La educación CTIM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) es esencial para comprender la ciencia en la sociedad moderna y preparar a una nueva generación para desempeñar las funciones técnicas necesarias y participar en la toma de decisiones y en el discurso sobre los avances de la ciencia y su impacto en la sociedad.1 La compleja ciencia del COVID-19 y la pandemia resultante han puesto de relieve la necesidad de la alfabetización científica básica y su papel y función dentro de la educación preescolar, primaria y secundaria (del preescolar al grado 12).2 Para los maestros, la preparación de materiales para atraer y involucrar a los estudiantes en CTIM puede ser un reto. Este artículo ofrece recursos para facilitar la preparación y la planificación a los educadores de primaria y secundaria.
Con las necesidades de alfabetización científica básica surge un objetivo secundario de la educación CTIM: la preparación de futuros profesores de CTIM, que, a su vez, inspiren a estudiantes curiosos.3 Para que la educación adventista alcance este objetivo, se debe fomentar el desarrollo de más docentes femeninos en las áreas subrepresentadas en nuestras instituciones.4 Esto comienza en el nivel secundario porque CTIM foment el incremento del número femenino en esas áreas. Se ha demostrado que la experiencia práctica en estas áreas durante la secundaria, aumenta la búsqueda de carreras CTIM por parte de las mujeres.5 En general, el uso de actividades de indagación y actividades prácticas diseñadas al involucrar a los estudiantes a explorar los conceptos que se enseñan, estimula la curiosidad y el compromiso entre todos los estudiantes.6 La combinación de estas actividades con el aprendizaje activo aumenta el rendimiento y la retención de estudiantes que están subrepresentados en CTIM.7
Nuestra experiencia
El Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Andrews recientemente (julio de 2021) acogió el Taller de Actividades de Química para Maestros financiado a través de la Universidad de Loma Linda por la Fundación Versacare.8 Pudimos organizar el taller a distancia después de proporcionar a los profesores participantes un kit de suministros de laboratorio en una caja. Varias de las actividades de laboratorio que se describen a continuación formaron parte del taller en el que los presentadores realizaron los experimentos junto con los participantes mientras que destacaban las formas de abordar la actividad en el aula con los estudiantes.
De los participantes que respondieron a la encuesta posterior al taller, el 80% indicó (1) que fue útil ver y realizar las actividades directamente con el instructor del taller; y (2) que fue útil tener la oportunidad de desarrollo de los profesores remotamente durante el verano (el 80% indicó que no habrían podido participar de otra manera). El 80% de los encuestados consideró que su capacidad para compartir experimentos y actividades de ciencia/química con sus alumnos aumentó gracias a la participación en el taller.
Los profesores del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Andrews siguen buscando más oportunidades para ofrecer esta experiencia a los maestros. Nosotros (y otros departamentos CTIM) estamos planeando otra sesión de talleres de verano mientras buscamos de nuevo el financiamiento. Fomentamos las excursiones a nuestro campus al igual que hemos visitado otras universidades con actividades prácticas.
Un buen inicio para la experimentación, tanto para educadores como para alumnos, sería con algo familiar: los alimentos. Muchos profesores ya han empezado a explorar esta área cultivando con sus alumnos plantas que producen alimentos. Se pueden diseñar experimentos que no solo exploren el proceso biológico de crecimiento de las plantas, sino que también, añadiendo diferentes sustancias a las plantas y cambiando el entorno, explorando los efectos del exceso o falta de agua, suministro de nutrientes, condiciones de luz o del aire. Otra parte del método científico también ocurre cuando los alumnos toman notas y observaciones. Cuando hay varios “sujetos” en el mismo grupo (como múltiples plantas, o que varios estudiantes repliquen las mismas condiciones del experimento), existe una oportunidad real de ayudar a estos estudiantes a aplicar el análisis estadístico a los resultados.
Otro ejemplo de experimentación con alimentos es el análisis de diferentes edulcorantes. Se puede pedir a una de las clases que prueben los edulcorantes después de haber predicho los niveles de dulzor (enmascarar la identidad del edulcorante que prueba el alumno permite un análisis imparcial). Se modificaron esta actividad y otra relacionada con las enzimas (por ejemplo, escupir en un tazón de pudín para ver qué pasa con la consistencia) con el permiso de Cordelia Running, de Purdue, que ha creado un magnífico conjunto de experimentos universitarios de educación científica general (véase esta actividad: https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-educational-resources/resource-links).9
Los entusiastas de la gastronomía molecular estarán familiarizados con los polímeros de alginato de sodio y la interesante forma en que se utilizan para aplicaciones alimentarias; esto puede dar lugar a excelentes oportunidades de enseñanza de las ciencias. Una publicación reciente de Corcoran et al.10 documenta algunos experimentos que se pueden utilizar con los estudiantes desde el nivel de primaria hasta el de secundaria y destaca las prácticas sostenibles para añadirlas a un debate con los estudiantes. El experimento de los gusanos de alginato11 de la Real Sociedad de Londres es una actividad excelente y sucinta para el aula.
Recursos
A continuación, se presenta un análisis de cada recurso con enlaces. Este sitio web (https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-educational-resources/home?authuser=0) proporciona todos los enlaces e intenta correlacionar el recurso con los capítulos de ByDesign: Un viaje a la excelencia a través de la ciencia, libros de texto producidos por la División Norteamericana para los grados 1 a 8. Aunque no sea necesario hacer un paralelismo directo con el tema del libro de texto y las actividades sugeridas, suele ser útil para crear una conexión entre el profesor y los alumnos. Los libros de texto de los grados 9 a 12 que se utilizan son más variables; todavía no hay un conjunto de conexiones curriculares disponibles para ellos.
Los maestros deben sentirse equipados para realizar experimentos prácticos impulsados por la curiosidad. Los recursos que se enumeran a continuación son gratuitos o están disponibles a un costo moderado. Hay libros y otros materiales que se pueden comprar, pero la información gratuita disponible en la web ofrece quizá más actividades que el tiempo disponible.
Química
La investigación en acción [Inquiry in Action], del Preescolar al 5º Grado12 de la Sociedad Americana de Química (ACS, por sus siglas en inglés) es una colección de recursos (en inglés) alineados con los Estándares Científicos de la Próxima Generación [Next Generation Science Standards, NGSS] (estándares de ciencia para grados desde el preescolar hasta el grado 12º).13 Estas lecciones proporcionan actividades que permiten conectar a estudiantes y profesores con cosas cotidianas. Pero sobretodo, proporcionan información previa sobre la ciencia que ayudaría a los profesores que sienten necesitad de un poco más de información, tal vez un repaso de los conceptos.
Una de las actividades sencillas favoritas utiliza dulces M&M para investigar las propiedades de disolución y puede utilizarse en diferentes grados. Esta actividad permite animar a los alumnos a plantear sus preguntas sobre los M&M y los colores e incluso a explorar esas preguntas. El sitio web (en inglés) Aventuras en química [Adventures in Chemistry] ofrece más ayuda a los profesores del preescolar al 5º grado, con actividades prácticas, vídeos y juegos.14
Otro recurso alineado con Estándares Científicos de la Próxima Generación de la Sociedad Americana de Química es la Química para la escuela secundaria [Middle School Chemistry], para el 6º al 8º grado.15 Este recurso web (en inglés) contiene muchas herramientas para el maestro, incluyendo información previa, lecturas para estudiantes, preguntas de examen y actividades. Cada actividad incluye el diseño de una experimentación más formal con secciones que incluyen objetivos, evaluaciones e información de seguridad. La mayor alineación con los estándares de lengua [Common Core English Language Arts, CCELA] (estándares de alfabetización del preescolar al grado 12)16 hace que este recurso web sea especialmente útil.
Un ejemplo de este recurso, el capítulo 5, lección 6: “¿Afecta la temperatura a la disolución?” permite explorar los efectos de la energía en las propiedades de disolución de los M&M. Una vez más, se trata de un ejemplo de uso de materiales cotidianos para algo muy relacionado con los profesores y los alumnos.
La Sociedad Americana de Química también proporciona recursos para el siguiente grupo de edad, 8º a 12º grados, utilizando la revista ChemMatters.17 Aunque la suscripción a la revista no es gratuita, se puede acceder a muchos artículos de forma gratuita en el sitio web (en inglés). Además de artículos sobre algunos temas interesantes de la química, el sitio de la revista incluye guías para el maestro con hojas de trabajo y respuestas, conexiones con conceptos y estándares científicos, información de fondo para el maestro y una lista de fuentes y más información. Estos artículos y las guías del maestro que los acompañan son un recurso increíble para el maestro de 7º/8º grado. Esta autora (L.A.) ha utilizado algunos de estos artículos en su curso de química de 7º/8º grado y de educación general a nivel universitario. Otro recurso es un artículo de Edutopia en el que se enumeran sitios web para profesores de ciencias;18 en particular, ¡el número 8 es un enlace a una tabla periódica de videos!19
Otros recursos disponibles se enumeran en las referencias más abajo, y una de las autoras (L.A.) está recopilando toda esta información en este sitio web en desarrollo (en inglés): https://sites.google.com/andrews.edu/k-12-educational-resources/home. Se incluyen enlaces a sitios web de museos, otras sociedades de química y personas que han proporcionado gratuitamente formas de hacer que los niños hagan ciencia (a menudo con cosas que se pueden comprar fácilmente).
Física
Hay muchas fuentes de recursos agregados para la enseñanza de la física. Vamos a hacer un resumen de algunas de las más interesantes que hemos encontrado y que utilizamos actualmente.
Compadre es el centro de herramientas educativas de la Asociación Americana de Profesores de Física (AAPT, por sus siglas en inglés).20 Esta biblioteca digital de la AAPT tiene muchas simulaciones y herramientas que son gratuitas para el público. La Sociedad Americana de Física (APS, por sus siglas en inglés), ha recopilado información para los profesores de nivel preescolar al 8º grado y de secundaria, y es uno de los principales centros de investigación en física de Estados Unidos.21 CyberBee es un agregador independiente con una interfaz sencilla pero una selección limitada, aunque está comisariado por antiguos maestros.22 Por último, hemos seleccionado Science Buddies como recurso para los maestros de primaria. Este sitio incluye demostraciones relativamente sencillas para que los maestros las realicen o dirijan, y debates sobre los fenómenos físicos que se han demostrado.23
Los otros recursos de física que se enumeran aquí son colecciones de materiales producidos por HyperPhysics. Desarrollado por Rod Nave en la Universidad Estatal de Georgia, HyperPhysics es un libro de texto digital que ofrece un resumen rápido de la mayoría de los temas de la materia. Es un repaso rápido para los maestros que preparan una clase sobre un tema en el que se sienten oxidados. Diseñado originalmente para física, se ha ampliado para incluir biología, química y geología, en colaboración con otras instituciones.24
PhET son simulaciones de situaciones físicas. Pueden utilizarse como demostraciones durante las clases, como base de una actividad de indagación durante la misma, como experimento virtual del que recoger datos o como ejemplo al que referirse durante las tareas. Estas animaciones versátiles fueron desarrolladas por la Universidad de Colorado en Boulder. Carl Wieman, ganador del Premio Nobel, inició este proyecto en 2002 como herramienta de enseñanza, y se ha convertido en un excelente lugar para encontrar recursos que ayuden a mantener el interés de las clases.25
Otras ciencias
Como se ha mencionado anteriormente, HyperPhysics se ha ramificado hacia la química, la biología y la geología, creando un gran enlace de referencia para que los maestros accedan a temas refrescantes.26 La Fundación Nacional de Ciencia (NSF, por sus siglas en inglés) proporciona una lista de enlaces de sitios diferentes para varios grados.27 Aunque gran parte del sitio de la NSF está dedicado a la investigación, parte del material está escrito a un nivel de divulgación para tratar de aumentar la apreciación pública de la ciencia. Share My Lesson es un sitio web donde los maestros pueden subir sus lecciones de clase y compartirlas con otros.28 Si se necesita un punto de partida para planificar una lección sobre un tema difícil, el sitio Share My Lesson es un gran recurso para ver cómo lo han abordado otros maestros. Otro sitio con una lista de enlaces es Common Sense Education,29 que ofrece recursos desde la biología hasta la química y la física.
Los recursos de este artículo han pasado por la revisión de pares.
Lisa A. Ahlberg
Lisa A. Ahlberg, PhD, es catedrática asociada de química en la Universidad de Andrews (Berrien Springs, Michigan, EE. UU.). Es licenciada en Bioquímica por la Universidad de Andrews, tiene un doctorado en química orgánica por la Universidad de California, Davis, y fue becaria postdoctoral para estudiar la unión entre el ADN y los carcinógenos en la Universidad de California, San Francisco, EE. UU. Investigadora experimentada, la Dra. Ahlberg ha trabajado en biotecnología industrial en empresas como SRI International en Menlo Park, California, y Hermes Biosciences en San Francisco, California. Ha publicado en revistas científicas como el Journal of the American Chemical Society, The Journal of Organic Chemistry, Tetrahedron y ACS Symposium Series: Engaging Students in Organic Chemistry. También es una apasionada de la tutoría de las niñas de secundaria en el campo de la ciencia.
G. Brendan Cross
G. Brendan Cross, PhD, es catedrático asistente de física y director de empresas de física en la Universidad de Andrews. El Dr. Cross se licenció en Ingeniería, con segundas especialidades en matemáticas y física, en la Universidad de Andrews. Obtuvo un máster en Ingeniería Aeroespacial en la Universidad de Notre Dame en South Bend, Indiana, EE. UU., con especialización en aero-óptica. Completó su doctorado en Física en la Universidad Estatal de Georgia en Atlanta, Georgia, EE. UU.
Citación recomendada:
Lisa A. Ahlberg y G. Brendan Cross, “CTIM práctico: Química, física y otros recursos para la educación preescolar, primaria y secundaria (del preescolar al grado 12)”, Revista de Educación adventista 84:1 (2022).
NOTAS Y REFERENCIAS
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- Bruce L. Miller, “Science Denial and COVID Conspiracy Theories: Potential Neurological Mechanisms and Possible Responses,” Journal of the American Medical Association (JAMA) 324:22 (December 8, 2020): 2,255. doi.10.1001/jama.2020.21332.
- Jonathan Wai et al., “Accomplishment in Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) and Its Relation to STEM Educational Dose: A 25-year Longitudinal Study,” Journal of Educational Psychology 102:4 (2010): 860–871. doi.10.1037/a0019454; Xianglei Chen, “STEM Attrition: College Students’ Paths Into and Out of STEM Fields” (Washington, D.C.: National Center for Education Statistics, Institute of Education Services, U. S. Department of Education, 2014); Patricia K. Hunt, Michelle Dong, and Crystal M. Miller, “A Multi-year Science Research or Engineering Experience in High School Gives Women Confidence to Continue in the STEM Pipeline or Seek Advancement in Other Fields: A 20-year Longitudinal Study,” Andrew R. Dalby, ed., PLOS ONE 16:11 (November 3, 2021): e0258717. doi.10.1371/journal.pone.0258717.
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- Rebecca L. Matz et al., “Concurrent Enrollment in Lecture and Laboratory Enhances Student Performance and Retention,” Journal of Research in Science Teaching 49:5 (May 2012): 659-682. doi.10.1002/tea.21016; Avi Hofstein and Vincent N. Lunetta, “The Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-first Century,” Science Education 88:1 (January 2004): 28-54. doi.10.1002/sce.10106; Michael R. Abraham, “What Can Be Learned From Laboratory Activities? Revisiting 32 Years of Research,” Journal of Chemical Education 88:8 (August 1, 2011): 1,020–1,025. doi.10.1021/ed100774d.
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- La Fundación Versacare es una organización independiente sin fines de lucro que financia proyectos y empresas humanitarias para los ministerios Adventistas del Séptimo Día. Para más información, consulte https://www.versacare.org/.
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- Emma R. Corcoran et al., “Thirst for a Solution: Alginate Biopolymer Experiments for the Middle and High School Classroom,” Journal of Chemical Education 99:2 (December 29, 2021): 1,021-1,025: acs.jchemed.1c00905. doi.10.1021/acs.jchemed.1c00905.
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- J. H. Kessler and P. M. Galvan, “Inquiry in Action," 3rd Ed., American Chemical Society: https://www.acs.org/content/acs/en/education/resources/k-8/inquiryinaction.html .
- Los Estándares de ciencia de la próxima generación (NGSS, por sus siglas en inglés) son una colección de estándares de ciencia basados en la investigación para los grados del preescolar al 12º desarrollados por el Consejo Nacional de Investigación. Los estándares están diseñados para ayudar a los educadores a construir la alfabetización científica, estimular el interés en CTIM y preparar a los alumnos para la universidad y las futuras ocupaciones de CTIM. Para más información, consulte https://www.nextgenscience.org/get-to-know.
- ACS, “Aventuras en química,” Sociedad Americana de Química: https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/adventures-in-chemistry.html.
- J. H. Kessler, P. M. Galvan, and A. M. Boyd, “Middle School Chemistry,” American Chemical Society: https://www.middleschoolchemistry.com/.
- Estándares comunes para las artes el lenguaje en inglés [Common Core English Language Arts, CCELA] ayuda a los maestros a preparar a los alumnos para que tengan éxito como ciudadanos que saben leer, escribir, hablar, escuchar y utilizar la lengua para comunicarse en todas las disciplinas y carreras. Para mayor información, consulte http://www.corestandards.org/ELA-Literacy/.
- ACS, “ChemMatters,” Sociedad Americana de Química: https://www.acs.org/content/acs/en/education/resources/highschool/chemmatters.html.
- Eric Brunsell, “Ten Websites for Science Teachers,” Edutopia: https://www.edutopia.org/blog/websites-for-science-teachers-eric-brunsell.
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- AAPT, “Compadre,” Collection (ComPADRE Digital Library): https://www.compadre.org/.
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