Conocimiento Didáctico del Contenido : el caso de la Biotecnología

1. Conocimiento Didáctico del Contenido: el caso de la Biotecnología Seminari de Formació per a l'  Ensenyament de les Ciències Barcelona, CaixaForum, 14 de maig de 2008 Patricia Velázquez1 y Andoni Garritz2 1 Colegio de Ciencias y Humanidades-Azcapotzalco 2 Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México.

2. Una aclaración El concepto «Conocimiento didáctico del contenido» fue intro-ducidoen España por Carlos Marcelo, en Sevilla, y Vicente Mellado, en Extremadura en 1993. Yo siempre le he llamado «Conocimiento pedagógico del con-tenido», igual que su creador Lee Shulman, que lo bautizó co-mo«Pedagogical Content Knowledge». Desconocía la interpretación que se da en Europa a la peda-gogía, pero me parecen muy respetables las razones de Vicente y por eso hoy utilizaré aquí su término. REFERENCIAS Marcelo, C. (1993). Cómo conocen los profesores la materia que enseñan. Algunas contribuciones de la investigación sobre Conocimiento Didáctico del Contenido. En L. Montero y J. M. Vez (eds.): Las didácticas específicas en la formación del profesorado (pp. 151-186). Santiago: Tórculo. Mellado, V. y Carracedo, D. (1993). “Contribuciones de la filosofía de la ciencia a la didáctica de la ciencia”, Enseñanza de las Ciencias,11(3), 331-339.

3. Shulman (1986) introdujo el Pedagogical Content Knowledge (PCK) como un conocimiento específico, uno “que va más allá del conocimiento de la disciplina en sí, hacia la dimensión del conocimien-to disciplinario para la enseñanza”. El CDC es “una comprensión del profesor de cómo ayudar a sus estudiantes a entender un concepto específico” (Magnussonet al., 1999). Conocimiento Didáctico del Contenido (CDC) REFERENCIAS Shulman, L. S. (1986). Those Who Understand: Knowledge Growth in Teaching, Educational Researcher, 15(2), 4–14. Magnusson, S., Krajcik, J. and Borko, H. (1999). Nature, sources, and development of the pedagogical content knowledge for science teaching. In J. Gess-Newsome, and N. G. Lederman (Eds.). Examining pedagogical content knowledge. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer.

4. El CDC • Categoría teórica de la investigación de la enseñanza, intro-ducida por Lee S. Shulman. • Como categoría de conocimiento, involucra los saberes que le permiten al docente hacer enseñable el contenido. • Componentes fundamentales en el CDC: • el conocimiento de las representaciones del tema especí-fico más adecuadas para la enseñanza y • el entendimiento de dificultades específicas en el aprendi-zaje y las concepciones estudiantiles. • El CDC presenta un proceso muy difícil de poder documen-tar, reconocer y retratar, porque es un conocimiento tácito, una construcción interna del docente. REFERENCIAS Shulman, L. S. (1987). Knowledge and Teaching: Foundations of the New Reform, Harvard Educational Review57(1), 1–22.

5. A) Visión y propósito de la enseñanza de la ciencia B) Conocimiento y creencias sobre el currículo de ciencia C) Conocimiento y creencias acerca del entendimiento estudiantil sobre tópicos específicos de ciencia D) Conocimiento y creencias sobre evaluación en ciencia E) Conocimiento y creencias sobre estrategias instruccionales para enseñar ciencia Cinco componentes del CDC de acuerdo con Magnusson et al. (1999)

6. Tomado y adaptado de Shulman (1987, p. 15)

7. CDC • Vicente Talanquer insiste en que transformar el conocimiento disciplinario en formas significativas para los estudiantes requiere que el docente cultive el CDC, es decir, que: • Anote las ideas, conceptos y preguntas centrales asocia-dos con un tema. • Reconozca las dificultades conceptuales de los alumnos. • Identifique preguntas, problemas o actividades que obli-guen al estudiante a reconocer y cuestionar ideas previas. • Seleccione experimentos, problemas o proyectos que per-mitan que los estudiantes exploren conceptos centrales. • Construya explicaciones, analogías o metáforas que facili-ten la comprensión de conceptos abstractos. • Diseñe actividades de evaluación que permitan la apli-cación de lo aprendido en la resolución de problemas en contextos realistas y variados. PARA MÁS INFORMACIÓN... Talanquer, V. (2004). Formación docente: ¿Qué conocimiento distingue a los buenos maestros de química?, Educación Química 15(1), 52-58.

9. 1 Documentar y retratar el CDC de un tópico específico de la ense- ñanza del bachillerato: la «biotecnología» 3 Emplear el MPC de Mortimer para caracterizar la enseñan- za con énfasis en las estrate- gias epistemológicas de los profesores. 2 Identificar los problemas asociados con el aprendi- zaje estudiantil alrededor de este concepto. Las motivaciones de esta investigación son:

10. Objetivo de la investigación • En este estudio obtuvimos la base de conocimien-tos de dos profesores del bachillerato y dos de la educación superior alrededor del tópico de la «bio-tecnología», para la enseñanza del bachillerato. • Nuestro principal resultado fue la Representación del Contenido (ReCo) de Loughranet al. (2004) de los cuatro profesores y examinar esas ReCos con-tra cuatro zonas seleccionadas del Modelo de Perfil Conceptual (MPC) de Mortimer (1995), para hacer una comparación epistemológica entre ellas. REFERENCIAS Loughran, J. J., Mulhall, P. and Berry, A. (2004). In Search of PCK in Science: Developing Ways of Articulating and Documenting Professional Practice. JRST, 41(4), 370-391. Mortimer, E. F. (1995). Conceptual Change or Conceptual Profile Change? Science & Education, 4, 267-285.

11. Revisión bibliográfica • El término “biotecnología” es relativamente nuevo para el gran público. Pero ya está presente en la vida cotidiana. Su socializa-ción, a través de los medios de comunica-ción, nos ha dado una serie de términos que no eran de uso común como el de clo-nación, ingeniería genética, transgénicos, etc. (Aznar, 2000). REFERENCIAS Aznar, V. (2000) “¿Qué sabemos sobre biotecnología?”, Alambique, 25, 9-14.

12. Definición de biotecnología • Hay quienes emplean una definición “tradicio-nal” de biotecnología, como la técnica para fabricar alimentos, como quesos, yogurt, pan, vino, cerveza, etc.: • La aplicación de principios científicos y de ingenie-ría al tratamiento de materias por agentes biológi-cos y el tratamiento de los materiales biológicos pa-ra mejorar la calidad de vida. (New ZealandBiotechnologyAssociation, 1995)

13. Definición (2) • Y los hay quienes se involucran en una definición más moderna, que incluye las técnicas de la ingeniería genética: • La biotecnología es el uso tecnológico de los organismos vivos para elaborar o modificar productos, mejorar plantas o animales, para desarrollar microempresas u organismos para usos específicos o para proporcionar bienes y servicios. (Eichelbaumet al., 2001)

14. Simonneaux ha analizado hasta qué punto estas innovacio-nes en la investigación científica han afectado a los conoci-mientos que el público y los adolescentes, en particular, po-seen sobre esta materia. De estos estudios se deduce que un alto porcentaje conocen la terminología relacionada con la biotecnología, aunque esto no es indicativo del nivel de comprensión de los conceptos que hay detrás. • Adicionalmente, este autor recomienda emplear el tema para debatir en la clase (Simonneaux, 2000 a y b; 2001; 2002). REFERENCIAS Simonneaux, L. (2000a). A study of pupils’ conceptions and reasoning in connection with ‘microbes’, as a contribution to research in biotechnology education. International Journal of ScienceEducation, 22(6), 619-644. Simonneaux, L. (2000b). Cómo favorecer la argumentación sobre biotecnologías entre el alumnado, Alambique, 25, 27-44. Simonneaux, L. (2001). Role-play or debate to promote students’ argumentation and justification on an issue in animal transgenesis. International Journal of ScienceEducation, 23(9), 903-927. Simonneaux, L. (2002). Analysis of classroom debating strategies in the field of biotechnology. Journal of Biological Education, 37(1), 9-12.

15. El concepto de biotecnología resulta familiar, pe-ro no así sus aplicaciones y procesos concretos, sobre todo los más modernos, entre los que des-tacan la modificación genética de alimentos y la clonación (Mysliwiec, 2003). • Venville y Treagust (2002) también hacen refe-rencia a las dificultades que se presentan en la enseñanza del concepto «gene», así como a las limitaciones que esta enseñanza deficiente opo-ne al conocimiento de la genética y la biología molecular. REFERENCIAS Mysliwiec, T. H. (2003) "The genetic blues: Understanding genetic principles using a practical approach and a historical perspective." The American Biology Teacher 65(1), 41-46. Venville, G. J. y Treagust, D. F. (2002) Teaching about the gene in the genetic information age,Australian Science Teachers’ Journal,48(2), 20-24.

16. Conocimiento y actitudes • El estudio de Bal, Samancı y Bozkurt revela que no sólo es importante enseñar en la escuela el conoci-miento básico de la biotecnología y la ingeniería ge-nética, sino también sus aspectos éticos y sociales. • Adicionalmente, se concluye que los cursos universi-tarios de genética no contienen lo suficiente de inge-niería genética. • La percepción negativa de los estudiantes decrece conforme crece la instrucción sobre estos temas. REFERENCIAS Bal, S., Samancı, N. K. and Bozkurt, O. (2007). UniversityStudents’ Knowledge and AttitudeaboutGeneticEngineering,Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 3(2), 119-126.

17. La enseñanza del siglo XXI • La comunidad de la educación científica está de acuerdo que enseñar una visión de la ciencia reduccionista y analítica, co-mo fue la norma en el siglo XX, no será relevante para el XXI. • La biotecnología es un ejemplo de ciencia ‘pos-moderna’ que proporciona a los profesores el contexto para hablar de una ciencia hecha por equipos de científicos, tecnólogos y cientí-ficos sociales trabajando juntos. • Más allá, los aspectos éticos, políticos y sociales que nacen de la práctica de la biotecnología dan un contexto rico para que el profesor ligue la ciencia con la vida diaria del estudiante. REFERENCIAS France, B. (2007). Location, Location, Location: Positioning Biotechnology Education for the 21st century, Studies in Science Education; 43, 88-122.

18. Argumentación en el salón • El CDC debe dar elementos para la argumentación en la clase de genética del bachillerato: • Jiménez-Aleixandre, M. P., Bugallo-Rodríguez, A. y Duschl, R. A. (2000). “Doing the Lesson” or “Doing Science”: Argument in High School Genetics, Science Education 84, 757–792. • Zohar, A. y Nemet, F. (2002). Fostering Students' Knowledge and Argumentation Skills Through Dilemmas in Human Genetics, Journal of Research in Science Teaching39(1), 35-62. • Banet, E. y Ayuso, E. (2000). Teaching Genetics at Secondary School: A Strategy for Teaching about the Location of Inheritance Information, Science Education 84,313–351. • Driver, R., Newton, P. and Osborne, J. (2000). Establishing the Norms of Scientific Argumentation in Classrooms, Science Educa-tion84, 287–312. • Michael, M., Grinyer, A. and Turner, J. (1997).Teaching biotechnolo-gy: identity in the context of ignorance and knowledgeability, Public Understanding of Science, 6, 1-17. • Conway, R. (2000). Ethical Judgements in Genetic Engineering: The Implications for Technology Education, International Journal of Technology and Design Education, 10, 239–254.

19. France (2000) parte de la definición de un modelo como “la representación de una idea, objeto, acontecimiento, proce-so o sistema”. Expresa los siguientes modelos de enseñanza, extraídos de las clases de profesores durante dos años y medio de observación: Modelo de factores que afectan las soluciones biotecnológicas; Modelo del proceso de tecnología de fermentación; Modelo de plateado de microbios; Modelo de ataque epidémico. Sobre los profesores y la biotecnología REFERENCIAS France, B. (2000). Biotechnology teaching models: what is their role in technology education? International Journal of Science Education, 22(9), 1027- 1039.

20. Michael, Grinyer y Turner (1997) encuentran en una investi-gación de tres grupos focales de profesores irlandeses de biotecnología que existen dilemas ideológicos que encaran: • 1a. La biotecnología es algo ‘impuro’, ya que forma parte de la parcela del descuidado mundo de la política y la ética. Ellos aseguran el balance dando pros y contras del tema. • 1b. La biotecnología es algo ‘puro’, ya que constituye parte del reino idealizado en el cual se produce conocimiento científico útil. • 2a. Es ‘impura’ porque en el contexto del salón de clases hay innumerables contingencias e incertidumbres. • 2b. Es ‘pura’ porque en el laboratorio esas contingencias e incertidumbres son menos evidentes. REFERENCIAS Michael, M., Grinyer, A. and Turner, J. (1997). Teaching biotechnology: identity in the context of ignorance and knowledgeability, Public Understanding of Science, 6, 1–17.

21. Moreland, Alister y Cowie (2006) hallaron los siguientes siete “constructos” del PCK de los profesores de biotecnología: • Naturaleza de la biotecnología y de sus características; • Aspectos conceptuales, de procedimientos, sociales y técnicos del tema; • Conocimiento del plan de estudios; • Conocimiento del estudiante que aprende el tema; • Prácticas específicas de la enseñanza y la evaluación del tema; • Entendimiento del papel y el lugar del contexto; y • Ambiente y control del salón de clase en lo referente al tema (manejo del aula, equipo, y dirección técnica). REFERENCIAS Moreland, J., Jones, A. and Cowie, B. (2006). Developing Pedagogical Content Know-ledge for the New Sciences: The example of biotechnology, Teaching Education, 17(2), 143–155.

22. Conviene entonces explorar de qué manera los profesores utilizan su conocimiento bási-co sobre el tema para propiciar en los alum-nos el entendimiento. O sea, el CDC.

23. Lo primero que hicimos fue preguntar a cinco profesores cuáles eran las ideas centrales de su clase de biotecnología: • Entendemos por “ideas centrales”, las que están en el corazón del entendimiento y la enseñanza del tema; son los tópicos que forman parte del conocimiento disciplinario en los que acostumbra dividir la enseñanza. La clave es que en ese con-junto de ideas estén reflejadas nítidamente las más importantes del tema, incluido quizás alguno de sus precedentes.

24. Conjunto de cinco ideas centrales de la biotecnología consensuadas • Panorama histórico de la biotecnología y su importancia. • Estructura del ADN. El material genético básico de los organismos es el mismo para todos. • ¿Qué es la ingeniería genética? Del ADN a las proteínas recombinantes. • Aplicaciones biotecnológicas hacia la produc-ción de fármacos y de alimentos (OGM). • Ética y consecuencias. ¿Hacia dónde nos con-duce la manipulación genética?

25. A) Visión y propósito de la enseñanza de la ciencia B) Conocimiento y creencias sobre el currículo de ciencia C) Conocimiento y creencias acerca del entendimiento estudiantil sobre tópicos específicos de ciencia D) Conocimiento y creencias sobre evaluación en ciencia E) Conocimiento y creencias sobre estrategias instruccionales para enseñar ciencia Cinco componentes del CDC de acuerdo con Magnusson et al. (1999)

26. A, B A, B B C Cinco componentes del CDC de Magnusson El marco de preguntas de la ReCo • Para cada idea central, responder • ¿Qué intentas que los estudiantes aprendan alrededor de esa idea? • ¿Por qué es importante para los estudiantes aprenderla? • ¿Qué más allá sabes sobre esa idea? • ¿Qué dificultades y limita-ciones están conectadas con su enseñanza?

27. ¿Qué conocimiento acerca del pensamiento de los estudian-tes influye en tu enseñanza de esa idea? ¿Qué otros factores influyen en la enseñanza? ¿Qué procedimientos empleas para que los alumnos se com-prometan con la idea? ¿Qué maneras específicas utilizas para evaluar el enten-dimiento o confusión de los alumnos? C E E, B D Cinco componentes del CDC de Magnusson

29. Modelo del perfil conceptual de Mortimer • Con él, Mortimer profundiza sobre la des-cripción de la evolución conceptual en el salón de clase. • Es un modelo del cambio conceptual que sugiere que es posible emplear diversas maneras de pensar en diversos dominios y que una nueva concepción no necesa-riamente reemplaza las ideas alternativas previas, sino que la concepción va cam-biando paulatinamente.

30. Definición y características del Perfil Conceptual • “Sistema superindividual de las formas de pensamiento que se pueden asignar al individuo dentro de una misma cultura”. • Está representado por zonas del perfil conceptual. • Las zonas son clasificaciones epistemológicas que van desde el sentido común hasta las ideas científicas. • Presenta jerarquías entre las diversas zonas, cada zona sucesiva es caracterizada por tener categorías con un poder explicativo mayor que sus precedentes. • Hemos empleado este modelo para caracterizar un patrón de enseñanza y aprendizaje de un profesor específico quien exhi-be sus propósitos epistemológicos y ontológicos de enseñanza.

31. Cuatro zonas definidas para el PC Perceptiva/intuitiva. Se sitúan aquí las ideas que emite de forma espontánea, que corresponden a impresiones inme-diatas, a sensaciones e intuiciones, sin una estructuración o sistematización. Son ideas que, hasta cierto punto, pue-den resultar subjetivas. Contextual. Esta zona presenta las ideas que han sido ob-tenidas de la experiencia sensorial, principalmente de la re-lación con el entorno; ideas donde se considera importante el contexto porque la interacción de éste con la teoría favo-rece el aprendizaje; involucra también frases con un senti-do ético, pero sin un planteamiento científico formal. Son ideas que se mencionan sin precisar la relación que existe entre el fenómeno y la teoría.

32. Cuatro zonas definidas para el PC Empírica. Se consideran en esta zona las ideas que surgen a partir de experimentos o las que resultan de las condiciones para que un proceso biotecnológico ocurra. Se informa en ellas de los beneficios de la ocurrencia de los fenómenos biotecnológicos, pero sin sopesar ética-mente sus consecuencias. Racionalista. Las ideas que se encuentran en esta zona son aquellas donde se hace énfasis en los fundamentos y teorías de la bioquímica para explicar los fenómenos biotecnológicos, así como en la necesidad de aplicar el análisis ético para medir sus consecuencias.

33. Construcción de las gráficas de PC • Cada elemento de matriz en la ReCo de cada profe-sor fue desmenuzado y analizado hasta decidir el lugar que ocuparía en las cuatro zonas del PC. • Las definiciones de cada zona fueron revisadas cuando aparecían frases que no encajaban fácil-mente en una zona de PC. • Una vez que cada frase de la ReCo quedólocali-zada en una zona se contó el número de frases en cada una. • En adelante, por confidencialidad, vamos a denomi-nar profesoras 1, 2, 3 y 4 a los docentes entrevista-dos.

34. Ejemplos de frases en cada zona • Perceptiva/intuitiva Porque se le da sustento teórico a gran cantidad de conocimientos empíricos que los alumnos tienen, como las fermentaciones. • Contextual La relación al nivel más básico y fundamental entre todas las especies vivas del planeta. • Empírica Luego hablaría de ingredientes de alimentos que consumen con frecuencia (edulcorantes, ácidos orgánicos, vitaminas, frituras que tienen ingredientes transgénicos) y comentaría sobre medicamentos como vacunas, antibióticos y sobre las pruebas para detectar el SIDA (anticuerpos monoclonales), etc. • Racionalista Una representación en tercera dimensión de una parte del ADN, con una exposición oral que relacionara sus funciones de síntesis de proteínas con la mención del código genético.

35. Más ejemplos • Zona Perceptiva/Intuitiva Que la biotecnología no es algo reciente, que existe prác-ticamente desde que el hombre domestica animales y selecciona plantas. • Zona contextual Es importante mencionar algunos campos de aplicación concretos y de importancia para la humanidad como en medicina, las industrias farmacéutica y alimenticia, o la conservación de la biodiversidad.

36. Más ejemplos • Zona Empírica Conocer los campos de aplicación principales del conoci-miento biológico, ayudará a comprender los cambios ver-tiginosos que se dan en la agricultura y la medicina, así co-mo el impacto ambiental que pueda generarse por el uso de organismos transgénicos, por citar un ejemplo. • Zona racionalista Es importante correlacionar la historia de la biotecnología con el desarrollo de la microscopía, de la bioquímica, el des-cubrimiento del ADN, desarrollo de electrodos esterilizables, las computadoras para hacer procesos automatizados, la reacción en cadena de la polimerasa, las técnicas de ADN recombinante, etc.

37. Profesora 1 • Es una profesora que mantiene casi iguales sus cuatro zonas del perfil conceptual. • Las emplea todas con una intensidad similar.

38. Profesora 2 • No son del mismo tamaño sus cuatro zonas del perfil conceptual. • Es una profesora que casi no emplea la zona perceptiva/intuitiva. Desde este punto de vista puede decirse que se trata de una profesora muy “formal”. • Su énfasis lo impone en un enfoque CTS, ya que pone muchos ejemplos “cotidianos”, característica de la zona contextual.

39. Profesora 3 • Tampoco están equilibradas sus cuatro zonas del perfil conceptual. • Es una profesora que emplea excesivamente la zona perceptiva/ intuitiva. Desde este punto de vista puede decirse que se trata de una profesora muy “amigable”. • No obstante, la segunda zona en importancia es la racionalista, así que pasa frecuentemente de la anécdota a la descripción científica.

40. Profesora 4 • Tampoco están equilibradas las cuatro zonas de su perfil conceptual. • Es creciente su perfil conceptual, desde la zona perceptivo/intuitiva, pasando por la contextual, la empírica y cerrando con el mayor porcentaje la zona racionalista. • Se trata de una profesora que se caracteriza por que cierra los temas muy formalmente, con todo el conocimiento científico involucrado.

41. ¿Diferencias entre el nivel de estudios? • Las profesoras del bachillerato, una de bio-logía y la otra de química son las números 1 y 3. • Las profesoras del nivel superior, una de ellas Premio Nacional de Ciencias, son las números 2 y 4. • Resulta que los dos perfiles más parecidos son los de las profesoras 1 y 4.

42. Los 4 perfiles conceptuales reunidos

43. Son contrastantes las cuatro gráficas del per-fil conceptual: • Desde el perfil en “U” de la profesora 3 • El perfil casi plano de la profesora 1 • El perfil tipo “chisquare” de la profesora 2 y • El perfil creciente de la profesora 4. • No obstante, la zona racionalista no es tan diferente para las cuatro profesoras, pues sus porcentajes van de 26 a 37%. • No podemos decir cuál es el mejor perfil, pues cada uno representa un diferente estilo de enseñanza.

44. Continuación de este trabajo • Patricia asistió a hacer la investigación etnográfica de las clases de las profesoras 1 y 4, que son las que tienen los perfiles conceptuales más cercanos. • De esta experiencia recogimos varios Repertorios de Experiencia Profesional y Pedagógica (RePyP) de las dos profesoras. • Estos RePyP complementan la ReCo de cada pro-fesora y dan mayor idea acerca de cómo definen la biotecnología, cómo logran la participación de los estudiantes, la presencia de ciclos de aprendizaje, la presentación de temas específicos y su evalua-ción.

45. Conclusiones (1) • No hay duda de que la biotecnología es un tema de la fron-tera del conocimiento que va siendo cada día más discutido por el público, en general, y que ello se debe a la labor de los periodistas y de los profesores, quienes deben estar pre-parados para ofrecer este tópico, uno multidisciplinario ac-tualmente ejercido por científicos y tecnólogos. • Debemos contar con el conocimiento básico de los mejores profesores. Éstos podrían aportar una gran diversidad de elementos para que los profesores novatos mejoren sus estrategias didácticas, sus analogías, ejemplos, simulacio-nes, etc. Por lo tanto, el empleo de las ReCos de profesores exitosos para su discusión en talleres dedicados a la forma-ción de profesores es una conclusión interesante de este trabajo.

46. Conclusiones (2) • No cabe duda de que las clases de las profesoras analizadas son diferentes. Ello no implica que alguna de ellas sea mejor que las otras. No podemos dar un juicio de valor a uno u otro perfil conceptual, simplemente hay que resaltar en este traba-jo las relaciones de ciencia y tecnología y la multitud de defini-ciones de biotecnología que utilizan, la diversidad de enfo-ques, los diferentes conocimientos y actitudes que las profesoras emplean en su enseñanza. • Puede lograrse el análisis del Conocimiento Didáctico del Contenido a través de los perfiles conceptuales de Mortimer, lo cual es una herramienta novedosa para seleccionar los en-foques empleados por los profesores individuales, lo que per-mite categorizar la clase del profesor dentro de alguna(s) visión(es) epistemológica(s).

47. De derecha a izquierda, Eduardo Mortimer, Aureli Caamaño y Andoni Garritz en ESERA 2005, Barcelona.

48. Muchas gracias Los autores