Planteamiento del problema

Resultados como los mostrados en las investigaciones descritas dan cuenta de las dificultades de comprensión de los alumnos de diversos niveles escolares cuando se analizan objetos y procesos a escala muy pequeña (desde luego también a escala muy grande), no son resultados sorprendentes sino esperados. No obstante, para introducir propuestas de enseñanza de las NyN en un nivel escolar específico, como en el bachillerato, es necesario conocer con mayor detalle los problemas particulares que presentan los alumnos. Por ejemplo, conocer cuál es el límite en el que no logran diferenciar las escalas pequeñas: si logran relacionar las escalas pequeñas con su nomenclatura, si son capaces de clasificar e identificar algunas entidades físicas con su tamaño, por mencionar algunos.

Otro de los aspectos necesarios por comprender de los alumnos es su posibilidad de relacionar procesos en escala pequeña con leyes y conceptos. Por ejemplo, las fuerzas que se aplican en las distintas escalas, o si todas las leyes físicas son aplicables en los procesos físicos en todas las escalas.

Además de lo anterior, hay aspectos generales relevantes por develar sobre esa población estudiantil, como saber qué información tienen sobre las implicaciones y aplicaciones de las NyN y las ciencias con las que se relacionan, así como su interés para que estos temas sean llevados a la escuela.

Para abordar esos aspectos se llevó a cabo el presente estudio exploratorio, en el cual se desarrolló y aplicó un cuestionario y su análisis a alumnos de bachillerato, y en el que se contemplan dos cuestiones: 1) las dificultades para enseñar NyN que abarcan los aspectos sobre comprensión de escalas, identificación de procesos y su relación con propiedades de la materia, aplicación de las leyes físicas en diversas escalas, y, 2) las percepciones de los alumnos, donde se abordan los temas de relación de las NyN con diversas áreas del conocimiento, sus implicaciones y aplicaciones, así como el interés que tienen para que las NyN sean incorporadas en sus actividades escolares.

Los ejes temáticos que orientaron el cuestionario son:

Muestra

La muestra se estableció en dos etapas. La primera, que denominaremos M-C19 (muestra encuenstada durante la pandemia), consistió de dos grupos escolares (N = 35) del sexto semestre del CCH-Sur. Los alumnos cursaban la materia de física y, dada las condiciones de la pandemia del COVID-19, la aplicación del cuestionario se llevó a cabo en línea. El profesor de los grupos fue quien presentó el cuestionario, dio las indicaciones y el propósito del cuestionario, a lo cual todos los alumnos dieron su consentimiento. La segunda etapa llevada a cabo con fines de comparación, consistió de una muestra 45 alumnos que denominaremos M-PC19 (muestra PostCovid 19), en la cual se procuró tener condiciones similares a la primera, como tomar clase con el mismo profesor, mismo turno y semestre escolar, y llevarse a cabo en línea. La aplicación del cuestionario a esta segunda muestra se llevó a cabo postpandemia, año y medio después. Ninguna de las muestras recibió intervención alguna previa sobre el tema de las nanociencias y nanotecnología, como lo hizo constar el profesor de los grupos, pues el propósito era conocer, en las condiciones habituales de los alumnos en sus cursos regulares, los problemas de comprensión a los que se enfrentarían posibles propuestas de enseñanza sobre esta temática.

Cuestionario

El cuestionario consistió en 11 preguntas: la primera parte del cuestionario acerca de las dificultades sobre las NyN consta de siete, de las cuales, las primeras cuatro abordaron temas sobre escalas y procesos, y, las siguientes tres, sobre las propiedades de la materia y las leyes físicas. En la segunda parte se abordan las percepciones de los alumnos y constó de las cuatro preguntas restantes (ver Anexo).

Para garantizar la comprensión de las preguntas por los alumnos de ese nivel escolar, se aplicó el cuestionario previamente a un conjunto pequeño de alumnos distintos a los de la muestra, gracias a lo cual se realizó un ajuste a varias de las preguntas.

Proceso de análisis

Para el análisis de los resultados se elaboró una rúbrica con el fin de asignar valores a los resultados de los cuestionarios aplicados, y garantizar que no hubiese desviaciones en la consideración de las respuestas. Esta rúbrica es un indicador para cada pregunta. En el Cuadro 1, se presenta un ejemplo de la rúbrica.

Como es un estudio exploratorio con dos muestra pequeñas, el análisis es principalemente cualitativo, por lo cual solo se determinaron porcentajes y/o frecuencias de respuesta para describir las características de los resultados, y para organizar jerárquicamente los temas de acuerdo con el nivel de conocimiento que, de cada uno, presentaron los alumnos, así como detallar algunas respuestas textuales de los alumnos y sus implicaciones en cuanto a los posibles orígenes de los problemas de comprensión que se presentan.

Parte 1. Dificultades para enseñar nanociencias

Escalas y procesos

Uno de los primeros aspectos y el que más se ha analizado (^{Shank et al., 2009}; ^{Sánchez-Mora y Tagüeña, 2011}; ^{Magnana, Brophy y Bryan, 2012}) es la comprensión y percepción que tienen los alumnos de los tamaños de las cosas y de las escalas relativas a los tamaños. Esto se aborda en el cuestionario, en las preguntas 1, 2 y 3. La primer pregunta pide ordenar por tamaños una serie de figuras desde un humano hasta un átomo y también, a esas mismas figuras, asignarles su intervalo de escala correspondiente, escala que se encuentra en metros.

Con respecto al ordenamiento por tamaño, la respuesta correcta contempla ordenar 11 figuras de entidades y objetos (1-huevo de gallina, 2-bacteria, 3-glóbulo rojo, 4-doble hélice de DNA, 5-célula de huevo humano, 6-molécula de agua, 7-hormiga, 8- cabello humano, 9- virus, 10-átomo de carbón, 11-niño) por su tamaño, lo cual solo lo logra el 5.7% de la muestra M-C19 y el 4.4% de la M-PC19. En la M-C19, el 40% logra ordenar aproximadamente la mitad de los objetos (niño, huevo, hormiga, cabello, célula, átomo) y el 2.9% solo logra ordenar el humano y el huevo, y, correspondientemente, en la M-PC19 se obtiene el 37% y el 2.2% . En el caso del intervalo nanomicra, los alumnos de ambas muestras presentan más problemas para ordenar los objetos que en el dibujo (ver Anexo, pregunta 1) corresponden a los objetos que tienen asignados el número cuatro (doble hélice) y nueve (virus). Esto está relacionado con otros estudios en el área de la biología, donde los alumnos muestran dificultades para diferenciar los procesos biológicos de lo macro a lo micro y entre lo micro (^{Mills-Shaw, Van-Horne, Zhang y Boughman, 2008}; ^{Duncan, Rogat y Yarder, 2009}). Las Figuras 1A y 1A’ muestran los porcentajes correspondientes al número de aciertos en el ordenamiento de los objetos.

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 1A y 1A’ Las figuras muestran los porcentajes de aciertos en los cuales los alumnos de cada muestra asignan el orden adecuado a los objetos por su tamaño, en las que el número 11 corresponde al ordenamiento correcto de los once objetos. 

Como podrá notarse, si bien en cuanto a un ordenamiento correcto, ambas muestras obtienen porcentajes similares (5.7% y 4.4%, respectivamente), la muestra de alumnos postpandemia presenta mayor número de ordenamientos correctos (22.2% y 13.3% para nueve y ocho ordenamientos correctos).

Este reconocimiento de tamaños en las figuras, cambia significativamente en la segunda parte de la pregunta cuando los alumnos tienen que asignar a esos tamaños una escala (expresada en m). Para M-C19 un porcentaje significativo de alumnos 37.1% no asigna ninguna escala a los objetos, cerca del 10% acierta 8 objetos con su escala, siendo el porcentaje más bajo de 5.7%. Si se atiende a los intervalos, nuevamente el intervalo nano-micro es el de menor frecuencia con solo dos alumnos que asignan correctamente el tamaño del objeto con su escala. Por su parte, para M-PC19 82.2% no asigna ninguna escala, 4.4% acierta 8 objetos y solo 2.2% (un alumno) ordena adecuadamente los 11 objetos. Aquí, los resultados parecen invertirse, pues en la muestra M-PC19 son muchos más los alumnos que no contestan y práctiamente no hay alumnos que logren hacer corresponder los objetos con sus escalas.

Las diferencias de ambas muestras con los resultados de la primer pregunta están asociadas con dos factores; por un lado que han tenido mayor exposición escolar a representaciones gráficas de los elementos de esa pregunta -por ejemplo en las figuras de los libros de texto- y, por otro, al deficiente manejo que usualmente tienen los alumnos de las potencias de diez, aspecto que deberá reforzarse en cualquier proyecto para enseñar la ciencia en escalas nanométricas o menores (Figuras 2A y 2A’).

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 2A y 2A’ Las figuras muestran los porcentajes de aciertos en los cuales los alumnos de cada muestra asignan el orden adecuado a los objetos por su tamaño, en las que el número 11 corresponde al ordenamiento correcto de los once objetos. 

Cabe aclarar que para determinar si los alumnos respondían de forma correcta a las escalas, se tomaron como referencia los siguientes tamaños de los objetos: átomo de carbón, aprox. 0.2 nm (átomos entre 0.1-0.4 nm); molécula de agua, de 0.3-0.45 nm; ADN, aprox. 2 nm; virus, aprox. 100 nm; bacterias (procariontes), entre 1-15 micras; glóbulo rojo, aprox. 5 micras; óvulo, entre 0.1-0.14 mm; diámetro de cabello humano, aprox. 0.1 mm; hormiga, entre 0.5 y 1.0 cm; huevo de gallina, entre 6 y 8 cm, y niño, aprox. 1 m.

La dificultad que presentan los alumnos para reconocer las escalas de forma numérica, se corrobora en la pregunta 2, en la que se solicita determinen el tamaño relativo entre dos objetos¹ (cuántas veces es mayor uno que otro). Como podrá notarse de la Figura 3, un poco más de la mitad de los alumnos (51.4% y 55.5%, correspondientemente) no responde correctamente ninguna de las dos comparaciones, descendiendo al 31.4% (M-C19) y 37.7% (M-PC19) para una respuesta correcta y a un porcentaje alrededor del 10% para ambas comparaciones correctas, siendo un poco mayor para la primera muestra que para la segunda.

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 3A y 3A’ Porcentaje de aciertos en la asignación de tamaños relativos entre objetos. 

Estos resultados, desde luego no sorprenden como ya ha sido descrito. Sin embargo, sí enfatizan que los alumnos de ambas muestras no pueden ubicar las escalas y asignarlas a los tamaños de las cosas. Desde luego, esto constituye uno de los retos que todo intento de enseñar aspectos de nanociencias en las escuelas tiene que tomarse en cuenta. Si consideramos que cuando nos referimos a entidades pequeñas, todos los sujetos, incluidos quienes trabajan en el campo de NyN, construyen visualizaciones imaginadas de entidades físicas (ej. moléculas o conglomerados de moléculas) a escala humana perceptible para representarlos y generar ideas y acciones posibles con esas representaciones, resulta relevante que esas visualizaciones imaginadas puedan ser ubicadas en su escala correspondiente y tener así, una clara conceptualización de que una entidad a escala nanométrica es mucho más pequeña que, por ejemplo, una célula y más grande que un átomo. De la misma manera, es conveniente tener claro que entidades físicas en el rango de la nanoescala, puede tener distintos tamaños. Por ejemplo, una entidad puede ser centenares de veces mayor que otras y, sin embargo, seguir perteneciendo al dominio de las NyN. Si aspectos como estos no logran clarificarse en los alumnos, su único referente de los objetos es que son muy pequeños, sin que puedan ubicarlos entre las distintas entidades pequeñas.

Si bien es relevante conocer sobre las dificultades que presentan los alumnos en relación con el tamaño de los objetos, es necesario también conocer cómo ubican y en qué escala ocurren diversos procesos físicos, químicos y biológicos. Esto permitiría tener un panorama más completo del reto sobre la visualización de escala que los alumnos tienen para abordar temas de nanociencia. Para ello, las preguntas tres y cuatro nos proporcionan ese panorama.

En la pregunta tres del cuestionario se intenta averiguar si los alumnos pueden identificar la escala a la que ocurre la emisión de luz en un led, la división celular y la evaporación del agua. Para la evaluación de sus respuestas se tomó en cuenta que el orden de magnitud al que ocurren estos fenómenos corresponde a la dimensión del objeto donde ocurren y, en lugar de considerar una respuesta exacta, se plantea la posibilidad de que el alumno exprese el valor de uno o dos órdenes de magnitud próximos al nivel del objeto donde ocurre el fenómeno.²

La cuarta pregunta pretende conocer las posibilidades de los alumnos de, a partir de un proceso observado en la escala humana como, por ejemplo, la fricción, establecer hasta qué entidades pequeñas ese proceso puede ser analizado. Así, en esta pregunta (la 4a) se pide a los alumnos describir hasta qué tamaño se debe considerar, para tener una explicación lo más completa posible sobre la fricción y, en su caso, que describan a qué escala ocurriría esa explicación (pregunta 4b).

Como pregunta abierta, en esta cuarta pregunta hay la posibilidad de que los alumnos expresen su respuesta de múltiples formas, recurriendo a diversos modelos físicos. Para valorarlas, se establecieron cuatro categorías de acuerdo con el tipo de modelo y nivel de referencia a las dimensiones requeridas para la explicación a la que hagan alusión. Las categorías son: (1) hay fricción entre las partes de cualquier tamaño; (2) la fricción ocurre por la interacción entre gránulos o rugosidades de las superficies en contacto; (3) la fricción ocurre por la interacción electromagnética entre moléculas, átomos de las superficies en contacto; (0) cualquier otra explicación fuera de las tres categorías previas.

Ejemplos de lo que responden los alumnos:

4a. -El tamaño es invariablemente atómico porque la fricción es el resultado de las vibraciones atómicas de una parte del material que, de manera concomitante, hace vibrar los átomos del otro material. … Cuando friccionan dos diamantes (nivel macroscópico), una molécula de etano (nivel microscópico) pierde un átomo de hidrógeno y se convierte en un radical etilo que estará ligado a la estructura del diamante. Por lo que las fuerzas atómicas son la principal causa del deslizamiento y no las superficies rugosas.

4b -La escala está determinada por unidades atómicas. En las reacciones químicas intervienen fuerzas eléctricas, fuerzas de Van der Waals, …. (Estudiante 31, M-C19).

Como pordrá apreciarse, si bien este alumno reconoce que la fricción ocurre dentro de la categoría tres, su explicación está en función de reacciones químicas y, si bien menciona fuerzas eléctricas, muestra confusión entre los procesos que menciona.

4a -Puede ser a una escala de un ser humano, ya que sería más sencillo explicarlo, como hacer un proceso de rozamiento con las manos o con otros objetos.

4b -De 0.1 a 0.01 (centi). (Estudiante 9, M-PC19).

En este segundo ejemplo, las respuestas se ubican en la categoría dos, que es la más habitual que se dé en las clases de física en el bachillerato, pues la fricción se analiza como fuerzas de contacto, lo que refuerza lo conveniente de que, aún en casos como la enseñanza de la mecánica clásica, los alumnos pudieran tener una representación de las distintas escalas a las que ocurren los procesos físicos.

Las respuestas a las preguntas tres y cuatro muestran, nuevamente, que los alumnos no logran ubicar los procesos con los tamaños de los objetos y su correspondiente escala. En relación con la pregunta tres, se encuentra que, para M-C19, 22.85% de los alumnos (7 alumnos), identifican la escala de emisión de luz (1), 17.5% (cinco alumnos) la de división celular (2) y 5.7% (dos alumnos) la evaporación del agua (3). Por lo que toca al reconocimiento del nivel en el que puede explicarse la fricción, solo el 2.7% (dos alumnos) reconoce el nivel atómico-molecular, 22.85% (siete alumnos) el micrométrico y 2.85% (un alumno) el milimétrico. Para M-PC19, los porcentajes correspondientes son: 24.4% para la emisión de luz, 11.1% para la división celular y 2.2% para la evaporación del agua. En cuanto a la fricción, 2.2% reconoce el nivel atómico-molecular, 4.4% el micrométrico y 6.6% el milimétrico. Es de notar que el porcentaje de alumnos que no respondieron es mucho más alto en este caso (86.8%).

Este resultado de ambas muestras indica que, en un proceso de enseñanza de las NyN, no bastará con atender el problema de las escalas, sino que también habrá que poner atención a las dimensiones en las que ocurren los procesos, hacer comparaciones con los tamaños de los objetos y generar estrategias para abordarlos, como la presentación de imágenes correspondientes como se detallará más adelante.

Estos resultados, como veremos en el siguiente apartado, están estrechamente relacionados con su conceptualización de la materia y su comprensión de la generalización o no de las leyes físicas.

Propiedades de la materia y leyes físicas

Otro de los aspectos analizados para conocer los elementos con los que cuentan los alumnos para interpretar y representarse los temas que abordan las NyN son sus concepciones en torno a las propiedades de la materia y la universalidad de aplicación o validéz de las leyes de la física para el caso de las entidades pequeñas de la materia. Para ello se establecieron tres preguntas en el cuestionario.

En la pregunta cinco, se les presenta a los alumnos una sustancia (oro), en la que se enfatiza sobre algunas de sus características macroscópicas como maleabilidad y el color, y se pide a los alumnos establecer hasta qué escala se conservan estas características. Para valorar las respuestas de los alumnos, se tomó en consideración que el color amarillo y la maleabilidad del oro son propiedades macroscópicas que se pueden apreciar en láminas o polvo, esto es, en escala milimétrica. En cuanto al color, se estimó también que en joyería el denominado baño de oro es una capa de oro de espesor de 2 a 5 micras sobre otro metal base. Incluso el uso de nanopartículas de oro en coloides coloridos sirve para dar tonos dorados, por ejemplo, en la cerámica.

Las escalas sobre las cuales los alumnos podían ubicar sus respuestas fueron: a) miliescala, b) nanoescala, c) microescala, d) escala atómica (picoescala), e) macroescala. Las respuestas se valoraron de acuerdo con lo siguiente: cuando se incluye la opción d les asignó el valor 0; a las respuestas que incluyen todas las escalas excepto d se les asignó el valor 3; el valor 2 corresponde a las respuestas que incluyen hasta tres escalas válidas, y el valor 1 a las que seleccionan solo dos escalas válidas.

De los resultados se tiene que, el 40% (M-C19) y 49% (M-PC19) de los alumnos piensan que las propiedades de color y maleabilidad del oro se cumplen en todas las escalas, incluida la atómica, asignando así color y maleabilidad a los átomos de oro. Esto es consistente con diversas investigaciones sobre ideas previas en las que los alumnos trasladan las propiedades macroscópicas de las sustancias hasta los átomos, asignándoles color, dureza, etc. Son pocos los alumnos que logran reconocer todas las escalas válidas (8.6% y 5%) y buena parte de ellos (31.4% y 46%) aunque logra excluir la escala atómica, al parecer, de manera aleatoria, identifica tres escalas válidas pues seleccionan tres o dos de esas escalas de manera inconsistente.

Otro aspecto relevante es conocer las fuerzas fundamentales que los alumnos identifican que se aplican al nivel de la nanoescala. Para ello, se elaboró la sexta pregunta. En ella se indica a los alumnos que determinen si las fuerzas gravitacional, magnética, eléctrica y nuclear ocurren en los procesos a nivel nanoescala. Los alumnos pueden indicar si todas o algunas de esas fuerzas se aplican en ese nivel, por lo que sus respuestas se clasifican y valoran de acuerdo con los conjuntos de selecciones que llevan a cabo. Así, a los casos en los que incluyen las fuerzas nucleares y gravitacionales se les asigna el valor 0, aquí cabe aclarar que si bien la fuerza gravitacional está presente en escala nanométrica, es extremadamente pequeña, por lo tanto no es significativa en los procesos a esa escala y, desde luego, las fuerzas nucleares tampoco son relevantes. Al nivel nanométrico, la interacción se da principalmente entre las moléculas por las fuerzas eléctricas y magnéticas o de estas moléculas con la radiación electromagnética, por ello, se les asignó el valor 2 a las respuestas que incluyen las fuerzas eléctrica y magnética y el valor de 1 a los que incluyen estas dos fuerzas pero introducen la gravitacional o la nuclear. Como se aprecia en la gráfica de las Figuras 4A y 4A’ , solo el 11.4% y 13.3% de los alumnos, correspondientes a cada muestra, reconoce que únicamernte aplican las fuerzas eléctrica y magnética, mientras que en los demás casos incluyen a la fuerza gravitacional, la nuclear o ambas. Este resultado, puede estar asociado con los mismos procesos de enseñanza como se ha señalado, donde es común, como lo muestran diversos libros de texto, que cuando se explican esas fuerzas, sobre todo las de nivel macroscópico, no se hace énfasis en las condiciones de validéz de las fuerzas fundamentales.

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 4A y 4A’ Porcentajes de respuesta de acuerdo con el valor de reconocimiento de fuerzas: 0 si incluyen las fuerzas gravitacional y nuclear; 1 si incluye la fuerza gravitacional o la nuclear; 2 si solo incluyen fuerzas eléctrica y magnética. 

Como complemento a la pregunta seis, la pregunta siete pretende determinar si los alumnos pueden distinguir que no todas las leyes de la física son aplicables a todas las escalas. Para ello, se pide que respondan sí o no a la afirmación de que las leyes de la física se aplican en todos los casos desde las galaxias hasta los átomos y que justifiquen su respuesta. En este caso en M- C19, el 57% de los alumnos responde que sí hay diferencia y 37% que no. Para M-PC19 los datos son semejantes 51% responden que sí hay diferencias y 42.2% que no. Esto está estrechamente relacionado con su ambigüedad para determinar las fuerzas que se aplican en la nanoescala pues, nuevamente, pone de relieve que no hay una clara distinción entre el tamaño de la materia y sus interacciones, sean estas expresadas como fuerzas o como leyes.

En cuanto a sus argumentos, como podrá notarse de los siguientes ejemplos de respuestas, son poco explícitos y se limitan a remarcar su selección de sí o no.

Las leyes de la física no se aplican por igual a todos los objetos.

- A mi consideración no es así, debido a que depende el tamaño de ciertas cosas, depende de sus propiedades o bien de sus elementos, y esto no se puede aplicar por igual, se tiene que tener esa consideración, es como si se dijera que la casa de una persona con enanismo será igual a la casa de una persona con acromegalia, evidentemente no, ya que las dos cuentan con necesidades diferentes, al igual que con otras cosas. (Estudiante 7, M-C19)

Las leyes de la física se aplican por igual a todos los objetos.

- Las leyes de la física aplican para nivel macroscópico cómo nanoscópico ya que para que se vuelvan una ley tienen que pasar por experimentos que las comprueben en ambos niveles. (Estudiante 14, M-PC19)

Los resultados obtenidos a los cuestionamientos sobre estructura de la materia y aplicabilidad de las leyes físicas ponen de manifiesto que los alumnos presentan dificultades de comprensión de los aspectos básicos de la física y, por lo tanto, que toda propuesta de enseñanza de las NyN requiere de no dar por supuesto que los alumnos tienen una clara concepción de la materia y los fundamentos de la física, así como reconocer las principales ideas previas que tienen para abordarlas en las propuestas.

Como es de notar de las respuestas de los alumnos en esta sección, son semjantes para ambas muestras con dos contextos escolares distintos (a excepción de la identificación de escalas con objetos). Los resultados de ambas muestras presentan un panorama de las dificultades que tienen los alumnos sobre la materia y sus tamaños, sobre los procesos físicos y las escalas a las que estos ocurren, así como a su percepción de las fuerzas y leyes y su aplicabilidad en toda escala. Estos aspectos son importantes de tomar en cuenta pues, de no tener ninguna consideración al respecto, es probable que toda acción educativa o de divulgación, contribuya a esa confusión y, en lugar de hacer notar lo relevante de las nanociencias y que los alumnos dimensionen lo que implica en términos de los procesos y valoren las investigaciones y desarrollos que implican, solo quedará la difusa idea de que las nanociencias tienen que ver con pequeñas partes de la materia.

Parte 2. Las percepciones de los alumnos

Las siguientes preguntas se elaboraron con la finalidad de saber si los alumnos tienen información sobre las relaciones que guardan las nanociencias con las ciencias básicas y diversos campos disciplinarios. También, para saber si conocen algunas de sus aplicaciones y, del interés que tienen por conocer más sobre las NyN. A diferencia de estudios que indican las problemáticas que presentan los alumnos para la comprensión de los temas de nanociencias como se mostró previamente, en cuanto la percepción, interés y conocimiento general sobre las implicaciones de las NyN, se han llevado a cabo diversos estudios en el ámbito nacional. Algunos de ellos han mostrado las percepciones de estudiantes universitarios sobre la regulación, confianza y uso de las NyN así como sus campos de aplicación (^{Delgado y Peña, 2011}; ^{Mata y Peña, 2012}).

Sin embargo, no se tienen estudios sobre el nivel de bachillerato que den cuenta de ese tipo de temas y, sobre todo, de cuál es el interés que tienen los alumnos para que las NyN se introduzcan en la escuela, por lo que esta segunda parte del análisis nos aportará datos sobre esos aspectos.

La pregunta ocho pide a los alumnos establecer con cuáles de las ciencias, física, química y/o biología, las nanociencias están estrechamente relacionadas o forman parte. Para ello se ha considerado que las nanociencias se fundamentan, principalmente, en la física y la química, y puede tener repercusiones en cualquier área de la ciencia y la tecnología, como pueden ser las ingenierías y las ciencias de la vida. La valoración de esta pregunta se determinó por el número de ciencias que indican los alumnos con las cuales se relacionan las NyN, en una escala de tres a uno, con cero cuando no hay respuesta. Los resultados muestran que la mayoría de los alumnos de la muestra M-C19, esto es 65.7% relaciona las tres ciencias (biología, física y química) y el 11.4% dos de ellas, principalmente, física y química, sin embargo, es significativo el número de alumnos que no responde (23%). Por lo que toca a M-PC19, los porcentajes de respuesta son menos orientados hacia las tres ciencias pues el porcentaje que las incluye es 38%, la inclusión de dos de ellas 24% y al igual que en M-C19 eligiendo principalmente física y química y, a diferencia de la primera muestra, en M-PC19, 38% selecciona física como ciencia relacionada con NyN, problamente influídos por las clases presenciales de física.

Para ampliar el espectro de posibles relaciones que los alumnos conocen, se cuestiona (pregunta nueve) sobre los campos de relación y aplicación con las que las NyN tiene un vínculo estrecho. La pregunta pide que los alumnos establezcan y expliquen la relación entre las NyN y ocho áreas o campos del conocimiento: 1) medicina, 2) nuevos materiales, 3) partículas elementales, 4) bioquímica, 5) desarrollo de computadoras, 6) sociología, 7) ingeniería espacial y 8) ingeniería mecánica. Desde luego no es una lista que agote todas las aplicaciones e implicaciones de las nanociencias, pero se han considerado algunas de las más conocidas y de las que los profesores han mostrado mayor conocimiento (^{Sakhnini y Blonder, 2018}). En este caso la valoración fue de siete a cero, considerando un óptimo de siete relaciones (excepto sociología). En la Figura 5A y 5A’, se puede apreciar que son pocos los alumnos (6.1% y 2%) que relacionan las siete áreas significativas y, con porcentajes similares, diversos tipos de relaciones. Como en la pregunta anterior, es significativo el número de alumnos que no responde (más de 40% en ambas muestras).

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 5A y 5A’ Porcentajes de alumnos que relacionan de siete hasta un área de conocimiento con las aplicaciones de las nanociencias. El 0 indica que no hay respuesta y los números y secuencia de números indican con qué campo de conocimiento los alumnos relacionan las nanociencias. 

Como podrá notarse, los alumnos reconocen una relación más estrecha de las NyN con medicina y bioquímica, seguido del desarrollo de nuevos materiales y computadoras. Las relaciones con las ingenierías son menores y solo un estudiante de la primera muestra y uno de la segunda establecen relación con la sociología. En la pregunta 9 también se solicita la argumentación de los alumnos. Ejemplos de sus respuestas en relación con las áreas de aplicación son:

Medicina:

Se relacionan porque la nanotecnología en la medicina permite la creación de órganos artificiales y con este tipo de innovaciones tecnológicas se consigue manipular estructuras y propiedades a nanoescala como manejar células, virus o incluso piezas de ADN. (Estudiante 1, M-C19)

Desarrollo de computadoras:

La biotecnología se aplica a las ciencias de la vida. La nanotecnología se centra generalmente en incrementos o avances computacionales, en un mejor rendimiento electrónico y en la producción y almacenamiento de energía para diversas aplicaciones. (Estudiante 13, M-PC19)

Como podrá notarse, si bien los resultados tanto de quienes no responden como de quienes relacionan todos los campos de conocimiento son semejantes en ambas muestras, la dispersión de respuestas en la muestra pospandemia es mayor, indicando, posiblemente una selección más aleatoria.

¿Qué implicaciones conocen los alumnos que han tenido las nanociencias y la nanotecnología? Esta pregunta se abordó en el ítem 10 del cuestionario. La pregunta tiene cinco oraciones que los alumnos deben clasificar como falso o verdadero y argumentar su elección. Las oraciones son: a) las nanociencias nos ayudan a entender mejor nuestro mundo; b) la nanotecnología mejora nuestras condiciones de vida; c) la nanotecnología promueve el desarrollo económico; d) la nanotecnología puede utilizarse para analizar fenómenos sociales, y, e) la nanotecnología está fuertemente relacionada con nuestra vida diaria.

Las gráficas de la Figuras 6A y 6A’, dan cuenta de cómo es la relación falso-verdadero para cada una de las opciones. Se aprecia que, en ambas muestras, en las oraciones a), b), c), y, e), la mayoría de los alumnos las consideran verdadera, mientras que para la oración d) no hay tendencia clara. Como en los casos precedentes, la argumentación de los alumnos es precaria, la mayoría se limitan a reafirmar su selección.

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 6A y 6A’ Porcentaje de respuestas falso-verdadero para las cinco opciones de la pregunta 10. 6A 

Considerando las justificaciones expresadas en las preguntas 9 y 10, se puede afirmar, en general, que la visión de los estudiantes de las NyN, está en el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos que pueden tener aplicación, impacto y relación con diversas áreas; principalmente en medicina, ciencias de la vida y en el desarrollo de dispositivos tecnológicos. Los resultados de ambas preguntas nos indican que los alumnos son conscientes de que las NyN son relevantes para el desarrollo científico y tecnológico.

¿Quiéren los alumnos conocer de nanociencias en la escuela?, ¿bajo qué modalidad prefieren que se enseñe nanociencias en el bachillerato? Para conocer sus ideas sobre esas preguntas se cuestionó a los alumnos (ítem 11) si, en caso de incorporar el tema de las nanociencias cuál sería su preferencia. Se propusieron para ello ocho opciones:

Estas opciones se clasificaron para su análisis en tres categorías: curricular (C). Son las opciones que, de alguna manera, implican la incorporación de los temas de NyN en los planes y programas de estudio. Este grupo lo integran las opciones a, b, d y g; escolar (E). Son las opciones que aceptan la difusión o divulgación de los temas de las NyN en actividades extracurriculares dentro de los planteles escolares. Este grupo lo integran las opciones c y f; no escolar (N). Las acciones elegidas están fuera del ámbito escolar del bachillerato o bien no tienen ningún interés para los alumnos, lo que se corresponde con las opciones e y h. Para asignar valor a sus respuestas y cómo cada alumno hace una selección de posibilidades en orden de preferencia, se determinaron los patrones de respuesta según el promedio de preferencia, es decir, un patrón puede ser CEN indicando que el mayor promedio está en la selección de la categoría C, después la categoría E y, finalmente, el menor promedio para la categoría N. En caso de igualdad de promedios por categoría, esto señala en la cadena con un signo de igual. Por ejemplo, el patrón C = EN, indica que los alumnos tienen la misma preferencia por la categoría curricular que por la escolar. Los patrones encontrados fueron CEN, C = EN, ECN, NEC, NE = C.

En las Figuras 7A y 7A’ se muestran los porcentajes para cada cadena o patrón de respuesta. Como puede apreciarse, este es otro caso con resultados diferentes en cada muestra. Mientras que para M-C19 un porcentaje significativo de alumnos (46%) muestran interés en que las NyN se incorporen al currículo y a las actividades escolares y, prácticamente, no consideran que no deben ser enseñadas en el bachillerato (CEN), en M-PC19 el resultado es opuesto, 58% no muestra interés en que se incorporen al currículo ni a las acrtividades escolares (NEC) . Para M-C19, 28% de los alumnos prefieren, en primer lugar, que no se enseñe en el bachillerato, seguido de que se enseñen sin incorporar al currículum y muy pocos los que sí prefieren su incorporación curricular (NEC) y, para M-PC19, es muy bajo el porcentaje que tiene interés porque las NyN se incorporen al currículo escolar (2% para CEN) y prevalece la negativa a incorporarlo al currículo con 18% para NCE, que combinado con NEC, da como resultado que la mayoría de los alumnos de esta muestra (76%) no tiene interés en la incorporación curricular y escolar de las NyN. Los demás patrones de ambas muestras dan indicios de no tener una preferencia clara.

Fuente: Elaboración de los autores.

Figuras 7A y 7A’ Las gráficas muestran el nivel de interés por incluir las NyN en el currículum, esto es, como temas obligatorios y con actividades escolares así como la falta de interés por su incorporación en la escuela. 

Estos resultados muestran que, a pesar de reconocer la relevancia de las NyN para la forma actual de vida y los beneficios tecnológicos que puede traer, no manifiestan gran entusiasmo en una muestra y prácticamente nulo en la otra, para que este tema forme parte del programa curricular sino, en todo caso, como actividades que pueden llevarse en la escuela y fuera de ella pero complementarias como las de divulgación.

Como podrá notarse, la mayoría de los datos son semejantes en ambas muestras, dando cuenta de los mismos problemas y dificultades para comprender las escalas y asociarlas con objetos y procesos, así como las relaciones entre propiedades de la materia y leyes físicas a escala nanométrica. También, son semejantes sus percepciones sobre los temas y áreas que tienen relación con las NyN.

Los dos resultados que muestran diferencia signficativa son la identificación de esclas para el tamaño de los objetos y el interés que muestran para que este campo de la ciencia y la tecnología se incorpore de manera curricular y escolar. Dado el tamaño de las muetras y el carácter exploratorio del presente estudio, no es posible establecer alguna hipótesis explicatoria fundamentada. Sin embargo, sí indca aspectos en los que es necesario profundizar, especialmente en la falta de interés mucho mayor en la muestra que ya ha estado presencialemente en la escuela, de la que estuvo a distancia durante la pandemia, puesto que incialmente podría haberse pensado que los alumnos en la escuela presentarían mayor interés.