Pensamiento Educativo. Revista de Investigación Educacional Latinoamericana 2014, 51(2), 86-97

Aprender a explicar conceptos científicos en la formación inicial docente: un estudio de las explicaciones conceptuales de profesores en formación, su modificabilidad y su transferencia Learning how to Make Scientific Concepts Explicit in Teacher Education: A Study of Student Teachers’ Explanations, Their Modifiability and Transference Valeria M. Cabello y 3Keith J. Topping

1, 2

Centro de Investigación Avanzada en Educación, Universidad de Chile Escuela de Pedagogía en Biología y Ciencias, Universidad Central de Chile 3 School of Education, Social Work and Community Education, University of Dundee, Escocia 1

2

Resumen Este estudio exploró las explicaciones de conceptos científicos de profesores en formación de último año en tres programas universitarios de formación inicial docente en Chile. Se condujo una intervención basada en evaluación formativa entre pares con el fin de analizar la modificabilidad de las explicaciones de los futuros profesores. A través de un seguimiento de casos, este estudio determinó, además, la transferencia del aprendizaje para desarrollar explicaciones conceptuales a la sala de clases como profesores noveles. Los resultados mostraron que las características y elementos con los que ellos explicitaban conceptos científicos a través de explicaciones mejoraron significativamente luego de la intervención. Además, los participantes mantuvieron la mejora al ejercer en la sala de clases y mostraron un alto nivel de desempeño al construir explicaciones científicas con sus estudiantes en la mayoría de los elementos. Este estudio demostró que es posible aprender esta crucial práctica de enseñanza durante la formación inicial de profesores mediante la colaboración entre pares y que este tipo de mejora es suficientemente potente como para sostenerse a mediano plazo. Se discuten las implicancias para la formación inicial docente tanto en términos prácticos como políticos. Palabras clave: formación inicial, explicaciones, conceptos científicos, pares, práctica

Correspondencia a: Valeria M. Cabello Centro de Investigación Avanzada en Educación, Universidad de Chile Periodista José Carrasco Tapia 75, Santiago, Chile Correo electrónico: [email protected] Agradecimientos a Conicyt PAI, concurso nacional de apoyo al retorno de investigadores desde el extranjero, convocatoria 2013, 821320002, por el apoyo financiero durante la preparación de este artículo y a Neil Taylor, Susan Rodrigues, Norman Reid y Andrés Andrades por sus aportes al desarrollo de esta investigación. © 2014 PEL, http://www.pensamientoeducativo.org - http://www.pel.cl ISSN: 0719-0409 DDI: 203.262, Santiago, Chile doi: 10.7764/PEL.51.2.2014.7

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Abstract This study explored student teachers’ explanations of scientific concepts during their last year of preparation in three teacher education programs in Chile. An intervention based on formative peer assessment was conducted to analyze the modifiability of the participants’ explanations and a follow-up study determined that it was transferred into science classrooms where they were beginner teachers. The results showed that participants’ explanations of scientific concepts improved significantly after the intervention. Moreover, they sustained the improvement into real classroom teaching and demonstrated high performance in explaining scientific concepts to pupils in most of the elements assessed. This study demonstrated that this crucial practice can be learned in teacher education through peer collaboration and that this type of improvement is strong enough to be sustained in the medium term. Implications for initial teacher education practice and policy are discussed. Keywords: science teacher education, explanations, scientific concepts, peers, practice

Los estándares y currículos para la educación científica (National Research Council, 2000), así como las definiciones de alfabetización científica (OCDE, 2009), consideran las explicaciones de conceptos científicos o de las grandes ideas de la ciencia como una característica esencial, una habilidad central para los individuos y parte fundamental del entendimiento de la indagación en ciencias (Ruiz-Primo, Li, Tsai, & Schneider, 2010). En la última década, la temática sobre explicaciones ha captado la atención de investigadores, filósofos y científicos (Braaten & Windschitl, 2011; Edgington, 1997; Geelan, 2003; Glynn, Taasoobshirazi, & Fowler, 2007; Welsh, 2002). Las explicaciones han sido entendidas como argumentos sistemáticos sobre cómo y por qué ocurre un fenómeno, los que suelen incluir relaciones de causa y efecto (Treagust & Harrison, 1999). Las orientaciones de la Unesco para la enseñanza de las ciencias en el nivel primario escolar indican que uno de los principales objetivos es lograr que los estudiantes expliquen el mundo natural, sus mecanismos y procesos, a través de su propio razonamiento científico, aplicando conceptos científicos para entenderlo y, consecuentemente, actuar responsablemente en él (Leymonié-Sáenz, 2009). Sin embargo, las explicaciones de los estudiantes no se construyen en el vacío, sino que están profundamente influenciadas por las explicaciones a las que han estado expuestos, las que generalmente vienen de los profesores (Ruiz-Primo et al., 2010; Zangori & Forbes, 2013) de textos escolares (Ryoo & Linn, 2014) y de actividades de enseñanza (Camacho, 2012). Por consiguiente, la pregunta sobre las características y/o elementos de las explicaciones de profesores y el proceso de aprender a explicitar conceptos científicos a audiencias inexpertas se vuelve relevante en el contexto de la formación inicial docente, con el objetivo de asegurar que este aprendizaje sea adquirido durante el programa y se refleje en sus futuras clases. Explicaciones de los profesores sobre conceptos científicos para el aula

Las explicaciones están en el centro de la enseñanza (Geelan, 2012). Al mismo tiempo, la explicación de conceptos propios de la disciplina es una de las prácticas consideradas que, de ser desarrolladas en un alto nivel, conducen probablemente a mejores aprendizajes en los estudiantes, siendo por tanto una de las habilidades centrales a desarrollar en la formación inicial docente (Ball, Sleep, Boerst, & Bass, 2009). De hecho, en el contexto chileno, explicar es la estrategia más comúnmente usada por profesores de ciencia en ejercicio para explicitar conceptos (Preiss, Alegría, Espinoza, Núñez y Ponce, 2012). Además, según Alvarado (2012), los estudiantes consideran que saber cómo explicar es la característica más importante de lo que para ellos significa ser un buen profesor. Sin embargo, el Ministerio de Educación ha identificado importantes debilidades de los profesores en esta área, que presenta sistemáticamente uno de los más bajos resultados de desempeño (Gobierno de Chile, 2013). Las explicaciones de conceptos para el aula son entendidas en esta investigación como una unidad coherente en la que el profesor vincula analogías, metáforas, ejemplos y axiomas con los conceptos para favorecer la comprensión de los estudiantes (Geelan, 2003). Se consideran aquí no solo los elementos 87

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verbales, sino también los no verbales, representacionales y experimentales y las conexiones entre las ideas de los estudiantes y del docente en la construcción de la explicación. En este sentido, las explicaciones de los profesores no son necesariamente contradictorias con las perspectivas indagatorias del aprendizaje y la enseñanza u otros tipos de comprensiones constructivistas y, por ende, no limitan a una enseñanza expositiva (Geelan, 2012). Los estudios actuales sobre explicaciones de profesores no son suficientes para articular un marco completo para la enseñanza de las ciencias (Dagher & Cossman, 1992; Geelan, 2012), ya que la mayoría de la investigación en esta temática se ha centrado en las explicaciones que los estudiantes construyen para demostrar su conocimiento (Camacho, 2012; Ruiz-Primo et al., 2010; Sandoval & Reiser, 2004). De hecho, un metaanálisis reciente reportado por Geelan (2012) indica que la búsqueda bajo los términos science teach* explain* arrojó 1362 resultados en la base de datos del Education Resources Information Center (ERIC), pero de estos, menos de 35 artículos estaban focalizados en algún aspecto de las explicaciones de profesores. Por lo tanto, se vislumbra el potencial de investigación en esta área, que, según algunos autores, aún no se ha reconocido (Edgington, 1997; Geelan, 2012). De los escasos estudios encontrados sobre explicaciones docentes, aquellos referidos a caracterizar los elementos propios de una explicación efectiva se centran mayormente en sus aspectos comunicacionales, tales como la adecuación a la audiencia o la claridad del lenguaje utilizado en la explicación (Faye, 2011; Leite, Mendoza, & Borsese, 2007; Treagust & Harrison, 1999; Wragg & Brown, 2001), y solo se encontró un trabajo que hacía referencia a que los profesores en formación en el área ciencias podían aprender a explicitar los conceptos a través de explicaciones durante su formación profesional (Mohan, 2007). Consecuentemente, existe muy poco conocimiento sobre cómo desarrollar esta competencia en la formación inicial de profesores, lo cual, en palabras de Koziol, Minnick y Sherman (1996), vuelve necesaria una examinación profunda de la adquisición de habilidades de enseñanza en la formación docente. Desarrollo de habilidades prácticas de enseñanza: el rol de los pares

Se ha explorado el desarrollo de habilidades prácticas en la formación inicial de profesores a través de la colaboración entre pares, por ejemplo, utilizando evaluación entre pares (Cabello, 2014; Lu, 2010). La evaluación entre pares es un procedimiento por el cual los estudiantes consideran y especifican el nivel, valor o calidad de un producto o desempeño de otros estudiantes de igual estatus, generalmente incorporando retroalimentación (Topping, 2010). De hecho, se ha indicado que la evaluación entre pares crea una cultura más participativa (Kollar & Fisher, 2010) y también puede servir para identificar buenas prácticas en la formación docente (Sonmez & Can, 2010). Para algunos autores, la retroalimentación es el elemento de la evaluación entre pares que más aporta en el aprendizaje (Gielen & De Wever, 2012; Liu & Carless, 2006; Thurlings, Vermeulen, Bastiaens, & Stijnen, 2013). Sin embargo, como los estudios empíricos en evaluación entre pares son escasos y estos han comparado mayormente las evaluaciones de los pares con la de los instructores (Strijbos & Sluijsmans, 2010) esta idea aún se está discutiendo. Del mismo modo, los estudios disponibles en evaluación entre pares durante la formación inicial de profesores no han realizado un seguimiento de los resultados, una vez que deben ser transferidos al contexto real de enseñanza (Sluijsmans, Brand-Gruwel, van Merriënboer, & Bastiaens, 2002). Por ende, la evidencia parece inconclusa para definir si la evaluación entre pares sería una vía eficiente para mejorar las habilidades prácticas de enseñanza como, por ejemplo, la habilidad para explicar y si facilitaría su transferibilidad. Considerando estos antecedentes, este estudio buscó responder a las siguientes preguntas: (a) ¿cuáles son los elementos que los profesores en formación utilizan para explicar conceptos científicos?, (b) ¿son estos elementos igualmente modificables a través de una evaluación formativa entre pares? y (c) los posibles cambios en las explicaciones de los profesores, ¿pueden transferirse a contextos reales de enseñanza y sostenerse a mediano plazo? Métodos

Este estudio tuvo un diseño cuasiexperimental de medidas repetidas (pretest, postest y seguimiento) y buscó explorar en qué medida la evaluación formativa entre pares podría afectar a las explicaciones de profesores en formación y su transferencia a la sala de clases. 88

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Muestra

El muestreo tuvo como fin indagar en casos ricos en información y que a la vez fueran típicos o representativos (Patton, 2001), en este caso, de los programas de formación chilenos que facultaban para ejercer como profesores de ciencias en el segundo ciclo de enseñanza básica. Se seleccionaron tres universidades, dos de las cuales ofrecían una formación en Enseñanza Básica con mención en Ciencias y una ofrecía el programa de Pedagogía en Biología con mención en Enseñanza Básica. Las tres instituciones recibían estudiantes de similares condiciones académicas y socioeconómicas. Su selección se estratificó según el criterio de máxima variación posible en la variable conocimiento sobre la ciencia, medida a través de los cursos obligatorios relacionados con el área científica que tenían los profesores en formación: alto en la universidad 1 (U1), con catorce cursos, medio en la universidad 2, (U2) con nueve cursos, y bajo en la universidad 3 (U3), con cuatro cursos. Los participantes fueron 20 profesores en último año de formación, quienes aceptaron ser parte del estudio y asistieron al menos a un 80% de las sesiones de una intervención basada en evaluación entre pares. Tal como se indica en la Tabla 1, un 40% de los participantes eran hombres y un 60% mujeres, y en promedio tenían 25 años de edad (SD=1.7). Provenían de una zona urbana de nivel socioeconómico medio-bajo y tenían similar experiencia de enseñanza previa, pues la mayoría contaba con algunas semanas de práctica. Para el estudio de seguimiento se seleccionaron seis participantes según el criterio de máxima variabilidad en su avance durante la intervención: alto, medio y sin avance, considerando casos de las tres universidades que estuvieran en aula luego de seis meses. Sus escuelas eran urbanas y de nivel socioeconómico bajo, medio y medio-alto. De este grupo, un 67% eran hombres y un 33% mujeres, mostrando una tendencia favorable hacia los hombres. Tabla 1 Características de la muestra Estudio

Número de

Mujeres

Hombres

Edad

participantes

(%)

(%)

(promedio)

Pre-/postest

20

60

40

24,9

Seguimiento

6

33,3

66,6

24,8

Edad (SD)

Edad

Edad

(mín.)

(máx.)

1,7

23

28

1,83

23

28

Instrumentos Tabla 2

Elementos de la rúbrica para explorar en las explicaciones conceptuales dede profesores de cienciaa en formación Las explicaciones de los participantes se midieron al inicio y al final la intervención través de episodios de microenseñanza grabados en video. En el estudio de seguimiento se grabaron las explicaciones Elementos estructurales Descripción en una o más clases completas. 1 Claridad Adecuación del lenguaje de la explicación Para medir las variables presentes en las explicaciones se usó una rúbrica validada para este propósito 2 Coherencia y cohesión Conexión las partes la explicación que la (Cabello, 2013), que contenía tres niveles de logro y un puntajeentre final entre 0 y 20depuntos. Los puntajes configuran como un todo coherente entre 0 y 6 se interpretaron como un desempeño bajo; entre 7 y 13, como un desempeño medio; y entre 14 y 20, como un desempeño alto. Los criterios de Progresión la rúbrica se en la revisión de la literatura 3 Secuencia enbasaron la construcción de la explicación sobre educación en ciencias y marcos generales orientadores de la enseñanza. Estos criterios evaluados 4 Precisión conceptual Adecuación a modelos y teorías de la ciencia fueron: claridad de la explicación, coherencia y cohesión, secuencia, precisión conceptual, suficiencia, 5 Suficiencia Completitud de la explicación en relación con el conexión con las ideas previas o experiencias de los estudiantes, uso de analogías, metáforas, simulaciones, objetivo comprensión profesorno verbal y el experimentación o modelos, uso de ejemplos, imágenes o de gráficos, uso deldellenguaje 6 Conexiónde con ideas de de los los estudiantes estudiantes como unaVínculo de la deexplicación ideas previasy o tratamiento loslaserrores oportunidad aprendizaje.conLalas Tabla 2 ordena describe de forma general cada uno de estos criterios. experiencias de los estudiantes 7 Uso de analogías, metáforas, simulaciones, Utilización correcta de dispositivos que permiten al Luego de someter la rúbrica a validación de contenido por profesores de el ciencias expertos, un estudio experimentación o modelos estudiante deconstruir concepto piloto permitió identificar su alta consistencia interna ( = 0,77, n  =  10). Cerca de la mitad de las 8 Uso de ejemplos, imágenes, gráficos o Utilización correcta de dispositivos que permiten al correlaciones fueron significativas estadísticamente (p