El nuevo aula de NGSS

Aotro año escolar llega a su fin. Usted se sienta en una reunión de la facultad y el director declara que toda instrucción de ciencias deberá estar alineada con NGSS el próximo año. El estado ha adoptado oficialmente los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación (NGSS). Sabías que este cambio vendría, pero lo has estado temiendo. Un colega se inclina y dice: "¿Qué vas a hacer con el NGSS? Probablemente usaré las mismas lecciones que he usado durante años. Estoy seguro de que puedo encontrar las prácticas allí en alguna parte ". Usted piensa:" Sí ... mis alumnos ya realizan actividades prácticas, y realmente parece que les gusta la ciencia. Les hago muchas preguntas. ¿Cuánto necesitará realmente cambiar mi enseñanza?

No todos en su escuela están familiarizados con estos nuevos estándares, por lo que su director explica que se basan en Un marco para la educación científica de K – 12, un informe desarrollado por el Consejo Nacional de Investigación. Científicos, educadores, investigadores de la educación e ingenieros de los estados de 1 escribieron y revisaron los estándares, que fueron publicados en 26. El suyo es uno de los estados de 2013 que los ha adoptado para preparar a los estudiantes para la universidad, las carreras y la ciudadanía al especificar las expectativas y los objetivos de aprendizaje. Los estándares, dice, proporcionarán a su escuela y distrito una base para tomar decisiones coordinadas sobre el plan de estudios, las evaluaciones y la instrucción, desde el jardín de infantes hasta el duodécimo grado, en las ciencias de la vida, las ciencias físicas, las ciencias de la tierra y el espacio, la ingeniería, tecnología y la aplicación de la ciencia.

Su directora dice que para ayudar a hacer la transición, ha organizado un recorrido por una escuela vecina donde algunos de los maestros de ciencias ya han comenzado a implementar el NGSS.

Se le ha dado un día de lanzamiento para visitar y observar dos aulas basadas en estándares que enseñan el mismo concepto científico. Usted nota lo siguiente:

Los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación proporcionan un marco para cambiar la instrucción hacia lo que se ve en el Aula 2.2. Los nuevos estándares piden a los maestros que apoyen el aprendizaje de los estudiantes a través de la aplicación de "Prácticas de Ciencia e Ingeniería". Estas prácticas son una dimensión integral del NGSS y generalmente son empleados por científicos e ingenieros mientras investigan el mundo natural y diseñan soluciones para problemas del mundo real. Para ayudar a los estudiantes a hacer este cambio, el NGSS reemplaza el recuerdo de largas listas de hechos aislados con un conjunto más pequeño y más enfocado de "Ideas básicas disciplinarias". Al enfocarse en menos ideas, los estudiantes tienen mayores oportunidades de involucrarse con estas prácticas y hacer más conexiones (también conocidas como "Conceptos transversales") a través de las disciplinas, desarrollando así una comprensión conceptual más profunda.

Con el tiempo, el aula se vuelve menos como el Aula 1, donde los estudiantes solo preguntan "¿qué?" Y valoran respuesta haciendo, a uno más como Classroom 2, donde los estudiantes se preguntan "¿cómo?" y "¿por qué?" y donde las respuestas sirven como un trampolín hacia creación de sentido. Este cambio equipa a los estudiantes no solo para aprender nueva información sino también para aplicarla.

Hacer este cambio requiere considerables apoyos curriculares e instructivos. Involucrar a los estudiantes en una mayor exploración e investigación exige un plan de estudios que (1) esté organizado en una secuencia coherente de aprendizaje, y (2) les permite a los estudiantes múltiples oportunidades para involucrarse con fenómenos significativos y lidiar con preguntas relevantes. La implementación efectiva de dicho plan de estudios también requiere apoyos para ayudar a los maestros a desarrollar su conocimiento del contenido y su intuición pedagógica.

Nuestro equipo de la Universidad de Stanford descubrió que el aprendizaje basado en proyectos es un marco eficaz para hacer precisamente eso. A continuación explicamos cómo utilizamos el aprendizaje basado en proyectos y las evaluaciones basadas en el desempeño para diseñar un plan de estudios efectivo y atractivo. Describimos las ganancias en el aprendizaje de los estudiantes que hemos observado y concluimos con una discusión de nuestro proceso para evaluar materiales curriculares, que esperamos sirva como una herramienta para evaluar y seleccionar planes de estudio alineados con NGSS.

Nuestro marco curricular: aprendizaje basado en proyectos, evaluaciones basadas en el rendimiento y trabajo en grupo

En 2013, el Centro de Evaluación, Aprendizaje y Equidad de Stanford fue financiado por la Fundación Educativa George Lucas para trabajar con un grupo de maestros de ciencias de la escuela intermedia para desarrollar un currículo de sexto grado de todo el año (incluyendo evaluaciones y tareas) alineado con el NGSS.* Decidimos basar este plan de estudios en tres elementos compatibles: aprendizaje basado en proyectos,^† evaluaciones basadas en el desempeño,^‡ y trabajo grupal estructurado.^§

Aprendizaje en base a proyectos: Nuestro plan de estudios ofrece oportunidades para que los estudiantes aborden problemas reales y problemas científicos. Para cada unidad, creamos proyectos culminantes individuales y grupales que permiten a los estudiantes:

• Acceda a múltiples formas de información necesarias para completar con éxito las tareas de aprendizaje, y aplique y demuestre sus conocimientos de diferentes maneras;
• Participe activamente en su aprendizaje haciendo elecciones y decisiones que demuestren un aprendizaje autodirigido; y
• Reflexione sobre su aprendizaje y realice revisiones basadas en la autoevaluación, la revisión por pares y / o los comentarios de los maestros.

Estos proyectos son abiertos y complejos, y no necesariamente tienen una respuesta correcta.

Por ejemplo, en un proyecto culminante, los estudiantes trabajan en grupos para usar lo que aprenden sobre la transferencia de energía térmica para ayudar a resolver algunos desafíos de ingeniería del mundo real. A los "clientes" como Cocina del Sol, una empresa latinoamericana de camiones de comida ecológica, les gustaría un dispositivo para hornear sus galletas especiales utilizando la energía del sol. Otro cliente está realizando una investigación sobre el salmón de Alaska y necesita guantes para sus investigadores en Alaska que trabajan con salmón en arroyos y ríos muy fríos (8 ° C – 14 ° C).

Luego, los estudiantes aprenden los conceptos y adquieren las habilidades científicas y de ingeniería para desarrollar prototipos, probarlos y revisar soluciones a los problemas que intentan resolver. Los estudiantes reciben una variedad de formas de acceder a la información y demostrar comprensión, como diseñar y realizar investigaciones, participar en discusiones de toda la clase, desarrollar explicaciones y modelos, leer textos y realizar investigaciones. Como resultado, estas tareas brindan a los estudiantes oportunidades para leer, escribir, escuchar y hablar. Y al final de la unidad, cada grupo tiene lo que necesita para completar con éxito su proyecto y presentarlo a la clase.

Evaluaciones basadas en el desempeño: Nuestros proyectos no solo brindan una excelente oportunidad para que los estudiantes adquieran habilidades y comprensión del contenido, sino que también sirven como evaluaciones basadas en el rendimiento. Los componentes individuales y grupales de los proyectos permiten a los estudiantes demostrar el dominio del contenido riguroso y las prácticas científicas de varias maneras. Juntos, los proyectos y las evaluaciones se entrelazan integralmente.

Evaluar proyectos tan complejos y abiertos es un desafío importante para los maestros. Es importante que tanto los estudiantes como los maestros tengan formas rigurosas y confiables de evaluar los proyectos. Por lo tanto, el plan de estudios que desarrollamos proporciona rúbricas para evaluar los proyectos individuales y dar retroalimentación a los estudiantes. Estas rúbricas se comparten con los estudiantes antes de que comiencen sus proyectos para que comprendan cómo se evaluará su trabajo..**

Los proyectos culminantes proporcionan evidencia de lo que los estudiantes aprendieron individualmente, con qué contenido o habilidades aún pueden estar luchando y cómo los maestros pueden cambiar su instrucción para abordar las brechas en la comprensión de los estudiantes. Estas evaluaciones brindan oportunidades para que los estudiantes reciban comentarios formativos de sus compañeros y maestros, realicen revisiones y reflexionen sobre su aprendizaje. Además, debido a que están integrados en el plan de estudios, hay una transición clara y guiada a medida que los estudiantes transfieren el aprendizaje que hicieron como parte de un grupo a sus proyectos individuales.

Trabajo grupal estructurado: ¡Es poco probable que un estudiante, o incluso dos, sepan todo sobre un tema y posean todas las habilidades para completar con éxito un proyecto, como crear un horno solar que funcione! Sin embargo, un buen funcionamiento grupo de cuatro o cinco estudiantes simplemente podría.

Sabiendo que el desarrollo de grupos de estudiantes productivos y equitativos requiere apoyo, desarrollamos una unidad introductoria para dar explícitamente a los estudiantes oportunidades para participar en estrategias de trabajo en grupo que podrían usar a lo largo del plan de estudios. Esta unidad se basa en el trabajo del Programa de Instrucción Compleja en la Universidad de Stanford, desarrollado por Elizabeth Cohen y Rachel Lotan. 

El programa proporciona herramientas prácticas para apoyar el trabajo en grupo productivo y equitativo al incorporar tres ideas importantes:

1. Asignar roles de estudiantes para promover el aprendizaje activo y tasas equitativas de participación en grupos;
2. Desarrollar actividades que sean abiertas y productivamente "inciertas", reemplazando así los procedimientos paso a paso con múltiples métodos para lograr múltiples soluciones; y
3. Cambie la instrucción para que los maestros actúen más como facilitadores y entrenadores enfocados en las interacciones grupales, indagando y desafiando el pensamiento de los estudiantes y monitoreando el aprendizaje de los estudiantes.

Los maestros en nuestro estudio recibieron nuestra unidad introductoria de "desarrollo de habilidades" para implementar en sus aulas. Por ejemplo, los estudiantes participaron en una tarea en la que adquirieron experiencia de primera mano trabajando juntos para resolver un rompecabezas que requería que todos en el grupo prestaran atención a lo que otros estudiantes necesitaban. Por lo tanto, los estudiantes tuvieron oportunidades explícitas para aprender los tipos de comportamientos que se esperaban de ellos mientras trabajaban en grupos. Igual de importante, los maestros aprendieron cómo darles a los estudiantes mayores oportunidades para discutir ideas en grupo, tomar decisiones e incluso cometer errores.

Durante las observaciones en el aula, observamos que los estudiantes se dedicaban a resolver problemas, discutir, escribir, leer, diseñar, construir y experimentar en varios puntos a lo largo del plan de estudios. Más importante aún, participaron en conversaciones productivas de ciencias durante toda la clase. En esencia, notamos que los estudiantes practican habilidades fundamentales que trascienden la ciencia: estaban desarrollando experiencia en torno al uso y la aplicación de las matemáticas y el lenguaje.

Resultados: ¿Cómo sabemos que funciona?

Durante un período de tres años, realizamos una investigación que demostró que nuestro plan de estudios condujo a ganancias tanto en la participación estudiantil como en los resultados de aprendizaje para los estudiantes participantes (según lo medido por las pruebas de matemáticas y artes del lenguaje en inglés del Consorcio Smarter Balanced Assessment, la Prueba de Desarrollo del Idioma Inglés de California y una evaluación científica previa y posterior). Sostenemos que estos logros fueron respaldados por un plan de estudios y un paquete de desarrollo profesional que condujo a cambios en las prácticas educativas de los maestros.

Tuvimos maestros de ciencias de sexto grado en varias escuelas y distritos involucrados como maestros participantes o no participantes. Los maestros participantes enseñaron nuestro curso alineado con NGSS a estudiantes de 328 en el año dos y a estudiantes de 347 en el año tres. Los maestros no participantes implementaron sus materiales curriculares regulares para los estudiantes de 9,675 en el año dos y para los estudiantes de 7,935 en el año tres.

Entrevistamos y encuestamos a los maestros participantes para conocer más sobre sus experiencias con el plan de estudios. Dijeron que los estudiantes parecían estar más interesados, motivados y comprometidos en el aprendizaje del contenido de ciencias, y eran más interactivos durante el trabajo en grupo. Además, los maestros informaron que los estudiantes obtuvieron una comprensión más profunda del contenido. Un maestro participante nos dijo: 

Wow, esto es genial. [Los estudiantes] no solo aprendieron conceptos de ciencias, sino que realmente fue el trabajo en equipo y la formación de equipos, y sintieron que aprendieron algo fuera del contenido, como descubrir cosas nuevas. Quiero decir, recibí cartas de mis alumnos que decían: “Realmente disfrutamos de tu clase. Disfrutamos simplemente aprendiendo a trabajar con otros, y lo importante que es que otras personas tengan buenas ideas ”. Eso es realmente difícil para los estudiantes de sexto grado, nos llevó un tiempo llegar al punto, pero ese tema de trabajo en grupo a lo largo de todo el plan de estudios Fue fenomenal.

Cuando observamos a los estudiantes involucrados en el trabajo en grupo, descubrimos que los estudiantes que participaban en nuestro curso alineado con NGSS estaban más involucrados académicamente (por ejemplo, manipulando materiales, hablando de sus tareas con sus compañeros, haciendo proyectos y haciendo presentaciones) que aquellos que no formaban parte de estas aulas. Y en nuestra encuesta de estudiantes, los estudiantes participantes informaron que sus tareas en el aula eran más interesantes, desafiantes, valiosas y agradables.

También comparamos el rendimiento estudiantil en nuestras aulas participantes y no participantes. Descubrimos que los estudiantes participantes obtuvieron mejores resultados en las pruebas Smarter Balanced Assessment Consortium en matemáticas (puntos 14 más altos en el año dos y puntos 20 más altos en el año tres) y artes del lenguaje en inglés (puntos 9 más altos en el año dos y puntos 8 más altos en el año Tres). Además, los aprendices del idioma inglés (ELL) participantes obtuvieron mejores resultados en la Prueba de Desarrollo del Idioma Inglés de California que los ELL no participantes (puntos 26 más altos en el segundo año y puntos 18 más altos en el tercer año). California utiliza esta prueba estandarizada para medir las habilidades de los estudiantes para escuchar, hablar, leer y escribir en inglés.

Además de las medidas de matemáticas y lenguaje, los estudiantes participantes también obtuvieron un rendimiento significativamente mejor que un grupo de comparación en una evaluación previa y posterior diseñada para medir el conocimiento del contenido y los niveles de compromiso con las prácticas científicas.

Criterios para evaluar otros currículos alineados con NGSS

A medida que los distritos y los estados continúan adoptando e implementando el NGSS,^{† †} Habrá una demanda de planes de estudio y evaluaciones de alta calidad alineados a ellos. ¿Cómo pueden los maestros, administradores y líderes del distrito evaluar los materiales de instrucción? A continuación, describimos brevemente cinco cosas que debe buscar.

1. Alineación: Los planes de estudio de NGSS deben alinearse con las expectativas de desempeño que se enseñarán y evaluarán dentro de cada unidad. Cada expectativa incluye tres dimensiones de aprendizaje específicas con las que los estudiantes se involucran y demuestran dominio de: conocimiento del contenido (Ideas básicas disciplinarias), conceptos clave clave (Conceptos transversales) y investigación científica y diseño de ingeniería (Prácticas de ciencia e ingeniería). En nuestra unidad de energía de sexto grado (una de las cinco unidades del plan de estudios), abordamos estos criterios al hacer que los estudiantes apliquen principios de diseño científico y de ingeniería para investigar la transferencia de energía térmica y construir un dispositivo que minimice o maximice la transferencia de energía térmica . Las tareas de aprendizaje dentro de la unidad apoyan el aprendizaje de los estudiantes sobre la energía térmica (una idea central disciplinaria) y cómo la energía se transfiere a través de un sistema (un concepto transversal). El proyecto y la evaluación de la unidad requieren que los estudiantes demuestren su capacidad para diseñar, construir y probar un dispositivo que transfiere energía térmica (una práctica de ciencia e ingeniería).

2. Pertinencia: Los planes de estudio NGSS de alta calidad enganchan a los estudiantes al introducir un fenómeno y / o proyecto científico relevante y atractivo que se entrelaza en toda la unidad y enfoca a los estudiantes en ideas clave. Las unidades de calidad se basan en el fenómeno y / o proyecto e identifican preguntas esenciales que brindan orientación a los maestros y permiten a los estudiantes hacer conexiones. Por ejemplo, en nuestra unidad de energía, la pregunta esencial es: “¿Cómo usamos y controlamos la energía térmica dentro de un sistema?” Los estudiantes revisan esta pregunta a lo largo de cada tarea de aprendizaje.

3. Oportunidades para aprender: Los planes de estudio alineados con NGSS proporcionan una serie de tareas de aprendizaje de alta calidad conectadas directamente relacionadas con los fenómenos y / o proyectos. Estas tareas a menudo incluyen indicaciones que llevan a los estudiantes a hacer preguntas, compartir ideas, criticar las ideas de los demás, tomar decisiones y trabajar en grupos para desarrollar sus conocimientos.

4. Oportunidades para comentarios y revisiones: A lo largo de una unidad de calidad, los estudiantes necesitan oportunidades para autoevaluarse y recibir retroalimentación constructiva de sus compañeros y maestros con base en criterios específicos. El objetivo de la retroalimentación es ayudar a los estudiantes a identificar su nivel actual de comprensión y desempeño y evaluar lo que necesitan hacer para pasar al siguiente nivel. La retroalimentación debe ser específica y estar basada en el desempeño del estudiante. Las unidades de calidad incorporan múltiples oportunidades para que los estudiantes reciban comentarios, reflexionen sobre los puntos clave y revisen su trabajo.

5. Evaluaciones: Los planes de estudio alineados con NGSS requieren que los estudiantes demuestren no solo su conocimiento de las ciencias sino también cómo pueden aplicarlo. Con ese fin, las unidades de calidad incorporan una variedad de estrategias de evaluación. Algunas evaluaciones deben ser puramente formativas, permitiendo a los maestros recopilar de manera informal evidencia de cómo están los estudiantes e identificar tendencias en el aprendizaje de los estudiantes. Los maestros pueden compartir sus hallazgos con los estudiantes y abordar las brechas con instrucción adicional. 

Por último, las unidades de calidad deben incluir evaluaciones de desempeño tanto a nivel grupal como individual. En nuestro plan de estudios, los proyectos culminantes grupales están diseñados para proporcionar a los estudiantes oportunidades creativas para la creación de diseños y la colaboración, a la vez que exigen un alto nivel de rigor y dominio de los estudiantes. Como educadores, también debemos saber lo que los estudiantes individuales saben y pueden hacer, razón por la cual los proyectos culminantes individuales son cruciales.

We imaginamos el desarrollo de currículos alineados con NGSS como una forma de fortalecer la enseñanza de las ciencias y el aprendizaje de los estudiantes. Como se discutió anteriormente, nuestro plan de estudios de sexto grado abarca el aprendizaje basado en proyectos como una forma particularmente efectiva de satisfacer las demandas de los nuevos estándares. También incorpora evaluaciones de desempeño rigurosas y estrategias efectivas de trabajo en grupo que mejoran el aprendizaje y la participación de los estudiantes.

En última instancia, nuestro marco curricular proporciona un modelo para no solo desarrollar sino también evaluar el plan de estudios alineado con NGSS y los enfoques de instrucción para garantizar que respalden el acceso equitativo a las oportunidades de aprendizaje para todos los estudiantes.

Nicole Holthuis es investigadora asociada en el Centro de Evaluación, Aprendizaje y Equidad de Stanford (ESCALA). Rebecca Deutscher es investigadora asociada senior en el Centro de Stanford para apoyar la excelencia en la enseñanza. Susan E. Schultz es la directora de educación científica en SCALE. Arash Jamshidi es desarrollador de currículo de ciencias en SCALE.

*Para más información sobre el trabajo de Stanford Center for Assessment, Learning, and Equity en ciencias, visite nuestro sitio web . También estamos probando un plan de estudios de ciencias de séptimo y octavo grado. Nuestro sitio web tiene una muestra creciente de materiales curriculares gratuitos disponibles. (volver al articulo)

^†Para obtener más información sobre el aprendizaje basado en proyectos, consulte "Instrucción basada en proyectos"En la edición Fall 2016 de Educador estadounidense. (volver al articulo)

^‡Para obtener más información sobre la evaluación basada en el rendimiento, consulte "Poner el foco en la participación del estudiante"En la edición Spring 2016 de Educador estadounidense. (volver al articulo)

^§Para obtener más información sobre el trabajo en grupo, consulte "Trabajo grupal para el bien"En la edición Spring 2015 de Educador estadounidense. (volver al articulo)

**An ejemplo de una rúbrica alineada con NGSS de nuestra unidad sobre energía. (volver al articulo)

^{† †}Si bien muchos estados han adoptado el NGSS, algunos están llamando a los estándares con un nombre diferente. No hay plazos específicos para la adopción. (volver al articulo)

Notas finales

1 Consejo nacional de investigación, Un marco para la educación científica de K – 12: prácticas, conceptos transversales e ideas centrales (Washington, DC: National Academies Press, 2012).

2 NGSS Lead States, Estándares de ciencia de la próxima generación: para estados, por estados (Washington, DC: National Academies Press, 2013).

3 Elizabeth G. Cohen y Rachel A. Lotan, Diseño de trabajo en grupo: estrategias para el aula heterogénea, 3rd ed. (Nueva York: Teachers College Press, 2013).