El trabajo práctico de laboratorio en la enseñanza de las ciencias naturales: una experiencia con docentes en formación inicial

Introducción

Pese al valor educativo que se les atribuye a los trabajos prácticos de laboratorio (TRL) en la enseñanza de las ciencias naturales, aún se encuentra en nuestra realidad escolar que los profesores, por acción u omisión, transmiten a sus estudiantes ideas inadecuadas sobre la construcción del conocimiento en ciencias. Entre estas ideas se destacan el problema de la falta de relación entre la teoría y la experimentación al disociar la clase magistral en el aula del trabajo en el laboratorio; situación que se refleja en limitantes estructurales en la forma como se conciben y realizan los TRL en los contextos escolares (Marín, 2010).

Desde hace algunas décadas, diversos autores han atendido serias necesidades en pro de una renovación de las prácticas experimentales para que respondan a las posibilidades en cuanto a la promoción de aprendizajes significativos en los estudiantes. Algunas de estas necesidades se relacionan con: a) renovar las prácticas de laboratorio procurando hacer énfasis en relacionar la teoría y la práctica, para darle mayor sentido a esta última (García et ál., 1995); b) superar el trámite puramente académico, dado que se ofrecen distintas experiencias aparentemente inconexas y sin aplicación alguna; c) producir tipos específicos de prácticas y distinguirlos entre ellos para cumplir con cada uno de los objetivos planteados (Barberá y Valdés, 1996); d) plantear actividades experimentales que se pueden desarrollar, ya que las propuestas incluidas en los textos de laboratorio son de difícil realización debido a las condiciones de las instituciones, entre ellas, las limitaciones económicas, de espacio y de material de laboratorio.

Esto impone grandes desafíos puesto que existe cierto desfase entre la producción de trabajos centrados en el debate teórico y la producción de conocimiento derivado de estudios empíricos. Al respecto, Barolli et ál. (2010) expresan que el laboratorio didáctico en su carácter de ambiente cognitivo, tan fértil y legítimo, tiene un campo promisorio de investigación poco explorado aún desde las cuestiones relativas a las vicisitudes de la experiencia de aprendizaje que allí acontece.

De igual forma, algunos estudios exponen que los profesores de ciencias naturales carecen de competencias para proponer alternativas al trabajo experimental en ciencias naturales o para diseñar formas de enseñanza, estrategias y ambientes de aprendizaje; faltas que al parecer se presentan por no contar con una metodología didáctica que conjugue teoría y experimentación de una manera eficaz. Es decir, se reconoce la dificultad que representa para los docentes diseñar, aplicar y evaluar actividades experimentales en sus clases de ciencias naturales (Calixto, 1996).

Desde esta perspectiva, resulta de gran importancia el desarrollo de un análisis crítico de la propia experiencia de enseñanza, que permita aportar al campo de la educación en ciencias nuevo conocimiento sobre la relación entre la teoría y la práctica experimental en el laboratorio escolar; así, se lograría proponer y consolidar metodologías, estrategias didácticas y uso de recursos pedagógicos que puedan implementarse en contextos específicos y que constituyan soluciones a necesidades educativas reales. En este interés, surge la pregunta: ¿Cómo involucrar a los docentes en formación inicial en el diseño y desarrollo de trabajos prácticos experimentales más coherentes con las características de la actividad científica?, y se plantea como propósito contribuir desde la formación a los futuros profesores en el modo en que conciben, planifican e implementan prácticas experimentales en el laboratorio escolar para la enseñanza de tópicos específicos de biología y química.

Los trabajos prácticos de laboratorio en la enseñanza de las ciencias naturales

El auge de los nuevos enfoques teóricos sobre la educación en ciencias y los resultados de la investigación en este campo han creado nuevas expectativas respecto a la enseñanza en el laboratorio escolar. Históricamente, se han reconocido los TRL como pilares para el cumplimiento de los propósitos de aprendizaje de la ciencia, su práctica y sobre la ciencia en sí, y se han estudiado sus posibilidades, contradicciones y limitaciones (Carrascosa et ál., 2006; Franco et ál., 2017; Galiazzi et ál., 2001; Hodson, 1994; Hofstein y Lunetta, 2004; Mordeguia y Mengascini, 2014; Seré, 2002).

Desde un análisis crítico de cómo los profesores orientan habitualmente los TRL, diversos autores indican que se caracterizan por enfoques de enseñanza con énfasis en métodos de transmisión-recepción o por descubrimiento, en los que se hacen verificaciones por parte de los estudiantes, que se guían como si fueran una receta de cocina; muestran visiones de ciencia y del aprendizaje desde posturas empírico inductivistas; evidencian ruptura entre la teoría y la experimentación. Es decir, con frecuencia, la práctica está al servicio de la teoría; tienen un nivel de apertura limitado; suelen ser muy estructurados, ya que el estudiante es conducido paso a paso; ofrecen distintas experiencias aparentemente inconexas entre sí y sin aplicación alguna, y enfatizan en las respuestas correctas. Por esta razón, el laboratorio tiende a la verificación de cosas conocidas. Por lo anterior, los TRL se muestran de forma confusa y poco productiva, lo que les confiere escaso valor educativo (Hodson, 1994).

Renovar los trabajos prácticos de laboratorio que habitualmente se realizan implica un cambio del pensamiento docente respecto a la forma de concebir las experiencias de enseñanza/aprendizaje y una transformación en su práctica educativa. Esto, porque exige de su parte explicitar cómo puede cumplir con los objetivos atribuidos a las prácticas experimentales, integrar los conocimientos conceptuales, procedimentales y actitudinales, incorporar diversos recursos pedagógicos de acuerdo con su uso y pertinencia en la actividad experimental, al igual que analizar y evaluar las potencialidades educativas de las prácticas para atender las necesidades, intereses y ritmos de aprendizaje particulares de los estudiantes, sea cual fuere la metodología propuesta.

Actualmente, en diversos estudios se pueden encontrar investigaciones sobre los trabajos prácticos de laboratorio que prometen renovar los de enfoque tradicional que presentan graves deficiencias desde el punto de vista metodológico; entre los aspectos que se priorizan están la participación en la cultura científica resolviendo problemas en pequeños grupos (Reigosa y Jiménez, 2000) y una enseñanza de la química basada en la indagación guiada, donde diferentes tipos de trabajo práctico se puedan integrar de manera coherente al aprendizaje de conceptos, modelos y problemas de papel y lápiz (Martínez et al., 2012). Dichas propuestas de enseñanza están basadas en el modelo pedagógico constructivista que ha contribuido, en gran parte, a comprender cómo se construye el conocimiento científico y a identificar cómo aprenden los estudiantes.

Desde el constructivismo, la ciencia se entiende como una actividad humana en la que se construye el conocimiento científico que aparece como la elaboración de modelos alternativos para interpretar la realidad. En este sentido, Flores et ál., (2009) presentan una revisión amplia sobre la enseñanza en el laboratorio de ciencias y promueven la reflexión sobre cuestionar la práctica experimental demostrativa, que conduce a una tergiversación de la naturaleza de la ciencia. También reconocen que el laboratorio brinda una oportunidad para integrar aspectos conceptuales, procedimentales y epistemológicos dentro de enfoques alternativos, que pueden permitir el aprendizaje de los estudiantes con una visión constructivista, a través de métodos que implican la resolución de problemas que les brindan la experiencia de involucrarse con los procesos de la ciencia y de alejarse progresivamente de la concepción errónea del mal denominado y concebido método científico. Estos autores afirman que los esfuerzos deben estar orientados a nuevas experiencias en las que se requiera ajustar tiempo, recursos, contenidos didácticos y actitudes para darle al laboratorio el lugar que reclama en el aprendizaje de la ciencia.

El trabajo práctico de laboratorio basado en resolución de problemas

La ciencia reconoce que los conceptos científicos responden a la solución de problemas que han estado presentes de manera continua en su historia, los cuales emergen en el referente teórico en el que se originan y en el que la experimentación tiene un rol muy importante.

Asimismo, en dicha resolución se acuerda la interacción entre lo natural (fenómeno) y lo social (el experimentador y pares), ligada a un espacio o sitio determinado, comúnmente, conocido como laboratorio. En este, el experimentador realiza una intervención al objeto de estudio a través de procedimientos, técnicas, instrumentos y aparatos, haciendo uso de elementos cognitivos y manipulativos e incluso de matematización cuando se incluye medición de datos cuantitativos, con la intención de producir determinadas reacciones, es decir, cambios empíricos (Marín, 2010).

De manera similar, el aprendizaje humano, desde el niño hasta el adulto, es esencialmente una actividad de resolución de problemas, a través de la cual el individuo se adapta al medio y se desarrolla simultáneamente en los campos cognitivo, afectivo y psicomotor (López y Costa, 1996). Por lo anterior, el trabajo en el aula, en torno a un objeto/problema, implica la construcción de estrategias que garanticen la relación teoría/práctica y la construcción de acciones participativas entre individuos y grupos en la diversidad de soluciones propuestas (López, 2001).

En este sentido, se propone el trabajo práctico del laboratorio en contexto de resolución de problemas, sobre el supuesto de que el abordaje de situaciones problemáticas experimentales exige un tratamiento tanto teórico como metodológico de manera integrada para hallar su solución. También, en dicha resolución se promueve la apropiación de conceptos y procesos experimentales en los estudiantes y una aproximación a la actividad escolar con parámetros de trabajo más cercanos a la actividad científica habitual (Marín, 2010).

Asumir una propuesta de enseñanza basada en la resolución de problemas en el laboratorio implica poner en juego algunas consideraciones de índole pedagógicas y didácticas:

1. Estudiar casos particulares de fenómenos naturales que se vinculen con los contenidos de enseñanza.

2. Contextualizar el conocimiento científico a enseñar, incluir el acercamiento a eventos o situaciones de la vida cotidiana que resulten problemáticas y que representen el fenómeno vinculado con el concepto, esto es coherente con la proximidad que tiene quien investiga la naturaleza con los hechos reales en los que surgen las primeras preguntas o cuestiones.

3. Promover la participación de los estudiantes en el estudio, análisis de sucesos propios de la realidad actual. Orientar en la búsqueda de soluciones o explicaciones a problemas vinculados con el fenómeno de estudio, y en la adopción de actitudes más responsables hacia el medio socionatural.

4. En la planeación de la enseñanza se distinguen momentos didácticos que buscan un aprendizaje efectivo en los alumnos y que requieren de una secuencia constituida por: preliminar, de inicio, desarrollo, cierre y aplicación. En una enseñanza basada en resolución de problemas en el laboratorio, cada momento didáctico se vincula según el proceso de resolución y las fases didácticas en la práctica experimental, como lo indica la tabla 1.

5. Distinguir tres fases didácticas en las prácticas de laboratorio: en la primera, el pretrabajo experimental, se sitúa el campo teórico específico de estudio, se presenta el problema común que se transforma en problema escolar, se plantean las situaciones problemáticas y se formulan las preguntas problemas. La segunda fase refiere al trabajo experimental, se desarrollan las actividades teórico-prácticas que resuelven las situaciones problemáticas (experimentales); por último, en el postrabajo experimental, se da solución al problema escolar y se revisa el aprendizaje de los estudiantes.

6. Elaborar preguntas centrales que formen parte del contexto problemático en el que se ubica el proceso de construcción del concepto que propicien el análisis del fenómeno, con miras a que se reconozcan las distintas explicaciones. Proponer actividades para superar los obstáculos de aprendizaje que permitan mostrar las inconsistencias de sus ideas, que exijan una mayor dificultad teórica como metodológica que estarían en el origen del concepto, siendo coherente con la forma como avanza la ciencia, cuando los hombres de ciencia se ven enfrentados a resolver dificultades tanto teóricas como prácticas en el camino de la construcción de un nuevo conocimiento.

7. Es necesaria la disposición en diversidad de trabajos prácticos de laboratorio (experiencias, actividades ateóricas, experimentos didácticos, pequeñas investigaciones) que promuevan en los estudiantes aprendizajes significativos diversos de acuerdo con los propósitos didácticos que se quieren alcanzar.

8. En las prácticas experimentales basadas en resolución de problemas (figura 1) se define inicialmente el cuerpo teórico de referencia, a partir del cual se distingue el objeto de investigación o de estudio en particular, se delimita la realidad a solo aquellos hechos que manifiesten el fenómeno. Con estos hechos se obtiene un primer nivel de acercamiento al objeto de investigación y a partir de ellos se pueden hallar problemas reales o comunes propios de la cotidianidad, cuyo propósito fundamental es resolver algún aspecto concreto de interés social. Los hechos de la vida real constituyen una fuente propicia para formular problemas escolares, de interés académico.

Figura 1: Las prácticas experimentales con enfoque en resolución de problemas en el laboratorio.

Fuente: elaboración propia, a partir de Marín (2010).

Para que el problema escolar sea resuelto por los estudiantes, se demanda un análisis preliminar de tipo cualitativo a partir del cual se formulan situaciones problemáticas que serían abordadas en el laboratorio con un tratamiento teórico-experimental para obtener resultados que se constatarán interpretando y analizando el vínculo, con fin de lograr la solución al problema central. Tal solución constituye una respuesta que aporta información que no se tenía del objeto de investigación, dado que permite describirlo, explicarlo e incluso realizar predicciones respecto al comportamiento del fenómeno en estudio.

Caracterización de los trabajos prácticos de laboratorio

Es importante distinguir la diversidad de los TPL dado que "un amplio entendimiento de los fines de las prácticas requiere una clarificación del significado de los varios tipos de actividades prácticas, que son diferentes en naturaleza y pueden ser empleadas en distintas formas y utilizadas para lograr diversas metas" (Miguens y Garret, 1991, p. 229). Por ello, se plantea una caracterización (anexo 1) obtenida de aportes de diversos autores en estudios sobre las prácticas experimentales en la enseñanza de las ciencias naturales, de acuerdo con cuatro aspectos según: a) su naturaleza (Calvo et ál., 2008); b) las finalidades y objetivos que se pretenden (Caamaño, 2004); c) los aspectos metodológicos (Ariza de la Hoz, 2010; Dommin, 1999; Ferreirós y Ordoñez, 2002; Iglesias, 2004; Jiménez et ál., 2006; Marín, 2010); d) la forma de evaluación en el laboratorio (Puentes, 2008; Tortajada y Noguera, 2013).

Metodología

La metodología adoptada para esta investigación fue de carácter cualitativo, con un enfoque exploratorio y descriptivo, y siguió los supuestos constructivistas. Se basó en los principios para la formación de profesores en ciencias que expone Porlán (2003), que plantea que se deben concebir ciclos de diseño, aplicación y evaluación de propuestas de intervención escolar, con el fin de que los futuros docentes puedan ir estructurando su conocimiento práctico en torno a un modelo didáctico personal alternativo.

El estudio se desarrolló en un contexto real de formación del profesorado con una muestra de cinco profesores en formación inicial que cursaban séptimo semestre del programa de Licenciatura en Educación Básica con énfasis en Enseñanza de las Ciencias Naturales y Educación Ambiental, de la Universidad del Valle, a través de un proceso de investigación-acción colaborativa (Latorre, 2012). En este proceso, se llevó a cabo un ciclo de formación: planificación (fundamentación teórica, definición del modelo de TPL, diseño de las propuestas específicas), acción (aplicación de las propuestas en contextos escolares) observación (recolección de la información, ajustes a las propuestas inmediatas o parciales durante la aplicación) y reflexión sobre la experiencia pedagógica vivida.

El diseño metodológico de la investigación se acogió al estudio de caso, que permite poner en relación la teoría educativa con la práctica docente en situaciones muy cercanas a la realidad. Los métodos y técnicas de recolección de información se usaron de acuerdo con el procedimiento investigativo de cuatro fases:

Resultados y análisis

Los resultados se presentan en dos apartados: el estado inicial de conocimiento de los profesores en formación inicial, y las propuestas diseñadas y aplicadas por los participantes del estudio.

Conclusiones

El cambio y renovación necesarios del currículo academicista y la enseñanza transmisionista de las ciencias que permanece instaurada en nuestros docentes en ejercicio en educación básica, y en particular de las formas poco productivas de las prácticas experimentales demostrativas, tiene su punto de partida en la formación inicial de los docentes, a través de estrategias que proporcionen oportunidades para:

1. Modificar las concepciones docentes empírico-inductivistas y apropiar un pensamiento más coherente con los supuestos epistemológicos actuales.

2. Generar cambios en el currículo en cuanto al rediseño de los cursos de laboratorio y la implementación efectiva de la enseñanza de las ciencias por indagación, que enfatice en el desarrollo de habilidades investigativas y en la formación en técnicas en los futuros profesores de ciencias.

3. Adoptar propuestas de prácticas experimentales basadas en resolución de problemas, en lugar de prácticas experimentales tradicionales en la enseñanza de las ciencias naturales.

4. El planeamiento estratégico curricular y de la enseñanza que supere las estructuras organizativas y curriculares con escasa relación e inflexibles en tiempos, espacios y recursos.

5. Mejores y mayores experiencias didácticas formativas en contextos escolares encaminadas a mejorar las prácticas experimentales in situ a cambio de la escasa formación profesional en el contexto laboral.

6. Asumir al profesor como un profesional reflexivo, caracterizado por buscar fundamentos teóricos de su intervención práctica; contrastar con teoría y realidad sus ideas pedagógicas y didácticas; aceptar el carácter diverso y cambiante del contexto escolar y de aula/laboratorio, adaptándose y a la vez actuando oportuna y creativamente a lo inesperado; entender la práctica como un proceso de investigación que analiza las problemáticas que se presentan (limitaciones de espacios, ausencia de material e instrumentos, entre otros) y buscar las posibles soluciones, cuestionar sus actuaciones y buscar mejorarlas.

Sobre el modelo de trabajo práctico de laboratorio basado en resolución de problemas se considera una propuesta alternativa a la práctica experimental comprobatoria de la teoría, ya que se presenta más coherente con los aportes de la investigación educativa actual (pedagógico, didáctico) y la naturaleza de la ciencia, entre ellos, la actividad científica, en la que teoría y experimentación están estrechamente vinculadas. Es una propuesta que aporta una metodología didáctica global que permite involucrar diversidad de actividades experimentales y de contenidos; alcanzar objetivos de aprendizaje de conocimientos teóricos, procedimentales y actitudinales, e implementar diversas estrategias y ambientes de aprendizaje. Es útil y aplicable a contextos escolares.