Los museos de ciencia tienen como objetivo ofrecer a sus visitantes educación y entretenimiento. Por ello, consideraremos cómo diseñar sus exposiciones para facilitar los procesos cognitivos, fundamentales para el aprendizaje de las ciencias. Hoy pondremos el foco en el proceso de comparación, un poderoso mecanismo que se aplica a una gran diversidad de temas. Plantearemos cómo las exposiciones de los museos pueden promover las comparaciones para educar e involucrar a los visitantes, y describiremos los apoyos cognitivos que existen para ello, aplicables tanto a los museos como a otros contextos de aprendizaje informal.
El aprendizaje de las ciencias implica un tipo de pensamiento relacional. Por ejemplo, comprender el alcance y los límites de las categorías naturales obliga a reconocer cómo los miembros de una categoría son similares entre sí y distintos de los de otros grupos. Existen, además, otras relaciones evolutivas más profundas entre los organismos que arrojan luz sobre el proceso de selección natural. Muchas categorías científicas se definen mediante relaciones abstractas, que muestran pocas (o ninguna) características manifiestas en común (Richland y Simms, 2015; Goldwater y Schalk, 2016). La maduración de un plátano, por ejemplo, se parece poco al derretimiento del permafrost ártico, pero ambos comparten la estructura abstracta de un sistema de retroalimentación positiva, un proceso perpetuado por sus propios efectos. El pensamiento relacional también está involucrado en el aprendizaje de modelos científicos que representan propiedades y relaciones clave inherentes a un objeto o sistema (Clement, 2008; Sibley, 2009; Kastens y Rivet, 2010; Stull y Hegarty, 2016). Comprender estos modelos implica entender la estructura espacial, temporal y causal que se muestra, así como la relación entre el modelo y el mundo real (Jee y Anggoro, 2019).
Una cuestión clave seria cómo promover el pensamiento relacional científicamente relevante en el contexto del museo. Fijémonos en un enfoque general basado en la investigación cognitiva y educativa sobre el pensamiento relacional, a saber, el uso de la comparación.
La comparación conlleva alinear los elementos de dos representaciones de acuerdo con el papel que juegan en un sistema común de relaciones, lo que se conoce como proceso de alineamiento estructural (Gentner, 1983). Al comparar el átomo (el caso menos familiar u «objetivo») y el sistema solar (el caso más familiar o «base»), se suele poner el foco en las relaciones estructurales, como la órbita de pequeños objetos alrededor de otro central más grande. Las características superficiales, como el tamaño absoluto de los objetos involucrados, se desvanecen en el fondo. De esta manera, el núcleo del átomo se coloca en correspondencia con el Sol, no porque se vean iguales, sino porque ambos objetos ocupan una posición central y atraen elementos circundantes en sus respectivos sistemas. A través de la comparación, se pueden abstraer los aspectos más amplios de la estructura relacional que une a ambos casos, lo que permite formar un nuevo concepto relacional (Gentner y Smith, 2012; Goldwater y Schalk, 2016). Sin embargo, si esos dos casos no se comparan explícitamente, estas abstracciones pueden pasar desapercibidas (Gick y Holyoak, 1983; Kurtz y otros, 2001; Richland y otros, 2007; Star y Rittle-Johnson, 2009; Goldwater y Gentner, 2015).
La comparación es un mecanismo poderoso que se ha utilizado para alcanzar una amplia gama de objetivos educativos (Richland et al., 2007; Rittle-Johnson y Star, 2007; Alfieri y otros, 2013; Jee et al., 2013). También ha demostrado ser eficaz en distintos niveles de edad, mejorando el pensamiento relacional de los niños pequeños en diferentes dominios (Gentner, 2010; Hespos y otros, 2020). Hoy exploraremos cómo se pueden diseñar las exposiciones de los museos para promover comparaciones científicamente informativas que involucren materiales ampliamente utilizados: especímenes naturales y modelos científicos.
En primer lugar, consideramos cómo se podrían usar pares de especímenes para promover el aprendizaje de información de categoría crítica, incluida la variabilidad dentro de la categoría, las distinciones de ésta y la estructura compartida que apunta a relaciones evolutivas profundas. Posteriormente, pasamos a aprender sobre los sistemas causales del mundo real a través de modelos científicos, y observamos que emparejar un modelo con una segunda representación relacionada podría aclarar el vínculo entre el modelo y el mundo real, y facilitar el razonamiento analógico sobre sistemas causales desconocidos.
Al hablar de aprendizaje basado en museos, que es más autodirigido y menos estructurado que la instrucción formal (Hurst y otros, 2019), no se puede dar por sentado que los visitantes participarán en comparaciones relevantes, ni siquiera cuando un par informativo de objetos se presenta en una vitrina. Tampoco se puede suponer que los tutores que acompañen a los niños brindarán la asistencia adecuada. De hecho, los padres pueden estar desmotivados para ofrecer una «experiencia educativa» a sus hijos (Collaboration for Ongoing Visitor Experience Studies (COVES), 2018) y subestimar el valor educativo de las exposiciones del museo (Song y otros, 2017). Los métodos que promueven el aprendizaje de los pequeños y fomentan la participación de los adultos en él son cruciales en este entorno (Pattison y Bailey, 2016). Por ello, consideramos que los aspectos de una exposición – incluida la apariencia visual de los especímenes o modelos exhibidos -, su estructura y su descripción en los letreros, cartelas y frases de apoyo (claims), podrían diseñarse para facilitar el proceso de alineación estructural para los visitantes.
Los especímenes naturales (esqueletos, fósiles, rocas, conchas, etc.) son un sello distintivo de los museos de ciencia. Se trata de objetos que brindan a los visitantes la oportunidad de observar la diversidad de la vida en la Tierra, un objetivo central de los marcos actuales de educación científica, como los «Estándares de Ciencia de Próxima Generación» (Consejo Nacional de Investigación, 2012, 2013). La exposición de especímenes naturales también podría ayudar a compensar el «impedimento taxonómico» identificado por el Convenio sobre la Diversidad Biológica, es decir, la disminución de la experiencia taxonómica, los recursos y la conciencia pública y de los responsables políticos (p. ej., Klopper y otros, 2002). Por lo tanto, la exposición efectiva de objetos naturales es de vital importancia para los objetivos educativos de un museo. Los especímenes naturales se exhiben de muy diferentes formas, desde vitrinas «llenas de cosas» hasta dioramas a gran escala que reconstruyen escenas de la naturaleza. Con el fin de aumentar la biodiversidad en la exposición, los museos a menudo dan prioridad a la inclusión de distintas especies, en lugar de mostrar múltiples especímenes del mismo tipo (Schilthuizen y otros, 2015). La Exhibición del Espectro de la Vida, en el Salón de la Biodiversidad en el Museo Americano de Historia Natural, contiene 1.500 especímenes – la mayoría de ellos representan especies únicas -. Sin embargo, existen ventajas potenciales cuando se presentan múltiples ejemplos de la misma categoría. Mostrando un solo ejemplo de una sola categoría, los visitantes son capaces de centrarse en detalles irrelevantes. Si lo que se presenta es un par de miembros de la categoría los visitantes pueden compararlos, dirigiendo la atención hacia la estructura relacional. De hecho, los niños tienden a clasificar los objetos en términos de relaciones taxonómicas (p. ej., vegetal) sobre características perceptivas (p. ej., redondas), después de comparar dos miembros de la categoría (Gentner y Namy, 1999). La visualización de ejemplos de categorías múltiples también podría iluminar aspectos de las clases naturales que, de otro modo, se podrían pasar por alto o malinterpretar. Con frecuencia, solemos subestimar la variabilidad que existe dentro de las categorías biológicas (Shtulman y Schulz, 2008). Se puede pensar que los tigres tienen aproximadamente el mismo número de rayas, o las mariquitas el mismo número de puntitos. Los adultos que prestan poca atención a la variación dentro de la categoría tienden a tener una comprensión más pobre de la evolución (Shtulman y Schulz, 2008). Ofrecer a los visitantes la oportunidad de comparar dos miembros de categorías que difieren entre sí – por ejemplo, un tigre con muchas rayas frente a uno con pocas -, podría ayudarles a apreciar la cantidad de variabilidad que existe dentro de las categorías biológicas.
Mostrar varios casos también puede transmitir una variabilidad sistemática dentro de una categoría. Por ejemplo, los machos y hembras biológicos de una especie suelen tener rasgos característicos diferentes, algo conocido como dimorfismo sexual. Las aves proporcionan gran cantidad de ejemplos sorprendentes. Sin embargo, estos patrones interesantes e informativos se ignoran efectivamente cuando solo se muestra un espécimen. De hecho, los visitantes pueden tener una impresión sesgada, ya que los especímenes machos se exhiben aproximadamente el doble de veces que las hembras (Mendenhall y otros, 2020). La comparación de un miembro de la categoría macho y hembra podría llamar la atención en cuanto a la variabilidad sistemática y – si se comparan múltiples tipos de animales – arrojar luz sobre patrones más amplios en la naturaleza.
Los especímenes naturales se pueden emparejar de varias maneras para promover comparaciones científicamente informativas. Además de los objetos naturales, los museos suelen exhibir modelos científicos que representan sistemas causales, como la tectónica de placas, los cambios de estado de la materia o el movimiento planetario. Las comparaciones entre múltiples modelos/representaciones visuales ayudan a los visitantes a comprender estos modelos y establecer conexiones importantes con el mundo real.
Los modelos científicos, como réplicas físicas y simulaciones por computadora, son representaciones de sistemas del mundo real (Consejo Nacional de Investigación, 2012). En ellos, es posible enfatizar los elementos clave de un sistema y eliminar los detalles irrelevantes; los objetos que son imperceptiblemente pequeños o grandes pueden no ser expuestos; los eventos que se desarrollan demasiado rápido o demasiado lento como para notarlo pueden ralentizarse o acelerarse. Estos aspectos ayudan a explicar cómo funciona el mundo (Clement, 2008; Sibley, 2009; Jee y otros, 2010; Kastens y Rivet, 2010; National Research Council, 2012; Stull y Hegarty, 2016). Por ello, los modelos y la modelización se consideran conceptos transversales importantes en la educación científica (Consejo Nacional de Investigación, 2012). Están muy extendidos, por ejemplo, en los museos de ciencia, desde reconstrucciones de especies extintas hasta simulaciones interactivas de sistemas naturales y máquinas hechas por humanos. Nos enfocamos en modelos de procesos causales, especialmente aquellos que representan sistemas del mundo real.
Como analogía adecuada, un buen modelo científico refleja la estructura relacional del sistema que representa (Sibley, 2009). El clásico volcán de feria de ciencias, que entra en erupción cuando se vierte vinagre y bicarbonato de sodio en un cráter en su parte superior, es un modelo científico pobre, ya que tergiversa la causa de una erupción volcánica. Incluso los modelos bien diseñados pueden ser difíciles de entender. Los que encontramos en los museos, cuando son muy abstractos – o con poca semejanza con la naturaleza -, pueden resultar difíciles de comprender para los visitantes (Afonso y Gilbert, 2007). Por otro lado, si son muy realistas podrían ocultar propiedades o comportamientos relevantes en un mar de detalles triviales (Uttal y otros, 1997; Goldstone y Son, 2005; Kokkonen y Schalk, 2020). Con un solo modelo, es difícil lograr un equilibrio ideal entre enfatizar la estructura relacional, que es fundamental para el aprendizaje profundo, y retener los detalles superficiales realistas, que fundamentan el modelo en el mundo real (Fyfe y otros, 2014). Las pantallas que permiten a los visitantes comparar un modelo con otro, o con una representación visual, podrían proporcionar una forma de superar este desafío.
Cuando los modelos científicos muestran objetos o eventos imperceptibles, como las estructuras moleculares o el movimiento planetario, es muy importante conectar el modelo con objetos y eventos que se pueden experimentar en la vida cotidiana. Presentar el comportamiento del modelo junto con un evento observable relacionado podría permitir a los visitantes apreciar mejor estas conexiones. En un estudio reciente, se instruyó a estudiantes de tercer grado para que compararan un modelo de rotación de la Tierra junto con un video sincronizado del movimiento aparente del Sol en el cielo. Se consiguió que descubrieran cómo el amanecer que observamos cuando un lugar de la Tierra queda expuesto a la luz solar se debe a la rotación hacia el este de nuestro planeta. Asimismo, aquellos que compararon los eventos modelados y observables aprendieron más sobre la causa del ciclo día/noche que los que recibieron lecciones que involucraban solo al modelo (Jee y Anggoro, 2019). Se podría implementar un enfoque similar en un museo utilizando un modelo de sistema solar sincronizado con una visualización cercana del «cielo», como en la Figura 2B. A medida que la Tierra gira en el sistema solar modelo, la pantalla adjunta muestra la vista desde una ubicación en la superficie de la Tierra. Otras ideas científicas contrarias a la intuición, como el vínculo entre la actividad molecular o los cambios de estado de la materia, podrían facilitarse mediante emparejamientos similares de modelos y representaciones visuales más familiares o intuitivas (p. ej., Samarapungavan y otros, 2017; Stieff, 2019).
El uso de múltiples modelos/representaciones también podría mejorar las analogías entre dominios: comparaciones de ejemplos de diferentes áreas temáticas. Cuando un modelo representa un sistema desconocido (el objetivo), una analogía con un ejemplo familiar (la base) puede ayudar a los visitantes a comprender cómo funciona dicho modelo. Por ejemplo, las ondas sonoras pueden compararse con las ondas de un estanque; la mitocondria de una célula, con una central eléctrica; la convección del manto de la Tierra, con una olla de agua hirviendo, etc. Analogías como estas se usan a menudo para comunicar ideas científicas (p. ej., Glynn, 1991; Harrison y Treagust, 2006; Jee y otros, 2010; Holyoak y Lee, 2017). En las exposiciones de los museos, las analogías suelen aparecer en forma de texto, como un letrero o leyenda para una exhibición (Valle y Callanan, 2006). Sin embargo, en ese caso se fundamentan en el recuerdo preciso del dominio base por parte del visitante, y también en su capacidad para mapear dicha base y el objetivo. Ambos procesos requieren recursos y son propensos a errores (Richland y otros, 2007; Simms y otros, 2018). Agregar una representación visual de la base puede ayudar a los alumnos a comprender una analogía y reducir la carga cognitiva de recuperación y mapeo (Richland y McDonough, 2010).
Las exposiciones que muestran múltiples especímenes, modelos y otras representaciones visuales brindan al público la oportunidad de participar en comparaciones científicamente informativas. Pero los visitantes pueden necesitar apoyos cognitivos adicionales para beneficiarse plenamente de estas oportunidades. En el contexto de aprendizaje informal de un museo, es muy importante incorporar soportes para la comparación en la exposición misma.
Los factores espaciales también consiguen apoyar el pensamiento relacional y el aprendizaje a partir de exposiciones interactivas. Para exhibiciones en las que se invita al público a compararse con un espécimen de museo (la huella de un dinosaurio, la envergadura de un cóndor, el hueso de la pierna de un mamut, etc.), es muy probable que se produzca un aprendizaje más profundo cuando el visitante logra colocar su cuerpo en una posición óptima para la alineación (Callanan y otros, 2016). Las exhibiciones que incluyen palancas, perillas y botones son más fáciles de entender y controlar cuando se ajustan a metáforas comunes entre el espacio y la cantidad, como «más está arriba» y «menos está abajo» (Lakoff y Johnson, 1980; Allen, 2004). La estructura espacial también apoya el razonamiento sobre las reglas relacionales que gobiernan un sistema natural o artificial. Por ejemplo, los niños de 3 años son más propensos a inferir una regla relacional – donde se necesitaban, por ejemplo, dos objetos iguales para activar una máquina – cuando los dos objetos se insertan en aberturas a ambos lados de la máquina (resaltando su relación) en lugar de colocarse encima (Walker y otros, 2020).
El lenguaje proporciona un apoyo útil para la comparación. Las cartelas, los subtítulos y demás información verbal pueden aclarar las conexiones entre los ejemplos. Incluso los niños pequeños se benefician de las indicaciones verbales, para comparar y aprender categorías relacionales abstractas de manera más eficiente, cuando los miembros están etiquetados con el mismo término (Waxman y Markow, 1995; Gentner y Namy, 1999; Gentner y otros, 2011). Si los procesos causales se muestran en múltiples representaciones visuales, los pequeños aprenden más cuando se les pide que piensen en las relaciones entre las representaciones (Hansen y Richland, 2020). Las etiquetas, subtítulos, instrucciones, etc. benefician a los niños prealfabetizados al influir en cómo se comportan sus cuidadores en una exposición. Los letreros simples permiten a los padres apreciar el valor educativo de las exhibiciones del museo (Song y otros, 2017). Esta conciencia lleva a los cuidadores a capitalizar las oportunidades educativas que ellos y sus hijos podrían perder de otro modo.
En los casos en los que los niños participan en una exposición junto con un tutor adulto, tienden a demostrar un pensamiento científico más crítico, como comparar diferentes fuentes de evidencia (Crowley y otros, 2001). Los padres pueden producir analogías espontáneas para ayudar a sus hijos a comprender las ideas científicas que encuentran (Valle y Callanan, 2006). A su vez, los niños aprenden más cuando sus padres usan un lenguaje que resalta las características o relaciones clave, por ejemplo, al referirse a las estructuras arquitectónicas («ángulo», «abrazadera», «viga transversal», «diagonal») mientras construyen una torre modelo (Gentner y otros, 2016). Las señales no verbales de los padres, como los gestos, también podrían ayudar a llamar la atención sobre las relaciones relevantes y respaldar el proceso de alineación (Alibali y otros, 2013; Richland, 2015).
Las cartelas y otros textos suelen ser más efectivos cuando se colocan dentro de una exposición muy cerca de especímenes y modelos relacionados, a diferencia de fuera de la exhibición en un cartel, otra aplicación del principio de contigüidad espacial (Mayer y Moreno, 2003). Esta proximidad garantiza que los visitantes noten la información verbal antes de interactuar con los materiales de exhibición. De hecho, el uso del lenguaje causal por parte de los padres predecía el uso productivo de los materiales de exhibición por parte de sus hijos (por ejemplo, construir máquinas con engranajes) solo si ocurría antes de que los niños usaran los materiales (Callanan y otros, 2019).
Aunque este enfoque se centra en el aprendizaje basado en museos, los métodos que promueven el pensamiento relacional podrían aplicarse ampliamente en la educación. La investigación sobre el aprendizaje de las matemáticas y las ciencias ha revelado que cambios relativamente pequeños en los materiales existentes, como la cantidad y el tipo de problemas de práctica que reciben los estudiantes, o el diseño espacial de un diagrama de ciencias, marcan una diferencia en el dominio del material por parte de los estudiantes (Higgins, 2020). De manera alentadora, cuando una secuencia de instrucción prepara el escenario para la alineación estructural, los niños pueden reconocer y transferir la estructura relacional sin una guía explícita (Sidney, 2020). Al incorporar aún más los apoyos cognitivos en los materiales educativos y las lecciones, el aprendizaje remoto e independiente de los estudiantes, que se ha disparado durante la pandemia de COVID-19, podría volverse más efectivo y manejable para maestros, estudiantes y cuidadores. En términos más generales, este enfoque haría que la ciencia resultará fácilmente accesible para los más pequeños quienes, de lo contrario, podrían recibir poco apoyo educativo en el hogar o en la escuela.
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Fotografía: West Side Mommy – Check out «Dogs! A Science Tail». Exhibit before it leaves the California Science Center.
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