Vice Ministerio de Asuntos Técnicos y Pedagógicos Dirección General de Currículo

Informe Área de Ciencias de la Naturaleza y sus Tecnologías

Autores

Melvin Arias, PhD. Vladimir Perez, MSc, PhDC. Vinicio Romero, MSc. Violeta Morales, MSc. Rosa Vanderhorst, MSc. Ramonita Constancia, MSc. Carime Matos, MSc. Cesar Castillo, MSc.

Enero del 2013 Santo Domingo, República Dominicana

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Introducción Descripción del contenido Las Ciencias de la Naturaleza conforman un conjunto de disciplinas científicas que buscan y ofrecen explicación a los fenómenos de la naturaleza en función de los avances teóricos y experimentales verificables y reproducibles en la actualidad. Se considera la ciencia como un proceso de construcción social que tiene su sistema y mecanismo de comunicación para predecir, persuadir y convencer (2001, Hogan y Corey, p. 215), quienes plantean que: “El aprendizaje de las Ciencias Naturales es un proceso de culturización social que trata de conducir a los estudiantes más allá de las fronteras de su propia experiencia a fin de familiarizarse con nuevos sistemas de explicación, nuevas formas de lenguaje y nuevos estilos de desarrollo de conocimientos”. Las disciplinas científicas difieren entre sí en conceptualización, técnicas utilizadas y resultados observados, pero comparten un propósito y filosofía común; y todas son parte de la misma empresa científica. Aunque cada disciplina proporciona una estructura conceptual para organizar y construir el conocimiento, es común que los problemas sean estudiados por científicos que utilizan herramientas proporcionadas por varias disciplinas, ya que éstas carecen de fronteras claras. El desarrollo de competencias vinculadas a la aplicación del conocimiento científico y tecnológico en áreas como la educación, el trabajo, la salud, el medio ambiente, el turismo, la comunicación, es de suma importancia para el ciudadano que vive en una sociedad que depende cada vez más del avance científico y tecnológico. Las Ciencias de la Naturaleza integran tres grandes bloques:   

Ciencias Físicas o del mundo material, Ciencias de la Vida y Ciencias de la Tierra y del Espacio.

Las Ciencias Físicas se fundamentan en la Física y la Química; las Ciencias de la vida en la Biología; las Ciencias de la Tierra y Espacio incluyen básicamente la Geología, la Astronomía, las Ciencias Atmosféricas y la Oceanografía. Estos bloques se abordan como Ciencias de la Naturaleza desde el Nivel Inicial hasta el Nivel Medio.

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En el Nivel Medio a las disciplinas Física, Química y Biología se les da un tratamiento formal. En el currículo vigente está presente la Geología, pero hasta el momento, no se contempla como disciplina. Existe consenso internacional para clasificar la enseñanza de la Ciencia en los tres grandes bloques mencionados. Ahora bien, donde se presenta la dificultad es en su implementación para lograr una efectiva alfabetización científica del estudiante; ya que interviene: el rigor, gradualidad e integración de los contenidos científicos, la metodología apropiada para la indagación de las ciencias, el tratamiento adecuado de la dualidad ciencia y tecnología, y últimamente la incursión de las ingenierías. Mantener la motivación del estudiante por el aprendizaje desarrollado en la escuela, el desarrollo de actitudes como la curiosidad, la perseverancia, la creatividad, la tolerancia a la diversidad de discurso, la autonomía en la interpretación, el manejo, la verificabilidad y la producción científica, la ética, la aplicabilidad de conocimientos al entorno, todo ello va encaminado al desarrollo de las competencias científicas del siglo XXI. Es imperativo la mejora de capacidades como: la comunicación, la indagación, la investigación, el manejo de la tecnología, las estrategias y mecanismos para la sostenibilidad, la sustentabilidad, asi como la resolución de problemas y toma de decisiones tantos laborales como de la vida diaria. Ha de considerarse que el aprendizaje de las Ciencias de la Naturaleza no sucede de forma espontánea, sino que se necesita de un docente competente en el área que ayude a los estudiantes a apropiarse de los conocimientos que encierra la ciencia, la que además de ser una construcción individual, es un proceso de construcción colectiva.

Organización del Informe Se ha organizado este informe de acuerdo a la naturaleza del Área de Ciencias de la Naturaleza y sus Tecnología (en este informe usualmente nos referimos solamente como Ciencias de la Naturaleza): se desarrollan los avances técnicos y científicos recientes por cada uno de los bloques que conforman las Ciencias de la Naturaleza. Luego se discuten los avances, tendencias y modelos en la enseñanza de la ciencia durante las última dos décadas. Al final del informe se detallan las conclusiones y recomendaciones que proponemos a seguir en la actualización del currículo.

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Enumeración y descripción de avances. Avances científicos recientes. Avances en Ciencias de la Tierra y del Espacio

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El nuevo concepto de planeta enano, al cual Plutón fue reclasificado. Esto fue producto de descubrimientos de nuevos objetos en el sistema solar que no encajaban en el esquema actual. Descubrimientos de cientos de exoplanetas, planetas fuera del sistema solar. Las investigaciones se dirigen a planetas parecidos a la tierra y que puedan albergar vida como la conocemos, así como estudiar la composición de sus atmósferas. Descubrimiento de hielo y agua líquida en distintas partes del universo. Mayor entendimiento del cambio climático. Mejores modelos para interpretar el clima en la Tierra, debido a la disponibilidad de potentes computadoras. Generalización del uso GPS para aplicaciones de geolocalización. Edad del universo y un mapa de la radiación microonda de fondo de alta resolución después del Bing Bang. La confirmación de la expansión del universo, la materia oscura y los agujeros negros. Descongelamiento de los glaciares más rápido de lo esperado.

Avances en Ciencias de la Vida

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Decodificación de genomas de bacterias, plantas y animales. Estos genomas se analizan para encontrar curas a enfermedades, para producir plantas y animales transgénicos, entre otros. El Proyecto Genoma Humano, que busca catalogar el genoma humano. Células madres y nuevas fuentes para producirlas. Descubrimiento de un ancestro más antiguo que Lucy. Hallazgo en herencia no genética, así como una mejor comprensión del ARN y ADN. Sin olvidar el logro de la Clonación. Muestra de evolución más rápida que la esperada. Creación de la vida artificial. Máquinas fundidas con humanos. Extremidades robóticas que funcionan con señales nerviosas. Terapias genéticas e ingenieras de tejidos inyectables. Resurgimiento de algunas enfermedades que se han vuelto resitentes a los tratamientos (esto ocurre con las bacterias y con algunos virus). Mejor entendimiento de la evolución humana mediante el estudio del genoma y la adición de fósiles que complementan los que ya existen. 4

Avances en Ciencias Físicas

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Descubrimientos de nuevos materiales mediante la nanotecnología. Estos materiales se utilizan para producir mejores baterías, materiales más livianos y resistentes, para producir materiales más amigables al medio ambiente. El Gran Colisionador de Hadrones. descubrimientos de varias partículas fundamentales, entre ellas, la má importante el Bosón de Giggs, la partícula responsable de que las otras partículas tengan masa, así como creación y retención de antimateria. Máquina cuántica. Láser acústico. Manto de invisibilidad de algunos centímetros de dimensión. Superfotón con el efecto Bose-Einstein. Miniaturización de componentes electrónicos, haciendo posible la construcción de dispositivos más baratos y más eficientes. Avances en la química verde: posibilidad de hacer micro-reacciones (esto implica menos desperdicios) y solventes iónicos líquidos (no producen vapor y contaminan menos). Síntesis de materiales biodegradables, que son más amigables al medio ambiente.

Se puede continuar observando los avances más significativos en “Physics World: top 10 breakthroughs for 2010, 2011, 2012”. Avances en tecnologías

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Los teléfonos inteligentes, las tabletas y las computadoras portátiles. Expansión en el uso de la Internet a nivel mundial. Incremento y disponibilidad de información en la World Wide Web. Facilidad de bajar, intercambiar y subir documentos, fotos, videos, músicas y otros archivos por medio electrónico. Innovación en la telefonía, radio, televisión, videos y videoconferencia. Disponibilidad de servicios online. El correo electrónico un medio indispensable de comunicación, siendo los más populares: gmail, hotmail, yahoo entre otros. Las redes sociales se han convertido en un fenómeno social de gran relevancia en la actualidad, siendo los populares Facebook, Twitter, MySpace, entre otros. Búsqueda de información y servicios: Google, Yahoo, Wikipedia, Youtube, Amazon, eBay. Los avances tecnológicos se llevan a cabo en un ritmo casi inimaginable en todas las direcciones, colocando innovaciones que en meses o pocos años han sido remplazadas. Y la transferencia de los avances de las

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investigaciones en los transistores, según la ley de Moore, parecen superar cualquier perspectiva esperada.

Avances relacionados con la pedagogía de las disciplinas. Ciencias Físicas

Las grandes ideas que forman las Ciencias Físicas deben ser la base para la integralidad con las Ciencias de la Vida y las Ciencias de la Tierra y el Espacio (Harlen, 2010; Quebec Programa de Educación, 2001, Colorado Academic Standards, 2009; proyecto) y su tratamiento disciplinar; adecuando los conceptos, sus aplicaciones y sus relaciones con las ingenierías y tecnologías según sugieren las investigaciones por cada grado (Wilson y Draney, 2009). Desde Inicial hasta Básica, la forma integral, gradual, sistemática y continua en conjunto con otras ciencias, ha mostrado ser apropiada y eficiente. En Nivel Medio, el tratamiento disciplinar de la Física y la Química, continúa siendo fundamental a nivel curricular, ya que formaliza la introducción para estudios superiores y para el trabajo; se debe procurar continuar integrando las ciencias, las tecnologías y sus aplicaciones, desde su tratamiento disciplinar. Ciencias de la vida

La Biología es tratada en el currículo vigente de forma integral con las demás disciplinas, Física, Química; desde los Niveles Inicial y Básico. En el Nivel Medio es tratada como disciplina. La Biología en el currículo actual, contempla las disciplinas: Biología General, Geología, Anatomía y Fisiología Humana, Zoología, Botánica y Ecología. La genética, la teoría de la evolución, la biología celular y molecuar están contempladas en los contenidos básicos. Ha habido avances significativos en Biología Evolutiva del Desarrollo, la Biotecnología y Ciencias Ambientales que deben ser considerados para ser tratados en el nuevo currículo. El desarrollo de estas teorías es vital, ya que sustentan pricipalmente las grandes ideas en las Ciencias de la vida (National Research Council and National Academy of Sciences, 2012; Harlen, 2010) y su tratamiento gradual, sistemático y continuo en todos los niveles del currículo (National Research Council, 1996; Lerner 2012). Ciencias de la Tierra y del Espacio

Las disciplinas que incluyen las Ciencias de la Tierra y el Espacio son la Geología, la Astronomía, la Cosmología, las Ciencias Atmosféricas y la Oceanografía. Los contenidos básicos del currículo vigente se limitan brevemente a la Geología y los planetas de nuestro sistema solar y se tratan de manera explícita en cuarto y quinto grado del Nivel Básico (MINERD, 2006).

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Las Ciencias de la Tierra y del Espacio deben tratarse en todos los grados de los Niveles Inicial y Básico de forma integral, incluyendo el aporte de las demás disciplinas mencionadas. En el Nivel Medio deben abordarse durante un año, con énfasis en Geología, Ciencias Atmosféricas y Astronomía. Estas ciencias permitirán introducir de manera natural contenidos de Gestión de Riesgos y se integraría de manera conjunta con las Ciencias Físicas y Ciencias de la Vida. Con relación a las Ciencias de la Tierra y del Espacio es un hueco en el currículo vigente y deben integrarse a las Ciencias de la Naturaleza.

Avances en los modelos de enseñanza en ciencias El enfoque de las tendencias actuales sobre estrategias metodológicas privilegia: El desarrollo del pensamiento científico, con actividades de resolución de problemas, donde el estudiante elabora preguntas, acota situaciones formulando hipótesis, recoge datos, investiga, realiza actividades experimentales, interpreta gráficos, analiza resultados, compara y organiza información, transfiriendo sus conocimientos a través de exposiciones y diversas formas de comunicación, en perfecta concordancia con los postulados constructivistas. Cómo las personas aprenden y cómo se aprende ciencia

De los informes del Consejo Nacional para la Investigación en USA (National Research Council, 2000, 2005, 2009) se obtienen los avances más significativos en la investigación sobre cómo aprenden las personas y cómo los estudiantes aprenden ciencia:  

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Cuando los niños ingresan a la escuela, ya tienen bastante conocimiento del mundo natural, gran parte de la cual, está implícito. Lo que los niños son capaces en una determinada edad es el resultado de una compleja interacción entre la maduración, la experiencia y la enseñanza. ¿Qué sería lo apropiado para el desarrollo? No es una simple función de la edad o el grado, más bien, es en gran medida dependiente de las oportunidades anteriores que hayan tenido para aprender. El conocimiento de los estudiantes y la experiencia juegan un papel crítico en el aprendizaje de la ciencia, influyendo en los objetivos de la comprensión científica. El origen étnico, el idioma, la cultura, el género y la posición socioeconómica son algunos de los factores que influyen en el conocimiento y la experiencia que traen los niños al aula. Los estudiantes aprenden ciencia mediante la participación activa en las prácticas de la ciencia. 7

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Se necesita una variedad de métodos de enseñanza para lograr un completo desarrollo del dominio o competencia en ciencia. Los estudiantes tienen preconcepciones acerca de cómo funciona el mundo antes de ir al aula. No se debe subestimar el arraigo de las preconcepciones, ya que es posible que ellos no se apropien de los conceptos científicos que se les enseña; resultando solo útil en el ambiente escolar para la evaluación, regresando a las preconcepciones en los contextos naturales que exigen su razonamiento o aplicación. Los estudiantes para desarrollar competencias científicas deben: (a) tener una base profunda de saberes factuales; (b) comprender hechos e ideas en el contexto de un marco conceptual; y (c) organizar los saberes en formas que faciliten el acceso a ellos y su aplicación. La metacognición en la enseñanza puede ayudar a los estudiantes a manejar el control de su propio aprendizaje, focalizándose en las metas, y en la permanente vigilancia de su progreso hacia el logro de ellas.

Las implicaciones de estos nuevos resultados y cuestiones presentan evidencias sobre los planteamientos de Piaget en las etapas generales del desarrollo cognitivo y los períodos críticos para el aprendizaje de la ciencia (National Research Council, 2009). Las preconcepciones en ciencias tanto en Biologia, Quimica, Fisica, Geología y Astronomía se mantienen en todos los niveles, aún a nivel universitario, en niños y adultos, mostrando que el desarrollo de “las capacidades cognitivas se relacionan íntimamente con la práctica científica en la enseñanza desde preescolar, ya que por lo general no se desarrollan por sí mismas ni en jóvenes ni en adultos. Estas capacidades deben ser nutridas, sistemáticas, y se deben desarrollar en un ambiente de aprendizaje de apoyo que proporcionen un andamiaje eficaz, y orientadas a través de las prácticas de evaluación” (National Research Council, 2009). Aprendizaje basado en la investigación (Inquiry-based learning). Ciencia por indagación o ciencia indagatoria (Inquiry science).

“La investigación (inquiry) es el corazón de los estándares nacionales de la educación en ciencia” (Olson y Loucks-Horsley, 2000). Este modelo para la enseñanza de la ciencia, conocido como ciencia por investigación, ciencia por indagación o ciencia indagatoria (Navarro, 2009; Olson y Loucks-Horsley, 2000) se puede rastrear desde las bases teóricas de Dewey, Piaget y Vygotsky. Reúne un conjunto de iniciativas que incluyen aprendizaje basado en problemas, proyectos, trabajo de campo, estudios de casos, actividades investigativas; con el fin de despertar en el estudiante la curiosidad, el cuestionamiento, la interrogación, la planificación y llevar a cabo actividades investigativas donde construye hipótesis, las somete a pruebas y replantea el problema y el diseño de sus experimentos, así 8

como la observación, recolección de datos y explicación, implementándose en todas los niveles según el conocimiento que maneja el estudiante y la progresión en el desarrollo de los conceptos de la ciencia según reflejan las investigaciones, sin la necesidad de seguir el orden en que se ha enumerado estos puntos. Este modelo centrado en el constructivismo abre el aprendizaje de la ciencia en ambiente formal o informal y se extiende más allá del aula o el laboratorio (Fenichel y Schweingruber, 2010). Hay que resaltar que en USA la ciencia por indagación se trata como una materia aparte, dentro del cuerpo de la ciencia; pero las bases investigativas no sustentan, tratarla de forma separada. Donde hay un consenso definitivo es en la necesidad de que se incorpore en el currículo, desde los primeros grados del Nivel Inicial hasta el Nivel Medio (Ministerio de Educación de Singapur, 2008; Quebec programa de educación, 2001, Ministerio de Educación de Chile, 2012). Esto nos plantea el reto no sólo de enseñar contenidos o lograr incorporar los laboratorios de ciencia, así como capacitar a los profesores para asumirlo, sino en hacer de la indagación científica una estrategia de la enseñanza imprescindible en todos los grados. Se puede observar que con solo incorporar la ciencia por indagación de manera accidental en el currículo o en los contenidos de los textos, puede resultar en enunciados sin relevancia, ya que se pueden asumir como dados (Lerner et al, 2012). Modelo de enseñanza BSCS 5E

Modelo de enseñanza BSCS 5E, su nombre se debe por emplear las palabras: Biological Sciences Curriculum Study, (BSCS) y Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate (5E); en español, estudio del currículo en Ciencias Biológicas, involucrarse, explorar, explicar, elaborar y evaluar; que se viene desarrollando desde mediado del siglo pasado por Atkin y Karplus, en la década de los 80 se retoma y adquiere su forma actual. Se centra en el desarrollo por etapa de las ideas de los estudiantes y la exploración de los fenómenos científicos, basado en los trabajos de Piaget (Piaget & Inhelder, 1969; Piaget, 1975). La efectividad del modelo BSCS 5E ha sido probada aún para las actuales demandas de las habilidades del siglo XXI (Bybee, 2009; NationalResearch Council, 2010). A continuación se cita el resumen de la fase del Modelo de enseñanza BSCS 5E por Bybee y colaboradores (2006): 

Participación (Engagement): El maestro o a través de una tarea curricular accede a los conocimientos previos de los alumnos y les ayuda antes de involucrarse en un nuevo concepto a través de la utilización de actividades cortas que promueven la curiosidad y expresión de los conocimientos previos. La actividad debe establecer conexiones entre las experiencias de 9

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aprendizaje pasadas y presentes, exponer las concepciones previas, y organizar el pensamiento de los alumnos hacia los resultados de aprendizaje de las actividades en curso. Exploración: las experiencias de exploración proporcionan a los estudiantes una base común de actividades en el cual las preconcepciones erróneas, los procesos y las habilidades se identifican y se facilita el cambio conceptual. Los estudiantes pueden completar las actividades de laboratorio que les ayuden a utilizar el conocimiento previo para generar nuevas ideas, explorar preguntas y posibilidades, diseñar y llevar a cabo una investigación preliminar. Explicación: la fase de explicación centra la atención de los alumnos en un aspecto particular en el compromiso de su participación y las experiencias de exploración para así proporcionar oportunidades que demuestren su comprensión conceptual, destrezas de procedimiento o comportamientos. Esta fase también ofrece oportunidades para que los profesores puedan presentar directamente un concepto, proceso o habilidad. Los estudiantes explican su comprensión del concepto. Una explicación de la maestra o el plan de estudios puede guiarlos hacia una comprensión más profunda, que es una parte fundamental de esta fase. Elaboración: los maestros cuestionan y extienden la comprensión conceptual de los estudiantes y sus habilidades. A través de nuevas experiencias, los estudiantes desarrollan un entendimiento más profundo y más amplio,al mismo tiempo que adquieren más información y conocimientos adecuados. Los estudiantes aplican su comprensión del concepto mediante la realización de actividades adicionales. Evaluación: la fase de evaluación anima a los estudiantes a evaluar su comprensión y habilidades, así como proporcionar oportunidades a los profesores para evaluar el progreso del estudiante hacia el logro de los objetivos educativos.

Modelo de enseñanza: Aprendizaje por Diseño

El modelo de aprendizaje por diseño desarrollado por Kolodner entre los 90 e inicio del 2000, tiene sus fundamentos teóricos en el constructivismo focalizado en casos basados en razonamiento (siglas en inglés case-based reasoning, CBR. Kolodner, 2009). El modelo consiste en identificar o crear desafíos (qué se necesita hacer) y entornos de aprendizaje en que los estudiantes generen soluciones (qué se necesita saber) y prueben hasta obtener la mejor solución al problema identificado. Los estudiantes deben generar ideas y modelos, someterlas a pruebas, repensarlas y revisarlas a la luz de la solución del reto, identificar la necesidad de conceptos para construir sus soluciones, y repetir hasta encontrar una solución adecuada al problema con la colaboración de sus compañeros. 10

Según Kolodner “Este modelo de aprendizaje sugiere una serie de principios para promover el aprendizaje de habilidades complejas. En primer lugar, nos dice que el mejor aprendizaje sucede cuando los alumnos tienen metas que se quieren llevar a cabo. Esto les llevará a rastrear esos objetivos, para reflexionar sobre su progreso y hacia el logro de esos objetivos. En segundo lugar, sugiere que los estudiantes deben tener experiencias que les permitan probar habilidades dirigidas en el contexto de la realización de sus objetivos, analizar si se están logrando los objetivos a través de esas habilidades, identificar lo que necesitan para hacerlo mejor, y tener la oportunidad de intentarlo de nuevo. En tercer lugar, se sugiere que se necesitan múltiples oportunidades para probar cada una de las habilidades que son aprendizaje. En cuarto lugar, para saber qué tan bien se están logrando los objetivos, el modelo CBR nos dice que los alumnos han de ser capaces de identificar fácilmente los efectos de lo que están haciendo. En quinto lugar, identificar qué tan bien se están utilizando sus habilidades y cómo realizarlas mejor. El modelo CBR sugiere que los estudiantes al recibir ayuda para analizar la retroalimentación, identifican lo que están haciendo bien y obtienen ayuda para generar ideas sobre cómo llevarlo a cabo más productivamente. Por último, las habilidades se aprenden de una manera que permite a los estudiantes utilizarlas en una variedad de contextos. Los contextos en que se están llevando a cabo complejas habilidades específicas deben ser ricos, variados y representativos de los tipos de situaciones que se encontrarán fuera del ambiente formal del aprendizaje”. A continuación se presenta el esquema del modelo de aprendizaje por diseño CBR.

Tomado de Kolodner (2009).

Modelo de Enseñanza: Ambiente Virtual de Aprendizaje para la Argumentación en línea

Este modelo enfatiza la argumentación científica, para promover en los estudiantes el desarrollo de la alfabetización científica, involucrando a los 11

estudiantes en la comprensión y aplicación de los procesos científicos. Con la argumentación científica, según Crark y colaboradores (2009), se busca en los estudiantes:   

Desarrollar, justificar y comunicar un argumento convincente en términos de los procesos y criterios de valor en la ciencia. Construir, criticar y comunicar argumentos sólidos y válidos en términos de las relaciones entre y dentro de las pruebas y las ideas teóricas. Modelo de enseñanza: Investigando y cuestionando nuestro mundo a través de la ciencia y la tecnología

Este modelo centra su atención en el desarrollo del currículo entorno grandes ideas en ciencias. 

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Su intención es darle coherencia, sistematización y finalidad al currículo en ciencia con “los objetivos de aprendizaje, un enfoque en el aprendizaje de las grandes ideas de la ciencia a través del tiempo, y aprendizaje basado en proyectos”(NationalResearch Council, 2010). Krajcik y Sutherland (2009). Los objetivos del modelo son: Activar los maestros para enseñar con eficacia a los estudiantes dentro una variedad deantecedentes; Explorar las ideas centrales de cada disciplina científica cada año, y apoyar a los estudiantes en la construcción de conocimientos sofisticados y sistemáticos de las ideas científicas.

Evaluación La evaluación forma parte del desarrollo de cualquier proceso de aprendizaje y “cada evaluación, con independencia de su finalidad, se basa en tres pilares: un modelode cómo los estudiantes representan el conocimiento y desarrollan la competencia en el tema, tareas o situaciones que permiten observar el desempeño de los estudiantes, y una interpretación del método para hacer inferencias a partir de los resultadode y a las evidencias obtenida de este modo” (National Research Council, 2001). El dominio en ciencia para el estudiante se centra en que (National Research Council, 2007):    

Conoce, utiliza e interpreta las explicaciones científicas del mundo natural. Genera y evalúa los procedimientos científicos y da explicaciones. Comprende la naturaleza y el desarrollo del conocimiento científico. Participa productivamente en la práctica científica y su discusión.

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Los tipos de conocimiento a ser evaluados en ciencia (National Research Council, 2010) son: 

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El conocimiento declarativo: saber qué. Este tipo incluye el conocimiento que va desde los elementos de contenidos separados y aislados, tales como la terminología, hechos o detalles específicos, para unas formas más organizadas de conocimiento, como las declaraciones, definiciones, clasificaciones de conocimiento y categorías. El conocimiento procedimental: saber cómo. Este tipo implica el conocimiento de habilidades, algoritmos, técnicas y métodos. Por lo general toma la forma de reglas de producción “si… entonces…” o una secuencia de pasos (por ejemplo, la medición de temperatura con un termómetro; aplicar un algoritmo al balancear ecuaciones químicas, sumar, restar, multiplicar y división de números enteros). El conocimiento esquemático: saber por qué. Este tipo involucra más organización en el cuerpo de conocimientos, tales como esquemas, modelos mentales, o "teorías" (implícitas o explícitas) que se utilizan para organizar la información de manera interconectada y sistemática. El conocimiento estratégico: saber cuándo, dónde y cómo aplicar el conocimiento.

Estrategias de Evaluación

En cuanto al enfoque referido al proceso de evaluación, se favorece el uso de varias estrategias para una evaluación auténtica, entre ellas: 

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Matrices o rúbricas de valoración, mediante las cuales se relacionan los criterios y se integran las evidencias que permiten mostrar logros y aspectos de mejora. Portafolios, evalúa el proceso dinámico de organización y sistematización de los datos, coherencia, pertinencia, calidad de los trabajos de los/as estudiantes. Énfasis en la argumentación, posibilita la evaluación de habilidades intelectuales, verbales, de opinión y reflexión. Prácticas de laboratorio y resolución de ejercicios, donde se valore el desempeño de los estudiantes, tomando en cuenta las actividades en los grupos de trabajo durante las sesiones presenciales. Mapas mentales, alternativa que evalúa procedimientos textuales y gráficos, aspectos verbales, no verbales y espaciales. Mapas conceptuales, se toma en cuenta criterios de organización, secuencia lógica, conocimientos, creatividad, otros.

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Estudios de Casos, evalúan los procedimientos a través de análisis de ideas, propuestas de soluciones, participación individual y grupal.

Programas Destacados Cabe destacar los programas desarrollados en Quebec (Quebec Programa de Educación, 2001), California (National Academy of Sciences and National Academy of Engineering, 2009) y la incorporación en Chile de la ciencia como indagación (Ministerio de Educación de Chile, 2012) muestran avances interesantes en especial en los Niveles Inicial y Básico.

Conclusiones y recomendaciones El constructivismo como base teórica del currículo vigente en el área de ciencia continúa siendo válido, y aún la incorporación del enfoque por competencia (DiazBarriga, 2011), que cambia básicamente la forma más que el fondo (Diaz-Barriga, 2006), con la renovada intención de transferir la enseñanza de la escuela a la vida y el trabajo (Unesco, 2012). Los modelos presentados sobre la enseñanza de la ciencia reflejan avances significativos, pero sin la necesidad de priorizar un modelo sobre otro, cada uno prioriza elementos distintos y se requiere implementación adecuada a las facilidades y recursos disponibles del centro educativo. Hay que reflexionar sobre las observaciones que hacen las investigaciones recientes a los planteamientos de Piaget sobre las etapas del desarrollo cognitivo y los períodos críticos en la enseñanza de la ciencia. Los resultados de las dos últimas décadas sobre cómo aprenden las personas y cómo aprenden ciencia los estudiantes deben ser considerados en el proceso enseñanza-aprendizaje, en las estrategias para lograr una enseñanza de calidad y en el desarrollo profesional de los docentes en servicio. En el currículo vigente, el Área de Ciencias de la Naturaleza, recoge los contenidos básicos de Biología, Química y Física, los cuales se tratan de forma integral en el Nivel Inicial y el primer ciclo del Nivel Básico. Algunos contenidos de Geología se tratan brevemente en el quinto grado de Básica. En el Nivel Medio se abordan las asignaturas Biología, Química y Física. El currículo vigente presenta una debilidad a superar, y es la ausencia de contenidos en Ciencias de la Tierra y del Espacio. Internacionalmente existe consenso sobre la necesidad de la inclusión de estos contenidos (Díaz-Barriga, 2005; Pinar, 2003), y son incluidos en las evaluaciones internacionales, por ejemplo, PISA.

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Recomendaciones 

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Ciencias de la Naturaleza se puede conformar en tres bloques, tratada de forma integral en inicial y básica; mientras que a Nivel Medio se debe mantener de forma disciplinar, con excepción de ciencias de la tierra y el espacio, estos bloques son : o Ciencias Físicas definida por la Física y la Química. o Ciencias de la Vida definida principalmente por la Biología, las Ciencias Medioambientales, la Biotecnología, la Fisiología, la Bromatología, las Ciencias de la Salud, entre otras. o Ciencias de la Tierra y del Espacio definida por la Geologia, la Astronomia, las Ciencias Atmosféricas, la Oceanografía, la Geofísica, entre otras. Hay grandes temas que deben ser tratados de forma interdisciplinaria por las disciplinas de ciencias de la naturaleza, tales como: cambio climático, agua, energía, deforestación, alimento, protección de hábitat y especie, desarrollo sostenible, tratamiento de desechos, gestión de riesgo, salud y enfermedades. En Ciencias de la vida ha de hacer prioritario la Educación Ambiental. La Educación Ambiental se basa en valores y tiene como propósito generar conciencia y soluciones a problemas ambientales causados por actividades antropogénicas que resultan de la relación entre el hombre y el medio ambiente, con el fin de entender el entorno y formar cultura conservacionista que conlleven al desarrollo sostenible. Tratadas de manera integral en los niveles de Inicial y Básica. En el Nivel Medio se debe tratar por disciplinas de forma continua en los grados que se enseñen, sin perder de vista que los problemas de la vida diaria son inherentemente multidisciplinarios. La incorporación de la tecnología no debe ser accidental (al final del año escolar), ni sólo como herramienta en el aprendizaje de los estudiantes, sino en íntima relación con los desarrollos científicos y sus aplicaciones. La ciencia como indagación debe ser central en todos los grados de la enseñanza desde Inicial hasta finalizar el Nivel Medio. La incorporación de temas interdisciplinarios se debe priorizar en forma integral en todos los grados, en torno a las grandes ideas de las ciencias, evitando contenidos fragmentados y aislados. Habilitar laboratorios de ciencia y definir las prácticas de laboratorio del Nivel Básico y Medio por grados. Incorporar docentes competentes, así como la capacitación de los docentes en servicio, continúan siendo los grandes problemas pendientes que no se han superado en el área. 15

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El nombre del área se debate entre Ciencias Naturales, Ciencias de la Naturaleza o Ciencias de la Naturaleza y sus Tecnologías, por lo que debe llegarse a un consenso basado en la epistemología de las ciencias. Actualizar la naturaleza del área para que incorpore los avances científicos y tecnológicos recientes. Acoger la política 3 del Plan Decenal de Educación que expresa que la actualización curricular parta de un enfoque por competencias para la vida estudiantil y profesional. Revisar los perfiles de docentes y estudiantes. Adecuar la estructura de los niveles y modalidades (asignaturas por año o por semestres), así como su carga horaria. Incorporación de las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunicación) como herramienta vinculada a los contenidos y privilegiando un enfoque TAC (Tecnología de Aprendizaje de los Conocimientos). Clases de ciencias vinculadas con la realidad y el contexto del estudiante, resolver problemas donde se discutan las divergentes forma de resolverlos. Aplicación e investigación de las distintas estrategia didáctica para la enseñanza de la ciencia, mensionado previamente en los modelos de enseñanza. La sistematización del proceso pedagógico, procesos y recursos, para el resultado esperado: altos niveles de aprendizajes para la vida. Definir horas de laboratorios de ciencia, fuera de las horas de teoría, impartidas por el profesor de la asignatura. Incorporar las simulaciones y juegos virtuales desarrollados para la enseñanza de ciencia (National Research Council, 2011). Considerar el tiempo asignado al Área de Ciencia de la Naturaleza para el desarrollo de sus contenidos, ya que, la incorporación de las grandes ideas de la ciencia, la educación ambiental, la ciencia como indagación, la ciencia y la tecnología: desarrollo y aplicaciones, y el quehacer científico, requieren más horas que las asignadas actualmente. Creación de espacios y tiempo para que los docentes compartan, reflecionen, planifiquen y desarrollen su actividad docente.

Bibliografía Alambique (2008). Didáctica de las ciencias experimentales. Editorial Graó, Litosplai, Espana. Bybee, R.W. (2009). The BSCS 5E instructional model and 21st century skills. Paper prepared for the Workshop on Exploring the Intersection of Science 16

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