Enseñanza del cambio climático

Lo que los educadores deben saber y pueden hacer

 

incendios en la Reserva Forestal Jamari, Brasil
Incendios en la Reserva Forestal Jamari, Brasil.

Hcome olas e incendios forestales en el oeste, tormentas severas y tornados en el sur, huracanes intensos a lo largo de las costas y lluvias e inundaciones extremas en el Medio Oeste y las Grandes Llanuras. A medida que más y más personas experimentan personalmente eventos climáticos severos y extremos, es cada vez más probable que crean en el cambio climático. Sin embargo, muchos todavía niegan o no entienden cómo la actividad humana, especialmente la quema de combustibles fósiles, está causando el calentamiento global y el cambio climático. Por lo tanto, existe la necesidad de educar a los estudiantes de hoy, los líderes del mañana y los tomadores de decisiones, sobre el calentamiento global y el cambio climático. Sin embargo, es un tema difícil de enseñar. Esto se debe en parte a que: (1) el cambio climático es un tema interdisciplinario; (2) requiere que los estudiantes analicen datos científicos y los conecten a modelos científicos; (3) el aprendizaje de los estudiantes está influenciado por conocimientos y experiencias previas; y (4) carece de un marco conceptual y una progresión de aprendizaje bien desarrollados.1

En este artículo, describimos cinco temas críticos sobre el calentamiento global y el cambio climático que los estudiantes de secundaria deben aprender y que todos los adultos deben comprender: (1) clima, clima y cambio climático; (2) el sistema climático de la tierra; (3) el presupuesto energético de la tierra y el efecto invernadero; (4) uso de energía y emisiones de carbono; y (5) debate sobre el cambio climático o no. Para cada uno, articulamos conceptos clave y brindamos algunas sugerencias pedagógicas en un intento de promover la enseñanza y el aprendizaje del calentamiento global y el cambio climático. Pero primero, repasemos la ciencia y lo que los estudiantes saben.

Calentamiento global y cambio climático

secuelas del huracán Dorian en Abaco, Bahamas
La comunidad científica está de acuerdo en que la tierra se está calentando y que esto se debe a la actividad humana, principalmente a la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), que altera la composición atmosférica de los gases de efecto invernadero.2 Las emisiones de gases de efecto invernadero, particularmente el dióxido de carbono (CO₂), derivadas del uso de energía han aumentado las concentraciones atmosféricas globales de CO₂ a niveles históricos, 412 partes por millón.3 Esto, a su vez, ha resultado en un aumento en el forzamiento radiativo global, causando que la temperatura promedio de la superficie de la tierra aumente en aproximadamente 1.6 grados Fahrenheit desde finales del siglo 19th (ver Figura 1). Este calentamiento global ha causado cambios regionales en la temperatura, las precipitaciones y los fenómenos meteorológicos extremos.4 En otras palabras, los climas de la tierra están cambiando. Las variaciones climáticas naturales por sí solas, ya sea debido a los cambios en el resplandor del sol, la órbita de la tierra o las erupciones volcánicas, no pueden explicar el grado de calentamiento medido en los últimos años 50. Un clima cambiante afecta los océanos, la nieve, el hielo y los ecosistemas de la Tierra.5 Por ejemplo:

  • Los océanos son más cálidos, más ácidos y crecientes;
  • El hielo marino ártico y los glaciares se están derritiendo;
  • La capa de nieve y la capa de nieve han disminuido; y
  • La duración de la temporada de crecimiento, las infestaciones de insectos y las migraciones de aves han cambiado.6

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Además, el cambio climático probablemente tendrá consecuencias para la salud humana y socioeconómicas.7

Debemos tener en cuenta que el calentamiento global y el cambio climático son dos fenómenos distintos que están estrechamente relacionados. El calentamiento global se refiere al aumento medido en la temperatura promedio global de la tierra, y este calentamiento está causando cambios en los climas de la tierra. El cambio climático es el cambio estadísticamente significativo en las condiciones atmosféricas debido a la actividad humana, del cual el calentamiento global es un factor.*

Comprensión de los estudiantes sobre el calentamiento global y el cambio climático

A partir de nuestras revisiones de la investigación sobre la comprensión de los estudiantes de secundaria sobre el calentamiento global y el cambio climático, desarrollamos un modelo general de comprensión de los estudiantes, como se muestra en la Figura 2. Debemos tener en cuenta que algunos estudiantes piensan que el efecto invernadero y el calentamiento global son los mismos, y que algunos estudiantes piensan que el efecto invernadero es causado por humanos. Nuestro trabajo y la investigación de otros también han demostrado que los estudiantes de secundaria no comprenden:

  • La relación entre los ciclos biogeoquímicos, el efecto invernadero y el presupuesto energético de la tierra;8
  • El impacto del efecto invernadero sobre el calentamiento global y su efecto sobre el clima;9 y
  • El impacto del cambio climático en las esferas o componentes de la tierra (p. Ej., Océanos, clima, distribución / diversidad de animales y plantas, y tierra).10

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Nuestra revisión de los libros de texto de ciencias y manuales de laboratorio descubrió que muchos aíslan o separan el clima del cambio climático, y que pocos fomentan la comprensión conceptual de los estudiantes sobre el calentamiento global y el cambio climático. De hecho, algunos pueden promover conceptos erróneos sobre el efecto invernadero.11 Los libros de texto de ciencia también pueden estar promoviendo dudas sobre la conclusión científica de que los cambios recientes en el clima están principalmente impulsados ​​por la actividad humana. Un análisis12 de varios libros de texto de ciencias de secundaria descubrieron que las elecciones gramaticales de los libros de texto expresaban incertidumbre acerca de si el cambio climático estaba ocurriendo y si los humanos eran responsables. Por lo tanto, los libros de texto se suman al desafío de enseñar a los estudiantes sobre el calentamiento global y el cambio climático.

Los cinco temas críticos que todo estudiante debe entender

1 Clima, clima y cambio climático

cultivos secados por la sequía en Texas
Muchos estudiantes luchan por comprender la relación entre el clima y el clima, y ​​el concepto relacionado del cambio climático. Por lo tanto, es importante que los estudiantes primero aprendan sobre el clima y luego investiguen los eventos climáticos en el contexto de los datos climáticos para aprender sobre el cambio climático. La diferencia entre el clima y el clima es una cuestión de escala. El clima son las condiciones a corto plazo (horas, días, semanas) de la atmósfera descritas en términos de temperatura, precipitación, humedad, viento, nubosidad, visibilidad y presión del aire. El clima es inherentemente variable, cambiando de un día a otro y de una estación a otra, con condiciones atmosféricas que fluctúan naturalmente dentro de un rango determinado para un momento y lugar específicos.

El clima es el promedio de esta variabilidad en el clima durante un año 30 o un período de tiempo más largo. Es el "suavizado" de la variación en el clima. Si bien se habla con mayor frecuencia del clima "promedio", los datos climáticos a largo plazo también nos ayudan a describir el rango de condiciones esperadas para una ubicación, la frecuencia de clima extremo y la probabilidad de ciertos tipos de eventos climáticos. Los datos climáticos son esenciales para comprender los patrones, las tendencias y los cambios en nuestro clima a largo plazo. Para reiterar, el cambio climático es el cambio estadísticamente significativo en las condiciones atmosféricas debido a la actividad humana.

Uno de los desafíos en la enseñanza sobre el cambio climático es que no se puede experimentar o medir directamente en la escala de tiempo de una clase. Los estudiantes pueden medir el clima diario o un evento climático extremo, pero lo que están observando podría ser el cambio climático o la variabilidad natural de la atmósfera. La comparación de los datos meteorológicos con los datos climáticos nos ayuda a poner el clima en contexto, pero es difícil atribuir un evento climático al cambio climático. Existe un campo completo de investigación en ciencias climáticas que explora la atribución de eventos climáticos extremos al cambio climático. Aún así, al comparar los datos climáticos y climáticos, los estudiantes pueden comenzar a comprender la conexión entre los eventos climáticos extremos y el cambio climático, en un nivel básico, explorando los patrones y las tendencias en los datos climáticos pasados.

Para enseñar sobre el clima y el clima, los maestros pueden hacer que los estudiantes recopilen datos diarios de temperatura y precipitación por un período de tiempo y luego los comparen con los datos climáticos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) para los Estados Unidos o su región o estado. Los maestros y los estudiantes pueden acceder a estos datos en la página web de "El clima en un vistazo" de NOAA: www.ncdc.noaa.gov/cag. Aquí, los maestros y los alumnos pueden manipular y analizar una variedad de datos climáticos (p. Ej., Temperatura, precipitación, días de grados de enfriamiento y calefacción e índices de sequía).

Por ejemplo, dados los eventos extremos de precipitación que ocurrieron esta primavera, estábamos interesados ​​en comparar la precipitación de mayo 2019 con los datos climáticos de la región del valle de Ohio. Usando la herramienta en línea, generamos un gráfico de series de tiempo para el mes de mayo comenzando con 1895 y terminando en 2019 (ver Figura 3), pero podríamos haber seleccionado cualquier período de tiempo, siempre y cuando fuera 30 años o más, y cualquier ubicación en los Estados Unidos. La herramienta es fácil de usar y, con la versión en línea, puede acercar y alejar el gráfico, lo que facilita su interpretación y puede descargar los datos sin procesar, que también se muestran en línea. Al interpretar el gráfico, podemos ver que la precipitación de 2019 de mayo estuvo por encima del promedio (normal) durante el período de tiempo identificado y está en línea con la tendencia creciente de precipitación durante el siglo pasado. Los estudiantes también pueden ver la variabilidad anual en la precipitación; es decir, algunos Mays son más húmedos y otros más secos, pero la precipitación general de mayo está aumentando en la región del valle de Ohio.

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Los maestros y los estudiantes también pueden usar datos climáticos para responder preguntas que puedan tener sobre el clima y el cambio climático. Por ejemplo, los estudiantes pueden querer saber si otras regiones de EE. UU. Experimentaron la misma precipitación extrema de mayo que la región del Valle de Ohio y, de ser así, si hay una tendencia creciente de precipitación en esas regiones. O los estudiantes pueden querer saber cómo la precipitación de mayo para la región del Valle de Ohio ha cambiado a lo largo de los períodos de tiempo, generando una serie de gráficos de períodos de tiempo 30-año (por ejemplo, 1899 – 1929, 1929 – 1959, 1959 – 1989 y 1989 – 2019) . De esta manera, los estudiantes se involucran en una ciencia más auténtica al hacer sus propias preguntas sobre el clima y el cambio climático y al usar datos "reales" para responder a sus preguntas.

Si los maestros carecen de computadoras en el aula, podrían generar conjuntos de datos del sitio web para que los estudiantes los analicen en papel. Estos enfoques para aprender sobre el clima, el clima y el cambio climático están alineados con los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación (NGSS),13 que enfatizan la importancia de la participación de los estudiantes en las prácticas de ciencias: hacer preguntas, analizar e interpretar datos, construir explicaciones y evaluar y comunicar información.

2 Sistema climático de la tierra

El clima de cualquier región de la tierra está determinado por el sistema climático, que consta de cinco componentes: atmósfera, océanos, tierra, vegetación (vida) y hielo (como se muestra en la Figura 4). Un cambio en el sistema climático de una región da como resultado un cambio en el clima de esa región. Una persona con conocimientos climáticos comprende cómo los humanos influyen en el sistema climático de la Tierra, y viceversa.14 Al mismo tiempo, el NGSS15 enfatizar la importancia de la instrucción científica que involucra a los estudiantes en el análisis, modelado y pensamiento sobre los sistemas en términos de sus componentes e interacciones. Por lo tanto, es importante que los estudiantes aprendan sobre el sistema climático de la Tierra y utilicen un modelo conceptual del sistema climático de la Tierra (por ejemplo, la Figura 4) como una herramienta para pensar sobre el clima y el cambio climático. Este enfoque se centra en observar los componentes del sistema climático (atmósfera, océanos, tierra, vegetación y hielo) y cómo interactúan, más allá de las simples relaciones de causa y efecto, para pensar en términos de interdependencia y retroalimentación.

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Al usar este enfoque, los estudiantes pueden diagramar el movimiento de la materia (p. Ej., CO₂) y la transferencia de energía dentro y entre los componentes y "trazar" el camino del CO the y la energía del sol a través del sistema, componente por componente. Los estudiantes pueden usar el modelo conceptual para responder preguntas y resolver problemas sobre el clima y el cambio climático. Por ejemplo: ¿Cómo impactaría un océano en calentamiento el sistema climático y el clima? ¿Cómo podría afectarles la deforestación? ¿Cómo se mueve el carbono a través del sistema climático y cómo podría afectar eso al sistema y al clima?

Hemos tenido éxito en obtener las ideas de los estudiantes sobre el sistema climático al hacer que dibujen un sistema climático, etiqueten sus partes y expliquen su dibujo. Los estudiantes, en pequeños grupos, luego comparten sus dibujos y explicaciones, discutiendo las similitudes y diferencias. Luego, los estudiantes usan un modelo conceptual (diagrama) del sistema climático de la Tierra para comparar y contrastar sus dibujos (ideas) con el modelo conceptual. Nuevamente, discuten las similitudes y diferencias entre sus ideas y el modelo conceptual. Como resultado, el modelo conceptual se convierte en una herramienta que los estudiantes usan para reflexionar sobre sus ideas y para pensar sobre el sistema climático de la Tierra. Alternativamente, los maestros pueden hacer que los estudiantes en pequeños grupos creen un póster del sistema climático que se pega a una pantalla y se comparte con la clase y se compara con el modelo conceptual.

Otra herramienta para involucrar a los estudiantes es hacer que dibujen un diagrama de eventos, que es un medio para pensar sobre las interacciones entre los componentes del sistema climático (ver Figura 5). Por ejemplo, los estudiantes usan el diagrama de eventos para pensar cómo la quema de combustibles fósiles impacta el sistema climático. Los estudiantes conectan los diversos componentes según sea necesario, identificando relaciones, retroalimentaciones e interacciones entre componentes, pensando espacial y temporalmente. El diagrama de eventos andamia su pensamiento y hace que su pensamiento sea visible.

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Es posible que los docentes quieran usar un modelo físico del sistema climático para demostrar cómo las diferentes superficies terrestres (p. Ej., Hielo, agua, vegetación y tierra) absorben y reflejan la luz solar (albedo), y luego comparan la demostración con el diagrama del sistema climático. Los maestros podrían modelar el sistema climático usando hojas de papel de construcción de diferentes colores para representar los diferentes componentes del sistema climático (p. Ej., Blanco = nieve / hielo / nubes, verde = vegetación, azul = agua / océanos y marrón = tierra; nota : negro podría usarse para representar asfalto y concreto gris).

Para realizar la demostración, coloque las diferentes hojas de papel de construcción de colores sobre una mesa debajo de una fuente de luz. Con un medidor de luz, mida la luz entrante y luego gire el medidor boca abajo y mida la luz reflejada de cada pedazo de papel de construcción de color. Para determinar el albedo de cada papel de color, divida la lectura de luz reflejada por la lectura de luz entrante. Las superficies con alto albedo reflejan más energía luminosa, mientras que las superficies con albedo inferior absorben más energía luminosa. Por lo tanto, las superficies con alto albedo tendrán temperaturas más bajas que las superficies con bajo albedo. Las superficies con bajo albedo serán más cálidas y emitirán (irradiarán) más calor (radiación infrarroja).

Luego, discuta con los estudiantes cómo los cambios en los componentes de la Tierra (papel de diferentes colores) podrían afectar el sistema climático de la Tierra. Los cambios en la vegetación, la cobertura del suelo o el hielo afectarían el albedo, aumentando o disminuyendo la temperatura de la tierra. Por ejemplo, a medida que la nieve polar y el hielo se derriten (blanco), más agua (azul) y tierra (marrón) están expuestas a la radiación solar. Debido a que el agua y la tierra tienen albedos más bajos que la nieve y el hielo que se derritieron, reflejan menos y absorben más radiación solar, haciendo que la tierra se caliente. El punto aquí es que la temperatura de la tierra puede cambiar cambiando la superficie de la tierra, lo que impacta el albedo de la tierra. El calentamiento global no se limita a los cambios en los gases de efecto invernadero; Los cambios en el albedo también afectan el calentamiento global.

Estos enfoques abordan lo que los investigadores16 A partir de una revisión de la literatura, hemos identificado como características clave del pensamiento sistémico:

  • La capacidad de identificar los componentes y procesos del sistema;
  • La capacidad de identificar relaciones simples entre y entre los componentes del sistema;
  • La capacidad de identificar relaciones dinámicas dentro del sistema;
  • La capacidad de organizar los componentes, procesos e interacciones del sistema dentro de un marco de relaciones;
  • La capacidad de identificar la naturaleza cíclica del sistema;
  • La capacidad de comprender patrones y relaciones dentro del sistema;
  • La capacidad de generalizar en base a una comprensión del sistema; y
  • La capacidad de pensar temporalmente, de pensar en términos del pasado, presente y futuro.

A medida que los maestros desarrollan e incorporan lecciones y actividades, deben integrar estos ocho aspectos del pensamiento sistémico. Al incorporarlos a la enseñanza del calentamiento global y el cambio climático, los estudiantes comprenderían mejor cómo el cambio climático es el resultado de un cambio en el sistema climático, cómo interactúan los componentes del sistema climático para determinar el clima y cómo cambiar un componente de el sistema impacta otros componentes del sistema.

3 Presupuesto de energía de la tierra y el efecto invernadero

El efecto invernadero es el impulsor del calentamiento global, que hace que cambie el clima de la tierra. Por lo tanto, comprender el efecto invernadero es un principio clave de la alfabetización climática.17 Al mismo tiempo, es difícil y desafiante enseñar a los estudiantes sobre el efecto invernadero.18 Los estudiantes de secundaria generalmente tienen uno de los cinco modelos mentales del efecto invernadero que influye en su pensamiento y aprendizaje (ver el cuadro a continuación).

Como nota al margen, hemos evaluado informalmente a estudiantes universitarios y hemos encontrado modelos mentales similares, con la excepción del Modelo 1. Además, algunos estudiantes creen que el efecto invernadero es causado por humanos, equiparando el calentamiento global con el efecto invernadero. Para aclarar, el efecto invernadero es un fenómeno atmosférico natural que calienta la superficie de la tierra (ver Figura 6). Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación (cambios en la superficie de la tierra) agregan gases de efecto invernadero adicionales, particularmente CO₂, a la atmósfera, lo que aumenta el efecto de calentamiento y provoca el calentamiento global. Esto a menudo se conoce como el efecto invernadero mejorado.


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Aunque el énfasis aquí está en enseñar el efecto invernadero, recomendamos que los maestros comiencen enseñando sobre el presupuesto energético de la Tierra, del cual el efecto invernadero es un componente. Al hacerlo, creemos que los estudiantes pueden desarrollar una comprensión más rica de la física del efecto invernadero: la absorción, la reflexión y la radiación de la energía del sol, y la diferenciación entre la radiación solar y la radiación terrestre.
La actividad común de los libros de texto que se usa para enseñar a los estudiantes sobre el efecto invernadero es hacer que los estudiantes establezcan un modelo físico. En general, esta investigación requiere que los estudiantes coloquen dos frascos de vidrio, uno con tapa, y coloquen un termómetro en cada frasco. Luego exponen los frascos a una fuente de luz y registran la temperatura de los frascos con el tiempo. Los estudiantes describen sus observaciones y explican sus datos, aprendiendo cómo el efecto invernadero atrapa el calor y calienta el aire con el tiempo.

Sin embargo, nos19 y otros20 han sido críticos con este modelo físico debido a sus limitaciones. Por ejemplo, este enfoque modela un "invernadero", no el "efecto invernadero". La diferencia fundamental es que en un invernadero, el vidrio evita que el aire interior calentado se mezcle con el aire exterior más frío, evitando la transferencia de calor o la convección, lo que calienta el invernadero. (Nota: esto es similar a por qué el interior de su automóvil se calienta cuando está estacionado al sol). Este calentamiento se debe a la supresión de la transferencia de calor por convección, en comparación con el forzamiento radiativo que se produce en el efecto invernadero. Creemos que este modelo físico refuerza los malentendidos de los estudiantes como se representa en los modelos mentales 1 (invernadero) y 4 (atrapamiento de calor).

Nuestra sugerencia para los maestros que desean usar este modelo físico para enseñar el efecto invernadero es involucrar a los estudiantes en el uso de un modelo conceptual (como se muestra en la Figura 6) del presupuesto de energía de la tierra y el efecto invernadero para discutir las limitaciones del modelo físico. Los maestros deben involucrar a los estudiantes en la identificación de las formas en que el modelo físico coincidía y no con el modelo conceptual.

Además, sugerimos que los maestros obtengan las ideas de los estudiantes al hacer que dibujen el efecto invernadero y etiqueten y expliquen su dibujo. En pequeños grupos, los estudiantes comparten sus dibujos y explicaciones, discutiendo las similitudes y diferencias. El maestro incluso puede publicar los dibujos en la pizarra para facilitar una discusión en clase. Luego, los estudiantes usan un modelo conceptual del presupuesto energético de la tierra y el efecto invernadero para comparar y contrastar sus dibujos e ideas (modelos mentales) con el modelo conceptual. Nuevamente, discuten las similitudes y diferencias entre sus ideas y el modelo conceptual. El modelo conceptual se convierte en una herramienta que los estudiantes usan para reflexionar sobre sus ideas y para pensar sobre el presupuesto energético de la Tierra y el modelo físico.

Las alternativas al modelo físico del efecto invernadero son dos excelentes modelos o simulaciones por computadora de PhET (Tecnología de Educación Física) de la Universidad de Colorado. Uno (disponible aquí) simula la interacción de la luz con la materia, mientras que la otra (disponible aquí) simula el efecto de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera sobre la temperatura a través de la absorción y emisión de radiación infrarroja. Nuevamente, los estudiantes deben usar un modelo conceptual del presupuesto energético de la Tierra para explicar cómo los modelos de computadora reflejan el modelo conceptual.

Un último punto que nos gustaría destacar es la importancia del lenguaje utilizado para hablar sobre los modelos físicos y conceptuales y los dibujos de los estudiantes (modelos mentales). Las ideas iniciales de los estudiantes probablemente reflejarán un lenguaje "cotidiano" como "atrapar el calor" o "el calor queda atrapado" o "la luz o el calor rebota". Este lenguaje cotidiano es un primer paso necesario para comprender el efecto invernadero; Sin embargo, es importante eventualmente diferenciar y vincular este lenguaje cotidiano con las ideas científicas de absorción y emisión o radiación de energía. El uso continuado del lenguaje cotidiano versus el lenguaje científico esencialmente refuerza o desarrolla malentendidos, como el modelo mental que atrapa el calor.

4 Uso de energía y emisiones de carbono

matanza de peces en Redondo Beach, California
Cuando se trata de eso, el cambio climático impulsado por el hombre es realmente un problema energético. El uso de combustibles fósiles como fuente de energía da como resultado la emisión de CO₂ a la atmósfera. Como se mencionó anteriormente, el CO₂ es el impulsor clave del calentamiento global y el cambio climático. Por lo tanto, para mitigar el calentamiento global, debemos abordar nuestro uso de combustibles fósiles. Debemos comprender cómo se mueve el carbono a través del sistema climático de la Tierra, cómo usamos exactamente los combustibles fósiles y cuáles son específicamente los principales emisores o fuentes de CO₂.

La concentración atmosférica de CO₂ está regulada por el ciclo global del carbono, el movimiento del carbono entre los componentes del sistema climático. Si bien este movimiento o flujo de CO₂ está dominado por procesos naturales que alternan el carbono entre la atmósfera, la tierra, la vegetación y los océanos, el uso humano de combustibles fósiles agrega CO₂ "extra" a la atmósfera. Este CO₂ emitido por el ser humano excede la capacidad de la naturaleza para absorberlo y, como resultado, las concentraciones atmosféricas han aumentado con el tiempo.

La ahora famosa curva de Keeling, una gráfica de la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre, muestra este aumento en los niveles de CO₂ atmosférico (ver Figura 7). Cuando quemamos combustibles fósiles, liberamos carbono almacenado a la atmósfera como parte del ciclo del carbono. Gran parte de este carbono se almacena en la atmósfera, donde puede permanecer durante 100 años, pero algunos se mueven entre la atmósfera, los océanos, la vegetación y la tierra. La concentración atmosférica de CO₂ ha aumentado aproximadamente un 40 por ciento desde los 1800.21 (Para el movimiento general de carbono, vea la Figura 8).

 


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Una actividad que simula el movimiento del carbono y cómo la actividad humana ha impactado el ciclo global del carbono es "El ciclo del carbono, entonces y ahora", creado por el Museo de la Naturaleza Peggy Notebaert en Chicago. En esta actividad, los estudiantes aprenden sobre el ciclo del carbono convirtiéndose en átomos de carbono y moviéndose a varias estaciones que representan los componentes del ciclo del carbono. Los estudiantes completan la actividad dos veces, una vez como átomos de carbono antes de la industrialización y otra vez como átomos de carbono postindustrializados. Es útil vincular esta actividad con los modelos conceptuales del ciclo del carbono y el sistema climático de la Tierra al hacer que los estudiantes tracen el movimiento del carbono a través de los modelos conceptuales.

En 2016, los combustibles fósiles proporcionaron alrededor del 81 por ciento de la energía utilizada en los Estados Unidos y representaron aproximadamente el 94 por ciento de las emisiones de CO₂.22 Varias actividades involucran a los estudiantes en el uso de calculadoras de huella de carbono para ayudarlos a determinar sus propias contribuciones de carbono al calentamiento global y para que reflexionen sobre las decisiones que toman y cómo podrían reducir personalmente sus emisiones de carbono. Aunque esta es una actividad importante para que los estudiantes aprendan sobre su huella de carbono, estamos de acuerdo con los investigadores.23 quienes sostienen que los estudiantes también deben comprender los aspectos sociales, políticos y económicos del uso de la energía y las emisiones de carbono, el panorama general, si se quiere.

Si bien la acción individual es importante, es probable que la solución al calentamiento global solo se logre a nivel político, a través de la acción gubernamental. Tal acción probablemente será impulsada por individuos a través de la actividad económica y política. Y esto requiere que los estudiantes comprendan firmemente el uso de energía y los datos de emisión de carbono para poder presentar argumentos basados ​​en evidencia para el cambio de políticas.

Para ayudar a los estudiantes a comprender cómo usamos la energía y emitimos CO₂ a la atmósfera, sugerimos que analicen los datos de energía y emisiones de CO₂. Los maestros y los estudiantes pueden acceder a estos datos desde el sitio web de la Administración de Información de Energía de EE. UU .: www.eia.gov. Al investigar estos datos, los estudiantes pueden aprender sobre la relación entre el uso de combustibles fósiles y las emisiones de CO₂ (como se muestra en la Figura 9), el uso de energía y las emisiones de CO₂ por sector (como se muestra en la Figura 10) y otros datos de uso de energía. Con esta información, los estudiantes pueden hacer recomendaciones de políticas basadas en datos que tienen como objetivo reducir las emisiones de carbono a nivel regional, estatal y nacional. A través de este proceso, los estudiantes consideran los pros y los contras de sus decisiones políticas, y consideran cómo los precios de la energía, el clima y la política gubernamental actual podrían afectar el uso de energía y las emisiones de carbono. La clave aquí es que los estudiantes se dedican a analizar y explicar datos para tomar decisiones o argumentos de política basados ​​en evidencia.

 


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Para ver ejemplos de actividades en el aula sobre uso de energía y emisiones de CO₂, los maestros pueden revisar las "Actividades para conceptualizar el clima y el cambio climático" que se encuentran en el Centro de Investigación del Cambio Climático de Purdue sitio web. Los profesores de ciencias de secundaria interesados ​​en un plan de estudios integral que enfatice el ciclo del carbono pueden querer revisar "Carbon TIME (Transformaciones en materia y energía)" un programa financiado por la National Science Foundation y dirigido por la Michigan State University.

5 Debate sobre el cambio climático o no

oso polar muerto de hambre en Svalbard, Noruega
Desafortunadamente, los que dudan y rechazan el cambio climático presentan desafíos a los educadores que enseñan sobre el cambio climático, influyendo en cómo los maestros presentan el cambio climático de una manera que compromete la precisión científica de sus lecciones. Los investigadores 24 descubrieron que algunos maestros, con buenas intenciones, enseñan el cambio climático de tres maneras inapropiadas. Un enfoque es enseñar tanto la perspectiva científica sobre el cambio climático como la perspectiva de los escépticos sobre el cambio climático. Pero hacerlo sugiere que no existe un consenso científico sobre la causa del cambio climático, y da credibilidad a las perspectivas que no cuentan con el respaldo de la comunidad científica y los datos climáticos. Un segundo enfoque es alentar a los estudiantes a llegar a su propia conclusión sobre la causa del calentamiento global y el cambio climático. Y el tercer enfoque es involucrar a los estudiantes en el debate sobre el cambio climático. Estos enfoques promueven la duda y la negación sobre el cambio climático y sugieren que es una controversia científica, que no lo es. También contradicen a la comunidad científica y los datos climáticos y dan credibilidad a los escépticos de la ciencia y sus datos no científicos.

Dado el consenso científico sobre la causa del calentamiento global y el cambio climático, los maestros deben enseñar la perspectiva científicamente aceptada sobre el calentamiento global y el cambio climático, no debatirlo. El debate y la controversia residen en los enfoques sociales, económicos y políticos para mitigar y adaptarse al calentamiento global y al cambio climático. Los maestros pueden involucrar a los estudiantes en el debate sobre estos diversos enfoques y soluciones al cambio climático y en la toma de decisiones políticas sobre el uso de energía.

TNo es fácil aprender y aprender sobre el calentamiento global y el cambio climático. Los estudiantes no pueden monitorear directamente el cambio climático debido a problemas de tiempo y escala espacial. Por lo tanto, para aprender sobre el cambio climático, es necesario que interpreten, analicen, expliquen y evalúen los datos climáticos, las proyecciones de datos basadas en modelos y los modelos conceptuales. Los estudiantes necesitan oportunidades para pensar sistemáticamente sobre el presupuesto energético de la tierra, el sistema climático y el cambio climático. Necesitan oportunidades para investigar y considerar el uso de energía y los datos de emisión de carbono. Y es importante que los estudiantes tengan la oportunidad de tomar decisiones informadas sobre sus propias acciones y comportamientos personales, así como los de las sociedades en las que viven.

Aunque proporcionamos varios ejemplos de actividades en el aula, es esencial que los maestros diseñen un plan de estudios coherente, que refleje la continuidad, que se base en las ideas y experiencias de los estudiantes, y que se alinee con el consenso científico. Por lo tanto, el tiempo necesario para enseñar sobre el calentamiento global y el cambio climático y las restricciones curriculares y las políticas educativas relacionadas con estos temas complican aún más dicha enseñanza. Sin embargo, las escuelas, los distritos escolares, los superintendentes estatales y los políticos deben darse cuenta del impacto del cambio climático y apoyar la enseñanza del calentamiento global y el cambio climático para el mejoramiento de nuestros estudiantes y el futuro de nuestro planeta.


Daniel P Shepardson es profesor de educación geoambiental y científica en el Departamento de Currículo e Instrucción y en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias de la Universidad de Purdue. Andrés S. Hirsch es profesor de física en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Purdue. Este artículo se basa en secciones de Enseñanza y aprendizaje sobre el cambio climático: un marco para educadores (Routledge, 2017), editado por Shepardson, Anita Roychoudhury e Hirsch.

* Para obtener más información sobre el cambio climático, visite https://science2017.globalchange.gov y https://nca2018.globalchange.gov (volver al articulo)

Notas finales

1 WR Johnson y CW Anderson, “Desempacando las expectativas de desempeño del cambio climático en los estándares científicos de la próxima generación”, en Enseñanza y aprendizaje sobre el cambio climático: un marco para educadoresed. DP Shepardson, A. Roychoudhury y AS Hirsch (Nueva York: Routledge, 2017), 106 – 119; DP Shepardson et al., "Conceptualización del cambio climático en el contexto de un sistema climático: implicaciones para el clima y la educación ambiental" Investigación educativa 18, no. 3 (2012): 323 – 352; DP Shepardson et al., "Cuando la atmósfera se calienta llueve y se derrite el hielo: Conceptos de los estudiantes de séptimo grado de un sistema climático" Investigación en educación ambiental 20, no. 3 (2014): 333 – 353; y DP Shepardson et al., "Concepción de los estudiantes de un sistema climático: implicaciones para la enseñanza y el aprendizaje", en Enseñanza y aprendizaje sobre el cambio climático: un marco para educadoresed. DP Shepardson, A. Roychoudhury y AS Hirsch (Nueva York: Routledge, 2017), 69 – 84.

2 Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Cambio Climático 2013: La Base de la Ciencia Físicaed. TF Stocker y col. (Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press, 2013); Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Informe especial de ciencia climática, Cuarta Evaluación Nacional del Clima, Volumen I (Washington, DC: 2017); y el Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Impactos, riesgos y adaptación en los Estados Unidos, Cuarta Evaluación Nacional del Clima, Volumen II (Washington, DC: 2018).

3 NASA, "Cambio climático global: signos vitales del planeta" https://climate.nasa.gov.

4 Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Cuarta Evaluación Nacional del Clima, Volúmenes I y II; Administración de información energética, "Explicación de la energía: su guía para comprender la energía", 2018, www.eia.gov/energyexplained/index.php; y Agencia de Protección Ambiental, Indicadores de cambio climático en los Estados Unidos, 2012 (Washington, DC: EPA, 2012).

5 Agencia de Protección Ambiental, Indicadores de cambio climático; Administración de Información Energética, "Energía explicada"; Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Cambio Climático 2013; y el Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Cuarta evaluación nacional del clima, Volúmenes I y II.

6 Agencia de Protección Ambiental, Indicadores de cambio climático; Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Cambio Climático 2013; y el Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Cuarta evaluación nacional del clima, Volúmenes I y II.

7 Programa de Ciencia del Cambio Climático de EE. UU. Y Subcomité de Investigación del Cambio Global, Análisis de los efectos del cambio global en la salud y el bienestar humanos y los sistemas humanos, Informe final, producto de síntesis y evaluación 4.6 (Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., 2008); Agencia de Protección Ambiental, Indicadores de cambio climático; Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Cambio Climático 2013; y el Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Cuarta evaluación nacional del clima, Volúmenes I y II.

8 E. Boyes y M. Stanisstreet, "El efecto invernadero: percepción infantil de causas, consecuencias y curas" Revista Internacional de Educación Científica 15, no. 5 (1993): 531 – 552; B. Fisher, "Apreciación de los estudiantes australianos por el efecto invernadero y el agujero de ozono" Australian Science Journal 44, no. 33 (1998): 46 – 55; y DP Shepardson et al., "Concepciones de los estudiantes de séptimo grado sobre el calentamiento global y el cambio climático" Investigación en educación ambiental 15, no. 5 (2009): 549-570.

9 Fisher, "Apreciación de los estudiantes australianos"; MVR Gowda, JC Fox y RD Magelky, "Comprensión de los estudiantes sobre el cambio climático: ideas para científicos y educadores" Boletín de la Sociedad Americana de Meteorología 78, no. 1 (1997): 2232 – 2240; D. Pruneau et al., "Experimentación con un proceso socioconstructivista para la educación sobre el cambio climático" Investigación en educación ambiental 9, no. 4 (2003): 429 – 446; y Shepardson et al., "Conceptos de los estudiantes de séptimo grado sobre el calentamiento global".

10 Boyes y Stanisstreet, "El efecto invernadero"; A. Kilinc, M. Stanisstreet y E. Boyes, "Ideas de los estudiantes turcos sobre el calentamiento global" Revista internacional de educación ambiental y científica 3, no. 2 (2008): 89 – 98; y Shepardson et al., "Conceptos de los estudiantes de séptimo grado sobre el calentamiento global".

11 S. Choi et al., "¿Promueven los libros de texto de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente el desarrollo conceptual de los estudiantes de secundaria y preparatoria sobre el cambio climático ?: Consideración de los libros de texto sobre las concepciones de los estudiantes" Boletín de la Sociedad Americana de Meteorología (Julio 2010): 889 – 898; y Shepardson et al., "Conceptos de los estudiantes de séptimo grado sobre el calentamiento global".

12 D. Román y K. Busch, "Libros de texto de dudas: uso del análisis funcional sistémico para explorar el marco del cambio climático en los libros de texto de ciencias de la escuela intermedia" Investigación en educación ambiental 22, no. 8 (2016): 1158-1180.

13 Consejo nacional de investigación, Un marco para la educación científica de K – 12: prácticas, conceptos transversales e ideas centrales (Washington, DC: National Academy Press, 2012).

14 Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Alfabetización climática: los principios esenciales de la ciencia del clima, Marzo 2009.

15 Consejo nacional de investigación, Un marco.

16 O. Ben-Zvi Assaraf y N. Orion, "Desarrollo de habilidades de pensamiento del sistema en el contexto de la educación del sistema terrestre" Revista de Investigación en Enseñanza de las Ciencias 42, no. 5 (2005): 518-560.

17 Programa de Investigación de Cambio Global de EE. UU., Alfabetización climática.

18 DP Shepardson et al., “Modelos mentales de los estudiantes de séptimo grado del efecto invernadero” Investigación en educación ambiental 17, no. 1 (2011): 1 – 17; M. McCaffrey y SM Buhr, "Aclarando la confusión climática: abordando agujeros sistémicos, brechas cognitivas y conceptos erróneos a través de la alfabetización climática" Geografía física 29, no. 6 (2008): 512 – 528; y L.-AL Dupigny-Giroux, “Explorando los desafíos de la alfabetización en ciencias climáticas: lecciones de estudiantes, maestros y aprendices de por vida” Brújula de geografía 4, no. 9 (2010): 1203-1217.

19 Shepardson et al., "Modelos mentales de estudiantes de séptimo grado".

20 Por ejemplo, ver P. Waggoner, C. Liu y RG Tobin, "Cambio climático en una caja de zapatos: resultado correcto, física incorrecta" Revista estadounidense de física 78 (2010): 536 – 540.

21 Administración de Información Energética, "Energía explicada".

22 Administración de Información Energética, "Energía explicada".

23 HK Miller y CW Anderson, "Uso de los conceptos transversales de NGSS como herramienta para el cambio climático y la educación para la ciudadanía", en Enseñanza y aprendizaje sobre el cambio climático: un marco para educadoresed. DP Shepardson, A. Roychoudhury y AS Hirsch (Nueva York: Routledge, 2017), 181 – 193.

24 M. Berbecco, K. Hefferman y G. Branch, "La duda y la negación como desafíos para la enseñanza del cambio climático" Enseñanza y aprendizaje sobre el cambio climático: un marco para educadoresed. DP Shepardson, A. Roychoudhury y AS Hirsch (Nueva York: Routledge, 2017), 235 – 245; y M. Berbeco et al., "Choose Controversies Wisely" Profesor de ciencias 81, no. 4 (2014): 8-9.

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Educador estadounidense, Invierno 2019-2020