Enseñar evolución y genética para la alfabetización científica

Por Hernán Cofré Mardones, Claudia Vergara Díaz y Angel Spotorno Oyarzún

El libro "Enseñar Evolución y Genética Para la Alfabetización Científica" ya está disponible para adquirir en diferentes medios online. El aporte que hace a la enseñanza de la biología y de la ciencia en general está en la revisión de investigación actualizada y la entrega de consejos concretos para la enseñanza en aula. El libro está especialmente dedicado a profesores del sistema escolar y estudiantes de pedagogía interesados en convertir a sus estudiantes en ciudadanos informados, capaces de tomar decisiones cruciales para su vida.

• Idioma: Español
• Editorial: Ediciones Universitarias de Valparaíso
• Fecha de lanzamiento: 31 dic 2020
• ISBN: 9789561709782

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colección educación | serie didáctica

Hernán Cofré, Claudia Vergara & Ángel Spotorno (editores). Enseñar Evolución y Genética para la Alfabetización Científica.

Valparaíso: Ediciones Universitarias de Valparaíso, 2021.

1. Educación

Este libro ha sido seleccionado en el concurso de Publicaciones

Académicas de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

Vicerrectoría académica

serie arbitrada

© Hernán Cofré, Claudia Vergara & Ángel Spotorno, 2021

Enseñar Evolución y Genética para la Alfabetización Científica

Registro de Propiedad Intelectual Nº 2021-A-2109

ISBN Edición Impresa:

978-956-17-0916-4

ISBN Edición Digital:

978-956-17-0978-2

Derechos Reservados

© Ediciones Universitarias de Valparaíso

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

Calle Doce de Febrero 21, Valparaíso

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Diseño de colección: Paulina Segura P.

Corrección de pruebas: Aldo Espina A.

CONTENIDOS

PRÓLOGO

PREFACIO

AGRADECIMIENTOS

PARTE I. ASPECTOS GENERALES DE LA ENSEÑANZA DE LA BIOLOGÍA

CAPÍTULO 1: ENSEÑANZA DE LA BIOLOGÍA Y CONOCIMIENTO PEDAGÓGICO DEL CONTENIDO: UNA INTRODUCCIÓN

Claudia Vergara, Hernán Cofré y David Santibáñez

CAPÍTULO 2: LAS CONCEPCIONES ALTERNATIVAS DE LOS ESTUDIANTES Y SU RELACIÓN CON LAS BASES NEUROBIOLÓGICAS DEL APRENDIZAJE

Martina Valencia y Dirk Krüger

CAPÍTULO 3: ¿CÓMO INCORPORAR LAS GRANDES IDEAS DE LA CIENCIA A LA PRÁCTICA DOCENTE?: REFLEXIONES DESDE EL AULA

Corina González-Weil y Paulina Bravo

CAPÍTULO 4: LA BIOLOGÍA Y LA NATURALEZA DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO

Norman Lederman 

CAPÍTULO 5: ARGUMENTAR PARA ENSEÑAR Y APRENDER BIOLOGÍA

Antonia Larrain

CAPÍTULO 6: ENSEÑANDO BIOLOGÍA A TRAVÉS DE LA INDAGACIÓN

Judith Lederman

PARTE II. DESARROLLANDO EL CPC PARA GENÉTICA

CAPÍTULO 7: LAS GRANDES IDEAS DE LA GENÉTICA Y SU IMPORTANCIA EN LA VIDA DIARIA

Ángel Spotorno

CAPÍTULO 8: LA GENÉTICA EN EL CURRÍCULUM NACIONAL E INTERNACIONAL

Hernán Cofré, Valentina Donoso y Constanza Pizarro

CAPÍTULO 9: PRECONCEPCIONES Y OBSTÁCULOS PARA EL APRENDIZAJE DE LA GENÉTICA

Dirk Krüger y David Santibáñez

CAPÍTULO 10: MODELANDO EN GENÉTICA: ESTRATEGIAS PARA DESARROLLAR ALFABETIZACIÓN GENÉTICA

Renee Schwartz, Hernán Cofré y David Santibáñez

CAPÍTULO 11: EVALUACIÓN PARA EL APRENDIZAJE DE LA GENÉTICA

Dirk Krüger y David Santibáñez

PARTE III. DESARROLLANDO EL CPC PARA EVOLUCIÓN

CAPÍTULO 12: LAS GRANDES IDEAS DE LA EVOLUCIÓN Y SU IMPORTANCIA PARA LA VIDA DIARIA

Ángel Spotorno

CAPÍTULO 13: EVOLUCIÓN EN EL CURRÍCULUM NACIONAL E INTERNACIONAL

Beatriz Becerra y Hernán Cofré

CAPÍTULO 14: PRECONCEPCIONES Y OBSTÁCULOS PARA APRENDER LA EVOLUCIÓN

Hernán Cofré, Francisca Carmona y Paola Núñez

CAPÍTULO 15: ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA PARA LA EVOLUCIÓN

Hernán Cofré, Paola Núñez, Angel Spotorno y Arlette Bassaber

CAPÍTULO 16: EVALUACIÓN PARA EL APRENDIZAJE DE LA EVOLUCIÓN

Paola Núñez y Hernán Cofré

PARTE IV. CONCLUSIONES

CAPÍTULO 17: EL RETO DE LA FORMACIÓN DE PROFESORES DE BIOLOGÍA    

Claudia Vergara, Hernán Cofré y Dirk Krüger

CAPÍTULO 18: EL DESARROLLO DEL CONOCIMIENTO PEDAGÓGICO DEL CONTENIDO DE PROFESORES DE BIOLOGÍA EN EJERCICIO

David Santibáñez, Claudia Vergara y Hernán Cofré

PRÓLOGO

Me complace tener la oportunidad de escribir el prólogo de este importante y nuevo libro diseñado para profesores de habla hispana, editado por Hernán Cofré Mardones, Claudia Vergara Díaz y Ángel Spotorno. La Enseñanza de la Genética y la Evolución para la Alfabetización Científica es una obra pensada como un recurso integrado para ayudar a los profesores a comprender y mejorar las perspectivas y prácticas de enseñanza relacionadas con dos temas claves en biología. Está basado en el entendido de que, para ser efectivos, los profesores deben tener suficientes conocimientos previos en dos áreas: didáctica básica en las ciencias de la vida y conocimiento relacionado con el contenido de ciencias del tema que se comunica a los estudiantes. Este libro, por lo tanto, se estructura de manera efectiva con cuatro secciones. La primera se orienta a la comprensión pedagógica en biología, las dos secciones intermedias comparten temas y consideraciones de enseñanza vinculadas a las áreas de contenido de genética y evolución. El libro concluye con dos capítulos que recordarán a los lectores los desafíos de la formación del profesorado de biología, incluido el desarrollo del conocimiento pedagógico del contenido de los docentes en servicio.

La primera sección, centrada en las mejores prácticas de enseñanza de la educación en biología, incluye, entre otras cosas, la consideración del uso de las concepciones alternativas, la indagación y la argumentación en la enseñanza. Las dos secciones siguientes se dirigen a un área de enseñanza particularmente importante, pero algo difícil: los conceptos entrelazados de genética y evolución. En conjunto, estas secciones bien diseñadas sobre estrategias para enseñar biología junto con un bien pensado foco en evolución y genética serán informativas y efectivas para ayudar a los educadores a lograr el objetivo de mejorar la alfabetización científica de los estudiantes en estas sustanciales áreas vinculadas entre sí, con un énfasis particular en la evolución.

En mi papel de editor de la revista American Biology Teacher y de profesor de biología de secundaria durante mucho tiempo, he llegado a comprender que la evolución es, para los estudiantes, uno de los conceptos más difíciles de la biología. La evolución, o cambio orgánico a través del tiempo, es la piedra angular de las ciencias biológicas, pero también es un proceso que, en una primera aproximación, parece algo misterioso. La evidencia de la evolución se oculta a la vista de los estudiantes. Una comprensión completa de la evolución implica experimentos, apreciación del tiempo geológico, inferencia, innumerables líneas de evidencia de una variedad de ciencias, junto a mucho pensamiento inductivo y deductivo. Aunque el apoyo a la evolución es vasto, los hechos deben ser cuidadosamente reunidos y compartidos con los estudiantes de forma explícita si quieren ver la base científica para la conclusión de que las especies han cambiado a través del tiempo, lo que ha dado como resultado el mundo vivo increíblemente diverso e interrelacionado que nos rodea.

El biólogo Theodosius Dobzhansky escribió: Nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución, en un ensayo de 1973 publicado en la American Biology Teacher. ¡Una declaración que se ha hecho tan famosa que tiene su propia entrada en Wikipedia! Pero ¿qué significa realmente esta frase y por qué es importante? El ser humano comenzó a considerar esta propuesta antes de tener un mecanismo que explicara cómo funciona la evolución y antes de que muchos, incluso, aceptaran la realidad de la evolución. Y sí, sugiero deliberadamente que estos son dos temas diferentes: la noción de evolución en sí misma y la teoría de la evolución propuesta por Charles Darwin y Alfred Russel Wallace a mediados del siglo XIX.

La propuesta de que los seres vivos han cambiado a través del tiempo —la evolución— ha estado con nosotros desde la época de los antiguos griegos, cuando a veces se la llamaba La Gran Cadena del Ser. Sin embargo, muchos consideraron esta noción como poco más que una idea interesante hasta que Darwin y Wallace, trabajando independientemente, propusieron lo que se conoce como la Teoría de la Evolución por Selección Natural para explicar el proceso por el cual opera la evolución. Incluso sin esa explicación, el proceso natural de cambio a través del tiempo seguiría siendo válido, pero para muchos fue la propuesta de un mecanismo lo que permitió la aceptación generalizada del principio general de la evolución. Es esta aceptación generalizada lo que Dobzhansky reconoce en su cita.

El interés en el estudio del mundo viviente existía mucho antes de que los científicos adoptaran la noción de evolución y su mecanismo, pero las opiniones de los científicos y miembros del público educado sobre la vida cambiaron radicalmente una vez que la evolución se consideró real. Antes de que se aceptara la evolución, no había una explicación firme de por qué algunas criaturas se parecían entre sí, y generalmente se admitía que cada forma de vida se producía individualmente. Darwin, en las islas Galápagos, preguntó por qué los reptiles en estas islas lejanas y distantes se parecían mucho a los de la costa de América del Sur en lugar de haber sido producidos especialmente para la vida en estas rocas volcánicas escarpadas. Su respuesta fue que las tortugas, iguanas y lagartijas tienen que haber venido del continente y haber cambiado de generación en generación a lo largo del tiempo después de su llegada. Con la luz de la evolución, las relaciones entre estas especies y sus antepasados tuvieron sentido. Darwin salió de Galápagos entendiendo que la evolución había ocurrido, pero el mecanismo que propondría luego para explicarla esperaría varias décadas, durante las cuales examinó la evidencia, consideró los casos de grupos individuales de organismos como los percebes y entabló conversaciones enérgicas con los naturalistas. Todo acompañado de lectura voraz y pensamiento profundo.

Le damos crédito a Darwin por desarrollar y popularizar el mecanismo explicativo (es decir, la selección natural) de la evolución en El origen de las especies. Sin embargo, Darwin sabía que no tenía todos los elementos de su teoría completamente desarrollados. Por ejemplo, no sabía cómo funcionaba la herencia, y sabía muy poco sobre la fuente de la variación dentro de las especies, que proporcionaba la materia prima sobre la cual la selección natural construía nuevas especies. Darwin y sus colegas se adelantaron a su tiempo a este respecto.

Aunque la herencia fue un tema de mucho interés para los científicos victorianos, no fue sino hasta los primeros años del siglo XX que surgió la genética. Incluso ahí, la comprensión de la herencia aún no estaba completa, pero décadas después, la bioquímica del ADN llenó un vacío final importante. Uno solo puede imaginar cómo habría reaccionado Darwin si hubiese sabido que una molécula relativamente simple, compuesta de una cadena de Adeninas, Timinas, Citosinas y Guaninas, era la solución a muchas de sus preguntas sobre el mecanismo de la herencia.

Los editores de este libro se han dado cuenta sabiamente de que, para que los estudiantes entiendan la evolución, también deben tener un conocimiento complementario de la genética. Por lo tanto, junto con el objetivo de mejorar el conocimiento pedagógico del contenido de los profesores sobre la evolución, es vital que los educadores también aprecien el conocimiento del contenido de la genética, las ideas previas de los estudiantes sobre ella y la evaluación del aprendizaje en esta área. Este contenido relacionado con la genética está bien representado por una serie de capítulos paralelos a los dedicados a la evolución misma.

Creo que los maestros encontrarán la información contenida en este libro fascinante y útil para lograr los objetivos asociados con la preparación de la enseñanza de la biología, junto a los conocimientos necesarios sobre el contenido de la genética y la evolución, y cuestiones pedagógicas relacionadas, como la importancia del uso de las idas previas en la enseñanza. Si Dobzhansky nos dice que nada tiene sentido en biología sin evolución, yo añadiría que nada relacionado con el mecanismo de la evolución tiene sentido sin la genética. La educación en biología se basa en experimentar y comprender los pilares gemelos de la evolución y la genética, y este libro Enseñar Genetica y Evolucion para la Alfabetización Científica demostrará ser una valiosa guía para los maestros y sus estudiantes en la búsqueda de esta comprensión.

William F. McComas

Parks Family Distinguished Professor of Science Education

University of Arkansas, Fayetteville USA

PREFACIO

Antecedentes

Actualmente nos parece imprescindible que la Ciencia —y la biología en particular— pueda ayudar a los estudiantes a convertirse en ciudadanos ilustrados que adopten decisiones cruciales para su vida y para la sobrevivencia de la especie basándose en la evidencia que día a día se genera a través del trabajo científico. En tiempos en que los científicos nos alertan con certeza que el calentamiento global y el cambio climático amenazan nuestra continuidad como especie (Ripple et al., 2020) y que nuevas enfermedades hacen que nuestro supuesto bienestar económico y social se vea cuestionado como nunca antes en nuestra historia reciente, creemos que la alfabetización científica es la única forma en que podemos hacer frente a las falsas noticias que navegan en el espacio virtual y a las políticas de gobiernos que no toman en cuenta los datos y las ideas generadas por la Ciencia.

Si bien este camino entre la Ciencia y la sociedad lo pueden transitar científicos con genuina preocupación por la población o divulgadores que han hecho de su carrera investigativa una vía de conexión entre la academia y la gente, creemos que los principales responsables de alfabetizar a las personas somos los educadores.

Los profesores de Ciencia y de biología son, en efecto, los llamados a generar oportunidades de aprendizaje para que sus estudiantes logren descubrir y comprender la belleza de la evolución y la herencia. Son los profesores de biología los llamados a formar estudiantes que puedan usar dichos conocimientos para articular argumentos en contra del racismo, que vemos hoy más vigente que antes, o para explicar por qué muchas de nuestras enfermedades son producto de un ambiente posmoderno para el cual nuestro cuerpo paleolítico no está adaptado (Spotorno, 2019). Por último, son los profesores de biología los llamados a alentar a los estudiantes a tomar acciones concretas destinadas a aportar en la resolución de problemas socio científicos (extinción de especies, uso de pesticidas y otros compuestos químicos en la producción de alimentos, etc.), locales y nacionales, que podrían tener relación con los diferentes contenidos biológicos revisados en la educación en ciencias que les ofrecemos y les imponemos.

Pero sabemos que no es posible el logro de ciudadanos científicamente alfabetizados en aulas donde se realiza una enseñanza tradicional, centrada en los contenidos y en el profesor como su trasmisor erudito. Por lo tanto, sabemos asimismo que los nuevos cambios curriculares, por ejemplo, la creación de la nueva asignatura de Ciencias para la Ciudadanía, pueden convertirse en una gran oportunidad para conseguir ese logro, siempre y cuando los profesores tengan el tiempo suficiente y las herramientas necesarias para aprovecharla. En este contexto, creemos que la presente obra puede ser un aporte para los maestros que hoy se ven enfrentados a estas tensiones en la enseñanza de la biología a nivel secundario. Este libro, que ha sido el fruto de casi una década de trabajo e investigación de un número importante de académicos, profesores de escuela y estudiantes de pedagogía en biología, está pensado, especialmente, por y para los profesores de biología que se enfrentan al desafío de la alfabetización en genética y evolución. Como dijo Roger Bybee (1982) hace casi 40 años: "En la educación científica ya no podemos disfrutar del esplendor del pasado... de enfoques tradicionales y los programas del ayer. Resistir la necesidad de cambiar nuestra enseñanza significa que el futuro se presentará como un laberinto de problemas sin poder resolver" (p. 345).

Descripción y finalidad de este libro

Orientado entonces hacia una enseñanza de la biología para una nueva ciudadanía, el objetivo de este libro es ofrecer, tanto a profesores en formación como en servicio, una serie de conocimientos teóricos y prácticos que pueden ser útiles para lograr la alfabetización genética y evolutiva en los estudiantes. Tomando como marco teórico el conocimiento pedagógico del contenido (CPC), es decir, aquel conocimiento sobre la enseñanza de la asignatura del profesor (en este caso dos ramas de la biología), sus distintos capítulos transitan a través de la revisión de aspectos centrales en la enseñanza de la biología, para dar paso a secciones que examinan temas específicos de la enseñanza de la genética y la evolución.

Así, la Parte I incluye seis capítulos que, a nuestro entender, son cruciales en la educación en ciencias y que sirven para apoyar una enseñanza efectiva de la evolución y la genética. En el Capítulo 1 se explica brevemente lo más relevante del concepto del CPC, creado (¡y no descubierto!) por Shulman (1986) hace más de 30 años. La lectura de este capítulo permite comprender la lógica del libro, en particular las parte II y III, enfocadas en el CPC de genética y de evolución, respectivamente, así como los capítulos relacionados con la formación docente de la parte IV. En el Capítulo 2, se revisan las bases neurobiológicas del aprendizaje, junto con dos temas centrales de la educación en ciencias en la actualidad: el estudio de las concepciones previas de los estudiantes y la teoría del cambio conceptual. Leer este capítulo permite al lector comprender más cabalmente los capítulos dedicados a las preconcepciones de genética y evolución. El Capítulo 3 revisa el concepto de las Grandes Ideas de la Ciencia, uno de los pilares de nuestro nuevo currículum, y además se describen experiencias de aula acerca de cómo implementarlas. Agreguemos, por otra parte, que este capítulo está en consonancia con los capítulos que se refieren a las grandes ideas de la genética y la evolución. En el Capítulo 4, se trata otro tema fundamental en la educación en ciencias y en nuestro currículum nacional: la naturaleza del conocimiento científico, o también conocido como la Naturaleza de la Ciencia. Este concepto es crucial para la enseñanza y la comprensión de la teoría de la evolución, como se verá en los capítulos dedicados a estos temas en la parte III. El Capítulo 5 examina la argumentación científica como una estrategia de enseñanza que no solo permite una mejor comprensión de contenidos, como la genética y la evolución, sino que desarrolla igualmente habilidades científicas esenciales para lograr la alfabetización científica y una ciudadanía efectiva. Termina esta parte con el Capítulo 6, dedicado a otro componente esencial de la educación en ciencias y de nuestro currículum: la indagación científica como estrategia de enseñanza y como producto de aprendizaje. Dado que esta es una de las estrategias que se ha descrito como más eficaz para la enseñanza de la genética y la evolución, este capítulo es esencial para comprender en mejor forma aquellos capítulos de las partes II y III, que están centrados en estos temas.

La parte II y la parte III siguen la lógica de revisar el conocimiento que el profesor necesita para enseñar en buena forma el contenido de genética y de evolución, respectivamente. De acuerdo con el modelo de CPC revisado en el Capítulo 1, aquí podemos reconocer capítulos que examinan: el contenido, el currículum, las concepciones previas, las estrategias de enseñanza y la evaluación de ambos contenidos. La parte II comienza con el Capítulo 7, en el cual se consideran las grandes ideas de la genética que debe saber el profesor, con especial énfasis en aquellos problemas que nos afectan en nuestra vida diaria. Este capítulo, además, realiza una descripción histórica de la generación de las diferentes ideas que hoy en día son la base de los temas de herencia y variación. En el Capítulo 8 se revisa el conocimiento del currículum de genética, en estructura y secuencia, presente en Chile y en el resto del mundo. Especial énfasis se da a la relación y secuencia de la genética molecular y la mendeliana, así como a la variabilidad y otros temas genéticos que pueden ser de importancia para la comprensión de la Biología. En el Capítulo 9 se tratan las concepciones previas más importantes y frecuentes de los estudiantes, y que el profesor debería conocer para planificar su enseñanza y evaluación. En el Capítulo 10 se profundiza en las diferentes estrategias de enseñanza para desafiar las ideas previas de los estudiantes sobre la herencia, con especial énfasis en la modelación y la argumentación. El Capítulo 11 aborda el problema de cómo evaluar el progreso en la adquisición del conocimiento científico por parte del estudiante, así como su capacidad de aplicar conocimientos genéticos en su vida diaria.

En la parte III se sigue la misma lógica que en la parte anterior. El Capítulo 12 tiene que ver con las grandes ideas de la evolución y su influencia en la vida diaria. Se revisan en él una gran cantidad de ejemplos de adaptaciones y malas adaptaciones humanas, cuyo conocimiento aproxima la teoría evolutiva a los estudiantes. El Capítulo 13 examina el conocimiento curricular asociado a la evolución, tanto a nivel nacional como internacional. Se discute en él la ubicación del contenido de genética y su relación con la comprensión de la evolución, así como otros aspectos importantes en términos de la composición y secuencia curricular del contenido evolutivo. En el Capítulo 14 se analizan las preconcepciones más prominentes relacionadas con la evolución, las que se pueden asociar al mecanismo de selección natural, al proceso de evolución en sí y al estatus de la teoría como conocimiento científico válido. El Capítulo 15 revisa las estrategias más importantes para la enseñanza de la evolución, incluyendo el trabajo con la naturaleza de la ciencia, la evolución humana, la indagación y el contexto de la vida cotidiana. En el Capítulo 16 se analizan los instrumentos más utilizados para evaluar la calidad de las explicaciones de los estudiantes en relación con la selección natural, y que los profesores deberían manejar para monitorear el aprendizaje. A modo de conclusiones, en la parte IV se examina tanto la formación inicial de profesores de biología (Capítulo 17) como la formación continua (Capítulo 18), tomando como ejemplos el desarrollo de los conocimientos disciplinares y pedagógicos de la genética y la evolución.

Esperamos que todos los temas revisados en este libro sean, efectivamente, una ayuda y un apoyo para los profesores de biología, tanto en ejercicio como en formación, que quieran lograr la alfabetización científica de sus estudiantes en estos dos ámbitos tan importantes de la Biología.

Hernán Cofré Mardones

Claudia Vergara Díaz

Ángel Spotorno

Referencias

Bybee, R. (1982). Citizenship and Science Education. American Biology Teacher, 44, 6, 337–345.

Ripple, W.J., Wolf, C., Newsome, T.M., Barnard, P., Moomaw, W.R. (2020). World scientists warning of a climate emergency. BioScience, 70, 8–12.

Shulman, L. S. (1986). Those who understand: Knowledge growth in teaching. Educational Researcher, 15(2), 4–14.

Spotorno, A. (2019). Evolución Humana. Adaptaciones y Maladaptaciones. Editorial Latinoamericana.

AGRADECIMIENTOS

Este libro está dedicado en memoria de nuestro amigo y colega Norman Lederman, quien hizo un aporte invaluable a la educación en ciencia en Chile y el mundo.

Ante todo, queremos agradecer a los autores de los diferentes capítulos por su valioso aporte a esta obra. Sin su desinteresada contribución, este libro no se podría haber llevado a cabo.

En seguida, agradecemos a todos aquellos amigos y colaboradores que aportaron en la edición y revisión del primer manuscrito elaborado. Especial mención en tal sentido debemos hacer a Viviana Donoso Díaz por sus incansables revisiones de estilo, formato de figuras y compaginación de los diferentes capítulos. Sin su apoyo y dedicación este libro no se habría terminado. A Valentina Cofré Vergara por su apoyo en la realización de una gran cantidad de figuras originales y modificadas que nos enviaron los autores, así como del primer diseño de la portada de este libro. A Carlos Donoso Pacheco, quien revisó la ortografía, la gramática y el estilo del manuscrito. Magdalena Santibáñez Mellado también aportó con el diseño de dos figuras del libro.

Igualmente, agradecemos a los profesores y profesoras que han trabajado con nosotros en los diferentes proyectos que hemos realizado desde el año 2013. Sin sus aportes, ideas, críticas, vistos buenos y entusiasmo en la realización y aplicación de actividades, nunca podríamos haber generado el conocimiento que hoy presentamos en esta obra.

También queremos agradecer todo el apoyo recibido en recursos necesarios para esta publicación, provenientes de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Especialmente, deseamos manifestar nuestra gratitud hacia el director del Magister en Didáctica de las Ciencias Experimentales, Dr. Waldo Quiroz, y a la directora del Instituto de Biología, Dra. Vitalia Henríquez. También agradecemos el apoyo del Centro de Investigación en Didáctica de las Ciencias y educación STEM y el aporte del proyecto Fondecyt Regular N° 1181801, sin el cual no se podría haber concretado esta obra. Dejamos igualmente constancia de nuestro agradecimiento al proyecto MEC 80180066 (Concurso Atracción Capital Humana Avanzado del Extranjero – Modalidad Estadías Cortas) que permitió la visita del Dr. Dirk Krüger al Instituto de Biología de la PUCV y dio comienzo a la escritura de este libro.

Finalmente, Hernán Cofré y Claudia Vergara agradecen a sus hijos Tomás y Valentina por todo su apoyo y comprensión durante la escritura y revisión de este libro. Gracias por acostumbrarse (¡no adaptarse!) al ambiente de papers, clases, reuniones, congresos y conversaciones sobre biología, educación, didáctica y science education. Los queremos mucho.

Capítulo 1

Enseñanza de la Biología y Conocimiento Pedagógico del Contenido: una introducción

Claudia Vergara¹, Hernán Cofré² y David Santibáñez³

Resumen

En este Capítulo se revisa la evolución del modelo teórico Conocimiento Pedagógico del Contenido (CPC), como marco referencial que estructura este libro. En una primera parte explicamos el origen del CPC, su conexión con la Didáctica de las Ciencias o la Educación Científica y porqué es importante para el logro de la alfabetización científica. En el desarrollo del capítulo hacemos una revisión sucinta de los modelos más importantes de CPC, desde lo propuesto por Shulman en 1986 hasta el último modelo desarrollado el año 2019 por varios autores: Modelo de Consenso Refinado (MCR). Entre ellos, se describen: el modelo de Magnusson, Krajcik, y Borko (1999), de los cinco componentes (estudiantes, estrategias, currículum, evaluación y orientaciones); el modelo hexagonal de Park y Oliver (2008), el cual suma al modelo anterior un sexto componente de autoeficacia; y el modelo de Consenso de Gess-Newsome (2015), el cual incorpora los componentes del CPC en un marco conceptual más amplio, relacionándolo con otros conocimientos: del profesor (Shulman), la práctica y el desempeño de los estudiantes. De acuerdo con el análisis de estos modelos, se argumenta porqué se adoptó el modelo de Magnusson para organizar este libro. Al finalizar, discutimos brevemente los aportes del modelo CPC a la formación de los docentes de ciencia y a la comprensión de la relación entre el aprendizaje de los estudiantes y otros elementos de la práctica docente.

1. Introducción

Imagine que en el colegio o escuela donde usted hace clases, el director le dice que la próxima semana llegará una persona a remplazar a su colega, la profesora de Biología de primero y segundo medio, que está con una licencia larga de un mes. Usted se sorprende cuando el director le explica que la remplazante no es en verdad una profesora de Biología, sino una agrónoma. Ahora bien, usted puede pensar un momento en qué conocimientos necesita tener esta profesional para poder realizar su tarea de forma exitosa. O, mejor aún, podría pensar en qué tipo de consejos le daría a esta persona para que pueda realizar buenas clases de Biología en los primeros y segundos medios que tendrá a su cargo. O quizá usted podría pensar que una de las cosas más importantes es que la profesora conozca a los estudiantes, y le diría que revise sus notas, fichas personales, información de su familia, entre otras cosas. Puede que usted le sugiera que revise también los contenidos de los niveles que tendrá a cargo, ya que no necesariamente todos esos contenidos de biología son conocidos por una agrónoma. Es posible que usted le sugiera, asimismo, que se informe sobre el contexto de la escuela o colegio, por ejemplo, a través de la lectura del proyecto educativo del establecimiento. Es probable igualmente que usted le diga a la persona que estará encargada de enseñar evolución y genética ese semestre que una de las cosas más importantes es conocer qué saben los estudiantes sobre los contenidos que enseñará, y ¿cuáles son sus creencias?, por ejemplo, acerca de cómo se heredan los rasgos y cómo cambian las especies. Finalmente, tal vez usted converse con su nueva colega sobre cuál es el real objetivo de enseñar Biología o ciencias en general: la alfabetización científica. Este término tan conocido para los profesores de ciencias, puede que no sea conocido por su nueva colega.

Que los estudiantes puedan utilizar sus conocimientos de biología para tomar decisiones personales relacionadas con su salud o con el medio ambiente, y no solamente para pasar un examen, es quizá lo más importante que esta nueva profesora debe comprender.

En la Tabla 1.1 se muestran los diferentes conocimientos que usted anotó o pensó, o los temas que la persona encargada de hacer las clases de biología durante el próximo mes debe manejar. Estos conocimientos, en el marco conceptual generado por Shulman hace ya más de tres décadas (Shulman 1986, 1987), pertenecen a diferentes dominios de saber profesional. Uno de ellos es el que se conoce como Conocimiento Pedagógico del Contenido (conocido también en la literatura anglosajona como PCK, de Pedagogical Content Knowledge), el cual ha sido sugerido por los investigadores de la enseñanza de las ciencias como uno de los más importantes. Este CPC, o conocimiento sobre cómo enseñar un determinado contenido, es el tema principal de este libro. Una de las primeras características que han reconocido los investigadores en didáctica es que este CPC es específico para cada materia o contenido. Es decir, algunos profesores pueden tener mucha experiencia o saber muy bien cómo enseñar célula, pero esto no los hace, necesariamente, expertos en cómo enseñar ecología o evolución. Por esta razón, este libro se enfoca en los conocimientos que los profesores de biología deberían manejar y demostrar en dos temas específicos: genética y evolución.

Tabla 1.1 Tipos de conocimientos del profesor y la profesora según Shulman (1987).

2. Desarrollo

Antes de explicar con mayor profundidad qué es el CPC y por qué es importante comprenderlo en el contexto de este libro y de la enseñanza de la evolución y la genética, haremos una mención a su relación con la disciplina que lo estudia y busca desarrollarlo. La educación científica, educación en ciencias o didáctica de las ciencias, es una ciencia social que tiene por objeto de estudio los procesos de enseñanza y aprendizaje de las ciencias, y cuya finalidad última es la alfabetización científica de todos los estudiantes. Dado que tanto en Chile como en Latinoamérica existe una gran influencia del concepto de didáctica del contenido utilizado en la tradición alemana (ej., van Dijk y Kattmann, 2007) o simplemente como didáctica en la tradición hispanofrancesa (ej., Garritz, 2011), el desarrollo del CPC de los profesores de ciencias, lo podemos asociar a esta parte de la formación profesional (Vergara y Cofré, 2014). En palabras simples, en este libro hemos querido enfocarnos en el conocimiento y las habilidades que se desarrollan para enseñar (CPC), más que en la disciplina científica que se dedica a su estudio (Didáctica o Pedagogía en la tradición anglosajona). Como el concepto de CPC fue acuñado en esta última tradición, entendemos que lo Pedagógico del CPC se refiere más bien a lo didáctico y por ello se puede entender que autores españoles y latinoamericanos también hablen de conocimiento didáctico del contenido o CdC. En este libro, seguiremos más bien la traducción estricta del inglés y nos referiremos entonces al Pedagogical Content Knowldege (PCK) de Shulman, como Conocimiento Pedagógico del Contenido o CPC.

2.1 ¿De qué hablamos cuando decimos CPC?

Determinar qué sabemos los profesores y cómo usamos este conocimiento en nuestras prácticas ha sido de gran interés para los investigadores en las últimas décadas. Así, en un principio fue Shulman (1987) quien propuso siete categorías de conocimientos que se podían reconocer en los profesores (Tabla 1.1). De ellos, el conocimiento pedagógico del contenido (CPC) sería un conocimiento propio y que distingue al profesor o profesora de un especialista en la temática; es decir, dicho conocimiento distingue al profesor o profesora de Biología del biólogo o licenciado en biología. Para Shulman (1986), el CPC abarca el conocimiento de las formas de representar y formular un tema haciéndolo comprensible para otro, comprensión que hace que el aprendizaje de temas específicos sea fácil o difícil: las concepciones y preconceptos que los estudiantes de diferentes edades y antecedentes traen consigo al aprendizaje de los temas y lecciones que se enseñan con más frecuencia. A partir de lo anterior, comenzaron a surgir algunas interrogantes respecto de este CPC. Así, por ejemplo, surgió la pregunta: ¿Es este CPC un cuerpo de conocimiento diferente y único? Shulman (1987) planteó que el CPC es una de las siete categorías de conocimiento que tiene un profesor, y este puede emerger y crecer en la medida que la o el docente sea capaz de transformar su conocimiento del contenido (CD) con el fin de enseñarlo a determinados estudiantes. Sin embargo, otros autores han puesto en duda si este CPC puede distinguirse de las otras categorías de conocimiento, como por ejemplo el conocimiento de contenido. Para otros, como Magnusson, Krajcik y Borko (1999), el CPC es una categoría distinta de conocimiento, más elevada, y no corresponde a la suma de los tipos de conocimiento señaladas por Shulman. Según estos autores, creadores de uno de los modelos más influyentes de las últimas dos décadas (Chan y Hume, 2019), se pueden reconocer subconocimientos o componentes dentro del CPC. Ellos conceptualizaron el CPC sobre la base de cinco componentes: (a) orientaciones hacia la enseñanza, (b) conocimiento del currículum, (c) conocimiento de la evaluación, (d) conocimiento de la comprensión de los estudiantes y (d) conocimiento de las estrategias de enseñanza (Figura 1.1).

El modelo de Magnusson (como se conoce actualmente) se hizo popular, posiblemente, por el hecho de que proporciona categorías discretas fácilmente identificables y, por tanto, ideales para ser usadas en instrumentos de evaluación del CPC. Por ejemplo, una de las revisiones de CPC de ciencias más citadas, escrita por Sandra Abell (2007), aparece organizada sobre la base de los componentes del modelo de Magnusson, volviendo a servir de referente en la revisión más reciente de van Driel, Berry y Meirink (2014). Desde entonces, un sinnúmero de especialistas ha usado el modelo de Magnusson (al menos seis grupos de investigación según Kind [2015]) para caracterizar el CPC de estudiantes de pedagogía y profesores en ejercicio. De hecho, según la reciente revisión de Chan y Hume (2019), en los últimos 10 años (2008 – 2018), de los casi 100 artículos publicados sobre CPC, cerca del 50% ha utilizado el modelo de Magnusson o modificaciones de él. Como muestra la Figura 1.1, este es un modelo que se enfoca en distinguir cuatro subconocimientos o componentes que, de una u otra forma, recuerdan algunos de los conocimientos descritos originalmente por Schulman, pero ahora en el contexto del contenido específico de ciencia, o en nuestro caso, biología.

Por ejemplo, en la enseñanza de la evolución, el modelo propone que hay un conocimiento específico sobre el currículum de Biología (como saber lo complicado o no que puede ser enseñar evolución sin haber visto antes genética) que deberían tener los profesores (ver Capítulo 13 de este libro). Lo mismo en cuanto a que existe un conocimiento específico sobre las preconcepciones que tienen los estudiantes en el tema de la evolución (ver Capítulo 14 de este libro). Un tercer componente, dentro del CPC de evolución, sería saber cómo evaluar si el estudiante aprendió o no el modelo de selección natural (ej., saber que la capacidad de explicar una adaptación por selección natural depende del contexto de la especie y el rasgo) (ver Capítulo 16 de este libro). Finalmente, uno de los componentes más estudiados (junto a la comprensión de los estudiantes) en la literatura de CPC es el conocimiento sobre las estrategias de enseñanza, en este caso de la evolución (ej., saber que los modelos desconectados de la realidad [material concreto simulando picos de pájaros y su alimento] son contraproducentes, pues mantienen la preconcepción de los estudiantes que creen que la evolución no existe) (ver Capítulo 15 de este libro).

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Figura 1.1 Componentes del CPC para la enseñanza de la ciencia según el modelo de Magnusson et al. (1999). En general, las orientaciones de la enseñanza, es decir, cuál es el motivo por el cual enseñar el contenido, se asume como un metacomponente que interacciona con los otros cuatro.

2.2 La evolución del modelo de CPC: del saber, al saber hacer y al saber que lo sé hacer

Desde los inicios de la investigación en CPC surgió la pregunta que buscaba comprender lo que el profesor hace, como también acerca de los elementos que considera en la toma de decisiones previa a la enseñanza (Loughran, Mulhall y Berry, 2008). Así, se ha definido un CPC declarativo, relativo a la forma de resolver la serie de tareas en el proceso de preparación de la enseñanza. Es la manera en que el profesor hace uso de su conocimiento previo para indicar cómo hará frente a la enseñanza de un determinado contenido científico. El CPC procedimental, en cambio, alude a las acciones que el profesor exhibe durante la enseñanza; por ejemplo, al interior de una sala de clases (Schmelzing et al., 2013). Otros autores han descrito esta distinción como el CPC on action (sobre la acción) y el CPC in action (en acción) (Park y Oliver, 2008). Estas últimas autoras generaron una nueva versión del modelo de Magnusson, la cual incluye los cinco componentes originales en la periferia de un hexágono, dejando en el centro al CPC (el declarativo y el procedimental) como producto de la integración de los componentes y la reflexión sobre la acción y en la acción de la práctica. El sexto componente que ellas incluyeron es un elemento afectivo, la autoeficacia del profesor, que sería específica del contexto. Esta autoeficacia es definida en esta investigación como la creencia