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Introducción
La alfabetización científica de la ciudadanía constituye, de acuerdo con la comunidad científica y la comunidad educativa, uno de los principales objetivos de la enseñanza de las ciencias. Parece que una metodología de enseñanza de las ciencias basada en la indagación favorece los procesos de aprendizaje y la alfabetización científica de los estudiantes (Wen et al., 2020). De hecho, el estudio de Minner et al. (2010) ya puso en evidencia la mejora significativa en el aprendizaje de las ciencias mediante metodologías basadas en la indagación científica, y el trabajo de Lederman et al. (2014) constató que las prácticas indagatorias en el aula ayudan a los estudiantes en la comprensión y asentamiento de conceptos científicos.
De acuerdo con Lederman (2004), la indagación científica hace referencia a los procesos que utilizan los científicos con el objetivo de dar respuesta a preguntas en una investigación y, en un contexto educativo, alude al conjunto de procesos mediante los cuales se construye el conocimiento científico como respuesta a preguntas. Pueden verse en la literatura diversas concepciones sobre lo que se entiende por indagación científica en un contexto educativo (Chi et al., 2019). Así, la National Research Council (2000, p.25) estableció las características esenciales de la indagación en el aula: 1) Los estudiantes formulan preguntas de orientación científica; 2) Los estudiantes dan prioridad a las pruebas, lo que les permite desarrollar y evaluar explicaciones que abordan cuestiones de orientación científica; 3) Los estudiantes proporcionan explicaciones a partir de pruebas para responder a las preguntas de orientación científica; 4) Los estudiantes evalúan sus explicaciones a la luz de explicaciones alternativas, especialmente las que reflejan la visión científica; 5) El alumno comunica y justifica las explicaciones que propone. Por su parte, Chi et al. (2019) definieron la competencia en indagación científica como la capacidad para integrar conocimiento científico y destrezas para: identificar preguntas científicas (que comprende formular preguntas e hipótesis), diseñar y conducir una investigación (que abarca planear experimentos y controlar variables), analizar e interpretar información (que incluye describir fenómenos, obtener datos, confeccionar tablas y gráficos, y usar representaciones matemáticas y computacionales), y generar explicaciones basadas en pruebas (que engloba extraer conclusiones, interpretar, predecir resultados alternativos, evaluar y argumentar).
Nehring et al. (2015) proporcionaron un marco teórico que describe el conjunto de destrezas que configuran la indagación científica con finalidad educativa. En él se habla de elementos de razonamiento científico y métodos de indagación. En los primeros se incluyen: a) Preguntas e hipótesis (identificar las lagunas en el conocimiento científico, plantear preguntas científicas y formular hipótesis tentativas que puedan ponerse a prueba en las investigaciones científicas); b) Planificación y ejecución (precisar los pasos necesarios y los materiales para llevar a cabo la investigación y recoger datos relevantes para la pregunta de investigación); y c) Análisis y reflexión (cambiar el modo de representación de los datos y evaluar la validez de la investigación). Y en los segundos: a) Observar, comparar y ordenar (seleccionar criterios para las observaciones, realizar observaciones basadas en la teoría, recoger datos, encontrar diferencias o derivar clasificaciones; b) Experimentar (identificar variables dependientes, independientes y de control, intervenir activamente con los objetos de investigación, manipular variables, mantener constantes las variables de control); c) Utilizar modelos científicos (llevar a cabo experimentos con la ayuda de modelos, sacar conclusiones sobre la teoría original subyacente).
En el estudio de Aktamis&Ergin (2008) se comprobó que la promoción de destrezas de proceso de la ciencia (destrezas indagatorias) en la educación científica mejora la creatividad científica. En esta misma línea, Yang et al. (2016), en una investigación sobre las relaciones entre la creatividad científica y los procesos de indagación científica, obtuvieron altas y significativas correlaciones entre el dominio de cuatro elementos propios de la indagación científica (identificar preguntas de investigación, formular hipótesis, diseñar experimentos y extraer conclusiones) y la creatividad científica. Más recientemente Dikici et al. (2020) pusieron a prueba tres modelos de ecuaciones estructurales que interrelacionaban destrezas de proceso de la ciencia, creatividad científica y variables demográficas. Los resultados que obtuvieron ponen de manifiesto que la relación entre las destrezas de proceso de la ciencia y la creatividad científica es estadísticamente significativa en todos ellos. Todos estos resultados vienen a confirmar las estrechas relaciones entre indagación científica y creatividad científica, y que la enseñanza de las ciencias tomando como base la indagación científica constituye uno de los pilares sobre los que se puede apoyar la creatividad en general (Thompson, 2017) y la creatividad científica en particular (Longo, 2010).
El primer eslabón en la alfabetización científica es el profesorado de Educación Primaria. En consecuencia, este profesorado ha de tener la formación científica necesaria para poder iniciar la alfabetización científica de niños y niñas. Como se ha indicado anteriormente, el aprendizaje basado en la indagación se ha mostrado muy útil para esta función. Para esto, se requiere que el profesorado disponga de los conocimientos y destrezas de los procesos de la ciencia, esto es, de la competencia para llevar a cabo indagación científica en el aula. Sin embargo, diferentes estudios indican que la formación del profesorado de Educación Primaria no es suficiente para ello (Chabalengula et al., 2012; Aydoğdu et al., 2014; Verdugo-Perona et al., 2019).
Objetivos
Son escasos los estudios en el ámbito iberoamericano sobre la competencia indagatoria del profesorado de primaria, sea en ejercicio o en formación. Por esta razón, el primer objetivo de este trabajo fue evaluar la competencia del profesorado de primaria en formación en diversos elementos de indagación científica identificados en la literatura: formulación de preguntas de investigación, identificación de las variables dependiente e independiente y variables controladas, emisión de hipótesis y diseño de experimentos. El segundo objetivo fue determinar cuáles son los elementos constitutivos de la indagación científica que resultan de mayor dificultad para este profesorado en formación.
La investigación de Nehring et al. (2015) ha revelado que el género no causa diferencias significativas en las destrezas de indagación científica en la Educación Secundaria. Por el contrario, el estudio de Cheng et al. (2021) destacó la mayor capacidad de las mujeres en determinados elementos de la indagación científica, y en el de Aydoğdu et al. (2014) las mujeres mostraron su mayor competencia en todos los procesos de la ciencia analizados. Por otra parte, las relaciones existentes entre conocimiento científico, destrezas en los procesos de la ciencia y creatividad científica (Zainuddin et al., 2020) inducen a pensar que un mayor conocimiento previo en ciencias generará mayor capacidad para llevar a cabo indagación científica. Por ello, el tercer objetivo fue analizar los efectos del género y de la formación de acceso al Grado en Maestro/a de Educación Primaria (en España se puede acceder a estos estudios universitarios desde distintos itinerarios de Bachillerato y Formación Profesional) sobre cada uno de los elementos de indagación científica.
Materiales y métodos
Diseño de investigación
Se utilizó en este estudio un diseño descriptivo ex post facto para analizar cuantitativamente la competencia de indagación científica de docentes de primaria en formación. La competencia de indagación científica se tomó como variable dependiente, y el género y los estudios previos al Grado en Maestro/a en Educación Primaria como variables independientes.
Participantes
Participaron 178 estudiantes de 4 grupos intactos de 2º curso del Grado en Maestro/a en Educación Primaria de la Facultad de Magisterio de una universidad pública en una gran ciudad del estado español. De ellos, 152 eran mujeres (85.4%) y 26 hombres (14.6%) con una edad media de 19.8 años. Todo el alumnado de la muestra cursaba, al menos, una asignatura de formación científica básica para docentes de primaria de 90 horas de aula.
En cuanto a los estudios previos al Grado, un 89.3% de la muestra cursó Bachillerato antes de entrar en la universidad, un 8.4% de la Formación Profesional, y el 2.3% restante de la Prueba de Acceso para mayores de 25 años. En relación con la rama cursada de estudios previos a la universidad, el 82.6% cursó un itinerario de Ciencias Sociales o Humanidades, y el 17.4% de Ciencias o Tecnología.
Se trató de una muestra de conveniencia, aunque los sujetos no presentaron, a priori, características especiales que los diferenciaran de otros grupos de ese mismo curso. No obstante, los resultados no pueden todavía ser extrapolados a toda la población estudiantil de ese curso con fiabilidad.
Instrumento
Se utilizó el cuestionario propuesto por Cuevas et al. (2005).Se tradujo al castellano por una experta filóloga y se adaptó a los objetivos de nuestra investigación, además de añadirle una entrada en la que se demandan datos demográficos (identificación, género, estudios previos al Grado e itinerario cursado). Con él se pretende determinar la competencia del profesorado de primaria en formación en el campo de la indagación como una forma de creatividad científica en las aulas. El cuestionario adaptado quedó conformado por cuatro ítems, uno de respuesta cerrada y los otros tres de respuesta abierta (uno de los cuales incluye varios apartados). A partir de un texto dado, que narra una situación problemática cotidiana donde interviene el fenómeno de la evaporación, se pide a cada persona que identifique la pregunta de investigación más adecuada; que determine la variable dependiente, las independientes y las variables de control; formule una hipótesis apropiada; y que describa cómo realizaría el experimento (pasos, condiciones, materiales y su uso, etc.) para poder responder a la pregunta de investigación inicial y así, resolver la situación problemática planteada.
Para evaluar la competencia en indagación científica a partir de los datos obtenidos del cuestionario se elaboró una rúbrica (Anexo 2), similar a la que proponen Cuevas et al. (2005), que contempla las posibles respuestas de las personas participantes. La rúbrica diferencia tres niveles de respuesta y asigna los valores 0 (sin respuesta o respuesta incorrecta), 1 (parcialmente correcta o incompleta) y 2 (correcta y completa) para cada ítem, así como los criterios para otorgarlos.
Procedimiento
Tanto la adaptación del cuestionario de indagación científica como su rúbrica de evaluación siguieron un proceso de acuerdo interjueces hasta alcanzar un consenso total. Dos investigadores externos analizaron las adaptaciones del cuestionarioy discutieron sus ventajas e inconvenientes hasta llegar a un acuerdo. Por otra parte, tres investigadores propusieron por escrito criterios para asignar puntuaciones a los ítems del test de indagación, y resolvieron sus diferencias mediante discusión.
Para la administración del cuestionario se contó con la colaboración de tres profesores de la Facultad de Magisterio que lo pusieron a disposición de su alumnado a través del aula virtual de la propia universidad, por la imposibilidad de aplicarlo de forma presencial, dadas las limitaciones y medidas anti-COVID-19 establecidas. La no presencialidad en la administración del cuestionario impidió aclarar dudas durante la cumplimentación y evitar comportamientos que podrían sesgar los datos.
Dado que existe un elemento de subjetividad en la interpretación de la rúbrica, fue necesario comprobar que el sistema de puntuación podía ser interpretado de forma fiable por alguien que no hubiera participado en el desarrollo de la prueba. Con este fin, un participante de la investigación y otro profesor no participante evaluaron los datos de 40 estudiantes usando la rúbrica. Se determinó el coeficiente de correlación producto-momento de Pearson de las puntuaciones otorgadas por ambos evaluadores en cada uno de los elementos de indagación científica (a excepción del elemento identificación de la pregunta de investigación, ya que se trataba de una pregunta de opción múltiple), que resultaron ser: 0.94 (identificación de la variable dependiente, 0.91 (identificación de la variable independiente), 0.89 (identificación de las variables de control), 0.91(emisión de hipótesis) y 0.87 (diseño del experimento). En consecuencia, estos valores parecen sugerir que el criterio y el procedimiento de calificación aplicado fue suficientemente objetivo.
Para poder analizar los datos obtenidos del cuestionario, primero estos se vaciaron e introdujeron en una hoja de cálculo Excel para poder operar con ellos de forma cómoda y rápida. Después de revisar y depurar los datos detectando posibles erratas, los datos se analizaron con el paquete estadístico SPSS v.22.
Resultados y discusión
El coeficiente Alfa de Cronbach del cuestionario fue 0.62. Teniendo en cuenta las características del cuestionario, con un número reducido de ítems y cada uno de ellos dedicado a evaluar un conocimiento distinto del resto, este valor puede considerarse suficiente para el propósito del presente estudio.
La Figura 1 muestra el promedio de puntuación en cada uno de los elementos del cuestionario de indagación científica, esto es, identificación de la pregunta de investigación (IFP), identificación de la variable dependiente (IVD), identificación de la variable independiente (IVI), identificación de las variables de control (IVC), emisión de hipótesis (IFH) y diseño del experimento (IDE). La puntuación media global del cuestionario fue de 1.09 (desviación estándar 0.42, puntuación máxima 2 puntos).
Teniendo presente que el cuestionario se propuso por Cuevas et al. (2005) para estudiantes de sexto curso de primaria, las puntuaciones promedio en cada uno de los elementos de indagación y la global pueden considerarse bajas. En cualquier caso, están en línea con los valores obtenidos por Foulds& Rowe (1996) en destrezas de proceso de la ciencia de los estudiantes del Grado en Maestro/a en Educación Primaria australianos. Esta puntuación baja es una muestra del deficiente nivel de alfabetización científica de este futuro profesorado. Según el estudio de Verdugo-Perona et al. (2019), los docentes en formación inician el Grado con un nivel medio de conocimientos sobre procedimientos científicos, que no mejora significativamente durante el transcurso de su formación en el Grado universitario.
Los distintos elementos constitutivos del proceso de indagación evaluados no ofrecen la misma dificultad a los/las participantes. Para estudiar las diferencias, dado que las puntaciones no se ajustan a una distribución normal, se aplicaron pruebas no paramétricas. Así, la prueba de Friedman permitió comprobar la existencia de diferencias significativas globales entre los elementos, Χ 2(5)= 83.35, p<.001. Para precisar el origen de estas diferencias globales, se realizaron las comparaciones por pares, usando la corrección de Bonferroni para establecer el nivel de significación apropiado (15 pares: pB= .05/15= .003). Las diferencias entre pares que resultaron significativas se recogen en la Tabla 1.
Tabla 1 - Pares de elementos cuyas diferencias son significativas.
| Pares | Z | p |
|---|---|---|
| IVD-IFP | -5.34 | <.001 |
| IVI-IFP | -3.50 | <.001 |
| IFH-IFP | -6.23 | <.001 |
| IDE-IFP | -6.51 | <.001 |
| IVI-IVD | -3.61 | <.001 |
| IVC-IVD | -4.30 | <.001 |
| IFH-IVC | -4.72 | <.001 |
| IDE-IVC | -5.03 | <.001 |
Así pues, de acuerdo con la Fig 1 y la Tabla 1, la identificación de la pregunta de investigación (IFP) resultó significativamente más fácil que el resto (solo el elemento IVC no dio diferencias estadísticamente significativas), mientras que la determinación de la variable dependiente (IVD), la formulación de hipótesis (IFH) y el diseño del experimento (IDE) resultaron las más difíciles. De la Figura 1 se deduce que el orden de facilidad de los distintos elementos fue: IFP > IVC > IVI > IFH>IVD> IDE, si bien la Tabla 1 nos indica que las diferencias entre IFH/IVD/IDE y entre IVC/IVI e IFP/IVC no son significativas (no aparecen en dicha tabla).La dificultad encontrada en el diseño del experimento (puntuación 0.88 sobre 2), es coherente con los resultados de Chabalengula et al. (2012), y la que presentan en la identificación de la variable dependiente (puntuación 0.89 sobre 2), con los resultados de Aydoğdu et al. (2014). Parece, pues, que estos dos elementos, junto a la emisión de hipótesis, son los que presentan mayor complejidad para este profesorado.
La Fig 2 recoge las puntuaciones en los elementos del cuestionario de indagación según el género del profesorado en formación.
Como puede verse en la Fig 2 las mujeres obtienen puntuaciones más altas que los hombres en todos los elementos de indagación propuestos. Para analizar si las diferencias de puntuación llegan a ser significativas en algún caso, se aplicó la prueba U de Mann-Whitney. En la Tabla 2 se ofrecen los resultados de esta prueba.
Tabla 2 Análisis estadístico de la influencia de la variable género sobre los elementos.
| U | Z | p | |
|---|---|---|---|
| IFP | 722.50 | -2.44 | .015 |
| IVD | 817.50 | -1.57 | .115 |
| IVI | 712.00 | -2.31 | .021 |
| IVC | 825.50 | -1.57 | .116 |
| IFH | 762.00 | -2.29 | .022 |
| IDE | 780.00 | -1.92 | .055 |
Así pues, el género influye de forma significativa en tres elementos de indagación: IFP, IVI e IFH. En ellos las mujeres puntúan significativamente más alto que los hombres. Las mayores puntuaciones de las futuras profesoras de Educación Primaria en competencia indagatoria están en consonancia con los resultados obtenidos por Aydoğdu et al. (2014) y Cheng et al. (2021).
En la Fig 3 se muestran las puntuaciones en cada uno de los elementos de indagación de acuerdo con la rama de estudios previos al Grado cursada. Obsérvese que las puntuaciones de las diferentes ramas se han agrupado en dos, por una parte, la rama de Ciencias y Tecnología y, por otra parte, todas las restantes.
El efecto producido por haber seguido un itinerario de Ciencias o Tecnología resulta evidente a la luz de la representación gráfica. En todos los casos la puntuación alcanzada siempre es más alta cuando se ha cursado estudios de Ciencias o Tecnología antes de iniciar el Grado. La prueba U de Mann-Whitney nos permitió determinar los casos donde la influencia del itinerario resulta significativa. En la Tabla 3 se recogen los datos de la prueba.
Tabla 3 - Análisis estadístico de la influencia de la variable rama de estudios sobre los elementos.
| U | Z | p | |
|---|---|---|---|
| IFP | 947.50 | -1.40 | .162 |
| IVD | 711.00 | -2.85 | .004 |
| IVI | 799.00 | -2.27 | .023 |
| IVC | 901.50 | -1.64 | .101 |
| IFH | 1021.00 | -0.92 | .356 |
| IDE | 972.00 | -1.17 | .242 |
Por tanto, el efecto del itinerario cursado en los estudios previos al Grado, que conduce a mayores puntuaciones en competencia indagatoria, llega a ser significativo en dos casos: IVD e IVI. En estos dos elementos de indagación los participantes que habían cursado estudios de Ciencias o Tecnología puntuaron significativamente más alto que los demás. Se vislumbra, pues, una asociación entre la formación científica anterior y las destrezas en indagación científica. Esta asociación, además de lógica, viene avalada por los estudios de Fang et al. (2016), que evidencian el conocimiento científico y las habilidades en indagación se influencian mutuamente y se desarrollan recíprocamente, así como los de Zainuddin et al. (2020), que muestran las interrelaciones entre conocimiento científico, destrezas de proceso de la ciencia y creatividad científica.
Conclusiones
Teniendo presente el primer objetivo planteado, referido a la evaluación de la competencia indagatoria del futuro profesorado de primaria, atendiendo a los valores obtenidos en cada uno de los elementos estudiados y a la puntuación promedio global en el cuestionario, puede concluirse que la capacidad de indagación mostrada por docentes de primaria en formación es baja y, por supuesto, no es la deseable para la alfabetización científica eficaz de los niños y niñas de primaria.
El segundo objetivo se centraba en el análisis de la dificultad encontrada de los participantes en los elementos de indagación. A partir de los resultados del presente estudio, parece que las mayores dificultades de los participantes en los procesos de indagación científica radican en la identificación de la variable dependiente, la emisión de hipótesis y el diseño de experimentos.
El tercer objetivo aludía a los efectos del género y de los estudios previos al acceso a la Universidad sobre la competencia indagatoria del profesorado de primaria en formación. En cuanto al género, los análisis señalan la mayor aptitud de las futuras profesoras en este aspecto, siendo especialmente destacable su capacidad frente al género masculino en la formulación de preguntas de investigación, identificación de la variable independiente y la emisión de hipótesis. En relación con los estudios cursados de acceso al Grado Universitario y más específicamente el itinerario seguido en dichos estudios, se muestra una influencia beneficiosa de haber cursado un itinerario de Ciencias o Tecnología en la capacidad de llevar a cabo tareas de indagación científica. Esto parece ser singularmente relevante en el caso de la identificación de la variable dependiente e independiente de una investigación científica.
Implicaciones didácticas
No se puede acabar este apartado sin indicar las implicaciones didácticas que pueden derivarse del presente estudio. En primer lugar, se han puesto de manifiesto las deficiencias del futuro profesorado de primaria en un punto de vital importancia en la alfabetización científica de la ciudadanía, a saber, la competencia en indagación científica. Como es obvio, no se puede introducir en las aulas de Educación Primaria el aprendizaje basado en la indagación sin tener un profesorado que tenga competencia suficiente para realizarla. En segundo lugar, cuando se forme a este profesorado en indagación científica se tiene que hacer particular incidencia en los elementos de identificación de la variable dependiente, emisión de hipótesis y diseño de experimentos. Y, en tercer lugar, parece que en las aulas donde se forma el profesorado hace falta una mayor motivación/orientación del género masculino hacia la ciencia y sus procesos, así como programas específicos para los estudiantes que provienen de itinerarios no científicos o tecnológicos.
Limitaciones
Resulta obligatorio mencionar las limitaciones de este estudio. En primer lugar, el número de participantes es pequeño y todos ellos de segundo curso del Grado, además de no ser el resultado de un muestreo probabilístico. En segundo lugar, el instrumento utilizado que, entre otras posibles consideraciones, no recoge todos los elementos que integran la indagación científica. Por último, señalar también las limitaciones impuestas y generadas por la pandemia del COVID-19, que han tenido una gran repercusión en el procedimiento seguido para administrar el instrumento (online en lugar de presencial).
