Varona

No.70 Enero-Junio, 2020.    ISSN: 1992-82

Promoción de la cultura científica en la escuela: investigaciones con enzimas

Promoting scientist culture in school: investigations with enzymes

MSc. José Manuel Carmo. Profesor Coordinador. Escola Superior de Educação e Comunicação, Universidade do Algarve. Faro, Portugal.
Correo electrónico: jmbcarmo@gmail.com

Recibido: julio 2019      Aprobado: septiembre 2019


RESUMEN

Como parte integrante del sistema científico-tecnológico, la educación en ciencia tendrá que comunicar la actividad actual de los científicos y ser científicamente válida; promover la cultura científica entendida como el desarrollo de una visión personal de una práctica de ciencia y tecnología más justa social y ambientalmente sostenible y de un conjunto de valores personales subyacentes; el desarrollo de competencias para intervenir efectivamente y constituirse en voz alternativa y, además, ser susceptible de promover el deseo de “saber sobre ciencia”. Una promoción eficaz de la cultura científica demanda un “abordaje contextual” y un modelo didáctico centrado en la investigación e indagación sobre situaciones y necesidades concretas de una comunidad local. El trabajo describe dos experiencias de desarrollo de propuesta educativas en torno a la actividad de las enzimas, a partir de la colaboración entre dos estructuras de la Ciencia: un grupo de investigación en Biotecnología y un centro para la divulgación de la ciencia en el marco de programas de postgrado en educación y en ciencia.

Palabras clave: cultura científica; enseñanza por investigación; enzimas en la escuela; ciencia y cultura.

ABSTRACT

As an in-built part of the science and technology system, education in science must communicate the real activity of scientists and be scientifically valid; promote scientific culture, understood as the development of a personal view of a more just and socially sustainable scientific and technological practice, together with its underlying set of values; develop competencies for intervening effectively and to assume alternative voice, but also to promote the desire to “know about science”. An effective promotion of scientific culture demands a “contextual approach” and a didactic model   centred in research and inquiry over concrete situations and needs of a local community. The work describes two experiences of development of educational proposals around the activity of enzymes, from the collaboration between two Science structures: a research group in Biotechnology and a centre for science divulgation, within the framework of post grade programmes in education and in science.

Keywords:  Scientific culture; Enquiry teaching; Enzymes in school; Science and culture



Introducción

La cultura científica es parte integrante del edificio científico-tecnológico

La aceleración de la Revolución industrial en finales del Siglo XIX ha exigido en paralelo el desarrollo de estructuras propias de la ciencia orientadas a la difusión del conocimiento científico y tecnológico, para todas las edades y a lo largo de la vida, inaugurando el concepto de “Centro de Ciencia” (Carmo, 2015a). Además, esta época ha exigido introducir la ciencia en la escuela, no solo por la modernidad que las ciencias representaban entonces, sino para responder a las nuevas necesidades de la producción. Desde la Exposición Universal de Londres, en 1851, las grandes exposiciones de la ciencia y de la técnica han dedicado gran atención a la modernidad en la educación por la divulgación de las nuevas pedagogías, presentados nuevos materiales escolares y los métodos para su utilización. Las exposiciones mundiales divulgan “urbi et orbi” la nueva luz en la educación que iluminaria las mentes de la humanidad, cual metáfora de la luz eléctrica que iluminaría a los hombres y que ha inspirado Martí (CEM, 2014).

Ciencia, tecnología e innovación son procesos sociales, por lo que además de los aspectos que les son intrínsecos, hay que considerar con igual importancia la comunicación popular de la ciencia, entendida como información asequible al pueblo, potenciador del diálogo de saberes y de su participación en el desenvolvimiento científico (Núñez Jover, Figaredo Curiel y Blanco Godínez, 2013; Delgado Díaz, 2013). El desarrollo económico y social está íntimamente vinculado al proceso de apropiación social del conocimiento que supone, no sólo competencias de investigación, sino también la educación del conjunto de la población a lo largo de la vida, lo que contribuye a la democratización del conocimiento y favorece el despliegue de una sociedad del aprendizaje. En el concepto de desarrollo del potencial de investigación científica y tecnológica visto como “gestión del conocimiento” se incluye también la asimilación del método de pensamiento científico y de la capacidad de interpretación y asimilación social de la ciencia, como un componente de la cultura (Lage Dávila, 2013). 

¡No es una flor en la solapa! El desarrollo del sistema científico y tecnológico exige un componente estructural de promoción de la cultura científica y para eso desarrolla sus propios dispositivos (Delicado, 2006; Carmo, 2015), ferias de ciencia, centros de ciencia y museos, que contribuyen con conocimiento y metodología a que la educación formal en la escuela sea científicamente valida y traduzca la ciencia que efectivamente se hace.

Desarrollo

Cultura científica

¿Qué contará para que una persona pueda ser considerada culta en ciencias, del mismo modo que pudiéramos considerar a otra, culta por saber literatura o música? ¿Qué podrá valer como cultura científica?

Más allá de las diferencias de designaciones y entendimientos en las varias dimensiones del concepto de cultura científica, Carmo (2017) sugiere que el contenido de la cultura científica deberá integrar tres diferentes dimensiones:

Hodson (2008) propone una jerarquía de niveles de cultura científica que la educación en ciencias deberá lograr:

Nivel 1- Constatar el impacto social de los cambios determinados por la ciencia y la tecnología, reconociendo que están determinadas culturalmente. Los alumnos son animados a reconocer el impacto social y ambiental de la ciencia y tecnología.

Nivel 2- Reconocer que las decisiones acerca de los desenvolvimientos de la ciencia y la tecnología son tomadas en función de intereses y que los beneficios obtenidos por unos pueden serlo para los otros. Reconocer que los adelantos de la ciencia y tecnología están relacionados con la distribución de la riqueza y el poder. Los alumnos son sensibilizados para la naturaleza sociopolítica de las prácticas de la ciencia y tecnología.

Nivel 3- Desarrollar visiones personales y definir un conjunto de valores personales subyacentes. Los alumnos son animados a luchar por una práctica de ciencia y tecnología más justa socialmente e ambientalmente sostenible;

Nivel 4- Preparar y desarrollar acciones. Adquirir los conocimientos y las competencias para intervenir efectivamente en el proceso de toma de decisión y constituirse en voz alternativa con sus propios valores e intereses.

Importa referir, además, la formulación de Shen (1975) que distingue tres tipos de conocimiento en la cultura científica:

El binomio de Newton es tan bello como la Venus de Milo.

Lo que hay es poca gente que se entere.

óóóó---óóóóóó óóó---óóóóóóó óóóóóóóó

(El viento afuera.)

Álvaro de Campos, Ingeniero. 15-1-1928

La cultura científica como un emprendimiento colectivo compartido

Los resultados de un gran número de estudios sobre comunicación y comprensión pública de la ciencia revelan que, en contraste con un elevado interés público por la ciencia, se constata, un nivel bastante bajo de cultura científica (Miller, 2001). Sus conclusiones generales convergen en la necesidad de adopción de un modelo de “abordaje contextual” (Ziman, 1992; Miller, 2001). Las personas adquieren la información que consideran necesaria para circunstancias específicas que les son personales, como trabajo o salud. Esto es, un modelo en que el aprendizaje no dependa de la cualidad de la fuente emisora, sino de una elección racional en función de la percepción de una necesidad, de una utilidad, e inserta en un contexto histórico-cultural (Ziman, 1992; Gregory, 200). Como Ziman (1992) destaca, en la comunicación pública de la ciencia hay que tener en cuenta el contexto social en que ocurre, como una comprensión de la ciencia en acción (Irwin y Wynne, 1996). El concepto de promoción de la cultura científica se reorienta, de una visión tecnicista de esparcir a los vientos la cultura científica didácticamente bien preparada sobre un sustrato, ignorante, pero ávido, en dirección a un modelo centrado en las necesidades concretas de formación de las organizaciones que componen una comunidad local, en que los divulgadores, se asumen mediadores entre la ciencia y las necesidades de saber. Esta es una perspectiva de “cultura científica útil” (Useful scientific literacy) defendida por Feinstein (2011) y que coincide con la perspectiva de cultura científica práctica de Shen (1975) a que se ha hecho referencia.

Tradicionalmente la cultura se obtiene en la escuela, pero actualmente la cultura científica y técnica está de tal modo repartida en la comunidad que se encuentra por todos lados un conocimiento más actual e útil. La escuela que responde a los retos de la actualidad procura integrar en su práctica curricular las contribuciones que la comunidad le brinda, como fruta madura en el árbol: la ciencia presente en las actividades productivas y en el medio envolvente; la ciencia por la voz de los ciudadanos, como médicos, ingenieros, agricultores y artesanos. Sin embargo, la escuela no pode hacer todo sola; los dispositivos de la ciencia para la promoción de la cultura científica tendrán que mediar entre la articulación e integración de la educación, formal o no formal, con otras entidades relacionadas con la ciencia y tecnología existentes en la comunidad. Lo que podrá definir el grado de cultura científica de una comunidad es el grado en que las instituciones de la comunidad son científicamente cultas; esto es, en qué medida las industrias, empresas de comercio y servicios, instituciones sociales y los órganos y estructuras de gobierno integran el conocimiento en su funcionamiento, como postula la Royal Society. (PUS, 1985; Layton, Davey y Jenkins, 1986). La comunidad culta científicamente trae el conocimiento hacia el centro de la vida colectiva por la mediación de los comunicadores en ciencia (Carmo, 2015b).

Didáctica de la promoción de la cultura científica

La comprensión de la ciencia dependerá del aprendizaje que cada individuo va construyendo a lo largo de su vida por intermedio de las diferentes oportunidades de aprendizaje que se le brindan: formales, no formales o informales, que buscan promover la cultura científica y el incremento del conocimiento y comprensión publica de la ciencia que, al final, corresponden a lo que se suele llamar “enseñanza”. Los procedimientos para la transferencia de conocimientos y la teoría que los soporta se designan corrientemente metodología y didáctica. Como las demás ciencias, la Didáctica ha evolucionado tremendamente durante el siglo XX.

Desde una perspectiva más empirista de aprendizaje por “descubrimiento” en los años 60, se pasa a la adopción generalizada de perspectivas socioconstructivista con el aprendizaje por “cambio conceptual”, y posteriormente hacia una perspectiva de aprendizaje por indagación, por investigación o pesquisa, sobre todo con la inclusión de los aportes del movimiento CTS (Ciencia-Tecnología-Sociedad) (Carmo, 2017b).

El proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias se puede caracterizar resumidamente por:

a) tener como propósito primordial la comprensión de la ciencia, la tecnología y sus relaciones y su influencia en la sociedad, y cómo el conocimiento social repercute en la ciencia y tecnología;

b) enfocarse en situaciones educativas socialmente justificadas y considerar los contenidos del conocimiento como un todo complejo, determinado por el contexto, y estructurado conceptualmente con el fin de darle sentido y respuesta, por medio de un diálogo entre conocimientos socialmente diversos;

c) exigir la contribución interdisciplinar de las ciencias y otras áreas de conocimiento de modo que se promueva una visión explícitamente integrada en la comprensión global del contexto y de los temas y, además, impulsar el desarrollo personal y social de los estudiantes.

El punto de partida han de ser las situaciones de la comunidad próxima de la escuela y del entorno, con raíces o incidencias sociales fuertes, en los cuales se puedan insertar los temas curriculares que, problematizados, despierten la atención de los alumnos, proporcionen ejercicios de pesquisa intra e intergrupal y les permitan involucrarse en situaciones problemáticas reales y abiertas para reflexionar sobre los procesos de la ciencia y de la tecnología, así como sobre sus interrelaciones con la sociedad y el medioambiente, sin respuestas prontas y previas, sino caminando hacia soluciones meramente provisorias, valorizando la integración de contenidos inter y transdisciplinarios, cultural e educacionalmente relevantes. Tal posición apela al pluralismo metodológico multidisciplinar y a procesos más abiertos y diferenciados que no consideran solo los contextos académicos por lo que no se confinan al espacio de la clase y de la escuela, lo cual proporciona a los alumnos la integración personal de conceptos y el análisis de sus propios métodos de trabajo. Con ello adquieren competencias que les serán útiles en el futuro y les permitirán construir un conocimiento más global. El nuevo conocimiento resulta como una reelaboración del pensamiento e integración de conocimientos procedentes de fuentes diversas en un proceso orientado de confrontación, negociación y ajuste hacia la construcción de significados de progresiva complejidad en dirección a la “hipótesis de progresión deseable”. Los contenidos son conceptos complejos que se organizan en torno a problemas relevantes para el contexto escolar, pero que, en lo esencial, se entienden como instrumentales en esa comprensión. En tal orientación de la enseñanza de las ciencias se destaca la cognición afectiva, emocional y social, en detrimento de lo racional, contribuyendo a una visión compleja del conocimiento científico y tecnológico. En conformidad, la formulación de los conceptos no está previamente establecida, sino que se consideran diferentes niveles en relación con las necesidades de comprensión de la situación o problema en estudio. El currículo escolar es un punto de llegada, flexible, abierto y poco previsible en que las actividades de síntesis, suelen ser elementos esenciales que revelan “post factum” el currículo real y el nivel de consecución.

La educación científica adquiere el sentido de un componente de una educación para la ciudadanía.

En esta perspectiva el contenido del conocimiento profesional del profesor incluye, más que un listado de conceptos específicos de su área de formación, una visión de la ciencia, del mundo y del hombre. Los objetos de estudio que enfrentará estarán en el campo de la sociología y la ética y no solo en el estricto dominio académico de su especialidad. El profesor coordina un proceso de aprendizaje cooperativo, no solo basado en la interacción social entre pares, sino que también requiere la interacción con los diferentes actores en la comunidad, articulando el conocimiento técnico y el conocimiento popular, con el conocimiento escolar. El profesor se asume como investigador en la elaboración del currículum y en la valoración crítica de su propia práctica (Stenhouse, 1971; Elliot, 2005).

En ruptura con una concepción positivista de la ciencia que coloca el énfasis en la transmisión de los productos de la ciencia y la tecnología, a través de un listado de contenidos considerados esenciales, absolutos e inequívocos, en esta perspectiva se considera una ciencia escolar que promueva la alfabetización científica y la escuela un foro vivo para el diálogo liberador y no para la conformidad social y la competencia entre los individuos y las sociedades. En esta perspectiva, las propuestas curriculares se centran en cuestiones, que emergen de los intereses y controversias humanas, por un proceso de desarrollo curricular al nivel de la clase, resultantes de la investigación compartida entre docentes de diferentes disciplinas, alumnos e investigadores, simultáneamente sobre el contenido de la educación y sobre las prácticas de enseñanza.

Este trabajo da a conocer dos experiencias de desarrollo de recurso educacionales propuestas de secuencias de enseñanza elaboradas de modo intencional desde la investigación científico-tecnológica en curso, para la enseñanza en los niveles secundario y preuniversitario. Esta labor se desenvolvió como parte de una formación simultáneamente científica y didáctica, considerando la comunicación social de la ciencia parte integrante de la formación científica y, al revés, que un profesor de ciencia deberá tener en su formación una dimensión de investigación científica. En uno de los casos la formación postgraduada es científico-tecnológica en el área de la Biotecnología y en otro es una maestría enfocada en la formación docente. Ambos casos están enmarcados por el apoyo de un centro de promoción de cultura científica (Centro Ciencia Viva de Tavira) y por un grupo de investigación en Biotecnología de la Facultad de Ingeniería de los Recursos Naturales, de la Universidad de Algarve, orientados por expertos de ambas en los dominios pedagógico y científico.

Primero caso

Margarida Vieira es graduada en Ingeniería Biológica y trabaja como becaria en un Centro de divulgación de la cultura científica. En una maestría en Ingeniería Biológica, su tesis se enfoca en la producción de enzimas celulósicas, con el uso de residuos industriales e implicación en la producción de biocombustibles. Sus objetivos son: producir un hongo productor de enzimas celulósicas en sistema batch, usando medios de crecimiento inductores de enzimas y evaluar la capacidad de las enzimas en la conversión en azúcares simples de la celulosa, hemicelulosa y leñocelulosa presentes en diferentes substratos, optimizando el rendimiento global del proceso de obtención de la fuente de carbono necesaria a la producción de biocombustibles. Sin embargo, por su trabajo concreto en la promoción de la cultura y el interés de su entidad empleadora, un Centro de Ciencia, se acordó incluir una vertiente de divulgación de la investigación para el público y las escuelas, demostrando que la investigación en Biotecnología que ocurre ahora mismo en un laboratorio, puede contribuir a la cultura científica de los visitantes de un Centro de Ciencia, así como en las escuelas por su relevancia curricular.

El modulo didáctico desarrollado intitulado Celulases -enzimas en acción (Vieira, 2010) incluye:

En un primer momento una presentación sobre hongos con el apoyo de una presentación de PowerPoint. Una “newsletter” con el mismo contenido para leer en casa;

Segundo momento: La investigación en clase se enfoca en la optimización del proceso de acción de la enzima celulosa en sustratos de uso corriente, como papel y algodón, en diferentes condiciones de tiempo y temperatura de incubación, por la cuantificación de la glucosa producida o por la pérdida de peso de sustrato.

En esta actividad los estudiantes se enfrentan a una serie de tomas de decisión típicas de un proceso experimental:
Identificar las variables experimental y dependiente.
Identificar las variables intervinientes.

Discutir la influencia de posibles variables intervinientes:

-temperatura: 40, 50, 60 ou 70ºC;

- tiempo: 1 y 2 horas;

- con y sin agitación;

- concentración de la Solución enzimática

- pH.

Seleccionar la variable experimental y definir las constantes.

Definir la variable dependiente (peso del sustrato o glucosa producida).

Diseñar un plan de acción o protocolo experimental.

Tercer momento: Pesquisa por los alumnos de información sobre la acción de la enzima y sobre la celulosa y los azucares resultantes.

Cuarto momento: Exposición-información sobre enzimas y su modo de acción, con apoyo de una presentación de PowerPoint, implicando los alumnos en el diálogo e integrando las contribuciones de sus lecturas.

Quinto momento: lectura de una “newsletter” y debate sobre las aplicaciones industriales de las enzimas, explorando con los estudiantes las implicaciones y potencialidades.

No obstante la autora propone la utilización de “tiritas para teste de glucosa” (DIABUR-TEST 5000), en Preuniversitario, lo cual es adecuado pues se pueden introducir métodos analíticos sencillos.

Segundo caso

Rosa Palma es profesora de Biología en Secundario y Preuniversitario, pero la Facultad exige que la maestría en Biología y Geología, especialización en enseñanza, tenga un componente significativo de investigación científico-tecnológica, teniendo en cuenta su importancia en la formación de un profesor de ciencias.

Además de estudiar la actividad de las enzimas de Cynara cardunculus y Pseudomona cepácia en el marco de un grupo de investigación en Biotecnología,desarrolla una propuesta didáctica. En este trabajo explora la transferencia de metodologías de investigación biotecnológica en enzimas naturales en la producción de queso y en el tratamiento de efluentes, para el desarrollo de metodologías investigativas de naturaleza experimental para la enseñanza de las ciencias en secundaria y, como en la experiencia anterior, abordando la interfaz Ciencia – Tecnología – Sociedad -Ambiente (CTSA).

El modulo educacional designado Biotecnología Viva - enzimas en acción en la producción de queso (Palma, 2007). se describe a continuación:

Momento 1

Posteriormente al estudio de la digestión se plantea una cuestión ¿Qué le ocurrirá a la leche durante la digestión? A ello le sigue:

1. Reflexión en equipo; 2. lectura de un texto sobre la composición de la leche y los cambios que sufre durante la digestión. 3. Una hoja-guía de la lectura y registro de las informaciones pertinentes para la conceptualización. 4. Utilización de la técnica “V de Gowin”.

Momento 2

¿Qué pasa con la leche en su transformación en queso?

  1. Primero los estudiantes expresan sus conocimientos: ¿Qué sabes?
  2. Después, se presenta un vídeo mostrando la producción artesanal de queso con la utilización de la flor del cardo (Cynara cardunculus). Alcachofa , Alcaucil
  3. Comparan las informaciones recogidas del vídeo con sus conocimientos anteriores con la técnica “V de Gowin”. ¿Qué se ha aprendido con el vídeo?
  4. El profesor sistematiza por la analogía con la digestión de la leche, con el apoyo de un PP.

Momento 3

Cada equipo recibe un protocolo que orienta la actividad “Producción de queso” con un procedimiento próximo al tradicional enseñado en el vídeo.
Para leer se distribuye un “flyer” sobre enzimas.

Momento 4

¿Qué influencia tendrán factores como pH y la temperatura en la actividad de la enzima?
Identifican factores, hacen previsiones. Cada equipo elegirá un factor, formula una hipótesis  y un plan para comprobarla. La hoja guía incluye un rutero para la exploración experimental, integrando la definición de la variable independiente y sus valores, el control de las restantes variables intervinientes y la definición operacional de la variable dependiente, el tiempo de cuajada, teniendo en vista la comparación de resultados.

Momento 5

Los estudiantes aprenden la técnica de producción de esferas de alginato, cuyo sentido práctico será comprendido posteriormente. La motivación viene por su belleza procesual.

Momento 6

Producción continúa de queso.

El profesor presenta la idea general acerca del uso de esferas de alginato en una columna para la producción continua de queso.

Los grupos buscan cómo planear un procedimiento integrando los aprendizajes anteriores. Debate colectivo de un procedimiento que se comprobará.

Momento 7

Se presenta una situación-problema a la cual los estudiantes tendrán que buscar respuesta, en una lógica de aprendizaje basada en problemas (PBL): Determinada industria produce efluentes de agua con demasiada grasa. ¿Qué tratamiento se podría sugerir a los dueños de la industria?

Las dos propuestas responden a las necesidades de la Educación en Ciencia, al permitir proporcionar a los estudiantes:

Conclusiones

En ambos casos presentados, se articulan contenidos de Biología y Química, se implementa la lectura y la búsqueda de información relevante. Las propuestas ofrecen material de comunicación para la exposición del profesor, de modo que se facilite el debate en el grupo-clase.

Desde el punto de vista metodológico-didáctico las propuestas se ubican en un marco general de aprendizaje por investigación. Las propuestas cumplen criterios de una enseñanza de naturaleza CTS. Sin embargo, no permiten implicar directamente los estudiantes en acciones concretas sobre su medio envolvente, como una estrategia de tipo CTS debería pedir, por lo que no se cumple el nivel 4 de Hodson a que se ha hecho referencia (Hodson, 2008). 

Es importante subrayar que las propuestas se desarrollaron en un marco de colaboración entre estructuras del edificio científico-tecnológico, un grupo de investigación en Biotecnología y un centro de promoción pública de cultura científica, en el marco de dos programas diferentes de formación postgraduada (maestría): una maestría científico-tecnológica y otro una maestría orientada para la formación docente, que en ambos casos consideran en simultaneo las dimensiones ciencia y divulgación de la ciencia.

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