Journal of Materials Education Universidad Autónoma del Estado de México: University of North Texas
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ISSN (Versión impresa): 0738-7989 MÉXICO
2004 Donna Hammer / Deepa Srikantaiah COLEGAS GRADUADOS ENSEÑANDO EN EL SALÓN: VINCULANDO LA INVESTIGACIÓN Y LOS RECURSOS UNIVERSITARIOS CON LA COMUNIDAD K12 Journal of Materials Education, año/vol. 26, número 3-4 Universidad Autónoma del Estado de México: University of North Texas Toluca, México pp. 255-260
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Universidad Autónoma del Estado de México
Journal of Materials Education Vol. 26 (3-4): 255-260 (2004)
COLEGAS GRADUADOS ENSEÑANDO EN EL SALÓN: VINCULANDO LA INVESTIGACIÓN Y LOS RECURSOS UNIVERSITARIOS CON LA COMUNIDAD K-12 Donna Hammer1 y Deepa Srikantaiah2 1 2
Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) and Director, GK-12 Program; Fellow, GK-12 Program, University of Maryland, College Park, MD 20742.
RESUMEN Los crecientes esfuerzos de la educación universitaria en las áreas de ingeniería y ciencias continúan creciendo y siendo refinadas al mismo tiempo que sus historias de éxito se incrementan rápidamente. Como hemos aprendido, un alcance efectivo a las escuelas K-12 y a la comunidad requieren una comprensión del sistema educativo K-12, haciendo un compromiso a largo plazo para apoyar e incrementar el currículo existente, capacitar a los investigadores y alcanzar nuestras nuevas metas de integrar el fascinante mundo de la ciencia y la tecnología al salón de clases.
Figura 1. Alumna de Preparatoria visitando el laboratorio de ciencia de Materiales. Campamento de verano.
El Programa de Enseñanza de Colegas Graduados (GK-12) del Centro de Investigación de Ciencia e Ingeniería (MRSEC) de la Universidad de Maryland (UMD) está dando pasos agigantados para cumplir con esos objetivos. Este trabajo proporcionará una vista general del Programa UMD GK-12. Se enfatizará sobre la importancia de desarrollar una cooperativa viable, integrando conceptos basados en la investigación al currículo (haciendo hincapié en los temas relacionados con la ciencia de los materiales), y la capacitación de Colegas de investigación para que desarrollen las habilidades necesarias para que aprovechen al máximo sus antecedentes de investigación y refinen sus habilidades comunicativas y docentes dentro del marco de la ciencia informal y de la educación de la ingeniería. INTRODUCCIÓN Iniciado mediante la estructura del componente de largo alcance de educación MRSEC, el UMD GK-12 se ha convertido en un programa establecido. El programa GK-12 se esfuerza por
afrontar los retos a los que se enfrentan los educadores y alumnos de ciencia y tecnología al aumentar y ampliar las prácticas sostenibles, así como el desarrollo del currículo en cuanto a la educación en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM) con énfasis en los temas
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relacionados con la ciencia de los materiales. La concentración en la ciencia de los materiales nace de la creciente necesidad de mostrar a los alumnos de licenciatura los materiales y permitirles participar en las actividades relacionadas con el aprendizaje de los materiales. Típicamente, la ciencia de los materiales no es parte del currículo K-12 y los maestros no están capacitados para enseñar materias relacionadas con los materiales. Más aún, así como la ciencia, existen pocas, si no es que no hay, evaluaciones estatales que calculen el conocimiento en cuanto a Ciencia e Ingeniería de los Materiales a nivel K-12. Por lo tanto, además de cumplir con las necesidades del currículo, el programa GK-12 está salvando la brecha entre la ciencia de los materiales y el aprendizaje de escuelas públicas. El presente trabajo explicará las metas y objetivos, infraestructura, muestras de materiales, actividades científicas y evaluaciones y los resultados relacionados. METAS Y OBJETIVOS Las metas y objetivos del programa GK-12 incluyen: 1) el mejoramiento de la comunicación y de las habilidades relacionadas con la enseñanza para los Colegas al proporcionarles actividades de capacitación y experiencias pedagógicas reales, 2) enriquecer el aprendizaje de los alumnos K-12 al apoyar y ampliar el currículo, 3) proporcionar a los maestros de escuelas secundarias y preparatorias los recursos, oportunidades de desarrollo profesional y actividades reales de exploración, y 4) introducir temas contemporáneos de ciencia de acuerdo con el currículo en un esfuerzo para alentar a los alumnos a considerar una carrera en ciencias o tecnología. ESTRUCTURA DEL PROGRAMA El programa GK-12 selecciona a alumnos de licenciatura y doctorado en ciencias, ingeniería y matemáticas para que trabajen con maestros y alumnos de escuelas públicas K-12, en actividades de enseñanza en casa, Colegas fuera del campus, y campamentos de verano. Los
Colegas participan en una sesión de orientación durante el verano, en la cual aprenden sobre pedagogía de la ciencia y participan en actividades para reforzar al equipo. Además, los Colegas se inscriben a un seminario, con valor de un crédito, que se enfoca a las actividades de desarrollo profesional. El progreso de los Colegas en el salón de clases y sus habilidades docentes es registrado en gacetas, proyectos de seminario y portafolios. Las observaciones en la escuela extienden el proceso de evaluación y se realizan con el objeto de evaluar el desempeño de los Colegas en sus respectivos salones. La beca de investigación GK-12 es un compromiso con duración de doce meses. Los Colegas reciben un estipendio de $27,000, junto con prestaciones y colegiatura para su participación en el programa GK-12. Los Colegas dedican un total de 20 horas a la semana trabajando en el programa, y de 10-12 horas en el salón de clases. El tiempo restante es dedicado a la preparación, desarrollo del portafolio y actividades de seminario. Ellos también tienen la oportunidad de obtener capacitación y desarrollo profesional al asistir a visitas de campo y conferencias. PROGRAMAS Los Colegas trabajan en una serie de proyectos que van desde el desarrollo del contenido del conocimiento para maestros, hasta programas para sesiones extra-clase para alumnos K-12. Este alcance le ha permitido al programa construir lecciones prácticas basadas en la exploración, y experimentar una selección de cuestiones del salón de clases, las cuales son compartidas, adaptadas y refinadas entre los Colegas, maestros y escuelas. El programa incluye demostraciones de ingeniería y ciencias, tales como las demostraciones Physics is Phun en la cual los Colegas han explicado más de 66 conceptos científicos. Para complementar las demostraciones, y ampliar el currículo, los maestros y Colegas han desarrollado actividades experimentales a nivel de las escuelas secundarias y preparatorias.
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Además, los esfuerzos para crear y refinar el currículo incluyen la ciencia del sonido, matemáticas para la física, química de polímeros, la electrónica en la ingeniería, y actividades de taller del método científico. El programa también apoya siete campamentos de verano 1) Campamento de Matemáticas aplicadas a la Física, 2) la Aeronáutica y la Era del Vuelo, 3) los Materiales del Deporte, 4) Ciencia, la ingeniería y tú, 5) Campamento Montaña Rusa, 6) Programa de Verano en Física para Mujeres, y 7) Campamento AutoCAD.
Figura 3. Dos Colegas GK-12 haciendo una demostración de ciencia con alumnos de secundaria.
Nuestro objetivo es el de entusiasmar y vincular a los alumnos K-12 con el currículo científico al hacer uso de actividades motivadoras basadas en la exploración. Hemos descubierto (a través de resultados de actitud y evaluaciones de contenido, así como encuestas aplicadas a los alumnos en escuelas K.12 compañeras) que la naturaleza interdisciplinaria de la ciencia de los materiales ayuda a los alumnos a comprender cada concepto científico a través de su aplicación y relación con otras ciencias y con la ingeniería. Las actividades están diseñadas para informar y alentar a los alumnos a considerar una carrera en ciencia o tecnología. El programa GK-12 ha buscado introducir los conceptos relacionados con la ciencia de los materiales en las escuelas primarias, secundarias y preparatorias. En cada grado, el desarrollo del currículo GK-12 está alineado con los estándares relevantes nacionales, estatales y del condado. A continuación se presentan ejemplos del programa.
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Escuela Primaria En las escuelas primarias y secundarias, existe la tendencia de enseñar la ciencia en trozos conceptuales extensos, sin mostrar las conexiones interdisciplinarias entre las mismas ciencias, y entre la ciencia y la ingeniería. En un esfuerzo por atender este problema y alentar a los alumnos, el programa GK-12 ha desarrollado actividades que muestran las relaciones y extensiones de los temas cubiertos en el currículo al introducir la ciencia de los materiales. Al nivel de primaria, el énfasis es puesto en definir a los materiales y sus propiedades, las relaciones y aplicaciones. Por ejemplo, los alumnos investigan la dureza, textura, densidad, absorción, color, magnetismo y propiedades eléctricas de diversos materiales. Haciendo uso de su compresión sobre las propiedades de los materiales, los alumnos investigan sus relaciones. Por ejemplo, los alumnos realizan una serie de reacciones químicas simples y describen la conexión de los materiales. Es importante que una vez que los alumnos hayan adquirido un conocimiento de trabajo acerca de los materiales básicos y sus propiedades, su comprensión acerca de éstas es reforzada al aprender sobre sus aplicaciones. Por ejemplo, se les presentan a los alumnos sus aplicaciones para la computación y tecnología, el ambiente y los plásticos. Además, las actividades académicas a lo largo del año escolar son reforzadas y extendidas por medio de programas de verano para alumnos de escuelas primarias. Escuelas Secundarias En escuelas secundarias, el formato de primaria (propiedades, relaciones y aplicaciones) se implementa de acuerdo con la edad y es ligado a conceptos científicos más profundos con base en el currículo, junto con la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Este método ha permitido a los alumnos darse cuenta de las conexiones entre los campos y ha incrementado su interés por aprender ciencias. Por ejemplo, los alumnos investigan sobre polímeros cuando estudian química y el medio ambiente. El desarrollo del
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currículo GK-12 ha logrado que las actividades relacionadas con los polímeros sean incluidas en el currículo. Por ejemplo, los alumnos aprenden sobre los plásticos suaves al estudiar y crear varios tipos de geles de polímeros y sus aplicaciones a la ingeniería. Otros temas incluyen metales, cerámicas y una introducción a las aleaciones. Para aumentar las actividades del salón de clases, el programa GK-12 ha desarrollado el Campamento de Materiales del Deporte, en el cual se introduce a los alumnos a los materiales utilizados en los deportes y sus equipamientos. Es este campamento, los alumnos investigan, prueban y cortan el equipo deportivo a fin de comprender los propósitos y usos de los materiales específicos para los deportes a los que están destinados. Además, los alumnos aprenden acerca de los avances en los materiales del deporte, materiales utilizados en deportes extremos y qué materiales son utilizados para prevenir lastimaduras. Al concluir el campamento, los alumnos diseñan un deporte enfatizando la selección de los materiales para el equipo y la protección. Escuela Preparatoria A nivel preparatoria, la mayoría de las escuelas tienen pocos cursos sobre ingeniería como parte de su currículo. Por lo tanto, el programa GK12 ha coordinado los conceptos de ingeniería de los materiales con la ciencia, las cuales son impartidas en los salones de física y química. Sin embargo, los conceptos de ingeniería a veces están restringidos para cumplir con el contenido científico que se debe cubrir. Dos de nuestras escuelas compañeras están haciendo planes para comenzar programas sustentables de pre-ingeniería, pero no tienen los medios ni los recursos para establecer un programa o capacitar a los maestros para que enseñen todos los conceptos incluidos en el currículo. El programa GK-12 junto con Colegas maestros están trabajando para desarrollar lecciones y actividades que inciten a los alumnos y que al mismo tiempo cubran las metas y objetivos requeridos de los programas de pre-ingeniería, y proporcionen a los alumnos la oportunidad de
observar diversos campos de la ingeniería e instrumentos de investigación. Basados en los resultados de los pre-exámenes, el Programa GK-12 ha desarrollado e implementado dos cursos cortos, pero muy interesantes, sobre Biomateriales y Reconstrucción de Huesos, y Dibujo Técnico y AutoCAD. Biomateriales y Remodelación de Huesos. El currículo de Biomateriales y Reconstrucción de Huesos está basado en la presente investigación del Dr. Otto Wilson, profesor en la UMD y CUA. El Dr. Wilson y su Colega James Lee trabajaron conjuntamente para desarrollar el currículo del curso, el cual está dividido en tres secciones: 1) introducción a los nanocompuestos, 2) Creación de compuestos Chitosan e hidroxyapatita, y 3) Investigación de las Aplicaciones de las Células y Tejidos dentro de la Ingeniería. Los alumnos de pre-ingeniería aprenden acerca de los últimos temas de investigación en el área de los nanocompuestos. A través de planes de clase basados en la exploración y de laboratorios, los alumnos aprenden las propiedades del chitosan y comprenden su aplicación a los nanocompuestos. Al final del curso, los alumnos tienen la oportunidad de hacer un recorrido por el laboratorio del Dr. Wilson. Los resultados del programa hasta ahora han sido positivos. El currículo y las lecciones han demostrado ser eficaces al ayudar a los alumnos a ligar los conceptos de ingeniería con las últimas investigaciones de biomateriales. Además, los alumnos han expresado una gran valoración hacia el campo de los biomateriales y sus aplicaciones. Al final del curso, los alumnos se encontraron buscando más, y especialmente queriendo realizar investigaciones con el Dr. Wilson. El currículo de biomateriales será mantenido a lo largo del próximo año escolar, basándose en los exitosos resultados del programa piloto. Algunas ideas futuras para el curso incluyen el diseño de internados de investigación para que los alumnos trabajen con el Dr. Wilson.
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Dibujo Técnico y AutoCAD. Similar a la unidad de biomateriales, el programa GK-12 desarrolló un curso piloto de Dibujo Técnico y AutoCAD para el programa de pre-ingeniería de las escuelas preparatorias. El curso fue creado para aumentar el currículo de preingeniería e incorporar las habilidades computacionales y de AtoCAD. El curso creó más opciones a seguir para los alumnos a fin de cumplir con los requisitos de su programa de pre-ingeniería. Algunos de los detalles del currículo piloto incluyen actividades de peso, trabajo con calibradores, dibujo ortográfico, modelado por computadora y ProDesktop. Como se observó en el currículo de biomateriales, los alumnos respondieron en forma positiva a este curso. En encuestas recientes los alumnos expresaron la gran estimación de esta opción que les permite obtener diversas habilidades de ingeniería antes de cursar alguna clase de ingeniería en la universidad o internados. Para ambos cursos, el de biomateriales y el de AutoCAD, los alumnos expresaron su deseo de estudiar estas áreas de la ingeniería al entrar a la universidad. Se ofrecerán unidades de este curso en un campamento de verano con duración de dos semanas. Actividades del Campamento de Verano Para apoyar los esfuerzos que se realizan durante el año escolar, también nos hemos enfocado en la preparación de actividades en tutorías extra-clase y clubes, así como en campamentos de verano. Cada campamento está diseñado para funcionar como la extensión de un tema o unidad del año académico, o para preparar a los alumnos para el contenido de ingeniería y ciencia del siguiente año. Por ejemplo, el Campamento de Física y Matemáticas ayuda a los alumnos de 10º y 11º grados para la física. El campamento está coordinado junto con los maestros de la Northwestern High School (NWHS). Las lecciones para el taller fueron diseñadas de acuerdo con el currículo de matemáticas y física del país, con el propósito de reforzar los conceptos matemáticos y preparar de una mejor
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manera a los alumnos para los cursos de física que se tomarán durante el siguiente año lectivo. El primer taller se llevó a cabo en las primeras dos semanas de agosto en la Universidad de Maryland, impartido por Colegas GK-12. Se inscribieron 25 estudiantes y la asistencia que tuvo de duración fue de 100%. El campamento combinó lecciones teóricas y actividades prácticas e incluyó Unidades y Medidas, Álgebra, Gráficas, Geometría y Trigonometría. Un apasionante componente del programa es que los instructores GK-12, trabajando con el maestro de física en la NWHS, continúan trabajando con sus alumnos en sus salones de física. Este esfuerzo permite a los instructores GK-12 continuar con el reforzamiento de los conceptos matemáticos, reforzar las lecciones del taller y aclarar y apoyar las conexiones entre las matemáticas y la física. EVALUACIÓN DEL PROGRAMA La evaluación del Programa GK-12 es un proceso continuo y comienza al principio de cada año lectivo. Las estrategias de evaluación incluyen observaciones en la universidad y dentro de los salones de clase con los maestros y Colegas, así como encuestas realizadas a alumnos, profesores y Colegas. Además de grupos de enfoque y entrevistas individuales con los alumnos, profesores, Colegas, personal administrativo de la escuela y profesorado de ésta se llevan a cabo para medir el impacto del programa en el aprendizaje. Se realizan evaluaciones formativas con más frecuencia con el fin de resolver problemas no anticipados y permitir a los coordinadores, investigadores principales y Colegas lograr de una mejor manera los objetivos a largo plazo del programa (evaluación final). En los últimos tres años, el programa GK-12 de la UMD ha crecido de manera estable en todas las áreas. Los esfuerzos para crear relaciones duraderas y significativas han sido la base del éxito del programa. Por ejemplo, los compañeros de las escuelas públicas se han incrementado de cuatro a 10 y se extienden a tres condados de Maryland. Estos resultados provienen del resultado de la gran atención que
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se presta a la comunicación actual y a las visitas regulares a las escuelas por parte de los coordinadores para llevar a cabo observaciones, entrevistas y para arreglar los problemas que puedan surgir, así mismo para realizar encuestas en línea. Los profesores han mostrado un incremento en la actitud positiva y logros en las actividades basadas en el currículo GK-12. Por ejemplo, en cuestión de actitud, un profesor de secundaria expresó: “Tener a diario un modelo científico positivo a seguir inspira a los alumnos de forma que apenas y podemos contar. Me encantaría que vieran sus caras cuando los Colegas entran. El no tener ideas o demostraciones para los temas científicos ya no es una carga para los maestros. Es un excelente resultado para todos”. Respecto del desarrollo profesional, un maestro de preparatoria señaló: “Debido a que estoy certificado en biología, tener a un Colega que me ayude con Física en el salón mientras se van desarrollando las clases ha expandido lo que puedo hacer con los alumnos e intentar temas que yo nunca antes había enseñado”. Igualmente los alumnos mostraron un incremento en su actitud positiva y logros. Por ejemplo, en términos de actitud, un alumno de secundaria dijo: “Ya me gustaba la ciencia desde antes que vinieran los Colegas, pero no estaba seguro de qué tan bueno era, o si quería cursar física en la prepa, ahora si estoy seguro”. En cuanto a los logros, un alumno de preparatoria comentó: “El Sr. M (Colega) ha cambiado el ambiente de enseñanza al estar aquí cuando más le necesitábamos. Antes de que llegara sacaba 6 y 5, gracias a él, mis calificaciones han saltado de 6 a 8. Le debo mucho a él y a la Sra. L (maestra) por ayudarme a mejorar mis habilidades en clase”.
CONCLUSIÓN Los esfuerzos de la educación universitaria en las áreas de ciencia e ingeniería están creciendo. La continuación de seguir creando programas efectivos para vincular la investigación universitaria y los recursos con la comunidad K-12 proporciona modelos guía y construye puentes. En este artículo, hemos subrayado la estructura de algunas de las actividades que han reforzado nuestro compañerismo universitario con las comunidades aledañas. Los investigadores y alumnos graduados están compartiendo investigaciones que nunca habrían tenido la oportunidad de inspirar a las jóvenes mentes y
Figura 4. Colega y alumno de primaria en la Feria de la Ciencia.
enriquecer el conocimiento de los maestros. A través de la relación con la comunidad K-12, los Colegas están reconociendo y formando parte del vínculo entre nuestras carreras científicas y las habilidades y la percepción de la ciencia por parte de la comunidad. RECONOCIMIENTOS El programa GK-12 está apoyado por la beca No. DGE0086396 proporcionada por la NSF y de la beca No. 00-80008 de la MRSEC. Estamos muy agradecidos con nuestros compañeros.
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