El conocimiento cientfico y elcotidiano: comparacin e implicacionespara el aprendizajeFrederick Reif y Jill H. Larkin

La ciencia que se ensea en la escuela suele ser muy distinta de la ciencia real.Tambin de los conocimientos correspondientes empleados en la vida cotidiana.Partiendo de tan desalentadora situacin, el autor propone alternativas prcticaspara cambiarla, llevando a la conciencia del estudiante esas distintascaractersticas en los objetivos y medios cognitivos de cada una de estas tresciencias.

INTRODUCCION

Muchos estudiantes tienen grandes dificultades para aprender ciencias ensegunda enseanza o en niveles superiores. Algunas de estas dificultades se deben alas nociones ingenuas preexistentes que los estudiantes tienen del mundo fsico. Porejemplo, los estudiantes suelen creer que no puede darse movimiento sin la presen-cia de una fuerza o que un objeto se mueve en la direccin de la fuerza que actasobre l. Muchas de estas ideas preexistentes estn bien documentadas (por ejemplo,Caramazza, McCloskey y Green, 1981; Clement, 1982; Cohen, Eylon y Ganiel,1983; diSessa, 1982, 1983; Driver, Guesne y Tiberghien, 1985; Gunstone, 1987;Haloun y Hestenes, 1985a, 198513; Helm y Novak, 1983; McCloskey, Caramazza yGreen, 1980; McDermott, 1984; Trowbridge y McDermott, 1980, 1981; Viennot,1979; White, 1983). Otras dificultades se deben a la necesidad que se tiene en cien-cia de tratar con conceptos abstractos y de resolver problemas complejos (Chi, Felto-vich y Glaser, 1981; Chi, Glaser y Rees, 1981; Heller y Reif, 1984; Labudde, Reif yQuinn, 1988; Larkin, 1981; Larkin, McDermott, Simon y Simon, 1980; Reif,1983,1987a, 1987b).

Este artculo identifica una fuente potencialmente ms profunda de las dificul-tades de los estudiantes, que tiene sus races en el hecho de que la ciencia est conce-bida deliberadamente para alcanzar objetivos especiales. Por tanto, es artificial enel sentido empleado por Simon (1981) y, en diversos aspectos, es sustancialmentediferente del conocimiento natural de la vida de cada da. Estas diferencias condu-cen a dificultades de aprendizaje importantes porque muchos estudiantes no com-prenden adecuadamente los objetivos de la ciencia ni los tipos de procesos cognitivosnecesarios para abordar este mbito desconocido. De ah que los estudiantes suelanaspirar a objetivos incorrectos y recurrir a medios cognitivos inadecuados.

9 1994 by Aprendizaje, ISSN: 0214-7033

Cumunicacin, Lenguaje y Edn,nin, 1994, 21, 3-30

Las personas familiarizadas con un mbito de conocimientos determinado nor-malmente han aprendido a actuar adecuadamente en ese mbito; comprenden susobjetivos y utilizan medios cognitivos bien adaptados a esos objetivos. Por ejemplo,la mayora de las personas se enfrentan con xito a las demandas cognitivas de la vidade cada da. De manera similar, los cientficos experimentados se enfrentan con xitoa las demandas cognitivas del mbito relativo al conocimiento cientfico.

Sin embargo, cabe esperar dificultades siempre que alguien trate de abordar unmbito de conocimientos previamente desconocido. Nuestro inters se centrar,especialmente, en las dificultades generales de aprendizaje experimentadas por losestudiantes que tratan de aprender sobre el mbito de conocimientos, para ellos des-conocido, de la ciencia.

Las referencias antes citadas ofrecen evidencias impresionantes de la dificultadde modificar las nociones, los prejuicios y los malentendidos ingenuos que tienen losestudiantes acerca del mundo fsico. An cabe esperar mayores dificultades cuandose intentan modificar las nociones que tienen los estudiantes de los objetivos de laciencia y de los procesos cognitivos tiles en este mbito. Ciertamente, el cambionecesario no solo implica nociones o malentendidos particulares sino tambin ideasgenerales sobre objetivos y maneras de pensar de la ciencia.

El objetivo de este artculo es comparar con detalle los mbitos de conocimientocientfico y cotidiano para poner de manifiesto las claras diferencias existentes entresus objetivos y los procesos cognitivos empleados para alcanzarlos. Esta comparacinnos llevar a discutir las siguientes cuestiones de importancia para la enseanza:

A causa del deficiente conocimiento sobre los objetivos y los requisitos de laciencia, los estudiantes suelen aspirar a objetivos de aprendizaje inadecuadosincluyendo a) transferir objetivos cotidianos a la ciencia cuando esos objetivosno son adecuados y b) abrigar malentendidos sobre los objetivos de la ciencia.

A causa del deficiente conocimiento sobre los tipos de cognicin til en laciencia, los estudiantes suelen utilizar medios cognitivos mal adaptados almtodo cientfico, incluyendo a) transferir mtodos eficaces en la vida coti-diana al mbito cientfico, donde son inadecuados y b) concebir mtodosinadecuados al trabajo cientfico.

La situacin es an ms compleja porque la ciencia escolar (es decir, laciencia tal como se ensea en las escuelas) difiere tanto de la ciencia realcomo de la vida de cada da, aunque comparte algunas caractersticas deambas. Por tanto, tiene sus propios objetivos y sus correspondientes mto-dos cognitivos que difieren de los de la verdadera ciencia. Como resultado,las dificultades de aprendizaje de los estudiantes pueden tener una naturale-za compuesta porque los objetivos cientficos reales estn distorsionados ylas maneras cientficas de pensar se ensean inadecuadamente.

Nuestros objetivos al presentar este anlisis son destacar importantes cuestio-nes cognitivas que, con algunas excepciones (por ejemplo, Schoenfeld, 1983, 1987)rara vez han sido examinadas en el pasado; ofrecer un marco de referencia para estu-diar estas cuestiones; mostrar evidencias de que estas cuestiones son importantespara la enseanza de la ciencia; y sugerir investigaciones empricas y enfoques peda-ggicos para profundizar ms en estas cuestiones.

TIPOS DE CONOCIMIENTO EN UN AMBITO

Un mbito de conocimientos es la coleccin de conocimientos declarativos yprocedimentales tiles para alcanzar algunas metas concretas (como ejemplos tene-mos los mbitos de conocimiento de la fsica o de la vida de cada da). En los prrafosque siguen se examinan los tipos de conocimiento importantes en cualquiera de estosmbitos y se indica cmo las inadecuaciones de estos conocimientos pueden llevar adificultades de aprendizaje cuando se aborda un mbito previamente desconocido.

Objetivos del mbitoObjetivos principalesObjetivos centralSubobjetivoRequisitos

Objetivos de trabajoComprensinEvaluacin dela validez

Caractersticas cognitivas humanasCapacidadesMemonaasociativa grandeProcesos de percepcin potentesAptitudes para el razonamiento cualitativoProcesos deliberados y automticos

LimitacionesCapacidad de atencin limitadaVelocidad de procesamiento limitadaCapacidad de razonamiento abstracto limitada

Cognicin del mbitoEstructura de conocimientos

Especificscin de conceptosOrganizacin del conocimiento

MtodosResolucin de problemasTipos de mtodos

Preocupacin por la calidadControl de calidadEficiencia

Conocimiento especfico del mbito

Conceptos o Observaciones

5Conocimiento especfico del mbito. Evidentemente, el conocimiento espec-

fico de un mbito es importante. Consta de los conceptos utilizados en ese mbito,las relaciones entre ellos y los mtodos para abordarlos. Por ejemplo, el conocimientoespecfico de la fsica consta de los conceptos, principios y mtodos utiles en fsica.De manera similar, el conocimiento especficamente cotidiano consta de los conoci-mientos y mtodos objetivos tiles para enfrentarse a la vida de cada da.

Como se indica en el rectnguo recuadrado en negro de la Figura 1, el conoci-miento especfico de un mbito tambin incluye especificaciones sobre cmo seconectan los conceptos con las observaciones que, en ltima instancia, pretendendescribir. (El mbito de la matemtica pura es excepcional ya que es totalmente con-ceptual y simblico y, por tanto, no se refiere explcitamente a ninguna obervacin).

El conocimiento especfico de un mbito, especialmente fuera del mbito de laciencia, puede no ser enteramente consciente y, por tanto, no siempre expresable demanera explcita.

FIGURA 1Aspectos importantes de un mbito de conocimiento

Como se indica en la Figura 1, el conocimiento especfico de un mbito se basaen los objetivos del mbito y en la cognicin til para ese mbito. Esta cognicin,que tambin recibe la influencia de los objetivos del mbito, est an ms limitadapor las caractersticas cognitivas generales humanas. En los prrafos siguientes secomentan estos aspectos del mbito.

Objetivos del mbito. Los objetivos de un mbito influyen de manera crucialtanto en la naturaleza del conocimiento especfico del mbito como en la cognicintil para el mismo. (Por ejemplo, el objetivo fundamental de la ciencia es explicar ypredecir fenmenos observables. En consecuencia, el conocimiento especfico de laciencia y la cognicin cientfica estn especialmente concebidos para alcanzar estosobjetivos). El objetivo fundamental del mbito impone unos requisitos correspon-dientes al conocimiento necesario para su consecucin. (Por ejemplo, el objetivo dealcanzar un gran poder predictivo solo puede alcanzarse si el conocimiento es ade-cuadamente general y preciso). El objetivo fundamental tambin influye en los obje-tivos de trabajo normalmente establecidos en el mbito como, por ejemplo, lograr lacomprensin y evaluar la validez.

Caractersticas cognitivas humanas. Como las tareas intelectuales de un mbitoson llevadas a cabo principalmente por personas, las aptitudes y limitaciones cogni-

tivas humanas restringen los tipos de procesos cognitivos utilizables en el mbito.Las aptitudes y limitaciones de inters especial en nuestra discusin se detallan en laFigura 1 y sern examinados con mayor profundidad ms adelante.

Cognicin cfrl mbito. Los objetivos de un mbito y las caractersticas de la cogni-cin humana determinan conjuntamente los medios cognitivos particularmente ti-les en este mbito. Por ejemplo, para alcanzar los objetivos cientficos predictivos yexplicativos, los cientficos, sujetos a las limitaciones de la cognicin humana, hanconcebido formas especiales de conocimiento y mtodos especiales para garantizaruna ejecucin eficaz, eficiente y sin errores. En palabras del bilogo molecularFranois Jacob (1988, p. 306): El mundo de la ciencia, como el del arte o la reli-gin, es un mundo creado por la imaginacin humana pero dentro de lmites estric-tos impuestos por la naturaleza y por el cerebro humano.

Metaconoci miento. El conocimiento de los objetivos y la cognicin til en unmbito (que se resume en los rectngulos recuadrados en gris de la Figura 1) sepuede denominar metaconocimiento porque es un conocimiento de nivel supe-rior acerca de un conocimiento especfico del mbito 1.

La posesin de este metaconocimiento puede influir marcadamente en el rendi-miento de las personas en el mbito. Por tanto, el metaconocimiento que tienen de losobjetivos de un mbito puede determinar de manera crucial que aspiren o no a objeti-vos adecuados y cumplan con los requisitos necesarios para alcanzarlos. De manerasimilar, su metaconocimiento de la cognicin til en este mbito puede determinar deuna manera crucial que utilicen o no estrategias cognitivas adecuadas en este mbito.Por ejemplo, un trabajo competente en fsica no solo requiere conocimientos especfi-cos de los principios y mtodos de la fsica; tambin requiere un conocimiento generalde los objetivos de la fsica y de las maneras de pensar tiles en este mbito'.

Por tanto, al tratar de abordar un mbito de conocimiento previamente desco-nocido, no solo es necesario aprender el conocimiento especfico del nuevo mbitosino tambin el metaconocimiento necesario. Ciertamente, deficiencias en estemetaconocimiento pueden llevar a unas dificultades de aprendizaje generales.

En los prximos dos apartados analizaremos y compararemos con mayor detallelos objetivos y la cognicin de los mbitos cotidiano y cientfico, y destacaremos algu-nas de las dificultades de aprendizaje resultantes. (Por conocimiento cotidiano enten-demos el conocimiento comn sobre fenmenos naturales adquirido por la mayora delas personas en la vida diaria y en las primeras etapas de escolarizacin, antes de llegar aun estudio ms sistemtico de la ciencia. Por conocimiento cientfico entendemosprincipalmente el conocimiento abarcado por las ciencias fsicas de la actualidad).

Nuestro anlisis se centrar especficamente en los tipos de metaconocimientoindicados en los rectngulos recuadrados en gris de la Figura 1 y detallados en lacolumna izquierda de la Tabla I. Las otras columnas de la Tabla I ofrece una visinesquemtica de este anlisis indicando las principales caractersticas de este metaco-nocimiento en los mbitos cientfico y cotidiano. El ltimo apartado de este artculose basar en este anlisis comparativo para proponer algunas investigaciones empri-cas y recomendaciones pedaggicas.

TABLA 1Comparacin esquemtica entre los mbitos de conocimiento cotidiano y cientfico

AMBITO COTIDIANO AMBITO CIENTIFICO

Objetivos del mbito

Objetivos principalesOjetivos centralSubobjetivo

Llevar una vuena vida Prediccin y explicacin ptimasPrediccin y explicacinadecuadas

7TABLA 1 (continuacin)

Comparacin esquemtica entre los mbitos de conocimiento cotidiano y cientfico

AMBITO COTIDIANO AMBITO CIENTIFICO

Requisitos

Objetivos de trabajoComprensin

Evaluar validez

Cognicin del mbitoEstructura de conocimientoEspecificacin de

conceptosOrganizacin del

conocimiento

MtodosResolucin deproblemas

Tipos de mtodos

Preocupacinpor la calidadControl de calidadEficacia

Generalidad, frugalidad,precisin y coherenciaadecuadas

Pocas inferenciasVarias premisas aceptables

Importancia moderadaVarias premisas aceptables

Reglas de inferencia plausibles

Implcita y basada en esquemas

Localmente coherenteOrganizacin asociativa

Inferencias breves basadasen una rica recopilacinde conocimientos

Informal

InformalNaturaleza eficiente para tareas

cotidianas

Generalidad, frugalidad,precisin y coherenciamximas

Muchas inferenciasPremisas bien especificadas

Importancia fundamentalPremisas basadas en

la observacinReglas de inferencia bien

especificadas

Explcita y basada en reglas

Globalmente coherenteOrganizacin lgica

Inferencias largas basadasen un conocimiento frugal

Formal e informalcomplementarios

Estricta y explcitaDiseado para ser eficiente en

tareas complejas

Objetivos de los mbitos cotidiano y cientficoEn este apartado se examinan y comparan los distintos objetivos principales de

la vida cotidiana y de la ciencia y los objetivos de trabajo necesarios para alcanzar lacomprensin y evaluar la validez.

OBJETIVOS PRINCIPALES

Objetivos fundamentales y subobjetivosObjetivos cotidiands implcitos. Los objetivos de la vida cotidiana son principal-

mente implcitos y no estn definidos con claridad. A grandes rasgos, el objetivocentral es vivir una vida satisfactoria. Para conseguir este objetivo es necesario abor-dar satisfactoriamente el propio entorno. Por tanto, es importante aspirar al subobje-tivo de predecir, y en ocasiones explicar, fenmenos fsicos y biolgicos comnmenteobservados. Por ejemplo, es til predecir que un coche aparcado rodar cuesta abajo

8si sus frenos fallan o explicar por qu pulsar un interruptor no produce la luz espera-da en una lmpara.

Objetivos cientficos explcitos. En el mbito de la ciencia, este subobjetivo impl-cito de la vida cotidiana se eleva hasta convertirse en el objetivo fundamental expl-cito al que aspirar en la medida de lo posible. Por tanto, el objetivo fundamental dela ciencia es alcanzar una prediccin y una explicacin ptimas ideando conoci-mientos tericos especiales que, de manera frugal (es decir, en base a un nmeromnimo de premisas), permitan realizar inferencias sobre el mximo nmero posi-ble de fenmenos observables. En palabras de Einstein (1954, p. 293): El objetivode la ciencia es, por una parte, comprender de la manera ms completa posible laconexin entre las experiencias sensoriales en su totalidad y, por otra, alcanzar esteobjetivo mediante el empleo de una cantidad mnima de conceptos y relaciones pri-marios.

RequisitosRequisitos cotidianos limitados. Los requisitos necesarios para alcanzar predicciones

o explicaciones cotidianas adecuadas no son muy estrictos. a) Se pueden utilizar variostipos de conocimientos de manera adecuada en diferentes contextos, sin que hagafalta una gran generalidad ni una coherencia global. Por tanto, podemos utilizar coneficiencia grandes cantidades de conocimientos especficos de un contexto (basados enla experiencia diaria, el sentido comn o la tradicin) sin tener que hacer inferenciasextensivas o explcitas. b) El conocimiento requerido rara vez debe ser excesivame-mente preciso. Algunas ambigedades y vagedades son tolerables y normalmentepueden ser resueltas de manera adecuada mediante refinamientos o discusiones encontextos especficos. c) Rara vez hacen falta cadenas largas de inferencias precisas,aunque algunos tipos de inferencias moderadamente largas [por ejemplo, trabajarhacia atrs con subobjetivos sucesivos (Klahr, 1978 pueden ser fciles de tratar.

Requisitos cientzficos estrictos. La consecucin de los objetivos cientficos de unaprediccin y una explicacin ptimas impone requisitos muy estrictos. a) Existe lanecesidad de una gran generalidad y, en consecuencia, de largas cadenas de inferen-cias, para garantizar que un nmero muy pequeo de premisas tericas pueda llevara predicciones sobre fenmenos muy diversos. b) La coherencia debe mantenerse atravs de toda la estructura de conocimiento cientfico para garantizar que distintosargumentos no conduzcan a predicciones contradictorias. c) Todo conocimientocientfico necesita ser especificado con precisin para que se puedan realizar predic-ciones sin ambigedad y con el grado de precisin deseado. Los prrafos que siguenprofundizan en algunas consecuencias de estos requisitos.

1. Centrarse en las inferencias. El objetivo cientfico fundamental implica menosinters en la mera explicacin. En palabras del fsico Williarn Bragg, Lo importan-te en ciencia no es tanto obtener nuevos datos como descubrir nuevas maneras depensar sobre ellos.

2. Construccin deliberada del conocimiento. El conocimiento cientfico se constru-ye y se refina deliberadamente para alcanzar un poder explicativo y predictivo pti-mo. Como dijo Einstein (1954, p. 323), La ciencia es el intento de hacer que ladiversidad catica de nuestra experiencia sensorial se corresponda con un sistema depensamiento lgicamente uniforme. An con ms claridad, afirma (Holton, 1988,p. 251) que Nos interesan las anttesis eternas entre los dos componentes insepara-bles de nuestro conocimiento, lo emprico y lo racional ... La estructura del sistemaes el trabajo de la razn; los contenidos empricos y sus relaciones mutuas debenencontrar su representacin en las conclusiones de la teora. En la posibilidad de estarepresentacin estriba el valor y la justificacin exclusivos del sistema entero y espe-cialmente los conceptos y los principios fundamentales subyacentes. Aparte de esto,los ltimos son invenciones libres del intelecto humano que no se pueden justificarni por la naturaleza de ese intelecto ni por cualquier otro modo a priori.

9En consecuencia, el conocimiento cientfico nunca es absolutamente verdadero

sino que es una construccin terica que se debe refinar constantemente. Por tanto,Einstein (1954, p. 323) afirma que las ideas cientficas son hechas por el hombre,son el resultado de un proceso de adaptacin extremadamente laborioso y, portanto, tambin son hipotticas, nunca completamente finales, siempre puestas encuestin o en duda. El etlogo Konrad Lorenz afirma, de manera similar: La ver-dad en la ciencia se puede definir como la hiptesis de trabajo ms adecuada paraabrir el camino a la siguiente hiptesis ms adecuada. Por tanto, el conocimientocientfico es el resultado de un proceso continuo de refinamiento progresivo en elque teoras cientficas de validez limitada se suelen utilizar como trampoln haciateoras ms generales y precisas.

3. La necesidad de trascender el conocimiento existente. La persecucin sistemticade objetivos cientficos implica la necesidad de trascender las concepciones existen-tes. Por tanto, nociones de sentido comn aparentemente evidentes suelen ser aban-donadas en favor de nuevos conceptos deliberadamente inventados para predecir yexplicar fenmenos mucho ms amplios que los encontrados en la vida de cada da.Por ejemplo, podemos necesitar tomar conciencia de que el tiempo entre dos sucesoses diferente para observadores distintos (teora de la relatividad), o que carece de sen-tido hablar del camino recorrido por una partcula atmica (teora cuntica). Cierta-mente, la fsica de las partculas elementales contempornea est caracterizada poruna gran libertad de inventiva terica sin ningn tipo de limitacin impuesta por elsentido comn de cada da. Bridgman (1955, p. 81) observ: [Cuando trabaja, elcientfico) siente una libertad total para utilizar cualquier mtodo o dispositivo queen la situacin concreta que tiene ante l parezca que pueda aportar la respuestacorrecta. En su ataque a un problema concreto no sufre ninguna inhibicin por partede precedentes o autoridades sino que es completamente libre de seguir cualquiercurso que su ingenio sea capaz de sugerirle.

Tambin se da una necesidad de trascender las creencias tradicionales o las opi-niones de personajes con autoridad, en ocasiones incluso las de grandes cientficos. Sedice de Richard Feynman que, en una ocasin, afirm; La ciencia es la creencia en laignorancia de los expertos. Por ejemplo, en 1959 Josephson, entonces un modestoestudiante graduado, predijo la posibilidad de que se diera una corriente supercon-ductora entre dos metales supercondutores muy juntos. En esa poca, el famoso fsi-co John Bardeen, padre de la teora sobre la superconductividad, expres unas firmesdudas al respecto. Sin embargo, el efecto predicho fue buscado y encontrado, y lleva la concesin de un premio Nobel a Josephson.

Incrementar la distancia entre los mbitos cientfico y cotidiano. El conjunto de la cien-cia no es ms que un refinamiento del pensamiento cotidiano. Esta afirmacin deEinstein (1954, p.290) es totalmente verdadera. Sin embargo, tal refinamiento ha sidomuy sustancial. El objetivo cientfico fundamental de una prediccin y una explicacinptimas es una extensin muy ambiciosa de los ms modestos objetivos predictivos yexplicativos de la vida de cada da y, en consecuencia, impone unos requisitos muchoms estrictos. Adems, los progresos cientficos realizados durante varios siglos handesembocado en un conocimiento cientfico cada vez ms voluminoso, ms preciso,ms abstracto y simblico y ms propenso a tratar con fenmenos y conceptos que nose encuentran nunca en la vida de cada da (por ejemplo, partculas atmicas, genes,velocidades cercanas a la de la luz, etc.). Como resultado, la distancia entre el conoci-miento cientfico y el de la vida de cada da se ha ido haciendo cada vez ms grande.

Implicaciones para el aprendizajeNo es de sorprender que los estudiantes tiendan a importar nociones de objeti-

vos cotidianos al mbito cientfico, con el resultado de que suelen aspirar a objetivosinadecuados en su estudio de la ciencia. Por tanto, la mayora de los estudiantes no

locomparten el inters de los cientficos en realizar inferencias y en trascender el cono-cimiento existente.

Centrarse en el conocimiento objetivo. Muchos estudiantes consideran que el conoci-miento cientfico es, principalmente, una coleccin valiosa de datos y frmulas envez de una estructura conceptual que permite la realizacin de numerosas prediccio-nes. De ah que se esfuercen principalmente en memorizar diversos datos y frmulascientficos en vez de aprender unos cuantos principios y mtodos de razonamientobsicos que les permitan realizar diversas inferencias. De manera similar, suelen cen-trarse en el aprendizaje de soluciones a problemas estndar en vez de hacerlo en elaprendizaje de mtodos de pensamiento necesarios para resolver problemas descono-cidos. Estos objetivos de aprendizaje tienen consecuencias de gran alcance porqueconducen a los estudiantes a adquirir conocimientos inertes que no se pueden utili-zar con flexibilidad.

Aceptacin del conocimiento existente. Los estudiantes tienden a aceptar nociones desentido comn. Encuentran difcil creer que pueden carecer de sentido o ser intilesen el mbito cientfico (por ejemplo, el movimiento o el tiempo especificados sin unmarco de referencia). A la inversa, tienen dificultades para apreciar que conceptosinventados artificialmente (por ejemplo, el momento angular, la capacidad elctrica,etc.) pueden ser muy significativos y tiles.

De manera similar, los estudiantes son propensos a aceptar de una manera nocrtica conocimientos adquiridos de fuentes con autoridad como enseantes o librosde texto, aunque sean incapaces de interpretarlos correctamente o de conectarlos conobservaciones. Por ejemplo, muchos estudiantes afirman que no es cierto que el solse mueva en torno a la tierra (a pesar de sus propias observaciones que indican lo con-trario) porque han aprendido en la escuela que es realmente la tierra la que se mueveen torno al sol. Por tanto, los estudiantes estn completamente preparados paraaceptar la autoridad de los enseantes y de cientficos como Copmico o Galileo, sincomprender la relatividad del movimiento y las implicaciones de la observacin.

Adems, los estudiantes suelen traer consigo nociones cotidianas de verdadabsoluta y nociones ingenuas de que la ciencia ofrece esa verdad. Por tanto, en ocasio-nes encuentran que es difcil aceptar que las teoras cientficas son modificables ymejorables, que la ciencia no es necesariamente exacta, que puede ser til trabajar conteoras cientficas aproximadas y que puede ser conveniente realizar aproximacionesaunque se disponga de teoras precisas (vase, por ejemplo, Songer y Linn, 1991).

El papel de la ciencia escolar

Los cursos de ciencias impartidos en las escuelas suelen tender a reforzar lasconcepciones que los estudiantes tienen de los objetivos y, por tanto, tienden a cen-trarse en objetivos significativamente diferentes de los de la ciencia real. a) Las pol-ticas de examen y de calificacin suelen recompensar ms la memorizacin de datosy frmulas que la capacidad de utilizar este conocimiento de una manera flexible. b)Los libros de texto suelen destacar las frmulas matemticas, en ocasiones hasta elpunto de mostrar puras listas de ellas (por ejemplo, vase Ohanian, 1985, p. 563). c)Los objetivos en el entorno escolar se centran principalmente en satisfacer criteriosespecificados por enseantes, libros de texto, exmenes y otras fuentes legitimadasde autoridad. Sin embargo, a diferencia de la ciencia y de la vida cotidiana, estos cri-terios con frecuencia solo estn conectados muy remotamente a fenmenos naturalesdirectamente observables.

Objetivos de trabajoPara servir a los objetivos principales indicados en la Figura 2, un mbito de

conocimiento requiere la bsqueda rutinaria de algunos objetivos de trabajo, espe-

1 Icialmente los orientados a conseguir la comprensin y evaluar la validez. Pero los cri-terios para determinar la comprensin o la validez y los mtodos para alcanzarlasdifieren significativamente en la vida de cada da y en la ciencia.

Comprensin

Comprensin cotidiana. En la vida de cada da, el conocimiento no suele buscarsedeliberadamente sino que se adquiere espontneamente mediante la interaccin conel mundo y con otras personas. Por tanto, en ocasiones las personas dicen que com-prenden algo merametne porque tienen experiencia con ello. Tambin pueden decirque comprenden aspectos del mundo si pueden explicarlos o predecirlos lo suficien-temente bien como para verles algn sentido e interactuar con ellos satisfactoria-mente. La experiencia pasada y el conocimiento local sobre contextos especficos sonen general bastante adecuados para esas predicciones y explicaciones comnmentenecesarias (por ejemplo, una idea general de que una lmpara requiere un flujo inin-terrumpida de electricidad es sufiente para comprender por qu una lmpara puedefuncionar mal y para sugerir que se compruebe si est o no enchufada, si la bombillaest bien enroscada y si el cable est daado).

No existen criterios bien definidos de lo que constituye la comprensin en lavida de cada da. En particular, no existen requisitos para realizar cadenas de inferen-cias basadas en premisas y reglas de inferencia bien especificadas. Por tanto, las per-sonas pueden afirmar que comprenden algo porque pueden relacionarlo, medianteargumentos razonables, con el sentido comn o con otro conocimiento familiar paraellas. De manera similar, la comprensin de algo puede ser demostrada medianteexplicaciones que meramente identifican un agente causal percibido o destacanalguna conexin entre caractersticas relevantes. Estas explicaciones no solo soncomunes entre nios (Metz, 1991) sino tambin entre adultos.

Como se ilustra en el anterior ejemplo de la lmpara, esta comprensin es sufi-ciente para la mayora de las situaciones cotidianas. Ciertamente, esforzarse por loque los cientficos denominan comprensin requiere una motivacin que va ms alldel funcionamiento cotidiano satisfactorio.

Comprensin cientfica. En cambio, la comprensin en el mbito de la ciencia esun objetivo de trabajo buscado deliberadamente con el fin de servir al objetivo fun-damental de explicar y predecir con frugalidad tantos fenmenos observables comosea posible. Ciertamente, suelen realizarse esfuerzos deliberados para comprobar loslmites de la comprensin cientfica y para ampliar esta comprensin si se encuentraque es deficiente.

Los criterios de la comprensin cientfica estn bien especificados. a) La com-prensin se debe demostrar mediante la capacidad de realizar muchas inferenciasdiversas, o bien predicciones que implican realizar inferencias sobre fenmenosobservables a partir de premisas bsicas, o bien explicaciones que implican inferen-cias que muestran cmo se pueden deducir fenmenos observables a partir de premi-sas bsicas. b) La comprensin cientfica nunca es absoluta: es una nocin comparati-va. Por tanto, se dice que nuestra comprensin es mayor en la medida en que seamoscapaces de predecir y explicar una gama ms amplia de fenmenos diversos sobre labase de menos premisas. c) Las premisas bsicas son los postulados bien especificadosde alguna teora, y razonar a partir de estos postulados se consigue mediante lasreglas de inferencia de la lgica deductiva. d) La necesidad de predicciones o explica-ciones frugales implica que la demostracin de la comprensin puede implicar largascadenas de inferencias nicamente a partir de unas cuantas premisas bsicas.

Como base para la comprensin se pueden utilizar distintas premisas tericasdependiendo de lo que es posible o deseable. Por ejemplo, podemos comprender laspropiedades de un gas a partir de las premisas macroscpicas de una teora termodi-nmica, o tambin podemos comprenderlas con mayor detalle (con ms poder pre-

12dictivo y explicativo, aunque a costa de inferencias ms complejas) a partir de teorasatmicas y conceptos estadsticos ms detallados.

Las premisas tericas utilizadas como base para la comprensin pueden sermuy abstractas y estar muy alejadas de cualquier nocin de sentido comn. Porejemplo, el color amarillo de las lmparas de sodio se puede comprender cientfica-mente a partir de premisas muy abstractas de mecnica cuntica y teora electromag-ntica.

Validez

Validez cotidiana. En la vida de cada da, se suele presuponer que el conocimien-to es vlido y fiable a menos que haya fuertes evidencias para creer lo contrario. Portanto, normalmente no se percibe con fuerza la necesidad de comprobar la validez deun conocimiento.

La nocin de validez en la vida de cada da no est claramente definida y los cri-terios para determinar la validez no estn especificados explcitamente. Cuando lavalidez debe ser evaluada (por ejemplo, cuando es puesta en duda por otra persona),los argumentos normalmente propuestos en favor de la validez estn en consonanciacon observaciones pasadas, con el sentido comn o con otros conocimientos razona-bles. Entre otras bases para la validez se incluyen la tradicin, los grupos sociales olas autoridades respetadas.

Validez cientfica. En cambio, evaluar la validez del conocimiento cientfico esun objetivo de importancia crucial, buscado persistentemente para conseguir alcan-zar el objetivo cientfico fundamental de una prediccin y una explicacin eficaces.La validez debe ser cuidadosamente comprobada para garantizar que las inferenciasrealizadas a partir de premisas bsicas estn libres de errores y lleguen a conclusioneslgicas y, por tanto, para garantizar tambin la correccin y la coherencia de un cuer-po completo de conocimientos cientficos. Adems, las discrepancias descubiertas alintentar realizar una validacin ayudan a revelar deficiencias del conocimiento cien-tfico existente e indican dnde es necesario hacer modificaciones.

Esta gran necesidad de comprobar la validez motiva una comprobacin delibe-rada de las observaciones mediante la replicacin de experimentos y la obtencin delneas de evidencia convergentes. Tambin conduce al empleo habitual de pruebasformales o argumentos justificados explcitamente para garantizar que las inferen-cias son vlidas y para convencer a otras personas de su validez.

Los criterios de validez cientfica estn bien especificados. En ltima instancia,los criterios estn de acuerdo con las observaciones. En segundo lugar, estn deacuerdo con inferencias basadas en premisas tericas bien establecidas, aceptadas acausa de su poder para predecir y explicar una amplia gama de observaciones. Aspues, en este segundo caso los criterios de validez coinciden con los de la explicacincientfica, es decir, una afirmacin se considera vlida porque puede explicarse enbase a premisas cientficas bien establecidas.

Implicaciones para el aprendizajeLos anteriores comentarios comparativos conducen a la expectativa de que los

estudiantes importarn nociones de comprensin y validez de la vida de cada da almbito cientfico en el que esas concepciones son ingenuas o inadecuadas. A conti-nuacin presentamos algunos ejemplos.

La familiaridad como criterio para la comprensin. Como la comprensin cotidianasuele adquirirse mediante la experiencia y un aprendizaje implcito, los estudiantessuelen utilizar la familiaridad como criterio para la comprensin, en vez de utilizar elcriterio cientfico que requiere demostrar la capacidad de realizar muchas inferencias

1 3diversas. Por tanto, pueden afirmar que comprenden el principio bsico de la mec-nica de Newton (F = m a) porque pueden enunciarlo y lo han estudiado, aunquepuedan tener poca capacidad para aplicarlo en la resolucin de diversos problemas.Por ejemplo, cuando obtienen una mala nota en una prueba en la que no han resuel-to problemas basados en este principio, se sienten agraviados y disgustados porquecreen que (en base a su nocin cotidiana de la comprensin) realmente compren-den el principio de todas maneras.

Aceptacin de explicaciones que carecen de base cientfica. Los estudiantes suelen utili-zar el razonamiento cotidiano (percepcin directa y sentido comn) para ofrecerexplicaciones que carecen de base cientfica. Por ejemplo, puede parecer sensato pen-sar que una partcula en movimiento que sale de un tubo curvo sigue durante untiempo una trayectoria curva; o que un objeto se mueve siguiendo la direccin de lafuerza que se le aplica; o que algunas caractersticas adquiridas durante la vida de unanimal se transmiten a su descendencia. No es infrecuente que los estudiantes ofrez-can explicaciones basadas en argumentos tan plausibles aun despus de haber asisti-do a cursos de ciencias en los que han aprendido ostensiblemente principios cientfi-cos cuya aplicacin llevara a conclusiones completamente diferentes. Por tanto, losmtodos normales de enseanza solo tienen una eficacia limitada para transmitir alos estudiantes los requisitos de la explicacin cientfica.

No aceptacin de explicaciones que tienen una base cientfica. Como algunas explica-ciones cientficas formalmente correctas pueden no parecer sensatas o estar endesacuerdo con criterios de explicacin cotidianos, en ocasiones los estudiantes no lasencuentran satisfactorias. Por ejemplo, cuando la resistencia del aire es despreciable,un proyectil se mueve con una velocidad horizontal constante. Segn las leyes de lamecnica de Newton, la razn es que sobre el proyectil no acta ninguna fuerza hori-zontal. Pero algunos estudiantes encuentran que esta explicacin no es satisfactoriaporque no cumple con los requisitos cotidianos de una explicacin en consonanciacon el sentido comn. An encuentran que es ms difcil aceptar exlicaciones basa-das en las leyes ms abstractas de la mecnica cuntica.

Consecuencias para el aprendizaje. T nociones que los estudiantes tienen de lacomprensin presentan consecuencias de gran alcance para su aprendizaje. a) Estasnociones determinan los objetivos de aprendizaje de los estudiantes y la manera enque concentran su atencin. b) Tambin determinan cuando los estudiantes estnsatisfechos con su propio aprendizaje y dejan de esforzarse ms.

De ah que las nociones cotidianas que los estudiantes tienen de la compren-sin influyan enormemente en lo que aprenden en ciencias y en lo bien que lo llegana aprender. En particular, muchos estudiantes no se orientan hacia el objetivo cient-fico de la comprensin que se demuestra en la capacidad de hacer inferencias exten-sas. Como resultado, suelen adquirir conocimientos cientficos inertes que no se pue-den utilizar con flexibilidad.

Consecuencias de las nociones de validez. Los estudiantes, que entran en la cienciaprocedentes de la vida de cada da, suelen sentir poco la necesidad de una validacinexplcita del tipo empleado en la ciencia; as, por ejemplo, sienten poco la necesidadde justificar los pasos de un argumento en trminos de premisas cientficas bsicas.Adems, al carecer de criterios claros para la explicacin cientfica, tambin tiendena afirmar la validez a partir de criterios no cientficos mal especificados, como la con-formidad con el sentido comn o la intuicin.

A continuacin presentamos algunos ejemplos: a) Cuando se les pregunta cules la aceleracin de un pndulo en el extremo de su oscilacin, muchos estudiantesresponden errneamente que la aceleracin en ese punto es cero porque su velocidades cero. Llegan a esta respuesta errnea y no la someten a prueba porque no percibenla necesidad de justificarla en trminos de la definicin cientfica de la aceleracin(Reif y Allen, en prensa). b) Cuando se les pregunta cul es la magnitud de la fuerzaejercida por la cuerda de un pndulo en oscilacin cuando su masa, que pesa 1 kg, seencuentra en el punto inferior de su trayectoria, muchos estudiantes responden inco-

1 4rrectamente que la fuerza es de 1 kg porque ese es el peso del pndulo o porque lafuerza de la cuerda debe compensar la fuerza de la gravedad. Tampoco ahora percicenla necesidad de justificar su respuesta en trminos del principio bsico de la mecni-ca de Newton segn el cual F = 'm a, que ya han estudiado con detalle y cuya aplica-cin conducira a una respuesta muy distinta. c) Cuando se enfrentan al problema deidear una construccin geomtrica, muchos estudiantes acometen la tarea emprica-mente con regla y comps sin llegar a darse cuenta de la necesidad de probar la vali-dez de su mtodo de construccin (Schoenfeld, 1985, p. 160).

El papel de la ciencia escolar

Comprensin. Los cursos de ciencias impartidos en las escuelas no suelen fomen-tar el objetivo cientfico de la comprensin e, inadvertidamente, incluso pueden lle-gar a desvirtuarlo. a) Muchos cursos estimulan y recompensan la memorizacin deconocimientos y no la capacidad de realizar diversas inferencias que conduzcan a unacomprensin cientfica. b) Estos cursos pueden formar ms a los estudiantes en laejecucin de tareas totalmente rutinarias que en las inferencias necesarias para abor-dar situaciones desconocidas. c) Suelen ensear tcnicas de manipulacin de smbo-los formales pero no capacitan a los estudiantes para realizar inferencias cualitativasque demuestren una comprensin ms flexible.

Validez. La mayora de los cursos de ciencias realmente destacan la importanciade la validez. Pero muchos estudiantes perciben esta importancia principalmentecomo un requisito pedante impuesto por enseantes, libros de texto y exmenes. Unnmero relativamente bajo de ellos consideran que la habitual comprobacin de lavalidez mediante criterios cientficos es intrnsecamente importante para garantizarla correccin y la coherencia de su conocimiento.

La cognicin en los mbitos cotidiano y cientfico

El conocimiento, tanto en la ciencia como en la vida de cada da, no es solo unacoleccin incorprea de afirmaciones, principios y mtodos objetivos. Todo esteconocimiento es creado, aplicado y aprendido por seres humanos y, en consecuencia,depende fundamentalmente de los procesos cognitivos humanos. En palabras deEinstein (Holton, 1988, p. 6): La ciencia, como [cuerpo de conocimientos) existen-te y finalizado, es [la cosa) ms objetiva e impersonal que conocen los hombres,[aunque) la ciencia como algo que est llegando a ser, como objetivo en s, es algotan subjetivo y psicolgicamene condicionado como cualquier otro empeo huma-no. En consecuencia, apartaremos ahora nuestra atencin de los objetivos de unmbito para dedicarla a la cognicin que en cada mbito sirve a esos objetivos.

Caractersticas de la cognicin humana. En cualquier mbito, la cognicin estinfluida por las caractersticas generales de la cognicin humana. Como se indica enla Figura 1, el sistema cognitivo humano presenta algunas capacidades destacadas. a)Posee memoria asociativa a largo plazo de una capacidad casi ilimitada. b) Puede eje-cutar fcilmente procesos perceptivos complejos y reconocer pautas visuales. c)Puede realizar tareas complejas deliberadamente y, tras una prctica adecuada, llegaa ser capaz de realizar algunas de estas tareas de una manera casi automtica, sinatencin consciente.

Por otra parte, el sistema cognitivo humano est sometido a algunas limitacio-nes importantes. a) Tiene capacidades limitadas de atencin y de memoria a cortoplazo. Estas limitaciones reducen el control fiable de los procesos cognitivos y con-tribuyen a la propensin a los errores. b) Tiene una velocidad de tratamiento limita-da. c) Sin un entrenamiento especial, tiene una capacidad limitada para el razona-miento abstracto (johnson-Laird, 1983).

15Adaptacin a distintos mbitos de conocimiento. De alguna manera, el mismo siste-

ma cognitivo humano debe abordar con eficacia las demandas de mbitos de conoci-miento completamente distintos como, por ejemplo, los de la vida diaria y la cien-cia. De ah que las personas hayan desarrollado medios cognitivos consecuentementedistintos y bien adaptados para alcanzar los distintos objetivos de estos mbitos.

En los prrafos que siguen examinaremos los medios cognitivos, detallados enlas Figuras 1 y 2, importantes en cualquier mbito de conocimiento: a) Una estruc-tura de conocimiento que contenga conceptos adecuadamente especificados y estapropiadamente organizada para facilitar su aplicacin. b) Tipos de mtodos tilespara resolver diversos problemas. c) Medios de garantizar que el conocimiento dis-ponible se utiliza sin error y con eficacia.

En particular, nos interesaremos en comparar cmo se implementan de maneradiferente estos medios cognitivos en los mbitos cotidiano y cientfico, y en algunasimplicaciones para el aprendizaje de estudiantes que abordan el mbito desconocidode la ciencia.

Estructura de conocimiento

Los bloques bsicos del conocimiento en cualquier mbito son los conceptos(junto con las palabras u otros smbolos utilizados para denotarlos) y las relacionesentre esos conceptos. Este conocimiento conceptual tambin debe organizarse ade-cuadamente para facilitar las tareas necesarias para alcanzar los objetivos del mbito.Pero los distintos objetivos y requisitos de la vida de cada da y de la ciencia impli-can unas diferencias correspondientes en la estructura del conocimiento en cada unode esos mbitos.

Especificacin de conceptos

Como se indica en el rectngulo recuadrado en negro en la Figura 1, debenexistir especificaciones adecuadas sobre cmo se conectan los conceptos con sus refe-rentes, es decir, con otros conceptos y, en ltima instancia, con las observaciones quepretenden describir.

Especificacin de conceptos cotidianos. En la vida de cada da, las conexiones entrelos conceptos y sus referentes no suelen especificarse con gran precisin. Adems, losconceptos no deben estar necesariamente relacionados con fenmenos observables(por ejemplo, en la fantasa, en las religiones y otros sistemsa de creencias, etc.).

Por tanto, los conceptos cotidianos suelen captar a grandes rasgos la estructurade similitud de una coleccin de elementos observables, y las relaciones entre con-ceptos se basan en una historia de asociaciones (Rosch, 1978). Los conceptos puedenidearse y modificarse sin limitaciones rgidas siempre y cuando parezcan razonablesy permitan la comunicacin. Adems, con frecuencia se pueden identificar eficiente-mente en base a procesos de reconocimiento, comparacin perceptiva con casos pro-totpicos y analogas (Smith y Medin, 1981). Estos procesos son rpidos y fciles.Adems, las ambigedades que resultan de especificaciones imprecisas de conceptos,normalmente se pueden resolver adecuadamente en base a aproximaciones sucesivasy comunicaciones interpersonales.

Los conceptos cotidianos suelen aprenderse sin ningn esfuerzo explcito. Porejemplo, cuando las calculadoras llegaron a ser algo normal, pocos de nosotros bus-caron explcitamente el objetivo de aprender los atributos definitorios de estos apa-ratos.

Especificacin de conceptos cientficos. En cambio, el objetivo cientfico del poderpredictivo frugal y extensivo impone requisitos exigentes en los conceptos cientfi-cos. a) Estos conceptos deben definirse con precisin y no deben conducir a incohe-

16rencias. b) Dentro de estas limitaciones, se pueden inventar libremente conceptoscientficos si ello parece til, independientemente del sentido comn o de otras pre-concepciones. En palabras de Einstein (1954, p. 13), Todos los conceptos, inclusolos ms cercanos a la experiencia son, desde el punto de vista de la lgica, convencio-nalismos libremente elegidos. c) Muchos conceptos cientficos (por ejemplo,campo magntico, funcin de onda, gen, ... ) necesitan ser muy generales para per-mitir predicciones frugales. Pero a pesar de su generalidad, deben poder ser interpre-tados sin ningn tipo de ambigedad en cualquier caso concreto, aunque la cadenade razonamiento sea larga e indirecta. d) Todos los conceptos deben estar conectados,en ltima instancia, con observaciones; de no ser as carecen de significado cientficopuesto que son irrelevantes para el objetivo cientfico fundamental de predecir yexplicar fenmenos observables. De nuevo en palabras de Einstein (1954, p. 291):Los conceptos, las relaciones y, ciertamente, la postulacin de objetos reales y,hablando en general, de la existencia del mundo real, solo tienen justificacin enla medida en que estn conectados con impresiones sensoriales entre las cuales esta-blezcan una conexin mental.

Para satisfacer los requisitos precedentes, los conceptos cientficos se debendefinir explcitamente para especificar conexiones sin ambigedades con sus referen-tes y, en ltima instancia, con fenmenos observables. Los conceptos pueden especi-ficar o bien entidades (entidades particulares como el sol o entidades genricascomo partcula o tringulo) o bien propiedades asociadas con ellas (por ejem-plo, masa, aceleracin, etc.). La conexin entre un concepto y observaciones sepuede realizar de la manera ms explcita mediante una definicin operacional for-mal que especifique lo que realmente debemos hacer para determinar el valor (inclu-yendo la pertenencia a categoras) del concepto en cualquier situacin determinada.Se pueden utilizar procesos de reconocimiento especificados con menos precisinpara identificar con eficacia conceptos cientficos familiares; pero estas identificacio-nes de conceptos deben ser coherentes con las definiciones formales (Reif, 1987a).

Organizacin del conocimiento

Organizacin del conocimiento cotidiano. El conocimiento cotidiano consta de con-ceptos interrelacionados que forman una gran red de elementos asociados entre s. a)El nuevo conocimiento se adquiere automticamente mediante la experiencia y sealmacena junto con informacin que refleja su contexto de adquisicin pero sin nin-guna integracin global. b) El conocimiento resultante puede ser solo localmentecoherente, es decir, puede que solo sea posibles hacer inferencias entre elementos deconocimiento estrechamente asociados y se pueden producir contradicciones. Pero lacoherencia local es suficiente para garantizar una coherencia adecuada del conoci-miento en contextos especficos. c) Se pueden recuperar adecuadamente elementos deconocimiento relevantes en respuesta a indicaciones ofrecidas por diversos contextos.

Organizacin del conocimiento cientfico. En la ciencia, el conocimiento se debeorganizar para facilitar el objetivo central de hacer inferencias extensivas a partir demuy pocas premisas bsicas. a) En consecuencia, el conocimiento cientfico debe sermuy coherente, es decir, debe permitir que se puedan inferir muchos elementos deconocimiento solamente a partir de unos pocos. Esta coherencia tambin garantiza lacoherencia global de toda la estructura de conocimiento. b) El conocimiento se debeorganizar para que las relaciones lgicas entre los elementos de conocimiento seanmuy explcitas. Por ejemplo, las formas jerrquicas de organizacin son tiles parauna clasificacin efectiva y tambin facilitan la realizacin de inferencias deductivasa partir de unas pocas premisas generales para llegar a resultados detallados msnumerosos. (Esta organizacin se superpone a la estructura de la memoria asociativay puede coexistir con otras asociaciones ilgicas entre elementos de conocimiento).

17La coherencia y la organizacin lgica facilitan los siguientes procesos cogniti-

vos importantes en la ciencia (Eylon y Reif, 1984): a) Recordar con precisinmuchos conocimientos y regenerarlos si se olvidan en parte. b) Evitar incoherenciasy contradicciones. c) Ampliar el conocimiento ya que la estructura de conocimientoayuda en las deducciones, sugiere inferencias plausibles y, con frecuencia, sueleincorporar nuevos conocimientos a una estructura lgica preexistente.

Estas ventajas se obtienen mediante esquemas taxonmicos de clasificacincomo los utilizados en biologa y en en medida an mayor mediante las organizacio-nes de conocimientos lgicos altamente coherentes que predominan en las cienciasfsicas. Por ejemplo, toda la mecnica clsica se basa deductivamente en las tres leyesde la mecnica de Newton, y todos los fenmenos elctricos y magnticos (incluyen-do las ondas de radio y la ptica) se pueden comprender en gran medida partiendode las cuatro ecuaciones fundamentales del electromagnetismo de Maxwell.

Implicaciones para el aprendizajeCuando llegan a la ciencia procedentes de la vida de cada da, muchos estu-

diantes no perciben la necesidad de especificar los conceptos sin ambigedades, nitienen experiencia con el pensamiento formal necesario para alcanzar esas especifica-ciones. De manera similar, no perciben completamente la necesidad de organizar suconocimiento cientfico acabado de adquirir para que sea globalmente coherente ylgicamente consistente, ni es fcil para ellos conseguirlo. Como resultado, los estu-diantes suelen transferir al mbito cientfico mtodos informales para especificarconceptos y organizaciones de conocimientos de carcter predominantemente aso-ciativo que son eficientes en la vida de cada da pero son inadecuados para la ciencia.

Conceptos inadecuadamente especificados. Siguen algunos ejemplos: a) Los estudian-tes de cursos de ciencias suelen sentirse libres de emplear palabras especiales comoenerga o momento sin adjuntarles significados cientficos claros. b) Aprendena identificar y reconocer varios conceptos cientficos (por ejemplo, componente deun vector, resistencias en paralelo, etc.) mediante una comparacin visual concasos prototpicos. Pero con frecuencia no pueden especificar estos conceptos explci-tamente y, en consecuencia, no pueden identificarlos adecuadamente en situacionesatpicas (Reif, 1987a). c) Aunque los estudiantes pueden ser capaces de enunciar lasdefiniciones de conceptos cientficos (por ejemplo, el concepto de aceleracin),con frecuencia no saben qu hacer para aplicar estas definiciones a casos especficos(Labudde, Reif y Quinn, 1988; Reif y Allen, en prensa).

Conocimiento incoherente. Adems, el conocimiento que tienen los estudiantes delos conceptos y principios cientficos suele ser fragmentario (diSessa, 1988). Porejemplo, incluso los estudiantes universitarios suelen exhibir conocimientos incohe-rentes sobre conceptos tan elementales como rea. En general conocen varias fr-mulas para calcular las reas de figuras geomtricas simples como rectngulos, trin-gulos y crculos; pero con frecuencia no pueden enunciar una definicin general derea ni utilizarla para deducir sus frmulas en caso necesario.

De manera similar, los estudiantes suelen recordar diversos fragmentos deconocimientos sobre la aceleracin de una partcula como, por ejemplo, frmulaspara la aceleracin de una partcula que se mueve siguiendo una trayectoria circular.Pero su conocimiento es incoherente y con frecuencia errneo a causa de condicionesde aplicabilidad omitidas, y no es comprobable comparndolo con una definicinbsica (Reif y Allen, en prensa). Como resultado, los estudiantes se ven conducidoscon frecuencia a incoherencias que no pueden resolver (por ejemplo, pueden no sabersi decir que la aceleracin de una bola lanzada verticalmente es nula en su punto msalto porque su velocidad es cero o si es diferente de cero porque la direccin de suvelocidad est cambiando).

18Como el conocimiento cientfico adquirido por los estudiantes carece de cohe-

rencia, para ellos es difcil aprender y recordar. Por ejemplo, los estudiantes suelenquejarse de que la fsica tenga tantas frmulas que recordar. Por contra, los fsicos,como su conocimiento es coherente y est bien organizado, suelen proclamar conorgullo que la gran belleza de la fsica (a diferencia, por ejemplo, de la qumica org-nica) es que tiene muy pocas cosas que recordar.

Papel de la ciencia escolar

Normalmente, los cursos de ciencias ensean muchos trminos cientficos.Pero aunque los conceptos se especifiquen adecuadamente mediante expresionesdefinitorias, los mtodos necesarios para interpretar estas expresiones en casos espec-ficos muy rara vez se ensean o son practicadas por los alumnos de una manera expl-cita. Como resultado, los estudiantes con frecuencia se quedan con conceptos que noson capaces de interpretar con fiabilidad (por ejemplo, Halloun y Hestenes, 1985a;McDermott, 1984; Reif y Allen, en prensa).

Ciertamente, los cursos de ciencias de las escuelas ponen cierto nfasis en laestructura lgica. Pero normalmente se centran ms en el contenido de los conoci-mientos transmitidos que en su organizacin, especialmente su organizacin en lasmentes de los estudiantes y no meramente en las lecciones o en los libros de texto.Adems, poner nfasis en las frmulas suele oscurecer ideas generales que haran queel conocimiento de los estudiantes fuera ms coherente. Por ejemplo, frmulas comoF = m a muy bien pueden memorizarse sin adquirir una comprensin general de laestrecha relacin entre movimiento e interaccin.

METODOS

La necesidad de realizar inferencias para solucionar problemas es general, tantoen la vida de cada da como en la ciencia. Se plantea siempre que deseamos alcanzaralgn objetivo y necesitamos idear una secuencia de acciones que nos conduzcan aese objetivo.

La principal dificultad de la resolucin de problemas es la necesidad de tomardecisiones sensatas para poder elegir, de entre muchas acciones posibles, la secuenciade acciones concreta (o una de las pocas secuencias adecuadas) que conduzca al obje-tivo deseado. Por tanto, necesitamos mtodos efectivos para tomar decisiones sensa-tas y, como requisito previo, tambin mtodos efectivos para describir los problemasde una manera que ponga de manifiesto las acciones potencialmente prometedorasentre las que podemos escoger. Por ltimo, hacen falta mtodos para implementartodas las acciones que hayamos elegido.

Como el objetivo cientfico es realizar predicciones extensivas y precisas a par-tir de muy pocas premisas, las cadenas de inferencias necesarias para resolver proble-mas cientficos normalmente deben ser mucho ms largas y precisas que las necesa-rias para solucionar problemas cotidianos. Por tanto, los mtodos requeridos paraabordar problemas cientficos deben tener unos niveles de refinamiento correspon-dientes.

El mbito cotidiano

Los problemas cotidianos suelen poderse resolver partiendo de grandes canti-dades de conocimientos acumulados y utilizando estos conocimientos para realizarinferencias relativamente breves en contextos particulares. Los mtodos requeridossuelen basarse mucho en procesos perceptivos, reconocimiento de pautas y razona-

19mientos cualitativos. Estos mtodos son muy eficientes y con frecuencia suelen bas-tar para alcanzar objetivos cotidianos con una precisin y una coherencia adecuadas.Por ejemplo, aunque el problema de montar una cafetera para hacer caf es bastantecomplejo, se resuelve fcilmente mediante un razonamiento cualitativo que explotapistas visuales ofrecidas por objetos del entorno (Larkin, 1989).

El mbito cientfico

Aunque estos mtodos tambin son tiles en la ciencia, por s solos son inade-cuados para la consecucin de objetivos cientficos. a) Normalmente no son suficien-tes para conseguir la falta de ambigedad y la precisin necesarias en el trabajo cien-tfico ni para garantizar la coherencia global del conocimiento cientfico. b) Sobretodo, son muy inadecuados para realizar las largas cadenas de inferencias necesariaspara lograr predicciones de gran alcance a partir de muy pocas premisas.

Mtodos formales. En consecuencia, los cientficos han ido inventando cada vezms mtodos formales deliberadamente concebidos para implementar largas cadenasde inferencias con gran precisin. Estos mtodos intentan aumentar las capacidadescognitivas humanas mediante la concepcin de representaciones simblicas especia-les y normas y procedimientos explcitos para trabajar con ellas. Como ejemplospodemos citar muchos tipos de formalismos matemticos (como el lgebra, el clcu-lo, el anlisis vectorial, etc.); tambin podemos citar las frmulas estructurales enqumica orgnica y los simbolismos especiales utilizados en biologa para abordar elanlisis gentico y los ciclos metablicos.

Estos mtodos formales, que comportan un razonamiento preciso basado enreglas, no son compatibles de manera natural con los seres humanos (Johnson-Laird,1983), son difciles de aprender y requieren una formacin especializada. Adems,los mtodos formales requieren aptitudes delicadas para interpretar adecuadamentesmbolos abstractos en cualquier caso concreto.

Mtodos informales. Los mtodos formales no son en modo alguno suficientespara todas las tareas cientficas. En particular, no son adecuados para tomar las deci-siones necesarias para facilitar una investigacin, es decir, para planificar la resolu-cin de problemas, para formular subproblemas tiles para la solucin de un proble-ma, para disear experimentos, sugerir posibles mecanismos de efectos observados,idear nuevas teoras, etc. Estas tareas de investigacin son muy importantes; ademsincluso unos resultados aproximados pueden ser muy tiles para estrechar el mbitode una investigacin y ofrecer una base para posteriores refinamientos. Para abordareste tipo de tareas en la ciencia es til recurrir a mtodos informales que explotan losprocesos perceptivos y la capacidad para el razonamiento cualitativo de los sereshumanos. Estos mtodos informales son similares a los utilizados en la vida de cadada pero no son idnticos. Por tanto, estn concebidos deliberadamente para sercoherentes con los mtodos formales, no necesitan corresponderse con intuicionescotidianas y pueden estar muy alejados del sentido comn.

Entre los ejemplos de estos mtodos informales cabe incluir el razonamientoverbal y el empleo de representaciones visuales que explotan los procesos perceptivoshumanos. Algunas de estas representaciones pueden ser diagramas o imgenes quese corresponden estrechamente con percepciones directas del mundo fsico (porejemplo, diagramas de poleas o de clulas vivas). Pero otras pueden representar con-ceptos muy abstractos y alejados de las observaciones que pretenden describir (porejemplo, grficos de velocidad y tiempo, flechas que representan amplitudes y fasesde ondas, diagramas que indican temperaturas y presiones de equilibrio para las fasesslida, lquida y gaseosa de una sustancia, etc.). Adems, con frecuencia se utilizanmodelos mentales sencillos junto con estas representaciones visuales para razonarcualitativamente sobre mecanismos complejos (como resistencia elctrica, disper-sin o absorcin de la luz por molculas, etc.).

20Utilizacin complementaria de mtodos formales e informales. Para abordar con efica-

cia y eficiencia las demandads que plantean las tareas de la ciencia, los cientficos uti-lizan conjuntamente mtodos formales e informales de una manera complemenaria.Con ello pueden llegar a realizar inferencias extensivas precisas adems de conseguiruna creatividad flexible.

Por ejemplo, los anlisis estadsticos rigurosos suelen necesitar el complemen-to de representaciones grficas informales para que los resultados se puedan interpre-tar (Tufte, 1983, 1990). De manera similar, el anlisis de muchos fenmenos com-plejos (por ejemplo, mecnica no lineal, caos, meteorologa, etc.) no solo requiere lasolucin de ecuaciones diferenciales no lineales sino tambin una cuidadosa atencina representaciones visuales o grficos por ordenador que puedan hacer comprensibleslos resultados de esos anlisis.

Incluso los fsicos tericos, que tratan los aspectos formales ms matemticosde la ciencia, expresan la necesidad de mtodos informales. Por ejemplo, Einsteinescribe (Hadamard, 1945): Las palabras del lenguaje ... no parecen desempearningn papel en mis mecanismos de pensamiento. las entidades fsicas que parecenactuar como elementos de pensamiento son ciertos signos e imgenes ms o menosclaros que pueden ser reproducidos y combinados voluntariamente ... antes deque se d alguna conexin con una construccin lgica de palabras o de otros tiposde signos. De manera similar, Feynman, en su conferencia de aceptacin del premioNobel de 1965, declar (Feynman, 1966, p. 44; tambin, Schwinger, 1989, p. 48):El razonamiento de la fsica no ayuda a algunas personas a generar propuestas acer-ca de cmo relacionar lo desconocido con lo conocido. Unas teoras de lo conocidoque estn descritas mediante distintas ideas de la fsica, pueden ser equivalentes entodas sus predicciones y, en consecuencia, ser cientficamente indistinguibles. Sinembargo, no son psicolgicamente idnticas cuando se trata de partir de esa basepara pasar a lo desconocido. En otro ejemplo, Bethe describe el pensamiento deFermi con estas palabras (Bernstein, 1979): De Fermi he aprendido ... a mirar lascosas cualitativamente en primer lugar y a comprender el problema fsicamenteantes de empezar a rellenar papeles con frmulas ... Fermi fue tan experimentadorcomo terico y, para l, la solucin matemtica era ms una confirmacin de su com-prensin de un problema que la base del mismo.

Esta utilizacin complementaria de mtodos formales e informales representaun enfoque muy sofisticado y efectivo para abordar tareas complejas de resolucin deproblemas en el mbito de la ciencia.

Implicaciones para el aprendizajeEmpleo ineficaz d mtodos cotidianos para la resolucin de problemas. Normalmente,

los estudiantes importan a la ciencia estrategias para la resolucin de problemas uti-lizadas en la vida de cada da, donde las cadenas de inferencias son ms cortas a causade una mayor dependencia de una acumulacin de conocimientos especficos de con-textos. En consecuencia, cuando los estudiantes se acercan al estudio de la cienciasuelen tratar de acumular un montn de soluciones a problemas prototpicos queesperan utilizar como puntos de partida para otros problemas con que se puedanencontrar. Adems, en vez de aprender estrategias generales para la toma de decisio-nes, tienden a centrarse estrechamente en varias ecuaciones especficas y, en conse-cuencia, con frecuencia dejan de ver el bosque porque se pierden entre los rboles.Estos enfoques a la resolucin de problemas ni siquiera suelen ser adecuados paraabordar problemas relativamente sencillos que se plantean en los cursos de introduc-cin a la ciencia.

Dependencia inadecuada de mtodos formales o de mtodos informales. Al carecer deuna experiencia cotidiana con mtodos formales, muchos estudiantes los utilizaninadecuadamente, dependiendo en exceso de estos mtodos simblicos o de mtodos

21informales, sin darse cuenta de la necesidad de utilizar estos mtodos conjuntamentey de una manera complementaria.

Aunque es frecuente que los estudiantes no perciban la necesidad de utilizarmtodos formales o que encuentren que estos mtodos son difciles de implementar,s que utilizan mtodos informales procedentes de la vida de cada da. Por ejemplo,suelen responder a preguntas sobre el movimiento de objetos o sobre fuerzas aplica-das sobre ellos en base a lo que parece sensato, sin ningn razonamiento formal basa-do en el principio bsico de la mecnica de Newton (F = m a) que han aprendido.

En cambio, muchos estudiantes dependen excesivamente de los mtodos for-males que se les han impartido creyendo que son la esencia de la ciencia. Sin embar-go, con frecuencia no pueden interpretar adecuadamente el simbolismo en situacio-nes concretas y, en consecuencia, acaban aplicando smbolos de una manera despreo-cupada, sin utilizar el pensamiento formal como una gua o comprobacin. Porejemplo, los estudiantes pueden resolver un problema recurriendo a ecuaciones alge-braicas pero sin visualizar la situacin y, en consecuencia, sin darse cuenta de que elproblema carece de sentido (Paige y Simon, 1966). De manera similar, cuando se lespregunta cuntos autobuses hacen falta para transportar 1128 soldados sabiendo queen cada autobs caben 36 personas, cerca de la mitad de los estudiantes encuestadosen un estudio a escala nacional se enfrascaron en una larga divisin para llegar a res-puestas tan carentes de sentido como 31 con un resto de 12 o 31 justos trasredondear despreocupadamente el resultado (Carpenter, Linquist, Matthews y Sil-ver, 1983).

Esta dependencia excesiva de mtodos formales puede persistir hasta bienentrada la etapa universitaria. Por ejemplo, los estudiantes graduados de fsicaaprenden muchos conocimientos formales sobre la mecnica clsica y la cuntica, lateora electromagntica, la mecnica estadstica, etc. Sin embargo, muchos de estosestudiantes descubren que estos conocimientos y estas maneras de pensar formalesson totalmente insuficientes cuando llegan a realizar investigaciones y que tambinnecesitan aprender los mtodos informales utilizados con eficacia por fsicos experi-mentados.

El papel de la ciencia escolar

Enseanza de resolucin de problemas. La resolucin de problemas suele ensearseen cursos de ciencias presentando algunos conceptos y principios cientficos perti-nentes, mostrando ejemplos de algunas soluciones a problemas tpicos y dando a losestudiantes prcticas en la solucin de problemas similares. Este mtodo de ensean-za, que no ensea explcitamente mtodos para la resolucin de problemas, tiene lassiguientes limitaciones: a) Los ejemplos de soluciones revelan pocas cosas acerca delos procesos de pensamiento necesarios para generar esas soluciones, por ejemplo, cmotomar decisiones juiciosas, cmo evitar callejones sin salida y cmo salir de un atolla-dero. Pero la principal dificultad en la resolucin de problemas con que se enfrentanlos estudiantes es, precisamente, cmo tomar esas decisiones. b) Los ejemplos desoluciones muestran una secuencia lineal y lgica de pasos y, por tanto, sugieren a losestudiantes que los procesos de las soluciones son igualmente lineales. Esto no es as(como tampoco lo es que un programa informtico con 1 000 lneas de instruccionesse escriba siguiendo un orden lineal) y con ello se dejan de ensear mtodos de refi-namiento progresivo ms potentes. c) Aunque las prcticas son verdaderamentenecesarias para aprender a solucionar problemas, los estudiantes suelen dedicarmucho tiempo simplemente a enredarse con lo que, al final, principalmente aca-ban practicando tcnicas intiles y mtodos pobres. Realmente, y al igual que ocurreen la enseanza del atletismo o la msica, la prctica que no est cuidadosamentediseada puede ser intil y hasta perjudicial, conduciendo a malos hbitos que sondifciles de eliminar.

22Adems, al tener que enfrentarse a las presiones de tiempo impuestas por los

exmenes y los trabajos escolares, muchos estudiantes creen (con alguna justifica-cin) que pueden abordarlas mejor memorizando resultados estndar que enfrascn-dose en los procesos de razonamiento ms largos necesarios para una resolucin deproblemas de carcter sistemtico.

Existen evidencias de que la enseanza escolar suele estar muy lejos de serefectiva para ensear los mtodos de resolucin de problemas necesarios en la cien-cia. Por ejemplo, nosotros encontramos (Heller y Reif, 1984) que estudiantes deBerkeley que haban completado un curso bsico de fsica con una nota de notable omejor, solo podan resolver correctamente cerca de un 35 por ciento de problemasde fsica tpicos de libros de texto del tipo que encontraron repetidamente duranteSU Curso.

Exceso ck formalidad o de informalidad. Los cursos de ciencias de las escuelas rara-mente tienen xito en ensear los mtodos complementarios formales e informalesnecesarios en ciencias. En cambio, suelen destacar indebidamente los mtodos for-males a costa de una comprensin ms cualitativa y significativa. Como resultado,muchos estudiantes aprenden a manipular smbolos y ecuaciones, a citar definicio-nes o principios formales y a memorizar pruebas formales. Pero con frecuencia nopueden interpretar su conocimiento simblico y son incapaces de utilizarlo con fle-xibilidad. En el otro extremo, los cursos menos rigurosos tienden a destacar el razo-namiento informal sin ofrecer ninguna nocin de los potentes mtodos formales uti-lizados para alcanzar los exigentes objetivos de la ciencia.

LA CUESTION DE LA CALIDAD

La mera disponibilidad de conocimiento en cualquier mbito no garantiza quellegue a utilizarse bien. Por tanto, necesitamos hacer referencia a un control de calidadadecuado, es decir, a garantizar que el conocimiento disponible se utiliza sin erroresy de la mejor manera razonablemente posible. Adems, necesitamos garantizar nosolo que el conocimiento se utilice con eficacia, sino tambin con eficiencia, es decir,que las tareas se lleven a cabo sin un empleo indebido de tiempo y esfuerzo mental.Sin embargo, los criterios para una buena calidad y eficiencia y los correspondientesmtodos necesarios para garantizar esta calidad y eficiencia, difieren en los mbitoscientfico y cotidiano.

Control de calidad

mbito cotidiano. En la vida de cada da, los errores suelen prevenirse y corregir-se suficientemente bien con medios informales, por ejemplo, observando resultadosinsatisfactorios o teniendo en cuenta los comentarios de otras personas. Muchos erro-res son considerados meros deslices porque normalmente no causan muchos proble-mas. Estos errores se remedian si es necesario pero normalmente no son examinadoscon gran detalle.

mbito cientfico. En cambio, el objetivo cientfico de alcanzar numerosas pre-dicciones coherentes impone estrictos requisitos orientados a eliminar errores yotras deficiencias (por ejemplo, razonamientos voluminosos o poco claros). Ade-ms, el objetivo de la frugalidad requiere largas cadenas de inferencias a partir demuy pocas premisas y, en consecuencia, presenta muchas oportunidades para elerror. Por ltimo, como se mencion anteriormente, los seres humanos son espe-cialmente propensos al error al realizar cadenas de inferencias en las que interven-gan smbolos abstractos.

Por tanto, un control de calidad adecuado para la ciencia requiere estrategiascognitivas concebidas especialmente. a) Existe un reconocimiento explcito de que

23cabe esperar que los seres humanos cometan errores (como cualquier otro sistemafuncional complejo) y que, en consecuencia, es esencial desarrollar mtodos sistem-ticos para eliminar esos errores. Estos mtodos deben incluir mtodos preventivosconcebidos para evitar errores y mtodos correctores concebidos para detectar, diag-nosticar y corregir errores cuando se produzcan. b) Es importante identificar posiblesfuentes de error con el fin de poder desarrollar mtodos mejorados para abordar confiabilidad tareas complejas y evitar conclusiones errneas. De ah que se dedique unasustancial atencin a comprender la razn de los errores.

Los mtodos de control de calidad concebidos deliberadamente para el trabajocientfico van desde lo trivial a lo complejo, como indican los siguientes ejemplos: a)Se eligen smbolos cuidadosamente para reducir la carga cognitiva y facilitar impor-tantes discriminaciones. Por ejemplo, convencionalmente se utilizan smbolosestndar en todos los contextos (por ejemplo, V para el potencial elctrico, E paracampo elctrico, etc.) y las letras que denotan cantidades vectoriales siempre se ano-tan en cursiva o con flechas. b) Se dedica una atencin significativa a los formatoscon los que presentar argumentos o clculos (por ejemplo, a la composicin visual deuna pgina con ecuaciones o instrucciones de programas informticos). c) Los pasosrealizados en un clculo se documentan cuidadosamente para facilitar su compren-sin para uno mismo y para otros, y para facilitar posteriores modificaciones. d) Seutilizan mtodos especiales para impedir prejuicios y autoengaos (por ejemplo, ins-trumentos automticos o experimentos de doble ciego). e) Se utilizan procedimien-tos sistemticos para comprobar el trabajo realizado por otros cientficos (por ejem-plo, replicacin de experimentos y mltiples revisiones de artculos enviados a revis-tas cientficas).

Eficiencia

mbito cotidiano. La cognicin humana est bien adaptada, por naturaleza, parael cumplimiento eficiente de tareas cotidianas que solo requieren un grado modera-do de precisin y coherencia. En particular, suele ser posible realizar estas tareas conrapidez y sin esfuerzo mediante procesos de reconocimiento de pautas y conocimien-tos acumulados especficos de contextos.

mbito cientfico. En cambio, el trabajo cientfico suele requerir cadenas de infe-rencias largas y complejas. En consecuencia, prestar una atencin ms deliberada a laeficiencia cognitiva es importante por varias razones: a) La eficiencia llega a serintrnsecamente ms sinificativa para tareas largas (por ejemplo, un aumento en laeficiencia que conduzca a reducir el tiempo empleado a la mitad, es mucho msimportante para una tarea que requiera meses que para otra que requiera minutos).b) las tareas complejas plantean exigencias que, sin una eficiencia adecuada, fcil-mente pueden trascender las limitadas capacidades humanas de atencin y velocidadde proceso. Ciertamente, si la eficiencia cognitiva es demasiado baja, la realizacinde tareas complejas puede llegar a ser totalmente imposible (por ejemplo, no pode-mos escribir un complejo programa informtico en lenguaje ensamblador porque laenorme preocupacin por los detalles de bajo nivel nos dejara muy poca capacidadmental para atender a las tareas de diseo de alto nivel porque el tiempo necesariosobrepasara cualquier lmite prctico y porque el mantenimiento de la precisin lle-gara a ser casi imposible).

De ah que en la ciencia exista una gran necesidad de idear mtodos de obser-vacin, de clculo y de anlisis de datos que sean eficientes y que permitan la realiza-cin de tareas complejas. Adems, la eficiencia se debe evaluar mediante mltiplescriterios y teniendo en cuenta las consecuencias a largo plazo. Por ejemplo, docu-mentar y comprobar continuamente clculos o programas informticos es un proce-so que requiere mucho tiempo; pero a la larga es eficiente porque permite ahorrar untiempo que, en caso contrario, debera dedicarse a detectar y corregir errores, a esfor-

zarse por realizar modificaciones necesarias y a hacer que el trabajo sea comprensiblepara otras personas.

Implicaciones para el aprendizajeControl de calidad. Los estudiantes, acostumbrados a los mtodos informales de

control de calidad utilizados en la vida de cada da, normalmente no aprecian lo pro-pensos que son los seres humanos al error, especialmente cuando se enfrentan contareas de precisin que requieren una correccin y una exactitud fiables. De manerasimilar, cuando cometen errores invocando principios inaplicables o elaborandoerrneamente principios pertinentes, suelen considerar estos errores como simplesdescuidos. Por tanto, no ven muchas razones para examinarlos con cuidado con el finde aprender de ellos y de evitar errores similares en el futuro.

Los estudiantes rara vez se plantean ellos mismos el objetivo explcito de idearmtodos deliberados para prevenir y remediar errores. Como resultado, sus mtodosde control de calidad casi nunca son sistemticos. Adems, sienten poca necesidad deimplementar ni siquiera los mtodos sencillos de prevencin de errores que se lesensean (por ejemplo, indicar unidades, distinguir los smbolos que denotan vecto-res de los que denotan nmeros, etc.).

Eficiencia. No nos debe sorprender que los estudiantes importen criteriosplausibles de eficiencia de la vida de cada da que, sin embargo, resultan ser inefi-cientes en tareas ms complejas en las que se deben tener en cuenta consecuenciasa ms largo plazo. Siguen a continuacin algunos ejemplos: a) Los estudiantes sue-len escribir las soluciones a problemas sin preocuparse de su forma de presentacinen la pgina y sin una justificacin documentada de los pasos de la solucin; ade-ms, se pueden hacer un lo cuando no pueden identificar informacin relevante.b) Normalmente se saltan los pasos intermedios de un clculo (en ocasiones, mspasos de los que se saltara un cientfico experto) y luego acaban con resultadoserrneos o se pasan mucho tiempo buscando errores. c) Dedican muy poco tiempoa describir un problema con cuidado antes de tratar de aplicar diversas ecuaciones,y luego se encallan o cometen errores porque no comprenden adecuadamente lasituacin del problema. d) Aprenden conceptos cientficos que se les presentan porprimera vez memorizando sus definiciones, pero consideran que es una prdida detiempo examinar sus implicaciones en varios casos especiales, y luego se encallan oconfunden repetidamente cuando necesitan aplicar estos conceptos a diversos pro-blemas.

Papel de la ciencia escolar

Realmente, la enseanza de la ciencia en la escuela destaca la correccin y pena-liza los errores que cometen los estudiantes en sus tareas o exmenes. Sin embargo,en este contexto los estudiantes normalmente consideran los errores principalmentecomo causas de embarazo o castigo y no como fuentes potenciales de aprendizaje.Adems, rara vez se ensean mtodos sistemticos para prevenir y corregir errores(salvo, quiz, en los cursos de informtica donde, en ocasiones, se destacan mtodospara depurar programas).

Los cursos de ciencias que se imparten en las escuelas tampoco suelen inculcaren los estudiantes una preocupacin seria por la eficiencia cognitiva. Muchos ejerci-cios y problemas dados a los estudiantes son muy breves comparados con los proble-mas cientficos reales y, en consecuencia, no destacan la necesidad de una eficienciacognitiva. Adems, empollar de cara a los exmenes (que con frecuencia dan granvalor a la velocidad) fomenta una preocupacin por una eficiencia a muy corto plazoen vez de la eficiencia a ms largo plazo que es importante en la ciencia.

25CONCLUSIONES

Resumen

Como se ha discutido en las pginas precedentes, un funcionamiento efectivoen cualquier mbito no solo requiere un conocimiento especfico sobre el mbitomismo sino tambin un conocimiento ms general sobre los objetivos del mbito ylos medios cognitivos para alcanzarlos. En consecuencia, es interesante analizar ycomparar los objetivos y la cognicin de los mbitos de la vida de cada da y de laciencia. Hemos llevado a cabo este anlisis, que se resume en las figuras 1 y 2, exami-nando y comparando los objetivos fundamentales de estos mbitos y los objetivossubsidiarios de comprender y evaluar la validez. Tambin hemos examinado y com-parado la cognicin en estos mbitos: sus estructuras de conocimiento, los mtodospara utilizar este conocimiento y las maneras de garantizar que esta utilizacin tengacalidad.

Nuestra discusin nos ha llevado a identificar unas dificultades generales deaprendizaje que cabe esperar cuando los estudiantes llegan al estudio de la cienciaprocedentes del mbito de la vida de cada da, y a destacar ejemplos de algunas difi-cultades comnmente observadas. Muchas de estas dificultades se plantean porquelos estudiantes no comprenden adecuadamente los objetivos de la ciencia ni los tiposde procesos cognitivos necesarios para abordar este mbito desconocido. Por tanto,importan al mbito cientfico objetivos o medios cognitivos que son adecuados parala vida diaria pero no lo son para la ciencia, o tambin pueden idear medios cogniti-vos inadecuados para la ciencia. Estas dificultades de aprendizaje pueden ser muyimportantes porque tienen una influencia crucial en la manera en que los estudiantesabordan el proceso de aprender ciencia y centran su atencin en l.

Tambin se plantean complicaciones adicionales porque el conocimiento cien-tfico impartido en las escuelas difiere tanto de la ciencia real como de la vida de cadada, aunque comparte algunas caractersticas de cada mbito. Como resultado, lasdificultades de aprendizaje de los estudiantes son compuestas porque los verdaderosobjetivos de la ciencia se pueden distorsionar y las maneras de pensar cientficamenteefectivas pueden ensearse inadecuadamente.

INVESTIGACIONES PROPUESTAS

Salvo varios ejemplos ilustrativos, nuestra discusin ha sido principalmenteterica y ha sido concebida para dilucidar cuestiones importantes, para ofrecer unmarco de referencia analtico y para indicar el camino hacia investigaciones futurasms detalladas. Los siguientes tipos de investigaciones seran de particular inters:

Investigaciones empricas. a) Sera til realizar entrevistas sistemticas para identi-ficar con ms detalle las concepciones que los estudiantes tienen de los objetivos dela ciencia y de los procesos de pensamiento que consideren tiles para la ciencia. Porejemplo, el trabajo de Songer y Linn (1991) es un paso en esta direccin e indica quelos estudiantes que tienen una percepcin ms realista de la naturaleza de la cienciatambin abordan mejor las materias cientficas. b) Para ir ms all de los informesverbales de las concepciones de los estudiantes se podra observar la conducta real delos mismos. Sera, pues, interesante realizar observaciones comparativas de estudian-tes individuales para discernir cmo abordan estos estudiantes tareas cognitivascomo el aprendizaje de conceptos o la resolucin de problemas, en los mbitos cien-tfico y cotidiano. c) Por ltimo, sera especialmente interesante, aunque quiz msdifcil, llevar a cabo experimentos para investigar cmo afectaran a la conducta deaprendizaje de los estudiantes especificaciones ms explcitas de objetivos de apren-dizaje consonantes con objetivos cientficos.

26Transiciones entre otros tipos ck mbitos de conocimiento. Nuestro inters se ha centra-

do especialmente en el conocimiento cotidiano y en la ciencia natural. Sin embargo,nuestro anlisis de distintos mbitos de conocimiento ha sido toalmente general enla identificacin de los tipos de objetivos y de medios cognitivos importantes encualquier mbito. Por tanto, sera revelador examinar y comparar de manera similarotros mbitos de conocimiento (como los de las ciencias sociales, las leyes, la crticaliteraria, etc.) para dilucidar algunas de sus caractersticas destacadas. Este examentambin permitira identificar probables dificultades de aprendizaje cuando los estu-diantes llegan a uno de estos mbitos procedentes de lo cotidiano o de algn otrombito (como, por ejemplo, cuando llegan al estudio de las ciencias sociales con unaformacin previa en ciencia natural).

Implicaciones para la enseanza

Deficiencias educativas predominantes. Ya hemos indicado algunas de las deficien-cias que predominan en la enseanza de la ciencia en las escuelas. Esta enseanza serefiere muy pocas veces a las clases de dificultades generales identificadas en las pgi-nas precedentes y, adems, las escuelas con frecuencia pueden transmitir nocionesinadecuadas o engaosas sobre la naturaleza de la ciencia y los procesos de pensa-miento necesarios para ella.

Fomentar la torna de conciencia ck similitudes y diferencias. Un primer requisito pre-vio para mejorar la educacin es fomentar entre enseantes, autores de libros detexto y estudiantes una conciencia ms clara de las similitudes y diferencias entre losmbitos de la ciencia y de la vida diaria.

Realmente existen similitudes apreciables porque es totalmente cierto que laciencia no es ms que un refinamiento del pensamiento cotidiano. Por ejemplo,como se ha discutido en las pginas precedentes, tanto en la vida de cada da comoen la ciencia las personas tratan de explicar y predecir fenmenos observables. Ade-ms, en los dos mbitos estos objetivos se buscan explotando conocimientos consis-tentes en varios conceptos especiales, utilizando mtodos adecuados para resolverproblemas diversos y tratando de asegurar que la ejecucin de la tarea tenga una cali-dad y una eficiencia adecuadas.

Pero tambin existen diferencias sustanciales porque varios siglos de desarrollocientfico han producido refinamientos de importancia que van ms all de la vidade cada da. Ciertamente, tomar conciencia de estas diferencias es muy importantepara realizar discriminaciones adecuadas y para evitar transferencias simplistas demaneras de pensar de la vida cotidiana a la ciencia o viceversa.

Entre los ejemplos de estas diferencias que han surgido de nuestra anterior dis-cusin, podemos incluir los siguientes: a) Los objetivos cientficos, cuyo fin es utili-zar un mnimo de premisas para llegar a predicciones y explicaciones extensivas, sonmucho ms ambiciosos que los objetivos predictivos y explicativos de la vida de cadada. Por otra parte, la ciencia no trata directamente con valores humanos importan-tes para el objetivo fundamental cotidiano de llevar una buena vida. b) Los requisitoscientficos de falta de ambigedad, precisin, coherencia y generalidad son muchoms importantes que los normalmente necesarios en la vida cotidiana. Por tanto, loscriterios de comprensin y validez deben ser ms explcitos. c) En consecuencia, losmedios cognitivos necesarios en la ciencia suelen ser ms deliberados e implican con-ceptos definidos ms explcitamente, estructuras de conocimiento ms coherentes,mtodos muy formales y simblicos utilizados en conjuncin con mtodos no for-males y una inquietud ms elaborada por la calidad.

Con frecuencia los enseantes no conocen suficientemente estas similitudes ydiferencias ni las dificultades de aprendizaje para los estudiantes que se derivan deellas. Su preocupacin central por ensear conocimientos cientficos especficos sueledejar poco tiempo para reflexionar sobre cuestiones generales como las caractersticas

27distintivas de la ciencia y de la vida de cada da. Adems, los cientficos inmersos enla investigacin solo suelen ser conscientes de estas cuestiones tcitamente y, nor-malmente, no se sienten inclinados a articularlas explcitamente (o quiz ni siquierasean capaces de hacerlo).

Una conciencia ms explcita de estas cuestiones podra, al menos, ayudar areducir algunos de los aspectos inadvertidamente indeseables de los mtodos deenseanza predominantes como, por ejemplo, un nfasis excesivo en conocimientosde datos y en manipulaciones formales.

Propuestas para la enseanza. Una apreciacin de las similitudes y las diferenciasentre los mbitos de la ciencia y de la vida de cada da sugiere un mtodo de ense-anza orientado a reducir las dificultades de aprendizaje de los estudiantes. Estemtodo identificara especficamente aquellos aspectos de la vida cotidiana que sonsimilares a los de la ciencia, con el objetivo de refinarlos sistemticamente (con cui-dadosas discriminaciones con el fin de evitar confusione