Marcos Henrique Abreu de Oliveira1 y Robert Fischer2

1Instituto Federal de Alagoas, Maceió, AL, Brazil
2Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brazil
E-mail:r@robertfischer.eu

Abstract. Ciensación es un compilado abierto y en línea de experimentos prácticos que ha sido creado para convencer a los docentes latinoamericanos de que la mejor forma de vivir la ciencia es en primera persona. Permitir que los alumnos realicen experimentos de forma autónoma y en pequeños grupos es una tarea desafiante para los educadores de estos países. Analizamos los motivos por los cuales los docentes se resisten a utilizar experimentos prácticos en clase y debatimos cómo se implementó Ciensación para sortear esos obstáculos. El resultado fue la creación de actividades de investigación para los alumnos, que pueden integrarse fácilmente a la educación científica formal de las escuelas, con el objetivo de desarrollar habilidades científicas y, más importante aún, para que los jóvenes puedan ver la ciencia como una actividad creativa e interesante. [Traducción del original inglés «Ciênsação, gaining a feeling for sciences» por Catalina Estrada]

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1. Experimentos prácticos en escuelas brasileñas Cuando Richard P. Feynman, un apasionado profesor de física, visitó Brasil en 1951,observó con gran sorpresa «niños de escuela primaria comprando libros de física en las librerías» [1]. Sin embargo, después de dar clase un semestre en una universidad en Rio de Janeiro, llegó a la conclusión de que «en Brasil no se enseña ciencia». En sus memorias escribió: «Luego de mucha investigación, finalmente descubrí que los alumnos habían memorizado todo, pero no sabían qué significaba todo eso». Aunque podían «repetir palabra por palabra» conceptos de física avanzada, no podían relacionarlos a problemas del mundo real, ni aplicarlos en experimentos sencillos. Feynman abordó este tema en una charla que dio al final del semestre: «Por último, dije que no podía entender cómo alguien puede ser educado en ese sistema autopropagante, en el que la gente aprueba exámenes y enseñan a los demás a aprobar exámenes, pero en el que nadie sabe nada» [1].

En los 65 años que pasaron desde la visita de Feynman, el sistema educativo brasileño ha mejorado significativamente. Hoy en día, las instituciones educativas hacen más hincapié en la comprensión y en la evidencia experimental. Las iniciativas para instalar el debate de los fenómenos naturales en un contexto relevante y significativo comenzaron a generar cambios en el currículo y en los libros didácticos y están llegando a las salas de aula. Sin embargo, los experimentos prácticos tal como los propone Ciensación: sentir la ciencia Feynman, aún son poco vistos en escuelas brasileñas. Este tipo de actividades centradas en el alumno, en las que en pequeños grupos se exploran fenómenos naturales con las propias manos y la propia mente, no se utilizan simplemente «por diversión» o para despertar el interés de los jóvenes por la ciencia, sino que son un aporte esencial para la evolución de los estudiantes estimulando el desarrollo de habilidades y la autonomía intelectual basada en la evidencia. Para comprender por qué los docentes en Brasil aún no se deciden a implementar este método didáctico comprobado [2, 3], es importante observar la situación local y las dificultades que los profesores enfrentan al realizar experimentos en clase. Durante varios años, el proyecto Ciensación ha estudiado este entorno de aprendizaje con relación a las políticas educativas, la formación docente y las prácticas cotidianas de enseñanza en escuelas primarias y secundarias, para luego desarrollar un método para abordar los obstáculos comunes y convencer a los docentes de realizar experimentos prácticos en clase.

Ya en 1997, el Ministerio de Educación publicó en el currículo escolar nacional [4] la siguiente recomendación: «Un experimento se torna más interesante para los alumnos cuando ellos participan en su planificación, lo llevan a cabo ellos mismos, manipulan los aparatos y luego debaten sobre los resultados». Fueron pocos los docentes que siguieron este consejo en aquella época. En los últimos años, sin embargo, las políticas educativas resaltan cada vez más la importancia de estimular el desarrollo de habilidades, tales como pensamiento crítico y analítico, trabajo en equipo y buena comunicación [5], que están muy relacionadas con los experimentos prácticos [3,6]. Un buen ejemplo es el ENEM, un examen de admisión para universidades públicas de todo el país, que ha sido reformulado para evaluar habilidades y competencias. La memorización de conocimientos fácticos aún desempeña un papel importante, pero responder preguntas científicas ahora exige una verdadera comprensión. En consecuencia, los docentes tienen que adaptar el plan de estudios y los métodos didácticos si quieren preparar a sus alumnos para este importante examen.

Después de décadas de este «sistema autopropagante» centrado en la memorización de conocimientos fácticos, no es fácil para los docentes realizar el cambio. Son pocos los profesores que han experimentado alguna vez la educación científica centrada en el alumno o que estimule el desarrollo de habilidades. Las carreras universitarias pedagógicas ofrecen muy poca orientación más allá de las discusiones teóricas, dado que los futuros profesores generalmente se preparan en clases magistrales tradicionales [7,8]. La mayoría de los educadores están de acuerdo con que la memorización de conocimiento fáctico no es suficiente para preparar a los alumnos a tener una carrera lucrativa o una vida gratificante con participación social consciente. Así y todo, muchos se resisten a desviarse de la conocida «clase teórica» para comenzar a implementar experimentos prácticos. Las razones más mencionadas están resumidas a continuación:

Falta de tiempo: como en la mayoría de los sistemas educativos, los docentes de ciencias brasileños tienen que apretar un currículo escolar sobrecargado en un período de tiempo corto. Como ejemplo cuantitativo, los alumnos que se graduaron en 2016 en la escuela técnica secundaria IFAL —una institución del gobierno federal— deberían haber tenido 267



Figure 1. Los experimentos prácticos no solo despiertan el interés de los alumnos por la ciencia, sino que son un componente esencial para la educación científica que estimula el desarrollo de habilidades [6].

horas de clases de física en 3 años. Debido a exámenes y a tareas administrativas, como verificar la asistencia de cada alumno, tuvieron efectivamente menos de 200 horas de física, sin considerar ausencias por enfermedad y huelgas frecuentes en las instituciones educativas. De esta manera, en menos de 200 horas, los profesores tuvieron que cubrir todos los contenidos de física clásica, inclusive mecánica, óptica, termodinámica y electromagnetismo. Como el enfoque tradicional centrado en el docente permite avanzar rápidamente en los contenidos, es comprensible que bajo estas condiciones los profesores encuentren poco lugar para realizar actividades con los alumnos que demandan mucho tiempo, como el caso de los experimentos prácticos.

Inseguridad y falta de capacitación: aun los docentes con más experiencia pueden sentirse incómodos estando al frente de una clase en la que los alumnos experimentan de forma autónoma, especialmente si nunca lo han hecho antes. Esta situación tan poco familiar requiere habilidades de manejo del aula diferentes. Además, cuando los alumnos están verdaderamente involucrados en un experimento, surgen preguntas que el profesor tal vez no sepa responder. Admitir no saber una respuesta es esencial para el avance científico, pero es percibida como una actitud opuesta al rol cultural del docente como autoridad. En el caso de profesores con pocos conocimientos de contenido, les resulta más fácil alinear esos contenidos con los libros de texto y centrarse en ejercicios matemáticos: según el Censo Escolar de 2011 en Alagoas, un estado ubicado en la región más pobre del Nordeste de Brasil, son más matemáticos que físicos los que enseñan física. Solo el 20 % de las clases de física en escuelas públicas fueron impartidas por profesores con estudios terciarios en física (o cursando en aquel momento) [9]. En otros estados brasileños se registraron problemas similares [8].

Falta de recursos e infraestructura: este es un problema más imaginario que real. Se cree que los experimentos científicos requieren herramientas sofisticadas y laboratorios especializados. Para proteger esos costos equipos y evitar accidentes,los alumnos solo pueden utilizarlos siguiendo instrucciones detalladas paso a paso, en lugar de seguir su curiosidad científica. Los docentes que buscan alternativas encontrarán en internet una cantidad de experimentos para realizar con materiales domésticos. Sin embargo, estos experimentos son formulados generalmente para entretenimiento y no para aprendizaje. Estas actividades colocan al docente en el papel de «mago», dando más importancia a los efectos visuales o acústicos antes que a la claridad, y requieren mucho tiempo de preparación. Aunque sean considerados seguros bajo la supervisión de un adulto, pueden dejar de serlo si este adulto tiene que cuidar y estar pendiente de 40 o 50 alumnos realizando el experimento a la vez.

Otra razón por la cual los profesores de ciencia tienden a no incluir experimentos prácticos en sus clases es la costumbre local de separar actividades experimentales de clases teóricas. Especialmente en escuelas privadas, el trabajo de laboratorio a menudo se lleva a cabo bajo la supervisión de educadores especializados y apenas se relaciona con el respectivo contenido teórico enseñado por el profesor de física o química. Pueden pasar semanas hasta que los alumnos que realizaron un experimento debatan con el docente qué fenómenos físicos o reacciones químicas causaron los efectos observados. O tal vez hayan hablado de determinado efecto semanas antes de poder verlo.

2. Integración de actividades de investigación prácticas en la enseñanza del día a día

Una iniciativa como Ciensación no va a eliminar estos obstáculos, pero puede ayudar a los docentes a sortearlos. En la práctica, esto quiere decir: convencer a los docentes de que los experimentos cortos —que se pueden conducir en apenas un par de minutos o hasta segundos— pueden generar debates productivos, en los que los alumnos potencian los conocimientos fácticos, profundizan la comprensión y desarrollan habilidades científicas [2]. Esto se basa en la suposición de que los profesores que tengan buenas experiencias aplicando este enfoque, lo puedan adaptar a su propio estilo de enseñanza para que pase a formar parte de sus prácticas cotidianas en el aula.

Los programas de capacitación docente son un medio eficaz para transmitir esta idea, pero su alcance está limitado por recursos humanos y financieros. Con el propósito de ofrecer este material a un público más amplio, el proyecto Ciensación ha sido implementado como un compilado en línea de Recursos Educativos Abiertos. Los experimentos prácticos están publicados en portugués, español e inglés para que los docentes de toda Latinoamérica puedan tener acceso a ellos. Estos recursos no solo son abiertos en el sentido de estar disponibles gratuitamente bajo una licencia Creative Commons, sino que también con la idea de que cualquier persona puede contribuir enviando su propio experimento (que pasará por un proceso de revisión). Los educadores profesionales necesitan este tipo de libertad editorial para adaptar el material didáctico a las necesidades de sus alumnos. Al compartir el contenido que ellos van creando en el proceso, moldean el crecimiento de Ciensación y ayudan a que se adapte de forma dinámica a los intereses de la comunidad [10].



Figure 2. Simplificar experimentos a menudo significa trabajar con resultados cualitativos antes que cuantitativos. En este ejemplo, la capilaridad se estudia mediante la comparación del efecto en agua (azul) y aceite vegetal (naranja) con una cuña de diferentes tamaños formada con dos portaobjetos.

Los experimentos publicados están formulados para que se integren fácilmente a clases regulares en aulas normales. Por lo tanto, la principal preocupación es el tiempo y esfuerzo necesarios para preparar y realizar un experimento. Cuanto menos tiempo tenga que invertir un profesor, más abierto estará para probar una nueva metodología. De esta forma, algunos experimentos muy conocidos fueron modificados para reducir el tiempo de clase utilizado, lo cual muchas veces llevó a simplificarlos.

En muchos casos, esto significa trabajar con resultados cualitativos obtenidos mediante observación directa, en lugar de mediciones cuantitativas. Además de reducir la complejidad de la actividad, concentrarse en resultados cualitativos también ayuda a alcanzar el objetivo real de los experimentos de Ciensación: involucrar a los alumnos en un debate basado en evidencias sobre la interpretación de sus observaciones. Para insertar los experimentos en un contexto de aprendizaje significativo, todos ellos fueron creados en torno de una tarea de investigación para los alumnos. Las preguntas o desafíos propuestos en la tarea proporcionan una orientación clara sobre lo que el alumno debería descubrir y aprender del experimento. A veces, algunas preguntas aparentemente sencillas, como «¿Las dos puntas de un imán son iguales?», pueden llevar a extensos debates donde los docentes se enfrentan al desafío de encontrar el delgado límite entre contener el debate y permitir a los alumnos desarrollar sus ideas. Dominar ese equilibrio es muy importante para que la experiencia de aprendizaje sea de calidad y totalmente eficiente. Para evitar frustraciones tanto de los alumnos como de los profesores, Ciensación ofrece «preguntas orientadoras», para dividir la tarea de investigación en pasos más cortos y que, si son usadas con estilo socrático, pueden hacer avanzar la discusión hacia la dirección deseada. Además, estas preguntas sirven para que los docentes puedan hacer la transición de un experimento a su respectivo marco teórico sin perder el impulso motivador de la actividad.

Los experimentos de Ciensación también contienen una explicación concisa del fenómeno observado, que funciona como punto de partida para investigaciones más detalladas. La intención no es reemplazar libros de texto, sino reducir el tiempo de preparación y ayudar a que los docentes con menos experiencia puedan guiar el debate en clase sintiéndose seguros.

Los materiales utilizados en estos experimentos prácticos deben ser seleccionados con mucho cuidado. Ningún docente responsable aceptaría realizar actividades que puedan poner en riesgo la salud de sus alumnos, y tampoco se espera que compren equipos costosos que la escuela no tiene condición de proveer. Por lo tanto, los experimentos de Ciensación deben basarse en materiales seguros, accesibles y baratos. Cuando es posible, son objetos domésticos, preferentemente que los alumnos tengan a mano, como libros, lápices o monedas. Por un lado, los materiales simples, genéricos y versátiles cuentan con la ventaja de permitir que los alumnos experimenten libremente y dejen llevar su curiosidad científica hacia direcciones inesperadas [11]. Por otro lado, las variaciones en el equipo utilizado pueden generar confusión entre los alumnos, y los aparatos que requieren muchos ajustes pueden distraer la atención de la clase hacia la preparación y no hacia el fenómeno real, además de consumir tiempo de clase. Por lo tanto, antes de publicar un experimento en la página, se realizan pruebas de diferentes formas y disposiciones para garantizar que sea seguro y encontrar el equilibrio preciso entre simplicidad, flexibilidad y costo de los materiales.

3. Sentir la ciencia

Además de facilitar la integración de los experimentos de Ciensación en la enseñanza regular, las actividades fueron formuladas para estimular el desarrollo de habilidades científicas, tales como pensamiento crítico, argumentación basada en evidencias e investigación experimental. Asimismo, tienen por objetivo permitir que los alumnos sientan la ciencia, idea que le dio el nombre al proyecto: Ciensación es un neologismo uniendo las palabras «ciencia» y «sensación» (la página web en inglés y en portugués mantienen el mismo neologismo: sciensation.org y ciensacao.org).

Obviamente, ningún individuo responsable permitirá que los sentimientos subjetivos interfieran a la hora de analizar evidencia científica. Sin embargo, comúnmente se asocia la ciencia con conocimientos estructurados, lo que muchas veces (y sin querer) implica que la ciencia es principalmente una recopilación de conocimientos. Esto reduce el concepto de ciencia —que no se trata tanto de conocimientos, sino más de la habilidad,



Figure 3. Para adquirir una noción, o una comprensión intuitiva, de sistemas mecánicos como poleas, los alumnos necesitan sentir las fuerzas involucradas con sus propios sentidos. Como se muestra en el ejemplo de la polea, podemos lograrlo con medios sencillos que los alumnos suelen tener a mano.

la metodología y el placer de descubrir— a un simple conjunto de resultados. De la misma forma, podríamos reducir el concepto de arte a «cosas que hay en los museos».

Las tareas de investigación, alrededor de las cuales se crearon los experimentos de Ciensación, invitan a los alumnos a ser verdaderos científicos, en lugar de simplemente reproducir resultados ya conocidos y confirmar lo que dicen los libros de texto. Dar a los alumnos algunos minutos para resolver esa tarea en pequeños grupos y de forma autónoma permite no solo que sientan la emoción de descubrir, sino que también sientan la ciencia como una actividad creativa, un arte que pueden dominar, y que no la vean como un privilegio de una elite llamada «científicos».

La idea de sentir la ciencia también se extiende a la de adquirir una comprensión intuitiva de sistemas físicos o químicos y su comportamiento. En términos cognitivos, es muy diferente calcular la frecuencia de resonancia de un sistema teórico masa-resorte que hacer oscilar un peso en un resorte sosteniéndolo con tu propia mano [12]. Las leyes de la física suelen tener más «sentido» si el estudiante puede relacionarlas con una sensación táctil, visual y acústica.

De forma similar, los alumnos pueden aprender grandes lecciones sobre la naturaleza de la ciencia cuando descubran contradicciones entre los libros didácticos y sus propios resultados experimentales. Los errores de algunos libros —como afirmar que los diferentes sabores se detectan en distintas regiones de la lengua [13] o representar el polo norte magnético en el hemisferio norte [14] — son muy buenas oportunidades para enseñar la importancia de buscar evidencia científica en lugar de confiar en las autoridades sin sentido



Figure 4. Escudriñar mediante experimentos afirmaciones de los libros didácticos, como el mapa de la lengua (que afirma que los diferentes sabores se detectan en distintas regiones de la lengua), ayuda a que los alumnos elaboren evidencias basados en su autonomía intelectual.

crítico. Observaciones contrarias al sentido común, como la atracción de polos magnéticos iguales si se coloca una moneda entre ellos [15], son a menudo más eficientes para perfeccionar las habilidades de investigación de los alumnos que los experimentos con resultados predecibles. Algunos experimentos de Ciensación hasta cuestionan el propio método científico [16]. Para demostrar que la opinión de la mayoría no equivale a la evidencia científica, en un experimento se pide a los alumnos que observen el movimiento de las manchas de un láser en una pared mientras mueven la cabeza [17]. Va a depender de la vista de cada observador si las manchas se mueven en la misma dirección o en la dirección contraria a la cabeza (una persona con hipermetropía verá las manchas moverse en la misma dirección que su cabeza, mientras que un observador miope las verá moverse en la dirección contraria). Sin embargo, el profesor —engañando a sus alumnos por un momento— presiona a la clase a decidirse por una sola dirección y se opone a todos los que opinen diferente, para luego revelar la verdadera naturaleza del experimento. Si algunos alumnos comienzan a dudar de sus propias observaciones o se rinden ante la presión de los compañeros, toda la clase aprenderá lo que es un obstáculo crítico en los desafíos científicos.

4. Impacto

Para descubrir si es posible alcanzar las ambiciosas expectativas que el proyecto propone, Ciensación está siendo probado en cursos de capacitación docente en la Universidad Federal de Paraná (Brasil) y en la Universidad Federal de Fronteira Sul (Brasil). En un taller que se realizó recientemente en la Universidad Federal de Rio Grande do Sul, se reunieron investigadores educativos, profesores de ciencia y alumnos para debatir de qué forma puede difundirse el proyecto Ciensación para que llegue a más docentes y así puedan interactuar de manera más eficiente con la plataforma y entre ellos.

Mientras tanto, docentes de todo el mundo están ingresando a la página web, leyendo los experimentos y dejando comentarios de agradecimientos desde países tan diversos como Gana y Alemania. En Fiyi y en las Islas Salomón, donde el acceso a internet es limitado, se ha distribuido a los docentes una versión offline de los experimentos en tarjetas de memoria. Las devoluciones positivas y el creciente número de visitantes de la página demuestran que los primeros pasos del proyecto Ciensación realmente están contribuyendo a crear una cultura de experimentos prácticos cortos y una educación científica que estimule el desarrollo de habilidades, mucho más allá del público previsto de docentes de Latinoamérica.

5. Bibliografía

[1] R. Feynman, R. L. (contributor), and E. H. (editor), Surely You’re Joking, Mr. Feynman!: Adventures of a Curious Character. W. W. Norton, 1985. [Online]. Available: https://archive.org/details/SurelyYoureJokingMr.Feynman
[2] J. Hattie, Visible learning: A synthesis of over 800 meta-analyses relating to achievement. Routledge, 2009.
[3] P. M. Stohr-Hunt, “An analysis of frequency of hands-on experience and science achievement,” Journal of research in Science Teaching, vol. 33, no. 1, pp. 101–109, 1996.
[4] I. G. A. Prado, V. Z. de Azevedo Rebeis Farha, and M. I. Laranjeira, “Parâmetros curriculares nacionais, ciências naturais,” vol. 47, p. 80, 1997. [Online]. Available: http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/livro04.pdf
[5] B. Bruns, D. Evans, and J. Luque, Achieving World-Class Education in Brazil. The World Bank,2012.
[6] J. A. Shymansky, W. C. Kyle, and J. M. Alport, “The effects of new science curricula on student performance,”Journal of research in Science Teaching, vol. 20, no. 5, pp. 387–404, 1983.
[7] M. H. A. de Oliveira, M. F. Parisoto, and R. Fischer, “Project based learning for teacher education in brazil’s state with the lowest literacy rate,” in Teaching/Learning physics: Integrating research into practice, Proc. GIREP-MPTL 2014 International Conf. , 2015, pp. 753 – 758.
[8] E. S. de Sá Barretto, “Teacher education policies in brazil: contemporary challenges,”Revista Brasileira de Educação, vol. 20, pp. 679 – 701, 09 2015.
[9] R. Fischer, E. Fireman, and J. R. Gomes, “Who teaches science in alagoas? a quantitative analysis of non-specialist teaching at primary and secondary schools in brazil,”Bulgarian Physics Education, vol. 2, pp. 80–91, 2013.
[10] M. H. A. de Oliveira, “Física para jovens e adultos: uma configuração ergo-cognitiva do programa,” Ph.D. dissertation, Universidad Tecnológica Intercontinental, Asunción, 2012, unpublished.
[11] N. Cords, R. Fischer, M. Euler, and A. Prasad, “Teaching optics with an intra-curricular kit designed for inquiry-based learning,”Physics Education, vol. 47, no. 1, p. 69, 2012. [Online]. Available: http://stacks.iop.org/0031-9120/47/i=1/a=69
[12] Experimento ciensación: Resonancia mecánica. [Online]. Available: https://www.ciensacion.org/ experimento_manos_en_la_masa/e5072p_mechanicalResonance.html
[13] Experimento ciensación: El mito del mapa de la lengua. [Online]. Available: https://www.ciensacion.org/experimento_manos_en_la_masa/e5004b_tongueMap.html
[14] Experimento ciensación: ¿dónde está el polo norte magnético? [Online]. Available: https: //www.ciensacion.org/experimento_manos_en_la_masa/e5100pg_earthMagneticPole.html
[15] Experimento ciensación: ¿los polos iguales se atraen? [Online]. Available: https: //www.ciensacion.org/experimento_manos_en_la_masa/e5053p_equalMagneticPoles.html
[16] Experimento ciensación: Adivina cuál es la regla, ¡como un científico! [Online]. Available: https://www.ciensacion.org/experimento_manos_en_la_masa/e5035m_guessMyRule.html
[17] Experimento ciensación: Confía en lo que tus ojos ven, no te dejes engañar por la opinión de otros. [Online]. Available: https://www.ciensacion.org/experimento_manos_en_la_masa/e5043p_laserVision.html