González, A.

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESORESOLVER PROBLEMAS PARA APRENDER:UNA PROPUESTA PARA EL DESARROLLODE COMPETENCIAS DE PENSAMIENTO CIENTÍFICOEN LA FACULTAD DE CIENCIASGONZÁLEZ, A. y otrosSeminario IDES*, UABPalabras clave: resolución de problemas, dinámica científica, educación superiorOBJETIVONos planteamos iniciar una investigación que,  a partir del análisis de los problemas que se presentan en la‘clase de problemas’ de las licenciaturas de Física, Química, Geología, Biología y Biotecnología y de la con-trastación de los resultados con las directrices de Bolonia y con las recomendaciones de la bibliografíaespecializada en resolución de problemas, identificara unas bases comunes a las diferentes ciencias que per-mitiera revisar y mejorar los problemas que se proponen a los estudiantes universitarios en la Facultad deCiencias para  desarrollar en ellos competencias de pensamiento científico.Las preguntas que orientan nuestra investigación son:¿Cuáles son los requisitos que comparten los buenos problemas de ciencias  y que los caracterizan? ¿Cómoevaluar competencias de pensamiento científico en los estudiantes de ciencias?Nuestra hipótesis de investigación es que las 15 posibilidades de variación conceptual con las que  Toulmininterpreta las situaciones de dinámica científica  pueden aplicarse también a la dinámica del conocimientode los estudiantes.Nuestro trabajo se ha desarrollado en un seminario que se reúne mensualmente. Los resultados que vamosobteniendo se presentan en cursos para formación de profesores que forman parte de la programación delIDES (Unidad de Innovación de la Docencia en la Enseñanza Superior) para desarrollar y consolidar,  enla Universidad Autónoma de Barcelona, las orientaciones docentes que caracterizan al EEES  (EspacioEuropeo de Educación Superior).* Forman parte del seminario: Anna Arís, Marià Baig, Mª Mar Carrió, J.A. Chamizo, Digna  Couso, Pau Ferrer, Àngels Gonzàlez,Mercè  Izquierdo (coordinadora), Javier López, Joan Suades, Antoni Villaverde.2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOMARCO TEÓRICOLas ciencias cognitivas, en las que confluyen la historia y filosofía de la ciencia, la psicología cognitiva, laneurociencia  y la lingüística, nos proporcionan un marco teórico para analizar los factores que condicio-nan la emergencia del conocimiento humano. En especial, hemos seguido las orientaciones de R.N. Gierey de S.Toulmin, que proponen el concepto de ‘racionalidad moderada o hipotética’ que ha sido adaptadaa los procesos de enseñanza aprendizaje por Izquierdo y Adúriz (2003). Destacamos que la resolución deproblemas es un factor clave para comprender como se genera nuevo conocimiento y por lo tanto, paraexplicar tanto la evolución de una disciplina científica como la evolución del conocimiento individualAportaciones de la historia y filosofía de la cienciaDice S. Toulmin (1977) siguiendo a Wittgenstein (1921 (op. cit. p.182)‘En la ciencia, el  significado se muestra por el carácter de un procedimiento explicativo; y la verdad, por el éxito de loshombres en hallar aplicaciones para este procedimiento’Así, Toulmin imagina el progreso científico de las disciplinas como un proceso orientado por ideales expli-cativos específicos, a lo largo del cual los conceptos compiten de tal manera que  sobreviven sólo aquellosque intervienen en las mejores explicaciones. Lo que impulsa la dinámica científica es  la identificación delos problemas  que han de ser resueltos , que son aquéllos que surgen por las diferencias entre los idealesexplicativos de una disciplina y  la experiencia acumulada de todos aquéllos que trabajan en el marco de ladisciplina, que saben lo que se puede  llegar  a  hacer y explicar con sus conocimientos  profesionales yconocen las posibilidades de su repertorio de conceptos.Problemas científicos = Ideales explicativos - Capacidades corrientes de los profesionales de la disciplina Por ello, la ‘explicación científica’ no es una argumentación en la cual los conceptos se encadenan de mane-ra lógica, sino una actividad real  validada por los valores del momento. El uso racional de los conceptostoma sentido en el interior de esta actividad , según  tres aspectos o elementos: 1. el lenguaje , 2.  las téc-nicas de representación (exhibición de las relaciones generales entre objetos, sucesos y fenómenos natura-les, no sólo formalismos matemáticos, sino gráficos, diagramas, árboles taxonómicos…) 3. los procedi-mientos de aplicación de la ciencia. Los conceptos evolucionan y cambian en la actividad de conseguir ‘explicar’ una situación problemáticacrucial , puesto que  las disciplinas son empresas en evolución. Toulmin considera que los problemas cru-ciales pertenecen a una de las siguientes  posibilidades: • Problemas que una ciencia puede razonablemente explicar, pero que aún no lo consigue. • Mejorar las explicaciones para abordar fenómenos conocidos • Relacionar conceptos en el interior de una misma ciencia.• Relacionar conceptos de ramas diferentes de la ciencia• Resolver conflictos entre ideas científicas y extracientíficas Considera también que estas cinco situaciones problemáticas pueden resolverse de tres maneras diferen-tes: refinando el lenguaje, las representaciones teóricas o la experimentación, dando lugar a 15 posibilida-des de variaciones conceptuales que hacen posible la evolución del conocimiento científico (Estany et al.,1991).Aportaciones de la Didáctica de las CienciasDe la misma manera,  también la resolución de problemas deberían impulsar los cambios en los conoci-mientos de los alumnos que conocemos como ‘aprendizaje’. Pero para ello estos problemas han de ser‘auténticos’ y no meros ejercicios. En efecto, los estudiantes no han de considerar que los procedimientosexplicativos son rituales invariables. Por ello, deben enfrentarse a auténticos problemas, escogidos de talmanera que pueda resolverlos a la vez que evolucionan sus conceptos previos, sus lenguajes y las experien-cias que le proporcionan evidencias.3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOAhora bien, un buen problema permite aprender al ser resuelto, puesto que así se modifican y avanzan losconocimientos de quien lo resuelve; así, los ‘problemas para aprender’ han de poder ser resueltos de lamanera más autónoma posible. Polya, G. (1945) llama ‘ heurístico’  al proceso de resolución que consta delas etapas siguientes: leer el enunciado y comprender la pregunta que se plantea, concebir un plan para res-ponder la pregunta (identificar el marco teórico, formular hipótesis y descartar las que no correspondan,elaborar estrategias para obtener la respuesta adecuada (dividir el problema en subproblemas y identificarsubmetas, recordar problema análogos que ya se saben resolver, relacionar el tema con otros…), ejecutarel plan previsto y verificar el resultadoPara nosotros, este proceso es similar al proceso de modelización científica que se produce en la investiga-ción científica. (Izquierdo y Adúriz, 2003, Arís et al, en prensa) que se desarrolla según el esquema de lafigura 1 (Giere, 1988) El proceso requiere plantear hipótesis que, una vez contrastadas, proporcionan evidencias según las ‘reglasdel juego de la disciplina’;  ha de ser guiado por ‘buenas preguntas’ que formen parte del enunciado delproblema o que sean proporcionadas por el profesorado que conduce la actividad. Pretenden que los alum-nos recuerden o revisen lo que se les ha enseñado y dirigir el pensamiento del estudiante de la manera ade-cuada para la construcción de su propio conocimiento: enfocan (la atención, incitan a comparar, a medir, arelacionar y a razonar  de manera consciente sin bloquear al estudiante que está aprendiendo (por ejem-plo, es mejor preguntar ¿por qué piensas que..? que preguntar simplemente ¿por qué..?)  Las buenas preguntas desarrollan los conocimientos que los estudiantes pueden utilizar para empezar aresolver el problema (mediante su ‘modelo teórico’ incipiente) y que, gracias a las buenas preguntas y a lasexplicaciones del profesor y de la bibliografía adecuada, pueden evolucionar hasta alcanzar la meta final,es decir, la resolución del problema y el nuevo ‘modelo’, enriquecido con nuevas entidades científicas, nue-vos lenguajes y ‘nuevas reglas del juego’ (es decir, nuevos criterios sobre qué se debe o qué no se debehacer). Se desarrollan así las competencias de pensamiento científico de los estudiantes.Los auténticos problemas que generan aprendizaje deben activar este tipo de conocimientos, pero es evi-dente que éstos no son  los mismos para todos ellos. Si el problema ya se sabe resolver deja de ser ‘pro-blemático, se transforma en una rutina y pasan a ser simplemente ejercicios. (Bodner, 2002). La resoluciónde ejercicios no es garantía de aprendizaje  significativo ni de comprensión conceptual (Smith et al., 1995);a menudo se consigue aplicando un algoritmo (una fórmula, un proceso algebraico, una frase, una técnicaque simplifica el problema) sin comprender su fundamento. Como ‘ser competente’ es sinónimo de ‘ser autónomo’ se ha de facilitar al estudiante instrumentos que le ayu-den a reflexionar sobre su proceso de aprendizaje al resolver los problemas, a la vez que , a modo de anda-miaje, le ayudan a construir la trama de conceptos y experiencia que le va a permitir resolver el problema. FIGURA 14 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOMETODOLOGÍA, RESULTADOS E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOSA partir del planteamiento anterior  nos preguntamos  cuáles son los requisitos que comparten los buenosproblemas de ciencias  y cómo evaluar competencias de pensamiento científico en los estudiantes de cien-cias?Para avanzar hacia este objetivo h1. Hemos analizado problemas de los libros de texto en uso en diferentes titulaciones de ciencias median-te la pauta siguiente (cuadro 1)Finalidad docente¿Cuál es el concepto clave del problema específico y qué relación tiene con las competencias a las que se refiereel programa del curso / de la asignatura ? ¿Cuál es su función docente? ¿Qué conocimientos previos se necesi-tan? Contenido específico en el enunciado del problema ¿Cómo es el problema (abierto o cerrado, cualitativo o cuantitativo, práctico o de papel y lápiz, test o narrati-vo)?¿Está redactado de manera clara, de manera que los estudiantes lo entiendan ?¿Se formula una ‘buena pre-gunta’, que oriente hacia la solución?Estrategias de resolución y aprendizajes que se esperan ¿Qué tipo de respuesta deberían dar los estudiantes ?¿Cómo se resolverá el problema? ¿Qué estrategias de reso-lución se tendrán que enseñar (mejorando la representación teórica, generando un nuevo lenguaje, dando senti-do a las técnicas experimentales) y qué instrumentos didácticos se van a utilizar para potenciar los procesos demetacognición? Cuadro 12. A partir del análisis hemos identificado ‘debilidades’ en algunos problemas y  hemos modificado algu-nos enunciados para hacerlos más ‘problemáticos’. Para ello nos hemos guiado por el esquema de Toulminpara identificar situaciones problemáticas más adecuadas para introducir  un  ‘modelo teórico’ concreto. 3. También  hemos diseñado nuevos problemas (nuevos temas, nuevos formatos, nuevos  procedimientosde resolución por ‘modelización’) y los hemos puesto a discusión en el Seminario. Para ello hemos identi-ficado ‘buenas preguntas’ para el desarrollo de las competencias de pensamiento científico vinculadas,según nuestro análisis, a la resolución del problema. A partir de esta reflexión hemos constatado que nuestras conclusiones eran relevantes en relación a lanueva evaluación por  competencias que se propone desde el EEES  y hemos procedido a identificar y con-cretar algunas de ellas las cuales, en consecuencia, pueden ser evaluadas mediante la resolución de pro-blemas específicos.CONCLUSIONESHemos conseguido desarrollar un marco teórico que ha resultado válido para investigar la resolución deproblemas como instrumento para desarrollar competencias de pensamiento científico (modelización) enasignaturas diferentes de la Facultad de Ciencias.. En concreto: • hemos modificado el enunciado de problemas de física y de química para mejorar la ‘consigna’ e incidirmejor en lo esencial del problema y/opara transformarlo en ‘problema’5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO• se estudiaron y diseñaron  ‘problemas para introducir un modelo’ adecuados a la asignatura de ‘físicapara geólogos’ y química (termodinámica) para estudiantes de Medio Ambiente• se evaluó positivamente la resolución de problemas de virología en grupo, alternando con clases magis-trales, como procedimiento para desarrollar de manera cooperativa y autónoma los conocimientos intro-ducidos en las clases.• se diseñó un ‘laboratorio virtual’ para resolver problemas prácticos en un formato diferente• se orientaron las prácticas de biotecnología como problemas abiertos• se transformaron en problemas de introducción a la profesión las visitas de los estudiantes de último añode química• se analizaron nuestros propios procesos de análisis y transformación de los problemas  tradicionales de‘papel y lápiz’ para identificar, con ejemplos concretos, cuáles son las competencias de pensamiento cien-tífico en las cuales inciden.Cremos que con ello hemos establecido con claridad y de manera útil para los profesores de la facultad deciencias la diferencia entre ejercicio y problema,  hemos identificado procedimientos para ‘problematizar’los ejercicios y hemos abierto el camino hacia unaa reflexión didáctica en la universidad que es imprescin-dible para vincular las recomendaciones genéricas sobre ‘competencias’ a la tarea concreta de los profeso-res de las diferentes disciplinas universitarias.Finalmente, hemos podido concretar con ejemplos que, para nosotros, un estudiante competente no ha demostrar que es capaz de resolver problemas que ya le vienen formulados en términos disciplinares, sinoque ha de ser  capaz de identificarlos en las situaciones reales, las cuales ha de modelizar para que tomensentido real las magnitudes y procedimientos explicativos que debe aprender según el programa de for-mación previsto. Si, al contrario, sólo aprende la manera de resolver problemas que le vienen dadosmediante  las palabras y ecuaciones apropiados puede quedar atrapado en su superestructura lingüísticasin llegar a comprender que ésta no es inmutable y que llegará  a ser superada por las circunstancias enalgún momento más o menos lejano.REFERENCIASARÍS, A., et al. Resoldre problemes per aprendre. En prensa, UABBODNER, G.F., HERRON, J.D., 2002. Problem –solving in Chemistry. En ‘Chemical Education – Towards Research-based Practice, Gilbert et al. Eds., pp. 235-263, Dordrecht: KluwerESTANY, A, IZQUIERDO, M. 1991. ‘ Análisis de la evolución del concepto de afinidad química mediante el mode-lo Toulmin’. Llull, 25, pp.349-378.GIERE, R.N., 1988. Explaining Science. Minneapolis University PressIZQUIERDO, M., ADÚRIZ, A., 2003. Epistemological Foundations of school science. Science & Education, 12,  27-43POLYA, G., 1946. How to solve it: a new aspect of mathematical method. Princeton, NJ: Princeton University PressSMITH, C.A., POWELL, S.C., WOOD, E.J., 1995. Problem based learning and problem –solving skills. BiochemicalEducation, 23, 149- 152TOULMIN, S., 1977 (1972). La comprensión humana. I. El uso colectivo de los conceptos.Madrid: AlianzaUniversidad.

Resolver problemas para aprender : una propuesta para el desarrollo de competencias de pensamiento científico en la facultad de Ciencias

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