Introducción

El peso de la ciencia y la tecnología en las sociedades del conocimiento hace que hoy se reconozca que la enseñanza de Ciencias Naturales (CN) debe ser parte del currículo en todo sistema educativo, pues los ciudadanos y ciudadanas¹ necesitan cultura científica para participar en asuntos que afectan a todos e involucran a las ciencias.

Algunos programas de educación superior buscan preparar científicos o ingenieros, pero no siempre es claro el propósito que debe perseguir la enseñanza de CN en educación básica. Se puede iniciar la preparación de futuros científicos, o bien, dar una cultura general en ciencias naturales o alfabetización científica a todo futuro ciudadano. Los documentos oficiales suelen combinar ambos objetivos, considerando que hay que iniciar la preparación de científicos, pero también que se debe dar esa alfabetización a todos los alumnos, y se acepta que en educación básica debe prevalecer el segundo propósito, ya que pocos egresados seguirán carreras profesionales de ciencias, pero todos necesitarán ser usuarios informados de los conocimientos científicos. Así lo señala el marco de referencia de las pruebas de ciencias del Programa para la Evaluación Internacional de Estudiantes (PISA, por sus siglas en inglés) de la Organización para Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE):

El pensamiento actual sobre los resultados deseados de la educación científica tiene firmes raíces en la creencia de que la comprensión de la ciencia es tan importante que debería ser una característica de la educación de todos los jóvenes… en muchos países la ciencia es elemento obligatorio de programas escolares de preescolar al fin de la enseñanza obligatoria (^{OCDE, 2016:18}).

Sin embargo, hay fundamento para conjeturar que la enseñanza de ciencias que se ha dado a los futuros ciudadanos no ha podido cumplir con el propósito de formar esa cultura científica que permita tomar decisiones informadas en cuestiones en las que están involucrados estos conocimientos. Los movimientos antivacunas que proliferan en muchos países en el contexto de la pandemia de la COVID-19 son una muestra notable de esto, como lo son otros fenómenos extendidos, como el éxito de medicinas alternativas y dietas milagro, la consulta masiva de horóscopos, cierto tipo de ambientalismo buenista o el rechazo tajante y sin sustento de la energía nuclear como una de las opciones limpias.

Parece, pues, que el loable propósito de desarrollar en los futuros ciudadanos una sólida cultura o alfabetización científica no está siendo alcanzado, no solo en países que tienen sistemas educativos precarios, sino en los más desarrollados. Además, no siempre es claro en qué debe consistir esa alfabetización en ciencias, lo que, en consecuencia, dificulta el desarrollo de un currículo.

Este ensayo comienza precisando la noción de cultura o alfabetización científica; en seguida muestra alcances y límites de los esfuerzos que se han hecho para medir el grado en que está presente en una población; luego sintetiza los resultados de las mediciones hechas en varios países, incluyendo a México; finalmente, ofrece información sobre la cultura científica de docentes mexicanos de educación básica, aprovechando una sencilla exploración sobre ese tema.

En la conclusión se reflexiona sobre lo que lo anterior dice respecto de la razón del fracaso de la enseñanza de CN para que todo futuro ciudadano tenga una sólida cultura científica y sobre lo que se debería hacer para mejorar esa enseñanza.

Noción de cultura o alfabetización científica

La devastación producida por las bombas atómicas en Hiroshima y Nagasaki, al fin de la segunda Guerra Mundial, hizo pensar que el trabajo científico debe someterse a controles que, en democracia, incluyan la participación no solo de especialistas, sino de todos los ciudadanos, cuya formación les haya dado una comprensión general de las ciencias y su potencial positivo y destructivo (^{Conant, 1947}).

Luego las ideas sobre enseñanza de ciencias naturales avanzaron, con la revolución detonada en 1957 y con el lanzamiento del primer satélite artificial por la Unión Soviética se llegó a un currículo que promoviera vocaciones de científicos y pusiera las bases de una buena formación científica desde educación básica (^{American Association for the Advancement of Science, 1993}). En las décadas de 1970 y 1980 se advirtió el escaso impacto de esa revolución en las aulas, y nació otra, marcada por temas del medio ambiente y el cuestionamiento del positivismo. Se privilegió formar cultura científica (ciencia-tecnología-sociedad, ciencia para todos, alfabetización científica) y no preparar élites para investigar (^{National Research Council, 1996}, ²⁰¹²).

La expresión cultura científica se usa como equivalente de alfabetización científica, que traduce las fórmulas en inglés science literacy o scientific literacy, que surgieron en 1958, en dos artículos independientes, en un intento por expresar:

[…] la disposición y el conocimiento necesarios para involucrarse en temas de ciencia, tanto en la vida personal como en el marco de cuestiones cívicas suscitadas por el uso de la ciencia y la tecnología… [ante] la necesidad de que el público no fuera ajeno a los dilemas morales y políticos que plantean los avances científicos y tecnológicos… el término alfabetización científica se usaba para argumentar a favor de enseñar ciencias “al 90% de todos los trabajadores que no eran potencialmente científicos”… (^{Snow y Dibner, 2016:26-27}).

Con base en una amplia revisión de literatura, ^{Roberts (2007}, ²⁰¹¹⁾ dice que hay dos formas de entender la noción: la visión I centra la atención en la ciencia misma como disciplina, con ciertos procesos, productos y características; la visión II abre la perspectiva para incluir otras dimensiones de la vida en las que la ciencia desempeña un papel importante. ^{Airey y Cedric (2011)} distinguen las dos visiones diciendo que la primera considera la capacidad para trabajar en la ciencia, en tanto que la segunda enfatiza la capacidad de aplicar la ciencia en la sociedad.

Martins afirma que, más allá de un aparente consenso, la noción de scientific literacy es muy discutida en el campo de educación en ciencias, lo que muestra su carácter polisémico. Citando a ^{Roberts (2007)}, esta autora señala que dicha alfabetización se puede ver “como objetivo de enseñanza, como meta de aprendizaje, como marco para el desarrollo del currículo, como referente para evaluar la comprensión que tiene la gente de la ciencia, y como tema de investigación” (^{Martins, 2011:90}).

Según ^{Snow y Dibner (2016:27-28)}, la noción se hizo cada vez más compleja, lo que llevó a ^{Roberts (2007:737)} a afirmar que llegó a ser “un paraguas, con sentido suficientemente amplio para denotar todo y, a la vez, nada específico, sobre la educación en ciencias y la competencia que pretende describir”. En opinión de ^{DeBoer (2000:594)}, lo único que todo mundo comparte sobre la alfabetización científica es que se trata de “una comprensión general y funcional de la ciencia que sirve para la educación general, pero no prepara para carreras científicas o técnicas”.

Lo anterior no impide que la noción tenga un papel destacado en la política educativa. La usaron las propuestas estadounidenses para reformar la educación en ciencias en la década de 1960 y los esfuerzos de los años 1990 a los que se hizo alusión antes (^{American Association for the Advancement of Science, 1993}; ^{National Research Council, 1996}); la propuesta de Next Generation Science Standards usa la noción con otras palabras (^{National Research Council, 2012}).

El marco de las pruebas PISA define a la persona científicamente alfabetizada que se quiere formar como aquella que tiene tres competencias particulares: explicar fenómenos científicamente, diseñar investigación e interpretar datos y evidencias, y añade que para dominarlas es necesario manejar conocimientos de los contenidos, de los procedimientos y epistémico, además de tener en cuenta los contextos y de cultivar actitudes adecuadas hacia la ciencia (^{OCDE, 2016:20-23}).

Medición de la cultura científica

Las varias dimensiones de la noción de alfabetización o cultura científica dificultan su estudio. Después de revisar varias definiciones, ^{Snow y Dibner (2016:36)} discuten cómo estudiar el concepto empíricamente y dicen que la medición “no ha avanzado al mismo paso que las definiciones”, con el resultado de que “hay que enfrentar un concepto que aún no puede ser plenamente evaluado”.

El primer intento por medir empíricamente conocimiento básico de temas científicos se hizo en Estados Unidos en 1957, poco antes del Sputnik. Se usaron cuatro ítems de temas entonces relevantes, pero que dos o tres décadas más tarde perdieron interés: lluvia radiactiva, potabilización del agua con flúor, vacuna anti-poliomielitis y satélites artificiales. Esto mostró que debían buscarse formas de medir el constructo que trataran de ideas centrales de las CN y mantuvieran su actualidad a lo largo del tiempo. En Estados Unidos, ^{Miller (1998:206-207)} desarrolló un instrumento para la National Science Foundation y en el Reino Unido, ^{Durant, Evans y Thomas (1989)} elaboraron la Oxford Scale of Scientific Knowledge. Desde entonces, en varios países se han utilizado, con ligeras adaptaciones, ítems de respuesta cerrada (falso/verdadero) de esos instrumentos. Desde la década de 1980 Estados Unidos y los países de la Unión Europea, que eran solo 12, han hecho encuestas utilizando esos ítems, y luego fueron otros países como Rusia, China, Japón, Corea del Sur y la India (^{Snow y Dibner, 2016:36-37} y tabla 3.1, pp. 50-51).

Se reconoce que estos ítems solo distinguen a personas con nivel de conocimiento bajo, pero no identifican a las de conocimientos medios o avanzados, ya que solo miden un nivel elemental y no una comprensión más profunda de las nociones de que se trate, para lo que serían necesarias preguntas abiertas de mayor dificultad cuya aplicación llevaría un tiempo mayor al que se puede manejar con una muestra grande y que requerirían una compleja codificación a posteriori. A las ventajas de facilidad de aplicación y posibilidad de comparaciones internacionales de los ítems de respuesta cerrada se añade la razonable consideración de que, si una persona no tiene siquiera los conocimientos básicos que dichos ítems pueden medir, muy probablemente tampoco tendrá comprensiones más profundas.

Además, trabajos de validación de la escala realizados por ^{Miller (1998)}. con análisis factorial y Teoría de Respuesta al ítem han mostrado consistencia en las comparaciones y coincidencia en las dimensiones medidas. En Estados Unidos se advirtió que dos ítems del conjunto original medían religiosidad y no alfabetismo científico, lo que hizo que a partir de la aplicación de 2010 se dejaran de usar en la comparación internacional (^{Snow y Dibner, 2016:40}).

Los esfuerzos para medir alfabetización científica usan encuestas de opinión como las mencionadas, y no parece haber muchos estudios que exploren comprensiones complejas. Otros trabajos estudian la naturaleza de la ciencia, las diferencias entre ciencia, pseudociencia y conocimiento de sentido común, los procedimientos que se usan en investigación, las actitudes hacia la ciencia, la imagen de los científicos y la confianza que inspiran y opiniones sobre sus implicaciones éticas. Proyectos como el Science & Engineering Indicators (^{National Science Board, 2012}), de Estados Unidos, o el Eurobarómetro (^{European Commission, 2013}), incluyen esos aspectos, pero hay además trabajos de ^{IPSOS-MORI (2011)}, la ^{Fundación BBVA (2015)} (estudio internacional sobre cultura científica) y empresas como ^{3M (2021)} (State of ScIence Index).

Las evaluaciones como el Estudio de las Tendencias en Matemáticas y Ciencias (TIMSS, por sus siglas en inglés) y PISA son otra forma de medir cultura científica que busca no limitarse a lo más elemental, sino que incluye conocimientos más complejos, sea a partir de los elementos comunes de los currículo de los países participantes, sea con base en competencias necesarias para una vida plena en la sociedad actual.

Mediciones de cultura científica en varios países

La Tabla 1 sintetiza respuestas a los ítems mencionados, obtenidas con encuestas por muestreo, en la fecha que se indica, en varios países y la Unión Europea (UE).

Los renglones se presentan en orden descendente según los porcentajes de la primera columna; las letras V o F indican si la aseveración del ítem es verdadera o falsa. Los tres últimos renglones contienen ítems que pueden dar lugar a respuestas que tienen que ver más con la religiosidad de los sujetos que con sus conocimientos. Las cifras son el porcentaje (sin decimales) de las respuestas correctas dadas por los sujetos de la muestra de cada país a cada ítem.

Es clara la diferencia entre los primeros y los últimos ítems, y entre países más o menos desarrollados; las cifras de la Unión Europea ocultan grandes diferencias entre países como Alemania o Dinamarca, frente a Portugal y Grecia. Incluso en los países con mejores resultados, el porcentaje de respuestas correctas ronda solo 50% para ideas relativamente recientes, pero bien establecidas, como las del papel de los genes del padre en la definición del sexo de un bebé, el papel de los antibióticos, el tamaño de los electrones o los rayos láser. Es posible que las diferencias tengan que ver con la cobertura de esos temas por los currículo de los diversos países. Más llamativo es que el porcentaje esté lejos del cien por ciento en relación con una idea tan sólida como que la Tierra gira alrededor del Sol.

Sobre los últimos renglones, la religiosidad posiblemente explica la diferencia, por ejemplo, entre la proporción de personas que aceptan o rechazan la teoría de la evolución en Estados Unidos, frente a otros países desarrollados.

En México, en 1997 el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) levantó la primera Encuesta sobre la Percepción Pública de la Ciencia y la Tecnología (Enpecyt); a partir de 2001, el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (^{Inegi, 2005}, ²⁰¹⁷) ha hecho cada dos años encuestas similares, con muestras de 3,200 sujetos, 100 por entidad, solamente de áreas urbanas. Se aplica un extenso cuestionario sobre concepción de la ciencia, credibilidad de los científicos, interés por carreras de ciencias, lectura de revistas científicas, visita a museos, etcétera, incluyendo 20 ítems que han variado poco de 2001 a 2019 y comprende los usados en las encuestas del inciso anterior.

La Tabla 2 presenta el porcentaje de respuestas corrientes dadas a varios de esos ítems en la Enpecyt de 2005 y en la de 2017.

Una exploración de la cultura científica de docentes mexicanos

En 2017 un diplomado sobre enseñanza de ciencias para docentes de educación básica aplicó un instrumento para explorar conocimientos y concepciones del ámbito de las ciencias. Respondieron 74 docentes el cuestionario.

Conclusión

Los resultados de las mediciones en varios países confirman lo que se plantea como conjetura en la introducción: que la enseñanza de ciencias naturales que se ofrece en las escuelas de educación básica ha fracasado en su propósito de dar cultura o alfabetización científica que permita tomar parte en decisiones que involucren estos conocimientos. El que las preguntas utilizadas en las encuestas solo midan cuestiones muy básicas no invalida esta conclusión, pues si muchos ciudadanos no manejan al menos eso, no se puede esperar que tengan comprensiones más completas, como las que serían necesarias para la participación inteligente mencionada.

La exploración de los conocimientos de docentes de educación básica aporta algo para explicar ese fracaso, que tiene que ver con la forma en que se imparte la asignatura de Ciencias naturales, muchas veces distante de lo que recomienda la didáctica actual y apegada más bien a prácticas tradicionales de demostrada ineficacia.

Los especialistas coinciden en indicar que las clases de ciencias no deben centrarse en exposiciones del docente, ni en acciones de los estudiantes que solo llevan a la memorización de términos o nociones mal entendidas, ni en “experimentos” que se reducen a reproducir instrucciones mecánicamente sin un propósito claro, una idea a entender o una pregunta a responder. En cambio, se recomienda privilegiar el papel activo de los alumnos, sin reducir eso a manipular objetos; partir de sus ideas previas y confrontarlas con observaciones para detectar su insuficiencia para dar cuenta de los fenómenos y combinar observación con reflexión para llegar a ideas que lo consigan mejor, congruentes con la ciencia. Se destaca que no es adecuado partir de la definición de nociones abstractas, sino avanzar de lo más simple a lo complejo volviendo varias veces sobre una idea, cada vez con mayor profundidad, con un currículo progresivo o en espiral (^{Bruner, 1977}), y con perspectiva histórica, evitando la recarga de contenidos, para centrar la atención en pocas ideas clave (^{National Research Council, 2000}; ^{Harlen, 2010}), tomando siempre el tiempo necesario para la reflexión y la discusión.

Hacer una enseñanza congruente con las ideas del párrafo anterior no es sencillo, y supone que los docentes, además de concepciones adecuadas sobre la ciencia que eviten el simplismo de la visión ingenua positivista y el negativo posmoderno, tengan un conocimiento de temas científicos que no se reduzca a manejar algunos términos, sino que incluya una buena comprensión de aspectos centrales.

Por ello, un paso más en la explicación de por qué la enseñanza de CN que se da en muchas escuelas no ha conseguido desarrollar una sólida cultura científica en los estudiantes consiste en advertir que las fallas de esa enseñanza se deben, a su vez, a la inadecuada preparación de los docentes que, como muestra la exploración referida, parecen tener conocimientos básicos tan precarios o poco menos que los de la población adulta en general.

La exploración tuvo claros límites porque el instrumento no fue validado ni se aplicó a una muestra aleatoria, sino a docentes inscritos voluntariamente en un diplomado sobre el tema, lo que muestra interés. Pese a ello se pueden decir varias cosas.

Sobre el conocimiento de contenidos de ciencias, la comparación de las Tablas 2 y 4 muestra que la comprensión de los docentes es mejor que los de la población mexicana. La Tabla 1 permite afirmar también que los conocimientos del grupo de docentes estudiado son comparables a los de la población de países desarrollados. Pero como se trata de ideas muy básicas, el que el nivel de los docentes sea mejor o similar al de la población mexicana en general, o la de Estados Unidos, no impide que se le considere pobre, en comparación con lo deseable y lo esperable de quienes deben enseñar ciencias a sus estudiantes.

Hay que añadir que los conocimientos y las concepciones sobre ciencias de los docentes probablemente no sean diferentes de los que tienen otros profesionales con estudios universitarios, ya que lo que un adulto sabe de ciencias, y lo que cree al respecto, se basa en lo que aprendió en educación básica y media, pues fuera de las carreras científicas, en licenciatura no se ven estos temas. Esto también es verdad para docentes de primaria, cuya formación inicial en ciencias se reduce a dos cursos centrados en aspectos pedagógicos y no en contenidos científicos.

Otra reflexión lleva a pensar que el nivel observado está lejos del deseable. Al igual que las encuestas internacionales, esta exploración utilizó ítems que miden un nivel de conocimiento bajo, pero no uno medio o avanzado, siendo razonable inferir que quienes no tienen al menos conocimientos básicos tampoco tendrán comprensiones profundas, para detectar cuáles, es necesario otro tipo de aproximación.

La interacción con los docentes del grupo estudiado confirmó, por ejemplo, que, si bien todos dijeron que es la Tierra la que gira alrededor del Sol y no al revés, no pudieron explicar en qué se basa la idea de que el modelo copernicano del universo es superior al de Ptolomeo; cuando se les pedía justificarlo aducían razones que tienen que ver con la forma esférica del planeta (cómo se pierde de vista un barco que se aleja de la costa), discutían argumentos contra la idea de que la Tierra se moviera (al saltar no caeríamos en el mismo lugar, habría viento fuerte…), o daban otras explicaciones incorrectas (las estaciones), pero ninguno pudo señalar que lo que el modelo heliocéntrico explica mejor que el geocéntrico es el movimiento de los planetas, aparentemente irregular.

Todo esto hace pensar que la cultura científica de los docentes es, efectivamente, pobre, como lo es la de la gran mayoría de la población en México y también en otros países incluyendo en todos los casos a quienes hicieron estudios superiores.

La creciente conciencia de lo anterior, puesta en evidencia por las evaluaciones internacionales como las de las pruebas PISA de la OCDE, sustenta la idea de que la escuela solo podrá cumplir el propósito de dar a los alumnos una sólida cultura científica si se transforma en profundidad la enseñanza de ciencias, para transitar de “enseñar para saber” a “aprender a pensar” (from teaching to know to learning to think), en la dirección a que apuntan ^{Zoller y Levy Nahum (2012)}.

Pero transformar prácticas tradicionales ineficaces en otras que propicien realmente el desarrollo de comprensiones complejas no es sencillo. Aunque los docentes afirmen masivamente seguir el constructivismo, sus prácticas muchas veces revelan ser tradicionales y no ayuda un currículo sobrecargado y unos textos y material de apoyo no congruentes con los nuevos enfoques.

Si se quiere cambiar realmente la enseñanza es indispensable que los docentes mismos tengan la cultura científica que deberán promover en sus estudiantes, lo que implica modificar la formación inicial y la actualización en servicio. Solo así los maestros podrán tener la cultura científica que queremos promuevan entre los estudiantes de educación básica, para formar ciudadanos con lo necesario para una vida plena en la sociedad del conocimiento.