Las clases introductorias de ciencias generalmente requieren que los estudiantes memoricen hechos, en lugar de enseñarles la base del pensamiento científico.

Por Zahilyn D. Roche Allred
Investigadora Postdoctoral, Departamento de Química y Bioquímica, Universidad Internacional de Florida

Traducción y edición por Daniel Ventuñuk

Para graduarse con una especialización en ciencias, los estudiantes universitarios deben completar entre 40 y 60 horas de crédito de cursos de ciencias. Eso significa pasar alrededor de 2.500 horas en el aula a lo largo de su carrera universitaria.

Sin embargo, la investigación ha demostrado que a pesar de todo ese esfuerzo, la mayoría de los cursos universitarios de ciencias brindan a los estudiantes solo una comprensión fragmentada de los conceptos científicos fundamentales. El método de enseñanza refuerza la memorización de hechos aislados, pasando de un capítulo del libro de texto al siguiente sin necesariamente hacer conexiones entre ellos, en lugar de aprender cómo usar la información y conectar esos hechos de manera significativa.

La capacidad de hacer estas conexiones también es importante más allá del salón de clases, porque es la base de la alfabetización científica: la capacidad de usar el conocimiento científico para evaluar con precisión la información y tomar decisiones basadas en evidencia.

Como investigadora en educación química, trabajo desde 2019 con mi colega Sonia Underwood para aprender más sobre cómo los estudiantes de química integran y aplican sus conocimientos a otras disciplinas científicas.

En nuestro estudio más reciente, investigamos qué tan bien los estudiantes universitarios podrían usar sus conocimientos de química para explicar los fenómenos biológicos del mundo real. Hicimos esto haciéndolos realizar actividades diseñadas para hacer esas conexiones interdisciplinarias.

Descubrimos que a pesar de que la mayoría de los estudiantes no habían tenido oportunidades similares que los prepararan para hacer esos vínculos, actividades como estas pueden ayudar, si se hacen parte del plan de estudios.

Aprendizaje tridimensional

Un gran cuerpo de investigación muestra que la educación científica tradicional, tanto para los estudiantes de ciencias como para los que no lo son, no hace un buen trabajo al enseñar a los estudiantes de ciencias cómo aplicar su conocimiento científico y explicar cosas que quizás no hayan aprendido directamente.

Con eso en mente, desarrollamos una serie de actividades interdisciplinarias guiadas por un marco denominado «aprendizaje tridimensional».

En resumen, el aprendizaje tridimensional, conocido como 3DL, enfatiza que la enseñanza, el aprendizaje y la evaluación de los estudiantes universitarios deben involucrar el uso de ideas fundamentales dentro de una disciplina. También debe involucrar herramientas y reglas que ayuden a los estudiantes a hacer conexiones dentro y entre disciplinas. Finalmente, debe involucrar a los estudiantes en el uso de sus conocimientos. El marco se desarrolló sobre la base de cómo aprenden las personas como una forma de ayudar a todos los estudiantes a obtener una comprensión profunda de la ciencia.

Hicimos esto en colaboración con Rebecca L. Matz, experta en ciencia, tecnología, ingeniería y educación matemática. Luego llevamos estas actividades al salón de clases.

Haciendo conexiones científicas

Para comenzar, entrevistamos a 28 estudiantes universitarios de primer año de las carreras de ciencias o ingeniería. Todos estaban matriculados en cursos introductorios de química y biología. Les pedimos que identificaran las conexiones entre el contenido de estos cursos y lo que creían que eran los mensajes para llevar a casa de cada curso.

Los estudiantes respondieron con extensas listas de temas, conceptos y habilidades que habían aprendido en clase. Algunos, pero no todos, identificaron correctamente las ideas centrales de cada ciencia. Comprendieron que su conocimiento de la química era esencial para su comprensión de la biología, pero no que lo contrario también podría ser cierto.

Por ejemplo, los estudiantes hablaron sobre cómo su conocimiento adquirido en su curso de química con respecto a las interacciones, es decir, las fuerzas de atracción y repulsión, fue importante para comprender cómo y por qué las especies químicas que componen el ADN se unen.

Para su curso de biología, por otro lado, la idea central de la que más hablaron los estudiantes fue la relación estructura-función: cómo la forma de las especies químicas y biológicas determina su trabajo.

A continuación, se diseñó un conjunto de actividades interdisciplinarias para guiar a los estudiantes en el uso de ideas y conocimientos básicos de química para ayudar a explicar los fenómenos biológicos del mundo real.

Los estudiantes revisaron una idea básica de química y usaron ese conocimiento para explicar un escenario de química familiar. Luego, lo aplicaron para explicar un escenario biológico.

Una actividad exploró los impactos de la acidificación del océano en las conchas marinas. Aquí, se les pidió a los estudiantes que usaran ideas básicas de química para explicar cómo los niveles crecientes de dióxido de carbono en el agua de mar están afectando a los animales marinos que construyen conchas, como los corales, las almejas y las ostras.

Otras actividades pidieron a los estudiantes que aplicaran los conocimientos de química para explicar la ósmosis, cómo el agua se transfiere dentro y fuera de las células del cuerpo humano, o cómo la temperatura puede alterar la estabilidad del ADN humano.

En general, los estudiantes se sintieron seguros de sus conocimientos de química y pudieron explicar fácilmente los escenarios de química. Les resultó más difícil aplicar los mismos conocimientos de química para explicar los escenarios biológicos.

En la actividad de acidificación del océano, la mayoría de los estudiantes pudieron predecir con precisión cómo un aumento en el dióxido de carbono afecta los niveles ácidos del océano. Sin embargo, no siempre pudieron explicar cómo estos cambios afectan la vida marina al dificultar la formación de conchas.

Estos hallazgos resaltan que queda una gran brecha entre lo que los estudiantes aprenden en sus cursos de ciencias y qué tan bien preparados están para aplicar esa información. Este problema persiste a pesar de que en 2012, la Fundación Nacional de Ciencias publicó un conjunto de pautas de aprendizaje tridimensionales para ayudar a los educadores a hacer que la educación científica sea más efectiva .

Sin embargo, los estudiantes de nuestro estudio también informaron que estas actividades les ayudaron a ver vínculos entre las dos disciplinas que de otro modo no habrían percibido.

Así que también obtuvimos evidencia de que a nuestros estudiantes de química, al menos, les gustaría tener la capacidad de obtener una comprensión más profunda de la ciencia y cómo aplicarla.

Fuente: THE CONVERSATION