Desarrollo profesional de profesores de matemáticas y ciencias en educación STEM. Componentes para el diseño de un curso como caso representativo de un modelo de formación

Abstract

RESUMEN: La integración de disciplinas en el currículo escolar ha sido una preocupación constante por más de un siglo y que, actualmente, sigue vigente a partir de movimientos internacionales como la educación STEM. En la literatura internacional se informa que, para lograr dicha integración efectiva en los sistemas escolares, es necesario considerar al menos dos aspectos en el desarrollo profesional de profesores: (i) un seguimiento y evaluación de los modelos de formación que proporcionen una visión holística de los alcances y desafíos enfrentados, y (ii) reconocer las estrategias clave para el desarrollo profesional de profesores en educación STEM. Especialmente, los profesores de matemáticas y ciencias en servicio requieren mayor atención debido a los desafíos que enfrentan y la escasa información disponible para abordarlos. Por consiguiente, la presente investigación se enfoca en el diseño y evaluación de un modelo de formación en educación STEM que posibilita diferentes configuraciones para orientar el desarrollo profesional de profesores en servicio en las áreas de matemáticas y ciencias. El proceso se enmarca como una Investigación Basada en Diseño (IBD), que parte de la delimitación de los fundamentos de la educación STEM y las estrategias reportadas como significativas en el desarrollo y aprendizaje profesional. Posteriormente, se reconocen las necesidades e intereses de formación en educación STEM de profesores en servicio de Medellín y se plantean los componentes teóricos y metodológicos del modelo de formación. Por último, se aplica y evalúa el modelo de formación a partir de un curso como caso representativo, utilizando dos iteraciones o ciclos de diseño, prueba y revisión. Los resultados de las iteraciones se presentan mediante un análisis temático que dividió los patrones de significado en un libro de códigos con tres temas: (i) reflexiones y adaptación a procesos educativos interdisciplinares, (ii) comprensiones y experticia en educación STEM, y (iii) compromiso y vínculo como comunidad de aprendizaje profesional. Entre los hallazgos se destaca que el modelo de formación en educación STEM logró ser coherente con el desarrollo profesional de los participantes y que sus componentes consiguieron promover conocimientos y habilidades para establecer relaciones explícitas entre saberes disciplinares y su integración en el aula; una progresión de aprendizajes profesionales que permite una inmersión gradual en las comprensiones del pensamiento computacional para generar escenarios educativos que posibiliten integrar la Cuarta Revolución Industrial (4RI) y, finalmente, el fortalecimiento de la comunidad de aprendizaje Red de Maestros Ser+STEM al potenciar sus rasgos distintivos. Como principal conclusión se reporta que, los componentes teóricos y metodológicos de un modelo de formación en educación STEM para el desarrollo profesional de profesores en servicio en las áreas de matemática y ciencias, son: los conocimientos a desarrollar, las experiencias a beneficiar, el consolidar o fortalecer comunidades de aprendizaje profesional, la interdisciplinariedad a alcanzar, la actividad colaborativa a desarrollar y la educación online. En consecuencia, se genera nuevo conocimiento en cuanto al diseño y evaluación de una estructura de componentes, que gracias a su planteamiento holístico y versátil, brinda la posibilidad de: (i) generar nuevas configuraciones según las necesidades contextuales que tengan lugar, (ii) ofrecer ejemplos concretos respecto a estrategias eficaces para el logro de aprendizajes profesionales de profesores y (iii) esbozar rutas para el seguimiento y evaluación de los nuevos casos representativos del modelo de formación que se configure.

ABSTRACT: The integration of disciplines in the school curriculum has been a persistent concern for over a century, and it is currently being discussed, particularly in the context of STEM education. The international literature reports that to achieve effective integration in school systems, it is necessary to consider at least two aspects in the professional development of teachers: (i) monitoring and evaluation of training models that provide a holistic view of the scope and challenges faced, and (ii) recognizing key strategies for the professional development of teachers in STEM education. Specifically, mathematics and science teachers in service require greater attention due to the challenges they face and the limited information available to address them. Therefore, this research focuses on designing and evaluating a STEM education training model that enables different configurations to guide the professional development of in-service teachers in the fields of mathematics and science. The process is framed as Design-Based Research, which starts by delimiting the foundations of STEM education and the strategies reported as significant in professional development and learning. Subsequently, it identifies the training needs and interests in STEM education of in-service teachers in Medellín, proposing the theoretical and methodological components of the training model. Finally, the training model is applied and evaluated through a representative case study course, using two iterations or cycles of design, testing, and revision. The results of the iterations are presented through thematic analysis that divides the patterns of meaning into a codebook with three themes: (i) reflections and adaptation to interdisciplinary educational processes, (ii) understandings and expertise in STEM education, and (iii) commitment and connection as a professional learning community. Among the findings, it is highlighted that the STEM education training model successfully aligns with the professional development of the participants, and its components effectively promote knowledge and skills to establish explicit relationships between disciplinary knowledge and its integration in the classroom. The research also reveals a progression of professional learning that facilitates a gradual immersion in computational thinking to create educational scenarios that enable the integration of the fourth industrial revolution. Finally, the study contributes to the strengthening of the Red de Maestros Ser+STEM as a professional learning community by enhancing its distinctive features. The main conclusion is that, the theoretical and methodological components of a STEM education training model for the professional development of in-service teachers in the areas of mathematics and science, are: the knowledge to be developed, the experiences to be benefited, the consolidation or strengthening of professional learning communities, the interdisciplinarity to be achieved, the collaborative activity to be developed and online education. Consequently, new knowledge is generated regarding the design and evaluation of a structure of components that, thanks to its holistic and versatile approach, offers the possibility of: (i) generating new configurations according to the contextual needs that arise, (ii) offering concrete examples regarding effective strategies for the achievement of professional learning of teachers and (iii) outlining routes for the follow-up and evaluation of the new cases representative of the training model to be configured.