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Una aproximación científica a la educación científica – Cambio institucional y tecnológico


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#1 Ge. Pe.

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Publicado el 16 marzo 2009 - 09:00








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¿Por qué no intentar una aproximación científica a la educación científica?


Escrito por Kanijo en Ciencia General



2009. március 11





El propósito de la educación científica no es simplemente entrenar a una pequeña fracción de la población para que se conviertan en la siguiente generación de científicos.

Necesitamos una población ilustrada científicamente para abordar retos globales a los que se enfrenta la humanidad y que sólo la ciencia puede explicar y posiblemente paliar, tales como el calentamiento global, así como para tomar decisiones inteligentes e informadas mediante la comprensión científica, sobre temas como la modificación genética.

Además, la economía moderna está en gran parte basada en la ciencia y la tecnología, y para que mejore la economía y los individuos que están dentro de ella tengan éxito, necesitamos ciudadanos ilustrados técnicamente con habilidades para resolver problemas complejos.

Para abreviar, necesitamos hacer que la educación científica sea efectiva y relevante para una fracción grande y necesariamente diversa de la población.

¿Qué quiero decir con una educación efectiva en ciencia? Creo que una educación científica exitosa transforma cómo piensan los estudiantes, de tal forma que podemos comprender y usar la ciencia de la misma forma que los científicos.

¿Pero es este tipo de transformación verdaderamente posible para una gran parte de la población?

La hipótesis que tanto yo como otros hemos adelantado es que es posible, pero sólo si hacemos una aproximación a la enseñanza de la ciencia como ciencia. Esto significa aplicar a la enseñanza científica las prácticas que son componentes esenciales de la investigación científica y que explican por qué la ciencia ha progresado a un ritmo tan notable en el mundo moderno.

Los más importantes de estos componentes son:

Ejercicios y conclusiones basados en los datos objetivos en lugar de – como es frecuentemente el caso en la educación — la anécdota o la tradición. Esto incluye el uso de resultados de investigaciones anteriores, tales como trabajos sobre cómo aprende la gente.

Diseminar los resultados de una forma académica y copiar y construir sobre lo que funciona. Demasiado a menudo en la educación, particularmente en el nivel post-secundario, todo se reinventa, a menudo de una forma con muchos fallos, cada vez que un profesor distinto ofrece un curso. (Llamo a este problema el de “reinventar la rueda cuadrada”.)
Un uso intensivo de la tecnología moderna. De la misma forma que buscamos maneras de usar la tecnología en la investigación científica avanzada, tenemos que hacer lo mismo en la educación.

Estos tres componentes esenciales de toda investigación científica experimental (y, no por casualidad, del arte de la enseñanza y aprendizaje) pueden ser igualmente valiosas en la educación científica. Aplicadas a la enseñanza de la ciencia, tienen la capacidad de mejorar drásticamente tanto la efectividad como la eficiencia del sistema educativo.
El misterio del aprendizaje

Cuando di mis primeras clases como profesor asistente, solía usar la aproximación que es común cuando se le pide a alguien que enseñe algo. Primero pensé profundamente sobre el tema y lo dejé claro en mi mente. Entonces se lo expliqué a mis estudiantes de tal forma que lo comprendiesen con la misma claridad que yo. Al menos esa era la teoría.

Pero soy un devoto creyente del método experimental, por lo que siempre mido los resultados. Y cada vez que hacía un sirio intento por determinar lo que mis estudiantes estaban aprendiendo, quedaba claro que esta aproximación simplemente no funcionaba. Un estudiante ocasional aquí o allí podría comprender mis explicaciones maravillosamente claras e inteligentes, pero la enorme mayoría de estudiantes no se quedaban con nada en absoluto.

Durante muchos años, este fallo de los estudiantes al aprender de mis explicaciones permanecía como un frustrante misterio, al igual que creo que sucede con muchos diligentes miembros del profesorado. Lo que finalmente me llevó a comprender fue que me estaba encontrando un misterio incluso mayor en mis estudiantes graduados.

He llevado a cabo una extenso programa de investigación en física atómica a lo largo de muchos años que ha implicado a muchos estudiantes graduados, en cuyo desarrollo profesional he invertido mucho tiempo e ideas. Y con el paso de los años me he dado cuenta de un patrón consistente: Los nuevos estudiantes graduados pueden llegar a mi laboratorio tras 17 años de extraordinario éxito en las clases, pero cuando se les ofrece proyectos de investigación en los que trabajar, no tienen ni idea de cómo proceder. O peor aún — a menudo parece que ni siquiera han entendido realmente qué era la física.

Pero entonces sucede algo sorprendente: Apenas tras unos años de trabajo en mi laboratorio de investigación, interactuando conmigo y con otros estudiantes, se transforman. De pronto me di cuenta de que ahora eran expertos en físicos, auténticos colegas. Si esto hubiese sucedido una o dos veces simplemente podría parecer una rareza, pero me he dado cuenta de que es un patrón consistente. Por lo que decidí calcularlo.

Una hipótesis que se me ocurrió, dado que hay muchos otros asesores de investigación que han observado transformaciones similares, es que el cerebro humano tiene que pasar por 17 años de etapa “gusano” antes de transformarse de pronto en una “mariposa”.

Pero no estaba satisfecho con la explicación, por lo que abordé el problema como un problema científico. Empecé estudiando la investigación sobre cómo aprende la gente, particularmente cómo aprender ciencia, para ver si podía proporcionar una explicación más satisfactoria al patrón. En efecto, la investigación me ofreció otra explicación al misterio anterior de por qué mi enseñanza en clase no era efectiva.

Echaremos un vistazo a este razonamiento haciando alguna investigación sobre el aprendizaje y algunos conceptos básicos en la parte 2.

Referencias:
W. Adams et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P, Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 45.
R. Hake (1998), The American Journal of Physics. 66, 64.
D. Hammer (1997), Cognition and Instruction. 15, 485.
D. Hestenes, M. Wells, G. Swackhammer (1992), The Physics Teacher. 30, 141.
Z. Hrepic, D. Zollman, N. Rebello. “Comparing students’and experts’ understanding of the content of a lecture,” to be published in Journal of Science Education and Technology.
E. Mazur (1997), Peer Instructions: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
G. Novak, E. Patterson, A.Gavrin, and W. Christian (1999), Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
K. Perkins et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P. Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 61.
E. Redish (2003), Teaching Physics with the Physics Suite, Wiley, Hoboken, NJ.



Autor: Carl Wieman



Fecha Original: 9 de marzo de 2009
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#2 Ge. Pe.

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Publicado el 22 marzo 2009 - 01:13







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Experimento simple: Distancia Tierra-Luna


Escrito por Kanijo en Astronomía, Ciencia General, Pensamiento Crítico


2009. marzo 21

CIENCIA KANIJA.



Recientemente publicaba un artículo en el que se dejaba caer la idea de aprender ciencia usando el método científico más que usando el tradicional método de “clase magistral”. Dicen que el movimiento se demuestra andando, ¿qué mejor forma de aprender ciencia que haciendo ciencia?

Eso parece que ha pensado el profesor de instituto Luca Girlanda, que propuso a sus estudiantes de secundaria del Liceo Scientifico “A. Vallisneri” en Lucca, Italia, realizar un experimento para medir la distancia de la Tierra a la Luna. Evidentemente no es ninguna novedad dicho cálculo. Hace muchos siglos, en la antigua Grecia, Aristarco de Samos ya calculó con asombrosa precisión para la época la distancia y tamaño de nuestro vecino celeste más cercano usando los eclipses lunares, posteriormente refinados por Hiparco de Nicea.

Actualmente dicha distancia se conoce con gran precisión y se monitoriza usando un láser que se refleja en unos espejos colocados en la superficie lunar dejados por la misión Apolo XI.

Sin embargo, en un alarde de imaginación, el profesor Girlanda acude a las nuevas tecnologías para, de una forma simple pero extremadamente didáctica e ingeniosa, construir un experimento en el que sus alumnos entren en contacto con el método científico directo. En dicho experimento, los alumnos calcularán la distancia Tierra-Luna usando los audios de las transmisiones de la NASA entre Houston y los astronautas del Apolo XI. Midiendo el tiempo de desfase entre que se enviaba una orden desde Houston y se respondía desde el módulo lunar se calcula la distancia entre ambos puntos, sabiendo la velocidad de propagación de una onda electromagnética.

En un principio se acude a un método manual, cronometrando estos tiempos, para posteriormente refinar las medidas usando un software de tratamiento de audio. De la misma forma se pueden refinar aún más usando los “ecos” de las instrucciones enviadas desde Houston. En ciertos momentos de la grabación, el audio procedente de Houston sale por los altavoces del módulo lunar, entrando por el micrófono y volviendo hacia Houston en una especie de eco. Debido a que no existe el retardo introducido por la respuesta humana, usando estos ecos se logra una medida más exacta.

En un simple experimento que no requiere más que de un ordenador se conjuga el conocimiento de un hecho histórico de vital relevancia en nuestro mundo contemporáneo, la aplicación de los recursos que ofrece Internet, la toma y tratamiento de datos, así como las conclusiones obtenidas a partir de este análisis y, por qué no, el análisis racional y crítico que derrumba la estupidez de la teoría de la conspiración lunar.

Simplemente brillante. Como sé que hay varios profesores de secundaria que leen este blog, me gustaría animarles a que lleven a cabo este u otro experimento similar y dejen aquí sus experiencias.


Clique aquí: Experimento.... en este enlace pueden dejar su opinión



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#3 Ge. Pe.

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Publicado el 25 marzo 2009 - 06:55








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Una aproximación científica a la educación científica –

Investigar sobre el aprendizaje



Escrito por Kanijo en Ciencia General


2009. marzo 24




Segunda parte del artículo :

¿Por qué no intentar una aproximación científica a la educación científica?






En una tradicional clase de ciencia, el profesor se coloca frente a la clase dando una conferencia a un pasivo grupo de estudiantes. Esos estudiantes, entonces salen y hacen los problemas del final del capítulo del libro de texto en casa y hacen exámenes donde hacen ejercicios similares.

La investigación tiene algunas cosas que decir sobre esta estrategia pedagógica, pero me centraré en tres hallazgos — el primero sobre la retención de información en la conferencia, el segundo sobre la comprensión de conceptos básicos, y el tercero sobre la creencia general sobre la ciencia y la resolución de problemas científicos. Los datos sobre lo que discutiré se recopilaron mayormente en cursos de introducción a la facultad de física, pero estos resultados son consistentes con estudios similares realizados en otras disciplinas científicas y a otros niveles de estudio. Este es comprensible, debido a que, dado que son consistentes con lo que sabemos sobre la cognición.



Retener información



Las conferencias se crearon como un medio de transmitir información de una persona a muchas, por lo que un tema obvio de información para la investigación es la retención de la información por esos muchos. Los resultados de tres estudios — los cuales pueden ser replicados por cualquier miembro del profesorado con suficiente estómago — son instructivos.

El primero es de Joe Redish, un profesor de física con gran reputación de la Universidad de Maryland. Incluso aunque los estudiantes pensaban que sus conferencias eran fantásticas, Joe se preguntó cuánto estaban aprendiendo en realidad. Por lo que contrató a un estudiante graduado para atraer estudiantes de forma aleatoria para llenar su clase y al final de la charla preguntó, “¿de qué trataba la charla que acaban de escuchar?” Resultó que los estudiantes sólo podían contestar con las más vagas generalidades.

Zdeslav Hrepic, N. Sanjay Rebello, y Dean Zollman de la Universidad Estatal de Kansas llevaron a cabo un estudio mucho más estructurado. Pidieron a 18 estudiantes de una clase introductoria de física que intentaran contestar seis preguntas sobre la física del sonido y luego, preparados por esta experiencia, lograr las respuestas a estas preguntas escuchando una conferencia de 14 minutos en cinta de video comercial muy refinada, dada por alguien que se supone que es uno de los conferenciantes de física de más éxito del mundo.

En la mayor parte de las seis pregunta, no más de un estudiante fue capaz de contestar correctamente.

En un ejemplo final, un número de veces Kathy Perkins y yo hemos presentado algunos hechos no obvios en una charla junto con una ilustración, y luego hemos interrogado a los estudiantes 15 minutos después sobre el hecho. Aproximadamente el 10 por ciento de los estudiantes lo recordaban para entonces. Para ver si simplemente teníamos estudiantes mentalmente deficientes, se repitió el experimento cuando estaba dando un coloquio departamental en uno de los departamentos de física líderes en los Estados Unidos. La audiencia estaba formada por miembros del profesorado de física y estudiantes graduados, pero el resultado fue aproximadamente el mismo — alrededor del 10 por ciento.

Dado que hay miles de charlas científicas tradicionales dándose a diario, estos resultados son bastante perturbadores. ¿Tienen sentido estos hallazgos? ¿Podría esta escasa transferencia de información en las conferencias ser un problema genérico?

Estos resultado, efectivamente, tienen mucho sentido y probablemente son genéricos, basándonos en uno de los resultados mejor establecidos — aunque ampliamente ignorado — de la ciencia cognitiva: le capacidad extremadamente limitada de la memoria a corto plazo. La investigación nos dice que el cerebro humano pueden retener un máximo de aproximadamente siete elementos distintos en la memoria a corto plazo y no puede procesar más de cuatro ideas simultáneamente.

Lo que exactamente significa un “elemento” cuando se traslada del laboratorio de la ciencia cognitiva al aula es un poco difuso. Pero el número de nuevos elementos que se espera que recuerden y procesen en la charla científica de aproximadamente una hora típica es enormemente superior. Por lo que no debería sorprendernos que los estudiantes sólo sean capaces de captar una pequeña fracción de lo que se les presenta en dicho formato.



Comprender conceptos básicos



Los físicos creemos que una de las grandes fortalezas de la física es que tiene pocas ideas fundamentales que pueden aplicarse de forma muy amplia. Esto ha inspirado a los investigadores en la educación de la física a estudiar cómo de bien aprenden en realidad los estudiantes los conceptos básicos en sus cursos de física, particularmente a nivel de introducción.

Estos investigadores han creado algunas buenas herramientas de evaluación para medir la comprensión conceptual. Probablemente la más antigua y más ampliamente usada de estas sea el Inventario de Conceptos de Fuerza (FCI) (ver Hestenes, 1992 en “Recursos” abajo). Este instrumento comprueba el dominio de los estudiantes sobre los conceptos básicos de fuerza y movimiento, los cuales se cubren en cada primer semestre del curso de física post-secundario.

El FCI se compone de cuestiones cuidadosamente desarrolladas y probadas que normalmente requieren que los estudiantes apliquen los conceptos de fuerza y movimiento en un contexto del mundo real, tales como explicar lo que sucede cuando un coche choca contra un camión. El FCI — ahora administrado en cientos de cursos anualmente — normalmente se da al inicio y al final del semestre para ver cuánto han aprendido los estudiantes durante el curso.

Richard Hake compiló resultados del FCI en 14 cursos tradicionales distintos y encontró que en el curso de charla tradicional, los estudiantes no dominaban más del 30 por ciento de conceptos clave que no conocían antes del inicio del curso.

Una ganancia menor del 30 similar se observa en muchos otros estudios no publicados y son mayormente independientes de la calidad de la charla, tamaño de la clase e institución. La consistencia de esos resultados demuestra claramente que el problema está en la aproximación pedagógica básica: La charla tradicional simplemente no tiene éxito al tratar de ayudar a los estudiantes a lograr dominar conceptos fundamentales.

Las aproximaciones pedagógicas que implica una implicación mayor del estudiante muestran unos logros mayores en las pruebas FCI y similares.



Comprometer las creencias sobre la ciencia y la resolución de problemas científicos



Los estudiantes creen ciertas cosas sobre lo que es la física y cómo se aprende tal disciplina, así como la forma de resolver problemas en física. Si entrevistas a mucha gente, verás que sus creencias están en un experto que varía de “novato” a “experto”.

Mi grupo de investigación y otros han desarrollado instrumentos de estudio que pueden medir dónde están las creencias de una persona dentro de esta escala.



¿Qué significa en este contexto “novato”?



Adaptando la caracterización desarrollada por David Hammer, los novatos ven el contenido de la enseñanza en física como piezas de información aisladas — transmitidas por una autoridad y desconectadas del mundo que les roda — que sólo pueden aprender mediante la memorización. Para el novato, la resolución de un problema científico es sólo encajar el patrón de un problema a ciertas recetas memorizadas.

Los expertos – es decir, los físicos - ven la física como una estructura coherente de conceptos que describen la naturaleza y que han sido establecidas mediante experimentos. La resolución de problemas por parte del experto implica un empleo sistemático de estrategias basadas en conceptos y ampliamente aplicables. Dado que esto incluye ser aplicable en situaciones completamente nuevas, esta estrategia es mucho más útil que la aproximación a la resolución de problemas del novato.

Una vez desarrollas las herramientas para medir dónde están las creencias de la gente en esta escala de experto a novato, puedes ver que las creencias de los estudiantes cambian como resultado de sus cursos. Lo que se esperaría, o al menos desearía, es que los estudiantes comenzaran el curso de la facultad de física en el lado de la escala de novato y tras completar el curso se hayan pasado a unas creencias más en el lado del experto.

Lo que dicen los datos es justo lo contrario.

De media, los estudiantes tienen creencias más similares a los novatos después de haber completado un curso de introducción a la física que antes de iniciarlo; esto se encontró casi en cada curso de introducción medido. Más recientemente, mi grupo empezó a observar las creencias en la química. Si es posible, el efecto de dar un curso de introducción de química a la facultad fue incluso peor que tomar dar de física.

Por lo que nos encontramos con otro misterio sobre la enseñanza tradicional. Esta enseñanza está explícitamente construida alrededor de conceptos de enseñanza y se proporciona a través de profesores que, al menos a un nivel universitario, son expertos incuestionables en la materia. Y aún así, los estudiantes no aprenden los conceptos, y adquieren creencias de nova sobre el tema. ¿Cómo puede ser así?

Discutiremos esto en la tercera parte.



Recursos:

W. Adams et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P, Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 45.
R. Hake (1998), The American Journal of Physics. 66, 64.
D. Hammer (1997), Cognition and Instruction. 15, 485.
D. Hestenes, M. Wells, G. Swackhammer (1992), The Physics Teacher. 30, 141.
Z. Hrepic, D. Zollman, N. Rebello. “Comparing students’and experts’ understanding of the content of a lecture,” to be published in Journal of Science Education and Technology. A pre-print is available at http://web.phys.ksu....c_comparing.pdf
E. Mazur (1997), Peer Instructions: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
G. Novak, E. Patterson, A.Gavrin, and W. Christian (1999), Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
K. Perkins et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P. Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 61.
E. Redish (2003), Teaching Physics with the Physics Suite, Wiley, Hoboken, NJ.




Autor: Carl Wieman

Fecha Original: 16 de marzo de 2009 2009
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#4 Ge. Pe.

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Publicado el 28 marzo 2009 - 10:13







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Una aproximación científica a la educación científica –

Reducir la carga cognitiva




Tercera parte de la saga sobre educación científica.

Artículo anterior:

Una aproximación científica a la educación científica – Investigar sobre el aprendizaje




Los científicos cognitivos han pasado una gran cantidad de tiempo estudiando lo que constituye la competencia experta en una disciplina, y han llegado a unos componentes básicos.

Lo primero es que los expertos tienen una gran cantidad de conocimientos factuales sobre su materia, pero esto no es una sorpresa. Pero además, los expertos tienen una estructura de organización mental que facilita la recuperación y aplicación efectiva de su conocimiento. Tercero, los expertos tienen una capacidad para monitorizar su propio pensamiento (“metacognición”), al menos en la disciplina de la que son expertos.

Son capaces de preguntarse a sí mismos, “¿Comprendo esto? ¿Cómo puedo comprobar mi conocimiento?”

Un profesor de ciencia tradicional se concentra en enseñar los conocimientos factuales, con la suposición implícita de que las formas de pensamiento similares a las del experto sobre el tema llegarán libremente o ya están presentes. Pero esto no es lo que nos dice la ciencia cognitiva. En lugar de esto nos dice que los estudiantes tienen que desarrollar estas formas distintas de pensamiento a través de un esfuerzo mental extendido y focalizado. Además, las nuevas formas de pensamiento siempre se construyen sobre el pensamiento anterior del individuo, por lo que si el proceso educativo quiere tener éxito, es esencial tener en cuenta este pensamiento previo.

Esto es biología básica. Todo lo que constituye “comprender” la ciencia y “pensar científicamente” reside en la memoria a largo plazo, la cual se desarrolla a través de la construcción y ensamblaje de las proteínas componentes. Por lo que una persona que no pasa por este proceso de construcción mental extendido simplemente no puede lograr el dominio de un tema.

Cuando comprendes lo que conforma la competencia experta y cómo se desarrolla, puedes ver cómo cuenta la ciencia cognitiva para los resultados de clase que presenté anteriormente.

Los estudiantes no están aprendiendo los conceptos científicos que permiten a los expertos organizar y aplicar la información a la disciplina, ni se les está ayudando a que desarrollen las estructuras organizativas mentales para recuperar y aplicar tal conocimiento ni la capacidad de metacognición.

Por lo que tiene mucho sentido que no estén aprendiendo a pensar como expertos, incluso aunque estén aprobando los cursos de ciencia memorizando hechos y recetas de resolución de problemas.



Enseñanza y aprendizaje mejorados




Si ahora volvemos al misterio de mis estudiantes graduados — por qué sus primeros 17 años de enseñanza parecía tan poco efectivos, mientras que unos pocos años haciendo investigación convertía estudiantes graduados en físicos expertos — vemos que la primera parte del misterio está resuelta: Esos cursos de ciencia tradicionales hacía poco por desarrollar un pensamiento experto sobre la física.



Pero, ¿por qué es tan diferente trabajar en un laboratorio?



Una gran cantidad de investigación cognitiva y educativa puede reducirse a este principio básico: La gente aprende creando su propia comprensión.

Pero eso no significa que deban, o incluso puedan, hacerlo sin ayuda. Una enseñanza efectiva facilita tal creación logrando que los estudiantes se sumerjan en una profunda reflexión sobre el tema en un nivel apropiado y luego monitorizar esa reflexión y guiarlo para que sea más similar a la del experto.

Cuando lo pones en estos términos, te das cuenta de que esto es exactamente lo que todos mis estudiantes graduados están haciendo 18 o 20 horas al día, siete días a la semana. (O al menos eso es lo que afirman — la realidad es que es un poco menos).

Se centran atentamente el resolver problemas reales de física, y regularmente estudio cómo piensan y les doy guía para que se hagan más expertos. Tras unos pocos años en ese entorno, se convierten en expertos, no debido a que haya algo mágico en el aire del laboratorio, sino porque están implicados en el proceso cognitivo exacto que se requiere para desarrollar una competencia experta.

Una vez me di cuenta de esto, empecé a pensar cómo podrían usarse estas ideas para mejorar la enseñanza de ciencia a los no graduados. Por supuesto sería muy efectivo poner a todos los estudiantes en un laboratorio de investigación a trabajar mano a mano con un miembro del profesorado en lugar de asistir a clases.

Aunque probablemente esto funcionaría perfectamente y no es muy diferente de mi propia educación, obviamente no es una solución práctica que se pueda implantar a nivel global.

Entonces, si la realidad económica dicta que tenemos que usas cursos y clases, ¿cómo podemos usar estas ideas para mejorar la enseñanza en clase?

La clave es lograr las actividades cognitivas deseadas, tal y como se revela en la investigación, en actividades normales del curso.

No estoy sólo en esta conclusión.

Existe una significativa comunidad de investigadores de la educación científica,
particularmente en física, que están tomando esta aproximación para la prueba y desarrollo de nuevas aproximaciones pedagógicas.

Esto está dando resultados en una clara demostración de un aprendizaje mejorado. Es más, algunas nuevas estrategias pedagógicas innovadoras están lo bastante maduras para haberse aplicado de forma rutinaria por parte de otros profesores con resultados similares.

Entonces, ¿cuáles son algunos ejemplos de estas estrategias, y cómo reflejan nuestra incrementada comprensión de la cognición?


Reducir la carga cognitiva



La primera forma que podemos usar la investigación en la enseñanza para crear mejores prácticas de clase aborda la capacidad limitada de la memoria a corto plazo. Todo lo que se debe hacer es reducir la carga cognitiva para mejorar el aprendizaje.

El profesor efectivo reconoce que dar a los estudiantes material para aprender es el equivalente mental a darles paquetes para transportar.

Con sólo un paquete, pueden hacer un gran progreso rápidamente. Si se les carga con muchos, irán tambaleándose, tendrán más problemas y no llegarán tan lejos. Y cuando experimentan el equivalente mental de tener muchos paquetes sobre ellos ala vez, quedan abrumados y no pueden aprender nada.

Por lo que lo que debe hacer cualquier profesor es reducir la carga cognitiva mientras presenta el material que les ayudará.

Hay algunas formas obvias de hacer esto, tales como hacerlo más lento. Otros incluyen tener una organización clara, lógica y explícita de la clase (incluyendo hacer conexiones entre las distintas ideas presentadas y conexiones con cosas que los estudiantes ya conocen), usar figuras cuando se apropiado en lugar de depender exclusivamente de descripciones verbales y minimizar el uso de jerga técnica. Todas estas cosas reducen la demanda cognitiva innecesaria y dan como resultado un mayor aprendizaje.


En la Parte 4 abordaremos las creencias, el pensamiento guiado y la tecnología.


Referencias:

W. Adams et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P, Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 45.
R. Hake (1998), The American Journal of Physics. 66, 64.
D. Hammer (1997), Cognition and Instruction. 15, 485.
D. Hestenes, M. Wells, G. Swackhammer (1992), The Physics Teacher. 30, 141.
Z. Hrepic, D. Zollman, N. Rebello. “Comparing students’and experts’ understanding of the content of a lecture,” to be published in Journal of Science Education and Technology. A pre-print is available at http://web.phys.ksu....c_comparing.pdf
E. Mazur (1997), Peer Instructions: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
G. Novak, E. Patterson, A.Gavrin, and W. Christian (1999), Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
K. Perkins et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P. Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 61.
E. Redish (2003), Teaching Physics with the Physics Suite, Wiley, Hoboken, NJ.



Autor: Carl Wieman




Fecha Original: 23 de marzo de 2009
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#5 Ge. Pe.

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Publicado el 07 abril 2009 - 08:21









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Escrito por Kanijo en Ciencia General


2009. 6 de abril.

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Cuarta parte de la saga sobre educación científica.


Artículo anterior:

Una aproximación científica a la educación científica – Reducir la carga cognitiva





Una aproximación científica a la educación científica –

Creencias, pensamiento guiado y tecnología








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Abordar las creencias




Una segunda forma en la que los profesores pueden mejorar su enseñanza en reconociendo la importancia de las creencias de los estudiantes sobre la ciencia. Esta es un área que estudio mi propio grupo. Vemos que las creencias de novatos/expertos son importantes en una variedad de formas — por ejemplo se correlacionan con el contenido de la enseñanza y la elección de la especialización. No obstante, nuestro interés particular es cómo la práctica de la enseñanza afecta a las creencias de los estudiantes.

Aunque esta es una nueva área de investigación, encontramos que con mínimas intervenciones, un profesor puede evitar la regresión que mencionamos en el artículo anterior. La intervención particular que hemos tratado aborda las creencias de los estudiantes discutiendo explícitamente, para cada tema cubierto, por qué merece la pena aprender sobre este tema, cómo funciona en el mundo real, por qué tiene sentido, y cómo se conecta con las cosas que el estudiante ya conoce.
Haciendo poco más que esto se elimina el normal declive significativo y a veces da como resultado pequeñas mejoras, como medimos en nuestros estudios. Esta intervención también mejora el interés de los estudiantes, debido a que las creencias medidas están estrechamente vinculadas con ese interés.


Estimulación y pensamiento guiado



Mi tercer ejemplo de cómo pueden mejorarse la enseñanza y el aprendizaje es implementando el principio de que una enseñanza efectiva consiste en atraer a los estudiantes, monitorizar sus pensamientos, y proporcionarles una retroalimentación. Dada la realidad de que la interacción entre estudiante-profesorado en la mayor parte de facultades y universidades va a estar dominado por el tiempo que pasan juntos en clase, esto significa que el profesor debe hacer que esto sea lo primero y lo más importante en la clase.

Para hacer esto de forma efectiva, los profesores deben primero saber desde dónde comienzan los pensamientos de los estudiantes, de tal forma que pueden basarse en tales pilares. Entonces deben encontrar actividades para asegurar que los estudiantes piensan activamente y procesan las ideas importantes sobre la disciplina. Finalmente, los profesores deben tener mecanismos mediante los cuales puedan estudiar y luego guiar ese pensamiento en una base continua. Esto requiere mucho más que dominar la materia – requiere, en las memorables palabras de Lee Shulman, “conocimiento del contenido pedagógico”.

Lograr atraer a los estudiantes y guiar sus pensamientos en la clase es justo el inicio del verdadero aprendizaje, no obstante. Esta experiencia en clase tiene que ser continuada con un “estudio de esfuerzo”, donde el estudiante pasa considerablemente más tiempo del que es posible en clase desarrollando habilidades y pensamiento experto.
Incluso los más abnegados y considerados profesores pasan mucho más tiempo preocupándose de sus conferencias del que dedican a la asignación de deberes, lo cual creo que es un error. El procesado mental altamente focalizado y extendido es requerido para crear esas pequeñas proteínas que conforman la memoria a largo plazo.

No importa lo que suceda en el periodo relativamente breve que pasan los estudiantes en clase, no hay bastante tiempo para desarrollar las estructuras de memoria a largo plazo requeridas para el dominio de la materia. Para asegurar que se realiza el necesario esfuerzo extendido, y que es productivo, se requiere una asignación de deberes cuidadosamente diseñada, con políticas de grados y retroalimentación.

Como una cuestión práctica, en una entorno universitario con grandes clases la forma más efectiva para los estudiantes de lograr la retroalimentación que hará que su tiempo de estudio sea más productivo y desarrolle las habilidades metacognitivas es a través de la colaboración entre pares.


Tecnología



Creo que la mayor parte de los profesores razonablemente buenos podrían atraer a sus estudiantes y guiar sus pensamientos si tuvieran sólo dos o tres estudiantes en clase. Pero la realidad de la universidad moderna es tal que debemos encontrar una forma de lograr esto en una clase con 200 estudiantes.

Existe un número de nuevas tecnologías que, cuando se usan adecuadamente, pueden ser bastante efectivas extendiendo las capacidades del instructor de forma que pueda atraer y guiar a muchos más estudiantes a la vez.

Una advertencia: Demasiado a menudo, la tecnología dirige la enseñanza y el pensamiento del estudiante en lugar de que los propósitos educativos dirijan el desarrollo y uso de la tecnología. Una segunda advertencia: Existe muy poco cuidado al probar la efectividad de las distintas tecnologías en el incremento del aprendizaje real del estudiante. No obstante, comenzaré dando tres usos efectivamente demostrables de la tecnología.

La enseñanza “justo a tiempo” fue introducida por Gregor Novack, Andy Gavrin, Evelyn Patterson, y Wolfgang Christian. La técnica usa la Red para hacer preguntas a los estudiantes sobre el material cubierto, preguntas que deben ser contestadas justo antes de la clase. Los estudiantes de esta forma ya empiezan la clase enganchados, y el profesor, que ha observado las respuestas de los estudiantes, ya sabe una cantidad razonable de sus dificultades cosbre el tema a cubrir.

Una segunda tecnología en la que he trabajado extensamente es un sistema de respuesta personal o “mando a distancia”.

Cada estudiante tiene un mando a distancia con el que responder a preguntas realizadas durante la clase. Un ordenador registra la respuesta de cada estudiante y puede mostrar un histograma de esas respuestas. El mando a distancia ofrece una rápida y eficiente respuesta de cada estudiante que cuenta para cada uno de ellos pero que es anónima para sus compañeros.

He encontrado que estos mandos a distancia tienen un profundo impacto en la experiencia educativa de los estudiantes. El uso más productivo de los mandos a distancia en mi experiencia es para mejorar la técnica de Enseñanza por pares (PI) desarrolladas por Eric Mazur, particularmente para estudiantes menos activos o firmes.


Entraremos en más detalle sobre esto en la Parte 5.



Referencias

W. Adams et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P, Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 45.
R. Hake (1998), The American Journal of Physics. 66, 64.
D. Hammer (1997), Cognition and Instruction. 15, 485.
D. Hestenes, M. Wells, G. Swackhammer (1992), The Physics Teacher. 30, 141.
Z. Hrepic, D. Zollman, N. Rebello. “Comparing students’and experts’ understanding of the content of a lecture,” to be published in Journal of Science Education and Technology. A pre-print is available at http://web.phys.ksu....c_comparing.pdf
E. Mazur (1997), Peer Instructions: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
G. Novak, E. Patterson, A.Gavrin, and W. Christian (1999), Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
K. Perkins et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P. Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 61.
E. Redish (2003), Teaching Physics with the Physics Suite, Wiley, Hoboken, NJ.


Autor: Carl Wieman

Fecha Original: 6 de abril de 2009
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#6 Ge. Pe.

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Publicado el 12 mayo 2009 - 04:38






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Escrito por Kanijo en Ciencia General


2 de Mayo de 2009

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Quinta y última parte de la saga sobre educación científica.

Artículo anterior Una aproximación científica a la educación científica – Creencias, pensamiento guiado y tecnología




Una aproximación científica a la educación científica –

Cambio institucional y tecnológico





Asigno a los estudiantes a grupos en el primer día de clase (normalmente tres o cuatro estudiantes en sitios adyacentes) y diseño cada charla alrededor de una serie de siete a diez preguntas de mando a distancia que cubren los objetivos clave del día. Se dice a los grupos que deben llegar a una respuesta consensuada (introducida a través de los mandos) y que se preparen para ofrecer razones para su elección.

Es en estas discusiones por pares donde la mayor parte de los estudiantes hacen el proceso primario de las nuevas ideas y aproximaciones a la resolución de problemas. El proceso de criticar las ideas del resto para llegar a un consenso mejora enormemente tanto la capacidad de llevar a cabo un discurso científico como para probar la comprensión propia.

Los mandos también dan una valiosa información (aunque a menudo dolorosa) al profesor cuando se revela, por ejemplo, que sólo el 10 por ciento de los estudiantes comprendieron lo que se acababa de explicar. Pero también proporciona una información de formas menos obvias.

Andando por la clase y escuchando las discusiones para el consenso del grupo, rápidamente me di cuenta de qué aspectos del tema confundían a los estudiantes y entonces pude centrarme en esos puntos en la discusión posterior. Tal vez incluso más importante es la retroalimentación proporcionada por los estudiantes a través de los histogramas y sus propias discusiones. Invierten mucho más en su propio aprendizaje.

Usando los mandos y los grupos de consenso, he tenido drásticamente más preguntas sustanciales por periodo de clase – más estudiantes hacen preguntas y los estudiantes representan una distribución muy amplia en etnia y género — que cuando se hace una aproximación de clase en grupo sin mandos.

Una tercera potente tecnología educativa es la simulación interactiva on-line sofisticada. Esta técnica puede usarse de forma altamente efectiva y lleva menos tiempo incorporarla a las clases que el material más tradicional. Mi grupo ha creado y probado unas 60 de tales simulaciones y las han publicado gratuitamente (www.phet.colorado.edu - http://phet.colorado.edu/index.php). Hemos explorado su uso en charlas y problemas de tareas para casa y como reemplazo, o mejora de los laboratorios.

El "kit de construcción de circuitos" es un ejemplo típico de simulación. Permite que se construyan circuitos arbitrariamente incluyendo resistencias parecidas a las reales, bombillas (que se encienden), cables, pilas, e interruptores y se logra una correcta interpretación de voltajes y corrientes. Existen voltajes realistas y amperímetros para medir parámetros de circuitos. La simulación también muestra electrones similares a los de los cómics moviéndose por el circuito en los caminos apropiados, con velocidades proporcionales a la corriente. Hemos encontrado que esta simulación ayuda drásticamente a los estudiantes en su comprensión de conceptos básicos de corriente y voltaje eléctrico, cuando se sustituyen por en un laboratorio equivalente a sus componentes reales.

Como toda buena tecnología educativa, la efectividad de una buena simulación procede del hecho de que su diseño está gobernado por la investigación de cómo aprende la gente, y las simulaciones son probadas cuidadosamente para asegurar que logran el aprendizaje deseado. Pueden mejorar la capacidad de un buen profesor para describir cómo piensan los expertos cuando ven una situación en la vida real y proporcionan un entorno en el que el estudiante puede aprender observando y explorando.

El poder de una simulación es que estas exploraciones pueden ser restringidas cuidadosamente, y lo que ven los estudiantes puede ser mejorado adecuadamente para facilitar el aprendizaje deseado. Usando varias estrategias pedagógicas efectivas, mi grupo y muchos otros han visto una drástica mejora en el aprendizaje.

Cambio institucional


Ahora tenemos buenos datos que demuestran que la aproximación tradicional a la enseñanza de la ciencia no tiene éxito para una gran proporción de nuestros estudiantes, y hemos hecho algunas aproximaciones basadas en la investigación para lograr un mejor aprendizaje. La aproximación científica a la enseñanza de la ciencia funciona pero, ¿cómo hacer que esto sea la norma de cada profesor en cada clase, en lugar de sólo un conjunto de proyectos experimentales? Este ha sido mi tema principal durante los últimos años.

Una condición necesaria para cambiar la educación universitaria es cambiar la enseñanza de la ciencia en las principales universidades investigadoras, debido a que ellas fijan las normas que impregnan el sistema educativo respecto a cómo se enseña la ciencia y qué significa “aprender” ciencia. Estos departamentos producen la mayor parte de los profesores universitarios quienes pasan entonces a enseñar ciencia a una gran mayoría de estudiantes universitarios, incluyendo futuros profesores de escuela. Por lo que debemos empezar por cambiar las prácticas de esos departamentos.

Existen grandes retos a la modificación de cómo educan a sus estudiantes. Primero, en las universidades normalmente no existe conexión entre los incentivos del sistema y el aprendizaje de los estudiantes. Mucha gente diría que esto se debe a que las universidades investigadoras y su profesorado no se preocupan de la enseñanza o el aprendizaje de los estudiantes. No creo que eso sea cierto — muchos profesores tienen un gran cuidado. El problema real es que casi no tenemos una evaluación auténtica de lo que en realidad aprenden los estudiantes, por lo que es imposible una medida amplia del aprendizaje y por tanto es imposible conectar recursos e incentivos.

Tenemos evaluación del profesorado por parte de los estudiantes, pero son principalmente concursos de popularidad y no medidas de aprendizaje. El segundo reto es que aunque sabemos cómo desarrollar las herramientas necesarias para evaluar el aprendizaje de los estudiantes de una forma práctica y amplia a nivel universitario, llevar a cabo esto requeriría una inversión significativa.

Introducir una enseñanza efectiva basada en la investigación en todos los cursos de ciencia de las facultades — por ejemplo, desarrollando y probando materiales pedagógicamente efectivos, apoyando la tecnología, y proporcionando desarrollo del profesorado — también requeriría recursos. Pero el presupuesto para I+D y la implementación de métodos educativos mejorados en la mayor parte de las universidades es básicamente cero. Más generalmente, no es la voluntad política del campus dar los pasos requeridos para llevar a cabo el cambio cultural en organizaciones como departamentos de ciencia.

Nuestra sociedad se enfrenta tanto a una demanda de una educación científica mejorada como a unas apasionantes oportunidades para cometer esa demanda. Llevar a cabo una aproximación más erudita a la educación – es decir, utilizar la investigación de cómo aprenden los cerebros, realizar una cuidadosa investigación sobre lo que aprenden los estudiantes, y ajustar nuestra práctica educativa de acuerdo a ello — es muy prometedor.

La investigación demuestra claramente los fallos de los métodos tradicionales y la superioridad de algunas nuevas aproximaciones para la mayoría de estudiantes. No obstante, permanece una dificultad a la hora de insertar en cada facultad y universidad y clase universitaria estas aproximaciones pedagógicas y una idea de que la enseñanza debería ser seguida con los mismos rigurosos estándares de cuidado que la investigación científica.

Aunque soy reacio a ofrecer una solución simple para problemas tan complejos, tal vez el primer paso más efectivo será proporcionar suficientes palos y zanahorias para convencer al profesorado de cada departamento o programa para que lleguen a un consenso respecto a las salidas de aprendizaje deseadas en cada nivel (curso, programa, etc.) y crear unos medios rigurosos para medir las salidas reales.

Estas salidas de aprendizaje no pueden ser vagas generalidades sino que deberían ser cosas específicas que quieren que los estudiantes sean capaces de hacer y que demuestren las capacidades deseadas de dominio y por tanto puedan medirse de una forma relativamente directa. Los métodos e instrumentos para evaluar estas salidas deben encajar con ciertos objetivos estándares de rigor y ser de acuerdo global y usarse de forma consistente, como se hace en la investigación científica.



Referencias:

W. Adams et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P, Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 45.
R. Hake (1998), The American Journal of Physics. 66, 64.
D. Hammer (1997), Cognition and Instruction. 15, 485.
D. Hestenes, M. Wells, G. Swackhammer (1992), The Physics Teacher. 30, 141.
Z. Hrepic, D. Zollman, N. Rebello. “Comparing students’and experts’ understanding of the content of a lecture,” to be published in Journal of Science Education and Technology. A pre-print is available at http://web.phys.ksu....c_comparing.pdf
E. Mazur (1997), Peer Instructions: A User’s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
G. Novak, E. Patterson, A.Gavrin, and W. Christian (1999), Just-in-Time Teaching: Blending Active Learning with Web Technology, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.
K. Perkins et al. (2005), Proceedings of the 2004 Physics Education Research Conference, J. Marx, P. Heron, S. Franklin, eds., American Institute of Physics, Melville, NY, p. 61.
E. Redish (2003), Teaching Physics with the Physics Suite, Wiley, Hoboken, NJ.


Autor: Carl Wieman

Fecha Original: 20 de abril de 2009
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