El sendero ecológico: un diálogo entre las ciencias sociales, la ecología y las matemáticas

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DOI del artículo: https://doi.org/10.26620/uniminuto.inclusion.11.3.2024.57-72

Antecedentes

El Proyecto Sendero Ecológico es una estrategia pedagógica ambiental y social con trece años de ejecución. La estrategia se creó con el objetivo de acercar a los estudiantes de la Institución Educativa El Pedregal (Medellín-Colombia) al cuidado de la naturaleza a partir de la transformación, recuperación y promoción de su zona verde, permitiendo a los estudiantes acercarse a otros espacios diferentes a las aulas de clase, y apropiarse de su entorno. Además de generar espacios de reflexión, posibilitan una oportunidad para relacionar las ciencias, contribuir directamente con la gestión ambiental y promover la investigación (Peñaherrera-Romero et al., 2022). En resumen, el proyecto busca que los estudiantes tomen conciencia de la vida, desarrollen habilidades ciudadanas a través del cuidado del medio ambiente, comprendan y protejan su entorno y promuevan la transformación social (Farfán et al., 2024).

Este artículo busca informar sobre una de las facetas propuestas en el proyecto Sendero Ecológico: la implementación de un proceso de modelación matemática desde una perspectiva sociocrítica. En este contexto, los estudiantes analizaron dos modelos relacionados con dos problemas socioambientales: el cambio climático y el desarrollo sostenible.

Los modelos utilizados son: la biomasa aérea de Schlegel (2001) y la biomasa de raíces de los árboles de Cairns et al. (1997). Estos modelos se seleccionaron porque permiten trabajar de forma interdisciplinaria aspectos sociales, ambientales y geométricos, como la altura y el diámetro de los árboles, que facilita la comprensión y aplicación de principios matemáticos en el análisis de la acumulación del carbono.

Tras este proceso, los estudiantes también discuten sobre temas relevantes de la sociedad contemporánea, es decir, el papel reflexivo de los modelos matemáticos dentro de los contextos estudiados (De Sousa y De Lara, 2023).

Para realizar esta tarea, se conformó un semillero de investigación escolar: los Plantamáticos, este grupo está integrado por 20 estudiantes de bachillerato de los grados octavo a once, cuyo objetivo es trabajar en equipo para proteger la naturaleza y descubrir nuevos conceptos matemáticos asociados a las plantas y con ello invitar a la comunidad educativa en general a crear alternativas que permitan conocer y disminuir problemáticas ambientales globales como el calentamiento global y el desarrollo sostenible.

Los problemas socioambientales son una preocupación latente que no dan tregua, por esta razón demandan ser estudiados en la escuela de manera integral (Massip et al., 2021), para que los estudiantes no solo los conozcan, sino que también asuman una posición crítica que represente un cambio de consciencia y que genere en ellos acciones de mitigación.

En este sentido, la modelación puede ser un factor integrador que permita la interdisciplinariedad pues dependiendo de su enfoque en el aula, se pueden adoptar diferentes perspectivas. Una de ellas, es la perspectiva sociocrítica, esta perspectiva tiene estrecha relación con los aspectos socioculturales de las matemáticas y su papel en la sociedad, donde el proceso de modelado busca generar una postura crítica en los estudiantes frente a su entorno (Kaiser y Sriraman, 2006; Araujo, 2009).

"Los problemas socioambientales son una preocupación latente que no dan tregua, por esta razón demandan ser estudiados en la escuela de manera integral (Massip et al., 2021), para que los estudiantes no solo los conozcan, sino que también asuman una posición crítica que represente un cambio de consciencia y que genere en ellos acciones de mitigación."

En este sentido, investigaciones sobre la modelación desde la perspectiva sociocrítica como los trabajos desarrollados por Caldeira (2008); Ocampo-Arenas y Parra-Zapata (2022) y Mancera-Ortiz et al. (2022) destacan la importancia de considerar la realidad ambiental, social, cultural y política de los profesores y estudiantes al realizar un proceso de modelación, lo que les permite entender y reflexionar sobre la vulnerabilidad social y ambiental de su entorno.

Por otro lado, Jacobini y Wodwotzki (2006), Ferreira y Wodewotzki (2007) y Da Silva et al. (2021) señalan la falta de estudios que exploren los elementos sociales y pedagógicos en la modelación, así como la necesidad de más investigación sobre la interdisciplinariedad en este campo. El crecimiento político y la formación de estudiantes críticos son aspectos esenciales de la alfabetización matemática que deben ir más allá del aprendizaje técnico de las matemáticas para incluir la conciencia social y la participación comunitaria.

Las posturas expuestas anteriormente, permiten observar la relevancia que tiene incluir la manipulación de los objetos matemáticos como herramientas para explicar fenómenos que suceden en el entorno de los estudiantes. En este sentido, la modelación permite, no solo facilita, aprendizajes significativos sobre conceptos matemáticos, sino que también posibilita el dialogo interdisciplinario mostrando la interrelación entre diferentes ciencias y como trabajan de manera coordinada para explicar un mismo problema desde sus diferentes perspectivas llegando a una solución única.

Al respecto, Da Silva et al. (2021) informan que la modelación propicia situaciones de interdisciplinariedad, es decir, un trabajo conjunto de diferentes disciplinas, un facilitador en la elección del tema a modelar donde los estudiantes reflexionan sobre diferentes aspectos ajenos a las matemáticas, pero alusivos al modelado.

Al este respecto, Cordero et al. (2019), señala que se debe fomentar un diálogo entre las matemáticas escolares y la realidad, siendo uno de los componentes a considerar los proyectos interdisciplinarios. Otra postura es la de Huincahue y Gaete-Peralta (2024) quienes identifican en su proceso de modelación que el uso de las matemáticas se convierte en un sustento metodológico para el desarrollo de problemas interdisciplinarios. De igual manera, Calderón et al. (2020) invitan a realizar estudios sobre la interdisciplinariedad en la educación secundaria donde la combinación de ecología, la política y la economía estén integrados curricularmente, y finalmente Navarro- Diaz et al. (2020) destacan la necesidad de formar en problemas socioambientales como el cambio climático, especialmente a los estudiantes, donde estos perciban este problema y fomenten su participación en la búsqueda de soluciones.

Los estudios revisados afirman la promoción de una educación en donde las matemáticas se conviertan en una herramienta de diálogo permanente con otras ciencias, en consecuencia, la modelación matemática y la interdisciplinariedad juegan un papel preponderante para la formación de estudiantes con sentido crítico frente a los cambios ambientales y sociales. Estas ideas dieron lugar a la siguiente pregunta de investigación ¿Qué estrategias educativas se pueden implementar para promover procesos investigativos de estudiantes y de docentes, en el Sendero Ecológico (zona verde) de la Institución Educativa El pedregal que promuevan la sana convivencia, el trabajo en equipo y la conciencia socioambiental?

En síntesis, se ha visto cómo desde el proyecto Sendero Ecológico se relaciona la modelación como ambiente de aprendizaje desde una perspectiva sociocrítica que promueve la interdisciplinariedad. A continuación, se describe la metodología empleada y las producciones de los estudiantes.

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Metodología

Esta investigación se enfocó en describir un proceso educativo, analizando las percepciones y acciones de un grupo específico de estudiantes desde una perspectiva cualitativa. Se empleó la investigación-acción participativa (IAP) como método para generar conocimiento y transformar la realidad educativa con la colaboración activa de los participantes (Valle et al., 2022; Alonso et al., 2023).

El estudio se realizó en Medellín, Colombia, en la Institución Educativa El Pedregal, donde se creó el semillero de investigación Plantamáticos, vinculado al proyecto Sendero Ecológico. Con 20 estudiantes de diversos grados, el semillero trabajó junto a los docentes una vez a la semana durante un año. La metodología se dividió en tres etapas colaborativas entre estudiantes y docentes (ver tabla 1), utilizando encuestas, producciones y observaciones para analizar las interacciones y el comportamiento de los estudiantes (Valle et al., 2022).

"Al este respecto, Cordero et al. (2019), señala que se debe fomentar un diálogo entre las matemáticas escolares y la realidad, siendo uno de los componentes a considerar los proyectos interdisciplinarios. Otra postura es la de Huincahue y Gaete-Peralta (2024) quienes identifican en su proceso ."

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Resultados

Primera etapa: Percepción e intereses

El objetivo de esta etapa fue que los estudiantes identificaran una problemática común y relacionada con el cuidado y protección que debe tener el medio ambiente, razones por las cuales se les propone hacer unos recorridos por el Sendero Ecológico y hacer unas observaciones centradas en el impacto del hombre en la naturaleza. Así los estudiantes identificaron las siguientes problemáticas:

• El suelo de la zona verde como cementerio de todo tipo de objetos.

• La falta de aseo, cuidado y responsabilidad con el tema de las basuras.

• El peligro que reflejan las espinas de arbusto y la maleza. Además de la poca accesibilidad a la zona verde.

• La falta de conciencia por el cuidado del medio ambiente.

• La falta de grupos de investigación.

• Poco mantenimiento y conservación de la flora institucional: árboles y arbustos.

En un segundo momento se hace una visualización de dos videos “La Silla Vacía”, 2021 y “Póveda”, (2021) que abordaban la situación climática de los últimos años en Colombia y el mundo. Estos videos invitaron a reflexionar sobre cómo desde los hogares podemos contribuir al cuidado del ambiente y mitigar los efectos del cambio climático.

Como consecuencia, los estudiantes del semillero plantean la siguiente pregunta: ¿Cómo influye el arbolado de la zona verde institucional en la disminución del impacto del cambio climático en la ciudad? A partir de esta pregunta y evitando el lenguaje catastrófico, se aborda una serie de términos relacionados con el clima, como el efecto invernadero, la capa de ozono, los fenómenos de El Niño y La Niña, el cambio climático y sus causas y efectos, así como la conservación y protección de la flora. Se realizó una comparación que mostró cómo el clima ha variado naturalmente en la historia de la Tierra, independientemente de la presencia humana. Se explica, además, por qué ahora se habla de una aceleración del cambio climático actual debido a factores antropogénicos.

Además, se deja abierta la posibilidad de considerar otros procesos naturales que también afectan notablemente el clima, como la radiación cósmica, cuyos efectos aún requieren mayor investigación (Carriazo et al., 2024). El proceso incluyó una profundización en el papel de la fotosíntesis y la respiración en el ciclo del carbono, la cual se lleva a cabo mediante el trabajo con microscopios para identificar las estomas como componentes fundamentales en el intercambio de gases en las plantas.

De este proceso, los estudiantes también obtuvieron algunas reflexiones, como se muestra en la Figura 1, donde se les solicitó realizar mapas de ideas sobre la importancia del arbolado urbano. En estos mapas, los estudiantes expresaron varias ideas que promueven la conciencia ambiental y la conservación. Identificaron la importancia del arbolado urbano para la producción de oxígeno, la reducción de contaminantes atmosféricos y la disminución de la sensación térmica. Además, destacaron su papel en la alimentación y anidación de aves y otros animales, la regulación del flujo de agua, la reducción del ruido, el embellecimiento del entorno y la estimulación cognitiva.

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Segunda etapa: Conceptualización: Proceso práctico de modelación

En esta etapa, se realiza un análisis de los modelos (ver Tabla 1) para cuantificar el carbono en los árboles de la zona verde institucional, se discute la influencia de las zonas verdes y los bosques en la mitigación del cambio climático y el desarrollo sostenible mediante la protección de la flora.

Se utilizan guías de clase y lecturas para explicar a los estudiantes la importancia de los ciclos del carbono, del oxígeno y del dióxido de carbono, y cómo la absorción de este último, en los ecosistemas naturales y zonas verdes urbanas disminuye los efectos del cambio climático generado por el ser humano.

Además, se explica de forma general cómo se realiza una cuantificación indirecta del carbono de un árbol. Posteriormente, se asignan árboles de la zona verde institucional para calcular su altura y el diámetro a la altura del pecho, reforzando conceptos básicos de trigonometría y circunferencias (Figura 2). Con base en el trabajo realizado, se desarrolla una calculadora de acumulación de carbono utilizando el programa Excel (Figura 3).

"Las producciones, exposiciones y reflexiones de los estudiantes demuestran cómo sus percepciones sobre los problemas socioambientales se integran en la perspectiva de modelación socio-crítica adoptada en el proyecto. Se observa la adquisición de aprendizajes interdisciplinarios que promueven la reflexión sobre el cambio climático y el desarrollo sostenible como lo plantean Cordero et al. (2019)."

En cuanto a los resultados obtenidos por los estudiantes, se encontraron 38 árboles en la zona verde institucional (ver Tabla 2). La familia más representativa es Myrtaceae, con la especie Syzygium paniculatum, que cuenta con 16 individuos. Para estimar el contenido de carbono en los árboles de manera conceptual con los estudiantes, se utilizó una estimación del 45% de la biomasa como contenido de carbono (Rodríguez, 2022), sin hacer distinción entre árboles y palmeras. Se obtuvieron 7498,98 kg de carbono acumulado en los árboles. Considerando el área de la zona verde institucional de 609,26 metros cuadrados, se calculó un total acumulado de 161,08 t C/ha de carbono. De este total, 131,88 t C/ha corresponden a la biomasa aérea y 29,20 t C/ha a las raíces.

Al final de esta etapa, los estudiantes evaluaron lo aprendido a través de presentaciones grupales que explicaban la creación de una calculadora de carbono y otros conceptos académicos relacionados con los temas ecológicos fundamentales como el cambio climático, el efecto invernadero y el rol de la vegetación en la reducción del impacto ambiental debido a la deforestación.

Además, se observó una distribución equitativa de tareas dentro de los grupos y un entendimiento de los conceptos trigonométricos necesarios para calcular la altura de los árboles y mostraron los resultados de la aplicación de modelos matemáticos para estimar el carbono retenido en las áreas verdes de la institución (ver Figura 2).

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Tercera etapa: Reflexión del proceso de modelación interdisciplinar.

En esta etapa, se busca identificar las reflexiones de los estudiantes a partir de una encuesta con preguntas diseñadas para fomentar conexiones entre la importancia de los aprendizajes adquiridos, la conciencia sobre el cuidado de la naturaleza y las acciones individuales que pueden llevarse a cabo desde sus hogares para mitigar el impacto del cambio climático. Las respuestas obtenidas en las encuestas fueron categorizadas por su contenido en temas comunes, lo que permitió identificar la frecuencia y relevancia de los distintos temas abordados por los participantes. Las preguntas y el análisis de sus resultados se presentan en la Tabla 2.

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Discusión

Al comparar los valores obtenidos en la zona verde institucional de 7498,98 kg de carbono acumulado en los árboles y 131,88 t C/ha de biomasa, aérea con estudios similares realizados en la Universidad de Antioquia, donde registraron un total de 757976,5 kg de carbono acumulado en la biomasa de los árboles del campus universitario, con un promedio de biomasa aérea de 42,58 t C/ha (Rodríguez, 2022), así como en el Tecnológico de Antioquia, donde se registraron valores promedio de biomasa aérea entre 123,36 y 121,18 t C/ha para su arbolado urbano (Escudero, 2019), los estudiantes reconocieron la importancia de la zona verde institucional para la captura de carbono y la mitigación del cambio climático; encuentran que este valor más alto de carbono por hectárea podría deberse a la proximidad de crecimiento de los árboles en la zona verde institucional, un concepto asociado a la densidad poblacional y, con la ayuda de los docentes, concluyen que otros factores como las especies presentes, las condiciones específicas de cada área y la utilización de diferentes modelos matemáticos también podrían influir en estos resultados. Este proceso corresponde a un análisis de modelos, con un enfoque híbrido de modelación matemática propuesto por De Sousa y De Lara (2023).

Las producciones, exposiciones y reflexiones de los estudiantes demuestran cómo sus percepciones sobre los problemas socioambientales se integran en la perspectiva de modelación socio-crítica adoptada en el proyecto. Se observa la adquisición de aprendizajes interdisciplinarios que promueven la reflexión sobre el cambio climático y el desarrollo sostenible como lo plantean Cordero et al. (2019), Calderón et al. (2020), Da silva et al. 2021 y Huincahue y Gaete-Peralta (2024). Los estudiantes aplicaron conceptos relacionados con el clima, las funciones trigonométricas, los logaritmos, la fotosíntesis, los bienes y servicios ecosistémicos, y las redes tróficas. Además, el análisis del arbolado urbano fomentó la conciencia sobre la importancia de conservar las zonas verdes urbanas, alineándose con los planteamientos de Araújo (2009) y Caldeira (2008) sobre la modelación socio-crítica en el diseño de ambientes de aprendizaje.

Se ha demostrado cómo implementar estrategias lúdicas y participativas con el entorno natural, genera un mayor impacto en la formación de compromisos significativos con la sostenibilidad y la adopción de prácticas ecológicas. Esto a su vez, contribuye a una conciencia creciente sobre la protección de la naturaleza (Garzón, 2023; Domínguez et al., 2023; Caldeira, 2008). Promover estrategias de restauración y cuidado de las zonas verdes permite formar vínculos con la naturaleza, generando beneficios físicos, sociales y emocionales. Este desarrollo de relaciones armoniosas con el ambiente es fundamental para reflexionar, reconstruir y resignificar las interacciones del ser humano con su entorno natural (Peñaherrera-Romero et al., 2022; Sander-Regier y Etowa, 2014; Caldeira, 2008).

La enseñanza del cambio climático y la adquisición de conciencia ecológica deben abordarse mediante una metodología coherente y didáctica que incluya contenidos conceptuales y actitudinales, así como estrategias que promuevan aprendizajes significativos en los estudiantes (Hache et. al, 2023; Meira-Cartea y Arto-Blanco, 2014). Esta conciencia ecológica se manifestó en los trabajos reflexivos de estudiantes sobre su papel en la mitigación del cambio climático y el cuidado de la naturaleza, en las que destacan la importancia del arbolado urbano para la conservación, su contribución en la disminución de los efectos del cambio climático, las propuestas de educación en el cuidado de la zona verde institucional con otros estudiantes, la promoción del reciclaje desde los hogares para evitar el mayor deterioro de la naturaleza y proponer estrategias de restauración en zonas verdes como lo es la siembra de árboles.

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Conclusiónes

La investigación permitió reconocer que la organización social del cuidado de personas con discapacidad en el territorio nuclea la participación de diversos actores familiares, territoriales y comunitarios que consolidan prácticas más o menos articuladas centrales para el sostenimiento de la vida. Sin embargo, las representaciones sociales construidas sobre la organización del cuidado lo consolidan, al menos discursivamente, como una tarea doméstica, donde se destaca a la familia como espacio social prioritario y a las mujeres adultas como garantes principales del cuidado cotidiano de las personas con discapacidad del municipio.

En ese sentido, se construyen en torno al cuidado nociones socialmente compartidas que fortalecen su feminización y familiarización: su asociación a saberes específicos que se adquieren a través de la práctica, la construcción de ideas vinculadas a la indispensabilidad de las mujeres cuidadoras como responsables principales y la instrumentalidad de cualquier práctica de autocuidado, que las relega a una posición de desigualdad existencial dentro de la esfera doméstica.

Por lo anterior, se considera relevante aunar esfuerzos materiales, culturales y educativos que permitan involucrar de manera más activa a otros actores en la organización social del cuidado. Estos incluyen tanto al Estado como garante de derechos a nivel nacional, departamental y municipal, a la comunidad organizada y a otros actores familiares y/o territoriales relevantes.

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Declaraciones:

"Los resultados de este estudio muestran que los ambientes de modelación en educación secundaria diseñados en la perspectiva socio-crítica facilitan las discusiones frente a las relaciones del hombre con su entorno y la importancia de los procesos de conservación, para que los individuos y comunidades educativas comprendan la importancia de las complejas relaciones existentes entre los seres vivos con su ambiente."

Los resultados de este estudio muestran que los ambientes de modelación en educación secundaria diseñados en la perspectiva socio-crítica facilitan las discusiones frente a las relaciones del hombre con su entorno y la importancia de los procesos de conservación, para que los individuos y comunidades educativas comprendan la importancia de las complejas relaciones existentes entre los seres vivos con su ambiente, y de cómo el hombre afecta los ecosistemas a través de la sobreexplotación de los recursos naturales favoreciendo así espacios de diálogo, reflexión y participación activa de los estudiantes.

El conocimiento del entorno natural, sus beneficios y de las consecuencias de su sobreexplotación, contribuyen a desarrollar sentido de responsabilidad sobre las acciones que toma el ser humano con su entorno, y al desarrollo de una visión sostenible de la explotación de los recursos renovables y no renovables, de manera tal que se puedan mantener en el tiempo para las próximas generaciones (Montoya-Osorio, 2014; Navarro-Diaz et al., 2020). La educación ambiental y la concepción de un mundo sostenible están profundamente relacionadas. No habrá un futuro sostenible sin una apropiada educación ambiental (Vilches y Gil, 2009; Calero et al., 2019; Navarro-Diaz et al., 2020).

Por esta razón, el sendero ecológico en la Institución Educativa El Pedregal, se convierte en una alternativa para que los estudiantes se aproximen progresivamente al conocimiento científico, aumentando su conciencia ambiental y sentido de pertenencia por el espacio que les rodea, además del entrenamiento, de la observación y la transformación de un espacio ecológico habitable.

A continuación, se mencionan los aportes pedagógicos que posibilitan un ambiente de aprendizaje como el sendero ecológico en la escuela desde una mirada de modelación interdisciplinar:

• Inculcar la capacidad de los estudiantes para reflexionar sobre su propio entorno, promoviendo la capacidad de autoformarse y de aprender a aprender uniendo la teoría con la práctica.

• La capacidad de servicio y el respeto por el otro, por su entorno y el medio ambiente, conservando la integridad de su mundo natural.

• La adquisición de las competencias desde el desarrollo de las dimensiones: saber, saber hacer y saber ser, desde la identificación de problemas socioambientales, la habilidad para transformar los espacios y adecuarlos, la capacidad para trabajar en equipo y por último el aprecio y respeto por la naturaleza.

• El trabajo colaborativo entre pares académicos para generar relaciones disciplinares.

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Declaraciones:

Agradecimientos: Los autores expresan agradecimientos al Centro de Investigación Escolar CEIPY por su ayuda y colaboración.

Procedencia: El presente trabajo se deriva de un proyecto de investigación escolar, adscrito a una línea de investigación: Medio ambiente y cultura, se trata de un producto parcial.

Financiación: Los autores declaran que el proyecto no tuvo financiamiento.

Aspectos éticos: En la ejecución del estudio los participantes fueron informados del proceso a través de un consentimiento por escrito.

Conflicto de interés: Los autores declaran que no hay ningún tipo de conflicto de interés.

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Derechos

Artículo de investigación / Research Article / Artigo de pesquisa

Conflicto de intereses: Los autores han declarado que no existen intereses en competencia