la competencia científica en el marco de pisa 2015 ORIENTACIONES DIDÁCTICAS

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2 la competencia científica en el marco de pisa 2015 ORIENTACIONES DIDÁCTICAS

3 MINISTERIO DE EDUCACIÓN Av. De la Arqueología, cuadra 2 - San Borja Lima, Perú Teléfono Tiraje: 0000 Propuesta de contenido: Homer Melgarejo Revisión pedagógica: Elizabeth Quinteros Traducción: Elisa de la Vega Corrección de estilo: Esteban Rodríguez / Gerson Rivera / Jesús Reynalte Diseño y diagramación: Hungria Alipio Saccatoma Ministerio de Educación Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción de este material por cualquier medio, total o parcialmente, sin permiso expreso de los editores. Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú: Nº 2015-xxxxx Impreso en el Perú / Printed in Peru

4 Índice Presentación... 5 Introducción Descripción del proyecto PISA y la competencia científica Propósito del programa de evaluación de estudiantes La evolución de la definición de la alfabetización científica en PISA Definición de la competencia según PISA Prueba de ciencias PISA Relación PISA 2015 y Rutas de Aprendizaje Relación de PISA con las Rutas del Aprendizaje de Ciencia, Tecnología y Ambiente La Competencia científica en PISA Las competencias en las Rutas del Aprendizaje de Ciencia, Tecnología y Ambiente Puntos en común Propuesta didáctica para el desarrollo de la competencia científica Qué podemos hacer para que nuestros estudiantes aprendan mejor? Ejemplos de actividades didácticas con ítems liberados Referencias... 55

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6 Presentación Estimados docentes: El presente documento ha sido elaborado con la finalidad de facilitar la comprensión del marco conceptual del Programa Internacional de Evaluación de Estudiantes (PISA, por sus siglas en inglés) de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE). La prueba PISA es una evaluación estandarizada internacional diseñada y aplicada en casi 70 países, que mide el nivel de desarrollo de los estudiantes en cuatro competencias: lectora, matemática, científica y financiera. Esta evaluación se aplica cada tres años y el 2015 se realizará la sexta edición, en la cual participará el Perú. Al inicio del documento, se fundamenta la importancia del desarrollo de una de las competencias antes mencionadas, se presenta su definición y el enfoque provisto por la OCDE. Igualmente, se aborda la descripción de los aspectos evaluados: contenido (información), capacidades y contextos (en los que se aplica el conocimiento). Asimismo, se explican los formatos y tipos de pregunta que se proponen en la evaluación PISA y se brindan algunas recomendaciones sobre los aspectos a tener en cuenta para entender y trabajar los niveles de desempeño de la competencia. Por otro lado, se presenta en forma didáctica la articulación existente entre las Rutas del Aprendizaje del VII ciclo (sus competencias y sus correspondientes capacidades) con las categorías en las que se organizan las competencias del área según el enfoque de PISA Además, se plantean recomendaciones para incorporar este enfoque en el quehacer pedagógico. Cabe resaltar que en el caso de las competencias matemática, lectora y científica, el presente material ha sido elaborado con base en documentos de trabajo producidos por la OCDE (ediciones 2015), constituyendo una adaptación y no una traducción literal de dichos documentos. En el caso de la competencia financiera, la fuente es el texto en español del 2012, elaborado por el Ministerio de Educación de España. Si bien PISA es una evaluación que nos proporciona información acerca del nivel de desempeño que alcanzan los estudiantes en diversas competencias, es importante considerar que los logros que se obtengan en ella deben ser producto no de un trabajo que desarrolle destrezas para resolver una prueba, sino del esfuerzo por concretar en el aula un enfoque curricular orientado por el logro de competencias y capacidades, como indican las Rutas del Aprendizaje. Contamos con ustedes para poner en práctica las orientaciones señaladas en el documento y compartir con sus colegas los aprendizajes, dudas, ideas y propuestas que surjan de su lectura y reflexión, con el fin de ayudar a nuestros estudiantes a desarrollar competencias que les permitirán enfrentar los actuales retos que el mundo les ofrece. 5

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8 Introducción La comprensión de la ciencia y la tecnología resulta importante en el proceso de la educación formal para la vida de los jóvenes en la actualidad. Mediante ella, la persona puede participar plenamente en una sociedad en la que las ciencias y la tecnología desempeñan un papel fundamental. El desarrollo de las competencias científicas permite a las personas intervenir con criterio en el desarrollo social impulsando la presencia de políticas públicas relacionadas con el desarrollo científico y tecnológico. En suma, comprender las ciencias y la tecnología influye de manera significativa en la vida personal, social y profesional de todas las personas. Para mejorar su calidad de vida y contribuir al desarrollo social con criterio científico, los estudiantes, en su proceso educativo, deben empoderarse de conocimientos de la ciencia, la tecnología y el mundo natural, así como de los procedimientos implicados en ellos, cuyo dominio depende, además, de la voluntad de participar en temas relacionados con la ciencia. En este contexto, en los documentos relacionados con la prueba PISA 2015, se precisan los fundamentos de la alfabetización científica a través de las competencias, conocimientos y actitudes propias de la ciencia, y la demanda cognitiva que implica la complejidad de los procesos de aprendizaje que realizarán los estudiantes al desarrollar las tareas planteadas en las pruebas. Los resultados de este proceso indicarán el nivel de competencias científicas que poseen los estudiantes que participan en esta evaluación internacional, lo cual servirá también para fortalecer o implementar políticas públicas en la educación científica. 7

9 1. Descripción del proyecto PISA y la competencia científica 1.1 Propósito del programa de evaluación de estudiantes PISA (Programa Internacional de Evaluación de Estudiantes) es un estudio internacional comparativo de evaluación que se realiza en ciclos trianuales. Evalúan a estudiantes de 15 años de edad, en las competencias de comunicación, matemática, ciencia y financiera. En el año 2000 se puso énfasis en comunicación; en el 2003, en matemáticas; en el 2006, en ciencias; en el 2009, en comunicación; en el 2012, en matemática, y en el 2015 se pondrá énfasis en ciencias. PISA 2000 (PERÚ) PISA 2003 PISA 2006 PISA 2009 (PERÚ) PISA 2012 (PERÚ) PISA 2015 (PERÚ) Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Matemática Matemática Matemática Matemática Matemática Matemática Ciencia Ciencia Ciencia Ciencia Ciencia Ciencia Competencia profundizada 8 Los principales componentes del marco de trabajo PISA 2015 para la alfabetización científica son: COMPETENCIAS CONOCIMIENTO ACTITUDES Explicar fenómenos científicamente. Evaluar y diseñar la investigación científica. Interpretar datos y pruebas científicamente. Conocimiento del contenido: - sistemas físicos - sistemas vivientes - sistemas terrestres y espaciales Conocimiento procedimental. Conocimiento epistémico. El interés por la ciencia. Valoración de los enfoques científicos para la investigación. La conciencia ambiental. PISA considera que la formación científica es un objetivo clave en la educación y debe lograrse durante el periodo obligatorio de enseñanza, independientemente de que el estudiante continúe estudios científicos o no, ya que la preparación básica en ciencias se relaciona con la capacidad de pensar en un mundo en el que la ciencia y la tecnología influyen en nuestras vidas. Considera, por lo tanto, que la formación básica en ciencias es una competencia general necesaria en la vida actual.

10 1.2 La evolución de la definición de la alfabetización científica en PISA En PISA 2000 y 2003, la alfabetización científica se definió como la capacidad de utilizar el conocimiento científico para identificar preguntas y extraer conclusiones basadas en pruebas, con el fin de comprender y ayudar a tomar decisiones sobre el mundo natural y los cambios realizados a través de la actividad humana. La definición de 2006 separó y explicó el término "conocimiento científico en dos componentes: conocimiento de la ciencia, y conocimiento acerca de la ciencia. Además, mejoró la definición añadiendo la relación entre la ciencia y la tecnología. La definición de la alfabetización científica PISA 2015 es una evolución de estas ideas. La principal diferencia es que la noción de "conocimiento acerca de la ciencia" se ha especificado con más claridad y se ha dividido en dos componentes: el conocimiento procedimental y el conocimiento epistémico. Por último, los contextos para la evaluación en PISA 2015 se cambiaron de 'personal, social y global' en la evaluación de 2006 a 'personal, local/nacional y global' para hacer los títulos más coherentes. Finalmente, la alfabetización científica es entendida como la capacidad de participar en cuestiones e ideas relacionadas con la ciencia como un ciudadano reflexivo. De ahí que, una persona con conocimientos científicos básicos está dispuesta a participar en un discurso razonado sobre la ciencia y la tecnología, y reconoce que la ciencia, la tecnología y la investigación son elementos esenciales de la cultura contemporánea que enmarca gran parte de nuestro pensamiento. 9 Organización del dominio Para efectos de la evaluación, la definición de alfabetización científica PISA 2015 puede caracterizarse por cuatro aspectos interrelacionados, como se puede apreciar en el gráfico. Contextos Personal, local, nacional y global. Competencias Explicar fenómenos científicamente. Evaluar y diseñar la investigación científica. Interpretar datos y pruebas científicamente. Conocimientos Conocimiento del contenido. Conocimiento procedimental. Conocimiento epistémico. Actitudes Interés en la ciencia, el sustento al cuestionamiento científico y la responsabilidad por el desarrollo sostenible.

11 Cada uno de estos aspectos se describe a continuación: 10 Contextos Competencias Conocimientos Actitudes Cuestiones personales, locales, nacionales y globales, tanto actuales como históricos, que exigen una cierta comprensión de la ciencia y la tecnología. La capacidad de explicar fenómenos científicamente, evaluar y diseñar la investigación científica e interpretar los datos y pruebas científicamente. Una comprensión de los principales hechos, conceptos y teorías explicativas que constituyen la base del conocimiento científico. Tal conocimiento incluye el conocimiento del mundo natural y de artefactos tecnológicos (conocimiento del contenido), el conocimiento de cómo se producen tales ideas (conocimiento procedimental) y una comprensión de los fundamentos y la justificación de su uso (conocimiento epistémico). Un conjunto de actitudes hacia la ciencia indica un interés en la ciencia y la tecnología; valoración de enfoques científicos para investigar donde sea apropiado, y la percepción y la conciencia de cuestiones ambientales. 1.3 Definición de la competencia según PISA Qué contextos son los más adecuados para evaluar a los estudiantes de 15 años? Los contextos enmarcan situaciones relevantes e interesantes para la vida del estudiante. Son situaciones que involucran aspectos de la ciencia y la tecnología, como salud y enfermedad, recursos naturales, calidad ambiental, riesgos/amenazas y fronteras de la ciencia y la tecnología. Un aspecto importante de la evaluación de ciencias de PISA hace referencia al grado de compromiso con la ciencia en una diversidad de situaciones. A la hora de abordar cuestiones de carácter científico, la elección de los métodos y representaciones depende de las situaciones que se presentan. La situación es la parte del universo del estudiante en la cual se sitúan los ejercicios que se han de realizar. Al respecto, conviene señalar que las preguntas de la evaluación no se limitan a las situaciones propias del entorno escolar, sino que se insertan en una serie de situaciones comunes de la vida real. Las preguntas están centradas en situaciones relacionadas con el estudiante mismo, con su familia y grupos de compañeros (personal), con su comunidad (social) y con la vida a escala mundial (global).

12 Contextos para la evaluación de la alfabetización científica de PISA PERSONAL SOCIAL GLOBAL Salud y enfermedad Conservación de la salud, accidentes y nutrición. Control de enfermedades, transmisión social, alimentos y salud comunitaria. Epidemias, propagación de enfermedades infecciosas. Recursos naturales Consumo personal de materiales y energía. Mantenimiento de poblaciones humanas, calidad de vida, seguridad, producción y distribución de alimentos, abastecimiento energético. Sistemas renovables y no renovables, crecimiento demográfico y uso sostenible de las especies. Calidad ambiental Acciones ambientalmente amigables, uso y eliminación de materiales y dispositivos. Distribución de la población, eliminación de residuos, impacto ambiental. Biodiversidad, sostenibilidad ecológica, control de la contaminación, generación y pérdida de suelos/ biomasa. 11 Riesgos Evaluación de riesgos de estilo de vida. Cambios rápidos (p. ej.: terremotos, tormentas, entre otros), cambios lentos y progresivos (p. ej.: erosión, sedimentación, entre otros) y evaluación de riesgos. Cambio climático, impacto de las modernas técnicas bélicas. Frontera de la ciencia y tecnología Interés por las explicaciones científicas de los fenómenos naturales, aficiones de carácter científico, deporte y ocio, música, tecnología personal. Nuevos materiales, aparatos y procesos, manipulación genética, tecnología armamentística, transportes. Extinción de especies, exploración del espacio, origen y estructura del universo.

13 Qué competencias se espera que tengan los estudiantes de 15 años? Una persona con conocimientos científicos básicos está en la capacidad de participar en actividades y proyectos sobre la ciencia y la tecnología, para lo cual se requieren las siguientes competencias: 12 Competencias Explicar fenómenos científicamente. Evaluar y diseñar la indagación científica. Interpretar datos y pruebas científicamente. Procesos Reconocer, evaluar y ofrecer explicaciones de diversos fenómenos naturales y tecnológicos demostrando la capacidad de: Recordar y aplicar el conocimiento científico apropiado. Identificar, utilizar y generar modelos explicativos y representaciones. Hacer y justificar predicciones adecuadas. Plantear hipótesis explicativas. Explicar las implicaciones del conocimiento científico para la sociedad. Describir y evaluar las investigaciones científicas y proponer formas de abordar preguntas científicamente, demostrando la capacidad de: Identificar el tema explorado en un estudio científico determinado. Distinguir las preguntas que son posibles de investigar científicamente. Proponer maneras de explorar científicamente una pregunta determinada. Evaluar formas de explorar una pregunta determinada científicamente. Describir y evaluar una variedad de formas que los científicos usan para asegurar la confiabilidad de los datos, y la objetividad y generalización de las explicaciones. Analizar y evaluar información científica, enunciados y argumentos en una variedad de representaciones y sacar conclusiones apropiadas, demostrando la capacidad de: Transformar los datos de una representación a otra. Analizar e interpretar los datos y sacar conclusiones pertinentes. Identificar los supuestos, las pruebas y el razonamiento en textos relacionados con la ciencia. Distinguir entre los argumentos que se basan en la evidencia científica y la teoría, y aquellos basados en otro tipo de consideraciones. Evaluar argumentos científicos y la evidencia de diferentes fuentes (por ejemplo, periódico, internet, revistas).

14 Competencia 1: Explicar fenómenos científicamente El logro cultural de la ciencia ha sido el desarrollo de un conjunto de teorías explicativas que transformó nuestra comprensión del mundo natural, como la idea de que el día y la noche son causados por el movimiento de rotación de la Tierra, o la idea de que las enfermedades pueden ser causadas por microorganismos invisibles. Además, este conocimiento nos ha permitido desarrollar tecnologías para mantener la vida humana, permitiendo, por ejemplo, la prevención de enfermedades y la rápida comunicación humana en todo el mundo. El poder de explicar fenómenos científicos y tecnológicos depende, por lo tanto, del conocimiento de estas ideas importantes y explicativas de la ciencia. Explicar fenómenos científicos, sin embargo, requiere más que la capacidad de recordar y utilizar teorías, ideas explicativas, información y hechos (conocimiento del contenido). Ofrecer explicaciones científicas también requiere una comprensión de cómo se ha obtenido ese conocimiento y el nivel de confianza que puede asegurar cualquier afirmación científica. Para esta competencia, el individuo tiene que disponer de un conocimiento de las formas y procedimientos estándares utilizados en investigación científica para obtener ese conocimiento (conocimiento procedimental) y una comprensión de su rol y función de justificar el conocimiento producido por la ciencia (conocimiento epistémico). Competencia 2: Evaluar y diseñar la investigación científica El conocimiento científico implica que los estudiantes deben tener una cierta comprensión de los objetivos de la investigación científica para generar conocimiento fiable sobre el mundo natural (Ziman, 1979). Los datos recopilados y obtenidos mediante la observación y la experimentación, ya sea en el laboratorio o en el campo, permiten el desarrollo de modelos e hipótesis explicativas que les permiten hacer predicciones que pueden ser probados experimentalmente. 13 Se destaca el trabajo organizado por grupos de investigación o equipos que participan en amplia colaboración con colegas, tanto a nivel nacional como internacional. Nuevas afirmaciones de conocimiento siempre se perciben como algo temporal y pueden carecer de justificación cuando se someten a revisión crítica de sus pares. Por lo tanto, los científicos tienen un compromiso de publicar o informar sus hallazgos y los métodos utilizados para obtener pruebas. Esta competencia se basa en el conocimiento del contenido, el conocimiento de procedimientos comunes que se utilizan en la ciencia (conocimiento procedimental) y la función de estos procedimientos para justificar cualquier afirmación desarrollada por la ciencia (el conocimiento epistémico). Los conocimientos procedimentales y epistémicos cumplen dos funciones. En primer lugar, evaluar las investigaciones científicas y decidir si se siguieron los procedimientos adecuados y si las conclusiones están garantizadas. En segundo lugar, ofrecer, al menos en términos generales, cómo una cuestión científica puede ser investigada adecuadamente.

15 Competencia 3: Interpretar datos y pruebas científicamente La interpretación de datos es una actividad fundamental en ciencias que comienza con la búsqueda de patrones, la construcción de tablas simples y vistas gráficas, como gráficos circulares, gráficos de barras, gráficos de dispersión o diagramas de Venn. Se requiere del manejo de conocimientos científicos para interpretar si una prueba es confiable y válida y si la forma de presentar los datos es apropiada. Los científicos toman decisiones acerca de cómo representar los datos en gráficos, tablas y, cada vez más, en las simulaciones complejas o visualizaciones 3D. Todo esto se basa en un cuerpo de conocimiento procedimental. No es suficiente entender los procedimientos que se han aplicado para obtener cualquier conjunto de datos. La persona alfabetizada científicamente tiene que ser capaz de juzgar si son apropiados y si se justifican (conocimiento epistémico). Por ejemplo, muchos datos se pueden interpretar de diversas formas, siendo importantes, la argumentación y la crítica para determinar las conclusiones. Qué conocimientos se espera que tengan los estudiantes de 15 años? 14 Los estudiantes deben disponer de conocimientos que les permitan dar respuesta a sus interrogantes y plantear alternativas de solución a problemas de su contexto. Así tenemos que los hechos, conceptos y teorías explicativas forman la base de los conocimientos científicos. Estos conocimientos incluyen los conocimientos tecnológicos y del mundo natural (conocimientos del contenido), el conocimiento de cómo se producen (conocimiento procedimental) y una comprensión de los fundamentos de estos procedimientos (conocimiento epistémico). Por lo tanto, las competencias que se necesitan para lograr la alfabetización científica requieren de las tres formas de conocimiento que se describen a continuación. Conocimiento del contenido Para la evaluación PISA 2015 es importante tener en claro los criterios para la selección de los conocimientos que se van a evaluar. Estos son seleccionados de los principales campos de la física, la química, la biología, las ciencias de la Tierra y del espacio, de manera que el conocimiento: Debe tener relevancia para situaciones de la vida real. Debe representar un concepto científico importante o una teoría explicativa que tiene utilidad. Debe ser apropiado para el nivel de desarrollo de estudiantes de 15 años de edad. Por lo tanto, se espera que los estudiantes logren conocimientos y comprensión de las principales ideas y teorías explicativas de la ciencia, la historia de la ciencia, la explicación del universo, el modelo de partículas de la materia y la teoría de la evolución por selección natural en diversos contextos (personal, local, nacional y mundial). Cabe precisar que estos son solo ejemplos y para mayor información podemos revisar, a continuación, el cuadro de conocimiento del contenido de la ciencia en PISA 2015.

16 Conocimiento del contenido de la ciencia en PISA 2015 Sistemas físicos que requieren conocimiento de: Los sistemas que requieren el conocimiento de la vida: Sistemas de la Tierra y del espacio que requieren conocimiento de: Estructura de la materia (p. ej.: el modelo de partículas, átomos, etc.). Propiedades de la materia (p. ej.: cambios de estado, conductividad térmica y eléctrica, entre otras). Los cambios químicos de la materia (p. ej.: las reacciones químicas, la transferencia de energía, ácidos/bases, entre otros). Movimiento y fuerzas (p. ej.: velocidad, fricción, etc.) y la fuerzas de atracción (p. ej.: fuerzas magnéticas, gravitacionales, electrostáticas, etc.). Energía y su transformación (p. ej.: la conservación, la disipación, reacciones químicas, etc.). Las interacciones entre la energía y la materia (p. ej.: la luz y las ondas de radio, el sonido y las ondas sísmicas, entre otras). Células (p. ej.: las estructuras y funciones, ADN, plantas, animales, etc.). El concepto de un organismo (p. ej.: unicelulares y multicelulares). Seres humanos (p. ej.: salud y nutrición; subsistemas tales como la digestión, la respiración, la circulación, excreción, reproducción y su relación, etc.). Poblaciones (p. ej.: las especies, la evolución, la biodiversidad, la variación genética, etc.). Ecosistemas (p. ej.: la cadena alimenticia, la materia, el flujo de energía, etc.). Biosfera (p. ej.: servicios de los ecosistemas, la sostenibilidad, etc.). Estructuras en los sistemas de la Tierra (p. ej.: la litósfera, la atmósfera, la hidrosfera, etc.). Energía en los sistemas de la Tierra (p. ej.: las fuentes, el clima global, etc.). Cambios en los sistemas de la Tierra (p. ej.: la tectónica de placas, ciclos geoquímicos, fuerzas constructivas y destructivas, etc.). Historia de la Tierra (p. ej.: los fósiles, origen y evolución, etc.). La Tierra en el espacio (p. ej.: la gravedad, sistemas solares, galaxias, etc.). La historia y la escala del universo y su historia (p. ej.: años luz, la teoría del Big Bang, etc.). 15 Conocimiento procedimental Un objetivo fundamental de la ciencia es generar explicaciones del mundo material. Los intentos de explicaciones pueden ser inicialmente tentativos y luego evaluados a través de investigaciones empíricas. La investigación empírica depende de ciertos conceptos bien establecidos, tales como la noción de variables dependientes e independientes, variables de control, tipos de medición, formas de error, los métodos para minimizar el error, los patrones comunes observados en los datos y los métodos de presentación de datos. Este conocimiento de los conceptos y procedimientos, que son esenciales para la investigación científica, se apoya en la recopilación, el análisis e interpretación de los datos científicos. Estas ideas forman un cuerpo de conocimiento procedimental que también ha sido llamado "prueba de conceptos (Gott, Duggan, y Roberts, 2008; Millar, Lubben, Gott, y Duggan, 1995).

17 Los ejemplos que se presentan a continuación transmiten los rasgos generales de conocimiento procedimental que pueden ser probados. 16 Conocimiento de procedimientos Conocimiento procedimental El concepto de variables que incluyen variables dependientes, independientes y de control. Los conceptos de medición, por ejemplo, cuantitativos (medidas), cualitativos (observaciones), el uso de una escala, variables categóricas y continuas. Formas de evaluar y minimizar la incertidumbre, como la repetición y promediando mediciones. Los mecanismos para asegurar la replicabilidad (grado de concordancia entre las medidas repetidas de la misma cantidad) y exactitud de los datos (grado de concordancia entre una medida y un valor verdadero de la medida). Las formas más comunes de la abstracción y la representación de los datos mediante tablas, gráficos y cuadros; y su uso apropiado. El control de variables y su papel en el diseño experimental o el uso de ensayos controlados aleatoriamente para evitar resultados subjetivos e identificar posibles mecanismos causales. La naturaleza de un diseño apropiado para una pregunta científica. La naturaleza de un diseño apropiado para una pregunta científica dada por ejemplo, experimental, de campo o buscando patrón pudiendo ser experimental, de campo o buscando patrón. Conocimiento epistémico Este conocimiento define características esenciales para el proceso de conocimiento de la ciencia e incluye una comprensión de las preguntas, observaciones, teorías, hipótesis, modelos y argumentos en la ciencia, los cuales justifica. Los que tienen tal conocimiento pueden explicar, con ejemplos, la diferencia entre una teoría científica y una hipótesis. Reconocen que la concepción de una "teoría" como se utiliza en los temas científicos no es la misma que la noción de una teoría en el lenguaje cotidiano, donde se utiliza como sinónimo de una conjetura. Conocimiento epistémico Es el conocimiento de constructos y rasgos definitorios de la ciencia La naturaleza de las observaciones científicas, hechos, hipótesis, modelos y teorías. La diferencia entre el propósito y los objetivos de la ciencia (para producir explicaciones del mundo natural) con los de la tecnología (para producir una solución óptima a las necesidades humanas); lo que constituye una pregunta e información apropiadas, en el campo científico o tecnológico. Los valores de la ciencia, por ejemplo, un compromiso con la publicación, la objetividad y la eliminación de prejuicios.

18 La naturaleza del razonamiento utilizado en la ciencia, por ejemplo, inductivo, deductivo, la inferencia a la mejor explicación (abducción) analógico y basado en el modelo. El rol de estas construcciones y las características se enfocan en justificar el conocimiento producido por la ciencia. Es decir: Cómo las afirmaciones científicas se apoyan en los datos y razonamientos propios de la ciencia. La función de las diferentes formas de investigación empírica en el establecimiento de los conocimientos, su objetivo (para poner a prueba hipótesis explicativas o identificar patrones) y su diseño (observación, experimentos controlados, estudios de correlación). Cómo afecta el error de medición del grado de confianza en el conocimiento científico? El uso y el papel de la física, el sistema y los modelos abstractos y sus límites. El papel de la colaboración y la crítica y la forma de revisión por pares ayudan a establecer confianza en las afirmaciones científicas. El papel de los conocimientos científicos, junto con otras formas de conocimiento, identificando y dirigiendo temas de la sociedad y tecnológicos. 17 Qué actitudes se espera que evidencien los estudiantes de 15 años? Las actitudes de las personas hacia la ciencia desempeñan un papel importante en su interés, atención y respuesta a la ciencia y la tecnología, en función de las preguntas que les afectan de modo particular. Uno de los objetivos de la educación científica es desarrollar actitudes que lleven a los estudiantes a comprometerse con cuestiones científicas. Estas actitudes también apoyan la posterior adquisición y aplicación del conocimiento científico y tecnológico para el beneficio personal, local, nacional y global; y conducen al desarrollo de la autoeficacia (Bandura, 1997). Las actitudes forman parte de la construcción de la cultura científica. Es decir, la alfabetización científica de una persona incluye ciertas actitudes, creencias, orientaciones motivacionales, la autoeficacia y valores. Así, la evaluación PISA 2015 evaluará las actitudes de los estudiantes hacia la ciencia en tres áreas: El interés por la ciencia y la tecnología, la conciencia Ambiental y la valoración de los enfoques científicos para la investigación que se consideran básico para la construcción de la cultura científica.

19 Actitud Interés por la ciencia y la tecnología Conciencia Ambiental Valoración de los enfoques científicos para la investigación Esta es una actitud que se caracteriza por tener: Una curiosidad por las ciencias y en temas relacionados con la ciencia. La voluntad para adquirir conocimientos y habilidades científicas adicionales, usando una variedad de recursos y métodos. Un interés en la ciencia, incluyendo consideraciones a las carreras relacionadas con la ciencia. Una preocupación por el ambiente y la vida sostenible. Una disposición para asumir y promover de manera sostenible, comportamientos de manera ecológica. Un compromiso con la evidencia sobre la base del entendimiento para brindar explicaciones del mundo material. Un compromiso del enfoque científico para investigar cuando sea apropiado. Una valoración de la crítica como un medio para establecer la validez de cualquier idea Prueba de ciencias PISA 2015 Niveles de desempeño Los resultados se presentan en niveles de desempeño y agrupan a los estudiantes, en función de las habilidades y tareas que son capaces de realizar. Las competencias se articulan mediante una serie de términos que definen la demanda cognitiva a través del uso de capacidades como reconocer, interpretar, analizar y evaluar. Sin embargo, estas capacidades no indican necesariamente un orden jerárquico de dificultad, pues depende del nivel de conocimientos necesarios para responder a la demanda cognitiva. Los descriptores de los niveles Los descriptores de los niveles son cualitativos en relación con las demandas cognitivas expresadas en ítems referidos a las competencias en PISA Los factores que determinan la demanda de ítems para evaluar ciencia incluyen: El grado de complejidad del conocimiento exigido por el artículo. El nivel de familiaridad y el conocimiento previo que los estudiantes tienen de los contenidos, del conocimiento procedimental y del conocimiento epistémico. El desarrollo cognitivo requerido; por ejemplo, el análisis, la evaluación, entre otros. La estructuración de una respuesta depende de los modelos o abstracciones científicas.

20 Escala de Rendimiento de competencias para PISA 2015 Nivel 6 5 Descriptores con parámetros por niveles de competencias. En el nivel 6, los estudiantes son capaces de utilizar el conocimiento del contenido, procedimental y epistémico para proporcionar de forma coherente las explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar los datos en una variedad de situaciones complejas de la vida que requieren un alto nivel de demanda cognitiva. Pueden sacar conclusiones adecuadas de una gama de diferentes fuentes de datos complejos en una variedad de contextos y proporcionar explicaciones de relaciones causales de múltiples pasos. Pueden diferenciar de manera consistente las preguntas científicas de las no científicas, explicar los propósitos de investigación y el control de variables relevantes en una investigación científica determinada, o todo el diseño experimental propio. Pueden transformar las representaciones de datos, interpretar datos complejos y demostrar una capacidad para elaborar juicios adecuados acerca de la fiabilidad y exactitud de cualquier afirmación científica. En el nivel 6 los estudiantes demuestran, de forma consistente, el pensamiento científico avanzado y el razonamiento que requiere el uso de los modelos y las ideas abstractas, en situaciones no familiares y complejas. Pueden desarrollar argumentos para criticar y evaluar explicaciones, modelos, interpretaciones de los datos y diseños experimentales propuestos en una gama de contextos personales, locales y globales. En el nivel 5, los estudiantes son capaces de utilizar el conocimiento del contenido, procedimiento y epistémico para proporcionar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar datos en una variedad de situaciones de la vida (en algunos casos pero no en todos) de alta demanda cognitiva. Sacan inferencias de fuentes de datos complejos en una variedad de contextos y pueden explicar las relaciones causales de múltiples pasos. En general, ellos pueden diferenciar las preguntas científicas de las no científicas, explicar los propósitos de investigación y controlar las variables relevantes en una investigación científica determinada, o cualquier diseño experimental propio. Pueden transformar algunas representaciones de datos, interpretar datos complejos y demostrar habilidad para emitir juicios adecuados sobre fiabilidad y la precisión de las afirmaciones científicas. Los estudiantes del nivel 5 muestran evidencia de pensamiento y razonamiento científico avanzado requiriendo el uso de modelos e ideas abstractas y el uso de tal razonamiento en situaciones complejas no familiares. Pueden desarrollar argumentos para criticar y evaluar explicaciones, modelos, interpretaciones de datos y diseños experimentales propuestos en algunos pero no en todos los contextos personales, locales y globales. 19

21 En el nivel 4, los estudiantes son capaces de utilizar los conocimientos del contenido, procedimental y epistémico para proporcionar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar los datos en una variedad de situaciones de vida que requieren principalmente un nivel medio de demanda cognitiva. Pueden hacer sus propias inferencias a partir de diferentes fuentes de datos en una variedad de contextos y pueden explicar relaciones causales. Pueden diferenciar preguntas científicas y no científicas y controlar variables, en algunos pero no en todas las investigaciones científicas o en un diseño experimental propio. Pueden transformar e interpretar datos y tener un cierto conocimiento acerca de la confianza que se tiene en las afirmaciones científicas. Los estudiantes del nivel 4 muestran evidencia del pensamiento y razonamiento científico vinculado y puede aplicar esto a situaciones no conocidas. Los estudiantes también pueden desarrollar argumentos simples para preguntar y analizar críticamente las explicaciones, modelos, la interpretación de los datos y diseños experimentales propuestos en algunos contextos personales, locales y globales. En el nivel 3, los estudiantes son capaces de utilizar los conocimientos del contenido procedimental y epistémico para proporcionar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar los datos en una variedad de situaciones de la vida que requieren, como máximo, un nivel medio de demanda cognitiva. Son capaces de extraer algunas inferencias a partir de diferentes fuentes de datos en una variedad de contextos y pueden describir y explicar parcialmente las relaciones causales simples. Pueden diferenciar algunas preguntas científicas de las no científicas y controlar algunas variables en una investigación científica dada o en un diseño experimental propio. Pueden transformar e interpretar datos simples y son capaces de hacer comentarios sobre la confianza de las afirmaciones científicas. Los estudiantes del nivel 3 muestran evidencia del pensamiento y razonamiento científico vinculado, por lo general aplicado a situaciones conocidas. Los estudiantes pueden desarrollar argumentos parciales a las preguntas y analizar críticamente explicaciones, modelos, interpretaciones de datos y diseños experimentales propuestos en contextos personales, locales y globales. En el nivel 2, los estudiantes son capaces de utilizar los conocimientos del contenido procedimental y epistémico para proporcionar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar datos en algunas situaciones de la vida familiar que requieren, sobre todo, un bajo nivel de demanda cognitiva. Ellos son capaces de hacer algunas inferencias a partir de diferentes fuentes de datos en algunos contextos y pueden describir relaciones causales simples. Pueden diferenciar algunas preguntas científicas simples y preguntas no científicas, así como distinguir entre las variables dependientes e independientes en una investigación científica dada o en un diseño experimental sencillo y propio. Pueden transformar y describir datos simples, identificar errores sencillos y hacer algunos comentarios válidos sobre la confiabilidad de las afirmaciones científicas. Los estudiantes pueden desarrollar argumentos parciales para cuestionar y comentar en virtud a las explicaciones contradictorias, interpretaciones de los datos y diseños experimentales propuestos en algunos contextos personales, locales y globales.

22 1a 1b En el nivel 1a, los estudiantes son capaces de utilizar un poco de conocimientos del contenido procedimental y epistémico para proporcionar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar datos en pocas situaciones de la vida familiar que requieren un bajo nivel de demanda cognitiva. Ellos son capaces de utilizar algunas fuentes simples de datos en pocos contextos y pueden describir algunas relaciones causales muy simples. Pueden distinguir algunas preguntas científicas y no científicas e identificar la variable independiente en una investigación científica dada o en un simple diseño experimental propio. Pueden transformar parcialmente y describir datos simples y aplicarlos directamente a pocas situaciones familiares. Los estudiantes pueden comentar en virtud a las explicaciones competitivas, a las interpretaciones de los datos y a los diseños experimentales propuestos en algunos contextos personales familiares, locales y globales. En el nivel 1b, los estudiantes demuestran una escasa evidencia para utilizar el conocimiento del contenido procedimental y epistémico para dar explicaciones, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar los datos en algunas situaciones de la vida familiar que requieren un bajo nivel de demanda cognitiva. Son capaces de identificar patrones simples en fuentes simples de los datos en contextos conocidos y pueden intentar describir relaciones causales simples. Pueden identificar la variable independiente en una investigación científica dada o en diseño simple. Intentan transformar y describir datos simples y aplicarlos directamente a algunas situaciones familiares. 21 Tipos de pregunta Las preguntas de ciencias se presentan agrupadas en unidades. Cada unidad comienza con la presentación de un texto introductorio relacionado con una situación científica de la vida real. A este texto le siguen las preguntas o ítems que los estudiantes deben responder. Los formatos de PISA 2015 para evaluar las competencias y los conocimientos científicos serán: Selección múltiple simple. Los ítems son: Selección de una sola respuesta entre cuatro opciones. Selección de un "punto referente", una respuesta que es un elemento seleccionable dentro de un gráfico o texto. Selección múltiple compleja. Los ítems son: Las respuestas a una serie de "Sí / No", preguntas que son tratadas para la puntuación como un único elemento relacionado (formato típico en el 2006). Selección de más de una respuesta de la lista. Culminación de una respuesta mediante la selección de opciones desplegables para llenar múltiples espacios en blanco. Respuestas "arrastrar y soltar", permitiendo a los estudiantes mover elementos en la pantalla para completar una tarea de adaptación, pedidos o categorización.

23 Respuesta construida: ítems que requieren respuestas escritas o dibujadas. Los elementos de respuesta construida en la alfabetización científica normalmente requieren unas respuestas por escrito, que van desde una frase hasta un párrafo corto (por ejemplo, de dos a cuatro frases de explicación). Además, para el 2015 se ofrecen varios formatos de preguntas, incluyendo animaciones y simulaciones interactivas. Esto mejorará la validez de la prueba y la facilidad de su aplicación. 22 Preguntas liberadas como recurso didáctico en el área de ciencias Actualmente, se encuentran disponibles en Internet diversas páginas donde podemos hallar pruebas liberadas de PISA. De ellas, las que correponden a la evaluación de las ciencias han sido utilizadas en los estudios realizados en los años 2006, 2009 y La publicación de estas pruebas requiere difusión y conocimiento público, puesto que el objetivo fundamental es facilitar al docente su utilización como recurso didáctico durante el desarrollo de las sesiones de aprendizaje y mediante estrategias de aprendizajes que faciliten el desarrollo de las competencias. Un concepto clave del marco teórico del estudio PISA 2015 es la definición de niveles de dificultad o exigencia cognitiva. La dificultad de una pregunta reside en su grado de complejidad, del conocimiento que se tenga del contenido, y de las operaciones cognitivas que se requieran para procesar dicha pregunta. Así, se tienen en cuenta tres niveles: Bajo Se requiere un solo paso; por ejemplo, recordar un hecho, un vocablo, un principio o un concepto, o localizar cierta información sencilla en un gráfico o en una tabla. Medio Se usa y aplica conocimiento conceptual para describir o explicar fenómenos, seleccionar procedimientos adecuados que implican dos o más pasos, organizar o mostrar datos, interpretar o usar conjuntos de datos. Alto Se analiza información y datos complejos, sintetiza y sopesa las pruebas, justifica y razona partiendo de diversos tipos de fuentes, desarrolla un plan o una secuencia de pasos para enfrentarse a un problema. Ejemplo de preguntas de ciencias de PISA En el Marco de trabajo PISA 2015 se encuentran tres ejemplos de unidades de ciencias, cuales se han considerado en este documento como medio de apoyo didáctico para el docente y su posterior desarrollo en las aulas. La primera es de PISA 2006, que se incluye para demostrar el vínculo entre los marcos 2006 y Las preguntas de la unidad se muestran en el formato en papel original y también cómo podrían transponerse y ser presentados en pantalla. El segundo ejemplo es una nueva unidad en pantalla que muestra el marco de la alfabetización científica El tercer ejemplo ilustra un entorno de investigación científica interactivo y simulado que permite la evaluación dentro de un marco contextual. El ejemplo denominado Invernadero trata sobre el incremento de la temperatura promedio

24 de la atmósfera de la Tierra. El material de estímulo incluye un texto breve que introduce la expresión Efecto invernadero e información gráfica sobre la temperatura promedio de la atmósfera de nuestro planeta y la emisión del dióxido de carbono sobre la Tierra a lo largo del tiempo. Ejemplo 1: INVERNADERO Lee el texto y responda las siguientes preguntas. EL EFECTO INVERNADERO: REALIDAD O FICCIÓN? Los seres vivos necesitan energía solar para sobrevivir. La energía que mantiene la vida en la Tierra procede del Sol, que al estar muy caliente irradia energía al espacio. Una pequeña proporción de esta energía llega hasta la Tierra. La atmósfera de la Tierra actúa como una capa protectora de la superficie de nuestro planeta, evitando las variaciones de temperatura que existirían en un mundo sin aire. La mayor parte de la energía irradiada por el Sol pasa a través de la atmósfera de la Tierra. La Tierra absorbe una parte de esta energía y otra parte es reflejada por la superficie de la Tierra. Parte de esta energía reflejada es absorbida por la atmósfera. Como resultado de todo ello, la temperatura promedio por encima de la superficie de la Tierra es más alta de lo que sería si no existiera atmósfera. La atmósfera de la Tierra funciona como un invernadero, de ahí el término efecto invernadero. Se dice que el efecto invernadero se ha acentuado durante el siglo XX. Es un hecho que la temperatura promedio de la atmósfera ha aumentado. En los periódicos y las revistas se afirma con frecuencia que la principal causa responsable del aumento de la temperatura en el siglo XX es la emisión de dióxido de carbono. Un estudiante llamado Andrés se interesa por la posible relación entre la temperatura promedio de la atmósfera de la Tierra y la emisión de dióxido de carbono en la Tierra. En una biblioteca se encuentra con los dos gráficos siguientes Emisión de dióxido de carbono (miles de millones de toneladas al año) Temperatura media de la atmósfera de la Tierra ( C) Años 23 Años A partir de estos dos gráficos, Andrés concluye que es cierto que el aumento de la temperatura promedio de la atmosfera de la Tierra se debe al incremento de la emisión del dióxido de carbono.

25 Pregunta 1: INVERNADERO Qué hay en los gráficos que apoye la conclusión de Andrés? Categorización del Marco para la pregunta 1 sobre invernadero Categorías del Marco Marco 2006 Marco 2015 Tipo de conocimiento El conocimiento acerca de la Epistémico ciencia Competencia Explicar fenómenos científicamente Explicar fenómenos científicamente Contexto Ambientales, Globales Ambientales, Globales Demanda cognitiva No aplicable Medio 24 Esta pregunta 1 demuestra como el Marco 2015 mapea en gran parte las mismas categorías que en el Marco 2006, utilizando las mismas competencias y categorizaciones de contexto. El Marco 2006 incluía dos categorizaciones de conocimiento científico: conocimiento de la ciencia (refiriéndose al conocimiento del mundo natural a través de los principales campos de la ciencia) y el conocimiento sobre la ciencia (refiriéndose a los objetivos y medios de la ciencia). El Marco 2015 profundiza en estos dos aspectos subdividiendo conocimiento sobre la ciencia en conocimientos procedimentales y epistémicos. La pregunta 1 requiere que los estudiantes no solo comprendan cómo se representan los datos en los dos gráficos sino también considera si la evidencia justifica científicamente una conclusión dada. Esta es una de las características de conocimiento epistémico dentro del Marco La categorización del contexto es Ambiental global. Una nueva característica de este último Marco es la consideración de la demanda cognitiva. Esta pregunta requiere una interpretación de gráficos que implican algunos pasos vinculados, categorizados como demanda cognitiva media, empleando los descriptores del Marco. Pregunta 2: INVERNADERO Otra estudiante llamada Juana no está de acuerdo con la conclusión de Andrés. Ella compara los dos gráficos y afirma que hay partes de los gráficos que no apoyan esta conclusión. Pon un ejemplo de una sección de los gráficos que no apoye la conclusión de Andrés. Explica tu respuesta.

26 Categorías del marco Marco 2006 Marco 2015 Tipo de conocimiento Competencia Categorización del Marco para la pregunta 2 sobre invernadero El conocimiento sobre ciencia Explicar fenómenos científicamente Epistémico Explicar fenómenos científicamente Contexto Ambientales, Globales Ambientales, Globales Demanda cognitiva No aplicable Medio La pregunta 2 requiere que los estudiantes cuestionen los dos gráficos detalladamente. El conocimiento, competencia, contexto y demanda cognitiva están en las mismas categorías que la pregunta 1. Pregunta 3: INVERNADERO Andrés insiste en su conclusión de que el incremento de la temperatura promedio de la atmósfera de la Tierra se debe al aumento de la emisión del dióxido de carbono. Sin embargo, Juana piensa que su conclusión es prematura. Ella dice: Antes de aceptar esta conclusión, debes asegurarte de que los otros factores que pudieran influir en el efecto invernadero se mantienen constantes. Menciona uno de los factores que Juana quiere decir. 25 Categorías del Marco Marco 2006 Marco 2015 Tipo de conocimiento El conocimiento sobre la ciencia Procedimental Competencia Categorización del Marco para la pregunta 3 sobre invernadero Explicar fenómenos científicamente Explicar fenómenos científicamente Contexto Ambientales, Globales Ambientales, Globales Demanda cognitiva No aplicable Medio La pregunta 3 requiere que los estudiantes consideren las variables de control en términos de revisión crítica de pruebas para apoyar afirmaciones. Esto es caracterizado como conocimiento procedimental en el marco de PISA Las imágenes que se presentan a continuación ilustran cómo las preguntas del efecto invernadero serían presentadas en versión digital. El texto y los gráficos en esencia no han cambiado, los estudiantes usan los iconos que sirven para cambiar de páginas y se presentan en la parte superior derecha de la pantalla que sirve para visualizar gráficos y textos según sea necesario.

27 Como las preguntas originales fueron respuestas abiertas, la versión digital también requiere un formato de respuesta abierta con la finalidad de replicar la versión en papel en la mayor medida posible, asegurando comparabilidad entre los modos de entrega y, por lo tanto, manteniendo la tendencia de protección. EFECTO INVERNADERO, presentación digital (página 1 del estímulo) 26 EFECTO INVERNADERO, presentación digital (página 2 del estímulo)