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El presente es un documento de trabajo elaborado para el
estudio “Estado del Arte y Prospectiva de la Ingeniería en México
y el Mundo”, realizado por la Academia de Ingeniería de México
con el patrocinio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
La información así como las opiniones y propuestas vertidas en
este documento son responsabilidad exclusiva de los autores.
La Academia y los autores agradecerán las sugerencias y
comentarios de los lectores para mejorar su contenido y las
omisiones en que se haya incurrido en su elaboración.
2
La Educación en Ingeniería para niños y jóvenes (STEM K-12)
Contenido
1. Introducción. ........................................................................... 3
2. PISA 2009 y la realidad educativa nacional. .................................. 4
3. La dificultad en el aprendizaje de las matemáticas. ........................ 6
4. La Educación para el Siglo XXI. ................................................... 9
5. Algunas experiencias educativas estimulantes en México ............... 11
6. Estudiando la ingeniería antes de saber deletrearla. ...................... 17
7. La robótica pedagógica y su incorporación en México. ................... 18
8. El estado y la naturaleza de la Educación en Ingeniería K-12 en los
Estados Unidos ........................................................................... 20
9. La Educación STEM en el Reino Unido ......................................... 29
10. Aprovechamiento de las oportunidades de colaboración internacional
para el desarrollo de STEM en México ............................................. 30
11. El Proyecto mundial “Diseña el Cambio” y su aplicación en México. 33
12. Conclusiones ......................................................................... 37
13. Referencias ........................................................................... 38
3
La Educación en Ingeniería para niños y jóvenes (STEM K-12)
Autor: M. C. Carlos Morán Moguel, Académico Titular con la colaboración
del M. C. Enrique Jiménez Espriú, Académico Titular
1. Introducción.
La posibilidad que tiene un país de acceder a estadios superiores de
desarrollo y bienestar depende del nivel escolar de su población y de su capacidad de resolver problemas e innovar. Los países que han
planeado su futuro dando la mayor prioridad a la cobertura y calidad de
su sistema educativo, así como al desarrollo de la ciencia, la ingeniería y
la tecnología, han logrado acceder a la sociedad del conocimiento. La
formación del acervo de talento en ciencia, ingeniería y tecnología es
una tarea estratégica para la nación y demanda un liderazgo visionario
que tiene por resultado arribar a los niveles superiores de lo que ahora
se denomina la “economía del conocimiento” en el mediano y largo
plazo.
La vocación para la ingeniería y la ciencia se inicia en etapa temprana.
Estudios recientes1 demuestran que el gusto por las matemáticas y por la observación del comportamiento de la naturaleza es adquirido por
medio de actividades estimuladoras en el núcleo familiar y por un
aprendizaje escolar adecuado e inspirador.
Se denomina educación K-12 a la que comprende desde el kindergarten
hasta el bachillerato. Se denomina con el término genérico STEM (por
sus siglas en inglés) a las áreas de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y
Matemáticas. El acrónimo STEM, por otra parte, es deliberadamente
afortunado porque también se refiere a la parte principal de un árbol o
tronco de la que crecen las ramas y hojas, y en biología a las células
madre (stem cells) de las que surgen todos los tejidos especializados del
organismo.
La recompensa que recibe una sociedad al preparar a sus niños y
jóvenes en estas áreas es manifiesta pues la capacidad actual y
potencial de producir bienes y servicios innovadores, y mejorar la
calidad de la vida, depende fundamentalmente de ellas.
1 Jon Miller et al. Michigan State University research presented in "Tomorrow's Scientists and Engineers." at
the meeting of the American Association for the Advancement of Science. February 2010.
4
Los beneficios de la enseñanza de la ingeniería a estudiantes K-12, por
otra parte, van desde un mejor desempeño en temas relacionados,
como la ciencia y las matemáticas, al aumento del conocimiento
tecnológico, a la mejora de la asistencia y retención escolar, al
desarrollo de la autoestima, a una mejor comprensión de lo que hacen
los ingenieros y al aumento del número de estudiantes que cursan
carreras de ingeniería.
En efecto, el beneficio más curioso de la educación K-12 de la ingeniería
es que se mejora el aprendizaje y el rendimiento en matemáticas y ciencias. Por ejemplo, los estudiantes que tomaron cursos desarrollados
por el "Proyecto liderar el camino", actualmente el programa de
ingeniería K-12 más grande en los Estados Unidos, lograron resultados
significativamente mejores en la ciencia y las matemáticas en la
Evaluación Nacional de Progreso Educativo administrada por el gobierno
federal, que estudiantes aleatorios de un grupo de comparación
estratificado2.
2. PISA 2009 y la realidad educativa nacional.
La calidad en la comprensión lectora y el aprendizaje de las
matemáticas y de las ciencias en la educación básica del país es uno de los temas de mayor preocupación para la sociedad. Los resultados de las
evaluaciones tanto nacionales como de comparación internacional son
preocupantes.
Los resultados de la prueba PISA 20093 de la OCDE publicados en
diciembre de 2010, que se aplica a jóvenes de 15 años y que ahora
cubrió a los 34 países de la OCDE así como a 41 países asociados,
México presenta algunas mejoras en relación a evaluaciones anteriores.
No obstante, el desempeño del país en la materia mantiene un rezago
significativo en comparación con las economías desarrolladas e inclusive
con muchas de las economías emergentes.
2 Linda Katehi, Greg Pearson and Michael Feder. The Status and Nature of K-12 Engineering Education in
the United States. NAE Fall 2009. 3 PISA 2009 – Mensajes clave para México, OCDE.
5
Tabla. Benchmarking de promedios: Niveles de competencia en Pisa
2009
Lectura Matemáticas Ciencias
Debajo
del nivel 2
Nivel 5 o
superior
Debajo
del nivel 2
Nivel 5 o
superior
Debajo
del nivel 2
Nivel 5 o
superior
Promedio OCDE 18.1% 8.2% 20.8% 13.4% 17.9% 8.5%
Promedio G20 25.8% 7% 32.6% 10.3% 26.6% 7.3% Promedio de
países con PIB
per cápita similar
28.3% 3.2% 38.8% 4.9% 28.9% 3.6%
México 40.1% 0.4% 50.8% 0.7% 47.4% 0.2%
Fuente: Pisa 2009, Mensajes clave para México; OCDE
Definición y características de las competencias evaluadas en PISA
20094
4 Fuente: PISA 2009 Programa para la Evaluación Internacional de los Alumnos. OCDE. INFORME
ESPAÑOL. Instituto de Evaluación. Ministerio de Educación, Gobierno de España.
6
En cuanto a comprensión lectora, México ocupa el último lugar entre los
34 países de la OCDE y el lugar 45 entre las 65 economías participantes.
Su promedio se encuentra 50 puntos por debajo del promedio de los
países de la OCDE y 15 por debajo de los participantes del G20 (475) y
es igual al promedio de países participantes con nivel similar de
desarrollo (Argentina, Brasil, Chile, Croacia, Estonia, Hungría, Letonia,
Lituania, Polonia, Rumania, Rusia, Trinidad y Tobago y Turquía).
México ocupa el penúltimo lugar entre los países OCDE en matemáticas, superando ligeramente a Chile, y el lugar 49 entre todas las economías
participantes. Su promedio se encuentra 52 puntos por debajo de ellos y
15 por debajo de los países participantes del G20 (471) y es igual al
promedio de los países con nivel similar de desarrollo.
Por lo que se refiere a ciencias, México ocupa el último lugar entre las
economías de la OCDE y el lugar 51 entre las 65 participantes. Su
promedio se encuentra 64 puntos por debajo de los países del G20
(480) y es inferior en 14 puntos al promedio de los países con similar
nivel de desarrollo (430).
3. La dificultad en el aprendizaje de las matemáticas.
Por lo que se refiere al aprendizaje de las matemáticas, el Centro de
Investigación en Modelos Educativos (CIME)5 aplicó una reveladora
encuesta a 446 alumnos de cuatro escuelas en el Distrito Federal. Los
resultados hablan por sí mismos. Cerca de un 70% de los niños de
tercer grado manifestaron gusto por las matemáticas, pero al llegar al
sexto año la cifra decrece hasta el 28% y el rechazo por ellas se
incrementa de un 22% en el tercer grado a más de la mitad en el sexto.
5 Gustavo Saldaña. Correo Pedagógico 1, Centro de Investigación en Modelos Educativos
0%
20%
40%
60%
80%
3° 4° 5° 6°
69%61%
39%28%
Grado de Primaria
Gráfica 1Les gustan las matemáticas
0%
20%
40%
60%
3° 4° 5° 6°
22% 27%
39%
52%
Grado de Primaria
Gráfica 2No les gustan las matemáticas
7
En términos de la seguridad y la consecuente autoestima de los niños,
60% de aquellos que cursaban el tercer grado se sentían seguros de sus
conocimientos en matemáticas, pero de los que cursaban el sexto grado
la cifra alcanzaba solo el 39%.
0%
20%
40%
60%
80%
1. Me gustan 2. Son interesantes 3. Son divertidas 4. Son fáciles3° 60% 76% 59% 48%
4° 58% 60% 50% 30%
5° 40% 56% 33% 37%
6° 39% 51% 21% 22%
Gráfica 3Las matemáticas por lo general...
0%20%40%60%80%
100%
1. Seguro de mis conocimientos
2. Con confianza para preguntar
3. Con deseos de participar
3° 60% 77% 84%
4° 58% 71% 69%
5° 40% 58% 69%
6° 39% 46% 51%
Gráfica 4En matemáticas me siento...
8
Por lo que se refiere a la percepción sobre la capacidad de los docentes
para enseñar, el 85% los niños de tercer grado los consideraron claros
para explicar pero la cifra se reduce a solo el 60% en los de sexto. El 76% de los niños de tercer grado los consideraron pacientes para repetir
pero en sexto grado solo el 47%.
De particular importancia, sin embargo, es que los niños reconocen la
utilidad de las matemáticas a lo largo de todos los grados y que en el
sexto grado 91% saben que les sirven en la vida práctica.
0%
10%
20%
30%
40%
1. Me parecen odiosas 2. Las eliminaría 3. Prefiero las materias que no tienen que ver con ellas
3° 11% 9% 20%
4° 10% 13% 24%
5° 7% 14% 29%
6° 20% 22% 36%
Gráfica 5Las matemáticas...
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1. Claros para explicar
2. Pacientes para repetir
3. Justos para calificar
4. Expertos en la materia
3° 85% 76% 82% 84%
4° 78% 63% 75% 54%
5° 80% 66% 78% 49%
6° 60% 47% 62% 48%
Gráfica 6Mis maestros de matemáticas han sido...
9
4. La Educación para el Siglo XXI.
De conformidad con el informe de la Comisión Internacional sobre la
Educación para el Siglo XXI.6
La educación a lo largo de la vida se basa en cuatro pilares: aprender a
conocer, aprender a hacer, aprender a vivir juntos, aprender a ser.
Aprender a conocer combinando una cultura general
suficientemente amplia con la posibilidad de profundizar los
conocimientos en un pequeño número de materias. Lo que supone
además: aprender a aprender para poder aprovechar las
posibilidades que ofrece la educación a lo largo de la vida.
Aprender a hacer a fin de adquirir no sólo una calificación
profesional sino, más generalmente, una competencia que
capacite al individuo para hacer frente a gran número de
situaciones y a trabajar en equipo. Pero, también, aprender a hacer en el marco de las distintas experiencias sociales o de
trabajo que se ofrecen a los jóvenes y adolescentes, bien
espontáneamente a causa del contexto social o nacional, bien
formalmente gracias al desarrollo de la enseñanza por alternancia.
Aprender a vivir juntos desarrollando la comprensión del otro y la
percepción de las formas de interdependencia -realizar proyectos
comunes y prepararse para tratar los conflictos- respetando los
valores de pluralismo, comprensión mutua y paz.
6 La Educación encierra un tesoro. Informe a la UNESCO de la Comisión Internacional sobre la Educación
para al Siglo XXI.
0%20%40%60%80%
100%
1. Me sirven en la vida práctica
2. Las entiendo con facilidad
3. No necesito varias explicaciones
4. Generalmente si entiendo
3° 86% 51% 43% 46%
4° 79% 41% 41% 41%
5° 86% 44% 38% 63%
6° 91% 45% 39% 62%
Gráfica 7Las matemáticas...
10
Aprender a ser para que florezca mejor la propia personalidad y se
esté en condiciones de obrar con creciente capacidad de
autonomía, de juicio y de responsabilidad personal. Con tal fin, no
menospreciar en la educación ninguna de las posibilidades de cada
individuo: memoria, razonamiento, sentido estético, capacidades
físicas, aptitud para comunicar.
Mientras los sistemas educativos formales dan prioridad a la adquisición
de conocimientos, en detrimento de otras formas de aprendizaje,
importa concebir la educación como un todo. En esa concepción deben buscar inspiración y orientación las reformas educativas, tanto en la
elaboración de los programas como en la definición de las nuevas
políticas pedagógicas.
El aprendizaje basado en problemas reales de la sociedad y el
aprendizaje que se deriva de la participación en proyectos para la
solución de esos problemas constituyen una forma efectiva para
aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a vivir juntos y a
aprender a ser. Con la sola excepción de la práctica de la enseñanza,
aprender haciendo es el mejor método de aprendizaje.
11
5. Algunas experiencias educativas estimulantes en México
5.1. Un trabajo trascendente para transformar la Enseñanza de
la Ciencia en México.
Innovación en la Enseñanza de la Ciencia (INNOVEC)7 es una asociación
civil constituida en 2002 con el fin de promover la enseñanza de las
ciencias en la educación básica. INNOVEC fue creada por la Fundación
México-Estados Unidos para la Ciencia (FUMEC), quien en 1999 inició la
promoción y aplicación de los Sistemas de Enseñanza Vivencial e Indagatoria de la Ciencia (SEVIC) en México.
Los Sistemas de Enseñanza Vivencial e Indagatoria de la Ciencia
(SEVIC) que promueve INNOVEC, apoyan el aprendizaje de las Ciencias
Naturales. Estos Sistemas toman como punto de partida la curiosidad
natural de los niños y su interés por conocer el mundo que los rodea,
ayudándoles a desarrollar habilidades de razonamiento y actitudes de
aprendizaje.
Los SEVIC se basan en un modelo de aprendizaje constructivista en el
que los niños observan distintos organismos, fenómenos naturales,
reacciones físicas y químicas, sustancias, objetos de interés y manipulan materiales e instrumentos científicos como lupas, microscopios,
termómetros, pluviómetros, entre otros instrumentos.
Con estos materiales los estudiantes realizan experimentos, registran
sus observaciones, analizan sus resultados y los comparten con el resto
del grupo. El trabajo de investigación que los niños realizan les permite
aprender haciendo preguntas y buscando ellos mismos las respuestas.
De esta forma, se captura su curiosidad, al tiempo que se les enseñan
los conceptos básicos de cada materia, se desarrollan sus habilidades de
pensamiento y las actitudes necesarias para el análisis y solución
científica de los problemas.
Las actividades de aprendizaje se realizan en pequeños equipos de trabajo, lo que facilita el intercambio de ideas y la retroalimentación
entre el maestro y los alumnos, permitiendo la socialización del
conocimiento y el desarrollo de habilidades de comunicación de los
estudiantes.
El profesor actúa como un facilitador en el proceso de aprendizaje de los
niños y juega un papel muy importante para el desarrollo de un
7 Innovación en la Enseñanza de la Ciencia INNOVEC http://www.innovec.org.mx
12
aprendizaje permanente y autónomo de sus estudiantes. Los profesores
que aplican estos Sistemas reciben una capacitación previa y son
apoyados por un Asesor Pedagógico que les ayuda a mejorar sus
estrategias de enseñanza.
La misión de INNOVEC es fomentar la investigación, la innovación y el desarrollo de los mecanismos de apoyo necesarios para mejorar la
enseñanza de la ciencia dirigida a los niños y a los jóvenes. INNOVEC
tiene los siguientes objetivos:
Promover y facilitar la aplicación de los SEVIC y colaborar con
autoridades educativas, instituciones, organismos especializados y
grupos profesionales en programas innovadores de la enseñanza
de la ciencia y la tecnología;
Llevar a cabo programas de Desarrollo Profesional a profesores,
directivos y equipos operativos de los estados que trabajan con los
SEVIC;
Promover y apoyar la creación de infraestructura local a través de la creación de los Centros de Recursos para la Enseñanza de la
Ciencia (CRECI) que permita la regionalización de los proyectos
SEVIC;
Realizar proyectos de investigación educativa relacionada con la
enseñanza de la ciencia;
Apoyar programas de investigación y estudio dirigidos a realizar
una evaluación sistemática de los SEVIC y la determinación de los
retos para su implementación en el contexto nacional; y
Organizar y conducir seminarios sobre la enseñanza de la ciencia
en la educación básica con el propósito de auspiciar liderazgos que
en el sector fomenten los SEVIC.
En el ciclo escolar 2010-2011 la tarea de INNOVEC está permitiendo estimular la formación en ciencia con métodos constructivistas a cerca
de 230,000 alumnos.
13
Los contenidos curriculares que promueven los SEVIC se basan en los
Programas Ciencia y Tecnología para Niños (CTN) y Conceptos de Ciencia y Tecnología para Secundaria, desarrollados por el Centro
Nacional de Recursos para la Ciencia (National Science Resources
Center) de los Estados Unidos de Norteamérica, organismo creado por el
Instituto Smithsoniano y la Academia Nacional de Ciencias de ese país.
El Programa CTN fue traducido y adaptado con el respaldo de la
Secretaría de Educación Pública (SEP) y la Academia Mexicana de
Ciencias (AMC), gracias al acuerdo de la AMC con las Academias de
Ciencias de Estados Unidos de Norteamérica.
Las Unidades SEVIC dan al niño la oportunidad de comprender
conceptos y desarrollar habilidades apropiadas a su edad, así como de adquirir habilidades y actitudes científicas.
El ciclo de aprendizaje “enfocar-explorar-reflexionar-aplicar”,
incorporado a las Unidades de CTN se fundamenta en los resultados
obtenidos en diversas investigaciones acerca del aprendizaje de los
niños. Estos resultados indican que el conocimiento se construye
activamente y que los niños aprenden mejor la ciencia en un entorno
donde pueden manipular, explorar y realizar sus propios
descubrimientos.
14
Ciclo de Aprendizaje
Enfocar Explorar y aclarar las ideas que los niños tienen
acerca de un tema.
Explorar
Permitir que los niños se involucren directamente
en las exploraciones de objetos, organismos y
fenómenos científicos que son investigados.
Reflexionar Motivar a los niños para que discutan y compartan
sus observaciones y reconsideren sus ideas.
Aplicar Ayudar a los niños a discutir y aplicar sus nuevas
ideas en situaciones diferentes.
Las Unidades de los SEVIC se han estructurado con un enfoque gradual,
sistémico y lógico. Cada Unidad persigue diferentes propósitos de
formación para el estudiante, aunque su estructura y operación es
esencialmente similar desde el punto de vista metodológico. Al
seleccionar las Unidades a aplicar en el proyecto se han considerado
también otros elementos, entre los cuales se pueden destacar los
siguientes:
Apego a los planes y programas oficiales de estudio. Las Unidades SEVIC responden a los objetivos de los planes y programas de la
SEP para la enseñanza de las Ciencias Naturales en las escuelas
de educación básica de nuestro país y su diseño le permite al
profesor profundizar en la enseñanza de un tema que forma parte
de los contenidos organizados en alguno de los ejes temáticos que
consideran el programa oficial: Los seres vivos; el cuerpo humano
y la salud; el ambiente y su protección; materia, energía y cambio
y; ciencia, tecnología y sociedad. Además, las actividades de las
Unidades consideran correlaciones con las otras asignaturas de la
educación primaria.
Interés que el tema puede despertar en el docente y en el niño.
Necesidad de reforzar algunos contenidos locales o regionales (por
ejemplo protección al ambiente, nutrición, ahorro de energía, etc.).
Facilidad para abordar el tema por el docente.
Facilidad de adquirir los materiales y organismos en la localidad.
Las Unidades de los SEVIC que se aplican en nuestro país en educación
básica son las siguientes:
15
Grado
Ciencias de la Vida y
de la Tierra
Física, Química y
Tecnología
CTN
Primaria
1º Organismos El Clima X X
2º
Ciclo de Vida
de las
Mariposas
Suelos
Equilibrando
y Pesando
X
3º
Crecimiento
y Desarrollo
de las Plantas
X Pruebas
Químicas
X
4º X X Química de
Alimentos
Sonidos
5º Micromundos X Circuitos
Eléctricos
X
6º Ecosistemas
Midiendo el Tiempo
X X
CTN/S
Secundaria 1º-3º
Sistemas del
Cuerpo
Humano I
X
Propiedades
de la
Materia
X
Nota: La traducción de esta tabla y la descripción de las unidades, se
realizó con base en los contenidos de las unidades correspondientes del
National Science Resources Center (NSRC).
5.2. Un trabajo trascendente para transformar la enseñanza de
las matemáticas en México.
El autor tuvo la oportunidad de visitar una escuela primaria a la que
asisten niños de familias de escasos recursos cuyo cuadro directivo y profesorado emplea los métodos constructivistas desarrollados por el
Centro de Investigación en Modelos Educativos8 para el aprendizaje de
los alumnos. Los resultados son altamente satisfactorios. Los alumnos
participan de manera especialmente activa y resuelven los desafíos
matemáticos que les proponen sus profesores con la ayuda de regletas
de colores que representan distintos números o con el apoyo de ligas
elásticas; son capaces de defender sus resultados con vehemencia ante
los cuestionamientos que tanto los docentes como el autor les hacíamos.
Los niños muestran una seguridad poco común para niños de su edad.
La Directora de la Escuela Lic. Justo Sierra Méndez con orgullo
manifiesta que la metodología de aprendizaje que aplican ha fortalecido
8 Centro de Investigación en Modelos Educativos http://www.cimeac.com/pagina_inicio.html
16
la autoestima de los niños y que la seguridad que de ella emana, se
manifiesta en su conducta tanto dentro como fuera de la escuela.
El CIME ha diseñado un Modelo Matemático basado en la Teoría
Constructivista. En la actualidad trabaja con más de 300 Instituciones
Educativas en 28 estados de la República Mexicana en las que se forman
alrededor de 100,000 estudiantes con el modelo citado.
Este nuevo enfoque en la enseñanza de las matemáticas no es tan sólo
un cambio de método, se trata de un cambio de paradigma en la
enseñanza, que requiere en primer lugar, de una nueva actitud por
parte de los profesores.
A través de este enfoque los profesores llegan a convencerse de que las
matemáticas son fáciles y que todos los alumnos son capaces de aprenderlas en un buen nivel. Este es, posiblemente, el cambio más
difícil, el de mayor resistencia, ya que implica un cambio radical en su
enseñanza, pero sobre todo, un rompimiento con el "mito social" que se
ha creado sobre la dificultad para aprenderlas.
Este modelo fue diseñado inicialmente para el nivel de primaria.
Actualmente, se ha ampliado a los niveles de preescolar, secundaria,
medio superior y superior. Como modelo matemático, se fundamenta en
la geometría, pero vista no como un tema más del programa de
matemáticas, sino como el punto de partida concreto que sirve como
ancla para que el estudiante acceda progresivamente al lenguaje
abstracto. El uso de los materiales, no sólo como apoyos didácticos, sino
como sistemas, permite llegar a la construcción de todos los conceptos y las relaciones matemáticas básicas de manera integradora y continua,
además de que la combinación de ambos materiales favorece la
combinación de los hemisferios cerebrales de manera armónica.
17
6. Estudiando la ingeniería antes de saber deletrearla.
El New York Times del 13 de junio de 2010 informa en un atractivo
reportaje que titula “Estudiando la ingeniería antes de saber
deletrearla9” que en una clase llena de aspirantes a ingenieros (en el
curso de 16 años más), “el lobo feroz tenía que hacer algo más que
soplar y resoplar para derribar la casa de los tres cerditos. Para
empezar, tenía que pasar una puerta de seguridad activada por voz,
encontrar una puerta secreta y salvar algunas otras trampas en una
casa que un par de niños de kindergarten imaginaron por los cerditos, y luego ensamblaron a partir de cartas, vasos de papel, palillos de madera
y productos de limpieza de tuberías”
El reportaje se refiere, entre otras cosas, a la iniciativa que un grupo
importante de escuelas ha estado llevando a cabo para enseñar a los
niños a través del proceso ingenieril: diseñar, construir, probar y
evaluar.
9 Winnie Hu. Studying Engineering before they can spell it. New York Times June 13, 2010
18
7. La robótica pedagógica y su incorporación en México.
La robótica pedagógica es una disciplina que tiene por objeto la
generación de ambientes de aprendizaje basados fundamentalmente en
la actividad de los estudiantes. Es decir, en la que ellos pueden concebir,
desarrollar y poner en práctica diferentes proyectos que les permiten
resolver problemas y les facilita al mismo tiempo, ciertos aprendizajes.
La robótica pedagógica se ha desarrollado como una perspectiva de
acercamiento a la solución de problemas derivados de distintas áreas del conocimiento como las matemáticas, las ciencias naturales y
experimentales, la tecnología y las ciencias de la información y la
comunicación, entre otras. Uno de los factores más interesantes es que
la integración de diferentes áreas se da de manera natural10.
En este ambiente de aprendizaje innovador los estudiantes ocupan la
mayor parte del tiempo simulando fenómenos y mecanismos, diseñando
y construyendo prototipos que son representaciones micro de la realidad
tecnológica circundante, o son sus propias invenciones.
Martial Vivet del Laboratorio de Informática de la Universidad de Maine
propone la siguiente definición de robótica pedagógica: Es la actividad de concepción, creación y puesta en funcionamiento, con fines
pedagógicos, de objetos tecnológicos que son reproducciones reducidas
muy fieles y significativas de los procesos y herramientas robóticos que
son usados cotidianamente, sobre todo, en el medio industrial.
Dada la definición anterior podemos reconocer que la primera actividad
dentro de la robótica pedagógica es encargarse de estudiar el proceso
de concebir, diseñar y construir mecanismos robóticos. La segunda
función que se debe realizar es la de constatar que efectivamente dichos
mecanismos cumplan los fines pedagógicos, esto involucra
investigaciones en las disciplinas del conocimiento, de la educación y del
aprendizaje, áreas que competen también a las Ciencias Sociales y en
particular a la Psicología.
10
http://roboticsandkids.com/RoboticaPedagogica.aspx
19
7.1. La robótica pedagógica en la enseñanza en primaria y
secundaria11
La problemática que se ha observado en los niveles básicos de la
educación se encuentra en el hecho de que a los alumnos se les pide en
un primer momento memorizar el contenido del material que cubren los
programas escolares en los cuales ellos están inscritos, y en un segundo
momento recitarlos con fines de evaluación.
En esta área de la robótica pedagógica se pretende enseñar a los niños los conceptos electromecánicos, de programación y de matemáticas,
entre otras materias, utilizando para esto herramientas que resulten
interesantes para los alumnos y que faciliten el aprendizaje. La
aplicación de esta disciplina tiene como objetivo el explotar lo atractivo
que resulta para los educandos la idea de "aprender jugando". Esta es el
área en la cual los investigadores se han enfocado con mayor
frecuencia.
En México la impartición de cursos de robótica para niños se iniciaron
como una actividad de cursos de verano. El éxito que tuvieron ha
impulsado a varios jóvenes a crear sus propias empresas de
capacitación.
Un ejemplo destacado es el de la empresa MicrobotiX que fue creada por
tres jóvenes estudiantes de ingeniería mecatrónica del ITESM en el
2007, cuenta ahora con más de 160 ingenieros, pedagogos y psicólogos
y brinda sus servicios a 95 escuelas afiliadas a su programa RobotiX
School, más de 4,500 alumnos (entre 6 y 12 años) y cinco RobotiX
Center propios. La empresa obtuvo en Galardón PYME 2008 por ser la
primera empresa 100% mexicana dedicada al apoyo e impulso de la
robótica educativa, además de contar con fuertes fundamentos
pedagógicos para el desarrollo de una estructura curricular totalmente
respaldada.
11
http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica_pedag%C3%B3gica
20
8. El estado y la naturaleza de la Educación en Ingeniería K-12
en los Estados Unidos12
De acuerdo con la National Academy of Engineering, la educación en
ingeniería K-12 tiene importantes implicaciones para el futuro de la
educación STEM.
La educación en ingeniería K-12 ha ido poco a poco haciéndose un lugar
en las aulas K-12 de EE.UU. Hoy en día varias docenas de programas y
diferentes planes de ingeniería son ofrecidos en escuelas de todo el país. En los últimos 15 años, varios millones de estudiantes K-12 han recibido
alguna educación formal en ingeniería, y decenas de miles de profesores
han asistido a sesiones de desarrollo profesional para aprender a
enseñar cursos relacionados con la ingeniería.
La presencia de la ingeniería en las aulas K-12 es un fenómeno
importante, no por el número de estudiantes impactados, que sigue
siendo pequeño en comparación con otras materias escolares, sino
debido a las implicaciones de la enseñanza de la ingeniería para el
futuro de la ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas
(STEM) en la educación.
En los últimos años, los profesores y los responsables políticos han
llegado al consenso de que la enseñanza de materias STEM en las
escuelas de EE.UU. debe ser mejorada. El enfoque en temas de STEM
está estrechamente relacionado con las preocupaciones sobre la competitividad de EE.UU. en la economía mundial y sobre el desarrollo
de una fuerza laboral con los conocimientos y habilidades para abordar
las cuestiones técnicas y tecnológicas. Hasta la fecha, la mayoría de los
esfuerzos para mejorar la educación STEM, se han concentrado en las
matemáticas y la ciencia, pero un número cada vez mayor de estados y
12
Linda Katehi, Greg Pearson and Michael Feder. The Status and Nature of K-12 Engineering Education in
the United States. NAE Fall 2009.
21
distritos escolares han agregado a la mezcla, la educación tecnológica, y
un número menor pero significativo, ha añadido la ingeniería.
En contraste con la ciencia, las matemáticas, e incluso la tecnología,
todos los cuales han establecido estándares de aprendizaje y una larga
historia en los planes de estudio de K-12, la enseñanza de la ingeniería
en las escuelas primaria y secundaria está todavía en un trabajo en
progreso, y un número de preguntas básicas siguen sin respuesta.
¿Cómo debe enseñarse ingeniería en los grados K-12? ¿Qué tipo de
materiales didácticos y planes de estudio se están utilizando? ¿De qué manera la educación en ingeniería "interactúa" con otras asignaturas
STEM? En particular, ¿cómo la enseñanza en ingeniería en K-12
incorpora la ciencia, la tecnología y conceptos de las matemáticas, y
cómo son estas asignaturas utilizadas para proporcionar un marco para
explorar conceptos de ingeniería? Por el contrario, ¿cómo la ingeniería
ha sido utilizada como un contexto para explorar la ciencia, la tecnología
y conceptos matemáticos? ¿Y qué impacto han tenido las diversas
iniciativas? ¿Han, por ejemplo, mejorado el rendimiento académico en
las ciencias o las matemáticas? ¿Han generado un gran interés entre los
estudiantes para seguir carreras en ingeniería?
En 2006 la Academia Nacional de Ingeniería (NAE) y el Consejo Nacional de Investigación del Centro de Educación establecieron el Comité de
Educación en Ingeniería K-12 para comenzar a abordar estas y otras
preguntas. Durante un período de dos años, el Comité celebró cinco
reuniones cara a cara, dos de ellas acompañadas de talleres de
recolección de información. El comité también encargó un análisis de los
planes de estudios de ingeniería existentes en los K-12, realizó estudios
de la literatura sobre las áreas de aprendizaje conceptuales relacionados
con la ingeniería, el desarrollo de habilidades de ingeniería, y el impacto
de las iniciativas de educación de la ingeniería en K-12, y recogieron
información preliminar acerca de algunos programas de educación pre-
universitaria de ingeniería en otros países. Este artículo resume algunas
de las conclusiones de la comisión y presenta recomendaciones
seleccionadas del informe.
8.1. Principios generales
La forma en que la ingeniería se imparte varía de un distrito escolar a
otro, y lo que se lleva a cabo en las aulas en nombre de la enseñanza de
la ingeniería no siempre se alinea con las ideas generalmente aceptadas
acerca de la disciplina y la práctica de la ingeniería. Para proporcionar
una visión de lo que la ingeniería en K-12 podría llegar a ser, la
comisión establece tres principios generales. Estos principios, en
22
particular el Principio 3, que se refiere a la ingeniería "hábitos de la
mente", son una "aspiración" en lugar de ser un reflejo de la actual
enseñanza de la ingeniería K-12, o incluso la enseñanza de la ingeniería
posterior a la secundaria.
Principio 1. La educación en ingeniería K-12 debería destacar la
ingeniería de diseño. El proceso de diseño, el enfoque de ingeniería para
identificar y resolver problemas, es (1) altamente iterativo, (2) abierto,
un problema puede tener muchas soluciones posibles, (3) un contexto
significativo para el aprendizaje científico, matemático, y conceptos tecnológicos, y (4) un estímulo para el pensamiento sistémico, el
modelado y análisis. En todas estas formas, la ingeniería de diseño es
una estrategia pedagógica útil.
Principio 2. Educación en ingeniería K-12 debe incorporar importantes
y apropiados desarrollos en las matemáticas, la ciencia, y los
conocimientos y habilidades tecnológicas. Algunos conceptos de la
ciencia, y algunos métodos de la investigación científica, pueden apoyar
las actividades de ingeniería de diseño. Algunos conceptos matemáticos
y métodos computacionales pueden apoyar la ingeniería de diseño,
especialmente en las áreas de análisis y modelo. La tecnología y
conceptos tecnológicos pueden ilustrar los resultados de la ingeniería de diseño, ofrecer oportunidades para la "ingeniería inversa", y considerar
los aspectos sociales, ambientales y otros impactos de las decisiones de
ingeniería de diseño. Los siguientes conceptos y métodos se deben
utilizar, según proceda, para apoyar la ingeniería de diseño, en
particular a nivel de secundaria: las tecnologías de ensayo y medición,
tales como termómetros y osciloscopios, software para la adquisición y
gestión de datos, herramientas de cómputo y visualización, tales como
calculadoras gráficas y programas de CAD / CAM (diseño y manufactura
asistido por computadora), y el Internet.
Principio 3. La educación en ingeniería K-12 debe promover “Los
hábitos de la mente de la ingeniería”. Estos hábitos están alineados con
lo que muchos creen que son las habilidades esenciales para los ciudadanos en el siglo XXI. Estas incluyen: (1) pensamiento sistémico,
(2) la creatividad, (3) optimismo, (4) la colaboración, (5) comunicación,
y (6) las consideraciones éticas. El pensamiento sistémico prepara a los
estudiantes a reconocer las interconexiones esenciales en el mundo
tecnológico y apreciar que los sistemas pueden tener efectos
inesperados que no se pueden predecir del comportamiento de los
subsistemas individuales. La creatividad es inherente al proceso de
ingeniería de diseño. El optimismo refleja una visión del mundo en el
que las posibilidades y las oportunidades se pueden encontrar en cada
23
desafío y cada tecnología puede mejorarse. La ingeniería es un "deporte
de equipo", aprovecha la colaboración de las perspectivas,
conocimientos y capacidades de los miembros del equipo para afrontar
los desafíos de diseño. La comunicación es esencial para una
colaboración eficaz, la comprensión de los deseos y necesidades
particulares de un "cliente", y explicar y justificar la solución de diseño
final. Las consideraciones éticas llaman la atención sobre los impactos
de la ingeniería en las personas y el medio ambiente, incluida las
posibles consecuencias no deseadas de una tecnología, las posibles
ventajas desproporcionadas o desventajas para determinados grupos o individuos, y otros temas.
No hay datos confiables sobre el número exacto de estudiantes en K-12
en EE.UU. que han estado expuestos a los cursos de ingeniería
relacionados. Con unas pocas excepciones notables, el primer programa
oficial de estudios de ingeniería en K-12 en los Estados Unidos surgió a
principios de 1990. Desde entonces, menos de 5 millones de estudiantes
se estima que han tenido algún tipo de educación formal de ingeniería.
En comparación, la matrícula proyectada para los grados pre-K-12 para
las escuelas públicas de EE.UU. y privadas en 2008 fue de casi 56
millones (DOEd, 2008).
No hay datos confiables sobre el número de profesores implicados en la
educación en ingeniería en K-12. A lo sumo, 18000 maestros han
recibido previamente o en el servicio de formación de desarrollo
profesional cursos para enseñar la ingeniería. El número relativamente
pequeño de las iniciativas de desarrollo curricular y las iniciativas de
desarrollo profesional de los maestros de educación de la ingeniería K-
12 se desarrollaron de forma independiente, a menudo tienen objetivos
diferentes, y varían en la forma en que tratan a los conceptos de
ingeniería, ingeniería de diseño, y las relaciones entre la ingeniería y las
otras materias de STEM.
Las relaciones de los beneficios de la enseñanza de la ingeniería a
estudiantes K-12 van desde un mejor desempeño en temas relacionados, como la ciencia y las matemáticas, y el aumento del
conocimiento tecnológico a la mejora de la asistencia y retención
escolar, una mejor comprensión de lo que hacen los ingenieros, y un
aumento del número de estudiantes que cursan carreras de ingeniería.
El posible beneficio más curioso de la educación K-12 de la ingeniería es
que se mejora el aprendizaje y el rendimiento en matemáticas y
ciencias. Por ejemplo, los estudiantes que tomaron cursos desarrollados
por el "Proyecto liderar el camino", actualmente el programa de
ingeniería K-12 más grande en los Estados Unidos, lograron resultados
24
significativamente mejores en la ciencia y las matemáticas en la
Evaluación Nacional de Progreso Educativo administrada por el gobierno
federal, que estudiantes aleatorios de un grupo de comparación
estratificado.
En general, sin embargo, el reducido número, la calidad desigual, y el
pequeño tamaño de estos estudios no pueden ofrecer apoyo
incondicional a cualquiera de estas afirmaciones. Para que la ingeniería
pueda convertirse en un componente dominante de la educación K-12,
habrá que hacer mucho más y una base de datos de mayor calidad, basándose en los resultados para orientar su desarrollo.
Para hacer frente a este desafío, el comité recomienda que las
fundaciones y las agencias federales que tengan interés en la educación
de la ingeniería en K-12 apoyen investigaciones a largo plazo para
confirmar y refinar los resultados de estudios anteriores sobre los
impactos de la enseñanza de la ingeniería en el aprendizaje del alumno
en temas de STEM, la retención y compromiso del estudiante, la
comprensión de la ingeniería, las aspiraciones profesionales, y la
alfabetización tecnológica.
8.2. Los planes de estudio
El comité identificó más de 30 programas de estudios de ingeniería en
K-12, de los cuales más de la mitad fueron revisados a detalle. El
análisis reveló que el plan de estudios de ingeniería de diseño, la
actividad central de la ingeniería, es predominante en la mayoría de los
programas (y los programas de desarrollo profesional). El tratamiento
de las ideas clave en la ingeniería, tales como restricciones, optimización
y análisis, es mucho más desigual y, en algunos casos, sugiere una falta
de comprensión por parte de los desarrolladores del plan de estudios.
Estas deficiencias pueden ser el resultado, al menos en parte, a la
ausencia de una descripción clara de los conocimientos más importantes
de ingeniería, las habilidades y hábitos de la mente, cómo se relacionan
y construyen unas sobre otras, y cómo y cuándo (es decir, a partir de qué edad) deben ser introducidos a los estudiantes. A diferencia de los
otros tres temas de STEM, no hay estándares establecidos del contenido
para la educación de la ingeniería en K-12.
Aunque hay un número de conexiones naturales entre la ingeniería y las
otras materias de STEM, los planes de estudio existentes en la
educación de la ingeniería en K-12 no exploran plenamente esto. Por
ejemplo, la investigación científica y de ingeniería de diseño están
estrechamente relacionados con actividades que pueden reforzarse
25
mutuamente Aunque muchos programas incluyen algunos casos en los
que esta relación es explotada (p. ej., usando investigación científica a
fin de generar datos para fundamentar las decisiones de ingeniería de
diseño y misma que es utilizada para contextualizar las oportunidades
de aprendizaje de las ciencias), la conexión no es sistemáticamente para
mejorar el aprendizaje en ambos dominios. Del mismo modo, el análisis
y el modelado matemático son esenciales para la ingeniería de diseño,
pero muy pocos programas o iniciativas de desarrollo profesional utilizan
las matemáticas de forma que el modelado y análisis apoyen.
Para ayudar a subsanar estas deficiencias, el comité recomienda a la
Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Educación de
EE.UU. financiar la investigación para determinar cómo la investigación
científica y el razonamiento matemático puede ser integrado con la
ingeniería de diseño en planes de estudio K-12 y desarrollo profesional
docente.
La revisión de los planes de estudios reveló que la tecnología en la
educación de la ingeniería en K-12 ha sido utilizada principalmente para
ilustrar los productos de la ingeniería y para proporcionar un contexto
para pensar en la ingeniería de diseño. Sólo unos pocos casos son
ejemplos de la ingeniería utilizada para aclarar ideas relacionadas con otros aspectos del conocimiento tecnológico, tales como la naturaleza y
la historia de la tecnología o las dimensiones culturales, sociales,
económicas y políticas de desarrollo de la tecnología.
8.3. Desarrollo Profesional de los maestros
En comparación con el desarrollo profesional para la enseñanza de la
ciencia, la tecnología y las matemáticas, los programas de desarrollo
profesional para la enseñanza de la ingeniería son pocos y distantes
entre sí. Casi todas las iniciativas de servicio están asociadas con planes
de estudio existentes, y muchos de ellos no ofrecen un curso en las
aulas o soporte en línea después de la capacitación formal u otras
medidas de seguimiento que se han demostrado para promover el aprendizaje del maestro.
No hay iniciativas de pre-servicio que puedan contribuir
significativamente a la oferta de docentes calificados de ingeniería en un
futuro próximo. De hecho, las "calificaciones" para los profesores de
ingeniería en el nivel K-12 ni siquiera han sido descritas. Los graduados
de un puñado de programas de formación docente tienen una sólida
formación en temas de STEM, incluyendo la ingeniería, pero muy pocos
o ninguno de ellos dan clases de ingeniería en escuelas K-12.
26
Para hacer frente a este importante diferencia, el comité sugiere que la
Sociedad Americana de Educación en Ingeniería (ASEE), a través de su
División de K-12 y la Educación Pre-Universitaria, inicien un diálogo
nacional sobre la preparación de los maestros de la ingeniería en K-12
para satisfacer las necesidades y las circunstancias de los maestros de
primaria y secundaria, y los pros y los contras de establecer un proceso
de acreditación formal.
8.4. Diversidad
La falta de diversidad en la educación de la ingeniería post-secundaria y
la mano de obra de ingeniería en los Estados Unidos está bien
documentado (por ejemplo, NACME, 2008). Sobre la base de datos de la
evaluación, análisis de materiales curriculares, informes anecdóticos, y
la observación personal, el comité concluyó que la falta de diversidad es
probablemente una cuestión de educación en ingeniería para el K-12.
Este problema se manifiesta de dos maneras. En primer lugar, el
número de niñas o las minorías poco representadas que participan en
iniciativas de enseñanza de ingeniería en K-12 está muy por debajo de
sus números en la población general. En segundo lugar, con pocas excepciones, los materiales curriculares no presentan la ingeniería de
una manera que parece probable para estimular el interés de los
estudiantes de una variedad de orígenes étnicos y culturales. Para que
la educación en ingeniería K-12 obtenga beneficios sus partidarios
afirman que el acceso y la participación tendrán que ser ampliado
considerablemente.
Para empezar a abordar este problema, el comité recomienda que los
planes de estudios de ingeniería K-12 se desarrollen con especial
atención a las características que atraen a estudiantes de los grupos
menos representados. Además, los programas que promueven la
educación de la ingeniería K-12 deben ser estratégicos en su
acercamiento a estas poblaciones. Tanto los desarrolladores de programas de estudios y el alcance de las organizaciones deben tomar
provecho de estudios de mercado recientes que sugieren formas
efectivas de comunicación acerca de la ingeniería al público (ENA,
2008).
8.5. Cuestiones de política y programas
Aunque muchas preguntas acerca de la educación de la ingeniería K-12
siguen sin respuesta, la ingeniería está siendo enseñada en escuelas K-
27
12 en todo el país, y parece que la tendencia es al alza. Por lo tanto, es
imperativo que debamos comenzar a pensar en formas de guiar y
apoyar la enseñanza de la ingeniería en el futuro. Una pregunta
fundamental para los políticos responsables es cómo los conceptos de
ingeniería, las habilidades y hábitos de la mente deben ser introducidos
a la currícula escolar. Hay por lo menos tres opciones, inclusión ad hoc,
cursos independientes y educación STEM integrada. Estas opciones
varían en términos de facilidad de aplicación:
Inclusión ad hoc, la introducción de ideas de ingeniería y actividades (es decir, proyectos de diseño) en la ciencia actual, las
matemáticas, la tecnología y programas de estudio es la opción
más directa y menos complicada, porque la aplicación no requiere
cambios significativos en la estructura de la escuela. Los
principales requisitos serían (1) la disposición por parte de los
profesores y (2) el acceso a materiales de instrucción. Idealmente,
los maestros también tienen un poco de conocimiento del
contenido pedagógico de ingeniería para entregar el material
nuevo con eficacia. La opción ad hoc probablemente es más útil
para proporcionar una exposición introductoria a las ideas de
ingeniería en lugar de un profundo conocimiento de los principios
y habilidades de ingeniería. Cursos independientes de ingeniería, que son necesarios para la
aplicación de muchos de los programas de estudios revisados para
este proyecto, presenta mucho más desafíos para los maestros y
las escuelas. En las escuelas secundarias, el nuevo material podría
ser ofrecido como un curso electivo. Si esto no fuera posible,
habría que sustituir las clases existentes y contenido, tal vez un
curso de ciencia o tecnología, o el día de la escuela tendría que ser
reconfigurado, tal vez más largo, para dar cabida a un nuevo
curso (s). Los cursos independientes también requerirían el
desarrollo profesional docente y la aprobación del programa en los
distintos niveles. Esta opción tiene la ventaja potencial de
proporcionar una exposición más a fondo a la ingeniería.
Educación STEM integrada, es decir, utilizando conceptos de ingeniería y habilidades necesarias para aprovechar las conexiones
naturales entre las asignaturas de STEM, es casi seguro que
requieren cambios en las estructuras y prácticas escolares. La
investigación sería necesaria para desarrollar y probar programas
de estudios, evaluaciones, y los enfoques para el desarrollo
profesional docente. Nuevos programas interconectados STEM, o
"escuelas piloto" pueden ser establecidos para probar los cambios
antes de que sean ampliamente adoptadas.
28
Estas tres opciones, así como otros que no se describen aquí, no son
mutuamente excluyentes. De hecho, ningún enfoque es probable que
sea aceptable o factible para cada distrito o escuela.
La necesidad de maestros calificados para enseñar ingeniería en aulas
K-12 también plantea una serie de cuestiones de política y programa. El
actual enfoque ad hoc en su mayoría de formación en el empleo puede
no ser adecuada para capacitar a los maestros suficientes si la
educación en ingeniería K-12 sigue creciendo. Deben ser evaluados una
variedad de mecanismos tradicionales y alternativos como parte de la iniciativa que sugiere ASEE descrita anteriormente ("Desarrollo
profesional docente").
8.6. Avanzar hacia el conocimiento STEM
La enseñanza en silos de las materias de STEM ha obstaculizado los
esfuerzos para generar el interés de los estudiantes y mejorar el
rendimiento en ciencias y matemáticas; también inhibe el desarrollo de
la alfabetización tecnológica y científica, que son esenciales para los
ciudadanos informados en el siglo XXI. Aumentar la visibilidad de la
tecnología y sobre todo de ingeniería en la educación STEM, de manera
que se ocupen de las interconexiones en enseñanza y aprendizaje en las materias STEM es muy importante.
En un futuro ideal para la educación STEM K-12 en los Estados Unidos,
todos los estudiantes que se gradúen tienen un nivel de conocimiento
práctico en STEM para (1) asegurar su éxito laboral, la educación post-
media superior, o ambos, y (2) prepararlos para ser ciudadanos
competentes y capaces en una sociedad democrática tecnológico-
dependiente, la sociedad democrática. Debido a las conexiones
naturales entre la educación de la ingeniería, la ciencia, las matemáticas
y la tecnología, la ingeniería puede servir como un catalizador para el
logro de esta visión.
Un tema interesante para futuros estudios es determinar las cualidades que caracterizan a una persona familiarizada con el STEM. Con este fin,
el comité propuso que la Fundación Nacional de Ciencias y el
Departamento de Educación EE.UU. deben apoyar la investigación para
caracterizar o definir, "la alfabetización STEM." Los investigadores deben
considerar no sólo los conocimientos básicos y habilidades en ciencia,
tecnología, ingeniería y matemáticas, sino también las "grandes ideas"
que enlazan las cuatro áreas temáticas.
29
La consecución del objetivo de la alfabetización STEM en escuelas K-12
requerirá un cambio de paradigma para los estudiantes, maestros,
administradores, editores de libros de texto, y los responsables políticos,
así como los científicos, tecnólogos, ingenieros y matemáticos que
participan en educación K-12. Como resultado de ese cambio, los
estudiantes estarán mejor preparados para la vida en el siglo XXI y
contarán con las herramientas que necesitan para tomar decisiones con
conocimiento de carrera o continuar su educación post-secundaria.
9. La Educación STEM en el Reino Unido
Visión del programa Science, Technology, Engineering and Mathematics
Network (STEMNET). Aumentar las opciones y posibilidades de los
jóvenes y las posibilidades a través de la ciencia, tecnología, ingeniería y
matemáticas.
Propósito de STEMNET. Ser un líder reconocido como habilitador para
que todos los jóvenes alcancen su potencial en STEM por medio de:
Garantizar que a todos los jóvenes, independientemente de su
origen, se les anime a comprender el deleite y la importancia que
la ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas puede traer a sus vidas, así como las oportunidades de carrera que les
pueden brindar.
Ayudar a todas las escuelas y colegios en el Reino Unido sobre la
variedad de mejoras y oportunidades que la adopción de la
educación STEM, puede implicar para todos los involucrados.
Motivar a los negocios, organizaciones y particulares para que
deseen apoyar a los niños y jóvenes en la educación STEM para
orientar sus esfuerzos y recursos de una manera que entregará
los mejores resultados para ellos y los jóvenes.
La red STEMNET crea oportunidades para inspirar a niños y jóvenes en
Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas. Esto les permite
desarrollar su creatividad, mejorar en la resolución de problemas e
30
incrementar sus habilidades para el empleo. En adición a ampliar las
posibilidades de niños y jóvenes, apoya la competitividad futura del
Reino Unido.
STEMNET ayuda a animar a los jóvenes a estar bien informados acerca
de STEM, los capacita para participar plenamente en el debate, y tomar
decisiones sobre cuestiones relacionadas con STEM.
STEMNET ejecuta tres programas para ayudar a hacer realidad su
visión.
1. Embajadores STEM
El programa de Embajadores de STEM es el programa insignia de
STEMNET. Se apoya en 24.000 voluntarios que ofrecen su tiempo para
promover temas de STEM para los jóvenes estudiantes. Es un recurso
muy valioso y gratuito para los profesores, ayudándoles a ofrecer el
currículo de STEM de una manera fresca e innovadora.
2. Red de clubes STEM
Los clubes permiten a los niños explorar, investigar y descubrir temas STEM en un entorno de aprendizaje estimulante, lejos de las
limitaciones del horario escolar o de un plan de estudios establecido.
Permiten a los alumnos y a los líderes de los clubes para trabajar juntos
y explorar muchas ideas y actividades diferentes.
3. Red de asistencia a escuelas STEM.
La red STEMNET coordina 45 organizaciones a lo largo del país para
ofrecer asesoría y guía imparcial a las escuelas a través de la Red de
asistencia a escuelas STEM. A través de fuertes vínculos con las
organizaciones empresariales el servicio de corretaje tiene por objeto
garantizar que todas las escuelas y colegios puedan ofrecer sus
programas a los estudiantes en soporte al plan de estudios y aumentar la calidad y la cantidad de estudiantes que se desplazan a estadios
superiores en la educación, capacitación y desarrollo STEM.
10. Aprovechamiento de las oportunidades de colaboración
internacional para el desarrollo de STEM en México
Directivos de la Academia de Ingeniería de México tuvieron un
encuentro con directivos de la National Academy of Engineering en el
que, entre otros temas importantes se presentó el trabajo que
31
desarrolla la NAE para impulsar la educación en ingeniería entre los
niños y jóvenes.
México y Estados Unidos enfrentan una creciente demanda de talento
técnico y científico que sea capaz de generar nuevas ideas e ir a la
vanguardia de la innovación y la colaboración binacional puede ser una
herramienta para ayudar cubrir esta necesidad. Ambos países necesitan
capacitar a más científicos e ingenieros que cuenten con las
herramientas académicas y la visión para poder identificar las
oportunidades de desarrollo tecnológico e innovación.
Por lo anterior, se vuelve urgente alentar a los jóvenes de nivel medio
superior a que cursen carreras en las áreas de ciencia, tecnología,
ingeniería y matemáticas (STEM, en inglés), y éste es precisamente el
objetivo del Programa de Innovación en Educación STEM.
La Fundación México-Estados Unidos para la Ciencia (FUMEC), tiene el
programa Innovación en la Educación de la Ciencia, Tecnología,
Ingeniería y Matemáticas (STEM), que integra iniciativas innovadoras en
la Educación Media Superior, que busca entre otras cosas, fomentar
entre los jóvenes mexicanos y México-americanos el interés por el
estudio de la ciencia y la tecnología, además de garantizar que los
estudiantes salgan de este nivel con las competencias que requiere la
Educación Superior.
FUMEC ha establecido relaciones de colaboración con organizaciones y
especialistas de los Estados Unidos y México que desarrollan iniciativas innovadoras en la enseñanza de la ciencia y la tecnología en la
educación media superior. Ejemplo de ello es la colaboración con Project
32
Lead the Way (PLTW) de los Estados Unidos y con el programa
“Experimenta” de México.
El programa STEM busca mejorar los niveles de vida de los jóvenes, al
darles la oportunidad de obtener empleos mejor remunerados e incluso
la posibilidad de desarrollar nuevas empresas con productos y servicios
innovadores.
Los logros del programa STEM repercuten directamente en la economía
de los dos países, al proveerlos de recursos humanos calificados que implementen acciones orientadas a fortalecer el sector industrial, al
tiempo que contribuyen mejorar la competitividad de la región de
Norteamérica.
Project Lead The Way en México
La Fundación México-Estados Unidos para la Ciencia (FUMEC), organizó
una visita el 12 de diciembre de 2010 a la Academia de Ciencias del Sur
de Texas (The Science Academy of South Texas), en la población de
Mercedes, con la finalidad de conocer de forma directa el Programa
Enseña el Camino (Project Lead The Way, PLTW), el cual ha tenido gran
éxito en las escuelas de educación media superior en Estados Unidos ya que permite a los estudiantes, desarrollar de forma interactiva sus
habilidades en áreas de ciencia y tecnología.
Con la implementación del PLTW en México se busca generar recursos
humanos desde edades tempranas en áreas de ciencia, tecnología e
ingenierías con un perfil que corresponda a las necesidades actuales de
las empresas, beneficiando a los estudiantes a tener mejores
oportunidades laborales al salir del bachillerato tecnológico o bien para
que continúen sus estudios universitarios en estas áreas.
Los resultados que se derivaron de la visita están orientados en primera
instancia a solicitar el apoyo de personas clave para la implementación
del PLTW en México y posteriormente enfocarse a la búsqueda de profesores entusiastas, motivados a enseñar y que tengan un perfecto
dominio del idioma inglés para asistir a un curso de capacitación durante
el verano y observen de viva fuente como opera este programa. Además
se consideró realizar un inventario de escuelas en Estados Unidos con
una población mayoritariamente hispana y que emplee el PLTW para
ayudar en su correcta traducción, así como la difusión del mismo en
otros estados de México.
33
11. El Proyecto mundial “Diseña el Cambio” y su aplicación en
México.
Un proyecto que no es propiamente de STEM pero que tiene los
atributos benéficos del Aprendizaje Basado en Proyectos que se está
empleando en la educación de los ingenieros, es el inspirador trabajo de
Kiran Bir Sethi, una diseñadora de la India que está teniendo
repercusiones de invaluable trascendencia en la construcción del futuro
de la sociedad.
Su trascendencia radica en que “un cambio de actitud de los niños de
hoy, es un cambio en la sociedad del mañana”.
Diseña el Cambio es un concurso de escuelas que se está desarrollando
a nivel internacional desde hace 3 años, con la finalidad de inspirar a los
niños de todo el mundo a convertirse en los conductores del cambio que
necesita la sociedad. Hasta el momento más de 20 países se han unido
a este movimiento.
En 2010 se llevó a cabo el primer concurso de Diseña el Cambio en
nuestro país13. Más de 10,000 escuelas de 26 estados participaron a
nivel nacional, lo que significó que más de 50,000 niños elaboraran
proyectos buscando un cambio.
13
Diseña el Cambio http://www.disenaelcambio.com/
34
La institución que tuvo la iniciativa de promoverlo y organizarlo en
México es la Fundación EducarUno, cuyo presidente es el Ing. Alfonso
Romo. EducarUno y Riverside de la India, establecieron una alianza
estratégica para llevar a 2010 por primera vez el concurso en México.
La idea principal del proyecto es promover entre los niños, una
mentalidad de “Yo Puedo”, en la que sean ellos los que generen las
ideas de cambio en su escuela o comunidad inmediata, busquen las
soluciones, las lleven a cabo y finalmente las compartan con el mundo
entero. De esta manera, se logra transmitir un mensaje de acciones positivas y de gran impacto social a la población por medio del
involucramiento de los niños, quienes a la vez se benefician como
consecuencia de las experiencias de su participación y de saber que sus
ideas son realizadas.
El proyecto más reciente de Kiran Bir Sethi, fue el organizar el concurso
escolar más grande de India “Diseñar para dar”
(www.designforgivingcontest.com). En el cual a través de una simple
dinámica, involucró a más de 30,000 escuelas y cerca de 100,000 niños
(zonas rurales, urbanas, escuelas públicas y privadas) en la generación
e implementación de ideas de cambio en sus comunidades. El concurso
se enfocó en niños de 10 a 13 años de edad con el solo propósito de cambiar la percepción de niños “sin participación en la sociedad” a niños
“conductores del cambio”. El 6 de noviembre de 2009, la historia fue
presentada en TED India (www.ted.com) y desde ese día la lista de
países que se han acercado para replicar su idea, no ha dejado de
crecer.
El antecedente de “diseña el cambio” en la India.
En 2001, Kiran Bir Sethi fundó la Escuela Riverside14, en la Ciudad de
Ahmedabad, y la dirigió al desarrollo integral de los niños. Además de
un enfoque académico riguroso, la escuela tiene una variedad de
programas para ayudar a construir un sentido de identidad y
responsabilidad social de los niños. En 2008, comenzó una iniciativa llamada 'AProCh', acrónimo en inglés de “un protagonista en cada niño".
El proyecto apunta a involucrar a los niños en las actividades de la
ciudad y por lo tanto hacer de las ciudades amigas de los niños mientras
les da la oportunidad de participar y aprender.
A través de iniciativas anteriores, Kiran Bir Sethi ha demostrado que si
los niños cuentan con las oportunidades y orientación, pueden llegar a
14
Riverside School Ahmedabad, India. http://www.schoolriverside.com/
35
soluciones innovadoras a los problemas más apremiantes en sus
comunidades. Ella visualizó la idea de “La Semana de la Alegría de Dar”
como una oportunidad para ampliar sus iniciativas de una red nacional
de escuelas.
El Concurso de Diseño para Dar se extendió a los estudiantes entre las
edades de 10 y 13 años de 30,000 colegios privados, públicos y rurales
a través de 12 estados de la India. La iniciativa fue liderada por la
Escuela Riverside, en colaboración con organizaciones no
gubernamentales como Indicorps, Sadhna Manav y la Fundación Pratham, y organizaciones como IDEA, Disney, Gray Matters Capital y la
Escuela de Diseño de Stanford.
A todas las escuelas participantes se les proporcionó un conjunto de
herramientas con instrucciones simples. A los niños se les pidió seguir
un proceso de cuatro pasos:
Sentir - identificar un problema que viven muchos que se pueda
cambiar en una semana.
Imaginar - hablar con la gente relacionada con el problema y
generar ideas para hacer una diferencia.
Hacer- Poner en práctica la idea seleccionada por un período de una semana.
Compartir – Se presentan las ideas como documentos de texto,
documentos fotográficos, PowerPoint o videos.
Características especiales:
Involucrar a los niños en el proceso de cambio social.
Los niños de todas las clases sociales participaron y trabajaron en
temas diversos
El evento llegó a más de 30,000 escuelas y 100,000 niños
inspirados para diseñar soluciones a los problemas locales.
Apoyar el proceso. Los organizadores se dieron cuenta que el
conjunto de herramientas no fueron suficientes debido a que algunas escuelas y estudiantes no estaban seguros de cómo
abordar la iniciativa. Por lo que también se llevaron a cabo talleres
con los maestros de las escuelas seleccionadas para poder guiar a
los estudiantes durante el proyecto. También hubo talleres para
un público más amplio en algunas ciudades y pueblos con el fin de
mejorar la visibilidad y la comprensión sobre el proyecto.
Aprovechar al máximo la iniciativa. La competencia ha ayudado a
recopilar contenido valioso de los niños en todo el país.
36
Influencia / Impacto:
Los participantes fueron invitados en varios idiomas para garantizar que
el lenguaje no se convirtiera en un obstáculo a la participación y a más
de 1350 escuelas de toda la India les fue enviada.
Un centenar fueron elegidos, 20 de ellos fueron identificados como los
mejores proyectos y siete recibieron una mención especial del jurado. El
top 20 de los proyectos mostraron una amplia variedad de temas.
Resultados:
El foco inmediato de los organizadores es analizar las tendencias y los
datos recogidos en el concurso. Un grupo de investigadores de la India y
del extranjero identificaran los patrones y obtendrán conocimientos
académicos y acciones concretas basadas en la información recopilada.
Los organizadores pretenden también crear un club o una comunidad de
niños de todo el país para promover continuamente el espíritu del diseño
y la innovación entre los niños. Y quieren brindar oportunidades de
tutoría y otros incentivos para que los niños sean parte del club.
En el futuro, la Escuela Riverside tiene como objetivo realizar el evento anualmente.
Méritos:
El diseño del concurso tiene como objetivo inspirar a los niños a "ser el
cambio que quieres ver en el mundo” (en palabras de Mahatma Gandhi).
Iniciativas como éstas dan a los niños un sentido de responsabilidad
hacia la sociedad y la confianza para poder hacer el cambio.
El Proyecto “Diseña el Cambio” ya es una iniciativa de alcance
internacional. En 2010 participaron más de 50,000 escuelas,
involucrando a más de 250,000 niños.
37
12. Conclusiones
La educación en ingeniería ha sufrido una importante transformación en
las últimas décadas. El tradicional énfasis de enseñanza centrado en la
calidad de exposición del profesor ha cambiado significativamente para
orientarse hacia el aprendizaje centrado en el alumno. El currículo
académico que anteriormente era definido únicamente por las
autoridades académicas ahora se orienta a la generación de
competencias profesionales necesarias para el sector productivo, el cual está participando cada vez en mayor medida en el proceso formativo. La
forma tradicional de educación sobre la solución de problemas dados en
el aula, está siendo cambiada a aprendizaje basado en problemas reales
y aprendizaje basado en proyectos con la industria. El alcance de estas
transformaciones es tal que a estos últimos modos de aprender se le
está denominando “la revolución en la enseñanza de la ingeniería”.
El acceso de México a la Sociedad y la Economía del Conocimiento está
limitado por la calidad de la Educación Básica y por la ausencia de
sistemas y redes de apoyo a la educación en Ciencia, Tecnología,
Ingeniería y Matemáticas (STEM).
El impulso al desarrollo vocacional en los campos de las ciencias y la
ingeniería es indispensable para resolver los desafíos que enfrenta la
sociedad y mejorar la calidad de vida de la población.
El aprendizaje de las ciencias y las matemáticas puede potenciarse
significativamente con la enseñanza de la ingeniería y la tecnología
desde la educación pre-escolar hasta media superior (Kinder hasta la
Preparatoria).
Hay en el país iniciativas innovadoras exitosas que ya están cubriendo
un número importante de escuelas y educandos con el empleo de
métodos constructivistas para el aprendizaje de la ciencia (INNOVEC) y
de las matemáticas (CIME), así como con el empleo de la robótica pedagógica (MicrobotiX) que deben ser entusiastamente apoyadas,
difundidas y aprovechadas.
Es altamente recomendable planear y desarrollar en México sistemas y
redes de apoyo a la educación en Ciencia, Tecnología, Ingeniería y
Matemáticas (STEM), aprovechando las experiencias internacionales en
la materia.
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13. Referencias
Jon Miller et al. Michigan State University research presented in
"Tomorrow's Scientists and Engineers." at the meeting of the American
Association for the Advancement of Science. February 2010.
Linda Katehi, Greg Pearson and Michael Feder. The Status and Nature of
K-12 Engineering Education in the United States. NAE Fall 2009.
PISA 2009 – Mensajes clave para México, OCDE.
PISA 2009 Programa para la Evaluación Internacional de los Alumnos.
OCDE. INFORME ESPAÑOL. Instituto de Evaluación. Ministerio de
Educación, Gobierno de España.
Gustavo Saldaña. Correo Pedagógico 1, Centro de Investigación en
Modelos Educativos.
La Educación encierra un tesoro. Informe a la UNESCO de la Comisión
Internacional sobre la Educación para al Siglo XXI.
Innovación en la Enseñanza de la Ciencia INNOVEC
http://www.innovec.org.mx
Centro de Investigación en Modelos Educativos
http://www.cimeac.com/pagina_inicio.html
Winnie Hu. Studying Engineering before they can spell it. New York
Times June 13, 2010
http://roboticsandkids.com/RoboticaPedagogica.aspx
http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica_pedag%C3%B3gica
Diseña el Cambio http://www.disenaelcambio.com/
Riverside School Ahmedabad, India. http://www.schoolriverside.com/