1.1 Enseñanza-aprendizaje de la investigación en educación básica en México

En el siglo XIX se introdujo a la enseñanza básica la materia de Ciencias Naturales, específicamente el estudio de la Física y la Química. Más tarde se adicionaron otros temas con la finalidad de habituar a los estudiantes a la observación sistemática del entorno, experimentación y reflexión (^{Díaz, Flores y Martínez, 2007}). Posteriormente la materia de Ciencias Naturales enfatizó tres ejes: lección de cosas, estudio de la naturaleza y ciencia elemental, para llegar a las tendencias que continúan desarrollándose hasta la fecha, que consisten en enseñar ciencia para contribuir al proceso individual y social del estudiante, o bien, enseñar ciencia para entender sus conocimientos y métodos (^{León, 2003}).

Estas mismas tendencias las identifica ^{Moreno (2005)}, quien las clasifica en formación de investigadores y formación para la investigación. La primera consiste en el proceso de enseñanza de la ciencia con la finalidad de que el estudiante se desempeñe en el ámbito científico; y la formación para la investigación consiste en "promover y facilitar, preferentemente de manera sistematizada, el acceso a los conocimientos, el desarrollo de habilidades, hábitos y actitudes, y la internalización de valores, que demanda la realización de la práctica de la investigación" (^{Moreno, 2005, p. 421}). Y propone que se propicie desde los primeros años de la educación básica hasta licenciatura.

^{Candela (2005)} señala que en la forma de enseñar y aprender ciencias hay diferencias que dependen de las características y contexto de la escuela, el perfil de los estudiantes y:

(...) de los estilos docentes, de la concepción que tiene cada maestro sobre lo que es enseñar y aprender, de su concepción sobre la ciencia y su enseñanza, de los espacios de participación que se pueden abrir en el trabajo experimental, de la experiencia que tenga en el manejo del grupo, en la conducción de distintos tipos de actividades y de su seguridad en el conocimiento del contenido que va a tratar y de la actitud que transmite al hacerlo, entre muchos otros factores (^{Candela, 2005, p. 7}).

A pesar de ello, se identifica un incremento en el uso de actividades experimentales en la enseñanza de la Física y las Ciencias Naturales (^{Candela, 2005}).

La enseñanza de la investigación a niños desde sus primeros años de educación representa una oportunidad para fomentar el desarrollo de sus potencialidades, en particular las relacionadas con la recolección, análisis e interpretación de la información, así como la búsqueda de respuestas a problemas derivados de las asignaturas señaladas como parte de su plan académico. De ello surge la necesidad de considerar la generación de capacidades y habilidades investigativas en el marco de la planeación académica de cada materia impartida (^{Bogoya, 2005}).

En los planes y programas de estudio elaborados por la SEP en el año 2009 se incluye la enseñanza de las ciencias como una de las materias principales en donde el individuo aprende a desarrollar sus primeras habilidades investigativas como observar, explorar y comprender el mundo natural y social que los rodea. Y al mismo tiempo se incluyen las competencias para el aprendizaje permanente y para el manejo de la información, ambas relacionadas con el proceso de enseñanza-aprendizaje de investigación en un sentido amplio (^{SEP, 2009}).

En el último programa de estudios elaborado por la SEP se busca no sólo continuar desarrollando las habilidades anteriores para comprender el mundo natural y social que los rodea, y establecer en ellos las bases para el desarrollo y formación científica a través de las asignaturas de "Exploración de la Naturaleza y la Sociedad" en los dos primeros grados y "Ciencias Naturales" de 3o. a 6o. de primaria; además, busca construir habilidades y actitudes positivas a la ciencia por medio de la toma de decisiones responsables e informadas, la reflexión sobre los alcances y límites del conocimiento científico y del quehacer tecnológico para mejorar las condiciones de vida de las personas (^{SEP, 2011a}). El acuerdo número 592 señala que la asignatura de Ciencias Naturales propicia la formación científica básica de 3o. a 6o. de primaria. Los estudiantes se aproximan al estudio de los fenómenos de la naturaleza y de su vida personal de manera gradual y con explicaciones metódicas y complejas, y buscan construir habilidades y actitudes positivas asociadas a la ciencia (^{SEP, 2011b}).

1.2 Actividades para la enseñanza-aprendizaje de la ciencia y la investigación

De la diversidad de actividades para la enseñanza-aprendizaje en la educación básica, muchas de ellas se implementan en las materias de ciencias y en otras materias en las que se busca formar las bases de las habilidades investigativas. La importancia de las actividades prácticas en el aprendizaje ha sido ampliamente investigada. En el caso específico de materias de ciencias, las actividades prácticas influyen de manera positiva en el interés de los estudiantes por aprender la temática a la que se refieren (^{Holstermann, Grube y Bögeholz, 2010}). Sin embargo, se pretende dentro de este estudio atender también al aprendizaje no formal, aquel que se encuentra fuera de la currícula oficial, que busca consolidar una visión adecuada del quehacer científico y tecnológico.

Educación científica informal. La educación informal se refiere a la gama de actividades –tanto no estructuradas como educativas– que fomentan el aprendizaje. De acuerdo a la definición de la National Science Foundation (NSF, por sus siglas en inglés), la educación científica informal consiste en "actividades de aprendizaje voluntarias y autodirigidas, realizadas a lo largo de la vida, y motivadas principalmente por intereses intrínsecos, curiosidad, exploración, manipulación, fantasía, realización de tareas e interacción social" (^{NSF, 1997}).

Este tipo de educación ocurre en ambientes extraescolares y provee experiencias y motivaciones que pueden ser la base para el aprendizaje posterior. Específicamente en ciencia, tecnología y matemáticas, las experiencias de aprendizaje informal ayudan a dar un sentido de diversión y asombro adicional a una mejor comprensión de los conceptos, temas, y procesos de pensamiento en disciplinas técnicas y científicas. La educación científica informal, es autodirigida, ya que cada aprendiz elige qué y cómo aprender con base en sus necesidades e intereses (^{Vázquez y Manassero, 2007}).

Las actividades extraescolares relacionadas con la ciencia y la tecnología tienen un papel importante en el aprendizaje, "una enseñanza realmente significativa debería construirse también sobre las experiencias informales de los estudiantes, que suceden previa o paralelamente a los aprendizajes escolares" (^{Vázquez y Manassero, 2007, p. 3}). Es así que el papel de la escuela consiste en integrar las actividades de educación científica informal con el currículo escolar para optimizar los aprendizajes.

1.3 Actitudes de los estudiantes hacia la ciencia

Por último, se consideró importante abarcar dentro del estudio a la "actitud hacia la ciencia", ya que según (Fensham, como se cita en Vázquez y Manassero, 2008) son las inapropiadas y negativas actitudes, así como la falta de interés hacia las ciencias, los principales problemas de la enseñanza y aprendizaje de las mismas en la escuela y la investigación. Además, de acuerdo con ^{Manzano (2012)}, una actitud positiva favorece el aprendizaje.

Las actitudes hacia la ciencia son definidas por ^{Manassero y Vázquez (2001)} como "las disposiciones, tendencias o inclinaciones a responder hacia todos los elementos (acciones, personas, situaciones o ideas) implicados en el aprendizaje de la ciencia", las cuales, si son positivas, favorecen el aprendizaje y si son negativas lo dificultan.

El concepto de actitud hacia la ciencia ha sido utilizado por los investigadores como una categoría general e integral, que involucra una gran variedad de objetos de actitud, relacionados con la ciencia. Este estudio considera los siguientes objetos de actitud en la medida en que engloban la noción principal del término, según la revisión de la literatura: actitudes hacia la enseñanza-aprendizaje de las ciencias (^{Hernández et al., 2011}, y ^{Vázquez y Manassero, 1997}); ante la institucionalidad escolar (^{Hernandez et al., 2011}); su utilidad (^{Vázquez y Manassero, 1997}) y la incidencia social (^{Vázquez y Manassero, 1997}).

Actitudes hacia la enseñanza-aprendizaje de las ciencias: Agrado e interés de los estudiantes hacia los temas de ciencias, o bien, aquella disposición de los estudiantes a aprender ciencia y lo que se enseña sobre ciencias dentro de la currícula escolar (^{Hernández et al., 2011}).

Actitudes ante la institucionalidad escolar: Se refieren a la didáctica de las ciencias dentro del aula, en otras palabras, a la forma de dar las clases por parte del docente (^{Hernández et al., 2011}).

Utilidad: Refiere a los beneficios de la ciencia en la vida ordinaria o su razón práctica, ejemplo: el conocimiento sobre su cuerpo, el sistema solar, su medio ambiente (^{Vázquez y Manassero, 1997}).

Incidencia social: Incluye los temas específicos de Ciencia y Tecnología con incidencia social, como: el mejorar la calidad de vida en el futuro, aportaciones a la salud pública, la creación de satélites o cohetes espaciales, etc. (^{Vázquez y Manassero, 1997}).

Una conclusión al revisar la literatura es que se hace necesario un estudio que integre estas dimensiones para analizar de manera integral la enseñanza y aprendizaje de la ciencia y la indagación científica.

2.1 Recolección de datos

Se aplicaron tres cuestionarios estandarizados de naturaleza exploratoria, diseñados especialmente para el estudio con ítems abiertos y cerrados para recolectar los datos en campo, uno dirigido a estudiantes de 5o. y 6o. de primaria, otro a sus docentes y uno más a sus directores. Los ítems que presentaron opciones de respuesta cerrada fueron de diversos tipos: algunos requerían seleccionar una opción, otros indicaban ordenar las opciones y unos más fueron de tipo Likert. En el caso de las preguntas de los instrumentos diseñadas especialmente para esta investigación, las opciones de respuesta fueron determinadas con base en los resultados de la prueba piloto.

El cuestionario para estudiantes incluyó reactivos relacionados al perfil demográfico, la percepción de las materias y de la ciencia, las actividades de enseñanza-aprendizaje de la ciencia, la educación científica informal y la actitud hacia la ciencia. Las preguntas demográficas y aquellas relacionadas con la percepción sobre las materias y la ciencia fueron diseñadas especialmente para este cuestionario a través de la revisión de la literatura, sesiones de trabajo y de la prueba piloto. En cuanto a las preguntas sobre las actividades de enseñanza-aprendizaje de la ciencia algunos ejemplos que se indagaron son: asistencia a eventos especiales para aprender ciencias, búsqueda de información en diferentes fuentes, experimentos, entrevistas, maquetas, entre otras. La sección sobre educación científica informal estuvo basada en ^{Nortes y De Pro (2010)} y se preguntó sobre el uso de juguetes, videojuegos, juegos de computadora, páginas de Internet, canales de televisión y revistas sobre ciencia.

La sección relativa a la actitud hacia la ciencia del cuestionario de estudiantes estuvo basada en el cuestionario View on Science-Technology-Society (^{Aikenhead y Fleming, 1989}); el Cuestionario de Opiniones, sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad (^{Rubba y Harkness, 1996}), el Protocolo de Actitudes hacia las Ciencias (PAC) (adaptación al español del Protocolo de actitudes hacia la ciencia desarrollada por Wareing en 1982 por ^{Vázquez y Manassero, 1997}), y el instrumento utilizado por ^{Hernández et al. (2011)}. Se seleccionaron los ítems más representativos y de más fácil comprensión, y se hicieron las modificaciones pertinentes para su adaptación al vocabulario mexicano.

Se realizó un análisis de factores por componentes principales para identificar la validez de constructo de la actitud hacia la ciencia de estudiantes. Dicho análisis proporcionó un solo factor significativo (ver tabla I) que se denominó actitud hacia la enseñanza-aprendizaje de la ciencia, dicho factor se conformó con base en aquellos ítems que contaron con una ponderación mayor a 0.4 de la matriz de componentes y que tenían relación con la teoría revisada referente a la actitud hacia el aprendizaje de las ciencias y la actitud hacia la enseñanza de las ciencias.¹ Se consideraron cargas factoriales significativas aquellas de 0.40 o superiores, dado el tamaño de la muestra (n=1,559).²

Los cuestionarios para docentes y directores contaron con un total de 26 preguntas que indagan la información cuantitativa y cualitativa para conocer su percepción y experiencia con el proceso de la enseñanza de investigación a través de los planes de estudio de educación básica, en 5o. y 6o. grado.

Los tres cuestionarios (estudiantes, docentes y directores) fueron evaluados en la prueba piloto, que se realizó con 133 estudiantes, 4 docentes y 2 directores.

La aplicación de los cuestionarios a estudiantes fue realizada en los salones de clase, fue de tipo auto-llenado con la dirección y guía del investigador de campo. La duración aproximada fue de media hora. Los cuestionarios para profesores y directores se aplicaron en un espacio asignado por cada escuela, de manera individual y cara a cara con el entrevistado. La duración de respuesta varió entre 20 y 40 minutos.

3.1 Estudiantes

De los 1,559 estudiantes entrevistados, el 49.1% son niños y 50.9% niñas. Un 49.4% de ellos estudia 5o. grado y 50.6% cursa 6o. grado de primaria. El 48.3% son estudiantes de escuelas primarias públicas y 51.7% de escuelas primarias particulares.

Percepción de las materias. En cuanto a las materias curriculares, hay congruencia entre las materias que más les gustan y aquellas en las que perciben que aprenden más (ver tabla II), ya que las materias que ellos señalan como las que más les gustan son Matemáticas (30.5%), Ciencias Naturales (28.3%) y Español (21.3%).³ Y las que perciben como las materias en las que aprenden más son Matemáticas (38%), Ciencias Naturales (30.5%), Español (10.9%), Historia (10.1%) y otras (10.5%).

Los motivos más mencionados por los cuales ciertas materias les gustan más son: divertida/interesante (21.9%), aprendo (16.9%), uso y aplicación de los temas vistos (9.9%), los proyectos (9.5%), gusto por las estrategias de enseñanza (6.2%), los experimentos (6.1%), y otros (29.5%), como ayudar a pensar, temas fáciles, los ejercicios, los juegos y aprender a resolver problemas. Cuando se les pregunta acerca de la razón por la cual consideran que en cierta materia aprenden más, casi la mitad (46.8%) señala que les gusta y es interesante, seguida por la percepción de que el maestro explica bien (15.1%), consideran que lo que aprenden lo van a usar/aplicar (8.8%), los temas son sencillos y los entienden (8.3%) y otros motivos diversos con menor porcentaje (21.1%).

Percepción de Ciencias Naturales. Específicamente sobre la materia de Ciencias Naturales, se les preguntó a la muestra de estudiantes qué tanto les agradaba, la respuesta es consistente con los resultados a las preguntas previas, ya que más de la mitad (68.1%) mencionó que la materia les gusta mucho, una cuarta parte (28.3%) dijo que algo, unos cuantos estudiantes (2.9%) respondió que les gusta poco y menos del 1% mencionó que nada.

Sobre los aspectos que les gustan de dicha materia, la mayoría de los estudiantes mencionaron más de uno: los temas son interesantes (64.7%), las actividades (57.7%), aprende cosas nuevas (55.1%), los proyectos (52%), trabajar en equipo (49.3%), la forma en que el maestro da la clase (36.8%), es fácil de entender (34.4%), es divertida (30.9%), por los ejercicios del libro (22.8%). Por otro lado, los aspectos que no les gustan de Ciencias Naturales son: los temas (11.4%), es difícil (11.3%), trabajar en equipo (10.5%), los proyectos (6.5%), consideran que lo que aprenden no lo van a aplicar (6.2%), no la disfrutan (5.8%), los experimentos (5%), es aburrida y no es interesante (3.6%), cómo da la clase el maestro (3.4%). Ambas preguntas podían tener respuestas múltiples, y se obtuvieron 6,355 menciones de aspectos de la materia de Ciencias Naturales que sí les gustan, y 987 menciones de aspectos que no les gustan, lo que da una razón de 6.4 aspectos que sí les gustan a 1 que no les gusta.

Actividades para la enseñanza-aprendizaje de la ciencia y la investigación. Casi la totalidad de los estudiantes encuestados (98.8%) mencionó haber realizado investigaciones como parte de actividades y tareas escolares, de ellos, al 93.1% le gustó y 82.3% mencionó que les fue fácil llevarla a cabo. De la lista de actividades para la enseñanza-aprendizaje de la ciencia y la investigación que se muestra en la tabla III, se les pidió a los estudiantes que señalaran si en el último año habían realizado cada una de ellas y si les había gustado o no. Las actividades más realizadas fueron: trabajos en equipo (98.4%); búsquedas de información en Internet, libros, revistas, periódicos, folletos, etc. (96.4%), experimentos (94.1%) y maquetas (93.9%). De las actividades incluidas en dicha lista, las de mayor porcentaje de estudiantes que mencionó que les gusta realizar son: experimentos (89.3%), trabajos en equipo (89.2%), y maquetas (87%).

De las 10 actividades enlistadas, los estudiantes encuestados han realizado 8.45 de ellas, el 27.5% las ha realizado todas y el 28.1% ha realizado nueve de ellas, es decir, más de la mitad ha realizado 9 o 10 de las 10 actividades enlistadas, esto muestra la diversidad presente en el aula de las escuelas de la muestra.

Educación científica informal. Respecto a la educación científica informal 37.7% de los estudiantes cuenta con juguetes que tienen que ver con las ciencias (telescopio, microscopio, juego de química, etc.). Un 37.5% conoce algún juego de computadora, tablet o consola relacionado con la ciencia. El 32.8% conoce alguna página de Internet sobre ciencia, el 55.4% ha leído revistas sobre ciencia y el 84.8% ve canales de televisión con contenido científico.

Actitud hacia la ciencia. En la escala de actitud hacia la ciencia diseñada en el instrumento de recolección en un rango de 1 a 4, donde 1 es la actitud menos favorable y 4 la más favorable, la respuesta promedio de los estudiantes fue de 3.14, lo que refleja una actitud positiva hacia la ciencia, como se detalla en la figura 1.

Para la medición de la actitud asociada a la ciencia se utilizó la escala de Likert. En la figura se representa la actitud más negativa con el color rojo y dos pulgares hacia abajo, la actitud negativa con el color naranja y un pulgar hacia abajo, la actitud positiva con el color verde claro y un pulgar hacia arriba, y la actitud más positiva con el color verde oscuro y dos pulgares hacia arriba.

Figura 1. Actitud de los estudiantes hacia la ciencia 

3.2 Docentes

Se entrevistó a los docentes de estudiantes encuestados, un total de 74 docentes (36 de escuelas primarias públicas y 38 de particulares). Los entrevistados tienen en promedio 14.89 años de experiencia docente y actualmente atienden a un promedio de 29.91 estudiantes en su salón; 25.7% son hombres y 74.3% mujeres.

Se les preguntó en cuál materia enseñan a investigar, la mayoría mencionó Ciencias Naturales (95.9%) e Historia (93.2%), seguidas de Geografía (82.4%) y Español (82.4%). La materia en la que menos profesores mencionan enseñar a investigar es Matemáticas (37.8%).

Se les mencionó una lista de actividades para la enseñanza-aprendizaje de la ciencia e investigación, y se les preguntó si utilizaban cada una, la frecuencia y un ejemplo (tabla IV). Se observa que las actividades que la mayoría de los docentes mencionó haber realizado con sus estudiantes son: búsqueda de información en internet, libros, revistas, periódicos, folletos, etc. (98.6%); búsqueda en mapas (97.2%); experimentos (94.5%); maquetas (91.4%) y registro de actividades u observación en diarios (85.5%).

Al preguntarles sobre lo que representa mayor dificultad para sus estudiantes en el proceso de investigación, los docentes mencionan principalmente el análisis de la información (59.5%), la creación de preguntas o hipótesis (50%) y la creación de dispositivos o modelos (45.9%).

Por último, respecto a la formación continua y capacitación en materia de enseñanza de la investigación, 25 docentes entrevistados sí reciben cursos de capacitación en periodos variables y 42 docentes no. La mayoría considera que la capacitación ayudó al cumplimiento de los objetivos del programa de ciencias.

3.3 Directores

De los 37 directores entrevistados, 45% son hombres y 54% son mujeres. La edad promedio es de 53 años, con una máxima de 75 años y una mínima de de 27. Al preguntarles acerca de los años de experiencia como directores, la media fue de 10 años. El 48% dirige escuelas públicas y el 51% particulares.

En cuanto a los grados académicos, 31 directores estudiaron licenciatura y 6 no contestaron, 14 estudiaron una maestría o se encuentran cursándola, 2 tienen doctorado, 10 tienen una especialidad y 7 algún diplomado.

En relación a los programas que impulsan la enseñanza de investigación se les preguntó si había alguno que se estuviera desarrollando en ese momento en la escuela, el 34.3% mencionó que sí lo había y el 65.7% que no. De estos últimos, el 81.1% considera que sí han pensado o están interesados en planear y desarrollar actividades para fomentar la investigación en la escuela, pero el 9.1% no lo tiene planeado. Los directores que están interesados en desarrollar actividades para fomentar el aprendizaje de la investigación y la ciencia lo justifican con las siguientes razones: Consolidación del proceso educativo de los estudiantes (37%), importancia de la investigación en la vida (33%), es necesario fomentar el pensamiento crítico, la creatividad y el espíritu científico (30%). Dos directores no están interesados en desarrollar dichas actividades debido a la falta de tiempo derivada de las actividades con las cuales deben cumplir como parte del programa, y otros dos indicaron que están planeando pero no se han implementado.

El 60% de los directores de la muestra menciona que el área docente es quien planea las actividades en la escuela para fomentar el aprendizaje de la investigación en los estudiantes, un 17.1% que son organismos públicos o privados y ferias científicas quienes impulsan estas actividades, el 11.4% señaló que los estudiantes con la guía de los docentes son quienes lo hacen, 8.6% consideró que ellos como directores son los encargados de liderar la actividad, y 2.9% recurre a personas externas para ello.

Al preguntarles sobre la elección de referencias bibliográficas para la impartición de materias en las cuales se otorgan temas de investigación, mencionan consultar más de un tipo de fuentes (multi-respuesta): se considera la elección que hacen los docentes (59.5%), las fuentes sugeridas en los planes de estudio (56.8), las referencias asignadas por la SEP (24.3%), son ellos quienes la determinan (13.5%) y las que recomiendan los docentes y padres de familia (8.1%).

Los directores mencionaron que los estudiantes de 5o. y 6o. de sus respectivas instituciones han participado en diversas actividades para fomentar la investigación, entre las cuales se enfatizan las siguientes, derivadas de la tendencia de experiencias narradas durante el levantamiento de datos: Actividades de reciclaje, integración de un proyecto resultado de diversas actividades de indagación de cada materia, eventos de ciencia y tecnología que promueven organismos públicos entre ellos la SEP, así como universidades privadas donde se presentan los mejores proyectos de investigación, ferias de ciencia organizadas por la escuela, y concursos de ciencias organizados por zonas escolares.

Se cuestionó a los directores acerca de la capacitación que reciben los docentes en materia de investigación, ciencia y tecnología, 37.8% mencionó que sí se imparte, mientras que más de la mitad señaló que no. Los directores señalan que la forma de determinar los temas de capacitación en investigación, ciencia y tecnología la realizan ellos mismos, se planea en conjunto con los docentes y la SEP determina los temas.

Acerca de cómo efectuaban la asignación de recursos didácticos para la enseñanza de investigación y ciencia, más de la mitad indica que no se determina un monto para dicho rubro. Quienes mencionaron sí asignar recursos, anotaron montos que van desde 1,000 pesos hasta un caso de 30,000. Las formas de asignarlos se pueden clasificar como se detalla a continuación: dependen de la planeación de los docentes para el grado escolar, análisis curricular de cada ciclo escolar, el material se le solicita a los padres de familia.

Se les preguntó abiertamente cuáles eran los obstáculos que enfrentaban los docentes en la impartición de temas de investigación, entre las principales respuestas destacan: Falta de apoyo de los padres de familia, falta de herramientas didácticas para generar actividades que fomenten la investigación, carencia de competencias y habilidades docentes para enseñar investigación, programas académicos rígidos, y falta de tiempo y bastas actividades administrativas.