Estudio sobre conocimiento disciplinar y conocimiento didáctico del contenido en ciencias del profesorado de educación primaria en formación inicial

Resumen

Resumen de la tesis: “Estudios sobre conocimiento disciplinar y conocimiento didáctico del contenido en ciencias del profesorado de educación primaria en formación inicial” Autor: José Javier Verdugo Perona. Doctorado en Didácticas Específicas por la Universitat de València. Directores: Dr Joan Josep Solaz-Portolés y Dr Vicente Sanjosé-López. Universitat de València. La tesis doctoral que se presenta forma parte del programa de doctorado en Didácticas Específicas de la Universitat de València y se enmarca en el área del conocimiento de la Didáctica de las Ciencias Experimentales, donde se incluye la línea de investigación en la que se desarrolla este trabajo: la formación inicial del futuro profesorado de educación primaria en ciencias experimentales, lo que involucra tanto los aspectos disciplinares como los didácticos. El objetivo formativo que persigue esta tesis doctoral es dotar al autor de las competencias propias de un investigador en Didácticas Específicas, proporcionándole los conocimientos y habilidades necesarias que le permitan desarrollar proyectos de investigación de calidad. Para alcanzar este fin, se propone una investigación original sobre un tema de interés, que aporte nuevos conocimientos que permitan avanzar en el área en que se realiza. En el caso que nos ocupa, se pretende aportar luz sobre la formación en ciencias experimentales de los futuros maestros y maestras de Educación Primaria, evaluarla mediante la definición de indicadores bien definidos, utilizar, crear y validar instrumentos apropiados, usarlos para establecer las fortalezas y debilidades de dicha formación, así como la relación entre los distintos tipos de conocimientos disciplinares y didácticos que se abordan durante los estudios de Grado. Este objetivo parece haberse conseguido por cuanto el autor de la tesis, a partir de su desarrollo, ha publicado varios trabajos de investigación en revistas indexadas de Educación. También ha participado en diferentes congresos del área presentando comunicaciones. El objeto de estudio que se ha desarrollado es, como se ha dicho, el conocimiento disciplinar en ciencias básicas que un futuro maestro de primaria debería poseer, y el conocimiento didáctico del contenido en ciencias indispensable para poder abordar con éxito la complicada tarea de enseñar ciencias en educación primaria. Preguntas y retos A partir del objeto y definición de nuestro proyecto de tesis, podemos definir nuestras preguntas de investigación: P1.-¿Cuáles son los indicadores de dominio del contenido científico básico que pueden definirse de acuerdo con la literatura especializada, y utilizarse para la evaluación del mismo? ¿Qué instrumentos de evaluación existen o deberían crearse y validarse para ser usados en el ámbito de la formación inicial de futuros maestros de Primaria en ciencias? P2.-¿Cuál es el nivel de alfabetización científica que, en general, atesoran las personas que van a ser maestros en el próximo futuro, tanto al comienzo como al finalizar su formación académica en la universidad? ¿Es posible vincular el uso de los medios de comunicación digitales con el nivel de alfabetización científica? ¿Es suficientemente efectiva la formación recibida en el Grado? ¿Hay alguna relación entre los distintos componentes de la alfabetización científica que pudiera convertir en redundante el esfuerzo dedicado a alguno de ellos? P3.-¿Hay una estructura coherente subyacente al CDC? ¿Pueden diferenciarse componentes distintas de las ya definidas? ¿Cómo pueden definirse indicadores apropiados para evaluar el conocimiento didáctico del contenido en ciencias básicas de futuros maestros? ¿Cuál es la competencia didáctica de estas personas al final de su formación en el Grado? Abordar las respuestas a estas preguntas implicaba algunos retos inmediatos. En primer lugar, el estudio riguroso de las competencias asociadas con la formación científica de los futuros maestros requiere establecer una definición operativa de su contenido, es decir, saber qué queremos evaluar, con qué criterios hemos de hacerlo y cuál es el nivel adecuado que deben presentar los estudiantes en cada uno de los aspectos a considerar. Esto supuso el primer reto de esta tesis. Con el fin de converger con otros criterios de expertos internacionales, adoptamos el concepto de Alfabetización Científica (AC) como referencia para evaluar la formación en ciencias de cualquier ciudadano y, en particular de los futuros maestros (Gil y Vilches, 2004). La premisa asumida es: un maestro debe alcanzar, al menos, el nivel de alfabetización científica que se exige a los estudiantes al final de la educación primaria. Naturalmente, no se defiende que éste sea el nivel que deben tener los futuros maestros o que sea el nivel que se les debe proponer en el Grado. Lo que se expresa aquí es que, en un análisis como el presente, el mínimo exigible sin temor a exagerar la demanda es aquel que los alumnos a quienes enseñen van a tener que demostrar. En resumen, la valoración del nivel de dominio científico de futuros maestros se limitó conscientemente a la alfabetización científica que debería atesorar un ciudadano al finalizar la etapa de enseñanza primaria. En esta tesis adoptamos el modelo propuesto por Miller (1989) para estructurar la AC. Este autor propuso tres dimensiones o componentes de la AC de modo que, de acuerdo con ellas, para que una persona sea considerada alfabetizada científicamente ha de presentar cierto nivel de conocimientos en cuanto a: (a) conceptos científicos, (b) procesos de la ciencia y (c) la relación que se establece entre ciencia y sociedad. Decidimos por tanto evaluar el conocimiento científico que presentan los estudiantes de magisterio usando una factorización en distintos componentes que habrían de satisfacer las dimensiones de Miller. Así pues, se decidió evaluar el conocimiento sobre el contenido científico básico (fundamentalmente conceptual); el conocimiento sobre los procesos intelectuales que la elaboración y aplicación de las ciencias involucra; el conocimiento sobre la naturaleza de la ciencia (cómo se elabora y se valida la ciencia y sus modelos para representar la realidad); y las actitudes hacia la ciencia que, aunque no es propiamente conocimiento científico, puede influir grandemente en la atención prestada, aprovechamiento, contacto, interés y aplicación que cualquier ciudadano haga de la ciencia en su vida futura. Para evaluar tales componentes se buscaron instrumentos ya existentes y validados en anteriores estudios similares. Existen numerosos cuestionarios que ha sido propuestos y utilizados para evaluar el dominio de una persona del contenido científico, (FECYT, 2015; NSB, 2014; Rundgren, Rundgren, Tseng, Lin, y Chang, 2010; Brossard, y Shanahan, 2006; Commission of the European Communities, 2005; Laugksch y Spargo, 1996). Sin embargo, se constató que son pocos los estudios que se centren en el futuro profesorado de Educación Primaria. En particular, no se localizó ningún instrumento que evaluara el dominio conceptual básico en ciencias que pudiera adaptarse a nuestras necesidades, por lo que se tomó la decisión de elaborar y validar un instrumento propio basado en nuestro contexto de investigación (objetivo 1, más abajo). En el caso de habilidades procedimentales, sí se localizó y seleccionó un cuestionario validado para alumnos de secundaria, pero lo suficientemente sencillo como para parecer apropiado en nuestro contexto (Monde-Monica, 2005). Este instrumento presenta una característica rara y valiosa: evalúa las habilidades procedimentales integradas con independencia del dominio conceptual del sujeto. Ello permite factorizar e valorar independientemente el dominio conceptual de una persona y su dominio de los procesos de la ciencia. Para evaluar el conocimiento sobre la naturaleza de la ciencia también se seleccionó un cuestionario ya validado (Vasques-Brandao, Solano-Araujo, Angela-Veit, y Lang de Silveira, 2011), empleado para investigar las concepciones erróneas de los profesores sobre la ciencia y el modelado científico en el contexto de la física. También se localizó y empleó un cuestionario previamente validado (Ortega, Saura, Mínguez, García de las Bayonas, y Martínez, 1992) para evaluar las actitudes hacia el estudio de las ciencias experimentales. Una vez seleccionados todos los instrumentos convenientes para evaluar el conocimiento disciplinar (y las actitudes) en ciencias, el trabajo se centró en la búsqueda de documentación relevante acerca del Conocimiento Didáctico del Contenido científico (CDC en lo sucesivo). Este tipo de conocimiento, introducido por Shulman (1986), es el que distingue el “saber profesional” de un profesor del de un científico y del de otro profesional de la ciencia (meteorólogos, técnicos industriales, etc.). El CDC ha adquirido gran relevancia para formar a futuros docentes, mejorar el desarrollo profesional de aquellos que ya están en activo y comprobar su influencia sobre el aprendizaje de los estudiantes. El conjunto de conocimientos que componen el CDC no está estrictamente definido y se han presentados diversos modelos de componentes. Una extensa revisión de la bibliografía especializada nos llevó a adoptar la propuesta de Magnusson, Krajcik y Borko (1999). Los instrumentos propuestos son muchos y muy variados. Sin embargo, se identificó uno ya validado, el CoRE, (Eames, Williams, Hume y Lockley, 2011) que destaca por el amplio número de investigaciones en los que ha sido utilizado en educación secundaria o superior. En este instrumento se propone un tema concreto de ciencias y se plantean una serie de preguntas relacionadas con los aspectos del CDC. Adaptar este instrumento al CDC de ciencias en Primaria y al conocimiento profesional propio de estudiantes del grado de Maestro de Primaria fue otro reto del presente trabajo. Las modificaciones introducidas habrían de ser las mínimas necesarias para darle completitud, simplificarlo y mejorar su comprensibilidad, y mejorar su aplicación como instrumento de evaluación en este contexto. Objetivos específicos A partir de las preguntas y de los retos que ellas suponen, se plantearon los siguientes objetivos específicos: 1.-Diseñar y validar un instrumento para la evaluación del conocimiento de los maestros y maestras de Primaria en España sobre contenidos científicos básicos. Identificar posibles concepciones erróneas, debilidades y fortalezas dentro de las diferentes áreas de ciencias escolares. 2.-Establecer la relación entre el contenido en ciencias de los principales periódicos digitales en España y el nivel de alfabetización científica básica de los futuros maestros y maestras de Primaria. 3.-Evaluar, con suficiente validez externa, los niveles de conocimiento conceptual y procesual en ciencia básica que presentan los y las estudiantes de la Comunidad Valenciana antes y después de su formación en el Grado de Maestro de Primaria. 4.-Estudiar de forma analítica hasta qué punto el conocimiento epistemológico sobre Naturaleza de la Ciencia en futuros maestros/as puede ser explicado por el conocimiento del contenido en ciencias, y por las actitudes hacia el aprendizaje de las ciencias. 5.-Adaptar y validar un instrumento para evaluar el Conocimiento Didáctico del Contenido en ciencias en futuros maestros y definir indicadores (a modo de “rubrics”) que nos permitan evaluar los datos obtenidos. 6-Valorar los efectos de una formación específica en didáctica de las ciencias experimentales, en comparación con la formación general proporcionada por las materias fundamentales de psico-socio-pedagogía y de didáctica general del currículo de Grado de Maestro de Primaria. 7.-Indagar si más allá de la multiplicidad de propuestas para definir y operacionalizar el CDC, sugeridas por criterios expertos, se oculta una estructura estable (relaciones entre componentes), identificable a partir de indicadores empíricos Desarrollo de la investigación y estructuración de la tesis Estos objetivos se han alcanzado a través de un conjunto de estudios empíricos secuenciados y cohesionados, enmarcados en una fundamentación teórica apoyada en la formación inicial de profesores por un lado (capítulo 2), y en el conocimiento profesional propio y específico que se debería lograr: el conocimiento didáctico del contenido (capítulo 3). La metodología seguida en los estudios empíricos es, con frecuencia, de carácter expostfacto dado que se trata de evaluaciones de estados preexistentes, y no provocados por la propia investigación. En ellos varía en su grado de validez, desde los prospectivos o exploratorios, hasta estudios de validez externa suficiente, pasando por aquellos que pretenden validar y dar fiabilidad a instrumentos o analizar la estructura subyacente en constructos centrales de esta tesis. El primer bloque de estudios empíricos corresponde a los capítulos 4 a 7. En primer lugar se aborda el objetivo 1 de la investigación. El capítulo 4 se dedica a desarrollar y validar un instrumento para evaluar el conocimiento del contenido en ciencias que ha de presentar una maestra o maestro, de acuerdo con el currículo de Educación Primaria. Se presenta un cuestionario de 50 ítems de opción múltiple que abarca las cuatro áreas de ciencias presentes en el currículo y se discute su idoneidad para el objetivo propuesto, analizando su consistencia interna y externa, así como los índices de discriminación y dificultad de los ítems. Tras varios ajustes, se expone una versión más corta del cuestionario con 30 ítems y se comprueba su validez mediante el análisis de los índices de dificultad y discriminación y de su consistencia externa e interna. Por otro lado, también se estudian los resultados de los participantes, con la intención de valorar su dominio conceptual y posibles concepciones erróneas. En los capítulos 5, 6 y 7 se evalúa el nivel de conocimientos científicos de los futuros maestros y maestras de Primaria. Concretamente, el capítulo 5 aborda el objetivo 1 planteado anteriormente en un estudio complementario, e indaga la relación entre los principales periódicos digitales españoles y la alfabetización científica de los futuros maestros y maestras de Educación Primaria (considerados aquí como adultos cultos que utilizan los medios de comunicación digitales). Para ello, se emplea un instrumento que incluye los términos científicos y tecnológicos más citados en los periódicos internacionales y compara el nivel de conocimiento que presentan los estudiantes acerca de estos términos con la frecuencia en que aparecen en dichos medios de comunicación españoles. A continuación, el capítulo 6 se centra en el objetivo 3 y estudia, con suficiente validez, el conocimiento científico básico de los estudiantes de magisterio de las universidades públicas de la Comunidad Valenciana antes y después de recibir la formación en ciencias prevista en el Grado. Se emplean dos instrumentos distintos, un cuestionario para evaluar el conocimiento sobre conceptos básicos, que es el desarrollado en el primer bloque de la parte empírica de esta tesis doctoral, y otro para evaluar destrezas propias de la actividad científica. Se incluyen variables como la titulación de acceso al Grado, la especialidad de los estudios pre-grado y la universidad de origen, lo que permite estudiar el posible efecto de estas diferencias entre estudiantes. El capítulo 7, último de este bloque, se centra en el objetivo 4 y trata de explicar si el conocimiento sobre Naturaleza de la Ciencia puede ser explicado partiendo del conocimiento del contenido, el conocimiento sobre habilidades científicas y las actitudes hacia la ciencia. Se emplean cuatro instrumentos diferentes para la recogida de datos y estos son analizados cuantitativa y cualitativamente, facilitando la comparación entre los cuatro tipos de conocimientos y establecer posibles correlaciones significativas. El segundo bloque empírico está formado por los capítulos 8 y 9 de esta Memoria. En ellos se acometen los objetivos 5, 6 y 7. En el capítulo 8 se selecciona y adapta un instrumento, ya validado en otros estudios, y se definen indicadores que permitan evaluar de un modo preciso el Conocimiento Didáctico del Contenido (CDC) de ciencias en los docentes en formación. A continuación, se valora el impacto de la formación específica en didáctica de las ciencias sobre temas específicos. Empleando el mismo instrumento de medida, en el capítulo 9, último capítulo de los estudios empíricos, se analiza la estructura del CDC de ciencias que muestran los estudiantes tras la formación recibida durante el Grado en Magisterio en Educación Primaria. Los resultados permiten establecer relaciones entre los componentes que componen este tipo conocimiento. Para finalizar, el capítulo 10 expone las conclusiones alcanzadas tras los estudios experimentales y su relación con los objetivos establecidos inicialmente, así como los problemas pendientes y las futuras líneas de investigación. A pesar de que cada capítulo incluye las referencias que en él se implican, se ha incluido una bibliografía general al final de la Memoria de tesis al modo tradicional, que completa la misma. Conclusiones En relación con los objetivos planteados y del camino seguido para abordarlos y alcanzarlos, se pueden extraer las siguientes conclusiones generales, siempre con la cautela que aconsejan las limitaciones propias de una investigación como la presente. Conclusión 1 Los futuros maestros/as de las universidades públicas de la Comunidad Valenciana inician el Grado con un nivel claramente mejorable de conceptos científicos básicos, y un nivel de conocimiento sobre procedimientos científicos que puede considerarse suficiente (en todo caso, superior al conceptual). Una vez recibida la formación en ciencias propia del Grado, se produce un aumento significativo en los niveles de conocimiento en todos los alumnos y alumnas. Aquellos con una formación previa en ciencias inician el Grado con un nivel de conocimientos conceptuales y procesuales significativamente superior al resto, y mantienen las diferencias tras finalizar la formación en el Grado. Esto indica que la falta de una educación previa en ciencias lastra su posterior aprendizaje, y que la formación que reciben durante el Grado no consigue homogeneizar el nivel de conocimientos de los estudiantes. La titulación académica con la que acceden al Grado (Bachiller, Formación Profesional u otros títulos universitarios o formas de acceso) no resulta un factor relevante que marque diferencias significativas entre los estudiantes y favorezca o dificulte su formación científica. Conclusión 2 Las diferencias en el número de créditos dedicados por cada Universidad de la Comunidad Valenciana a la formación en ciencias experimentales, tampoco resulta ser un factor significativo que conduzca a un mayor incremento en el nivel de conocimiento científico. En la universidad de Valencia, el hecho de haber dispuesto una asignatura específica para la formación disciplinar en ciencias separada de las materias de formación didáctica, no supone una mejora en la formación científica de los alumnos una vez controlado el nivel de dominio cuando se accede al Grado. No se aprecia la suficiente rentabilidad de esos créditos extras que ofrece la Universidad de Valencia y sería recomendable revisar su eficiencia. Conclusión 3 En general, el conocimiento sobre naturaleza de la ciencia, que incluye cómo se elabora y valida el conocimiento y los modelos de los que se sirve la ciencia para explicar la realidad, no es una consecuencia predecible del conocimiento conceptual y procedimental en ciencias, ni tampoco de unas actitudes favorables a su estudio ni puede subsumirse en ellos. Por tanto, una vez se acepta que el conocimiento sobre naturaleza de la ciencia forma parte de la alfabetización científica, y por tanto, es un conocimiento básico, requiere un tratamiento específico, especializado y continuado a lo largo de los currículos escolares. Conclusión 4 Los estudiantes del Grado en Educación Primaria deberían presentan un nivel de alfabetización científica adecuado no sólo para ejercer como ciudadanos, sino también para ejercer su labor como docentes, es decir, como futuros alfabetizadores. No obstante, las carencias que presentan en algunas dimensiones, como es el caso del conocimiento del contenido conceptual científico o las deficientes creencias epistemológicas que mantienen, siendo en algunos casos contrarias a las posturas aceptadas actualmente, impiden que se les pueda considerar suficientemente alfabetizados en ciencias para ejercer su labor. Dado que, en general, presentan buenas actitudes hacia el aprendizaje de las ciencias, no parece aceptable atribuir sus carencias en alfabetización a factores únicamente emocionales que afecten su motivación hacia el estudio de la ciencia. Conclusión 5 Los indicadores definidos para evaluar cada aspecto del CDC contemplado en el instrumento CoRe son capaces de recoger exhaustivamente todas las ideas explicitadas por los sujetos participantes. Constituyen un conjunto de elementos propios de dichos aspectos que facilitan una evaluación más precisa del CDC. Conclusión 6 La formación en didáctica de las ciencias experimentales parece producir un aprendizaje específico que es necesario en los futuros maestros y maestras. Los participantes con formación específica en didáctica de las ciencias presentan ideas y actividades más concretas para el estudio de un determinado tema que aquellos que se enfrentan a él sin haber recibido previamente formación didáctica específica. Además, estos estudiantes muestran mayores habilidades para superar los errores conceptuales o ideas alternativas de los futuros estudiantes y, su formación didáctica en ciencias, reduce e incluso elimina por completo los errores conceptuales que puedan tener los propios maestros. Conclusión 7 Los datos obtenidos y la propuesta de valoración realizada en este trabajo permiten evidenciar una estructura subyacente en el CDC que coincide con el conocimiento experto, lo cual contribuye a la validación del instrumento mejorado propuesto en esta tesis. Aparecen dos factores que agrupan los datos, y que se vinculan a los diferentes aspectos contemplados en el instrumento CoRE. El primer factor integra aspectos asociados con el “Análisis Didáctico” (formado por las variables: formulación de Objetivos, Relevancia del tema, determinación de Dificultades de Aprendizaje y de Enseñanza), mientras que el segundo factor se relaciona con los aspectos asociados con la “Acción Didáctica” (en el que se incluyen las variables: formulación de Objetivos, Actividades-Metodología y Evaluación). Las limitaciones de esta investigación, y los temas que pueden ser abordados en el próximo futuro, completan la tesis. Referencias de este Resumen Brossard, D. y Shanahan, J. (2006). Do they know what they read? Building a scientific literacy measurement instrument based on Science media coverage Science Communication, 28(1), 47-63. Commission of the European Communities (2005). Europeans, Science and Technology. Special Eurobarometer 224. Brussels. 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