Validación del desarrollo de actividades prácticas para mejorar el aprendizaje de contenidos STEM en Educación Primaria

Milagros Mateos Núñez, Guadalupe Martínez Borreguero, Francisco Luis Naranjo Correa, Teresa Algaba Aliseda

Introducción

La ciencia y la tecnología constituyen unos pilares fundamentales para el desarrollo de la sociedad. Por ello, se hace indispensable formar en estas áreas al alumnado desde las primeras etapas del sistema educativo (Osborne y Dillon, 2008). Además, cada vez se requieren más personas para trabajar en empleos relacionados con la ciencia y la tecnología, por lo que se necesita una amplia mano de obra con una formación adecuada en estos campos. Sin embargo, la realidad es que un alto porcentaje de la población actual desconoce el impacto que la ciencia y la tecnología tiene en el mundo actual, y ello ha puesto en alerta a distintas instituciones gubernamentales, preocupadas en asegurar la alfabetización científico-tecnológica desde las primeras edades escolares (OECD, 2019).

Promover la alfabetización STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) entre la sociedad daría lugar a que los ciudadanos se sintieran más seguros y competentes para abordar las cuestiones relacionadas con la ciencia y la tecnología a medida que surgen en el curso de la vida cotidiana (Laugksch, 2000). Sin embargo, se suele prestar una atención muy limitada a la ciencia y la tecnología en la educación primaria en términos de tiempo (Martin et al., 2012), y no se abordan eficazmente las actitudes científicas de los alumnos más jóvenes (Turner e Ireson, 2010).

En relación con estos nuevos desafíos educativos, los currículos científicos para enseñanza básica y media están comenzando a concentrarse en prácticas y habilidades para enseñar a construir modelos, tanto físicos, biológicos, computacionales como matemáticos en el alumnado, ya que el trabajo práctico juega un papel fundamental en la comprensión y aprendizaje de la ciencia. De hecho, la utilidad y efectividad pedagógica del empleo de actividades manipulativas está probada en diferentes niveles educativos y disciplinas (Costa y Dorrío, 2010). En este sentido, fomentar el uso e implementación de actividades problematizadas y experienciales podría beneficiar, en gran medida, el desarrollo de las competencias y habilidades científicas necesarias (Neira, 2021), y también despertar vocaciones e intereses por parte de los estudiantes hacia las ciencias (Mateos-Núñez, et al., 2020). Es importante que los alumnos participen activamente en el proceso de aprendizaje para desarrollar actitudes positivas hacia la ciencia y adquirir las competencias necesarias para desenvolverse en el mundo actual. Por lo tanto, la participación de los alumnos y la aplicación de los pasos de la investigación científica, junto con un profesor que desempeñe un papel importante en este proceso, son esenciales para una educación científica eficaz (Yakar y Baykara, 2014).

Metodología

El objetivo principal de este trabajo ha sido analizar los posibles beneficios a nivel cognitivo y emocional de varias experiencias activas aplicadas en distintos niveles de la etapa primaria, desde los 6 a 12 años de edad. La investigación desarrollada ha seguido un diseño de tipo experimental con pre-test y post-test y análisis mixto de los datos. En el estudio han participado 339 estudiantes de distintos niveles de la Educación Primaria, desde 1º a 6º. Este alumnado estaba dividido en diferentes grupos de trabajo, realizando cada uno de ellos diferentes actividades prácticas de carácter lúdico que integraban contenidos STEM. Se ha recabado información antes y después de las sesiones mediante un pre-test y un post-test. Específicamente, se han analizado variables cognitivas como el nivel de conocimiento inicial y el adquirido tras las intervenciones, y variables emocionales al finalizar las intervenciones, con el fin de conocer el impacto de estas en el dominio afectivo del alumnado. Las experiencias se basaron en diferentes bloques de contenidos curriculares del área de Ciencias de la Naturaleza (Bloque I: Iniciación a la actividad científica, Bloque II: Seres Vivos, Bloque IV: Materia y Energía o Bloque V: Tecnología, objetos y máquinas) así como en contenidos de Matemáticas, con el propósito de integrar el las experiencias contenidos de áreas STEM.

Resultados y conclusiones

A nivel cognitivo, los resultados recabados en el pre-test permitieron conocer el nivel de conocimientos inicial que manejaba el alumnado, con respecto a los contenidos objeto de estudio. Asimismo, se pudieron conocer las posibles ideas alternativas que presentaban los estudiantes para procurar modificarlas mediante la intervención. Concretamente, el análisis estadístico de los datos obtenidos en el pre-test reveló que todos los grupos de trabajo partían con un nivel de conocimientos bajo. Por el contrario, el post-test aplicado tras las intervenciones didácticas reveló importantes mejoras en la variable nivel de conocimiento en todos los grupos, encontrándose diferencias estadísticamente significativas (Sig.< 0,05) del pre-test al post-test. Asimismo, el estudio cualitativo realizado durante el desarrollo de las actividades exteriorizó el dominio conceptual del alumnado. Estos resultados coinciden con investigaciones previas que indican que la   actividad   manipulativa es esencial si se pretende alcanzar un aprendizaje significativo y a largo plazo de los contenidos trabajados en el aula (Greca y Moreira, 2002; Martínez-Borreguero et al., 2018; Mateos-Núñez et al., 2020).

A nivel emocional, se comprueba que las emociones manifestadas por el alumnado ante las actividades planteadas fueron mayoritariamente positivas. Emociones como diversión, confianza, sorpresa o alegría fueron las más exhibidas por los estudiantes durante las sesiones, favoreciendo ello el aprendizaje de los contenidos objeto de estudio. Asimismo, se pudo realizar un análisis cualitativo de la variable emocional preguntando al alumnado en qué momento habían sentido las distintas emociones planteadas. La participación del alumnado ya fuera mediante la realización de las maquetas, durante el desarrollo de las actividades gamificadas o durante el análisis de los productos obtenidos, fue determinante a la hora de generar emociones y actitudes positivas en todos los grupos participantes, tal y como verificó dicho análisis cualitativo. Estos resultados confirman nuevamente la importancia de las metodologías activas, pero en este caso, en su contribución al fomento de actitudes científico-tecnológicas positivas en el alumnado de primaria. Coincidimos con investigaciones previas en que es imprescindible incidir en las emociones de los estudiantes a través de la elección de las estrategias de aprendizaje porque pueden tener un efecto importante sobre el aprendizaje de los alumnos (Mellado et al., 2014).

Finalmente se concluye que la formación científica básica es necesaria para desarrollar competencias que permitan comprender el entorno y enfrentar los posibles problemas que se presenten. Por ello, la aplicación de metodologías activas en el aula será fundamental a la hora de promover la alfabetización científica y el pensamiento crítico en el alumnado de Educación Primaria.

Agradecimientos

Esta publicación es parte del proyecto GR21047, financiado por la Junta de Extremadura y el “FEDER Una manera de hacer Europa”, así como del proyecto PID2020-115214RB-I00, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Referencias

Costa, M. F. y Dorrío, B. V. (2010). Actividades manipulativas como herramienta didáctica en la educación científico-tecnológica. Revista Eureka sobre enseñanza y divulgación de las Ciencias, 462-472.

Greca, I. M. y Moreira, M. A. (2002). Mental, physical, and mathematical models in the teaching and learning of physics. Science education, 86(1), 106-121.

Laugksch, R. C. (2000). Scientific literacy: A conceptual overview. Science education, 84(1), 71-94.

Martin, M. O., Mullis, I. V. S., Foy, P. y Stanco, G. M. (2012). TIMSS 2011 international results in science. TIMSS & PIRLS International Study Center, Boston College.

Martínez-Borreguero, G., Naranjo-Correa, F. L., Mateos-Núñez, M.y Sánchez-Martín, J. S. (2018). Recreational experiences for teaching basic scientific concepts in primary education: The case of density and pressure. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 14(12), em1616.

Mateos-Nunez, M., Martinez-Borreguero, G., & Naranjo-Correa, F. L. (2020). Learning science in primary education with STEM workshops: analysis of teaching effectiveness from a cognitive and emotional perspective. Sustainability, 12(8), 3095.

Mellado, V., Borrachero, A. B., Brígido, M., Melo, L.V., Dávila, M. A., Cañada, F., Conde, M. C., Costillo, E., Cubero, J., Esteban, R., Martínez-Borreguero, G., Ruiz, C., Sánchez, J., Garritz, A., Mellado, L., Vázquez, B., Jiménez, R. y Bermejo, M. L. (2014). Las emociones en la enseñanza de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 32(3), 11-36.

Neira, J. C. R. (2021). La experimentación en ciencias naturales como estrategia de alfabetización científica. UCMaule, (60), 102-116.

Organisation for Economic Co-Operation and Development [OECD]. (2019). PISA 2018: Insights and Interpretations. OECD.

Turner, S. e Ireson, G. (2010). Fifteen pupils’ positive approach to primary school science: When does it decline? Educational Studies, 36,119–141.

Yakar, Z. y Baykara, H. (2014). Inquiry-based laboratory practices in a science teacher training program. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 10(2), 173-183.