Enfoque para la enseñanza de las ciencias naturales y el uso de tecnologías

Documento elaborado por el equipo de Enlace Ciencias de la Dirección General de Planeamiento Educativo del Ministerio de Educación e Innovación de la Ciudad de Buenos Aires.

2018

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El presente documento tiene su origen en los proyectos curriculares de enseñanza inicial, primaria y secundaria del Ministerio de Educación e Innovación de la Ciudad de Buenos Aires y fue enriquecido con el resultado del trabajo colaborativo de especialistas en el área de la enseñanza de las ciencias. Su propósito es el de servir de encuadre a los diferentes proyectos y actividades en ciencias naturales que se desarrollan y desarrollarán desde el Ministerio de Educación e Innovación de C.A.B.A. poniendo en común el enfoque que se pretende dar a la enseñanza de estas ciencias.

La enseñanza de las ciencias naturales debe contribuir a la alfabetización

científica de los estudiantes promoviendo de manera gradual un abordaje

integrado de temas y problemáticas novedosos para ellos y propios de este

campo de conocimientos. Su finalidad es la de despertar, desarrollar e

incrementar el interés, la comprensión y el conocimiento en temáticas

vinculadas con la ciencia, la tecnología y el ambiente, de avanzar

paulatinamente en el manejo de las metodologías de trabajo propias de las

ciencias experimentales, y de facilitar por un lado, una comprensión adecuada de los fenómenos cotidianos y por otro, una participación ciudadana informada

en la agenda de controversias y debates públicos vinculados con estos temas.

Se debe presentar a los estudiantes las visiones actualmente aceptadas por los

expertos en cada campo, ya que es un objetivo insoslayable que los alumnos

conozcan y se familiaricen con teorías y modelos vigentes. Asimismo, es

necesario que este aprendizaje se enmarque en una visión sobre la ciencia que

ha cambiado a lo largo del tiempo, tanto en lo que respecta al estatus de la

verdad de las teorías vigentes como en lo atinente a las prácticas científicas.

La enseñanza de las ciencias, en cualquiera de los niveles educativos, debe

promover la reflexión sobre la práctica científica. Esta se presenta a través de

aspectos relevantes de la filosofía e historia de la ciencia y la tecnología, cuya

consideración es imprescindible para el abordaje de problemas complejos. Los

distintos métodos que intervienen en las ciencias naturales producen un tipo

particular de conocimiento en el que el apoyo de los datos, la consistencia y la

posibilidad de extrapolación, que conduce a nuevos descubrimientos, son

distintivos para comprender el entorno natural. La actividad científica se

caracteriza por la búsqueda de estrategias adecuadas y creativas para

responder preguntas en un intento por comprender y explicar la naturaleza, a la

vez que contar con buenas razones que justifiquen nuestras intervenciones en

el entorno. Estas actividades están regidas por reglas y estándares que

otorgan un peso particular a la información obtenida en observaciones

casuales o sistematizadas y a los resultados de tareas experimentales, con alto grado de tecnología en la captura de datos. Los productos de esta actividad,

teorías, mediciones, afirmaciones aisladas o articuladas con otros

conocimientos, siempre serán motivo de revisión, ya sea en virtud del avance

tecnológico en la precisión de la información, en lo que respecta a la aparición

de nuevos modos de obtener información, o en una reorganización conceptual

que pueda desencadenar cambios revolucionarios en el modo de ver el mundo

para poder dar cuenta de los fenómenos naturales. Se trata de plantear el

desarrollo (...de los contenidos...) de modo que atienda tanto a los productos

de la ciencia como a los procesos por los cuales se validan, aceptan y

rechazan tales productos. Merece destacarse que se quiere contemplar que las

prácticas científicas se llevan a cabo en el seno de una sociedad que enfrenta

problemas específicos y plantea demandas de solución a las comunidades de

expertos para sus problemas más acuciantes. Esta característica llama la

atención sobre la interacción entre la sociedad y los resultados y prácticas que

se llevan a cabo en los centros de investigación. Científicos y no científicos

forman una comunidad en la que la investigación y el desarrollo tienen un lugar

valioso y una función social inevitable. Se propone atender a las dos

dimensiones fundamentales de la ciencia: la del producto y la del productos

como a los procesos o modos de conocer de las diversas disciplinas científicas

que componen estas ciencias por las cuales se validan, aceptan y rechazan los productos.

La educación en estas ramas del conocimiento debe proporcionar entonces

herramientas que permitan un enfoque centrado en el conocimiento sobre las

ciencias naturales, entendiendo que se trata de una actividad humana asociada

a ideas, tecnologías y lenguajes específicos, de construcción colectiva, con

historicidad, que forman parte de la cultura.

No se puede dejar de mencionar que el estudio de las ciencias naturales

promueve en los estudiantes el desarrollo de capacidades cognitivas

específicas: constituye una oportunidad para iniciar, promover, descubrir,

profundizar y extender ciertos modos de operar con el pensamiento para la

comprensión del entorno y para planificar y justificar la intervención en ese

entorno. Así, por ejemplo, la enseñanza de estas ciencias es propicia para el

desarrollo, entre otras, de las capacidades de:

observar, comparar, describir;

simbolizar, abstraer, generalizar;

modelizar;

analizar críticamente;

hipotetizar, argumentar, experimentar.

Es entendible que en los primeros años de escolarización las actividades

científicas resulten una aproximación tanto a estas capacidades como a la

comprensión de algunos ideas, temáticas y modelos de las diferentes

disciplinas.

A modo de ejemplo, mientras que en el segundo ciclo de primaria se incluyen

instancias en las cuales se clarifiquen, expliquen, analicen y debatan temas de

actualidad; en la escuela secundaria se propicia facilitar una participación

ciudadana informada en la agenda de controversias y debates públicos

vinculados con temáticas científicas.

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A lo largo de la escolaridad se avanza, de manera progresiva en una

especialización del conocimiento que se ofrece a los estudiantes. Esta

progresión se manifiesta en un estudio más sistemático tanto de los fenómenos

como de los procedimientos que se utilizan para abordarlos. Se propone un

avance progresivo hacia la apropiación de algunos de los modelos básicos que

utilizan las ciencias naturales para interpretar y explicar la naturaleza, a la vez,

una profundización en algunos de sus modos de conocer y una mayor

autonomía en la ejecución de tareas.

Teniendo en cuenta que la integración de las TIC en el ámbito educativo se da

en la Ciudad de Buenos Aires en forma transversal a todas las áreas

curriculares, la articulación entre la enseñanza de las Ciencias Naturales y las

TIC digitales resulta central en la práctica cotidiana de los docentes y alumnos.

Así como la educación en Ciencias Naturales puede enriquecerse a través del

trabajo con las TIC digitales, la enseñanza de las tecnologías digitales pueden

tomar de los procedimientos científicos modos de hacer que permitan innovar,

abordando las clases en términos de desafíos y problemas y evitando la

aplicación predominante de preguntas fácticas.

Por otra parte, si analizamos esta articulación a la inversa, veremos que el

abordaje de las tecnologías, como ya se ha mencionado, puede obtener de las

Ciencias y del Pensamiento Científico procedimientos que contribuyan a

dinámicas pedagógicas centradas en desafíos y en problemas.

De acuerdo a este enfoque integrado, pensar en la articulación de las TIC

digitales en la enseñanza de las ciencias implica pensar en prácticas científicas

que ayuden a desarrollar las capacidades necesarias y al mismo tiempo

comprender de qué manera esas TIC digitales pueden favorecer y potenciar el

desarrollo de esas prácticas.

A los efectos de este documento, consideraremos las siguientes prácticas

científicas:

hacer/se preguntas y definir problemas;

diseñar, crear y utilizar modelos;

diseñar y llevar a cabo experimentos/investigaciones;

analizar e interpretar datos;

aplicar las matemáticas y el pensamiento computacional;

construir explicaciones;

diseñar soluciones;

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argumentar a partir de evidencias;

obtener, evaluar y comunicar información.

Estas prácticas científicas deberían servirnos de guía a la hora de pensar

dispositivos y programas (hardware y software) que permitan llevarlas adelante

de una manera innovadora, a la vez que significativa y potenciadora de los

procesos de enseñanza y aprendizaje, teniendo además en cuenta criterios de

costos y accesibilidad. Cuando hablamos de costo, nos referimos al “costo

total de apropiación”, que contempla no solamente el precio de adquisición de

un determinado recurso, sino también su traslado, la infraestructura necesaria

para su renovación en caso de obsolescencia y/o rotura. Por accesibilidad nos

referimos al grado en que los estudiantes y docentes serán capaces de

apropiarse de dicho recurso, ya sea a nivel de idioma de la interfaz, nivel de

dificultad en el manejo en diferentes rangos de edades y también

compatibilidad con recursos existentes.

Decíamos entonces, que las prácticas científicas debieran servirnos como

orientadoras a la hora de pensar en la integración de las TIC digitales. Cada

vez que evaluemos un determinado dispositivo y/o programa, debemos

preguntarnos en qué medida está alineado a dicha práctica, por ejemplo, en términos de:

aprovechar características únicas de la tecnología;

hacer las visualizaciones científicas más accesibles;

desarrollar comprensión sobre la relación de las ciencias y la tecnología.

Otra forma de pensar en la integración de las TIC digitales a la enseñanza y el

aprendizaje de las ciencias, podría ser en términos de:

Reemplazar: ¿Puede utilizarse esta tecnología para reemplazar lo que ya

se hace?

Amplificar: ¿Puede utilizarse esta tecnología para amplificar o mejorar lo

que se hace actualmente?

Transformar: ¿Permite esta tecnología transformar el modo en que se

enseña y se aprende actualmente?

La velocidad a la que se desarrollan nuevos dispositivos y programas, nos

plantea la necesidad casi constante de pensar, de acuerdo a sus

características, cómo podríamos ponerla al servicio del desarrollo de las

capacidades siguiendo los marcos de referencia anteriores.

Hasta hace unos años, las nuevas tecnologías se desarrollaron para aplicarlas a contextos fuera del ámbito educativo formal, ya sean científicos o

productivos. Por ejemplo, la tecnología de modelización y simulación nació a

partir del incremento de la capacidad de cálculo y representación visual de las

computadoras, con el objetivo de modelizar/simular procesos, operaciones o

eventos difíciles de llevar a cabo ya sea por su lentitud, peligrosidad o

directamente imposibilidad.

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Esto representa un doble desafío ya que recientemente, a partir de la irrupción

de las computadoras de tipo netbook (inicialmente las XO del programa OLPC

y las Classmate de Intel) como tecnología principal en los programas masivos

de equipamiento tecnológico al sector escolar (Plan Ceibal, Conectar Igualdad,

Computadores para Educar, etc.), se han comenzado a desarrollar tecnologías

pensadas exclusivamente para el sector educativo formal.

Ahora, como educadores, tenemos la obligación de saber qué tipos de

tecnologías existen e ir validándolas de acuerdo a nuestros marcos de

referencia.

Luego de haber abordado la cuestión sobre los marcos de referencia y la

racionalidad sobre la integración de TIC digitales en la enseñanza y el

aprendizaje de las ciencias, se hace necesario poder identificar y tipificar

dichas tecnologías con el objetivo de conceptualizarlas y poder referirlas a los

marcos mencionados.

Persiguiendo un objetivo sobre todo didáctico, las ejemplificaremos en dos

categorías: programas (software) y dispositivos (hardware):

PROGRAMAS

Herramientas de modelización y simulación: permiten explorar conceptos

y modelos que no son fácilmente accesibles en el laboratorio, por ejemplo,

aquellos que requieren materiales o equipos caros o no disponibles;

materiales o procedimientos peligrosos; más tiempo del que es posible o

apropiado en un aula en tiempo real, por ejemplo, simulaciones de

crecimiento de la población.

Herramientas para la visualización y análisis de datos: facilitan el análisis

de los datos a través de sus capacidades de representación visual y

organizativa, permitiendo representar datos visualmente y realizar cálculos

sobre los mismos. Hay herramientas específicas creadas para la educación

pero también pueden utilizarse otras de uso ofimático general como una planilla de cálculos tipo LibreOffice Calc, Excel, GoogleSheets, Numbers, o

un administrador de base de datos como Access o LibreOffice Base.

Plataformas web de colaboración: permiten crear redes entre los

estudiantes y los docentes para que los estudiantes puedan emular la forma

en que trabajan los científicos y, para los docentes, reducir el aislamiento de

los docentes. A través de ellas se puede alentar y/o establecer contactos

con científicos, docentes y estudiantes en otras áreas, recopilando

información y datos, publicando datos y hallazgos, y proporcionando a los

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estudiantes la información más actualizada. Un ejemplo de esto es el proyecto GLOBE, una plataforma donde los estudiantes pueden subir los

datos recogidos sobre su entorno (por ejemplo, datos sobre el análisis de la

calidad del agua de un río cercano, o las temperaturas máximas y mínimas

durante el año) y acceder a los datos de las demás escuelas alrededor del

mundo. Hay diferentes tipos de plataformas, algunas de las cuales (como la

de GLOBE) que permiten “solamente” subir sus datos y consultar los de

otros, y otras que además permiten crear proyectos propios como iNaturalist o nQuire-it.

Realidad aumentada: La tecnología de realidad aumentada (AR) permite

agregar una capa de información (“aumentar”) en un formato determinado

(con un texto, un video, una animación, una imagen, etc.) a la información ya

provista (por ejemplo en una etiqueta, un texto o una imagen) a través de la

pantalla de un dispositivo móvil (teléfono celular tipo smartphone o tableta) o inclusive un visor o unos lentes. Un ejemplo podría ser el software Aurasma

que permite vincular la etiqueta de una caja de aspirinas con la visualización

de una molécula del ácido acetilsalicílico rotando en 3 dimensiones, de

modo que, cuando yo enfoco con mi teléfono celular la etiqueta veo en la

pantalla la molécula del principio activo de la aspirina.

Realidad virtual: Permite recrear a través de una pantalla (en un dispositivo

móvil como celular o tableta, o en un visor específico como un reloj o unos

lentes) un mundo digital, el cual puede tener la pretensión de representar un

mundo real (como un laboratorio), un mundo natural (como el interior de una

célula) o un micromundo artificial (por ejemplo con leyes físicas propias).

Modelado molecular en 3D: permiten diseñar y visualizar moléculas en 3

dimensiones. Un ejemplo de este tipo de software es el Jmol.

Micromundos lúdico-interactivos: Permiten crear artefactos (planos

inclinados, máquinas simples, móviles, engranajes, etc.) y simular su

movimiento bajo condiciones específicas de gravedad, rozamiento, etc. Un ejemplo de esto es el software Algodoo.

Entornos inmersivos: Permiten moverse dentro de micromundos

interactuando con objetos y/o personas. Un ejemplo podría ser el software Kokori que propone un viaje por dentro de la célula o el software BioDigital

que permite un viaje por el interior del cuerpo humano.

Seguimiento de objetos: Permiten utilizar la cámara del dispositivo o un

video previamente grabado para realizar el seguimiento de un objeto y

registrar su movimiento en función del tiempo. Un ejemplo de esto es el software Tracker.

Stop-motion: Permiten programar la cámara de un dispositivo para que

realice capturas cada un tiempo determinado. Esto permite por ejemplo

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registrar eventos en el tiempo como el cambio de fase de un material o el

crecimiento de un vegetal y poder analizar los pasos del proceso.

Reconocimiento óptico de objetos: Permiten reconocer objetos por medio

de la cámara del dispositivo, como por ejemplo enfocar una hoja y decir a

qué organismo corresponde.

Tratamiento de imágenes: Permiten editar y configurar imágenes con fines

específicos como por ejemplo el sistema de tratamiento de imágenes satelitales 2MP de la CONAE.

SIG: Sistemas de información geográfica.

DISPOSITIVOS

Laboratorios digitales: Permiten a los estudiantes recopilar y analizar

datos, y realizar observaciones durante largos períodos de tiempo,

permitiendo experimentos que de otro modo serían poco prácticos. Estos

laboratorios digitales vienen en diferentes formatos (más o menos

“armados”) pero siempre están constituidos por: ● sensores de diferentes variables (pH, temperatura, luz, sonido,

movimiento, distancia, aceleración, humedad, gases, oxígeno disuelto,

etc.) ● una “placa base” donde se conectan los sensores (hay desde las muy

compactas que tienen ya los sensores integrados como LabMate de la

firma EinsteinWorld, hasta las más despojadas como Arduino, Micro:bit

o Raspberry Pi que van más en una línea de Cultura Maker o “hágalo

usted mismo”). ● un software o “data logger” que guarda el registro de los datos

permitiendo tratarlos (visualizarlos, calcularlos, etc.) y/o exportarlos a

otro software (puede ser una planilla de cálculos) en un formato estándar

(como CSV por ejemplo).

Estaciones meteorológicas digitales: Son similares a los laboratorios

digitales en su estructura general (sensores, placa base y data logger) pero

agregan sensores específicos para meteorología como por ejemplo,

anemómetro, barómetro o pluviómetro.

Kits de robótica: Este tipo de tecnología se compone de tres partes:

● Placa robótica: Es el cerebro del kit robótico o robot, donde se conectan

los sensores y los actuadores (ver abajo). ● Sensores: Pueden ser de muy distintos tipos como temperatura, luz,

sonido, movimiento, distancia, o también botones de tacto, palancas tipo

joystick, etc. Su misión es “sensar” el entorno transformando señales del

mundo analógico al mundo digital comprensible por la placa robótica. ● Actuadores: Como su nombre lo indica, “actúan” a partir de una

instrucción provista por el software que controla el robot, el cual a su vez

se nutre del dato de entrada que le proporcionan los sensores. Ejemplos

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típicos de actuadores en los kits robóticos educativos son motores,

luces, chicharras o buzzers, etc.

Robots: Son de aspecto símil humanoide o vehicular y tanto la placa

robótica como los sensores y actuadores están ya incluidos en un mismo

objeto. Por lo general no permiten además que uno agregue sensores o

actuadores diferentes a los que ya provee el robot. Ejemplos de este tipo de robots son el Kibo que ni siquiera necesita una pantalla de computadora

para programarse y que es capaz de reaccionar a órdenes que lee en cubos

de madera para reconocer objetos y realizar maniobras, prender y apagar

luces, tocar bocinas, etc. Existe muchísima variedad de este tipo de robots.

Cascos y visores para realidad virtual y aumentada: Permiten reemplazar

la pantalla del dispositivo móvil para visualizar (y sonorizar a veces) los

contenidos provistos por el software de las tecnología correspondiente.

Impresoras 3D: Son impresoras que utilizando una amplia variedad de

materiales permiten imprimir objetos modelados digitalmente por otros o

creados por los propios estudiantes. Un ejemplo podría ser el diseño e

impresión de modelos moleculares como material didáctico para enseñar

propiedades de compuestos que dependan de su organización espacial

como por ejemplo proteínas.

Materiales conductivos: A partir de la importancia creciente de la “cultura

maker” (aprender haciendo) aplicada al ámbito de educación formal,

aparecen constantemente nuevos materiales que permiten vincular a

sensores con placas robóticas como Arduino, Micro:bit o Raspberry Pi.

Algunos de estos materiales son por ejemplo masa conductiva tipo plastilina;

hilo o pintura, por nombrar algunos. Estos materiales constituyen un insumo

importante para el Internet de las Cosas (IoT).

Microscopios y lupas: Permiten ampliar la visión de un objeto e incluso

grabar pequeños segmentos de video. Pueden utilizarse por ejemplo para

proyectar una visión ampliada de un proceso a todos los estudiantes,

observar un organismo microscópico como un piojo o la textura de un

material con un nivel de detalle mucho más allá del ojo humano.

Cámaras trampa: Son cámaras que realizan capturas de manera

automática si un objeto se mueve. Pueden utilizarse para realizar el

seguimiento de especies en peligro de extinción y poder observar mejor sus hábitos.

Drones: Son vehículos no tripulados, manejados de manera remota que

incorporan diferentes cámaras y sensores. Permiten tomar imágenes de

gran precisión en sitios de difícil acceso por vía terrestre.

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Ninguna clasificación ni lista es lo suficientemente exhaustiva como para

englobar todo lo que existe, pero confiamos en que este documento pueda

servir como una guía orientativa a la hora de pensar la integración de TIC

digitales en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. En él hemos

pretendido, primero conceptualizar la mirada pedagógica sobre los recursos

para luego elaborar un listado provisorio de algunas de las tecnologías posibles

en las aulas y ejemplificar algunos de sus posibles usos.

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