Línea Temática: 2. Innovación Pedagógica y Calidad en la Universidad

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1 COMPETENCIAS COGNITIVAS Y COMPETENCIAS COGNITIVO-LINGÜÍSTICAS AL ELABORAR SECUENCIAS DIDÁCTICAS INNOVADORAS DE CIENCIAS EXPERIMENTALES EN EDUCACIÓN SECUNDARIA Línea Temática: 2. Innovación Pedagógica y Calidad en la Universidad Etxabe Urbieta, JoseMaría Dpto. de Didáctica de la Matemática y de las Ciencias Experimentales, Escuela Universitaria de Magisterio de Donostia-San Sebastián, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea. Oñati Plaza 3, 18, Donostia-San Sebastián, ESPAÑA josemari.etxabeurbieta@ehu.es Aranguren Garayalde, Karmele Dpto. de Didáctica y Organización Escolar, Escuela Universitaria de Magisterio de Donostia-San Sebastián, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea. Oñati Plaza 3, 18, Donostia-San Sebastián, ESPAÑA karmele.aranguren@ehu.es Resumen: Se describen y se analizan las competencias cognitivas y las competencias cognitivolingüísticas que se desarrollan en las secuencias didácticas elaboradas por el alumnado del Curso de Adaptación Pedagógica (CAP) y del Master de Formación del Profesorado de Educación Secundaria (MFPS) siguiendo el ciclo de aprendizaje formado por la fase de exploración, fase de introducción de nuevos puntos de vista, fase de formalización y fase de aplicación y/o evaluación. Los resultados obtenidos nos muestran que las competencias desarrolladas varían principalmente en función de la fase en la que se ubica la actividad y del curso de educación secundaria al que van dirigidas las actividades. Palabras Clave: Competencias cognitivas, Métodos de enseñanza, Secuencias didácticas, Ciencias experimentales

2 Introducción El proceso de enseñanza/ aprendizaje de las Ciencias Experimentales tiene en cuenta, entre otras, aportaciones de las ciencias cognitivas, el papel del lenguaje en la comunicación de la ciencia escolar (Lemke 1997, Sanmarti 3 y Sanmarti 7), y los modelos constructivistas de secuencia didáctica (Lawson 1994 y Jorba y Sanmarti 1997). Además dicho proceso debe fomentar tanto el aprendizaje de competencias genéricas como competencias ligadas al razonamiento científico (Quintanilla y otros, 1) que deben enseñar y aprender a describir, explicar, plantear preguntas, dibujar, definir, utilizar códigos o símbolos científicos, justificar, argumentar (Jiménez-Aleixandre M.P y Gallástegui J. R. 11) etc., es decir debe fomentar el hacer, pensar y escribir ciencia utilizando en el aula diversas estrategias metodológicas que deben fomentar el aprendizaje de las Ciencias Experimentales (Lemke 1997 y Sanmarti 3). Adoptando las ideas de Lemke (1997), en estos procesos hay que plantear hacer ciencia a través del lenguaje. Asimismo hay que ayudar a los estudiantes a mejorar sus habilidades para construir argumentos, explicaciones, predicciones e inferencias más sólidas, plausibles y válidas desde la perspectiva científica (Talanquer 1). Estas ideas se resumen en la figura 1 en la que se diferencian y se relacionan los las siguientes ideas: competencias cognitivas, competencias cognitivolingüísticas, conocimientos científicos, lenguaje científico, estructuras lingüísticas y comunicación de la ciencia. Por otra parte la formación del profesorado de educación secundaria se ha estructurado a través del curso de adaptación Pedagógica (CAP) y a través del recientemente implantado master de formación del profesorado de Educación Secundaria (MFPS). En el curso 8/9 se extinguió el CAP y en el curso 9/1 se implantó el MFPS. Tanto el alumnado del CAP como del MFPS debe enfrentarse a la tarea de diseñar, desarrollar y evaluar unidades didácticas o secuencias didácticas que deben organizarse en torno a ciclos de aprendizaje siguiendo el modelo constructivista. Uno de estos modelos basado en los ciclos de aprendizaje planteados por Robert Karplus en 1971 es el propuesto por Jorba y Sanmarti (1997) y por Sanmarti (2), que consta de cuatro fases a través de los cuales se estructuran los aprendizajes: fase de exploración, fase de introducción de nuevos puntos de vista, fase de formalización-reestructuración-síntesis y fase de aplicación/evaluación. Al elaborar estas secuencias el alumnado del CAP y del MFPS debe diseñar actividades que deben promover y estructurar el aprendizaje del alumnado de Educación Secundaria. En estas actividades (Izquierdo M., 7) deben confluir contenidos académicos, respuestas afectivas del alumnado, las finalidades de la educación, métodos de enseñanza, habilidades cognitivas, procedimientos comunicativos y científicos, atención a la diversidad, etc

3 COMPETENCIAS COGNITIVAS (ligadas al pensamiento) Posibilitan y se concretan desarrollan COMPETENCIAS COGNITIVO-LINGÜÍSTICAS (se activan al producir o comprender un texto) Influyen en la construcción de Influye en el desarrollo de CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS (estructuras conceptuales elaboradas a lo largo de la historia) requiere LENGUAJE CIENTÍFICO posee características como: y Vocabulario preciso Contextos científico y cotidiano diferenciados Verbos y conectores Sintético, preciso y abstracto. que permiten construir ESTRUCTURAS LINGÜÍSTICAS que utilizamos en la COMUNICACIÓN ORAL, ESCRITA Y VISUAL DE LA CIENCIA (por ejemplo en la ciencia escolar) PARA APRENDER A APRENDER Figura 1. Esquema en el que se muestra la relación entre las competencias cognitivas, competencias cognitivolingüísticas y lenguaje científico. Metodología: Planteamiento del problema e hipótesis de la investigación y diseño de la investigación En la presente investigación se pretende describir y analizar las competencias cognitivas y cognitivolingüísticas propuestas por el alumnado del CAP y del MFPS, al diseñar, desarrollar y evaluar secuencias didácticas o ciclos de aprendizaje (Lawson 1994) de Ciencias de la Naturaleza, en cada una de las fases correspondiente a la estructuración de los aprendizajes propuesto por Jorba y Sanmarti (1997). Las competencias cognitivas y las competencias cognitivo-lingüísticas se han basado en la propuesta de Sanmarti, Izquierdo y García (1999)

4 Las competencias cognitivas y las competencias cognitivo-lingüísticas desarrolladas en las actividades diseñadas por el alumnado serán diferentes en cada una de las fases del ciclo del aprendizaje, las actividades diseñadas impulsarán de forma diferenciada dichas competencias, influirá el método de enseñanza-aprendizaje de la actividad en el desarrollo de las competencias cognitiva. La parte experimental de la investigación se diseñó basándonos en los trabajos dirigidos obligatorios que debe realizar el alumnado del CAP del curso 3/4 y 8/9, así como el alumnado del MFPS de los cursos 9/1 y 1/11 en las asignaturas Didáctica de las Ciencias en la Educación Secundaria del CAP y Aprendizaje y enseñanza de la Física y de la Química del master de formación del profesorado de secundaria. La muestra ha sido de 3494 actividades correspondientes a 65 secuencias didácticas de 52 temas diferentes distribuidos a lo largo de los seis cursos de Educación Secundaria. El programa de la asignatura señala que deben elaborar secuencias didácticas sobre diferentes aspectos temáticos de Ciencias experimentales de educación secundaria, En la figura 2 se muestra el cronograma de la investigación: INICIO DE CURSO (ENERO-FEBRERO) Presentación del programa y propuesta de temas. Los alumnos y alumnas forman equipos y eligen los temas PERIODO DOCENTE FEBRERO-MARZO Los alumnos y alumnas diseñan la propuesta inicial y su desarrollo. En sesiones de tutoría se corrige sin condicionar las opciones adoptadas por los alumnos y alumnas (tres sesiones por tema/equipo). MARZO-MAYO Evaluación y calificación de los trabajos realizados por los alumnos y alumnas. Su entrega y período de consultas acerca de la evaluación. PERIODO DE INVESTIGACIÓN Análisis e interpretación de actividades Tratamiento estadístico de los datos recogidos. Discusión preliminar y de estos datos. Discusión de resultados y obtención de conclusiones. Figura 2. Cronograma y fases de la investigación realizada

5 Resultados En las figuras 3 y 4 se representan los resultados obtenidos para las competencias cognitivolingüísticas y para las competencias cognitivas.fe, FINPV, FF y FA&E representan a la fase de exploración, a la fase de introducción de nuevos puntos de vista, a la fase de formalización y a la fase de aplicación-evaluación respectivamente. Entre paréntesis se especifica el curso de Educación Secundaria al que corresponde cada fase. Así cada una de las zonas de esta figura representa los cursos de educación secundaria (desde 1 er de ESO -1 er curso- hasta 2º de bachillerato -6º curso-). Nº Actividades Competencias cognitivo-lingüísticas 14 1 er 2º curso 3 er 4º 5º 6º Describir Definir Explicar Justificar Argumentar Interpretar Imágenes, símbolos, dibujos FE (1) FINPV (1) FF (1) FA&E (1) FE (2) FINPV (2) FF (2) FA&E (2) FE (3) FINPV (3) FF (3) FA&E (3) FE (4) FINPV (4) FF (4) FA&E (4) FE (5) FINPV (5) FF (5) FA&E (5) FE (6) FINPV (6) FF (6) FA&E (6) Figura 3. Número de actividades ligadas a cada competencia cognitivo-lingüística en relación a la fase en la que se ubica la actividad. Los resultados de la figura 3 constatan que el alumnado propone desarrollar competencias habituales y simples como las descripciones, explicaciones e imágenes. Proponen inferior utilización de definiciones, justificaciones y argumentaciones, lo cual implica mayor complejidad para las síntesis y para razonamientos de superior complejidad. No se constatan diferencias entre los seis cursos de Educación Secundaria. Asimismo la utilización de las competencias es bien diferente en relación a las fases en las que ubican. Las descripciones se emplean principalmente en la fase de introducción de nuevos puntos de vista mientras que las explicaciones y definiciones en la fase de formalización o reestructuración. Las competencias justificación y argumentación se proponen en la fase de exploración. También se constata relación entre el objetivo de cada fase y el número de actividades ya que las descripciones, explicaciones, definiciones y utilización de imágenes es mayor en las fases centrales del ciclo de aprendizaje, mientras que el número de justificaciones y argumentaciones es superior al inicio y final de las secuencias

6 Número de Actividades con la competencia cognitiva er curso 2º curso 3 er curso 4º curso 5º curso 6º curso Observar, medir, registrar Comparar, diferenciar, distinguir Clasificar Relacionar Hipotetizar Dar instrucciones Identificar Valorar, evaluar, juzgar 4 FE (1) FINPV (1) FF (1) FA&E (1) FE (2) FINPV (2) FF (2) FA&E (2) FE (3) FINPV (3) FF (3) FA&E (3) FE (4) FINPV (4) FF (4) FA&E (4) FE (5) FINPV (5) FF (5) FA&E (5) FE (6) FINPV (6) FF (6) FA&E (6) Figura 4. Número de actividades ligadas a cada competencia cognitiva en relación a la fase en la que se ubica la actividad. La figura 4 muestra mayor número de actividades que fomentan las competencias cognitivas observar, comparar, hipotetizar, formalizar, elaborar, buscar y calcular, lo cual se explica en base a la relación entre el carácter activo de dichas competencias y el modelo constructivista. La generación de imágenes mentales se manifiesta en las competencias observar, formalizar, buscar, elaborar, habida cuenta de que se propone en mayor número en actividades que ubican en la fase de formalización. Sin embargo las competencias hipotetizar, relacionar, comparar y transferir, cuyo carácter es más complejo, supone aplicar conocimientos estructurados en la mente del alumnado, o bien implica activación de los conocimientos previos se propone en mayor número en la fase de exploración y en la fase de aplicación. Asimismo no se constatan diferencias significativas entre los cursos de Educación Secundaria. En la figura 5 se representan los resultados obtenidos para cada uno de los métodos de enseñanza / aprendizaje en las actividades de las secuencias elaboradas. Analizar Diseñar, plantear Organizar, ordenar, elaborar Formalizar o teorizar Transferir, aplicar, deducir Buscar, seleccionar, señalar Calcular, resolver, dibujar Figura 5. Número de actividades ligadas a cada uno de los métodos de enseñanza / aprendizaje en relación a la fase en la que se ubica la actividad. -5 -

7 Los resultados de la figura 5 constatan el desigual empleo de los métodos de enseñanza / aprendizaje en fases en las que se proponen las actividades a la hora de fomentar los aprendizajes del alumnado de educación secundaria: Mayor utilización del método de preguntas, del método expositivo, del método de resolución de problemas, del método de utilización de problemas y del método de interpretación de imágenes. Los resultados muestran que hay métodos que se emplean en mayor medida en las fases centrales del ciclo de método expositivo, método de utilización de la información, método de trabajos prácticos y método de interpretación). En las fases extremas se emplean en las actividades otros métodos diferentes a los anteriores (método de preguntas, método de resolución de problemas y método de juegos didácticos) Los resultados no muestran excesivas diferencias entre los diferentes cursos de Educación Secundaria. En las figuras 6, 7, 8 y 9 se representa para cada fase el número de actividades que corresponde a la relación entre las competencias cognitivas que desarrollan las actividades y los métodos de enseñanza / aprendizaje de dichas actividades. En la fase de exploración (figura 6) y en la fase de introducción de nuevos puntos de vista (figura 7) se constata que predominan las competencias hipotetizar, observar, comparar, identificar, elaborar y buscar ligadas al método de resolución de problemas y al método de preguntas. Expositivo Fase de Exploración Preguntas Observar-Medir-Recoger Comparar-Diferencia Clasificar Hipotetizar Dar instruccione Valorar-Evaluar-Juzga Relacionar- Identificar- Analizar- Diseñar- Organizar-Ordenar-Elaborar Formalizar-Teorizar Transferir-Aplicar-Deducir Buscar-Nombrar-Enumera Calcular-Resolver-Dibuja Problemas Trabajos Prácticos Salidas Histórico Juegos Información 1 Debate Interpretación 5 Proyecto Ficción Figura 6. Relación entre las competencias cognitivas y los métodos de enseñanza / en la fase de exploración

8 Expositivo Fase de introducción de Nuevos puntos de vista Preguntas Observar-Medir-Recoger Comparar-Diferencia Clasificar Hipotetizar Dar instruccione Valorar-Evaluar-Juzga Relacionar- Identificar- Analizar- Diseñar- Organizar-Ordenar-Elaborar Formalizar-Teorizar Transferir-Aplicar-Deducir Buscar-Nombrar-Enumera Calcular-Resolver-Dibuja Problemas Trabajos Prácticos Salidas Museos Histórico Juegos Información Debate 1 Interpretación Proyecto Figura 7. Relación entre las competencias cognitivas y los métodos de enseñanza / en la fase de introducción de nuevos puntos de vista. Sin embargo para la fase de formalización se constata que predomina las competencia formalizar, identificar y analizar ligados con el método expositivo y con el método de interpretación. Para la fase de aplicación y/o evaluación se constata que se plantean actividades que desarrollan multitud de competencias cognitivas (observar, comparar, relacionar, hipotetizar, identificar, valorar, elaborar, transferir, buscar y calcular) ligadas con gran cantidad de métodos (método de preguntas, método de resolución de problemas, método de interpretación, método de interpretación y método de utilización de la información) Ficción Expositivo Fase de formalización o síntesis Preguntas Observar-Medir-Recoger R i t Comparar-Diferencia Clasificar Hipotetizar Dar instruccione Valorar-Evaluar-Juzga Relacionar- Identificar- Analizar- Diseñar- Organizar-Ordenar-Elaborar Formalizar-Teorizar Transferir-Aplicar-Deduci Buscar-Nombrar-Enumera Calcular-Resolver-Dibuja Problemas Trabajos Prácticos Salidas Museos Histórico Juegos Información Debate 1 Interpretación Proyecto Figura 8. Relación entre las competencias cognitivas y los métodos de enseñanza / en la fase de formalizaciónsíntesis-reestructuración. Ficción -52 -

9 Expositivo Fase de Aplicación y/o Evaluación Preguntas Observar-Medir-Recoger Comparar-Diferencia Clasificar Hipotetizar Dar instruccione Valorar-Evaluar-Juzga Relacionar- Identificar- Analizar- Diseñar- Organizar-Ordenar-Elaborar Formalizar-Teorizar Transferir-Aplicar-Deduci Buscar-Nombrar-Enumera Calcular-Resolver-Dibuja Problemas Trabajos Prácticos Salidas Museos Histórico Juegos Información Debate Interpretación Figura 9. Relación entre las competencias cognitivas y los métodos de enseñanza / en la fase de aplicaciónevaluación Conclusiones El análisis de los resultados indica que debemos orientar de forma diferente las actividades al alumnado del MFPS para que en cualquier curso de educación secundaria diseñen secuencias didácticas que fomenten de forma equilibrada todas las competencias cognitivas y cognitivolingüísticas, y no mayoritariamente unas competencias determinadas. Asimismo los resultados de esta investigación permiten diferenciar las competencias con las que se pretende generar imágenes mentales, activar conocimientos previos y aplicar conocimientos estructurados en la mente del alumnado. Referencias Bibliográficas Proyecto IZQUIERDO, M. (7). Enseñar ciencias, una nueva ciencia. Enseñanza de las Ciencias. 6(1), JIMÉNEZ-ALEIXANDRE, M.P Y GALLÁSTEGUI, J. R. (11). Argumentación y uso de pruebas: construcción, evaluación y comunicación de explicaciones en Física y Química. En Caamaño, A. (Ed.) Didáctica de la Física y la Química ( ). Barcelona: Editorial Graó. JORBA, J., SANMARTI, N. (ED.) (1997). La regulación y la autorregulación de los aprendizajes. Madrid: Editorial Síntesis. LAWSON, A. (1994). Uso de los ciclos de aprendizaje para la enseñanza de destrezas de razonamiento científico y de sistemas conceptuales. Enseñanza de las Ciencias, 12(2), LEMKE, J. L. (1997). Aprender a hablar ciencia. Barcelona: Ediciones Paidós Ibérica. QUINTANILLA, M.; JOGLAR, C; JARA, R.1; CAMACHO, J; RAVANAL, E; LABARRERE, A.; CUELLAR, L.; IZQUIERDO, M. Y CHAMIZO, J. (1). Resolución de problemas científicos escolares y promoción de competencias de pensamiento científico. Qué piensan los docentes de química en ejercicio? Enseñanza de las Ciencias, 28(2), SANMARTI N., IZQUIERDO M. Y GARCÍA P. (1999). Hablar y escribir. Una condición necesaria para aprender ciencias. Cuadernos de pedagogía. 281, SANMARTI, N. (2). Didáctica de las Ciencias en la Educación Secundaria Obligatoria. Madrid: Editorial Síntesis. SANMARTI N. (ED.) (3). Aprendre Ciencias tot aprenent a escriure ciencia. Barcelona: Edicions 62. Rosa Sensat. Ficción -53 -

10 SANMARTI, N. (7). Hablar y escribir para aprender ciencia. En Fernández, P. (Ed.) La competencia en comunicación lingüística en las áreas del curriculo. Madrid: MEC. Colección Aulas de Verano. TALANQUER, V. (1). Pensamiento Intuitivo en Química: Suposiciones Implícitas y Reglas Heurísticas. Enseñanza de las Ciencias, 28(2), Reseña Curricular de la autoría Jose Maria Etxabe Urbieta es profesor universitario desde el año Ha impartido numerosas asignaturas, principalmente del área de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Investiga los trabajos dirigidos que realiza su alumnado, básicamente las competencias cognitivas y los métodos de enseñanza que utilizan en sus secuencias didácticas. Karmele Aranguren Garayalde es profesora del área de Didáctica y Organización Escolar. Ha sido profesora en centros de Educación Obligatoria y en la actualidad es profesora de la Universidad del País Vasco. Sus investigaciones principales se centran en el perfil de los profesores de Educación Especial, así como en rúbricas y en el diseño de adaptaciones curriculares individualizadas por parte de los maestros en formación