La educación científica es la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia a niños en edad escolar, estudiantes universitarios o adultos dentro del público en general. El campo de la educación científica incluye el trabajo en contenido científico, proceso científico (el método científico ), algunas ciencias sociales y algo de pedagogía de la enseñanza . Los estándares para la educación científica proporcionan expectativas para el desarrollo de la comprensión de los estudiantes a lo largo de todo el curso de su educación K-12 y más allá. Las materias tradicionales incluidas en los estándares son ciencias físicas , de la vida , de la tierra , del espacio y humanas .
La primera persona a la que se le atribuye el empleo de profesor de ciencias en una escuela pública británica fue William Sharp , quien dejó el trabajo en la Rugby School en 1850 después de incorporar las ciencias al plan de estudios. Se dice que Sharp estableció un modelo para la enseñanza de las ciencias en todo el sistema de escuelas públicas británicas . [1]
En 1867, la Academia Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) publicó un informe [2] en el que pedía la enseñanza de la "ciencia pura" y el entrenamiento del "hábito mental científico". El movimiento de educación progresista apoyaba la ideología del entrenamiento mental a través de las ciencias. La BAAS hizo hincapié en la formación preprofesional separada en la educación científica secundaria. De esta manera, los futuros miembros de la BAAS podrían estar preparados.
El desarrollo inicial de la enseñanza de las ciencias se vio frenado por la falta de profesores cualificados. Un avance clave fue la fundación del primer Consejo Escolar de Londres en 1870, que debatió el plan de estudios escolar; otro fue el inicio de cursos para dotar al país de profesores de ciencias capacitados . En ambos casos, la influencia de Thomas Henry Huxley y John Tyndall también influyó en la enseñanza de las ciencias físicas. [3]
En los Estados Unidos, la educación científica era una dispersión de materias antes de su estandarización en la década de 1890. [4] El desarrollo de un plan de estudios de ciencias surgió gradualmente después de un debate prolongado entre dos ideologías, la ciencia ciudadana y la formación preprofesional. Como resultado de una conferencia de treinta educadores secundarios y universitarios destacados 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 enseñadas 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 ; otros idiomas modernos ; matemáticas ; historia ; gobierno civil y economía política ; física, astronomía y química; historia natural; y geografía. Cada comité estaba compuesto por diez especialistas destacados de universidades, escuelas normales y escuelas secundarias. Los informes del comité se presentaron al Comité de Diez, que se reunió durante cuatro días en la ciudad de Nueva York , para crear un informe completo. [5] En 1894, la NEA publicó los resultados del trabajo de estos comités de conferencia. [5]
Según el Comité de los Diez, el objetivo de la escuela secundaria era preparar a todos los estudiantes para que tuvieran éxito en la vida, contribuyendo a su bienestar y al bien de la sociedad. Otro objetivo era preparar a algunos estudiantes para que tuvieran éxito en la universidad. [6]
Este comité apoyó el enfoque de la ciencia ciudadana centrado en el entrenamiento mental y excluyó el desempeño en estudios científicos de la consideración para el ingreso a la universidad. [7] La BAAS promovió su modelo más antiguo en el Reino Unido. [8] Estados Unidos adoptó un plan de estudios que se caracterizó de la siguiente manera: [5]
El formato de entrenamiento mental compartido y entrenamiento preprofesional dominó consistentemente el currículo desde su inicio hasta ahora. Sin embargo, el movimiento para incorporar un enfoque humanístico , como la inclusión de las artes (STEAM) , la ciencia, la tecnología, la sociedad y la educación ambiental está creciendo y se está implementando de manera más amplia a fines del siglo XX. Los 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 Educación Científica detallan objetivos para la educación científica que vinculan la ciencia en el aula con aplicaciones prácticas e implicaciones sociales.
La ciencia es una disciplina universal que abarca la rama del conocimiento que examina la estructura y el comportamiento del mundo físico y natural a través de la observación y la experimentación. [9] La educación científica se divide más comúnmente en los siguientes tres campos: biología , química y física . Además, existe una gran cantidad de literatura científica que aboga por la inclusión de la enseñanza de la naturaleza de la ciencia , que lentamente se está adoptando en los planes de estudio nacionales. [10]
La educación física se caracteriza por el estudio de la ciencia que trata de 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 9.º grado toman un curso introductorio de física. El propósito es enriquecer la comprensión de los estudiantes sobre física y permitir que se enseñen más detalles en las clases posteriores de biología y química de la escuela secundaria. También tiene como objetivo aumentar la cantidad de estudiantes que pasan a tomar física de 12.º grado o Física AP, que generalmente son cursos electivos en las escuelas secundarias estadounidenses. [22]
La enseñanza de la física en las escuelas secundarias de Estados Unidos ha sufrido en los últimos veinte años porque muchos estados ahora sólo exigen tres ciencias, que pueden satisfacerse con ciencias físicas y de la tierra, química y biología. El hecho de que muchos estudiantes no cursen física en la escuela secundaria hace que les resulte más difícil cursar cursos científicos en la universidad.
A nivel universitario, se ha demostrado que el uso de proyectos relacionados con la tecnología para despertar el interés de los estudiantes que no se especializan en física en aprender física es exitoso. [23] Esta es una oportunidad potencial para forjar la conexión entre la física y el beneficio social.
La enseñanza de la química se caracteriza por el estudio de la ciencia que trata de la composición, estructura y propiedades de las sustancias y las transformaciones que experimentan. [12]
La química es el estudio de los productos químicos y los elementos, 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 la comprensión total de los problemas actuales de sostenibilidad". [13] Como afirma esta fuente, la química es una materia muy importante en la escuela, ya que enseña a los estudiantes a comprender los problemas del mundo. Como los niños se interesan por el mundo que los rodea, los profesores de química pueden atraer el 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 completar experimentos.
La enseñanza de la biología se caracteriza por el estudio de la estructura, función, herencia y evolución de todos los organismos vivos. [15] La biología en sí 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 enseñar biología. En los Estados Unidos, se hace cada vez más hincapié en la capacidad de investigar y analizar cuestiones relacionadas con la biología durante un período prolongado de tiempo. [17] Los estándares actuales de educación biológica se basan en decisiones tomadas por el Comité de los Diez, que se propuso estandarizar el aprendizaje preuniversitario en 1892. [18] El Comité enfatizó la importancia de aprender primero historia natural (biología), centrándose en la observación a través del trabajo de laboratorio.
La educación sobre la naturaleza de las ciencias se refiere al estudio de cómo la ciencia es una iniciativa humana, cómo interactúa con la sociedad, qué hacen los científicos, cómo se construye y se intercambia el conocimiento científico, cómo evoluciona y cómo se utiliza. Hace hincapié en la naturaleza empírica y los diferentes métodos utilizados en la ciencia. Se afirma que los objetivos de la educación sobre la naturaleza de las ciencias son ayudar a los estudiantes a evaluar las afirmaciones científicas y pseudocientíficas, motivarlos para que estudien ciencias y prepararlos mejor para una carrera en ciencias o en un campo que interactúe con la ciencia. [19]
Aunque la imagen pública de la educación científica puede ser la de un simple aprendizaje de hechos de memoria , la educación científica en la historia reciente también se concentra generalmente en la enseñanza de conceptos científicos y en abordar conceptos erróneos que los estudiantes pueden tener con respecto a los conceptos científicos u otros contenidos. Thomas Kuhn , cuyo libro de 1962 La estructura de las revoluciones científicas influyó en gran medida 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 amplio programa de investigación sobre el pensamiento y el aprendizaje de los estudiantes en ciencias, y en particular en la exploración de cómo los profesores pueden facilitar el cambio conceptual hacia el pensamiento científico canónico. El constructivismo enfatiza el papel activo del alumno, la importancia del conocimiento y la comprensión actuales en la mediación del aprendizaje y la importancia de una enseñanza que proporcione un nivel óptimo de orientación a los alumnos. [25]
Según un informe de 2004 del Policy Forum in Science magazine, "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 diversos estudiantes". [26]
El volumen de 2007 Enseñanza científica [27] enumera tres principios principales de la enseñanza científica:
- Aprendizaje activo : proceso en el que los estudiantes participan activamente en el aprendizaje. Puede incluir aprendizaje basado en la investigación, aprendizaje cooperativo o aprendizaje centrado en el estudiante.
- Evaluación : Herramientas para medir el progreso y el logro de los objetivos de aprendizaje.
- Diversidad : la amplitud de las diferencias que hacen que cada estudiante, cada grupo de estudiantes y cada experiencia de enseñanza sean únicos. La diversidad incluye todo lo que hay en el aula: los estudiantes, los instructores, el contenido, los métodos de enseñanza y el contexto.
Estos elementos deberían ser la base de las decisiones educativas y pedagógicas en el aula. El entorno de aprendizaje " SCALE-UP " es un ejemplo de aplicación del enfoque de enseñanza científica. En la práctica, la enseñanza científica emplea un enfoque de "diseño inverso". El instructor decide primero lo que los estudiantes deben saber y ser capaces de hacer (metas de aprendizaje), luego determina qué sería evidencia del logro de los objetivos de aprendizaje por parte de los estudiantes y luego diseña evaluaciones para medir este logro. Finalmente, el instructor planifica las actividades de aprendizaje, que deberían facilitar el aprendizaje de los estudiantes a través del descubrimiento científico. [28]
Junto con John Dewey , Jerome Bruner y muchos otros , Arthur Koestler [29] ofrece una crítica de la educación científica contemporánea y propone su reemplazo por el enfoque de descubrimiento guiado:
Para obtener placer del arte del descubrimiento, como de las demás artes, el consumidor —en este caso el estudiante— debe revivir, en cierta medida, el proceso creativo. En otras palabras, debe inducirse, con la ayuda y la orientación adecuadas, a realizar por sí mismo algunos de los descubrimientos fundamentales de la ciencia, a experimentar en su propia mente algunos de esos destellos de intuición que han iluminado su camino... El método tradicional de enfrentar al estudiante no con el problema sino con la solución terminada, significa privarlo de todo entusiasmo, [apagar] el impulso creativo, [reducir] la aventura de la humanidad a un montón de polvo de teoremas.
Hay disponibles ilustraciones prácticas específicas de este enfoque. [30] [31]
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 materia de enseñanza de las ciencias se basa en una amplia variedad de metodologías , tomadas de muchas ramas de la ciencia y la ingeniería, como la informática, la ciencia cognitiva, la psicología cognitiva y la antropología. La investigación en materia de enseñanza de las ciencias tiene como objetivo definir o caracterizar lo que constituye el aprendizaje en ciencias y cómo se produce.
John D. Bransford y otros resumieron una investigación masiva sobre el pensamiento estudiantil en tres hallazgos clave:
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 celulares en los entornos de enseñanza de ciencias postsecundarias mostró que las tecnologías móviles pueden aumentar la participación y la motivación de los estudiantes en el aula de ciencias. [35]
Según una bibliografía sobre la investigación orientada al constructivismo en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias en 2005, aproximadamente el 64 por ciento de los estudios documentados se llevan a cabo en el ámbito de la física, el 21 por ciento en el ámbito de la biología y el 15 por ciento en el de la química. [36] La principal razón 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 contrastan marcadamente con los conceptos y principios de física que se deben lograr, desde el jardín de infantes hasta el nivel terciario. Muy a menudo, las ideas de los estudiantes son incompatibles con las opiniones sobre la física. [38] Esto también es válido para los patrones más generales de pensamiento y razonamiento de los estudiantes. [39] [40] [41]
Al igual que en Inglaterra y Gales, la educación científica en Australia es obligatoria hasta el año 11, cuando los estudiantes pueden elegir estudiar una o más de las ramas mencionadas anteriormente. Si no desean seguir estudiando ciencias, pueden elegir ninguna de las ramas. La rama científica es un curso hasta el año 11, lo que significa que los estudiantes aprenden en todas las ramas, lo que les da una idea amplia de lo que es la ciencia. La Junta 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 un esfuerzo humano". [42] Estos ejes proporcionan a los maestros y educadores el marco de cómo deben instruir a sus estudiantes.
En 2011, se informó que un problema importante que ha afectado a la educación científica en Australia durante la última década es la disminución del interés por la ciencia. Cada vez menos estudiantes de décimo año optan por estudiar ciencias en undécimo año, lo que es problemático ya que estos son los años en los que los estudiantes forman actitudes para seguir carreras científicas. [43] Este problema no es exclusivo de Australia, sino que está ocurriendo en países de todo el mundo.
La calidad de la educación en China se ve afectada porque un aula típica contiene entre 50 y 70 estudiantes. Con más de 200 millones de estudiantes, China tiene el sistema educativo más grande del mundo. Sin embargo, sólo 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 secuenciados de física, química y biología. La enseñanza de las ciencias tiene una alta prioridad y está impulsada por libros de texto compuestos por comités de científicos y profesores. La enseñanza de las ciencias en China pone gran énfasis en la memorización y presta mucha menos atención a la resolución de problemas, la aplicación de principios a situaciones nuevas, las interpretaciones y las predicciones. [44]
En las escuelas inglesas y galesas, la ciencia es una materia obligatoria en el currículo nacional. Todos los alumnos de 5 a 16 años deben estudiar ciencias. Por lo general, se enseña como una sola materia de ciencias hasta el sexto curso, luego se divide en niveles A específicos de la materia ( física , química y biología ). Sin embargo, desde entonces el gobierno ha expresado su deseo de que a los alumnos que obtienen buenos resultados a la edad de 14 años se les ofrezca la oportunidad de estudiar las tres ciencias por separado a partir de septiembre de 2008. [45] En Escocia, las materias se dividen en química, física y biología a la edad de 13-15 años para los 4/5 nacionales en estas materias, y también existe una calificación estándar combinada de ciencias que los estudiantes pueden tomar, siempre que su escuela la ofrezca.
En septiembre de 2006 se introdujo un nuevo programa de estudio de ciencias conocido como 21st Century Science como una opción GCSE en las escuelas del Reino Unido, diseñado para "dar a todos los jóvenes de 14 a 16 años una experiencia científica que valga la pena e inspire". [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 de ciencias adicional obligatorio, lo que resulta en que tomen 4 exámenes que resultan en 2 GCSE, en oposición a los 3 GCSE que se dan al tomar ciencias separadas.
En muchos estados de los EE. UU., los educadores de K-12 deben adherirse a estándares o marcos rígidos sobre qué contenido se debe enseñar a qué grupos de edad. Esto a menudo lleva a los maestros a apresurarse a "cubrir" el material, sin realmente "enseñarlo". Además, el proceso de la ciencia, incluidos elementos como el método científico y el pensamiento crítico , a menudo se pasa por alto. Este énfasis puede producir estudiantes que aprueban pruebas estandarizadas sin haber desarrollado habilidades complejas para resolver problemas. [49] Aunque a nivel universitario la educación científica estadounidense tiende a estar menos regulada, en realidad es más rigurosa, y los maestros y profesores incluyen más contenido en el mismo período de tiempo. [50]
En 1996, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos elaboró los Estándares Nacionales de Educación en Ciencias , que están disponibles en línea de forma gratuita en múltiples formatos. Su enfoque en la ciencia basada en la investigación , basada en la teoría del constructivismo en lugar de en la instrucción directa de hechos y métodos, sigue siendo controvertido. [50] Algunas investigaciones sugieren que es más eficaz como modelo para la enseñanza de las ciencias.
"Los Estándares exigen algo más que la 'ciencia como proceso', en el que los estudiantes aprenden habilidades como la observación, la inferencia y la experimentación. La investigación es fundamental para el aprendizaje de las ciencias. Al realizar una investigación, los estudiantes describen objetos y eventos, hacen preguntas, construyen explicaciones, contrastan esas explicaciones con el conocimiento científico actual y comunican sus ideas a otros. Identifican sus suposiciones, utilizan el pensamiento crítico y lógico y consideran explicaciones alternativas. De esta manera, los estudiantes desarrollan activamente su comprensión de la ciencia combinando el conocimiento científico con las habilidades de razonamiento y pensamiento". [51]
La preocupación por la educación científica y los estándares científicos a menudo ha sido impulsada por preocupaciones de que los estudiantes estadounidenses, e incluso los maestros, [52] se quedan atrás de sus pares en las clasificaciones internacionales . [53] Un ejemplo notable fue la ola de reformas educativas implementadas después de que la Unión Soviética lanzó su satélite Sputnik 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, diciendo que Estados Unidos corre el riesgo de perder su ventaja económica. [55] Con este fin, Tapping America's Potential es una organización destinada a lograr que más estudiantes se gradúen con títulos en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas. [56] Las encuestas de opinión pública, sin embargo, indican que la mayoría de los padres estadounidenses son complacientes con la educación científica y que su nivel de preocupación en realidad ha disminuido en los últimos años. [57]
Además, en la reciente Encuesta Nacional sobre Currículos realizada por ACT, los investigadores descubrieron una posible desconexión entre los educadores de ciencias. "Tanto los profesores de la escuela media y secundaria como los instructores de ciencias postsecundarias califican las habilidades de proceso e investigación como más importantes que los temas de contenido científico avanzado; los profesores de secundaria las califican exactamente en el orden opuesto". Tal vez sea necesaria una mayor comunicación entre los educadores de los diferentes niveles de grado para garantizar objetivos comunes para los estudiantes. [58]
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 los Estados Unidos que ingresen 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 los Nuevos Estándares de Educación en Ciencias K-12 desarrolló un marco de orientación para estandarizar la educación científica K-12 con el objetivo de organizar la educación científica sistemáticamente a lo largo de los años K-12. Titulada Un marco para la educación científica K-12: prácticas, conceptos transversales e ideas centrales , la publicación promueve la estandarización de la educación científica K-12 en los Estados Unidos. Hace hincapié en que los educadores científicos se centren en un "número limitado de ideas centrales disciplinarias y conceptos transversales, diseñados de modo que los estudiantes desarrollen y revisen continuamente sus conocimientos y habilidades a lo largo de varios años, y apoyen 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 una educación científica para poder participar e "investigar sistemáticamente cuestiones relacionadas con sus prioridades personales y comunitarias", así como para razonar científicamente y saber cómo aplicar el conocimiento científico. El comité que diseñó este nuevo marco considera que este imperativo es una cuestión de equidad educativa para el conjunto diverso de escolares. Lograr que más estudiantes diversos accedan a la educación STEM es una cuestión de justicia social, según el comité. [60]
En 2013 se publicaron nuevos estándares para la educación científica que actualizan los estándares nacionales publicados en 1996. Desarrollados por 26 gobiernos estatales y organizaciones nacionales de científicos y profesores de ciencias, las directrices, llamadas Next Generation Science Standards , tienen como objetivo "combatir la ignorancia científica generalizada, estandarizar la enseñanza entre los estados y aumentar el número de graduados de la escuela secundaria que eligen carreras científicas y técnicas en la universidad...". Se incluyen pautas 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. Las organizaciones que contribuyeron al desarrollo de los estándares incluyen la National Science Teachers Association , la American Association for the Advancement of Science , el National Research Council y Achieve, una organización sin fines de lucro que también participó en el desarrollo de estándares de matemáticas e inglés. [61] [62]
El currículo de educación científica en los Estados Unidos está delineado por los Estándares de Ciencias de Próxima Generación (NGSS, por sus siglas en inglés), que se publicaron en abril de 2013. El propósito de los NGSS es establecer un currículo de ciencias estandarizado desde el jardín de infantes hasta el grado 12. Estos estándares se instituyeron con la esperanza de que reformaran el sistema de educación científica anterior y fomentaran un mayor rendimiento estudiantil a través de un mejor currículo y desarrollo docente. Los Estándares de Ciencias de Próxima Generación se componen de tres componentes que se enumeran a continuación: ideas centrales disciplinarias, prácticas científicas y de ingeniería y conceptos transversales. Estos se conocen como las tres dimensiones de los Estándares de Ciencias de Próxima Generación. Dentro de estos estándares, se hace hincapié en la alineación con los estándares estatales básicos comunes 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 resalta 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 son consistentemente relevantes en muchas disciplinas científicas diferentes, como el flujo de energía/materia, causa/efecto, sistemas/prácticas de sistemas, patrones, la relación entre estructura y función, y estabilidad/cambio. El propósito de delinear estos temas clave se relaciona con el aprendizaje generalizado, lo que significa que la eficacia de estos temas podría radicar en el hecho de que estos conceptos son importantes en todas las disciplinas científicas. La intención es que al aprenderlos, los estudiantes creen una comprensión amplia de la ciencia. La dimensión titulada "ideas centrales disciplinarias" describe un conjunto de ideas clave para cada campo científico. Por ejemplo, la ciencia física tiene un cierto conjunto de ideas centrales establecidas por el marco. [64]
Los estándares educativos Common Core enfatizan las habilidades de lectura, escritura y comunicación. El propósito de estos estándares para inglés y matemáticas fue crear metas mensurables para el aprendizaje de los estudiantes que estén alineadas con los estándares establecidos en otras naciones, de modo que los estudiantes en los Estados Unidos estén preparados para tener éxito a nivel global. Su objetivo es establecer estándares académicos que sean rigurosos por naturaleza y preparen a los estudiantes para la educación superior. También se describe que los estudiantes con discapacidades deben ser adecuadamente acomodados según los estándares Common Core a través de un Plan Educativo Individualizado (IEP). Según estos estándares, la comprensión de la escritura científica se ha convertido en una habilidad importante para que los estudiantes aprendan a través de los libros de texto. [64]
Sin embargo, la evidencia sugiere que los estudiantes aprenden ciencias de manera más efectiva con un aprendizaje práctico, basado en actividades e indagación, en lugar de aprender de un libro de texto. Se ha visto que los estudiantes, en particular aquellos con discapacidades de aprendizaje, se desempeñan mejor en las pruebas unitarias después de aprender ciencias a través de actividades, en lugar de un aprendizaje basado en libros de texto. Por lo tanto, se sostiene que la ciencia se aprende mejor a través de actividades experienciales. Además, se ha informado que los estudiantes, específicamente aquellos con discapacidades de aprendizaje, prefieren y sienten que aprenden de manera más efectiva a través del aprendizaje basado en actividades. Información como esta puede ayudar a informar la forma en que se enseña la ciencia y cómo se puede 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 usan materiales para observar conceptos y fenómenos científicos. El laboratorio en la educación científica puede incluir múltiples fases diferentes. Estas fases incluyen planificación y diseño, desempeño 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 de instrucción 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 para el aprendizaje y la enseñanza de las ciencias, ha aumentado la importancia del aprendizaje mediante herramientas computacionales. Se ha demostrado que el uso de herramientas computacionales, que se han vuelto extremadamente frecuentes en los campos STEM como resultado del avance de la tecnología, apoya el aprendizaje de las ciencias. El aprendizaje de las ciencias computacionales en el aula se está volviendo fundamental para el aprendizaje de los conceptos científicos modernos por parte de los estudiantes. De hecho, los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación hacen referencia específicamente al uso de herramientas computacionales y simulaciones. A través del uso de herramientas computacionales, los estudiantes participan en el pensamiento computacional, un proceso cognitivo en el que la interacción con herramientas computacionales como las computadoras es un aspecto clave. A medida que el pensamiento computacional se vuelve cada vez más relevante en la ciencia, se convierte en un aspecto cada vez más importante del aprendizaje en el que los educadores científicos deben actuar. [67]
Otra estrategia, que puede incluir tanto actividades prácticas como el uso de herramientas computacionales, es crear experiencias auténticas de aprendizaje de las 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 involucran investigación práctica y herramientas computacionales pueden ser auténticas, algunos han sostenido que las tareas de investigación que se usan comúnmente 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 las ciencias se pueden implementar de varias formas. Por ejemplo: investigación práctica, preferiblemente que involucre 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; aprendizaje con literatura primaria adaptada (APL), que expone a los estudiantes también a la forma en que la comunidad científica comunica el conocimiento. [70] Estos ejemplos y otros más se pueden aplicar a varios dominios de la ciencia que se enseñan en las escuelas (así como en la educación de pregrado), y cumplir con los llamados a incluir prácticas científicas en los currículos de ciencias. [62] [59]
La educación científica informal es la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias que se lleva a cabo 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 muchos contextos y a lo largo de la vida. La investigación en educación científica informal está financiada en los 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 científicos, museos científicos 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 Ciencia (Boston) son los más antiguos de este tipo de museo 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 After school Programs [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 (Surrounded by Science: aprender ciencias en entornos informales) , [77] basado en el estudio del Consejo Nacional de Investigación, Learning Science in Informal Environments: People, Places, and Pursuits (Aprender ciencias en entornos informales: personas, lugares y actividades) . [78] Surrounded by Science es un libro de recursos que muestra cómo la investigación actual sobre el aprendizaje de las ciencias en entornos científicos informales puede guiar 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 la ciencia informal: educadores, profesionales de museos, profesores universitarios, líderes juveniles, especialistas en medios, editores, periodistas de radiodifusión y muchos otros.
