundación natural y la fecundación in vitro.
6.    ¿Qué es una mutación? ¿En qué consiste el procedimiento de la selección genética de embriones?
7.  La enfermedad de los huesos de cristal se debe a una alteración de los genes en los autosomas de carácter dominante. Si un óvulo presenta el gen enfermo y el espermatozoide el gen sano ¿sufrirá la enfermedad el hijo?
8.    María dice que debería prohibirse la selección genética ya que eso no es natural y no debemos ponernos a ejercer el papel de Dios. Justifica si la razón que da María para prohibir la técnica de la selección genética es una razón científica o no.
9.    Aunque es viable científicamente la técnica del DGP, en España no está permitido aplicarla para obtener niños a la carta. Explica por qué la legislación lo prohíbe y argumenta sobre la diferencia entre la viabilidad científica y la conveniencia ética. Escribe tus conclusiones en un pequeño informe (como complemento informativo sugerimos ver la película estadounidense de ciencia ficción Gattaca, dirigida por Andrew Niccol en 1997, o la clásica de Frankenstein basada en la novela de Mary Shelley).
10.  El cristal es duro y sin embargo, es frágil. Explica la diferencia entre dureza y fragilidad. Los huesos de cristal son frágiles, con este dato ¿podemos asegurar que son blandos?
11.  Si se cae un vaso de cristal de una mesa al suelo es muy fácil que se rompa porque el cristal es frágil, sin embargo, si el vaso es de plástico, que se deforma durante el golpe, seguramente no se romperá ¿Qué diferencia existe en la fuerza del golpe que recibe el vaso de cristal de la que recibe el de plástico? Razona la respuesta teniendo en cuenta la deceleración que sufren cada uno en función del espacio que tiene para frenar durante el golpe. Argumenta, desde las fuerzas que reciben, por qué se rompen tan fácilmente los huesos las personas con huesos de cristal.
12.  Explica la razón por la que los autos de choque están rodeados en su base por una estructura de goma.
13.  Una aplicación especial de la elasticidad de los cuerpos es la construcción de aparatos de medida de fuerzas. Diseña una experiencia para calibrar un muelle de modo que lo transformes en un aparato de medida, en un dinamómetro.

Características de la actividad

En esta actividad se platea un problema de salud que afecta a la calidad de vida de las  personas que lo padecen y a las de su entorno con las que conviven. Este problema tiene el agravante de que las soluciones  científicas que van surgiendo no son admitidas por parte de la sociedad, produciéndose una importante controversia social en torno a ellas.

Se trabajan en la actividad distintas dimensiones de la competencia científica y se contribuye al desarrollo de otras competencias. En la identificación de cuestiones científicas se pide al alumnado que diferencie razones científicas de las que no lo son en relación a la solución del problema planteado y que sepa buscar  y comprender la información de diferentes fuentes, como por ejemplo, entender los textos que se proponen y así saber explicar la razón de la enfermedad, su diferencia con la osteoporosis o en qué consiste la selección de embriones. Además, deben reconocer los rasgos de la investigación científicas proponiéndoles el diseño de una experiencia para calibrar un muelle y así transformarlo en un aparato de medida.

 

En la explicación científica de fenómenos se trata de que apliquen sus conocimientos científicos en la comprensión de un problema de interés social y las técnicas para su solución. Deben saber aplicar el concepto de elasticidad que hace que el cuerpo ante un impacto pueda deformarse y recuperarse. Así mientras el cuerpo elástico se deforma, tiene más espacio para disminuir la velocidad del cuerpo que golpea. De esta manera la aceleración de frenada es menor que la de los cuerpos frágiles que no se deforman y por tanto, la fuerza que reciben también es menor. Asimismo tienen que saber aplicar este conocimiento a la explicación del problema de la fácil rotura de los huesos de cristal y al mecanismo de amortiguación de los parachoques de los coches.  También deben conocer que las enfermedades genéticas son debidas a alteraciones de los genes  presentes en los cromosomas y que sólo se transmiten a la descendencia si los genes alterados están situados en los cromosomas de los gametos. Asimismo, deben saber que la fecundación in vitro precisa la extracción previa de los óvulos y de los espermatozoides de los dos miembros de la pareja y su posterior unión en el laboratorio, así como el concepto de mutación como una alteración química del gen motivado por causas diversas. También se les pide que apliquen el concepto de dominancia y sepan su repercusión en la transmisión de la enfermedad aunque esté sólo alterado el genotipo de uno de los gametos.

 

Respecto de la utilización de pruebas científicas, los alumnos y alumnas tienen que argumentar las razones de la prohibición que se hace en la legislación española de ciertas prácticas genéticas, que tiene en cuenta la Bioética. Deben darse cuenta de que la ciencia aborda problemas que pueden tener implicaciones sociales y que muchas veces es necesario reflexionar sobre los avances científicos y tecnológicos, sus ventajas y riesgos y en casos como estos, someterse a las indicaciones de la Bioética y los derechos humanos. Por último, deben elaborar conclusiones sobre el problema y comunicarlas mediante un informe.

 

En cuanto a las actitudes científicas y hacia la Ciencia, se les demanda una actitud analítica ante los problemas que surgen con los avances científicos, estando abiertos a considerar distintas perspectivas sobre un tema, apoyarse en datos y pruebas para la argumentación distinguiéndolas claramente de lo que son opiniones o creencias. Asimismo, debe darse cuenta de que la ciencia es una actividad social como otras, hecha por personas y en cuyo desarrollo la sociedad tiene gran influencia.

Al trabajar estas dimensiones de la competencia científica se colabora en el desarrollo de las demás competencias básicas como el tratamiento de la información y la competencia digital, la comunicación lingüística, aprender a aprender, competencia para la autonomía e iniciativa personal y la competencia social y ciudadana.

Referencias

•    Cañas, A.; Martín-Díaz, M.J. y Nieda, J. 2007. Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. La competencia científica. Alianza. Madrid.
•    MEC (2006a). Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación. BOE de 4 de mayo de 2006. Madrid.
•    MEC (2006b). Real Decreto 1513/2006, de 7 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas de la Educación Primaria. BOE de 8 de diciembre de 2006. Madrid.
•    MEC (2007). Real Decreto 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria. BOE 5 de enero de 2007. Madrid.
•    MEC (2011) PISA-ERA 2009. Programa para la Evaluación Internacional de los Alumnos OCDE. Informe español.