Conocimiento didáctico del contenido sobre naturaleza de la ciencia y pensamiento crítico en la formación inicial de profesorado de Primaria

Pedagogical content knowledge for teaching of nature of science and critical thinking in initial primary teacher education

Cristina Cobo-Huesa cchuesa@ujaen.es

Departamento de Didáctica de las Ciencias, Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación. Universidad de Jaén. Campus Las Lagunillas. Jaén, España

Ana M. Abril amabril@ujaen.es

Departamento de Didáctica de las Ciencias, Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación. Universidad de Jaén. Campus Las Lagunillas, Jaén, España

Marta R. Ariza mromero@ujaen.es

Departamento de Didáctica de las Ciencias, Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación. Universidad de Jaén. Campus Las Lagunillas, Jaén, España

La educación científica tiene por reto enseñar las características del conocimiento científico y de los procesos que conducen a su construcción, validación y difusión, aspectos englobados bajo el término de naturaleza de la ciencia (NdC) (Manassero-Mas y Vázquez-Alonso, 2019), siguiendo un enfoque competencial que promueva el pensamiento crítico (PC) (OCDE, 2019). No obstante, la literatura especializada muestra que el profesorado, tanto en formación inicial como en ejercicio, cuenta con un conocimiento escaso sobre la NdC, el PC y su enseñanza (Aliakbari y Sadeghdaghighi, 2013; Cofré et al., 2019; García-Carmona et al., 2011; García-Carmona y Acevedo-Díaz, 2016; Guisasola y Morentin, 2007; Serrallé-Marzoa et al., 2021; Supprakob et al., 2016; Zohar y Schwartzer, 2005). Por ello, se hace necesario no solo mejorar la comprensión de estos contenidos, sino preparar también adecuadamente a los docentes para que sepan integrarlos en el aula de ciencias, a través de planificaciones y diseños didácticos bien fundamentados. Hacer frente a este importante reto, supone abordarlo desde las primeras etapas de formación profesional docente para garantizar la comprensión de la NdC y el desarrollo del PC en las aulas de ciencias.

A pesar de la existencia de trabajos que analizan el conocimiento didáctico del contenido (CdC) de docentes o futuros docentes sobre un contenido científico determinado (Hume y Berry, 2011; Loughran et al., 2004; Nilsson y Loughran, 2012), la investigación en torno a la NdC y el PC es más reducida. Por ello, en este trabajo, se presenta el análisis del CdC sobre la NdC y al PC de una muestra de estudiantes del Grado en Educación Primaria, tras participar en una intervención didáctica que tenía como objetivo guiar la formación docente hacia la enseñanza de la NdC y del PC en ciencias.

Shulman (1987) introdujo el concepto de CdC como el conocimiento resultante de combinar la materia y la didáctica para organizar la enseñanza de un determinado contenido en torno a los conocimientos, habilidades e intereses del alumnado para facilitar su aprendizaje. Desde entonces, varios trabajos han mostrado los esfuerzos por definir el CdC (Acevedo, 2009a; Neumann et al., 2018; Park y Oliver, 2008), destacando en la enseñanza de las ciencias la propuesta de Magnusson et al. (1999), que diferencia cinco componentes dentro del CdC, en forma de conocimientos y creencias sobre: (i) las orientaciones y propósitos de la enseñanza, (ii) el currículo, (iii) la evaluación, (iv) la comprensión de los contenidos por el alumnado y (v) las estrategias de enseñanza. Dominar y relacionar estos conocimientos conllevaría el éxito en la enseñanza de los contenidos (Demirdöğen et al., 2016). De modo que, en busca de un modelo que aunara las investigaciones sobre el CdC hasta la fecha, en 2012, se celebró una cumbre (Gess-Newsome, 2015) de la que surgió el modelo profesional de conocimientos y habilidades docentes, también conocido como modelo de consenso del CdC (Figura 1).

Figura 1
Modelo de consenso del CdC. Elaboración propia, traducido de Gess-Newsome (2015).

Este modelo diferencia tres niveles de conocimiento docente. En el superior, se encuentran las bases del conocimiento profesional, que integra conocimientos generales del proceso de enseñanza y aprendizaje. Este interacciona de manera recíproca con el conocimiento profesional específico del tema (CPET), equivalente a la definición de Shulman (1987) del CdC y, por tanto, resultado de aplicar las teorías pedagógicas generales de manera específica a la enseñanza de determinadas temáticas. Este conocimiento se procesa a través de amplificadores y filtros relacionados con las creencias y orientaciones docentes en un contexto particular, dando lugar al CdC que cada docente usa en el aula para enseñar a su alumnado. En este último se diferencia el conocimiento, razonamiento y planificación (CdC personal) y el acto de enseñar (CdC y destrezas). Finalmente, esta particular práctica en el aula se traduce en los resultados de aprendizaje de cada estudiante, en base a sus creencias, conocimientos y comportamientos. Así, el modelo de consenso combina dos perspectivas sobre el CdC: la transformadora, que lo concibe como un conocimiento nuevo (CPET), más probable de desarrollarse en la educación formal; y la integradora, que lo concibe como un conocimiento que incorpora las particularidades contextuales educativas de cada docente (CdC personal/CdC y destrezas), más probable de desarrollarse en la práctica (Neumann et al., 2018; Park y Oliver, 2008).

Profundizando en su definición, una segunda cumbre celebrada en 2017 dio lugar al modelo de consenso refinado del CdC (Carlson y Daehler, 2019). Sin ser un reemplazo del anterior, en líneas generales, permitió identificar tres ámbitos en el CdC: el conocimiento profesional especializado que poseen múltiples docentes en un campo (CdC colectivo), el conocimiento profesional que posee cada docente en particular (CdC personal), y el subconjunto único de conocimientos que guían la planificación, enseñanza y reflexión de una materia en la práctica (CdC en acción) (Carlson y Daehler, 2019). Se trata de tres ámbitos con múltiples interacciones que reflejan cómo el CdC se desarrolla en el docente de forma dinámica a través de sus relaciones profesionales y las experiencias en el aula.

Podemos concluir que el CdC representa el conocimiento necesario para planificar y enseñar adecuadamente los contenidos de la materia, y que integra diversos elementos personales, profesionales y contextuales. Además, puede empezar a desarrollarse desde las primeras etapas de formación docente, mediante la planificación reflexiva del proceso de enseñanza y aprendizaje de contenidos concretos (CPET), y, posteriormente, enriquecerse en la práctica en el aula y la participación en programas de formación continua.

Una vez definido el CdC, nos interesa la forma en la que este se puede explicitar. El CdC se hace evidente cuando se recoge por escrito el conocimiento y las reflexiones sobre la acción docente. Un instrumento que permite visualizarlo es el propuesto por Loughran et al. (2004), denominado Representación del Contenido (ReCo), que dirige la planificación de la enseñanza de determinadas ideas científicas en torno a preguntas reflexivas que atienden a aspectos clave del proceso de enseñanza y aprendizaje. En este sentido, Hume y Berry (2011) defendieron su uso para reflejar los componentes del CdC según Magnusson et al. (1999). Originariamente, la ReCo se desarrolló para hacer explícito el CdC de docentes experimentados. Sin embargo, posteriores contribuciones han mostrado su utilidad para guiar la construcción del CdC en sus etapas iniciales de formación (Hume y Berry, 2011; Nilsson y Loughran, 2012). Por otra parte, y dada la reconocida influencia de las creencias docentes en el CdC, Nilsson y Loughran (2012) refinaron la ReCo de Loughran et al. (2004) para evaluar las creencias sobre la importancia otorgada al proceso de la planificación didáctica y la seguridad en abordarlo eficazmente, esta última en alusión a las percepciones de autoeficacia. Así pues, la ReCo se presenta como un instrumento potente para visibilizar elementos cognitivos y afectivos del CdC en la formación inicial del profesorado.

Asumir que la NdC y el PC son contenidos que deben planificarse y enseñarse explícitamente supone reconocer que el profesorado necesita un CdC específico para su enseñanza (Acevedo, 2009a,b; Cañal et al., 2016; Vázquez-Alonso y Manassero-Mas, 2018) y, por tanto, atender a los distintos elementos que lo integran para promover su adecuado desarrollo (Figura 1).

En relación a la NdC, encontramos trabajos que recurren al modelo del CdC de Magnusson et al. (1999) para desarrollar intervenciones enfocadas a promover sus conocimientos integrantes y evaluar lecciones de aula (Demirdöğen et al., 2016; Supprakob et al., 2016). En cuanto a instrumentos de explicitación, la ReCo, en principio diseñada para el CdC sobre contenido disciplinar, ha sido empleada como guía para elaborar instrumentos similares con los que visibilizar el CdC sobre la NdC (Mesci, 2020). Los resultados presentados en estos trabajos sugieren la eficacia de estos marcos teóricos para describir y desarrollar los conocimientos implicados en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la NdC en materias científicas.

En cambio, existen mayores discrepancias para abordar la enseñanza del PC en la formación de docentes. En concreto, existen dos posiciones contrapuestas sobre si el desarrollo del PC está ligado a un determinado contexto o no. Así, Zohar y Schwartzer (2005) defienden que la enseñanza de los procesos (meta)cognitivos no estaría ligada a una temática concreta, mientras que Bailin (2002) o Halpern (2014) defienden que el PC responde a situaciones concretas que requieren el uso de habilidades cognitivas efectivas. Siguiendo esta última postura, existen autores que defienden que el ejercicio del PC se ve condicionado por el contexto (Jiménez-Aleixandre y Puig, 2012) y por el conocimiento específico sobre el tema (Romero-Ariza, Quesada-Armenteros et al., 2021), lo que sugiere abordar su enseñanza desde escenarios de aprendizaje concretos. Lo referido en estas últimas aportaciones, se refleja en el modelo del CdC sobre el PC de Kadir (2017), que indica que este surge de las interacciones entre diversos conocimientos, como el necesario para promover el PC en la materia a impartir. Así pues, promover habilidades para enseñar el PC en base al CdC y, por tanto, considerando el PC como un contenido más a desarrollar en el contexto de la materia en cuestión (en este caso, de ciencias), ayudaría a dirigir las actuaciones educativas durante la formación profesional docente.

Dadas las razones expuestas, en el presente trabajo se ha adoptado la propuesta de Magnusson et al. (1999) y la ReCo para construir y explicitar el CdC sobre la NdC y el PC. La conceptualización del CdC según estos autores vendría a representar los conocimientos requeridos para planificar y desarrollar el proceso de enseñanza y aprendizaje, en relación con unos determinados contenidos. En el caso particular de nuestro estudio, centrado en la formación inicial de docentes de Educación Primaria, esta conceptualización se empleó para comenzar a construir el CdC a través de la reflexión sobre la planificación didáctica de contenidos sobre la NdC y el PC en ciencias, en alusión al CPET del modelo de consenso del CdC (Figura 1). Además, en línea con las últimas aportaciones sobre el concepto de CdC, en su construcción también se consideró el conocimiento sobre los contenidos a impartir (en este caso, sobre la NdC y el PC) y las creencias docentes (Gess-Newsome, 2015), así como la reflexión compartida y personal sobre la planificación del proceso de enseñanza y aprendizaje (Carlson y Daehler, 2019). En la Figura 2, se presenta el modelo teórico del CdC sobre NdC y PC seguido en este trabajo para guiar la formación inicial de docentes para la enseñanza de la NdC y del PC.

Figura 2
Modelo teórico del CdC sobre la NdC y el PC elaborado para guiar el desarrollo profesional de docentes en formación inicial.
Elaboración propia

Este modelo representa distintos elementos interrelacionados del CdC, enmarcados en preguntas reflexivas que atienden a los elementos evaluables de la planificación didáctica, según la ReCo de Nilsson y Loughran (2012). Por un lado, considera el conocimiento sobre los contenidos y las creencias docentes como elementos que influyen en la planificación de la enseñanza de la NdC y del PC. Siguiendo las actuales demandas educativas, aboga por ofrecer una visión amplia de la ciencia y, por tanto, de su dimensión epistemológica (naturaleza empírica, tentativa…) y sociológica (características de los profesionales de la ciencia, influencia del contexto socio-histórico…) (Acevedo-Díaz y García-Carmona, 2016; Cañal et al., 2016; Manassero-Mas y Vázquez-Alonso, 2019), así como una batería sintética de destrezas críticas, con reconocible aplicación en variados contextos, relacionadas con procesos científicos implicados en el planteamiento y la evaluación de estrategias, la conclusión en base a pruebas (indagar, modelizar, argumentar) y la toma de decisiones (Halpern, 2014; Vázquez-Alonso y Manassero-Mas, 2018). Por otro lado, integra creencias relativas a la importancia y autoeficacia, respecto a la enseñanza de la NdC y del PC en ciencias, consideradas como esenciales para su buen abordaje (Aliakbaria y Sadeghdaghighi, 2013; Demirdöğen et al., 2016).

En cuanto a la planificación didáctica, el modelo presenta cinco conocimientos requeridos para su desarrollo (Magnusson et al., 1999) a modo de preguntas y acciones, estas últimas, comunes para la NdC y el PC. Estas similitudes en las acciones emanan de la propia naturaleza de ambos constructos, que evidencia su íntima relación: la NdC alude al conocimiento sobre cómo la ciencia desarrolla y justifica su conocimiento, procesos en los que entran en juego destrezas del pensamiento científico y, en consecuencia, el PC (Vázquez-Alonso y Manassero-Mas, 2018). Por ello, proponemos que esta sinergia puede ser empleada para facilitar al futuro profesorado la integración conjunta de la NdC y del PC en contextos científicos, mostrando que su enseñanza comparte objetivos curriculares dirigidos a la alfabetización científica y, por tanto, requiere conocer estrategias didácticas comunes, basadas en la indagación y discusión en escenarios auténticos, explícitos y reflexivos (Acevedo, 2009b; Acevedo-Díaz y García-Carmona, 2016; Bailin, 2002; Cofré et al., 2019; Halpern, 2014).

En consecuencia, con el fin de arrojar luz sobre cómo enfocar la formación inicial de docentes para enseñar la NdC y el PC, en este trabajo se presenta la caracterización del CdC sobre ambos constructos, a partir de las ReCo construidas por estudiantes del Grado en Educación Primaria, tras desarrollar una intervención diseñada bajo el modelo teórico del CdC sobre la NdC y el PC presentado en la Figura 2. La pregunta que guio la investigación fue: ¿Qué CdC sobre la NdC y el PC presenta una muestra de docentes en formación inicial tras participar en una intervención diseñada para mejorarlo?

Este trabajo aborda la caracterización del conocimiento didáctico del contenido (CdC) sobre la naturaleza de la ciencia (NdC) y el pensamiento crítico (PC) de una muestra de futuro profesorado de Educación Primaria tras participar en una intervención didáctica enfocada a su promoción. Para ello, se desarrolló e implementó una ReCo sobre la planificación de la enseñanza de la NdC y del PC en contextos científicos, la cual fue analizada a través de una rúbrica. Los resultados obtenidos sugieren que la unión de la ReCo y la rúbrica se presenta como una valiosa estrategia para conocer y comenzar a construir el CdC sobre la NdC y el PC en las etapas iniciales de formación del profesorado (Hume y Berry, 2011), así como para simplificar la caracterización del CdC de muestras de considerable tamaño.

El análisis de las ReCo evidenció que el futuro profesorado propuso, fundamentalmente, contenidos de la NdC relacionados con la epistemología de los procesos científicos, mientras que, para promover el PC en sus clases, recurrió a las destrezas de categorización y argumentación. La selección de estos contenidos podría deberse a un mayor dominio conceptual sobre los mismos, como revelaron Demirdöğen et al. (2016) y Mesci (2020) en relación a la NdC, por lo que creemos que sería interesante seguir indagando sobre este aspecto. Por otra parte, la escasa presencia de ideas sobre la dimensión sociológica de la NdC, así como sobre el carácter evolutivo de la ciencia, sugiere reforzar la enseñanza de estas ideas en la formación docente. Para ello, se hace necesario mostrar la visión humana de la ciencia a través de contextos que reflejen la provisionalidad del conocimiento científico a la luz de nuevos descubrimientos, en ocasiones, supeditados a poderes externos a la comunidad científica y a la propia competencia profesional dentro de ella. Del mismo modo, en cuanto al PC, se detectó una reducida alusión a destrezas relacionadas con la comprobación de hipótesis o con la modelización, en línea con lo publicado en Abril et al. (2014). Estos autores visibilizaron las dificultades de docentes en formación inicial y en ejercicio para planificar y desarrollar estrategias basadas en la indagación, y, por tanto, orientadas al desarrollo de dichas destrezas críticas. Al respecto, incidieron en incluir en su formación profesional estrategias y recursos que permitan afrontar un cambio en las prácticas de aula hacia la mejora de las competencias científicas.

La aplicación de la rúbrica en las ReCo reveló algunos aspectos interesantes del CdC de los participantes. El conocimiento sobre los métodos de enseñanza fue el más desarrollado para ambos constructos, seguido del referido a las orientaciones y propósitos de la enseñanza. Esto resulta esperanzador pues, aunque no garantice una implementación eficaz hacia la alfabetización científica, supone un primer paso para considerar metodologías orientadas al desarrollo competencial para abordar la NdC y el PC en ciencias. Por otra parte, las puntuaciones reflejaron carencias en otros conocimientos, sobre todo en relación a las ideas previas del alumnado de Primaria sobre la NdC y el PC; un hecho razonable en docentes noveles según algunos autores (Hume y Berry, 2011). Estos resultados sugieren profundizar en las concepciones previas y su origen durante la intervención. Asimismo, la baja puntuación en el conocimiento sobre el currículo parece evidenciar dificultades para identificar en el mismo, contenidos sobre la NdC y el PC, donde muchas veces aparecen, pero de manera implícita (Acevedo-Díaz y García-Carmona, 2016; Vieira et al., 2011). En cuanto al conocimiento sobre los métodos de evaluación, este también destacó por su limitado desarrollo, sobre todo, en relación a la NdC, lo que reclama dirigir mayores esfuerzos para ayudar al profesorado a identificar qué aspectos de la NdC son objeto de evaluación (Hanuscin et al., 2011). Así pues, la aplicación de la rúbrica en las ReCo permitió caracterizar el nivel de desarrollo del CdC en el profesorado en formación inicial tras la intervención y su preparación para afrontar de manera adecuada la planificación de su enseñanza. En este punto, cabe destacar que, responder al reto de desarrollar las ReCo por parte de los futuros docentes, debe entenderse como un primer paso relevante teniendo en cuenta la complejidad asociada a la comprensión y enseñanza de la NdC y del PC, y su falta de experiencia en el aula (Cobo-Huesa et al., 2021).

El análisis de los resultados también evidenció que los conocimientos más limitados hacían referencia a las ideas sobre la NdC, en cuya planificación se identificó la confusión entre enseñar rasgos de la ciencia y enseñar habilidades científicas. Este hecho se presenta como uno de los principales obstáculos en la comprensión y enseñanza de la NdC (Acevedo, 2009b; Lederman et al., 2014), y estaría impidiendo reflexionar sobre las cuestiones de la ReCo de manera adecuada. Para solventar esta problemática, incidimos en guiar la enseñanza de la NdC mediante actividades que estimulen el razonamiento hacia la comprensión conceptual y epistémica de la ciencia y su discusión explícita para diferenciar sus objetivos didácticos (aprender sobre ciencia) de los asociados al dominio de los procesos científicos (aprender a hacer ciencia) (OCDE, 2019).

Sobre las creencias docentes, entendidas como moduladores afectivos del CdC (Gess-Newsome, 2015), en general, el futuro profesorado se mostró positivo a reflexionar sobre los conocimientos aludidos en la ReCo y seguro para planificar la enseñanza de la NdC y del PC en ciencias. Este último aspecto contrasta con su menor desarrollo del CdC, lo que pone de manifiesto las complejas relaciones entre las creencias y prácticas docentes (Romero-Ariza, Quesada et al., 2021). Además, cabe mencionar que los menores niveles de seguridad también se detectaron en los conocimientos más limitados (sobre el alumnado y el currículo), lo que sugiere, en cierto modo, una consciencia sobre las mayores limitaciones para planificar la enseñanza en torno a la NdC y al PC. En esta línea, recordamos que los contenidos más seleccionados sobre la NdC (fundamentación epistémica de los procesos científicos) y el PC (categorización, argumentación), nos podrían estar mostrando aquellos contenidos sobre los que el profesorado en formación inicial se siente más capacitado para enseñar (Demirdöğen et al., 2016; Mesci, 2020). Esto podría dirigir futuras investigaciones orientadas a conocer más sobre sus percepciones de autoeficacia (Park y Oliver, 2008).

Los instrumentos desarrollados y los resultados presentados en este trabajo pretenden mostrar estrategias que guíen eficazmente el diseño de intervenciones para preparar a docentes en sus etapas más iniciales de formación hacia la integración de contenidos sobre la NdC y el PC en la enseñanza de las ciencias. El modelo de consenso del CdC (Gess-Newsome, 2015) avala la intervención diseñada para fomentar el CdC sobre la NdC y el PC mediante la ReCo en el profesorado en formación inicial. Esto se justifica al presentar al CdC como un conocimiento profesional específico sobre un tema, que puede empezar a construirse a través de la planificación reflexiva del proceso de enseñanza y aprendizaje de contenidos concretos. En base a la investigación desarrollada, creemos en la importancia de ofrecer una formación docente en el marco del CdC para ayudar al futuro profesorado a reconocer la contribución curricular de la NdC y del PC en ciencias, así como a planificar estrategias de aula propias que le permitan abordar su enseñanza conjunta.

Para citar este artículo: Cobo-Huesa, C., Abril, A. M. y Ariza, M. R. (2022) Conocimiento didáctico del contenido sobre naturaleza de la ciencia y pensamiento crítico en la formación inicial de profesorado de Primaria. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias 19(3), 3602. doi: 10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2022.v19.i3.3602

Proyecto de investigación «Educación de las Competencias Científica, Tecnológica y Pensamiento Crítico Mediante la Enseñanza de Temas de Naturaleza de Ciencia y Tecnología» (EDU2015-64642-R) (MINECO/FEDER), financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional.

Ayuda predoctoral para la Formación de Personal Investigador, con cargo a la acción 4 del Plan de Apoyo a la Investigación de la Universidad de Jaén 2017-2019 (R5/04/2017).