A Odón de Buen la universidad le cambió la vida. Fue el ascensor social que le permitió salir del mundo rural sin formación y llegar a ser una personalidad reconocida. Sus años de formación universitaria fueron muy importantes tanto desde el punto de vista académico como desde el personal. En esos años de entorno universitario, entre 1880 y 1887, se hizo científico, pero también se hizo persona; aprendió los usos y costumbres de la vida académica y se rodeó de profesores que le apoyarían en su carrera y le ayudarían a establecer su espacio —en algunos casos, como con Ignacio Bolívar, tras notables disputas—; por otra parte, en torno al periódico Las dominicales del libre pensamiento, se hizo ciudadano preocupado por la sociedad de su tiempo y adquirió convicciones que determinarían su acción política.
Tras su expedición de navegación en La Blanca, tuvo claro que su destino era ser catedrático de universidad, así que se preparó para ello. Sus trabajos anteriores, como recolector del Museo Nacional de Ciencias Naturales, a las órdenes de Ignacio Bolívar, eran parte de su preparación, como lo fueron las primeras oposiciones a las que se presentó, para una cátedra en Valladolid, que no aprobó. También en aquellos años previos, en 1888, escribió una cartilla escolar de ciencias naturales en la que estaba ya expresada en el prólogo su idea de la pedagogía: “Solo te recomiendo que estudies más a la naturaleza en el campo que en los libros, por buenos que ellos sean.” Y continuaba diciéndoles a los maestros, a quienes estaba dedicada el libro, que “En modo alguno debe el maestro enseñar de memoria esta cartilla; debe considerarla como guía de lo que en el campo y en la escuela puede aprender el niño, y aumentarla y corregirla con todas aquellas observaciones que en los paseos y en casa ha de sugerirle la contemplación de la naturaleza, tan fecunda en enseñanzas, tan prodiga en buenos ejemplos.” Y también preparó un “Curso libre de historia natural”, que impartía en la Academia del Sr. Sanz de Diego, Infantas, 23, segundo, en Madrid.
En 1890 obtuvo la cátedra de Barcelona y comenzó una verdadera revolución educativa en la que los dos sellos de identidad, a lo largo de sus 44 años de catedrático —la mitad en Barcelona y otra mitad en Madrid— fueron las excursiones al campo y las prácticas de laboratorio. Tal y como escribe el historiador de la ciencia Thomas Glick, “Es importante darse cuenta de que De Buen está aquí describiendo una revolución en la enseñanza de las Ciencias Naturales, a base de trabajos de laboratorio y excursiones al campo, que él inició. No se trata sólo de una revolución conceptual. Faltaban marcos institucionales cuya institucionalización él mismo tuvo que estimular”.
En Barcelona, desde 1890 hasta 1911, y luego en Madrid, desde 1911 hasta su jubilación en 1933, daba clases de biología, de geología y de diversas ramas de las ciencias naturales, en asignaturas que era comunes para todos los estudiantes de ciencias, incluidos los de medicina. Por eso su influencia, los cerca de 25.000 alumnos que pasaron por sus clases, fue tan profunda.
Las excursiones al campo, a la zona volcánica de Olot y a Bañuls-sur-Mer cuando estaba en Barcelona, a la Ciudad encantada de Cuenca y al acuario de Mónaco o al de Nápoles desde Madrid, tuvieron una repercusión notable. A Cuenca, por ejemplo, arrastró incluso a profesores del claustro, como a Cajal, que hizo las primeras fotografías de las formaciones geológicas de la Ciudad encantada.
Además, durante su carrera como profesor, escribió muchos libros y manuales de sus asignaturas, alguno de los cuales, en 1895 y en Barcelona, le causaran problemas con la Iglesia al introducir en ellos, por primera vez en manuales universitarios, las teorías de Darwin. De aquél follón, que mantuvo la universidad cerrada cerca de dos meses, logró salir reforzado y posteriormente publicó un libro de divulgación, su Historia Natural, que fue un éxito. En el prólogo escribió que “No hubiera dado al público tan pronto esta obra sin ocurrir los sucesos universitarios del último curso. (…) He publicado rápidamente esta edición popular, que hacía mucho tiempo preparaba, respondiendo al vehemente apremio de la opinión pública, deseosa de conocer la obra anatemizada por la Iglesia, y a mis propósitos, que pongo siempre por encima de todo, de hacer llegar la ciencia positiva al corazón del pueblo”.
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