Objetivo

1.1 Caracterizar el diseño didáctico de innovación por indagación y modelización con el diagrama V.

1.2 Describir obstáculos y oportunidades en el aprendizaje por innovación en estudiantes de pedagogía en ciencias.

3. Marco teórico

Actualmente existe consenso respecto a la importancia de iniciar en forma temprana la educación científica en el ciclo escolar, tanto por su valor formativo como por su capacidad para potenciar la disposición de los niños a hacerse preguntas y buscar explicaciones sobre la naturaleza y el entorno.

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Los alumnos tienen ideas y las ponen en práctica, desarrollan teorías que constantemente convierten en acción, utilizan distintos lenguajes para expresarlas, las examinan y reexaminan. Sin embargo, las actividades de aprendizaje de las unidades didácticas, suelen diseñarse sin tener en cuenta cómo ellos aprenden, sino más bien, en función de los contenidos del marco curricular que el profesor debe cumplir en la asignatura.

Estos contrastes nos invitan a reflexionar sobre el rol del maestro en la enseñanza de la ciencia escolar y en la necesidad de una transposición didáctica, que tenga claros los conceptos e ideas claves de la ciencia a trabajar en el aula y que prioriza provocar, desde las situaciones planteadas, su pensamiento (Izquierdo, Sanmartì & Espinet, 1999).

En nuestro planteamiento en aula, asumimos el modelo en ciencia escolar en la cual se indaga y se modeliza (Izquierdo, 1999 y Caamaño, 2011), utilizando el diagrama Uve de Gowin como instrumento de andamiaje (Izquierdo, 1995; Escudero y Moreira, 1999), al resolver un fenómeno o problema planteado.

Por lo anterior, hemos de orientar nuestro trabajo como formadores de profesores de ciencias, en un cambio formativo que anime a los futuros profesores a crear situaciones para agudizar en los alumnos su capacidad para examinar sus ideas o teorías, que les ayuden a reunir sistemáticamente los hechos sobre un fenómeno, antes de llegar a deducciones precipitadas y que pongan de relieve la consistencia e inconsistencia de sus propias explicaciones.

El estudio se origina desde la experiencia positiva de la formadora (PU) y profesora de aula con esta metodología en alumnos en primaria y secundaria en contextos vulnerables y se propone como estrategia didáctica de cambio de enseñanza a los profesores iniciales de ciencias (PFI).

Esta primera fase del estudio describe las características del diseño didáctico propuesto en formación inicial de profesores de ciencias y posteriormente los obstáculos y oportunidades en el aprendizaje de los PFI con esta propuesta formativa.

3.1 El diseño didáctico en indagación y modelización con el diagrama V.

El diseño didáctico que planteamos en este estudio abandona los planteamientos tradicionales y propone una clase por indagación y modelización con el diagrama V de Gowin.

Para construir nuestro diseño de innovación, hemos considerado integrar en los momentos de una clase del ciclo de aprendizaje (Jorba y Sanmartí, 1994), la modelización, el ciclo de indagación y el diagrama V en relación a las correspondencias entre estos paradigmas con el desarrollo de la clase y las habilidades de pensamiento científico que el alumno va desarrollando al trabajar en ella, lo cual se muestra en la Figura 20.

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Figura 20 Integración de los paradigmas didácticos para la propuesta de indagación y modelización con diagrama V en ciencia escolar. (Autores)

3.2 ¿Qué caracteriza una propuesta didáctica?

El planteamiento del diseño didáctico que proponemos, integra la modelización al inicio de la clase sobre una idea clave de ciencia, (seleccionada por el profesor), para lo cual se ha de partir con un fenómeno o hecho, problema que resulte interesante para el alumno y los inste a realizar preguntas y proponer una pregunta de indagación apropiada. La intención que se persigue al seleccionar o generar una “buena pregunta” de investigación es pensar que ya visualizamos su respuesta y que será posible proponer una estrategia para responderla y justificarla con argumentos científicos (Izquierdo, 1995).

En la introducción la clase continúa con la exploración de las ideas previas de los alumnos respecto al fenómeno observado, mediante preguntas abiertas, dispuestas en un KPSI o guiadas en forma oral por el profesor, para explorar las ideas previas o conocimientos que los alumnos (modelo previo) ya poseen sobre el fenómeno, motivarlos a buscar sus causas o sus variables para formular probables hipótesis respecto de la pregunta de investigación.

Posteriormente en la estructuración los alumnos dialogan, en su grupo de trabajo sobre sus representaciones y proponen sus diseños investigación teóricos o experimentales para resolver la pregunta formulada, discutiendo entre ellos los conceptos involucrados, cómo los relacionan con los resultados encontrados y organizan sus resultados, cómo lo explican con la teoría científica ahora con un nuevo modelo creado. De modo que esta indagación permite construir una conclusión basada en argumentos científicos que relaciona los procedimientos con los conceptos, para entregar una respuesta al fenómeno estudiado.

El proceso de modelización en la enseñanza se va gestando cuando los estudiantes van contrastando e interpretando a partir de estas intervenciones, para dar “sentido a los hechos o fenómenos” aparentemente diferentes entre sí, pero que se van a poder interpretar de manera similar mediante las entidades propias de la teoría que se van a ir introduciendo en clase (Izquierdo et al, 1999).

Finalmente en el cierre se invita a los alumnos a construir una reflexión crítica valorando el aprendizaje en su vida, sus relaciones o sus aplicaciones en su entorno cotidiano.

La figura 21 recoge los planteamientos antes mencionados.

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Figura 21 Diseño didáctico en ciencia escolar por indagación y modelización con el diagrama V (autores, 2014)

Por lo anterior, lo que caracteriza la construcción del diseño didáctico de aula por indagación y modelización utilizando el diagrama V se resume en la acción del profesor (punto 1 y 2) y en las acciones de los alumnos (desde el punto 3 al 6). Este desarrollo se presenta en la secuencia que muestra la figura 22:

Figura 22 Secuencia de la propuesta en indagar y modelar con el diagrama V (según autores).

a) Rol del profesor en la propuesta

Seleccionar los conceptos estructurantes de una gran idea de la ciencia para vertebrar los conocimientos a desarrollar en la Unidad didáctica.

Buscar un fenómeno o hecho que se transforme en un buen problema que permita plantear preguntas que orientan, el marco de un modelo científico.

Construir buenas preguntas investigables (Sanmartí y Márquez, 2012), propuestas por los alumnos o en consenso clase.

Diseñar la indagación: generar hipótesis, buscar las variables, construir un plan de investigación para probarla, contrastar sus ideas con los hechos, indagar nuevos conceptos, teorias, modelos. Organizar la información y transformar en resultados para llegar a una conclusión.

Comunicar resultados en una conclusión con argumentos científicos sobre el problema o fenómeno.

Valorar lo aprendido con juicio crítico.

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La tarea del profesor en esta propuesta de indagación y modelización con el diagrama V se centra en ayudar a los alumnos en la creación de entidades que hagan posible el razonamiento y en promover su regulación. En este sentido, consideramos una prioridad que los profesores sean capaces de centrarse en las ideas científicas claves, en lugar de en un repertorio de hechos y teorías (Osborne y Dillon, 2008), las cuales se deben construir progresivamente a lo largo de la escolarización.

Por lo anterior el profesor ha de seleccionar fenómenos o problemas interesantes para el contexto de su unidad didáctica (U.D) de acuerdo a las condicionantes más adecuadas de su institución escolar, permitiendo que los estudiantes se familiaricen con ellos mediante el juego y la exploración, describiendo sus modelos explicativos, motivándose a discutir y dialogar sobre sus ideas.

Es importante concentrarse en los conceptos estructurantes, sin darles nombres particulares, que permitan describir o dar ideas de lo que se observa, detecta con sentidos , lo que se cree saber, para luego probarlas en un diseño de investigación. Cuando las ideas hayan sido comprendidas por los alumnos, discutirán sobre los conceptos científicos que están involucrados y contrastarán sus explicaciones, sus limitaciones, en un nuevo modelo.

El profesor orienta el proceso durante el desarrollo de la clase, a diferencia de lo que ocurre en otras orientaciones didácticas como por ejemplo la enseñanza por descubrimiento, en la que se da a entender que los estudiantes aprenden por sí solos.

Desde muestra perspectiva del profesor, acompaña el proceso de co-construcción de los modelos, guiando a los alumnos a enriquecer sus modelos expresados sobre los fenómenos que investigan, que en su mayoría son erróneos, incompletos o insuficientes comparados con los modelos conceptuales científicos (Caamaño, 2011).

En este proceso el profesor formula preguntas que apoyan el proceso de co-construcción ¿Cómo lo podrías hacer? ¿Qué factores tendríais en cuenta? O ¿Qué compararíamos? ¿Cómo podrías probar tus explicaciones? ¿Qué crees va cambiar? ¿Qué crees se mantendrá?, orientando al alumno hacia el modelo a construir. También lo haría a la hora de recoger los datos, haciendo reflexionar al alumnado sobre lo que es importante observar con ojos científicos, en la rigurosidad de las toma de ellos.

El rol del profesor se caracteriza por la introducción paulatina de explicaciones o información que potencie el proceso de construcción de los alumnos, buscando que ellos sean capaces de inferir las propiedades del fenómeno que deben ser incluidas en el modelo. (ver figura 23)

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Figura 23 La práctica de ciencia a través de 5 “conversaciones” según Windscihtl, Thompson y Braaten,( 2008) en proceso de co-construcción con los alumnos.

b) Rol del estudiante.

En esta propuesta es muy importante la implicación de los alumnos, puesto que el trabajo se realiza en grupos colaborativos y para que el fenómeno o problema se concrete como punto de partida del aprendizaje, se necesita la participación de los alumnos en la formulación de la pregunta investigable, consistente con el propósito indagatorio.

Desde el modelo modelo de indagar centrado en modelizar de Windscihtl et al., (2008) el alumno ha de implicarse en la práctica de ciencia a través de 5 “conversaciones” en el aula, según la cual es necesario: establecer los parámetros generales (entre otros, la elección del profesor del tema a estudiar y su esfuerzo por compartirlo de forma relevante con los estudiantes); organizar lo que sabemos y queremos saber; generar hipótesis (incluyendo hipótesis que compiten entre ellas); buscar pruebas (incluyendo pruebas secundarias, experimentos, modelos mentales) y construir un argumentos (incluyendo contraargumentos).

3.3 El diagrama V adaptado para indagar y modelar

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El diagrama Uve fue propuesto por Bob Gowin (1981) como una estrategia para resolver un problema o para entender un procedimiento. Los diagramas Uve están ideados como una herramienta heurística, que interrelaciona, los contenidos relacionados con los conceptos, procedimientos y actitudes (competencias científicas), y además permite integrar el conocimiento cotidiano con el científico, logrando ser considerada altamente significativa.

(Ausubel et al. 1983; Novak y Gowin, 1988; Barriga y Hernández, 1999; Sánchez, 1999;

Ontoria, 2001).

En esta propuesta de innovación, se realizó la adaptación del diagrama V para ser usado por el alumno(a) como “andamiaje” (scaffolding) en el proceso de indagar y relacionar los fenómenos del mundo con los modelos científicos. Esta idea se relaciona con la “Zona de

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Desarrollo Próximo (ZPD)”, de las teorías de Vigotsky (1978), respecto al importante papel que cumplen estructuras, actividades o estrategias de apoyo que el profesor aporta para que el alumno construya el conocimiento por sí mismo, cuando resuelve un problema con la ayuda de otros.

Este diagrama heurístico, según sus autores (Novak y Gowin, 1988: 81), es un recurso que puede tomar la configuración que resulte más útil o más fecunda, lo cual deja abierta la posibilidad a plantear algunos ajustes. La adaptación diagrama que hemos propuesto según muestra la figura 24.

Figura 24 El diagrama V para indagar y modelar en ciencia escolar de primaria y secundaria.

(Autores, 2014)

En el diagrama, la organización de las ideas que hacen los estudiantes se hace explícita en sus registros en el lado del pensar (lado izquierdo) y en el del hacer (lado derecho), de modo que se sumen conscientemente al esfuerzo de pensar las ideas y disponer de los conceptos, discutirlas con otros, probarlas, para finalmente en este proceso comunicar (al centro del diagrama) una conclusión con argumentos científicos.

3.3 Componentes didácticos del diagrama V.

Hemos incorporado nuevos elementos en el diagrama V que se presenta a los alumnos en forma de preguntas con la finalidad de clarificar su comprensión (ver figura 25). Después de un proceso de validación por profesores expertos y validación empírica con estudiantes de primaria. Los fundamentos teóricos asociados a esta adaptación realizada se detallan a continuación.

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Figura 25 Elementos didácticos incorporados en diagrama V adaptado a ciencia escolar primaria y secundaria (autores)

1. Contar con preguntas investigables.

Lo esencial para indagar y modelar con el diagrama V es tener una pregunta que responder, una pregunta investigable, pues una vez formulada la pregunta, esta guía la mejor estrategia entre aquello que conocen y aquello que aún resta por seguir aprendiendo y abordar su diseño de resolución.

Para Sanmartí y Márquez (2012), la capacidad de formularse buenas preguntas y diseñar caminos metodológicamente válidos para responderlas, comienza a ocupar un lugar fundamental en la formación de estudiantes con pensamiento crítico y autónomo, cada vez más dueños de su propio trayecto de aprendizaje.

2. Hacer explicitas las ideas previas de los alumnos.

Hemos incorporado como un nuevo elemento lo que el estudiante sabe acerca del fenómeno o problema, porque se acepta el hecho que los alumnos tienen ideas intuitivas acerca del mundo, hecho que confirman desde diferentes posiciones, Ausubel (1968), Kelly (1971), Piaget (1965). Estas ideas se generan cuando observan los fenómenos naturales, buscan relaciones causales y elaboran modelos explicativos y predictivos de la realidad, coherentes y estables, los cuales difieren de los modelos y teorías científicas (Gilbert, 1982), (Osborne, Bell y Gilbert, 1983).

Aun cuando hay investigadores que consideran las ideas previas como un conjunto inconsistente de conocimientos frecuentemente equivocados, en nuestra propuesta didáctica compartimos la posición de que estas ideas encierran a un conjunto coherente de teorías intuitivas, por lo cual animamos a que los estudiantes expresen sus ideas previas sobre el problema planteado, ya sea oralmente o por escrito.

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Estas ideas previas “crecen” al vincularse a nuevas experiencias y se someten a prueba para ver si ayudan a entender la nueva experiencia. Una idea potencialmente útil conduce a una predicción que, si se ajusta a la evidencia de la nueva experiencia, entonces convierte la idea en algo un poco “más grande”, porque entonces explica una gama más amplia de fenómenos.

Incluso si ésta “no funciona” - su experiencia- habrá ayudado a refinar la idea y generar un cambio en comprensión de este fenómeno.

1. Identificar las variables para construir hipótesis.

Uno de los contenidos procedimentales más útiles que puede ser enseñado es identificar las variables en un fenómeno. Debido a la dificultad que significó para los estudiantes, lo hemos incorporado para ayudar a construir hipótesis ajustada al problema a resolver. De acuerdo a De Pro Bueno (1998), los estudiantes en su paso por primaria deben haber conseguido ser capaces de establecer relaciones causales que no se basen únicamente en observaciones, además de reconocer relaciones lineales entre dos variables y distinguir los aspectos distintos de una misma realidad. Para este autor, los estudiantes probablemente no sepan controlar variables, pero es importante que el alumno sea consciente de las correspondientes operaciones cognitivas (identificación, manipulación de variables, relación, regularidad) desde el punto de vista cualitativo, por lo que están creadas las condiciones para su aprendizaje a lo largo de la educación secundaria.

2. Comunicar conclusiones con argumentos científicos.

La tarea de escribir una conclusión con argumentos científicos la hemos reubicado en el centro del diagrama V, porque nos interesa particularmente conocer cómo el alumno produce un texto oral o escrito cuando interrelaciona el lado del pensar y del hacer, con el objetivo de producir argumentación científica, discutiendo las razones, justificaciones y criterios necesarios para elaborarlas (Izquierdo y Sanmartí, 1998; Jiménez, 1998). Para llegar a esta conclusión, se requiere previamente que se haya planteado una pregunta investigable (concreta) sobre el fenómeno o problema particular, que entregue una respuesta basada en un diseño investigación y que explicite los conceptos científicos que están involucrados en su resolución.

A modo de ejemplo una clase de ciencias desarrollada por indagación y modelización con el diagrama V en un curso de Primaria, siguiendo la metodología (Herrera e Izquierdo, en prensa) en la unidad didáctica nutrición y salud, la cual se ha diseñado en torno a la idea “Los organismos necesitan energía” para integrarla al entorno familiar y social del estudiante. (Ver clase en anexos.)

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La figura 26 resume los referentes teóricos que fundamentan los elementos didácticos incorporados en esta adaptación al diagrama V.

Figura 26 Fundamentos teóricos del diagrama V adaptado para indagar y modelar en ciencia escolar. (Autores)

Hacer explícitas las ideas previas Las ideas se generan cuando los estudiantes observan los fenómenos naturales, buscan relaciones causales y elaboran modelos explicativos y predictivos de la realidad, coherentes y estables, los cuales difieren de los modelos y teorías científicas (Gilbert, 1982), (Osborne, Bell y Gilbert, 1983).

Comunicar con argumentos

científicos

Nos interesa particularmente conocer cómo el alumno produce un texto oral o escrito cuando interrelaciona el lado del pensar y del hacer, con el objetivo de producir argumentación científica, discutiendo las razones, justificaciones y criterios necesarios para elaborarlas (Izquierdo y Sanmartí, 1998; Jiménez,

Una idea potencialmente útil sobre un problema analizado

“crece” al vincularse a nuevas habrá ayudado a refinar la idea y generar un cambio en la estrategia entre aquello que conocen y aquello que aún resta por seguir aprendiendo y abordar así su diseño de resolución (Izquierdo, 1995).

87 3. Metodología FASE I

La metodología de investigación que se utilizó en la fase I corresponde a un estudio de casos múltiple (Stake, 1998) bajo el paradigma cualitativo. Este diseño permite interpretar de manera detallada, sistemática y en profundidad (Sandín Esteban, 2003) los significados que otorgan los futuros profesores al aprendizaje de una propuesta de innovación en indagación y modelización con el diagrama Uve de Gowin.

Se presenta a continuación la síntesis del diseño metodológico utilizado en esta fase. (Ver figura 27)

FASE I

Datos Tratamiento datos Resultados fase I

Problemas a

Figura 27 Diseño metodológico de la investigación de fase I (autores)

3.1Finalidades en el primer espacio de reflexión.

La fase inicial de esta investigación tiene un doble propósito. Por un lado, busca describir el nivel de desempeño alcanzado por cinco estudiantes de cuarto año de Pedagogía en Ciencias Naturales como aprendices de una innovación didáctica en indagación y modelización con el diagrama V en la asignatura de Taller de Didáctica y Evaluación. Por otro lado, analiza las reflexiones expresadas por estos cinco estudiantes en su diario digital de clase y en la entrevista durante su proceso de aprendizaje.

Ambos propósitos se estudiaron en el primer espacio de reflexión, el cual está dado por la reflexión individual que el profesor inicial (PI) realiza en su diario de clase, a medida que avanza en su aprendizaje con la propuesta didáctica en ciencia escolar. El segundo espacio reflexivo se generó al finalizar su aprendizaje con la reflexión compartida sobre sus obstáculos y oportunidades en entrevista con PU en su desempeño al resolver los fenómenos propuestos.

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El grupo de estudiantes de pedagogía que participó, cursó el Taller de Didáctica y Evaluación (n=25), poseen edades que oscilaban entre 21 a 26 años y realizaban en paralelo su primera práctica pedagógica de la especialidad la que tiene una duración de dos meses y se realiza en establecimientos de Educación Primaria y Secundaria de la provincia de Ñuble, región del Bío Bío, Chile; designados desde la Coordinación de Prácticas de Facultad de Educación y Humanidades de la Universidad del Bío Bío, sede Chillán.

En esta investigación se analiza un grupo, compuesto por cinco estudiantes, todas mujeres, la conformación de este grupo fue ‘no intencionada’ y obedeció a que sólo los profesores guías de estos estudiantes entregaron su consentimiento informado de participación en el seguimiento formativo y reflexivo que involucraba la aplicación de un diseño de

En esta investigación se analiza un grupo, compuesto por cinco estudiantes, todas mujeres, la conformación de este grupo fue ‘no intencionada’ y obedeció a que sólo los profesores guías de estos estudiantes entregaron su consentimiento informado de participación en el seguimiento formativo y reflexivo que involucraba la aplicación de un diseño de