Jorge Eduardo Arellano
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CHICAGO
En todo Occidente, los estándares en decadencia de la educación científica amenazan la prosperidad futura. Desde mediados del siglo XIX, la influencia y el crecimiento del Occidente han dependido de la innovación técnica y las hazañas científicas. Pero el Occidente se enfrenta ahora a una considerable competencia de las crecientes naciones de Asia, donde florece la educación en matemáticas y ciencias.

En general, la competencia en ciencia y tecnología es una bendición –mientras más avanzada sea una nación, será mejor cliente. Y la colaboración y los intercambios de personas favorecen la creación de empresas lucrativas y mejoran los niveles de vida. Pero hay que admitir que los decrecientes estándares de educación con el tiempo afectarán el crecimiento económico.

El Occidente, y en particular Estados Unidos, ya han vivido un momento de reconocimiento como éste, cuando la URSS lanzó el Sputnik en 1957. El llamado “shock del Sputnik” convenció a Estados Unidos y a Occidente de la necesidad de una reforma radical de la educación científica, sobre todo en cuanto a la contratación, capacitación y retención de maestros.

Una reforma a la que se debe dar prioridad actualmente es la que se refiere a las ciencias a nivel de educación media. Las matemáticas, que son el fundamento de todas las ciencias, dependen de su lenguaje conciso y de su orden lógico. La física, que alguna vez fue la materia que más se basaba en las matemáticas, ofrece conocimientos sobre la estructura de los átomos, y el uso de las matemáticas se ha extendido de ese campo a la química y a la biología. En esencia, todos los fenómenos químicos hayan su explicación en el átomo cuántico, mientras que la química y la física apuntalan la biología molecular que, desde el descubrimiento del ADN en los años cincuenta, domina la biología moderna. Todas las demás ciencias –la geología, la astronomía, las ciencias neurológicas, la oceanografía y las miles de materias que se desprenden de estas disciplinas –dependen de las combinaciones que se traslapan entre la biología, la química y la física.

Sin embargo, hoy en día la mayor parte de las instituciones de educación media inician el estudio de las ciencias con la biología. En Estados Unidos, se exigen generalmente tres años de estudios científicos y actualmente los estudiantes los cumplen en el siguiente orden: biología, química, física. Esta secuencia de estudios se concibió en 1893. Creo que es obsoleta, pedagógicamente desastrosa y que ignora los enormes avances científicos del siglo XX. Otras naciones industriales hacen ciclos con porciones de las disciplinas y desaprovechan la coherencia esencial de la secuencia F-Q-B.

El estudio de las ciencias debería comenzar con la física, no con la biología. Al estudiar física, los alumnos estudian álgebra simultáneamente, lo que los motiva con una sensación del poder de las matemáticas. Además, la física empieza con fenómenos cotidianos que no requieren muchas palabras nuevas (al contrario de lo que sucede con la biología de primer grado): movimiento, velocidad, aceleración, caída de objetos, un sentido de la gravedad como fuerza y algunos conceptos nuevos como la masa, la inercia y la energía, pero que tienen definiciones claras.

La física de primer grado, a diferencia de la biología de primer grado, ilustra el gran alcance de las leyes de la naturaleza y el poder de una ecuación para describir un gran número de fenómenos distintos se puede enseñar a este nivel. En el salón de clases se utilizan artículos simples de laboratorio para realizar experimentos: planos inclinados, poleas, resortes, péndulos simples, pero las reglas que se revelan tienen validez en el mundo real. La caída de un peso (o de una manzana) se puede conectar con la órbita de la luna alrededor de la Tierra e incluso con la estructura de las galaxias que contienen miles de millones de sistemas solares.

En efecto, podemos estudiar en la cómoda escala de un salón de clases las mismas fuerzas que mueven a los átomos y a los planetas. En el último mes o más de la física de primer grado se introducen los átomos, invisibles a simple vista, pero con sólidas evidencias indirectas. Aquí la física incluye las escalas de la distancia, de los átomos a las galaxias, las escalas del tiempo, de los nanosegundos a los siglos, y las escalas de la energía, desde los electronvoltios hasta los megajoules. Estos órdenes de magnitud requieren metáforas y repetición, pero son conceptos cruciales en nuestro mundo, sobre todo en cosmología y biología evolutiva.

La química de segundo grado utiliza la física de primer grado y profundiza y enriquece la comprensión del estudiante, pero no se necesitan principios básicos de química o de biología para la física de primer grado. En cambio, las aplicaciones cualitativas de la física a la química y la biología aumentan el interés y resaltan las conexiones. La química es en gran medida el estudio de las moléculas y, cuando son complejas, se da la misteriosa transición a la vida y la biología.

En todas las etapas del plan de estudios de las ciencias se deben hacer preguntas básicas. ¿Cómo funciona algo? ¿Cómo lo averiguamos? ¿Cuáles son las leyes comunes? No fue un físico, sino un biólogo, Julius Meyer, quien planteó por primera vez la ley de la conservación de la energía a partir de un estudio sobre los procesos energéticos biológicos. El químico Dalton fue el primero que presentó pruebas de la existencia del átomo y el ingeniero Sadi Carnot aportó las primeras evidencias de la segunda ley de la termodinámica.

La secuencia física-química-biología supone que el desarrollo académico profesional de los maestros es esencial. Los maestros (incluidos los que enseñan matemáticas) deben reunirse regularmente para revisar la evolución de sus cursos, su coherencia esencial y la inclusión de relatos que ilustren la forma en que funcionan las ciencias. Los maestros necesitan tiempo para conversar juntos.

Sé de más de 1,000 instituciones de educación media que han implementado la secuencia F-Q-B. La felicidad es casi universal a medida que los estudiantes comienzan a ver el panorama completo. Crece la popularidad de los cursos optativos de ciencias. Puesto que esta secuencia es para todos los estudiantes, lo que se conservará en el futuro son los relatos y, lo que es aún más importante, una forma científica de pensar. No hay empleo, profesión, actividad cívica que no se beneficie de este tipo de ecuación.

Pero para restablecer la vitalidad de las ciencias, debemos analizar todo el sistema educativo: los maestros, desde preescolar hasta la educación media superior, los estándares estatales y nacionales, evaluaciones productivas y que refuercen la educación, los materiales educativos y la tecnología de la educación y los avances en las ciencias neurológicas, la psicología cognitiva, la biología del desarrollo y la nutrición. Probablemente el liderazgo para este enorme y revolucionario esfuerzo tendrá que provenir de empresarios visionarios cuyas ganancias dependen de la educación y la racionalidad.

Leon Max Lederman, ganador del Premio Nobel de física, es director emérito del Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab) en Batavia, Illinois.

Copyright: Project Syndicate, 2008.

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Traducción de Kena Nequiz