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 incluye trabajos en contenidos científicos, procesos científicos (el método científico ), algo de ciencias sociales y algo de pedagogía de la enseñanza . Los estándares para la educación científica brindan expectativas para el desarrollo de la comprensión de los estudiantes durante todo el curso de su educación K-12 y más allá. Las materias tradicionales incluidas en las normas son las ciencias físicas , de la vida , de la tierra , del espacio y humanas .
La primera persona a la que se le atribuye haber trabajado como 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 ciencias en todo el sistema escolar público británico . [1]
La Academia Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) publicó un informe en 1867 [2] pidiendo la enseñanza de la "ciencia pura" y la formación del "hábito mental científico". El movimiento de educación progresista apoyó la ideología del entrenamiento mental a través de las ciencias. BAAS hizo hincapié en la formación preprofesional separada en la educación científica secundaria. De esta manera, los futuros miembros de BAAS podrían estar preparados.
El desarrollo inicial de la enseñanza de las ciencias se vio frenado por la falta de profesores cualificados. Un acontecimiento clave fue la fundación de la primera Junta Escolar de Londres en 1870, que discutió el plan de estudios escolar; otra fue la iniciación de cursos para dotar al país de profesores de ciencias capacitados. En ambos casos destaca la influencia de Thomas Henry Huxley . John Tyndall también fue influyente en la enseñanza de las ciencias físicas. [3]
En Estados Unidos, la educación científica era una materia dispersa antes de su estandarización en la década de 1890. [4] El desarrollo de un plan de estudios 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 secundarios y universitarios de Florida, la Asociación Nacional de Educación nombró un Comité de Diez en 1892, que tenía autoridad para organizar reuniones futuras y nombrar comités temáticos de las principales materias que se enseñan en las escuelas secundarias. El comité estaba compuesto por diez educadores y presidido por Charles Eliot de la Universidad de Harvard. El Comité de los Diez nombró nueve comités de conferencias: latino ; 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 los 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 la conferencia. [5]
Según el Comité de los Diez, el objetivo de la escuela secundaria era preparar a todos los estudiantes para que les vaya bien 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 no consideró el desempeño en estudios científicos para el ingreso a la universidad. [7] La BAAS fomentó su modelo más antiguo en el Reino Unido. [8] Estados Unidos adoptó un plan de estudios que se caracterizaba de la siguiente manera: [5]
El formato de entrenamiento mental compartido y entrenamiento preprofesional dominó consistentemente el plan de estudios desde sus inicios hasta ahora. Sin embargo, el movimiento para incorporar un enfoque humanista , 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 las Ciencias (AAAS), incluido el Proyecto 2061, y del Comité Nacional de Evaluación y Estándares 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 materia 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 poco a poco 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 respaldado por la Asociación Estadounidense de Profesores de Física , es un plan de estudios en el que los estudiantes de noveno grado toman un curso de introducción a la física. El propósito es enriquecer la comprensión de la física de los estudiantes y permitir que se enseñen más detalles en las clases posteriores de biología y química de la escuela secundaria. También apunta a aumentar el número de estudiantes que toman Física de 12º grado o Física AP, que generalmente son cursos optativos en las escuelas secundarias estadounidenses. [22]
La educación física en las escuelas secundarias de los Estados Unidos ha sufrido en los últimos veinte años porque muchos estados ahora sólo exigen tres ciencias, que pueden satisfacerse con ciencias físicas/terrestres, química y biología. El hecho de que muchos estudiantes no tomen física en la escuela secundaria hace que sea más difícil para esos estudiantes tomar cursos científicos en la universidad.
A nivel universitario, se ha demostrado que tiene éxito el uso de proyectos relacionados con la tecnología apropiada para despertar el interés de estudiantes no especializados en aprender física. [23] Esta es una oportunidad potencial para forjar la conexión entre la física y el beneficio social.
La educación química se caracteriza por el estudio de la ciencia que se ocupa de la composición, estructura y propiedades de las sustancias y las transformaciones que sufren. [12]
La química es el estudio de las sustancias químicas y los elementos y 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. A medida que los niños se interesan por el mundo que los rodea, los profesores de química pueden atraer el interés y, a su vez, educar más a los estudiantes. [14] La materia de 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 educación en 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, fisiología, anatomía, comportamiento, origen y distribución. [dieciséis]
Dependiendo del país y del nivel educativo, existen muchos enfoques para la enseñanza de la biología. En los Estados Unidos, hay un énfasis creciente 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, cuyo objetivo era estandarizar el aprendizaje preuniversitario en 1892. [18] El Comité enfatizó la importancia de aprender primero la historia natural (biología), enfocándose en la observación a través de 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 e intercambia el conocimiento científico, cómo evoluciona y cómo se utiliza. Destaca el carácter empírico 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 declaraciones científicas y pseudocientíficas, motivarlos a estudiar ciencias y prepararlos mejor para una carrera científica o en un campo que interactúe con la ciencia. [19]
Si bien la imagen pública de la educación científica puede ser la de simplemente aprender hechos de memoria , la educación científica en la historia reciente también generalmente se concentra en la enseñanza de conceptos científicos y en abordar las ideas erróneas que los estudiantes puedan tener con respecto a 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 de las ciencias naturales tiende a producir una mentalidad rígida . [20] [21]
Desde la década de 1980, la educación científica ha estado fuertemente influenciada por el pensamiento constructivista. [22] [23] [24] El constructivismo en la educación científica se ha basado en un extenso programa de investigación sobre el pensamiento y el aprendizaje de los estudiantes en ciencias y, en particular, la exploración de cómo los profesores pueden facilitar el cambio conceptual hacia el pensamiento científico canónico. El constructivismo enfatiza el papel activo del alumno y 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 Foro de Políticas de la revista Science de 2004 , "la enseñanza científica implica estrategias de aprendizaje activo para involucrar a los estudiantes en el proceso de la ciencia y métodos de enseñanza que han sido probados sistemáticamente y han demostrado que llegan a estudiantes diversos". [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 diferencias que hacen que cada estudiante sea único, cada cohorte de estudiantes sea única y cada experiencia docente sea única. La diversidad incluye todo en el aula: los estudiantes, los profesores, el contenido, los métodos de enseñanza y el contexto.
Estos elementos deben subyacer en 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 primero decide lo que los estudiantes deben saber y ser capaces de hacer (metas de aprendizaje), luego determina cuál sería la evidencia del logro de las metas de aprendizaje por parte de los estudiantes y luego diseña evaluaciones para medir este logro. Finalmente, el instructor planifica las actividades de aprendizaje, que deben 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 otras artes, se debe hacer que el consumidor –en este caso el estudiante– reviva, hasta cierto punto, el proceso creativo. En otras palabras, debe ser inducido, con la ayuda y guía adecuadas, a hacer 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 alumbrado su camino. . . . El método tradicional de confrontar al estudiante no con el problema sino con la solución terminada, significa privarlo de toda emoción, [cerrar] el impulso creativo, [reducir] la aventura de la humanidad a un polvoriento montón de teoremas.
Se encuentran disponibles ilustraciones prácticas específicas de este enfoque. [30] [31]
La práctica de la educación científica se ha visto cada vez más informada 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 muchas ramas de la ciencia y la ingeniería, como la informática, la ciencia cognitiva, la psicología cognitiva y la antropología. La investigación en educación científica tiene como objetivo definir o caracterizar qué constituye el aprendizaje en ciencias y cómo se logra.
John D. Bransford , et al., resumieron la investigación masiva sobre el pensamiento de los estudiantes 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 móviles en entornos de enseñanza de ciencias postsecundarias 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 investigaciones de orientación constructivista sobre la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias de 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 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 previas a la instrucción (cotidianas) que los estudiantes aportan a la enseñanza de física contrastan marcadamente con los conceptos y principios de física que se deben alcanzar, desde el jardín de infantes hasta el nivel terciario. Muy a menudo las ideas de los estudiantes son incompatibles con los puntos de vista de 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, donde los estudiantes pueden optar por estudiar una o más de las ramas mencionadas anteriormente. Si desean dejar de estudiar ciencias, no pueden elegir ninguna de las ramas. La corriente de ciencias es un curso hasta el año 11, lo que significa que los estudiantes aprenden en todas las ramas, lo que les brinda una idea amplia de de qué se trata la ciencia. La Junta Nacional de Currículo de Australia (2009) declaró que "el plan de estudios de ciencias se organizará en torno a tres líneas interrelacionadas: comprensión de las ciencias, habilidades de investigación científica y ciencia como esfuerzo humano". [42] Estos aspectos brindan a los profesores y educadores el marco de cómo deberían 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 caída del interés por la ciencia. Menos estudiantes del décimo año eligen estudiar ciencias en el undécimo año, lo cual 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 sucediendo 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 completan el riguroso programa de diez años de escolarización formal. [44]
Como en muchos otros países, el plan de estudios de ciencias incluye cursos secuenciados de física, química y biología. La educación científica tiene alta prioridad y está impulsada por libros de texto compuestos por comités de científicos y profesores. La educación científica en China 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]
En las escuelas inglesas y galesas, las ciencias son una materia obligatoria en el plan de estudios nacional. Todos los alumnos de 5 a 16 años deben estudiar ciencias. Generalmente se enseña como una sola materia de ciencias hasta el sexto grado, 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 obtengan buenos resultados a la edad de 14 años se les ofrezca la oportunidad de estudiar las tres ciencias separadas a partir de septiembre de 2008. [45] En Escocia, las materias se dividen en química, física y biología en la edad de 13 a 15 años para National 4/5 en estas materias, y también hay una calificación de grado estándar de ciencias combinada a la que los estudiantes pueden presentarse, siempre que su escuela la ofrezca.
En septiembre de 2006, se introdujo un nuevo programa de estudios de ciencias conocido como Ciencias del siglo XXI como una opción de GCSE en las escuelas del Reino Unido, diseñado para "brindar a todos los jóvenes de 14 a 16 años una experiencia científica valiosa e inspiradora". [46] En noviembre de 2013, la encuesta de Ofsted sobre la ciencia [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 les lleva a tomar 6 trabajos al final del año 11; esto normalmente llena uno de sus 'bloques' de opciones y requiere más lecciones de ciencias que aquellos que eligen no participar en ciencias separadas o no están invitados. Otros estudiantes que optan por no seguir el curso de ciencias adicional obligatorio, lo que les lleva a tomar 4 trabajos que dan como resultado 2 GCSE, a diferencia de los 3 GCSE que se obtienen al tomar ciencias por separado.
En muchos estados de EE. UU., los educadores K-12 deben cumplir con estándares o marcos rígidos sobre qué contenido se debe enseñar a qué grupos de edad. Esto a menudo lleva a los profesores a apresurarse a "cubrir" el material, sin realmente "enseñarlo". Además, a menudo se pasa por alto el proceso de la ciencia, incluidos elementos como el método científico y el pensamiento crítico . Este énfasis puede producir estudiantes que aprueben exámenes estandarizados sin haber desarrollado habilidades de resolución de problemas complejos. [49] Aunque a nivel universitario la educación científica estadounidense tiende a estar menos regulada, en realidad es más rigurosa, y los maestros y profesores adaptan más contenidos al mismo período de tiempo. [50]
En 1996, la Academia Nacional de Ciencias de las Academias Nacionales de EE. UU. produjo los Estándares Nacionales de Educación Científica , que están disponibles en línea de forma gratuita en múltiples formas. Su enfoque en la ciencia basada en la investigación , basada en la teoría del constructivismo más que en la instrucción directa de hechos y métodos, sigue siendo controvertida. [50] Algunas investigaciones sugieren que es más eficaz como modelo para la enseñanza de la ciencia.
"Los Estándares exigen algo más que 'la ciencia como proceso', en la que los estudiantes aprenden habilidades como observar, inferir y experimentar. La indagación es central para el aprendizaje de las ciencias. Al participar en la indagación, los estudiantes describen objetos y eventos, hacen preguntas, construyen explicaciones. , comparan 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 al combinar el conocimiento científico con el razonamiento y habilidades de pensamiento." [51]
La preocupación por la educación científica y los estándares científicos a menudo ha sido impulsada por la preocupación de que los estudiantes estadounidenses, e incluso los profesores, [52] estén a la zaga de sus pares en las clasificaciones internacionales . [53] Un ejemplo notable fue la ola de reformas educativas implementadas después de que la Unión Soviética lanzara su satélite Sputnik en 1957. [54] La primera y más destacada de estas reformas fue dirigida por el Comité de Estudios de Ciencias Físicas del MIT . En los últimos años, líderes empresariales como el presidente de Microsoft, Bill Gates, han pedido más 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 cuyo objetivo es lograr que más estudiantes se gradúen con títulos en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas. [56] Sin embargo, las encuestas de opinión pública 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 de Currículo realizada por ACT, los investigadores descubrieron una posible desconexión entre los educadores de ciencias. "Tanto los profesores de secundaria y preparatoria como los instructores de ciencias postsecundarias califican las habilidades de proceso/indagación como más importantes que los temas de contenido científico avanzado; los maestros de secundaria las califican exactamente en el orden opuesto". Quizás sea necesaria una mayor comunicación entre los educadores de los diferentes grados 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 se dediquen a la ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas ( STEM) profesiones. 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 rector para estandarizar la educación científica K-12 con el objetivo de organizar la educación científica sistemáticamente durante 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. Enfatiza que los educadores de ciencias se centren en un "número limitado de ideas disciplinarias centrales y conceptos transversales, se diseñen de manera que los estudiantes desarrollen y revisen continuamente sus conocimientos y habilidades durante varios años, y apoyen la integración de dichos conocimientos y habilidades con las prácticas necesarias". participar en la investigación científica y el diseño de ingeniería". [59]
El informe dice 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 cómo aplicar el conocimiento científico. El comité que diseñó este nuevo marco ve este imperativo como una cuestión de equidad educativa para el conjunto diverso de escolares. Lograr que estudiantes más diversos ingresen a la educación STEM es una cuestión de justicia social, según lo ve 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, los lineamientos, llamados Estándares Científicos de Próxima Generación , tienen como objetivo "combatir la difusión científica generalizada". ignorancia, 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. Un énfasis es enseñar el proceso científico para que los estudiantes tengan una mejor comprensión de los métodos de la ciencia y puedan evaluar críticamente la evidencia científica. Las organizaciones que contribuyeron al desarrollo de los estándares incluyen la Asociación Nacional de Maestros 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 estándares de matemáticas e inglés. [61] [62]
El plan de estudios de educación científica en los Estados Unidos está delineado por los Estándares Científicos de Próxima Generación (NGSS), que se publicaron en abril de 2013. El propósito de los NGSS es establecer un plan de estudios de ciencias estandarizado desde jardín de infantes hasta el grado 12. Estos estándares se instituyeron con la esperanza de reformar el antiguo sistema de educación científica y fomentar un mayor rendimiento estudiantil a través de un mejor plan de estudios y desarrollo docente. Los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación se componen de tres componentes enumerados a continuación: ideas disciplinarias centrales, prácticas de ciencia e ingeniería y conceptos transversales. A estos se les conoce como las tres dimensiones de los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación. Dentro de estos estándares, hay énfasis en la alineación con los estándares estatales básicos comunes K-12 . [63] La dimensión titulada "prácticas de ciencia e 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 pone de relieve 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 esbozar estos temas clave se relaciona con el aprendizaje generalizado, lo que significa que la efectividad de estos temas podría residir 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 en el marco. [64]
Los estándares educativos básicos comunes hacen hincapié en las habilidades de lectura, escritura y comunicación. El propósito de estos estándares para inglés y matemáticas era crear metas mensurables para el aprendizaje de los estudiantes que estén alineadas con los estándares vigentes 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 de naturaleza rigurosa y preparar a los estudiantes para la educación superior. También se describe que los estudiantes con discapacidades deben ser adaptados adecuadamente según los estándares básicos comunes a través de un Plan de educación individualizado (IEP). 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]
Sin embargo, la evidencia sugiere que los estudiantes aprenden ciencias de manera más efectiva mediante un aprendizaje basado en la práctica, la actividad y la investigación, en lugar de aprender con un libro de texto. Se ha visto que los estudiantes, en particular aquellos con dificultades de aprendizaje, obtienen mejores resultados en las pruebas unitarias después de aprender ciencias a través de actividades, en lugar de hacerlo con el aprendizaje basado en libros de texto. Así, 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 a estudiantes de todos los niveles. [65] El laboratorio es un ejemplo fundamental de aprendizaje práctico basado en actividades. En el laboratorio, los estudiantes utilizan materiales para observar conceptos y fenómenos científicos. El laboratorio en la educación científica puede incluir múltiples 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 de instrucción para la educación científica 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 habido un aumento en la importancia del aprendizaje utilizando 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 científico. El aprendizaje de la ciencia computacional en el aula se está volviendo fundamental para el aprendizaje de los conceptos de la ciencia moderna por parte de los estudiantes. De hecho, los Estándares Científicos de Próxima Generación hacen referencia específicamente 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 interactuar 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 para que los educadores científicos actúen en consecuencia. [67]
Otra estrategia, que puede incluir tanto actividades prácticas como el uso de herramientas computacionales, es crear experiencias auténticas de aprendizaje científico. Se han sugerido varias perspectivas de una auténtica educación científica, entre ellas: la 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; centrado en los jóvenes : resolución de problemas que sean de interés para los estudiantes jóvenes; contextual : una combinación de las perspectivas canónica y centrada en la juventud. [68] Aunque las actividades que involucran investigación práctica y herramientas computacionales pueden ser auténticas, algunos han sostenido que las tareas de investigación comúnmente utilizadas en las escuelas no son lo suficientemente auténticas, sino que a menudo dependen de experimentos simples de "libro de cocina". [69] Las experiencias auténticas de aprendizaje científico se pueden implementar de diversas formas. Por ejemplo: investigación manual, preferiblemente que incluya una investigación abierta; asociación estudiante-maestro-científico (STSP) o proyectos de ciencia ciudadana ; aprendizaje basado en diseño (DBL) ; utilizar entornos 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 más pueden aplicarse a diversos dominios de la ciencia que se enseñan en las escuelas (así como a la educación universitaria) y cumplir con los llamados a incluir prácticas científicas en los planes de estudio de ciencias. [62] [59]
La educación científica informal es la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias que se produce fuera del plan de estudios 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 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 de Filadelfia y el Museo de Ciencias (Boston) son los más antiguos de este tipo de museos en 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 "El universo del Dr. Posin", "El universo que nos rodea", "Sobre los hombros de los gigantes" y "Fuera de este mundo". Ejemplos de programas comunitarios son los programas de desarrollo juvenil 4-H , Hands On Science Outreach , NASA y programas extracurriculares [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 Rodeado de ciencia: aprender ciencia en entornos informales , [77] basado en el estudio del Consejo Nacional de Investigación, Aprender ciencia en entornos informales: personas, lugares y actividades . [78] Rodeado de ciencia 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 investigaciones valiosas sean accesibles 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.
