Introducción

Debido a que en los últimos años se han realizado diversas investigaciones para conocer los factores que han ocasionado una crisis en la educación científica y que se ha encontrado que, si bien los orígenes del alejamiento de la ciencia y la tecnología en México son diversos, uno de los elementos más relevantes está centrado en la enseñanza de la educación básica (^{Flores, 2012}), este estudio se centra en la enseñanza y en el aprendizaje de las asignaturas que conforman el área de ciencias experimentales (ACE).

La enseñanza de la ciencia en el ámbito educativo presenta problemas debido al uso de estrategias pedagógicas tradicionales que no fomentan la comprensión de los temas científicos y tecnológicos (^{López, 2015}), y provocan así una crisis al no poder responder a los nuevos retos sociales. Puesto que, como bien es sabido, existe una diferencia entre la enseñanza de la ciencia en las aulas y lo que realmente tiene que saber el estudiante para la toma de decisiones, lo cual ha originado conocimientos fragmentados o descontextualizados y, por consiguiente, una visión poco globalizada. Como resultado se han obtenido elevadas cifras de analfabetismo de la ciencia en el mundo occidental (^{Matthews, 2017}).

Lo anterior se manifiesta en el informe del Programa Internacional para la Evaluación de Estudiantes [PISA] (^{Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos [OCDE], 2015}), donde los resultados muestran que solo 8 % de los alumnos de los países que integran la OCDE alcanzan los niveles más altos de competencia con relación a la ciencia. En México está realidad no es diferente, ya que únicamente 0.1 % de los participantes consiguen los mismos niveles, y esto no se ha modificado desde el 2006, lo que significa que 48 % de los jóvenes en México no poseen el mínimo de los conocimientos científicos que le permitan participar en una sociedad compleja (^{Instituto Nacional para la Evaluación de la Educación [INEE], 2016}).

Así, pues, resulta evidente que se requieren modificar los modelos de aprendizaje de las ciencias y proponer estrategias activas (^{Arteaga, Armada y Del Sol, 2016}) que desarrollen habilidades cognitivas, instrumentales y transversales en los alumnos, con el fin de extender el aprendizaje a su entorno (^{Drăghicescu, Petrescua, Cristeab, Gorghiuc y Gorghiuc, 2014}). No obstante, la mayoría de los centros educativos no se ha desprendido de la enseñanza tradicional (^{Pantoja y Covarrubias, 2013}).

En esa misma línea, ^{Reimers y Chung (2016)} exponen que debe existir un cambio pedagógico y de valoración con el objetivo de propiciar un aprendizaje autodirigido del mundo real; sin embargo, como ya se mencionó, todavía muchos espacios educativos siguen implementando sistemas de enseñanza tradicional; sistemas que han demostrado no permitir el desarrollo de competencias científicas demandadas en el contexto actual en la mayoría de las personas (^{Sanmartí y Márquez, 2017}).

Sin duda, en un mundo cada vez más globalizado y con nuevas exigencias que cumplir, se requiere formar individuos con conocimientos, habilidades, actitudes y valores que les permitan comprender y transformar su entorno. Al mismo tiempo, la formación científica es conveniente no solo porque de ella depende que los estudiantes se sientan o no atraídos por carreras relacionadas con ciencias; para numerosos alumnos será la última oportunidad de adquirir la cultura necesaria a fin de entender el desarrollo científico y tecnológico que se desenvuelve a su alrededor, lo que también le permitirá ejercer como ciudadano crítico y responsable del siglo XXI (^{Secretaría de Educación Pública [SEP], 2017}).

Partiendo de los supuestos anteriores, el objetivo de este estudio es revisar modelos pedagógicos que contribuyan a mejorar el aprendizaje de las asignaturas que conforman el ACE a nivel medio superior, particularmente del Colegio de Ciencias y Humanidades (CCH), y así proponer un modelo pedagógico de integración sinérgica (MPIS) que permita promover un proceso de enseñanza-aprendizaje que sea consistente con los requerimientos de la sociedad actual y que, además, sea capaz de propiciar el interés de los estudiantes hacia el estudio de estas áreas.

Metodología

Este estudio está enfocado en la metodología de sistemas suaves de Checkland (véase Figura 4). Esta se basa en emplear partes del mundo real como sistemas con el fin de hallar una solución a situaciones problemáticas de manera flexible, a causa de que cada contexto es único y demanda una metodología que se ajuste a las características y necesidades de cada situación, ya que en la realidad un mismo suceso no se repite dos veces del mismo modo (^{Checkland, 2013}).

El esquema anterior se fragmenta en dos partes, integradas por las fases 1, 2, 5, 6 y 7, las cuales están inmersas en el mundo real. Las fases 3 y 4 están incluidas en el pensamiento sistémico. A continuación, se define brevemente en qué consistió cada una de las partes de la metodología de Checkland.

Con respecto a la situación no estructurada del problema, es necesario precisar que el modelo pedagógico propuesto por el CCH tiene un enfoque constructivista, de carácter propedéutico y de cultura básica. Está orientado a la formación intelectual y social de sus estudiantes, considerados sujetos de la cultura y de su propia educación. Asimismo, prioriza los aprendizajes a alcanzar por los alumnos por medio de contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales, con la finalidad de explicar los fenómenos naturales.

Desafortunadamente, las materias del ACE ocupan el segundo lugar en deserción e índice de reprobación en el CCH; solo son superadas por las asignaturas que conforman el área de matemáticas.

En la Tabla 1 se muestra los resultados de la investigación documental, con respecto a las problemáticas que existen en la enseñanza de las asignaturas del ACE.

Asimismo, con base en la información obtenida de la Tabla 1 se elaboró un instrumento de evaluación (encuesta) con la finalidad de conocer la percepción de los actores del proceso de enseñanza-aprendizaje, en particular con respecto a las dificultades que presentan las materias del ACE en cuatro aspectos: 1) contenido, 2) actividades, 3) evaluación y 4) actitudes; para lo cual se desarrolló una técnica de muestreo no probabilístico de tipo consecutivo para 24 profesores del área de experimentales (8 profesores de química, 10 de física y 6 de biología) y 92 alumnos entre las edades de 14 a 18 años (44 mujeres y 48 hombres). Las respuestas obtenidas se sintetizaron y se muestran en la Tabla 2.

Desde una perspectiva más general, se identificaron cuáles eran las situaciones problemáticas que tenían mayor incidencia obteniendo así la Figura 5.

Con base en lo anterior, la definición raíz para este sistema es el diseño de un modelo pedagógico que vincule los conocimientos racionales emergentes con la dimensión emocional, considerando los factores exógenos y endógenos del contexto, con el fin de propiciar la inclusión del pensamiento científico-sistémico, crítico, propositivo y activo y lograr así aprendizajes significativos en el estudiante para que los implementen en su vida personal y en los ambientes local y global. Cabe destacar que la definición raíz se fundamentó en el CATWOE que se describe a continuación:

Partiendo de la definición raíz, se consideró cómo se debería de enseñar la ciencia para mejorar los resultados obtenidos hasta ahora (ver Tabla 4).

Con base a las consideraciones anteriores, pues, se estudiaron modelos pedagógicos que de manera conjunta puedan mejorar el proceso de enseñanza, para tales efectos se excluyeron los modelos tradicionales y se centró la investigación en aquellos que consideran al alumno como el protagonista del proceso educativo, una educación contextualizada y con énfasis en el aprendizaje, es decir, que tenga un mismo punto de partida, la razón de esto es que si dos modelos intentan explicar el mismo fenómeno de la realidad no son incongruentes (^{Galagovsky y Adúriz, 2001}), no obstante, cada uno tiene ciertas características que lo hacen único e interesante. A continuación, se mencionan y se explica por qué se eligieron dichos modelos.

La Figura 6 muestra el MPIS que surge a partir de la necesidad de proponer una solución integral desde diferentes enfoques que envuelva el mayor número de factores que afectan a la enseñanza de la ciencia y dé origen así a un modelo híbrido. Siguiendo esta vez a ^{Menéndez y Fernández (2016, p. 115)}, esta puede ser una opción interesante en el campo educativo al permitir que el proceso de enseñanza-aprendizaje se beneficie de las ventajas que cada modelo proporciona.

Ahora bien, teniendo en cuenta las bases anteriores, es posible explicar brevemente las ventajas y desventajas de cada modelo planteado líneas arriba:

En el mismo sentido, visualiza al alumno como responsable de la construcción de su propio aprendizaje, en el que se integran entornos a ejes globalizados conceptuales, procedimentales y actitudinales, donde el aprendizaje es una construcción para modificar la estructura mental y lograr niveles altos de complejidad, integración y diversidad (^{Flórez, 1999}), lo que produce un aprendizaje flexible.

Cabe agregar que es un modelo pedagógico que le falta un enfoque científico consistente y unificado del desarrollo cognitivo, además de que le da una gran prioridad al lenguaje como principal herramienta, lo que implica que se requiera un alto nivel de conocimiento lingüístico por parte del docente. Asimismo, el constructivismo se perfila como una opción costosa por los recursos, el tiempo y de difícil realización (^{Méndez et al., 2012, p. 48}).

El modelo social cognitivo desarrolla habilidades e intereses en los alumnos en función del contexto social y cultural, centrándose en la realidad, la teoría y la praxis, promueve un trabajo productivo, contextualizado en problemas, promueve el rol entre docente y alumno de forma horizontal y bidireccional (^{Flórez, 1999}).

Cabe mencionar que este paradigma está orientado a la reconstrucción del sujeto, del conocimiento, del mundo y la vida, dado que los sistemas de ideas, teorías y el conocimiento son dinámicos, por lo que resulta que solo es posible permitir que cada alumno construya, busque y sea responsable de su propio proceso formativo (^{García y Buitrago, 2017, p. 121}).

Dentro de este mismo orden de ideas, este modelo considera que el aprendizaje es un fenómeno emergente que involucra diversos procesos (neuronales, corporales, emocionales y ambientales), los cuales no pueden ser reducidos solo a uno de sus componentes, por ello se considera que el aprendizaje es inesperado y, en la mayoría de los casos, imposible de prever, y que el contenido es al mismo tiempo simple y complejo (^{Serna, 2015, p. 119}).

En función de lo planteado, se proponen los cambios y las acciones que se necesitan implementar con el fin de mejorar el proceso de enseñanza aprendizaje (véase Tabla 5).

Resultados

De acuerdo con el análisis procedente, se propone el MPIS, el cual está conformado por cuatro holones o niveles, lo que hace referencia a que son parte de un sistema global. A continuación, se explica brevemente cada holón o nivel (ver Figura 7):

El modelo MPIS está centrado en métodos activos y participativos para el desarrollo integral; parte del hecho de que los alumnos poseen conocimientos de tipo racional, emocional, empírico e intuitivo que se deben organizar de una manera gradual, didáctica y complementaria y así lograr un mayor impacto en el aprendizaje.

Cabe agregar que el MPIS tiene un enfoque eco-ciber-sistémico-transdisciplinario, puesto que integra el pensamiento, la acción y la cultura, lo que da lugar a la transdisciplinariedad; y si se asume que el proceso educativo está constituido por sistemas biológicos, abiertos, dinámicos y sociales, en los que intervienen procesos de control y comunicación, lo cual en el ámbito educativo tiene la intención de mejorar el proceso comunicativo e informativo entre el alumno, los compañeros, los recursos didácticos y el profesor a través de la retroalimentación, entonces se alude a la cibernética.

Asimismo, se deben contemplar las relaciones del microsistema, mesosistema, macrosistema y exosistema de los participantes que vinculan el contexto natural y civilizatorio; en otras palabras, incluir el conocimiento ecológico en el desarrollo del proceso enseñanza-aprendizaje para la adecuada construcción del conocimiento (ver Figura 8).

Discusión

La enseñanza de las ciencias en el nuevo milenio demanda de profundas transformaciones desde la educación elemental hasta la universidad, de modo que el profesor deje de ser un transmisor de conocimientos acabados y tome conciencia de que su labor es crear las posibilidades para que el alumno produzca y construya su conocimiento (^{Arteaga et al., 2016}).

Sobre las ideas anteriores es necesario propiciar una educación integral a partir de diferentes enfoques pedagógicos que conlleven a modelos híbridos, es decir, la combinación de dos o más orientaciones, puesto que “no existe un modelo pedagógico único u omnipotente que solucione todos los problemas de aprendizaje que tienen los estudiantes” (^{Ortiz, 2011, p.135}); debido, además, a que cada modelo pedagógico tiene sus ventajas pero también sus debilidades, por lo que no permiten ser aplicados totalmente (^{Flórez, 1999, p. 55}).

Con base en las consideraciones anteriores, los modelos deben de modificarse a partir de los avances científicos y tecnológicos, ya que, conforme a ^{Galagovsky y Adúriz (2001)}, estos son construcciones provisorias y perfectibles. Asimismo, de acuerdo con ^{Ortiz (2011)}, “es primordial que en cualquier concepción que se asuma, se haga desde una mirada más holística, compleja, dialéctica y sistémica del pensamiento” (p. 130), con la finalidad de que potencialice al máximo las habilidades de los estudiantes para generar aprendizajes aplicables a situaciones complejas (^{Abarca, 2007}).

Una de las fortalezas de este modelo es que integra las particularidades de modelos pedagógicos ya probados y en los cuales se han obtenidos buenos resultados. La finalidad de proponer el MPIS es que envuelva un mayor número de aspectos que puedan mejorar los efectos obtenidos hasta ahora en el ACE. La limitación de esta investigación es que es una propuesta teórica que está en función de lo que se espera que logren los estudiantes. Y si se retoman las palabras de ^{González (2015, p. 17}): si aprender ciencias es difícil, entonces enseñar ciencias tampoco es una tarea fácil.

Conclusión

La propuesta de este MPIS no pretende reemplazar ningún modelo, sino proponer una alternativa integral en la cual se utilicen las características y cualidades de diferentes modelos pedagógicos que, de manera conjunta, puedan abarcar un mayor número de factores que intervienen en el proceso educativo. Si bien es complicado que un modelo aborde todas las variables que existen en un salón de clase, esto no significa que los modelos deban de estancarse; al contrario, estos tienen que evolucionar conforme a los requerimientos de la sociedad.

Debe señalarse que todo el desarrollo del presente estudio se centró en las dificultades, las finalidades y en cómo debería de ser la enseñanza de las ciencias, para así elegir las características de cada modelo que, al integrarse, le proporcionen una identidad al MPIS; pero debe dejarse de lado la implementación para otra fase de la investigación: Un estudio de caso en el CCH y así poder conocer sus alcances y sus limitaciones.

Finalmente, una línea para futuras investigaciones se podría orientar a estudiar modelos, paradigmas, técnicas, métodos, entre otros recursos, que han sido empleados en ambientes educativos, y evaluar qué tan efectivos serían si se combinan, cuáles serían sus limitaciones y sus alcances si se trabajan de manera conjunta.