Enfoque para la enseñanza de las ciencias naturales y el uso de tecnologías
Documento elaborado por el equipo de Enlace Ciencias de la Dirección General de Planeamiento Educativo del Ministerio de Educación e Innovación de la Ciudad de Buenos Aires.
2018
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El presente documento tiene su origen en los proyectos curriculares de enseñanza inicial, primaria y secundaria del Ministerio de Educación e Innovación de la Ciudad de Buenos Aires y fue enriquecido con el resultado del trabajo colaborativo de especialistas en el área de la enseñanza de las ciencias. Su propósito es el de servir de encuadre a los diferentes proyectos y actividades en ciencias naturales que se desarrollan y desarrollarán desde el Ministerio de Educación e Innovación de C.A.B.A. poniendo en común el enfoque que se pretende dar a la enseñanza de estas ciencias.
La enseñanza de las ciencias naturales debe contribuir a la alfabetización
científica de los estudiantes promoviendo de manera gradual un abordaje
integrado de temas y problemáticas novedosos para ellos y propios de este
campo de conocimientos. Su finalidad es la de despertar, desarrollar e
incrementar el interés, la comprensión y el conocimiento en temáticas
vinculadas con la ciencia, la tecnología y el ambiente, de avanzar
paulatinamente en el manejo de las metodologías de trabajo propias de las
ciencias experimentales, y de facilitar por un lado, una comprensión adecuada de los fenómenos cotidianos y por otro, una participación ciudadana informada
en la agenda de controversias y debates públicos vinculados con estos temas.
Se debe presentar a los estudiantes las visiones actualmente aceptadas por los
expertos en cada campo, ya que es un objetivo insoslayable que los alumnos
conozcan y se familiaricen con teorías y modelos vigentes. Asimismo, es
necesario que este aprendizaje se enmarque en una visión sobre la ciencia que
ha cambiado a lo largo del tiempo, tanto en lo que respecta al estatus de la
verdad de las teorías vigentes como en lo atinente a las prácticas científicas.
La enseñanza de las ciencias, en cualquiera de los niveles educativos, debe
promover la reflexión sobre la práctica científica. Esta se presenta a través de
aspectos relevantes de la filosofía e historia de la ciencia y la tecnología, cuya
consideración es imprescindible para el abordaje de problemas complejos. Los
distintos métodos que intervienen en las ciencias naturales producen un tipo
particular de conocimiento en el que el apoyo de los datos, la consistencia y la
posibilidad de extrapolación, que conduce a nuevos descubrimientos, son
distintivos para comprender el entorno natural. La actividad científica se
caracteriza por la búsqueda de estrategias adecuadas y creativas para
responder preguntas en un intento por comprender y explicar la naturaleza, a la
vez que contar con buenas razones que justifiquen nuestras intervenciones en
el entorno. Estas actividades están regidas por reglas y estándares que
otorgan un peso particular a la información obtenida en observaciones
casuales o sistematizadas y a los resultados de tareas experimentales, con alto grado de tecnología en la captura de datos. Los productos de esta actividad,
teorías, mediciones, afirmaciones aisladas o articuladas con otros
conocimientos, siempre serán motivo de revisión, ya sea en virtud del avance
tecnológico en la precisión de la información, en lo que respecta a la aparición
de nuevos modos de obtener información, o en una reorganización conceptual
que pueda desencadenar cambios revolucionarios en el modo de ver el mundo
para poder dar cuenta de los fenómenos naturales. Se trata de plantear el
desarrollo (...de los contenidos...) de modo que atienda tanto a los productos
de la ciencia como a los procesos por los cuales se validan, aceptan y
rechazan tales productos. Merece destacarse que se quiere contemplar que las
prácticas científicas se llevan a cabo en el seno de una sociedad que enfrenta
problemas específicos y plantea demandas de solución a las comunidades de
expertos para sus problemas más acuciantes. Esta característica llama la
atención sobre la interacción entre la sociedad y los resultados y prácticas que
se llevan a cabo en los centros de investigación. Científicos y no científicos
forman una comunidad en la que la investigación y el desarrollo tienen un lugar
valioso y una función social inevitable. Se propone atender a las dos
dimensiones fundamentales de la ciencia: la del producto y la del productos
como a los procesos o modos de conocer de las diversas disciplinas científicas
que componen estas ciencias por las cuales se validan, aceptan y rechazan los productos.
La educación en estas ramas del conocimiento debe proporcionar entonces
herramientas que permitan un enfoque centrado en el conocimiento sobre las
ciencias naturales, entendiendo que se trata de una actividad humana asociada
a ideas, tecnologías y lenguajes específicos, de construcción colectiva, con
historicidad, que forman parte de la cultura.
No se puede dejar de mencionar que el estudio de las ciencias naturales
promueve en los estudiantes el desarrollo de capacidades cognitivas
específicas: constituye una oportunidad para iniciar, promover, descubrir,
profundizar y extender ciertos modos de operar con el pensamiento para la
comprensión del entorno y para planificar y justificar la intervención en ese
entorno. Así, por ejemplo, la enseñanza de estas ciencias es propicia para el
desarrollo, entre otras, de las capacidades de:
observar, comparar, describir;
simbolizar, abstraer, generalizar;
modelizar;
analizar críticamente;
hipotetizar, argumentar, experimentar.
Es entendible que en los primeros años de escolarización las actividades
científicas resulten una aproximación tanto a estas capacidades como a la
comprensión de algunos ideas, temáticas y modelos de las diferentes
disciplinas.
A modo de ejemplo, mientras que en el segundo ciclo de primaria se incluyen
instancias en las cuales se clarifiquen, expliquen, analicen y debatan temas de
actualidad; en la escuela secundaria se propicia facilitar una participación
ciudadana informada en la agenda de controversias y debates públicos
vinculados con temáticas científicas.
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A lo largo de la escolaridad se avanza, de manera progresiva en una
especialización del conocimiento que se ofrece a los estudiantes. Esta
progresión se manifiesta en un estudio más sistemático tanto de los fenómenos
como de los procedimientos que se utilizan para abordarlos. Se propone un
avance progresivo hacia la apropiación de algunos de los modelos básicos que
utilizan las ciencias naturales para interpretar y explicar la naturaleza, a la vez,
una profundización en algunos de sus modos de conocer y una mayor
autonomía en la ejecución de tareas.
Teniendo en cuenta que la integración de las TIC en el ámbito educativo se da
en la Ciudad de Buenos Aires en forma transversal a todas las áreas
curriculares, la articulación entre la enseñanza de las Ciencias Naturales y las
TIC digitales resulta central en la práctica cotidiana de los docentes y alumnos.
Así como la educación en Ciencias Naturales puede enriquecerse a través del
trabajo con las TIC digitales, la enseñanza de las tecnologías digitales pueden
tomar de los procedimientos científicos modos de hacer que permitan innovar,
abordando las clases en términos de desafíos y problemas y evitando la
aplicación predominante de preguntas fácticas.
Por otra parte, si analizamos esta articulación a la inversa, veremos que el
abordaje de las tecnologías, como ya se ha mencionado, puede obtener de las
Ciencias y del Pensamiento Científico procedimientos que contribuyan a
dinámicas pedagógicas centradas en desafíos y en problemas.
De acuerdo a este enfoque integrado, pensar en la articulación de las TIC
digitales en la enseñanza de las ciencias implica pensar en prácticas científicas
que ayuden a desarrollar las capacidades necesarias y al mismo tiempo
comprender de qué manera esas TIC digitales pueden favorecer y potenciar el
desarrollo de esas prácticas.
A los efectos de este documento, consideraremos las siguientes prácticas
científicas:
hacer/se preguntas y definir problemas;
diseñar, crear y utilizar modelos;
diseñar y llevar a cabo experimentos/investigaciones;
analizar e interpretar datos;
aplicar las matemáticas y el pensamiento computacional;
construir explicaciones;
diseñar soluciones;
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argumentar a partir de evidencias;
obtener, evaluar y comunicar información.
Estas prácticas científicas deberían servirnos de guía a la hora de pensar
dispositivos y programas (hardware y software) que permitan llevarlas adelante
de una manera innovadora, a la vez que significativa y potenciadora de los
procesos de enseñanza y aprendizaje, teniendo además en cuenta criterios de
costos y accesibilidad. Cuando hablamos de costo, nos referimos al “costo
total de apropiación”, que contempla no solamente el precio de adquisición de
un determinado recurso, sino también su traslado, la infraestructura necesaria
para su renovación en caso de obsolescencia y/o rotura. Por accesibilidad nos
referimos al grado en que los estudiantes y docentes serán capaces de
apropiarse de dicho recurso, ya sea a nivel de idioma de la interfaz, nivel de
dificultad en el manejo en diferentes rangos de edades y también
compatibilidad con recursos existentes.
Decíamos entonces, que las prácticas científicas debieran servirnos como
orientadoras a la hora de pensar en la integración de las TIC digitales. Cada
vez que evaluemos un determinado dispositivo y/o programa, debemos
preguntarnos en qué medida está alineado a dicha práctica, por ejemplo, en términos de:
aprovechar características únicas de la tecnología;
hacer las visualizaciones científicas más accesibles;
desarrollar comprensión sobre la relación de las ciencias y la tecnología.
Otra forma de pensar en la integración de las TIC digitales a la enseñanza y el
aprendizaje de las ciencias, podría ser en términos de:
Reemplazar: ¿Puede utilizarse esta tecnología para reemplazar lo que ya
se hace?
Amplificar: ¿Puede utilizarse esta tecnología para amplificar o mejorar lo
que se hace actualmente?
Transformar: ¿Permite esta tecnología transformar el modo en que se
enseña y se aprende actualmente?
La velocidad a la que se desarrollan nuevos dispositivos y programas, nos
plantea la necesidad casi constante de pensar, de acuerdo a sus
características, cómo podríamos ponerla al servicio del desarrollo de las
capacidades siguiendo los marcos de referencia anteriores.
Hasta hace unos años, las nuevas tecnologías se desarrollaron para aplicarlas a contextos fuera del ámbito educativo formal, ya sean científicos o
productivos. Por ejemplo, la tecnología de modelización y simulación nació a
partir del incremento de la capacidad de cálculo y representación visual de las
computadoras, con el objetivo de modelizar/simular procesos, operaciones o
eventos difíciles de llevar a cabo ya sea por su lentitud, peligrosidad o
directamente imposibilidad.
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Esto representa un doble desafío ya que recientemente, a partir de la irrupción
de las computadoras de tipo netbook (inicialmente las XO del programa OLPC
y las Classmate de Intel) como tecnología principal en los programas masivos
de equipamiento tecnológico al sector escolar (Plan Ceibal, Conectar Igualdad,
Computadores para Educar, etc.), se han comenzado a desarrollar tecnologías
pensadas exclusivamente para el sector educativo formal.
Ahora, como educadores, tenemos la obligación de saber qué tipos de
tecnologías existen e ir validándolas de acuerdo a nuestros marcos de
referencia.
Luego de haber abordado la cuestión sobre los marcos de referencia y la
racionalidad sobre la integración de TIC digitales en la enseñanza y el
aprendizaje de las ciencias, se hace necesario poder identificar y tipificar
dichas tecnologías con el objetivo de conceptualizarlas y poder referirlas a los
marcos mencionados.
Persiguiendo un objetivo sobre todo didáctico, las ejemplificaremos en dos
categorías: programas (software) y dispositivos (hardware):
PROGRAMAS
Herramientas de modelización y simulación: permiten explorar conceptos
y modelos que no son fácilmente accesibles en el laboratorio, por ejemplo,
aquellos que requieren materiales o equipos caros o no disponibles;
materiales o procedimientos peligrosos; más tiempo del que es posible o
apropiado en un aula en tiempo real, por ejemplo, simulaciones de
crecimiento de la población.
Herramientas para la visualización y análisis de datos: facilitan el análisis
de los datos a través de sus capacidades de representación visual y
organizativa, permitiendo representar datos visualmente y realizar cálculos
sobre los mismos. Hay herramientas específicas creadas para la educación
pero también pueden utilizarse otras de uso ofimático general como una planilla de cálculos tipo LibreOffice Calc, Excel, GoogleSheets, Numbers, o
un administrador de base de datos como Access o LibreOffice Base.
Plataformas web de colaboración: permiten crear redes entre los
estudiantes y los docentes para que los estudiantes puedan emular la forma
en que trabajan los científicos y, para los docentes, reducir el aislamiento de
los docentes. A través de ellas se puede alentar y/o establecer contactos
con científicos, docentes y estudiantes en otras áreas, recopilando
información y datos, publicando datos y hallazgos, y proporcionando a los
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estudiantes la información más actualizada. Un ejemplo de esto es el proyecto GLOBE, una plataforma donde los estudiantes pueden subir los
datos recogidos sobre su entorno (por ejemplo, datos sobre el análisis de la
calidad del agua de un río cercano, o las temperaturas máximas y mínimas
durante el año) y acceder a los datos de las demás escuelas alrededor del
mundo. Hay diferentes tipos de plataformas, algunas de las cuales (como la
de GLOBE) que permiten “solamente” subir sus datos y consultar los de
otros, y otras que además permiten crear proyectos propios como iNaturalist o nQuire-it.
Realidad aumentada: La tecnología de realidad aumentada (AR) permite
agregar una capa de información (“aumentar”) en un formato determinado
(con un texto, un video, una animación, una imagen, etc.) a la información ya
provista (por ejemplo en una etiqueta, un texto o una imagen) a través de la
pantalla de un dispositivo móvil (teléfono celular tipo smartphone o tableta) o inclusive un visor o unos lentes. Un ejemplo podría ser el software Aurasma
que permite vincular la etiqueta de una caja de aspirinas con la visualización
de una molécula del ácido acetilsalicílico rotando en 3 dimensiones, de
modo que, cuando yo enfoco con mi teléfono celular la etiqueta veo en la
pantalla la molécula del principio activo de la aspirina.
Realidad virtual: Permite recrear a través de una pantalla (en un dispositivo
móvil como celular o tableta, o en un visor específico como un reloj o unos
lentes) un mundo digital, el cual puede tener la pretensión de representar un
mundo real (como un laboratorio), un mundo natural (como el interior de una
célula) o un micromundo artificial (por ejemplo con leyes físicas propias).
Modelado molecular en 3D: permiten diseñar y visualizar moléculas en 3
dimensiones. Un ejemplo de este tipo de software es el Jmol.
Micromundos lúdico-interactivos: Permiten crear artefactos (planos
inclinados, máquinas simples, móviles, engranajes, etc.) y simular su
movimiento bajo condiciones específicas de gravedad, rozamiento, etc. Un ejemplo de esto es el software Algodoo.
Entornos inmersivos: Permiten moverse dentro de micromundos
interactuando con objetos y/o personas. Un ejemplo podría ser el software Kokori que propone un viaje por dentro de la célula o el software BioDigital
que permite un viaje por el interior del cuerpo humano.
Seguimiento de objetos: Permiten utilizar la cámara del dispositivo o un
video previamente grabado para realizar el seguimiento de un objeto y
registrar su movimiento en función del tiempo. Un ejemplo de esto es el software Tracker.
Stop-motion: Permiten programar la cámara de un dispositivo para que
realice capturas cada un tiempo determinado. Esto permite por ejemplo
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registrar eventos en el tiempo como el cambio de fase de un material o el
crecimiento de un vegetal y poder analizar los pasos del proceso.
Reconocimiento óptico de objetos: Permiten reconocer objetos por medio
de la cámara del dispositivo, como por ejemplo enfocar una hoja y decir a
qué organismo corresponde.
Tratamiento de imágenes: Permiten editar y configurar imágenes con fines
específicos como por ejemplo el sistema de tratamiento de imágenes satelitales 2MP de la CONAE.
SIG: Sistemas de información geográfica.
DISPOSITIVOS
Laboratorios digitales: Permiten a los estudiantes recopilar y analizar
datos, y realizar observaciones durante largos períodos de tiempo,
permitiendo experimentos que de otro modo serían poco prácticos. Estos
laboratorios digitales vienen en diferentes formatos (más o menos
“armados”) pero siempre están constituidos por: ● sensores de diferentes variables (pH, temperatura, luz, sonido,
movimiento, distancia, aceleración, humedad, gases, oxígeno disuelto,
etc.) ● una “placa base” donde se conectan los sensores (hay desde las muy
compactas que tienen ya los sensores integrados como LabMate de la
firma EinsteinWorld, hasta las más despojadas como Arduino, Micro:bit
o Raspberry Pi que van más en una línea de Cultura Maker o “hágalo
usted mismo”). ● un software o “data logger” que guarda el registro de los datos
permitiendo tratarlos (visualizarlos, calcularlos, etc.) y/o exportarlos a
otro software (puede ser una planilla de cálculos) en un formato estándar
(como CSV por ejemplo).
Estaciones meteorológicas digitales: Son similares a los laboratorios
digitales en su estructura general (sensores, placa base y data logger) pero
agregan sensores específicos para meteorología como por ejemplo,
anemómetro, barómetro o pluviómetro.
Kits de robótica: Este tipo de tecnología se compone de tres partes:
● Placa robótica: Es el cerebro del kit robótico o robot, donde se conectan
los sensores y los actuadores (ver abajo). ● Sensores: Pueden ser de muy distintos tipos como temperatura, luz,
sonido, movimiento, distancia, o también botones de tacto, palancas tipo
joystick, etc. Su misión es “sensar” el entorno transformando señales del
mundo analógico al mundo digital comprensible por la placa robótica. ● Actuadores: Como su nombre lo indica, “actúan” a partir de una
instrucción provista por el software que controla el robot, el cual a su vez
se nutre del dato de entrada que le proporcionan los sensores. Ejemplos
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típicos de actuadores en los kits robóticos educativos son motores,
luces, chicharras o buzzers, etc.
Robots: Son de aspecto símil humanoide o vehicular y tanto la placa
robótica como los sensores y actuadores están ya incluidos en un mismo
objeto. Por lo general no permiten además que uno agregue sensores o
actuadores diferentes a los que ya provee el robot. Ejemplos de este tipo de robots son el Kibo que ni siquiera necesita una pantalla de computadora
para programarse y que es capaz de reaccionar a órdenes que lee en cubos
de madera para reconocer objetos y realizar maniobras, prender y apagar
luces, tocar bocinas, etc. Existe muchísima variedad de este tipo de robots.
Cascos y visores para realidad virtual y aumentada: Permiten reemplazar
la pantalla del dispositivo móvil para visualizar (y sonorizar a veces) los
contenidos provistos por el software de las tecnología correspondiente.
Impresoras 3D: Son impresoras que utilizando una amplia variedad de
materiales permiten imprimir objetos modelados digitalmente por otros o
creados por los propios estudiantes. Un ejemplo podría ser el diseño e
impresión de modelos moleculares como material didáctico para enseñar
propiedades de compuestos que dependan de su organización espacial
como por ejemplo proteínas.
Materiales conductivos: A partir de la importancia creciente de la “cultura
maker” (aprender haciendo) aplicada al ámbito de educación formal,
aparecen constantemente nuevos materiales que permiten vincular a
sensores con placas robóticas como Arduino, Micro:bit o Raspberry Pi.
Algunos de estos materiales son por ejemplo masa conductiva tipo plastilina;
hilo o pintura, por nombrar algunos. Estos materiales constituyen un insumo
importante para el Internet de las Cosas (IoT).
Microscopios y lupas: Permiten ampliar la visión de un objeto e incluso
grabar pequeños segmentos de video. Pueden utilizarse por ejemplo para
proyectar una visión ampliada de un proceso a todos los estudiantes,
observar un organismo microscópico como un piojo o la textura de un
material con un nivel de detalle mucho más allá del ojo humano.
Cámaras trampa: Son cámaras que realizan capturas de manera
automática si un objeto se mueve. Pueden utilizarse para realizar el
seguimiento de especies en peligro de extinción y poder observar mejor sus hábitos.
Drones: Son vehículos no tripulados, manejados de manera remota que
incorporan diferentes cámaras y sensores. Permiten tomar imágenes de
gran precisión en sitios de difícil acceso por vía terrestre.
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Ninguna clasificación ni lista es lo suficientemente exhaustiva como para
englobar todo lo que existe, pero confiamos en que este documento pueda
servir como una guía orientativa a la hora de pensar la integración de TIC
digitales en la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias. En él hemos
pretendido, primero conceptualizar la mirada pedagógica sobre los recursos
para luego elaborar un listado provisorio de algunas de las tecnologías posibles
en las aulas y ejemplificar algunos de sus posibles usos.
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