School science activities with contributions from STEM practices: A study to address complex problems in elementary school classes, in the case of microplastics and their harmful effects

Esta investigación desarrolla un marco teórico y explicativo que permite identificar qué aspectos de la educación STEM pueden fortalecer el diseño de una Actividad Científica Escolar (ACE) orientada al abordaje de problemas complejos en básica primaria. Como parte de este marco, se plantea una propuesta emergente dirigida al profesorado para el diseño de una ACE interdisciplinaria (sistema ACE – InPraCien). Este sistema se representa mediante una figura cuyas aristas destacan siete elementos clave que los docentes pueden tener en cuenta para diseñar una ACE enriquecida con la educación STEM: la integración disciplinar, la naturaleza del problema, la contextualización, las prácticas científicas, la modelización, el lenguaje y las tecnologías emergentes. La investigación se enmarca en un paradigma interpretativo y sociocrítico, reconociendo la diversidad de formas en que los sujetos interpretan y comprenden la realidad. Se adopta un enfoque cualitativo, tanto en la recolección como en el análisis de los datos, y se emplea como metodología la investigación de diseño educativo (IDE) que proviene de la investigación basada en diseño (IBD). Esta metodología se caracteriza por su carácter iterativo, al desarrollarse a través de múltiples ciclos de diseño, implementación, evaluación y revisión que pretenden desarrollar ideas y productos depurados. A partir del sistema ACE – InPraCien, se diseñaron y aplicaron dos unidades didácticas con estudiantes de segundo grado de primaria de una institución educativa pública de Bogotá D.C., centradas en el abordaje del problema de los microplásticos y sus efectos sobre la salud de los seres vivos y el ambiente. Las actividades propuestas permitieron la participación de los estudiantes en diversas prácticas científicas, propias del enfoque STEM, enriqueciendo así el diseño de una ACE con carácter interdisciplinario. Entre las prácticas científicas, la modelización ocupó un lugar central. La implementación de las unidades didácticas y el análisis de los resultados se estructuraron en torno a ocho ciclos iterativos de modelización, derivados del carácter cíclico de la metodología empleada. Estos ciclos permitieron a los estudiantes construir comprensiones teóricas del problema, así como realizar productos que se refinaron progresivamente, posibilitando nuevos ciclos de modelización y una mayor complejidad en sus ideas y su conocimiento. El análisis de los datos se estructuró a partir de cuatro categorías: (1) composición del plástico, (2) degradación del plástico, (3) seres vivos e interacción con los microplásticos, y (4) efectos nocivos en la salud. Estas categorías incluyen subcategorías preestablecidas como emergentes a lo largo del proceso. Para cada categoría se construyó una progresión de aprendizaje, organizando las ideas de los estudiantes desde comprensiones iniciales hasta formulaciones más cercanas al modelo científico escolar. Estas progresiones se definieron a partir del análisis del desarrollo de las ideas de los niños y de las niñas durante los ciclos de modelización en los diferentes grupos de trabajo. Asimismo, se utilizaron los islotes de racionalidad como dispositivos didácticos para identificar la evolución de las ideas a lo largo de la implementación de las unidades didácticas. Para ello, se aplicaron tres actividades (al inicio, a la mitad y al final de la intervención). Estos islotes no solo permitieron rastrear la naturaleza de las ideas de los estudiantes, sino también las referencias a distintas áreas del conocimiento (como la química, la biología, la ecología, el medio ambiente y la salud) utilizadas para explicar el fenómeno estudiado. En conclusión, la investigación demuestra que el sistema ACE – InPraCien resultó pertinente para el diseño de una ACE que abordara un problema científico complejo como el de los microplásticos. Se evidenció una notable evolución en las ideas de los estudiantes a lo largo de los ciclos iterativos de modelización, así como un desarrollo significativo en sus habilidades cognitivo-lingüísticas, reflejadas en sus producciones orales y escritas. Finalmente, el análisis de los islotes de racionalidad permitió constatar una articulación efectiva de conocimientos interdisciplinarios, lo cual refuerza el valor del sistema propuesto para diseñar experiencias educativas STEM con sentido curricular integrador.