Diseño y validación de metodologías didácticas aplicadas en el aula de educación primaria para mejorar el dominio cognitivo y emocional en la enseñanza/aprendizaje de competencias stem

Resumen

La presente Tesis Doctoral se enmarca dentro de la línea de investigación enfocada al desarrollo, implementación y validación de recursos didácticos basados en la educación integrada en STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) para mejorar la enseñanza científico-tecnológica desde las primeras edades educativas. Hoy en día, un objetivo importante de la enseñanza de las ciencias es educar a ciudadanos conscientes del potencial y las limitaciones del conocimiento científico y tecnológico, capaces de reflexionar de forma crítica sobre el mundo que les rodea y de tomar decisiones responsables e informadas sobre cuestiones relacionadas con sus vidas. Sin embargo, las pruebas empíricas demuestran que los niveles de alfabetización científica de la población en general son bajos, lo que hace que nos preguntemos sobre las competencias que tienen los ciudadanos para tomar decisiones sobre cuestiones que emanan de la ciencia, pero cuyas consecuencias (sociales y humanas) van mucho más allá. En consecuencia, para mejorar la calidad general de la educación en el ámbito científico-tecnológico muchas instituciones y estudios han desarrollado programas y estrategias basadas en la enseñanza de las áreas STEM debido a los múltiples beneficios que proporciona este tipo de enseñanza interdisciplinar. Dado el aumento del número de instituciones académicas que ofrecen este tipo de actividades de divulgación de STEM, es importante evaluar su eficacia para poder ser implementadas en la educación formal. Basándonos en este contexto, la presente investigación pretende contribuir al área de Didáctica de las Ciencias Experimentales mediante dos objetivos generales. El primer objetivo ha sido diagnosticar y valorar el dominio cognitivo y el dominio afectivo del alumnado de Educación Primaria y del maestro en formación ante la enseñanza-aprendizaje de las áreas STEM. El segundo objetivo ha estado dirigido a diseñar, implementar y validar talleres integrados en STEM para la enseñanza de contenidos científico-tecnológicos en Educación Primaria. Para la consecución de estos objetivos generales se han formulado unos objetivos específicos y unas hipótesis de investigación. Asimismo, se ha contado con diferentes muestras objeto de estudio. Específicamente, se ha tenido acceso a 2417 alumnos de distintos niveles de la etapa primaria y a 606 estudiantes del Grado en Educación Primaria. Estas muestras se dividieron en diferentes grupos constituyéndose submuestras en función de las fases de la investigación y de las hipótesis a contrastar en cada una de ellas. El diseño de la investigación ha variado en función de las variables a analizar en base a los objetivos específicos que se perseguían en cada fase. En el caso del análisis del tratamiento de los conceptos de fuerzas y máquinas en el actual currículo de educación, correspondiente a la fase de diagnóstico, se ha seguido un diseño de tipo exploratorio, descriptivo y transversal, con un análisis de datos cualitativo. Por otro lado, para el análisis de las variables nivel de conocimiento, nivel de competencia STEM o las variables del dominio afectivo, consideradas en la fase de diagnóstico, se ha seguido un diseño cuasi experimental con fin exploratorio, descriptivo y transversal. Por último, para las fases de implementación y validación de los talleres STEM se ha seguido un diseño cuasi experimental con enfoque cuantitativo y longitudinal utilizando grupos de control, grupos experimentales, Pre-test y Post-test. En estas fases, se ha comparado la variable nivel de conocimiento en función de la variable metodología didáctica. Los instrumentos de medida utilizados para la toma de datos han sido de elaboración propia y diseñados en base a investigaciones previas, llevándose a cabo las pruebas de confiabilidad y poder discriminatorio para la validación de los mismos. El análisis estadístico descriptivo e inferencial de los datos obtenidos en la fase de diagnóstico revelan la existencia de bajos niveles de conocimiento STEM en el alumnado de primaria y en los maestros en formación. Se observa que algunas ideas alternativas sobre fuerzas y máquinas perduran en el tiempo, ya que son detectadas tanto en el alumnado de primaria como en los futuros maestros. Asimismo, se observan bajos niveles de competencia en STEM en ambas muestras de estudio, vinculado probablemente con el bajo dominio de los contenidos científico-tecnológicos. Con respecto a las variables del dominio afectivo, se observa un notable descenso en la manifestación de emociones positivas a lo largo de la escolarización, siendo los contenidos de Física y Química y Matemáticas en los que se acentúan las emociones negativas. No obstante, los resultados sugieren que las emociones negativas hacia las áreas STEM pueden erradicarse mediante metodologías activas que permitan la participación de los escolares en el proceso educativo. Los resultados obtenidos en la fase de diagnóstico han servido como base para la fase de diseño, implementación y validación de los talleres STEM. Las intervenciones realizadas con los maestros en formación, utilizando la metodología integrada en STEM, han producido notables mejoras en su dominio cognitivo y en su autoeficacia docente, pues aumenta favorablemente el nivel de conocimientos inicial, y sus capacidades didácticas tras las intervenciones. Por otro lado, las intervenciones realizadas con los alumnos de primaria también validan la eficacia de los talleres STEM. Los alumnos del grupo experimental, que aprendieron los contenidos mediante un taller STEM, han asimilado de forma más satisfactoria los conocimientos, adquiriendo un aprendizaje significativo respecto al alumnado de los grupos de control. Asimismo, aun sabiendo que el alumnado de primaria manifiesta generalmente emociones positivas hacia el aprendizaje científico-tecnológico, se observan mejores resultados emocionales y actitudinales en el alumnado de los grupos experimentales que aprendió los contenidos mediante talleres STEM. Finalmente, consideramos que los talleres STEM diseñados en la presente Tesis Doctoral tienen un impacto positivo en los estudiantes al favorecer la alfabetización científica, así como en las vocaciones científico-tecnológicas desde las primeras edades escolares.