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educación científica

La educación científica es la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia a escolares, estudiantes universitarios o adultos del público en general. El campo de la educación científ...

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La educación científica es la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia a escolares, estudiantes universitarios o adultos del público en general. El campo de la educación científica abarca el trabajo en contenidos científicos, el proceso científico (el método científico ), algunas ciencias sociales y algunas pedagogías de la enseñanza .

Los estándares para la enseñanza de las ciencias establecen expectativas para el desarrollo de la comprensión de los estudiantes a lo largo de toda su educación primaria y secundaria, e incluso más allá. Las materias tradicionales incluidas en los estándares son ciencias físicas , biológicas , de la Tierra , del espacio y humanas .

Antecedentes históricos

La primera persona reconocida como profesor de ciencias en una escuela pública británica fue William Sharp , quien dejó su puesto en Rugby School en 1850 tras incorporar la ciencia al currículo. Se dice que Sharp estableció un modelo para la enseñanza de las ciencias en todo el sistema de escuelas públicas británicas . [ 1 ]

La Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) publicó un informe en 1867 [ 2 ] en el que abogaba por la enseñanza de la «ciencia pura» y el desarrollo de la «mentalidad científica». El movimiento de educación progresista apoyaba la ideología del desarrollo mental a través de las ciencias. La BAAS hacía hincapié en la formación preprofesional específica en la enseñanza secundaria de ciencias. De esta manera, se podía preparar a los futuros miembros de la BAAS.

El desarrollo inicial de la enseñanza de las ciencias se vio ralentizado por la falta de profesores cualificados. Un avance clave fue la fundación del primer Consejo Escolar de Londres en 1870, que debatió el currículo escolar; otro fue la creación de cursos para formar a profesores de ciencias en todo el país. En ambos casos, la influencia de Thomas Henry Huxley fue fundamental . John Tyndall también influyó en la enseñanza de las ciencias físicas. [ 3 ]

En Estados Unidos, la enseñanza de las ciencias era un conjunto disperso de materias antes de su estandarización en la década de 1890. [ 4 ] El desarrollo de un currículo de ciencias surgió gradualmente después de un extenso debate entre dos ideologías: la ciencia ciudadana y la formación preprofesional. Como resultado de una conferencia de treinta destacados educadores de secundaria y universitarios en Florida, la Asociación Nacional de Educación nombró un Comité de Diez en 1892, que tenía autoridad para organizar futuras reuniones y nombrar comités de materias de las principales materias impartidas en las escuelas secundarias. El comité estaba compuesto por diez educadores y presidido por Charles Eliot de la Universidad de Harvard. El Comité de Diez nombró nueve comités de conferencias: latín ; griego ; inglés ; otras lenguas modernas ; matemáticas ; historia ; gobierno civil y economía política ; física, astronomía y química; historia natural; y geografía. Cada comité estaba compuesto por diez destacados especialistas de universidades, escuelas normales y escuelas secundarias. Los informes de los comités se presentaron al Comité de Diez, que se reunió durante cuatro días en la ciudad de Nueva York , para elaborar un informe exhaustivo. [ 5 ] En 1894, la NEA publicó los resultados del trabajo de estos comités de la conferencia. [ 5 ]

Según el Comité de los Diez, el objetivo de la escuela secundaria era preparar a todos los estudiantes para tener éxito en la vida, contribuyendo a su bienestar y al bien de la sociedad. Otro objetivo era preparar a algunos estudiantes para tener éxito en la universidad. [ 6 ]

Este comité apoyó el enfoque de ciencia ciudadana centrado en el entrenamiento mental y excluyó el rendimiento en estudios científicos de la consideración para el ingreso a la universidad. [ 7 ] La BAAS fomentó su modelo de mayor trayectoria en el Reino Unido. [ 8 ] Estados Unidos adoptó un plan de estudios que se caracterizó de la siguiente manera: [ 5 ]

  • La enseñanza elemental de las ciencias debe centrarse en fenómenos naturales sencillos (estudio de la naturaleza) mediante experimentos realizados "sobre el terreno".
  • La enseñanza secundaria de ciencias debe centrarse en el trabajo de laboratorio y en las listas de experimentos específicos preparadas por el comité.
  • Enseñanza de hechos y principios
  • Preparación universitaria

El formato de formación mental compartida y la formación preprofesional dominaron el currículo desde sus inicios hasta la actualidad. Sin embargo, el movimiento para incorporar un enfoque humanista , como la inclusión de las artes (STEAM) , la ciencia, la tecnología, la sociedad y el medio ambiente, está creciendo y se está implementando de forma más generalizada a finales del siglo XX. Informes de la Academia Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS), incluido el Proyecto 2061, y del Comité Nacional de Estándares y Evaluación de la Educación Científica detallan objetivos para la enseñanza de las ciencias que vinculan la ciencia impartida en el aula con aplicaciones prácticas e implicaciones sociales.

Áreas de la enseñanza de las ciencias

La ciencia es una materia universal que abarca la rama del conocimiento que examina la estructura y el comportamiento del mundo físico y natural mediante la observación y la experimentación. [ 9 ] La enseñanza de las ciencias se divide comúnmente en los siguientes tres campos: biología , química y física . Además, existe una amplia literatura científica que aboga por la inclusión de la enseñanza de la naturaleza de la ciencia , la cual se está incorporando gradualmente a los currículos nacionales. [ 10 ]

enseñanza de la física

Demuestra un cuerpo libre

La enseñanza de la física se caracteriza por el estudio de la ciencia que trata sobre la materia y la energía, y sus interacciones. [ 11 ]

Physics First , un programa avalado por la Asociación Estadounidense de Profesores de Física , es un plan de estudios en el que los estudiantes de noveno grado toman un curso introductorio de física. Su propósito es enriquecer la comprensión de la física por parte de los estudiantes y permitir que se enseñen temas más detallados en las clases posteriores de biología y química en la escuela secundaria. También busca aumentar el número de estudiantes que continúan sus estudios en física de duodécimo grado o en Física Avanzada (AP Physics), que generalmente son cursos electivos en las escuelas secundarias estadounidenses. [22]

La enseñanza de la física en las escuelas secundarias de Estados Unidos se ha visto perjudicada en los últimos veinte años, ya que muchos estados ahora solo exigen tres ciencias, las cuales pueden ser cubiertas por ciencias de la Tierra/física, química y biología. El hecho de que muchos estudiantes no cursen física en la secundaria dificulta que puedan tomar cursos científicos en la universidad.

En el ámbito universitario, se ha demostrado que el uso de proyectos relacionados con la tecnología apropiada para despertar el interés de estudiantes de otras disciplinas por aprender física es eficaz. [23] Esta es una oportunidad potencial para establecer un vínculo entre la física y el beneficio social.

Educación en química

La enseñanza de la química se caracteriza por el estudio de la ciencia que se ocupa de la composición, la estructura y las propiedades de las sustancias y las transformaciones que experimentan. [ 12 ]

Los niños mezclan diferentes sustancias químicas en tubos de ensayo como parte de un programa de educación científica.

La química es el estudio de los productos químicos y los elementos, así como de sus efectos y atributos. Los estudiantes de química aprenden la tabla periódica. La rama de la educación científica conocida como "química debe enseñarse en un contexto relevante para promover una comprensión completa de los problemas actuales de sostenibilidad". [ 13 ] Como indica esta fuente, la química es una materia muy importante en la escuela, ya que enseña a los estudiantes a comprender los problemas del mundo. Dado que los niños se interesan por el mundo que los rodea, los profesores de química pueden despertar su interés y, a su vez, educar aún más a los estudiantes. [ 14 ] La química es una materia muy práctica, lo que significa que la mayor parte del tiempo de clase se dedica a trabajar o realizar experimentos.

educación en biología

Imagen de un laboratorio de biología en funcionamiento.

La enseñanza de la biología se caracteriza por el estudio de la estructura, la función, la herencia y la evolución de todos los organismos vivos. [ 15 ] La biología en sí misma es el estudio de los organismos vivos, a través de diferentes campos que incluyen la morfología, la fisiología, la anatomía, el comportamiento, el origen y la distribución. [ 16 ]

Dependiendo del país y del nivel educativo, existen muchos enfoques para la enseñanza de la biología. En Estados Unidos, se hace cada vez más hincapié en la capacidad de investigar y analizar cuestiones relacionadas con la biología durante un período prolongado. [ 17 ] Los estándares actuales de educación biológica se basan en las decisiones tomadas por el Comité de los Diez, que en 1892 buscaba estandarizar el aprendizaje preuniversitario. [ 18 ] El Comité enfatizó la importancia de aprender primero la historia natural (biología), centrándose en la observación a través del trabajo de laboratorio.

Naturaleza de la educación científica

La educación en la naturaleza de la ciencia se refiere al estudio de cómo la ciencia es una iniciativa humana, cómo interactúa con la sociedad, qué hacen los científicos, cómo se construye e intercambia el conocimiento científico, cómo evoluciona y cómo se utiliza. Enfatiza la naturaleza empírica y los diferentes métodos empleados en la ciencia. Los objetivos de la educación en la naturaleza de la ciencia son ayudar a los estudiantes a evaluar afirmaciones científicas y pseudocientíficas, motivarlos a estudiar ciencia y prepararlos mejor para una carrera en ciencia o en un campo relacionado con ella. [ 19 ]

Pedagogía

Si bien la imagen pública de la enseñanza de las ciencias puede ser la de un simple aprendizaje memorístico de datos , en la historia reciente la enseñanza de las ciencias también se centra generalmente en la enseñanza de conceptos científicos y en abordar las ideas erróneas que los estudiantes puedan tener sobre conceptos científicos u otros contenidos. Thomas Kuhn , cuyo libro de 1962, La estructura de las revoluciones científicas , influyó enormemente en la filosofía pospositivista de la ciencia, argumentó que el método tradicional de enseñanza en las ciencias naturales tiende a producir una mentalidad rígida . [ 20 ] [ 21 ]

Desde la década de 1980, la enseñanza de las ciencias ha estado fuertemente influenciada por el pensamiento constructivista. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] El constructivismo en la enseñanza de las ciencias se ha basado en un extenso programa de investigación sobre el pensamiento y el aprendizaje de los estudiantes en ciencias, y en particular en la exploración de cómo los docentes pueden facilitar el cambio conceptual hacia el pensamiento científico canónico. El constructivismo enfatiza el papel activo del estudiante, la importancia del conocimiento y la comprensión actuales como mediadores del aprendizaje y la relevancia de una enseñanza que brinde un nivel óptimo de orientación a los estudiantes. [ 25 ]

Según un Foro de Políticas de 2004 en la revista Science , "la enseñanza científica implica estrategias de aprendizaje activo para involucrar a los estudiantes en el proceso científico y métodos de enseñanza que han sido probados sistemáticamente y han demostrado llegar a estudiantes diversos". [ 26 ]

El volumen de 2007 Enseñanza científica [ 27 ] enumera tres principios fundamentales de la enseñanza científica:

  • Aprendizaje activo : Proceso en el que los estudiantes participan activamente en el aprendizaje. Puede incluir el aprendizaje basado en la indagación, el aprendizaje cooperativo o el aprendizaje centrado en el estudiante.
  • Evaluación : Herramientas para medir el progreso hacia el logro de los objetivos de aprendizaje.
  • Diversidad : La amplitud de diferencias que hacen que cada estudiante, cada grupo de estudiantes y cada experiencia docente sean únicos. La diversidad abarca todo en el aula: los estudiantes, los instructores, el contenido, los métodos de enseñanza y el contexto.

Estos elementos deben fundamentar las decisiones educativas y pedagógicas en el aula. El entorno de aprendizaje " SCALE-UP " es un ejemplo de la aplicación del enfoque de enseñanza científica. En la práctica, la enseñanza científica emplea un enfoque de "diseño inverso". El instructor primero decide qué deben saber y ser capaces de hacer los estudiantes (objetivos de aprendizaje), luego determina qué evidenciaría el logro de dichos objetivos y, finalmente, diseña evaluaciones para medirlo. Por último, el instructor planifica las actividades de aprendizaje, las cuales deben facilitar el aprendizaje de los estudiantes mediante el descubrimiento científico. [ 28 ]

Enfoques pedagógicos de la ciencia

En la enseñanza moderna de las ciencias, son importantes diversos enfoques pedagógicos, cada uno con raíces filosóficas distintas e implicando diferentes estrategias en el aula. Entre ellos se encuentra la pedagogía centrada en el profesor, un enfoque conductista tradicional en el que el docente es la principal fuente de conocimiento y dirige el aprendizaje. Sin embargo, hoy en día se prefieren otros enfoques más constructivistas, más centrados en el alumno. El descubrimiento puro implica la autonomía de los estudiantes y una mínima participación del profesor. No obstante, se prefiere el enfoque guiado por el alumno, en el que el docente guía y facilita el aprendizaje. Existen ejemplos prácticos específicos de este enfoque. [ 29 ] [ 30 ] Otra forma es el aprendizaje basado en la indagación, donde el estudiante asume el rol de investigador y, a menudo, el docente proporciona las preguntas iniciales para su análisis. [ 31 ] En la ciencia práctica y experimental, el énfasis recae en la experimentación práctica, en la que los estudiantes realizan los propios experimentos. Con frecuencia, se utiliza una combinación de los métodos anteriores, según el contexto y la lección.

Investigación

La práctica de la enseñanza de las ciencias se ha visto cada vez más influenciada por la investigación sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. La investigación en educación científica se basa en una amplia variedad de metodologías , tomadas de diversas ramas de la ciencia y la ingeniería, como la informática, la ciencia cognitiva, la psicología cognitiva y la antropología. La investigación en educación científica busca definir o caracterizar qué constituye el aprendizaje en ciencias y cómo se produce.

John D. Bransford y otros autores resumieron una extensa investigación sobre el pensamiento estudiantil, concluyendo que tiene tres hallazgos clave:

Preconceptos
Las ideas preconcebidas sobre cómo funcionan las cosas son sorprendentemente persistentes, y un educador debe abordar explícitamente las ideas erróneas específicas de un estudiante para que este pueda reformularlas y adoptar otra explicación. Por lo tanto, es fundamental que los educadores sepan cómo identificar las ideas preconcebidas de los estudiantes e incorporarlas de forma habitual en su planificación.
Organización del conocimiento
Para alcanzar un dominio genuino de un área de la ciencia, los estudiantes deben: "(a) tener una sólida base de conocimientos fácticos, (b) comprender los hechos e ideas en el contexto de un marco conceptual y (c) organizar el conocimiento de manera que facilite su recuperación y aplicación". [ 32 ]
Metacognición
Los estudiantes se beneficiarán al reflexionar sobre su propio pensamiento y aprendizaje. Deben aprender a evaluar sus conocimientos y lo que desconocen, sus métodos de pensamiento y sus conclusiones. Algunos educadores y otros profesionales han promovido y defendido debates sobre la pseudociencia como una forma de comprender qué implica el pensamiento científico y abordar los problemas que esta plantea. [ 33 ] [ 34 ]

Las tecnologías educativas se están perfeccionando para satisfacer las necesidades específicas de los profesores de ciencias. Un estudio de investigación que examinó cómo se utilizan los teléfonos móviles en entornos de enseñanza de ciencias de nivel superior demostró que las tecnologías móviles pueden aumentar la participación y la motivación de los estudiantes en el aula de ciencias. [ 35 ]

Según una bibliografía sobre investigación constructivista sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias en 2005, alrededor del 64 por ciento de los estudios documentados se realizan en el dominio de la física, el 21 por ciento en el dominio de la biología y el 15 por ciento en el de la química. [ 36 ] La razón principal de este predominio de la física en la investigación sobre la enseñanza y el aprendizaje parece ser que la comprensión de la física incluye dificultades debido a la naturaleza particular de la física. [ 37 ] La investigación sobre las concepciones de los estudiantes ha demostrado que la mayoría de las ideas preinstruccionales (cotidianas) que los estudiantes traen a la instrucción de física están en marcado contraste con los conceptos y principios de la física que se pretenden alcanzar, desde el jardín de infancia hasta el nivel terciario. Con bastante frecuencia, las ideas de los estudiantes son incompatibles con las perspectivas de la física. [ 38 ] Esto también se aplica a los patrones más generales de pensamiento y razonamiento de los estudiantes. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]

Por país

Australia

Al igual que en Inglaterra y Gales, la enseñanza de ciencias en Australia es obligatoria hasta el año 11, donde los estudiantes pueden elegir estudiar una o más de las ramas mencionadas anteriormente. Si desean dejar de estudiar ciencias, pueden optar por no elegir ninguna de las ramas. El programa de ciencias es un solo curso hasta el año 11, lo que significa que los estudiantes aprenden en todas las ramas, lo que les da una idea general de qué trata la ciencia. El Consejo Nacional de Currículo de Australia (2009) declaró que "El currículo de ciencias se organizará en torno a tres ejes interrelacionados: comprensión de la ciencia; habilidades de investigación científica; y la ciencia como una actividad humana". [ 42 ] Estos ejes proporcionan a los docentes y educadores el marco sobre cómo deben instruir a sus estudiantes.

En 2011, se informó que un problema importante que ha afectado a la enseñanza de las ciencias en Australia durante la última década es la disminución del interés por la ciencia. Cada vez menos estudiantes de décimo grado eligen estudiar ciencias en undécimo grado, lo cual es problemático, ya que es en estos años cuando los estudiantes desarrollan la inclinación a seguir carreras científicas. [ 43 ] Este problema no es exclusivo de Australia, sino que se presenta en países de todo el mundo.

Porcelana

La calidad educativa en China se ve afectada porque un aula típica tiene entre 50 y 70 alumnos. Con más de 200 millones de estudiantes, China posee el sistema educativo más grande del mundo. Sin embargo, solo el 20 % de los estudiantes completa el riguroso programa de diez años de escolarización formal. [ 44 ]

Como en muchos otros países, el currículo de ciencias incluye cursos secuenciales de física, química y biología. La enseñanza de las ciencias recibe alta prioridad y se basa en libros de texto elaborados por comités de científicos y profesores. En China, la enseñanza de las ciencias pone gran énfasis en la memorización y presta mucha menos atención a la resolución de problemas, la aplicación de principios a situaciones novedosas, las interpretaciones y las predicciones. [ 44 ]

Reino Unido

En las escuelas inglesas y galesas, la ciencia es una asignatura obligatoria en el Currículo Nacional. Todos los alumnos de 5 a 16 años deben estudiar ciencias. Generalmente se enseña como una sola asignatura de ciencias hasta el último año de bachillerato, luego se divide en niveles A específicos de cada asignatura ( física , química y biología ). Sin embargo, el gobierno ha expresado su deseo de que aquellos alumnos que obtienen buenos resultados a los 14 años tengan la oportunidad de estudiar las tres ciencias por separado a partir de septiembre de 2008. [ 45 ] En Escocia, las asignaturas se dividen en química, física y biología a la edad de 13-15 años para obtener los niveles National 4/5 en estas asignaturas, y también existe una cualificación combinada de grado estándar de ciencias que los estudiantes pueden obtener, siempre que su escuela la ofrezca.

En septiembre de 2006 se introdujo un nuevo programa de estudios de ciencias conocido como Ciencia del Siglo XXI como una opción de GCSE en las escuelas del Reino Unido, diseñado para "dar a todos los jóvenes de 14 a 16 años una experiencia valiosa e inspiradora de la ciencia". [ 46 ] En noviembre de 2013, la encuesta de Ofsted sobre ciencias [ 47 ] en las escuelas reveló que la enseñanza práctica de las ciencias no se consideraba lo suficientemente importante. [ 48 ] En la mayoría de las escuelas inglesas, los estudiantes tienen la oportunidad de estudiar un programa de ciencias separado como parte de sus GCSE, lo que resulta en que tomen 6 exámenes al final del Año 11; esto generalmente llena uno de sus "bloques" de opciones y requiere más lecciones de ciencias que aquellos que eligen no participar en ciencias separadas o no son invitados. Otros estudiantes que eligen no seguir el curso adicional obligatorio de ciencias, lo que resulta en que tomen 4 exámenes que resultan en 2 GCSE, en comparación con los 3 GCSE que se dan al tomar ciencias separadas.

Estados Unidos

Un laboratorio de química universitario en los Estados Unidos

En muchos estados de EE. UU., los educadores de primaria y secundaria deben adherirse a estándares o marcos rígidos sobre qué contenido se debe enseñar a cada grupo de edad. Esto a menudo lleva a los maestros a apresurarse a "cubrir" el material, sin realmente "enseñarlo". Además, el proceso científico, incluyendo elementos como el método científico y el pensamiento crítico , suele pasarse por alto. Este énfasis puede producir estudiantes que aprueban exámenes estandarizados sin haber desarrollado habilidades complejas para la resolución de problemas. [ 49 ] Si bien en el nivel universitario la educación científica estadounidense tiende a estar menos regulada, en realidad es más rigurosa, con maestros y profesores que logran abarcar más contenido en el mismo período de tiempo. [ 50 ]

En 1996, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (US National Academy of Sciences) elaboró ​​los Estándares Nacionales de Educación Científica , disponibles gratuitamente en línea en diversas versiones. Su enfoque en la ciencia basada en la indagación , fundamentado en la teoría del constructivismo en lugar de la instrucción directa de hechos y métodos, sigue siendo controvertido. [ 50 ] Algunas investigaciones sugieren que resulta más eficaz como modelo para la enseñanza de las ciencias.

Los Estándares exigen más que la "ciencia como proceso", en la que los estudiantes aprenden habilidades como observar, inferir y experimentar. La indagación es fundamental para el aprendizaje de las ciencias. Al participar en la indagación, los estudiantes describen objetos y eventos, formulan preguntas, construyen explicaciones, contrastan esas explicaciones con el conocimiento científico actual y comunican sus ideas a otros. Identifican sus supuestos, utilizan el pensamiento crítico y lógico, y consideran explicaciones alternativas. De esta manera, los estudiantes desarrollan activamente su comprensión de la ciencia al combinar el conocimiento científico con el razonamiento y las habilidades de pensamiento. [ 51 ]

La preocupación por la educación científica y los estándares científicos a menudo se ha originado por la inquietud de que los estudiantes estadounidenses, e incluso los profesores, [ 52 ] se queden rezagados con respecto a sus pares en las clasificaciones internacionales . [ 53 ] Un ejemplo notable fue la ola de reformas educativas implementadas después del lanzamiento del satélite Sputnik por la Unión Soviética en 1957. [ 54 ] La primera y más destacada de estas reformas fue liderada por el Comité de Estudio de Ciencias Físicas del MIT . En los últimos años, líderes empresariales como el presidente de Microsoft, Bill Gates, han pedido un mayor énfasis en la educación científica, afirmando que Estados Unidos corre el riesgo de perder su ventaja económica. [ 55 ] Con este fin, Tapping America's Potential es una organización que busca que más estudiantes se gradúen con títulos en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas. [ 56 ] Sin embargo, las encuestas de opinión pública indican que la mayoría de los padres estadounidenses se muestran complacientes con la educación científica y que su nivel de preocupación ha disminuido en los últimos años. [ 57 ]

Además, en la reciente Encuesta Nacional de Currículo realizada por ACT, los investigadores descubrieron una posible desconexión entre los educadores de ciencias. «Tanto los profesores de secundaria como los instructores de ciencias de educación superior consideran que las habilidades de proceso/investigación son más importantes que los temas de contenido científico avanzado; los profesores de bachillerato las valoran en el orden opuesto». Quizás sea necesaria una mayor comunicación entre los educadores de los diferentes niveles educativos para garantizar objetivos comunes para los estudiantes. [ 58 ]

Marco de referencia para la enseñanza de las ciencias de 2012

Según un informe de la Academia Nacional de Ciencias, los campos de la ciencia, la tecnología y la educación ocupan un lugar primordial en el mundo moderno, pero no hay suficientes trabajadores en Estados Unidos que se incorporen a las profesiones de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM). En 2012, el Comité de la Academia Nacional de Ciencias sobre un Marco Conceptual para Nuevos Estándares de Educación Científica K-12 desarrolló un marco orientador para estandarizar la educación científica K-12 con el objetivo de organizar la enseñanza de las ciencias de manera sistemática a lo largo de los años escolares. Titulada Un Marco para la Educación Científica K-12: Prácticas, Conceptos Transversales e Ideas Fundamentales , la publicación promueve la estandarización de la educación científica K-12 en Estados Unidos. Enfatiza que los educadores de ciencias deben centrarse en un "número limitado de ideas fundamentales disciplinares y conceptos transversales, estar diseñados de manera que los estudiantes desarrollen y revisen continuamente sus conocimientos y habilidades a lo largo de varios años, y apoyar la integración de dichos conocimientos y habilidades con las prácticas necesarias para participar en la investigación científica y el diseño de ingeniería". [ 59 ]

El informe señala que, en el siglo XXI, los estadounidenses necesitan educación científica para participar e investigar sistemáticamente cuestiones relacionadas con sus prioridades personales y comunitarias, así como para razonar científicamente y saber aplicar el conocimiento científico. El comité que diseñó este nuevo marco considera este imperativo una cuestión de equidad educativa para la diversidad del alumnado. Lograr que un mayor número de estudiantes diversos acceda a la educación STEM es, a juicio del comité, una cuestión de justicia social. [ 60 ]

Estándares de Ciencias de la Próxima Generación 2013

En 2013 se publicaron nuevos estándares para la enseñanza de las ciencias que actualizan los estándares nacionales publicados en 1996. Desarrolladas por 26 gobiernos estatales y organizaciones nacionales de científicos y profesores de ciencias, las directrices, denominadas Estándares de Ciencias de la Próxima Generación , tienen como objetivo "combatir la ignorancia científica generalizada, estandarizar la enseñanza entre los estados y aumentar el número de graduados de secundaria que eligen carreras científicas y técnicas en la universidad...". Se incluyen directrices para enseñar a los estudiantes sobre temas como el cambio climático y la evolución. Se hace hincapié en la enseñanza del proceso científico para que los estudiantes comprendan mejor los métodos de la ciencia y puedan evaluar críticamente la evidencia científica. Entre las organizaciones que contribuyeron al desarrollo de los estándares se encuentran la Asociación Nacional de Profesores de Ciencias , la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia , el Consejo Nacional de Investigación y Achieve, una organización sin fines de lucro que también participó en el desarrollo de los estándares de matemáticas e inglés. [ 61 ] [ 62 ]

Estándares científicos de próxima generación

El currículo de educación científica en los Estados Unidos está definido por los Estándares Científicos de Próxima Generación (NGSS, por sus siglas en inglés), publicados en abril de 2013. El propósito de los NGSS es establecer un currículo de ciencias estandarizado desde el jardín de infancia hasta el 12.º grado. Estos estándares se instituyeron con la esperanza de reformar el sistema de educación científica anterior y fomentar un mayor rendimiento estudiantil mediante la mejora del currículo y el desarrollo docente. Los Estándares Científicos de Próxima Generación constan de tres componentes: ideas centrales disciplinares, prácticas científicas y de ingeniería, y conceptos transversales. Estos se denominan las tres dimensiones de los Estándares Científicos de Próxima Generación. Dentro de estos estándares, se hace hincapié en la alineación con los estándares estatales Common Core de K-12 . [ 63 ] La dimensión titulada "prácticas científicas y de ingeniería" se centra en el aprendizaje del método científico por parte de los estudiantes. Esto significa que esta dimensión se centra en la práctica de la ciencia de manera práctica, brindando a los estudiantes la oportunidad de observar procesos científicos, formular hipótesis y observar resultados. Esta dimensión destaca los métodos empíricos de la ciencia. La dimensión titulada "conceptos transversales" enfatiza la comprensión de temas clave dentro del campo de la ciencia. Los "conceptos transversales" son temas que resultan relevantes de manera consistente en diversas disciplinas científicas, como el flujo de energía/materia, causa/efecto, sistemas/prácticas sistémicas, patrones, la relación entre estructura y función, y estabilidad/cambio. El propósito de delinear estos temas clave radica en el aprendizaje generalizado, lo que implica que su efectividad reside en la importancia de estos conceptos en todas las disciplinas científicas. La intención es que, al aprenderlos, los estudiantes desarrollen una comprensión amplia de la ciencia. La dimensión denominada "ideas centrales disciplinares" describe un conjunto de ideas clave para cada campo científico. Por ejemplo, la física cuenta con un conjunto específico de ideas centrales establecidas en el marco. [ 64 ]

Educación científica y estándares básicos comunes

Los estándares educativos Common Core enfatizan las habilidades de lectura, escritura y comunicación. El propósito de estos estándares para inglés y matemáticas fue establecer metas medibles para el aprendizaje de los estudiantes, alineadas con los estándares vigentes en otros países, de manera que los estudiantes en Estados Unidos estén preparados para tener éxito a nivel global. Su objetivo es establecer estándares académicos rigurosos y preparar a los estudiantes para la educación superior. Asimismo, se estipula que los estudiantes con discapacidades deben recibir la atención adecuada según los estándares Common Core mediante un Plan de Educación Individualizado (PEI). Bajo estos estándares, la comprensión de la escritura científica se ha convertido en una habilidad importante que los estudiantes deben aprender a través de los libros de texto. [ 64 ]

Estrategias de enseñanza de las ciencias

Sin embargo, la evidencia sugiere que los estudiantes aprenden ciencias de manera más efectiva mediante el aprendizaje práctico, basado en actividades e indagaciones, en lugar de aprender de un libro de texto. Se ha observado que los estudiantes, en particular aquellos con dificultades de aprendizaje, obtienen mejores resultados en las pruebas de unidad después de aprender ciencias a través de actividades, en lugar de aprendizaje basado en libros de texto. Por lo tanto, se argumenta que las ciencias se aprenden mejor a través de actividades experimentales. Además, se ha informado que los estudiantes, específicamente aquellos con dificultades de aprendizaje, prefieren y sienten que aprenden de manera más efectiva a través del aprendizaje basado en actividades. Información como esta puede ayudar a orientar la forma en que se enseñan las ciencias y cómo se pueden enseñar de manera más efectiva para estudiantes de todas las capacidades. [ 65 ] El laboratorio es un ejemplo fundamental de aprendizaje práctico y basado en actividades. En el laboratorio, los estudiantes utilizan materiales para observar conceptos y fenómenos científicos. El laboratorio en la educación científica puede incluir varias fases diferentes. Estas fases incluyen planificación y diseño, ejecución y análisis e interpretación. Muchos educadores creen que el trabajo de laboratorio promueve el pensamiento científico, las habilidades de resolución de problemas y el desarrollo cognitivo de sus estudiantes. Desde 1960, las estrategias didácticas para la enseñanza de las ciencias han tenido en cuenta el modelo de desarrollo de Jean Piaget y, por lo tanto, comenzaron a introducir materiales concretos y entornos de laboratorio, que requerían que los estudiantes participaran activamente en su aprendizaje. [ 66 ]

Además de la importancia del laboratorio en el aprendizaje y la enseñanza de las ciencias, ha aumentado la importancia del aprendizaje mediante herramientas computacionales. El uso de estas herramientas, que se han vuelto extremadamente comunes en los campos STEM como resultado del avance tecnológico, ha demostrado apoyar el aprendizaje de las ciencias. El aprendizaje de la ciencia computacional en el aula se está convirtiendo en un pilar fundamental para que los estudiantes comprendan los conceptos científicos modernos. De hecho, los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación hacen referencia específica al uso de herramientas computacionales y simulaciones. Mediante el uso de herramientas computacionales, los estudiantes participan en el pensamiento computacional, un proceso cognitivo en el que la interacción con herramientas como las computadoras es un aspecto clave. A medida que el pensamiento computacional adquiere mayor relevancia en las ciencias, se convierte en un aspecto cada vez más importante del aprendizaje que los educadores científicos deben abordar. [ 67 ]

Otra estrategia que puede incluir tanto actividades prácticas como el uso de herramientas computacionales es la creación de experiencias auténticas de aprendizaje de ciencias. Se han sugerido varias perspectivas de la educación científica auténtica, entre ellas: perspectiva canónica : hacer que la educación científica sea lo más similar posible a la forma en que se practica la ciencia en el mundo real; centrada en los jóvenes : resolver problemas que sean de interés para los estudiantes jóvenes; contextual : una combinación de las perspectivas canónica y centrada en los jóvenes. [ 68 ] Aunque las actividades que implican la indagación práctica y las herramientas computacionales pueden ser auténticas, algunos han sostenido que las tareas de indagación comúnmente utilizadas en las escuelas no son lo suficientemente auténticas, sino que a menudo se basan en experimentos simples de "receta". [ 69 ] Las experiencias auténticas de aprendizaje de ciencias se pueden implementar de diversas formas. Por ejemplo: indagación práctica, preferiblemente que implique una investigación abierta; asociación estudiante-profesor-científico (STSP) o proyectos de ciencia ciudadana ; aprendizaje basado en el diseño (DBL) ; uso de entornos basados ​​en la web utilizados por científicos (utilizando herramientas bioinformáticas como bases de datos de genes o proteínas, herramientas de alineación, etc.), y; El aprendizaje con literatura primaria adaptada (LPA) expone a los estudiantes también a la forma en que la comunidad científica comunica el conocimiento. [ 70 ] Estos ejemplos y otros más pueden aplicarse a diversos ámbitos de la ciencia que se imparten en las escuelas (así como en la educación universitaria) y cumplen con los llamamientos a incluir prácticas científicas en los planes de estudio de ciencias. [ 62 ] [ 59 ]

educación científica informal

Mujeres jóvenes participan en una conferencia en el Laboratorio Nacional Argonne .
Unos jóvenes estudiantes utilizan un microscopio por primera vez mientras examinan bacterias en un "Día del Descubrimiento" organizado por Big Brother Mouse , un proyecto de alfabetización y educación en Laos.

La educación científica informal es la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias que tienen lugar fuera del currículo escolar formal, en lugares como museos, medios de comunicación y programas comunitarios. La Asociación Nacional de Profesores de Ciencias ha creado una declaración de posición [ 71 ] sobre la educación científica informal para definir y fomentar el aprendizaje de las ciencias en diversos contextos y a lo largo de la vida. La investigación en educación científica informal está financiada en Estados Unidos por la Fundación Nacional de Ciencias [ 72 ] . El Centro para el Avance de la Educación Científica Informal (CAISE) [ 73 ] proporciona recursos para la comunidad de educación científica informal.

Ejemplos de educación científica informal incluyen centros de ciencia, museos de ciencia y nuevos entornos de aprendizaje digital ( por ejemplo , Global Challenge Award ), muchos de los cuales son miembros de la Asociación de Centros de Ciencia y Tecnología (ASTC). [ 74 ] El Instituto Franklin en Filadelfia y el Museo de Ciencias (Boston) son los museos más antiguos de este tipo en los Estados Unidos. Los medios incluyen programas de televisión como NOVA , Newton's Apple , " Bill Nye the Science Guy ", " Beakman's World ", The Magic School Bus y Dragonfly TV . Los primeros ejemplos de educación científica en la televisión estadounidense incluyeron programas de Daniel Q. Posin , como "Dr. Posin's Universe", "The Universe Around Us", "On the Shoulders of Giants" y "Out of This World". Ejemplos de programas basados ​​en la comunidad son los programas de desarrollo juvenil 4-H , Hands On Science Outreach , NASA y programas extraescolares [ 75 ] y Girls at the Center. La educación en el hogar se fomenta a través de productos educativos como el antiguo servicio de suscripción Things of Science (1940-1989). [ 76 ]

En 2010, las Academias Nacionales publicaron Surrounded by Science: Learning Science in Informal Environments [ 77 ] , basado en el estudio del Consejo Nacional de Investigación, Learning Science in Informal Environments: People, Places, and Pursuits [ 78 ] . Surrounded by Science es un libro de referencia que muestra cómo la investigación actual sobre el aprendizaje de la ciencia en entornos de ciencia informal puede orientar el pensamiento, el trabajo y las discusiones entre los profesionales de la ciencia informal. Este libro hace que la valiosa investigación sea accesible para quienes trabajan en ciencia informal: educadores, profesionales de museos, profesores universitarios, líderes juveniles, especialistas en medios de comunicación, editores, periodistas de radio y televisión, y muchos otros.

Véase también

Referencias

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